田軍等：博孜9 井的發現與塔里木盆地超深層天然氣勘探潛力
記 者 | 田 軍1 楊海軍2 吳 超2 莫 濤2 朱文慧2 史玲玲2 （1. 中國石油塔里木油田公司 2. 中國石油塔里木油田公司勘探開發研究院）
摘 要：塔里木盆地克拉蘇構造帶西部的博孜—大北區段為超深、高溫、超高壓、構造變形強的複雜構造區，油氣勘探程度低，近期部署在該區段的一口油氣預探井——博孜9 井取得了突破，壓裂測試獲得了高產工業油氣流。為了加快該區的油氣勘探進程，分析了克拉蘇構造帶斷裂分級組合、古構造對構造變形的控制作用，研究了下白堊統巴什基奇克組和巴西改組儲層的物源、應力場及油氣成藏特徵，並評價了其天然氣勘探潛力。研究結果表明：①該構造帶發育博孜—克拉、克拉蘇、克深、拜城等4 條一級斷裂，形成並控制了4 個斷裂構造帶；②該構造帶西部發育博孜、大北2 個早白堊世開始發育的古構造，形成了5 種構造模式；③該構造帶發育巴什基奇克組和巴西改組兩套砂岩儲層，巴什基奇克組儲層屬於7 500 m 超深層優質儲層，受粗巖性、弱壓實、低應力等3 個因素的控制，巴西改組有利儲層主要位於第二段，屬於辮狀河三角洲前緣亞相沉積的裂縫—孔隙型儲層；④該構造帶西部的原油來源於中侏羅統恰克馬克組烴源巖，經歷了“早期聚油、晚期聚氣”兩期成藏，東部幹氣主要來自上三疊統黃山街組烴源巖，為一期成藏，並形成東部幹氣、西部凝析氣的成藏特徵。結論認為，博孜—大北區段發育超過萬億立方米天然氣資源的有利圈閉，目前已發現博孜9 等一大批千億立方米級氣藏並持續取得油氣勘探突破，博孜—大北萬億立方米大氣區即將落實。
關鍵詞：塔里木盆地；克拉蘇構造帶；博孜—大北區段；早白堊世；超深層；圈閉；儲集層；天然氣成藏；勘探發現
0 引言
克拉蘇構造帶位於塔里木盆地庫車坳陷北部，是南天山山前第一排沖斷帶，勘探面積為5 500 km2，主要勘探目的層為下白堊統巴什基奇克組。該構造帶石油地質條件優越，發育三疊系、侏羅系巨厚的湖相泥質烴源巖和孔隙高、連通性好的砂岩儲層，具有鹽上層、鹽體、鹽下層“三位一體”構造變形特徵，鹽下層中生界逆衝疊瓦狀構造形成了該構造帶有利的油氣儲集構造圈閉，與疊瓦構造同時產生的斷裂系統為油氣從三疊系、侏羅系向白堊系運移提供了良好的通道；同時白堊系之上發育巨厚的古近系膏岩鹽蓋層，膏岩鹽同時也限制了沖斷構造向上突破，從而形成了該構造帶完善的“生儲蓋”系統，勘探潛力巨大。
1994—2005 年，克拉蘇構造帶勘探目標從鹽上層轉向鹽下層，並於1998 年發現克拉2氣田；2005—2008 年勘探層系轉向鹽下超深層，2008 年在克拉蘇構造帶東部克深區段的克深2 井取得突破，開始了克拉蘇構造帶鹽下超深層領域的天然氣勘探。通過近十年的油氣勘探，克拉—克深區段已探明天然氣儲量超萬億立方米，但也面臨可鑽探圈閉數量越來越少、規模越來越小的困境。而克拉蘇構造帶西部的博孜—大北區段為超深、高溫、超高壓、構造變形強的複雜構造區，勘探程度低，是塔里木盆地天然氣增儲上產的最重要領域。為確保“西氣東輸”長期穩定供氣，滿足下游對天然氣的需求，勘探重心從克拉—克深區段轉向博孜—大北區段。構造帶西部的博孜—大北區段油氣勘探要持續突破，必須落實可鑽探圈閉。為此，筆者研究團隊開展了斷裂分級組合、古構造對構造變形控制作用研究，落實了一批可鑽探圈閉，為該區勘探節奏加快奠定了基礎；同時，深化了巴什基奇克組和巴西改組的物源、應力場、成藏特徵的研究，指導部署15 個有利鑽探目標。通過鑽探新發現9 個大中型氣藏，特別是2019 年新發現了超深、高壓、高產、優質整裝千億立方米級的博孜9凝析氣藏，實現了博孜—大北區段油氣勘探的全面突破，博孜—大北區段萬億立方米大氣區即將形成。
