引用本文
高永进, 张远银, 吴超, 杨有星, 白忠凯, 田亚. 塔里木盆地沙井子构造带西段志留系油气勘探突破与启示[J].中国地质调查, 2024,11(5): 1-8.
GAO Yongjin, ZHANG Yuanyin, WU Chao, YANG Youxing, BAI Zhongkai, TIAN Ya. Oil and gas exploration breakthroughs and insights in the western segment of Silurian Shajingzi structural belt in Tarim Basin[J].Geological Survey of China, 2024,11(5): 1-8.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2024.286
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塔里木盆地沙井子构造带西段志留系油气勘探突破与启示
高永进1, 张远银1,2,*, 吴超3, 杨有星1, 白忠凯1, 田亚1
1.中国地质调查局油气资源调查中心,北京 100083
2.北京大学能源研究院,北京 100871
3.新疆地矿局乌鲁木齐地质大队,新疆 乌鲁木齐 830017
通信作者简介: 张远银(1986—),男,正高级工程师,主要从事油气地球物理研究。Email: yuanyinshou@163.com。

第一作者简介: 高永进(1968—),男,教授级高级工程师,主要从事石油地质研究。Email: 911431198@qq.com。

收稿日期: 2024-08-12 修回日期: 2024-10-10
基金资助: 中国地质调查局项目“西部重点盆地新区新层系油气资源调查评价(编号: DD20230021)”“全国油气基础地质调查(编号: DD20240052)”和“西部重点盆地油气地质调查与评价(编号: DD20240044)”项目联合资助
摘要

塔里木盆地西北部志留系油气勘探程度较低,2019—2021年,新苏地1井、新苏参1井首次在沙井子构造带东段获得油气发现,2023年向西拓展的新苏地2井也试获工业气流。基于沙井子地区钻探、试油、地球化学及地质特征等资料和野外剖面测量结果,结合二维地震资料目标处理与精细解释,开展了成藏模式分析和资源潜力评价,研究认为: ①沙井子构造带志留系柯坪塔格组发育大型砂体,储盖组合好,西段新苏地2井、东段新苏参1和新苏地1井均获得工业气流,揭示了志留系油气潜力; ②沙井子断裂系统规模大,活动时间长,既沟通阿瓦提凹陷深部优质烃源岩,又控制沙井子构造带一系列构造、构造-岩性类圈闭的形成,成藏期以圈闭定型后的喜马拉雅期为主,表现为“断裂主控、晚期成藏”的特征; ③识别沙井子构造带志留系柯坪塔格组圈闭42个,预测圈闭资源量1.982 1亿t油当量,油气勘探潜力较大。研究成果可为下一步开展勘探区评价提供借鉴和依据。

关键词: 构造圈闭; 晚期成藏; 志留系柯坪塔格组; 沙井子构造带; 新苏地2井; 塔里木盆地
中图分类号:P618.13 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2024)05-0001-08
Oil and gas exploration breakthroughs and insights in the western segment of Silurian Shajingzi structural belt in Tarim Basin
GAO Yongjin1, ZHANG Yuanyin1,2, WU Chao3, YANG Youxing1, BAI Zhongkai1, TIAN Ya1
1. Oil & Gas Survey Center, China Geological Survey, Beijing 100083, China;
2. Institute of Energy, Peking University, Beijing 100871, China
3. Urumqi Geological Team, Xinjiang Geology and Mineral Resources Bureau, Xinjiang Urumqi, 830017, China
Abstract

The exploration degree of Silurian oil and gas in the northwestern part of Tarim Basin was relatively low. The oil and gas discovery was obtained in the eastern segment of Shajingzi structural belt from wells XSD 1 and XSC 1 from 2019 to 2021, and then the industrial gas flow was also achieved in XSD 2 well, which extended westward in 2023. Based on the analysis of drilling, oil testing, geochemical, geological characteristics in Shajingzi area and the results of field profile measurements, and combined with the targeted processing and detailed interpretation of 2D seismic data, the authors in this paper conducted an analysis of the reservoir formation model and evaluation of resource potential. The results are as follows. ① Large sand bodies were developed in Silurian Kepingtage Formation in Shajingzi structural belt, with favorable reservoir-seal assemblages. The wells XSD 2 in the eastern segment, XSC 1 and XSD 1 in the western segment, have all achieved industrial gas flow, revealing the oil and gas potential of Silurian strata; ② Shajingzi fault system is large in scale and long in duration, connecting the high-quality source rocks in the deep part of Awati depression. This fault system also controls the formation of a series of structural traps and structural-lithology traps in Shajingzi structural belt. The reservoir formation period is mainly Himalayan period after the traps were formed, characterized by “fault-dominated, late-stage reservoir formation”; ③ Forty-two traps have been identified in Silurian Kepingtage Formation of Shajingzi structural belt, with a predicted trap resource volume of 198.21 million tons oil equivalent, indicating significant oil and gas exploration potential. The results of the study could provide some references and basis for the next step in the evaluation of the exploration area.

