塔里木盆地寒武系盐下领域勘探关键问题与攻关方向
时间：2023-02-02 20:30:08 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
吕海涛，耿锋，3，尚凯
［1.中国石化深部地质与资源重点实验室，北京 102206；
2.中国石化西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011；
3.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083］
塔里木盆地台盆区寒武系是一套重要的含油气层系［1-5］，自1984年SC2井在塔北海相碳酸盐岩取得油气勘探突破以来，已对寒武系部署近50口探井［6-8］。根据钻探的主要地质目标，可大致分为4个勘探领域（图1；
表1）：①前震旦系—奥陶系碳酸盐岩潜山领域，集中分布在塔北的雅克拉断凸—沙西凸起地区，先后发现了雅克拉气藏、桥古气藏、YM32油气藏和牙哈气藏［9-12］。这一领域未能取得较大油气发现的主要原因是潜山型圈闭规模小。②中-上寒武统台缘领域，主要分布在西满加尔地区，以TS1井、CHT1井及ML1井为代表［13-16］，目前为止尚未取得油气勘探突破，失利的主要原因是缺少区域性优质盖层。③中寒武统盐下领域，主要分布在巴楚隆起、卡塔克隆起和沙雅隆起的阿克库勒凸起，取得了以ZS1井、KT1井及LT1井为代表的重要油气发现［17-18］，展现了良好的勘探潜力。但这一领域失利井也较多，失利原因复杂多样。④孔雀河斜坡区的页岩气领域，以K1井为代表，因保存条件不好、含气量低而失利。
表1 塔里木盆地寒武系重点钻井情况统计Table 1 Statistics of the key exploratory wells targeting the Cambrian in the Tarim Basin
图1 塔里木盆地寒武系不同勘探领域钻井分布Fig.1 Distribution of exploratory wells targeting the Cambrian of diverse fields in the Tarim Basin
本文简要回顾塔里木盆地寒武系勘探历程，通过对以下几口具有里程碑意义的探井进行总结，剖析寒武系盐下成藏地质条件，以期对盆地下一步的勘探工作提供借鉴。
1）XH1井是塔里木盆地台盆区首口可与柯坪露头区玉尔吐斯组烃源岩对比的探井。以此为起点，开始了以玉尔吐斯组为主力烃源岩的研究热潮，逐步形成了以台地相区玉尔吐斯组为主力烃源岩的勘探思路［19］，支撑了塔河—哈拉哈塘地区、顺北地区的勘探部署和油气发现。
2）TS1井是台地相区针对中寒武统台缘领域的第一口探井，完钻井深8 408 m。TS1井虽然未能实现油气突破，但取得了两点极其重要的地质认识：一是在埋深大于8 000 m的超深层，仍然发育良好的碳酸盐岩储层；
二是在大于160℃的地层温度条件下，仍保存有液态烃［20］。这些认识为塔里木盆地超深层勘探提供了理论指导。
3）ZS1井是塔里木盆地首口在寒武系盐下肖尔布拉克组及阿瓦塔格组盐间白云岩地层中获工业油气流的探井，表明寒武系盐下白云岩储层具有富集规模油气资源的地质条件和良好的勘探潜力［17］。
4）LT1井是针对塔北地区盐下储层肖尔布拉克组“进积体”进行钻探并获得工业油气流的探井，在肖尔布拉克组白云岩段7 940~8 260 m深度试获油气流［18］。LT1井的钻探成功，对于聚焦肖尔布拉克组白云岩开展勘探具有重要指导意义。
5）KT1井（北京京能油气资源开发有限公司）是柯坪露头区首口获得高产油气流的钻井［21］，其带来的最直接启示是：即便在复杂构造带，中寒武统膏盐岩也能为油气成藏提供良好的封盖条件，为台盆区走滑断裂发育区超深层碳酸盐岩的勘探部署提供指导。