1 博孜9 井的發現
博孜9 井是部署在克拉蘇構造帶博孜—大北區段的一口預探井，完鑽井深7 880 m（圖1）。該井鑽揭目的層巴什基奇克組216 m ；測井解釋目的層有氣層24 層，累計厚度130 m，平均孔隙度為9.0%，平均含氣飽和度為72%。巴什基奇克組通過加砂壓裂，採用8 mm油嘴測試求產，在油壓94 MPa 條件下日產天然氣70×104 m3，日產油167 m3。博孜9 氣藏含氣面積41 km3，預測天然氣地質儲量1 153×108 m3、凝析油2 166×104 t3。
圖1 博孜9 號構造白堊系頂面構造圖及地層柱狀圖
博孜9 井的成功發現落實了博孜9 氣藏的含氣規模，標誌著又一個超深、高壓、高產、優質整裝千億立方米級的凝析氣藏誕生。目前，博孜—大北氣區已發現圈閉天然氣總資源量為1.2×1012 m3，是繼克拉—克深萬億立方米大氣區後，又一天然氣地質儲量超萬億立方米的大氣區。博孜9 井壓裂測試獲高產工業油氣流，解放了博孜—大北區段南部埋深8 000m的圈閉，展示了克拉蘇構造帶深層巨大的勘探潛力，為下一步繼續開展深層勘探提供了重要依據。博孜9井獲得突破，也為西氣東輸和當地供氣再添新的氣源，進一步保障了國內天然氣供給。
2 克拉蘇構造帶構造特徵
2.1 斷層特徵
從構造變形角度上，克拉蘇構造帶自西向東可以分為阿瓦特、博孜、大北、克深等4 個區段，在相鄰構造段之間發育博孜—阿瓦特、大北—博孜、克深—大北等3 個構造轉換帶。該構造帶南北分帶可劃分出克拉蘇斷裂和拜城斷裂兩條一級斷裂，但克拉蘇斷裂東西向展布特徵還存在爭議，構造帶南北分帶有待明確。
在前人研究基礎上，通過斷裂系統的三維立體刻畫和空間組合，確定自北向南發育自燕山期開始變形的4 條北傾、基底捲入的一級逆沖斷裂，即：博孜—克拉斷裂、克拉蘇斷裂、克深斷裂和拜城斷裂。斷距總體表現為北部大、南部小，自北向南斷距由2 500 ～ 1 500 m逐步減小為1 000 ～ 500 m。自北向南目的層埋藏逐步加深，由4 000 m 逐步增加到8 000 m，構造形態變緩，說明應力來自北部，北部構造活動時間長、形成早，往南構造活動時間相對短、形成相對晚，構造變形表現為前展式變形特徵。4 條一級斷裂控制形成4 排斷裂構造帶，自北向南依次為博孜—克拉斷裂構造帶、克深斷裂構造帶、拜城斷裂構造帶、斷裂拜城南構造帶。在4 條一級斷裂內部發育5 條二級斷裂，分別為克深1 號、克深2 號、克深3 號、克深4 號、克深5 號斷裂，二級斷裂控制了構造區塊。此外，還發育多條控制圈閉軸向及展布特徵的三級斷裂（圖2）。
圖2 克拉蘇構造帶構造綱要圖
2.2 克拉蘇構造帶西部古構造對構造變形的影響
前人研究發現在克拉蘇構造帶西南部發育溫宿古隆起。筆者本次研究發現克拉蘇構造帶內部發育博孜、大北兩個燕山期古構造。一個古隆起和兩個古構造共同控制了構造帶橫向變形特徵的差異性，形成了克拉蘇構造帶阿瓦特型、博孜3 型、博孜1 型、大北型、克深型等5 種構造變形模式，其中阿瓦特、大北型發育南北兩套楔形沖斷體系，博孜3、博孜1、克深型發育一套楔形沖斷體系（表1）。
表1 克拉蘇構造帶構造變形模式表
在構造建模基礎上，優化一級斷裂空間展布特徵，重新構建了“大北型”構造區斷裂體系和構造模型。修正後解釋模式認為，4 條一級斷裂在燕山運動末期已經發育，變形時間長。新的解釋模式更符合斷層相關褶皺斷層及構造變形規律，同時確保了斷層在空間上的統一，與目的層頂面地震資料反射特徵更吻合。通過修正克深斷裂空間展布特徵，擴大了圈閉發育空間，在克深斷裂上盤、下盤均發現新的圈閉帶。利用新的構造模型指導克拉蘇西部的構造、斷裂研究，開展二級、三級斷裂的分級刻畫與空間組合以及白堊系頂面層位三維立體解釋，發現了博孜區段北部突發構造群（圖3）。
圖3 二、三級斷裂細化前後地震剖面對比圖
3 儲層特徵
目前，克拉蘇構造帶深層/ 超深層已發現巴什基奇克組和巴西改組兩套有利砂岩儲層，具有“深埋藏、特低物性、強非均質性和高穩產”的突出特點。
3.1 巴什基奇克組
巴什基奇克組砂岩在區域上廣泛發育，厚度介於100 ～ 300 m，受南天山造山帶和溫宿古隆起隆升影響，自北向南、自東向西厚度逐漸減小。區域沉積相研究結果表明，巴什基奇克組自下而上發育扇三角洲前緣亞相—辮狀河三角洲前緣亞相沉積，垂向上表現為多期水下分流河道和河口砂壩砂體相互疊置，平面上多個三角洲朵體相互連接，具有滿盆含砂的特點，砂地比超過70%。巖性以褐色中砂岩、細砂岩為主，成分成熟度和結構成熟度中等，常見多種類型交錯層理和沖刷面構造，反映出遠源、牽引流的沉積特點。
在持續深埋和逆衝擠壓沖斷過程中，克拉蘇構造帶超深層巴什基奇克組儲層物性隨深度增大表現出明顯的分異性，埋深7 500 m 以深仍然存在優質儲層（圖4）。以博孜—大北區段為例，7 500 m 以淺儲層岩心孔隙度主要介於2% ～ 8%，平均值為3.8% ；滲透率主要介於0.01 ～ 1.00 mD，中值為0.08 mD，表現出特低孔隙度、特低滲透率特徵（圖4）；孔隙度和滲透率相關性較差，部分樣品滲透率明顯偏高，超過5% 的樣品滲透率大於1.00 mD，這類較高滲透率儲層主要位於逆衝推覆構造帶主體位置，在喜馬拉雅晚期強構造擠壓作用下，儲層岩石中形成大量未充填裂縫，使儲層基質滲透率提高1 ～ 3 個數量級。儲層儲集空間主要是原生粒間孔和粒間溶孔，約佔孔隙總量的60% ～ 80%，其次為少量粒內溶孔和微孔隙；顆粒接觸緊密，部分發生破裂，顯微鏡下常見未充填微裂縫溝通孔隙。7 500 m 以深儲層岩心孔隙度主要介於6% ～ 13%，平均值為9.2% ；滲透率主要介於0.5 ～ 50.0 mD，中值為1.86 mD，表現為低孔隙度、低滲透率特徵（圖4）；孔隙度和滲透率相關性較好，發育少量裂縫，孔喉結構較為均質。儲層儲集空間以原生粒間孔為主，其次為粒間溶孔，兩者佔孔隙總量超過99%；顆粒呈點—線接觸，粒緣片狀喉道發育，部分被黏土礦物充填，孔喉連通性較好。
圖4 博孜—大北區段巴什基奇克組儲層物性特徵圖
粗巖性、弱壓實、低應力是克拉蘇構造帶7 500m 以深優質儲層發育的關鍵。巴什基奇克組沉積時，在北部南天山和西部溫宿古隆起雙重物源控制下，尤其受到溫宿古隆起近緣水系的影響，博孜—大北區段沉積了一套相對粗粒砂岩，以細砂岩、中砂岩為主，少量粗砂岩和含礫砂岩，砂地比高達70% ～ 90%，這為後期成巖過程中抗壓保孔奠定了物質基礎。此後，儲層經歷了早、中期長期淺埋，晚期快速深埋，埋深超過5 000 m 的時期僅持續了5 Ma，垂向壓實作用相對較弱；加之晚期上覆巨厚膏鹽巖受沖斷擠壓形成頂蓬構造，使其下產生弱壓實區和低地溫場，進一步延緩了壓實作用和成岩作用，原生孔隙得以大量保留。埋藏成巖晚期，儲層遠離造山帶和構造轉換帶，側向構造擠壓應力小於30 MPa，顆粒未見明顯的壓實、壓溶現象，原生粒間孔保存較好。
3.2 巴西改組