经过多年的勘探实践和众多学者的研究攻关，对寒武系油气成藏基本条件，尤其是烃源岩、储层和膏盐岩盖层与保存［22-25］等方面的研究取得了丰富的成果。
2.1 烃源岩
随着揭示寒武系钻井的增多，对中-下寒武统烃源岩，尤其是对玉尔吐斯组烃源岩的研究不断深入，取得的主要进展包括以下两个方面。
1）早寒武世初期海侵背景下，沉积形成的泥质岩为台盆区海相主力烃源岩。
这套沉积体系大致可划分为4个相区。东部地区，大体以中寒武统台缘带分布为界，中-下寒武统台地相区的玉尔吐斯组为深水陆棚相沉积，中-下寒武统斜坡-盆地相区的西山布拉克组为深海盆地相沉积，二者在沉积序列上可以大致对比。深水陆棚相区玉尔吐斯组是优质烃源岩，先后被XH1井、LT1井和TS5井证实；
这套烃源岩也是整个碳酸盐台地相区海相油气藏的主力烃源岩。在中央隆起区，与玉尔吐斯组等时沉积的是一套潮坪相陆源碎屑岩为主的沉积地层，已经多口钻井证实，基本得到了公认（图2）。根据水动力条件及地震相位结构特征的变化，潮坪相到盆地相之间的相带类型可划分为浅水陆棚相和深水陆棚相。浅水陆棚相区钻井资料不足，但通过区域对比分析，推测其生烃指标较差，这可能是吐木休克构造带寒武系盐下领域钻探失利的主要原因。
图2 塔里木盆地早寒武世初期烃源岩发育模式及分布预测Fig.2 Development mode and distribution prediction of source rocks in the Early Cambrian，Tarim Basin
2）塔西南地区下寒武统可能发育与盆地北部区域类似的烃源岩层。
由于缺少钻井资料，对于塔西南地区寒武系沉积结构的研究，主要是基于少数几条区域二维地震剖面的结构特征。2008年以来，随着地震资料数量的增多和品质的提升，越来越多的学者认为中-下寒武统向南因水深加大而出现沉积相突变，使地层厚度减薄。但与此同时，对于古隆起分布范围的认识仍存在较大分歧，需要在今后的研究中逐步统一。
2.2 储层
在盆地中南部地区，寒武系盐下肖尔布拉克组以白云岩为主，但在盆地北部地区，受沉积环境变化的影响，肖尔布拉克组以灰岩为主，仅局部发育少部分白云岩。除岩性存在变化外，碳酸盐岩地层的厚度也存在较大差异，北部地区显著大于南部，TS5井肖尔布拉克组厚478 m，而南部肖尔布拉克组厚度一般为70～200 m。
肖尔布拉克组储集空间类型多样，既有颗粒碳酸盐岩粒间（溶）孔和白云岩晶间孔，也发育厘米级的孔洞。另外，各种尺度的构造裂缝也是有效的储集空间类型。但到目前为止，盐下肖尔布拉克组分米级及以上的洞穴型储集空间鲜见。
从目前来看，已揭示出的规模储层主要发育在白云岩段，以裂缝-孔洞型为主，测井解释多为Ⅱ类储层（孔隙度2%～5%）。Ⅰ类储层（孔隙度>5%）发育程度普遍不高，主要表现为小孔洞或孔隙密集发育，而且Ⅰ类储层单层厚度小，一般不超过10 m（图3）。从区域对比来看，Ⅰ类和Ⅱ类储层主要发育在肖尔布拉克组顶面，研究认为主要与海平面短暂下降暴露有关。
图3 塔里木盆地寒武系肖尔布拉克组储层对比Fig.3 Cross‑well correlation of the reservoir in the Cambrian Xiaoerbulake Formation，Tarim Basin
受礁滩相控制的储层在肖尔布拉克组发育程度不高。从目前研究成果来看，在柯坪露头区有一定的分布，但与生物丘滩、高能相带相关的原始粒间孔等普遍不发育，所见多为次生溶蚀改造溶蚀孔隙、孔洞。高能相带区钻井尚未见到沉积相控制的规模储层，如TS5井、LT1井等。
2.3 区域盖层与保存条件
对肖尔布拉克组而言，最主要的区域盖层是下寒武统吾松格尔组和中寒武统阿瓦塔格组含膏盐岩地层，主要分布在巴楚隆起、塔中隆起及阿瓦提断陷地区，面积约23×104km2（图4）。其次是中寒武统阿瓦塔格组及下寒武统吾松格尔组开阔台地相区的泥质白云岩地层，主要分布在塔北地区。