巴西改組厚度介於60 ～ 180 m，自東向西變薄，其中克深區段厚度介於150 ～ 175 m，博孜—大北區段厚度介於60 ～ 100 m。巴西改組自上而下分為兩段，有利儲層主要位於巴西改組二段。區域沉積相研究結果表明，巴西改組二段發育辮狀河三角洲前緣亞相沉積，以中—厚層狀褐色中砂岩、細砂岩、粉砂岩為主，垂向上發育水下分流河道和河口砂壩兩類微相砂體，其間分佈多層分流間灣微相泥岩。砂岩成分成熟度和結構成熟度中等，岩心上可見交錯層理、粒序層理、波狀層理、沖刷面和砂質條帶等沉積構造，反映出三角洲前緣遠端牽引流的沉積特點。
巴西改組儲層表現為超低孔隙度超低滲透率—中孔隙度中滲透率特徵，壓實作用和膠結作用減孔顯著（圖5）。淺埋藏區（小於5 000 m）儲層岩心孔隙度主要介於5% ～ 20%，平均值為9.8% ；滲透率主要介於0.1 ～ 10.0 mD，中值為0.58 mD（圖5）；儲集空間以粒間溶孔和原生粒間孔為主，見少量粒內溶孔；深埋藏區（大於5 000 m），儲層岩心孔隙度主要介於1% ～ 4%，平均值為1.8% ；滲透率主要介於0.02 ～ 0.06 mD，中值為0.04 mD，少量樣品的滲透率超過0.10 mD（圖5）；鏡下可見少量粒間溶孔、粒內溶孔和未充填構造縫，裂縫的存在使得儲層滲透率顯著增加。儲層岩石中碳酸鹽膠結物較發育，含量達7% ～17%，呈連晶狀或基底式充填粒間，造成原生粒間孔大量損失，其成因與沉積環境密切相關。早期碳酸鹽膠結物有利於延緩埋藏壓實作用，後期在酸性流體作用下形成少量粒間溶孔，溶解的鈣質成分在封閉流體環境下就近沉澱，造成儲層孔隙分佈具有強非均質性的特點。巴西改組儲層在碳酸鹽強膠結影響下形成脆性的多層板狀結構，在逆衝擠壓過程中易於形成大量的構造裂縫。這些高角度裂縫相互切割構成裂縫網絡，連通儲層基質孔隙，極大地改善了儲層滲流能力。
圖5 克拉蘇構造帶巴西改組儲層物性特徵圖
4 成藏特徵
以克深5—克深21 為界，克拉蘇構造帶西部以凝析氣藏為主，氣油比介於2 500 ～ 70 000 m3/m3，向西逐漸降低，高含凝析油區呈帶分佈。根據費雯麗、馮松寶等[18-19] 研究，克拉蘇構造帶西部地區的原油來源於中侏羅統恰克馬克組烴源巖，新近紀康村早期成藏，與新近紀庫車晚期—第四紀天然氣混合形成高含液態烴的凝析氣藏；恰克馬克組烴源巖沉積中心在大北—博孜區段，最大厚度為200 m，目前處於生油階段。克拉蘇構造帶東部地區以幹氣為主，主要來自晚三疊統黃山街組烴源巖，為新近紀庫車晚期—第四紀一期成藏形成的天然氣藏。黃山街組烴源巖沉積中心在克拉—大北區段一帶，最大厚度為400 m，目前處於生幹氣階段。
博孜區段原油重排藿烷異常豐富，碳同位重且相近，主要來源於恰克馬克組烴源巖；大北區段原油檢測出明顯的伽馬蠟烷，說明該區段原油混有少量的恰克馬克組烴源巖生成的原油。
克拉蘇構造帶西部受古隆起控制，具有早期聚油、晚期聚氣，多期成藏形成現今凝析氣藏。第Ⅰ成藏期為晚第三紀康村早中期（距今26 ～ 10 Ma），侏羅系、三疊系烴源巖普遍進入成熟階段，以恰克馬克組為主；第Ⅱ成藏期為庫車晚期—第四紀西域期（距今5 ～ 1 Ma），埋深急劇增加，烴源巖達到高—過成熟期。
根據乾燥係數分析，天然氣成熟度從西向東逐漸升高，即：從西部的博孜區段到中部的大北區段，再到東部的克拉—克深區段，天然氣成熟度逐漸增大。克拉—克深區段幹氣藏主要來源於侏羅系過成熟烴源巖；博孜—大北區段凝析氣藏是侏羅系過成熟幹氣與恰克馬克組烴源巖原油伴生氣的混合產物，形成西部博孜—大北區段為凝析氣、東部克拉—克深區段為幹氣的分佈特徵。
5 勘探潛力及勘探成果
5.1 勘探潛力
根據中國石油集團公司第四次資源評價結果，克拉蘇構造帶天然氣、石油的資源量分別為3.06×1012 m3、0.6×108 t。截至2019 年底，該構造帶已探明、評價、正鑽、儲備的圈閉為90 個，圈閉面積為2 100km2，圈閉資源量為2.85×1012 m3 ；已發現氣藏32個，三級儲量為1.70×1012 m3，其中探明天然氣儲量為1.40×1012 m3。其中，克拉—克深區段勘探程度高，已探明氣藏12 個，天然氣探明地質儲量為1.06×1012 m3 ；博孜—大北區段勘探程度相對較低，已探明氣藏7 個，天然氣探明地質儲量為3 100×108 m3，油630×104 t，該區段具備再探明萬億立方米天然氣資源潛力。
5.2 勘探成果
近期通過對克拉蘇構造帶西段博孜—大北區段集中勘探，發現7 個油氣藏，三級儲量天然氣為3 800×108 m3， 石油為4 800×104 t。除博孜9 井在7 800 m 獲得高產工業油氣流之外，大北9、大北14、大北17、博孜12 等4 口預探井獲得重大發現，新發現4 個大中型凝析氣藏，預測天然氣地質儲量為1 460×108 m3，凝析油為1 240×104 t，為博孜—大北區段萬億立方米氣區提供了技術支持。
博孜區段西南部為溫宿古隆起，受該古隆起控砂以及應力控儲的作用，7 800 m 以深仍發育優質儲層：
1）受溫宿古隆起影響，沉積一套純砂岩，南部弱擠壓應力區，有利於形成優質儲層。博孜9 井粒度粗（中砂岩—含礫粗砂岩）、厚度大（單層最大厚度為91 m）、砂地比高（96%）；古水流和重礦物分析均證實博孜9 井區具有雙物源特徵，博孜9 井白堊系薄片中可見來至西南部佳木2 井二疊系霏細巖巖屑，說明受到了來自溫宿古隆起方向物源影響。
2）博孜9 號構造遠離造山帶，構造側向構造擠壓應力為25 MPa，遠低於北部強應力區的70 MPa ；孔隙呈顆粒點—線接觸，原生孔大量保存；同時，博孜9 井巴什基奇克組長期淺埋，晚期快速深埋（埋深4 500 m 以深僅持續7 Ma），顆粒抗壓能力強，上覆應力相對較弱，是孔隙保存的關鍵。總之，受南部溫宿古隆起物源影響，沉積一套粗粒砂岩，顆粒抗壓實強度大，弱擠壓應力保存大量原生孔隙，確保 8 000 m 以深仍存在優質儲層，為一大批埋深超過8 000 m 圈閉的勘探提供了技術支持。
6 結論
1）克拉蘇構造帶發育博孜—克拉、克拉蘇、克深、拜城4 條一級斷裂，控制形成4 大斷裂構造帶，受早白堊世古隆起、古構造控制，發育5 種構造模式，有利於發育萬億立方米資源的圈閉。
2）克拉蘇構造帶西部深層/ 超深層發育巴什基奇克組和巴西改組兩套有利砂岩儲層，巴什基奇克組儲層屬於7 500 m 超深層優質儲層，受粗巖性、弱壓實、低應力等3 因素控制，儲層物性較好；巴西改組有利儲層主要位於第二段，屬於辮狀河三角洲前緣亞相沉積的裂縫—孔隙型儲層。
3）克拉蘇構造帶西部博孜—大北區段的原油來源於恰克馬克組烴源巖，經歷了“早期聚油、晚期聚氣”兩期成藏，東部克拉—克深區段幹氣主要來自黃山街組烴源巖，為一期成藏，並形成東部幹氣、西部凝析氣的成藏特徵。
4）克拉蘇構造帶石油地質條件優越，具有完善的“生儲蓋”系統，勘探潛力巨大。前期在該構造帶東部克拉—克深區段已發現了萬億立方米大氣區；近年來又在該構造帶西部博孜—大北區段超深層勘探中取得了持續勘探突破，發現了博孜9 千億立方米級氣藏及其他大中型氣藏，第二個萬億立方米大氣區正在形成。
-END-
來源：《天然氣工業》2020年第1期
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