图4 塔里木盆地寒武系区域盖层岩相分布与断裂纲要叠合图Fig.4 Lithofacies map of the regional Cambrian cap rock in the Tarim Basin with faults outlined
根据张仲培等［24］对巴楚隆起区的研究，寒武系膏盐岩封盖性能好，在加里东晚期即具备封闭油气的能力，到海西晚期已具备封闭干气的能力。KT1井（京能公司）也间接证实了这一认识。
塔北、塔中及顺北地区出现了新情况，不但在这套区域盖层之下发现了油气藏，如ZS1井油气藏、LT1井油气藏，而且在其上奥陶统，同样发现了多个主要来源于玉尔吐斯组烃源岩的大型油气田（藏），如塔河油气田、塔中油气田和顺北油气田等。尤其是发现了以顺北为代表的中-下奥陶统碳酸盐岩断控型油气藏之后，就要求我们要更加辩证、动态地评价肖尔布拉克组的保存条件。目前主要有两种认识：一是油气主要顺断裂带在上覆的储-盖组合中成藏，深部富集成藏的资源规模不大，因此在塔河和塔中地区寒武系盐下领域勘探潜力不佳；
二是寒武系烃源岩生成的油气优先富集在肖尔布拉克组储层中，具有“近水楼台”的优势，尤其是印支期以来，随着断裂活动变弱以及因埋深持续加大导致的烃源岩演化程度增高，更有利于近源的肖尔布拉克组成藏。
基于对上述勘探实践和成藏条件的综合分析，本文认为适合寒武系盐下领域勘探的基本成藏理论是“源-盖控烃”［25］“（古）构造控聚”和“储层控富”3个方面，主要有“原地烃源岩、垂向运聚成藏”和“异地烃源岩、侧向运聚成藏”2种模式。
3.1 原地烃源岩、垂向运聚成藏模式
这一成藏模式主要发育于塔北地区，以LT1井为代表（图5）。烃源岩为本地深水陆棚相玉尔吐斯组，另外还可能发育前寒武系烃源岩［26］。区域盖层主要为下寒武统吾松格尔组泥质白云岩。储层主要为肖尔布拉克组白云岩裂缝-孔洞型储层。但在塔北地区，该成藏模式却面临3个具体的地质问题。
3.1.1 储层规模及预测
LT1井肖尔布拉克组储层主要发育在顶部厚度不大的白云岩段，巨厚的灰岩地层中储层并不发育。与之相距不远的TS5井，尽管更加靠近断裂带，不但储层不发育，甚至在肖尔布拉克顶部连白云岩都欠发育。因此，如何准确预测规模储集体，将是这一区带能否取得规模油气发现的首要问题。
3.1.2 烃源岩热演化
从LT1井、TS5井玉尔吐斯组烃源岩镜质体反射率（Ro=1.5%～1.7%）来分析，本地应发育一定规模的轻质-凝析油气资源，但实际情况却是油气成熟度低于下伏烃源岩的热演化程度，不但上覆奥陶系以中-重质油藏为主，仅零星见到轻质油气藏，而且LT1井肖尔布拉克组主要以油为主，本地玉尔吐斯组烃源岩晚期生烃潜力评价和晚期油气富集规律需要进一步深入研究。
3.1.3 大断裂封闭性
塔北地区普遍发育从基底到中浅层的走滑断裂，且于印支期—燕山期尚有不同程度的活动。受这些断裂对油气运移的控制，不但在奥陶系碳酸盐岩中发现了大型油气藏，而且在石炭系、三叠系，甚至是白垩系都发现了来自同一源岩的油气藏。因此，对于寒武系盐下成藏而言，断裂在对碳酸盐岩储层发育起到主控作用的同时，又对上覆盖层的连续性起到致命的破坏作用，这就给该领域油气成藏评价带来了更大的不确定性，使得勘探风险进一步增大。
3.2 异地烃源岩、侧向运聚成藏模式
该成藏模式主要发育于塔中和巴楚地区。以ZS1井为代表（图6），该地缺失烃源岩，或者玉尔吐斯组烃源岩发育较差，规模成藏需要外部烃源岩侧向供给；
肖尔布拉克组白云岩储层较发育；
吾松格尔组和阿瓦塔格组巨厚膏盐岩为肖尔布拉克组提供了极佳的盖层条件［27］。但在塔中和巴楚地区，这一成藏模式也同样面临着3个具体的地质问题。
3.2.1 运移效率
尽管从构造背景来看，塔中和巴楚都属于隆起区，是油气运聚的指向区，但是由于侧向烃源岩区普遍发育着深切基底的大断裂，而且在其上覆奥陶系见到了大规模油气藏，如顺北油气田、塔中油气田及和田河气田等，油气最终运聚到隆起区寒武系盐下圈闭内的规模和效率有可能会受到影响。
3.2.2 圈闭可靠性
巨厚的寒武系膏盐岩为油气成藏提供优良盖层的同时，也为圈闭落实和储层预测提出了严苛的技术挑战。由于叠加了多期构造运动，吾松格尔组膏盐岩发生了严重的蠕动，肖尔布拉克组也发生了复杂的变形，这就使得准确落实构造圈闭变得很困难。另外，中-下寒武统巨厚膏盐岩对地震波的屏蔽作用，也使得利用地震资料开展碳酸盐岩储层预测的精度不能满足落实岩性圈闭的需要。目前认为，圈闭可靠性仍然是该领域勘探失利的最主要原因。
3.2.3 储层厚度
从实钻结果来看，虽然塔中和巴楚地区肖尔布拉克组储集空间类型多样，物性也相对较好，但是储层厚度普遍不大，Ⅱ类及以上级别的储层厚度一般在15～50 m，储/地比一般为30%～50%。另外，在塔中地区，尽管肖尔布拉克组整体为白云岩，但地层厚度并不大。因而，如果没有规模储层，即便能够发现油气层，也很难获得良好的经济效益。
根据上述有关烃源岩、储层、盖层和保存条件的认识以及不同区带的成藏模式，优选出寒武系盐下3个有利勘探区。塔中和塔北地区最为有利，以Ⅰ类和Ⅱ类区为主，其次为面向麦盖提斜坡区的色力布亚-海米罗斯-玛扎塔格构造带（图7）。
4.1 面向满加尔方向的塔中隆起区
面向满加尔方向的塔中隆起区可能是塔里木盆地寒武系盐下领域勘探最为有利的地区（图7）。前期部署的ZS1井和ZS5井已经获得油气发现［17］，ZH1井和ZH2井揭示了物性较好的白云岩储层［28-29］。隆起区大型构造-岩性复合圈闭，也是下步勘探部署的重点方向。
图7 塔里木盆地寒武系盐下领域油气区带分布Fig.7 Distribution of play fairways in the Cambrian pre‑salt sequence，Tarim Basin
同时在未来的勘探中，要不断提高圈闭落实程度和储层预测精度，探索成藏过程模拟。
4.2 面向麦盖提斜坡区的色力布亚-海米罗斯-玛扎塔格构造带
该构造带可能是塔西南地区寒武系盐下领域勘探较有利的地区之一。目前研究表明，麦盖提斜坡区发育下寒武统烃源岩和中寒武统膏盐岩。BT5井、MB1井等实钻证实，肖尔布拉克组发育白云岩储层。
同时在未来的勘探中，要进一步提高圈闭的落实程度，探索成藏过程模拟。
4.3 面向塔北地区的阿克库勒凸起
LT1井的油气勘探突破表明，阿克库勒凸起寒武系盐下具有油气成藏条件，但随后TS5井、LT3井的实钻情况［7］却警示了此领域成藏的复杂性。
该区寒武系盐下面临的主要地质风险是岩相分布预测的可靠性、断裂破坏作用和晚期油气充注规模，建议加强沉积相带类型与白云岩成因研究，以及灰岩规模储层类型与预测研究，同时强化断层封闭性和烃源岩生烃史研究。
1）塔里木盆地寒武系盐下领域发育较好烃源岩、储集层及盖层条件，但在不同区带，三者的配置关系存在明显差异，这可能是目前该领域勘探仅取得点上突破、未能在面上展开的主要原因。尽管如此，仍要对寒武系盐下领域给予高度重视，因为这是继奥陶系碳酸盐岩领域之后最有可能发现大油气藏的领域。与此同时，要谨慎展开探井部署，要通过扎实的基础研究和技术攻关来解决重点区带的勘探难题，尽可能降低勘探风险，提高钻井成功率。
2）针对这个领域，要实现高质量勘探部署和导向意义的油气发现，需要做好三方面工作：一是要进一步做好各项基础研究，降低部署决策风险，提高勘探成功率，实现寒武系盐下领域从有利区到成藏区的跨越；
二是落实找准“甜点区”，实现寒武系盐下领域从油气发现到高产稳产的跨越；
三是降低勘探成本，尤其是钻井成本，实现寒武系盐下领域从资源发现到经济效益开发的跨越。