Keyword: structural trap; late reservoir accumulation; Silurian Kepingtage Formation; Shajingzi structural belt; well XSD2; Tarim Basin
0 引言

塔里木盆地志留系沉积面积约25万km2, 截至2024年10月, 仅提交8 015万t三级储量[1, 2, 3, 4, 5], 勘探程度极低。为落实原国土资源部2017年部长办公会议提出的“ 以提供有效区块为目标, 进一步加大新疆油气勘查开发体制改革力度” 的工作要求, 中国地质调查局油气资源调查中心按照“ 基础调查先行、战略选区突破” 的思路, 聚焦塔里木盆地志留系沉积和成藏两大关键地质问题, 以塔里木盆地西北部沙井子构造带为突破口, 以塔里木盆地整体评价为目标, 点面结合, 协调2类工程、6个二级项目, 历时近5 a系统开展基础地质调查和科技攻关工作, 实施了电法测量750 km, 二维地震采集285 km和目标处理1 500 km, 形成6条地震、13条非震大剖面, 编制构造、地层、沉积、地化、成藏、资源评价等基础地质图件125幅。2019— 2021年, 沙井子构造带东段部署实施的新苏地1井、新苏参1井取得塔里木盆地西北缘志留系油气调查重要发现与突破[6, 7, 8]。2023年向西拓展油气勘探领域, 部署了新苏地2井并获油气重要突破[9, 10]。基于沙井子地区钻探、试油、地球化学及地质特征等资料分析和野外剖面实测, 结合二维地震资料目标处理与精细解释, 开展沙井子构造带成藏模式和东西段油气条件对比, 评价地区资源潜力, 并指出下步有利勘探区。

1 研究区概况

沙井子构造带位于塔里木盆地柯坪断隆温宿凸起东南部, 呈NE— SW走向, 西北部以下古生界出露线为界, 东南部以沙井子断裂为界限, 西南接柯坪塔格断裂并与阿恰断裂交汇, 东北抵喀拉玉尔滚断裂, 是新生代南天山褶皱冲断系的一部分[11, 12, 13, 14, 15]。沙井子断裂是盆地一级构造单元柯坪断隆和北部坳陷的分界线, 也是二级构造单元温宿凸起和阿瓦提凹陷的分界线[12]。沙井子构造带沿其中部发育的四石厂断裂可分为东、西两段(图1(a), (b))。

图1 塔里木盆地西北部沙井子构造带构造位置图(a-b)和新苏地1井志留系岩性特征(c)
1.工业油流井; 2.工业气流井; 3.低产油井; 4.油气显示井; 5.干井; 6.地名; 7.火成岩; 8.一级构造分界线; 9.二级构造分界线; 10.断层; 11.探明油藏; 12.探明气藏; 13.地震测线; 14.油苗; 15.志留系露头; 16.烃源岩剖面; 17.中砂岩; 18.细砂岩; 19.粉砂岩; 20.泥质粉砂岩; 21.泥岩Fig.1 Location of Shajingzi structural belt in the northwestern Tarim Basin (a-b), and lithology of Silurian strata from well XSD1 (c)

沙井子构造带下古生界地层出露范围广, 地层倾角普遍较大(30° ~75° ), 自上而下依次主要为第四系(Q)、新近系(N)、古近系(E)、二叠系(P)、石炭系(C)、志留系(S)、奥陶系(O)、寒武系(Є )、震旦系(Z)和中元古界阿克苏群(Pt2ak)。出露的志留系主要包括上统克兹尔塔格组(泥盆系部分残留)((S3-D)k)、中统依木干他乌组(S2y)、下统塔塔埃尔塔格组(S1t)和柯坪塔格组(S1k)。其中, (S3-D)k岩性主要为紫红色、棕红色厚层、块状粉砂-细砂岩, 局部夹含砾砂岩、砾岩及泥岩; S2y主要发育紫红色泥岩; S1t岩性主要为暗紫红色、紫红色薄层至中层状细砂岩、粉砂岩; S1k岩性主要为灰绿色、深灰色细砂岩及泥质粉砂岩[6, 16, 17]。

沙井子构造带的石油地质条件研究相对薄弱, 地震显示该区沉积地层从东南朝西北方向上倾, 整体为单斜特征(图2(a)), 特别是复杂构造运动造成该区下古生界直接高陡出露, 普遍认为其志留系油气难以有效保存。2018— 2021年间, 中国地质调查局油气资源调查中心在东段相继部署实施了新苏地1井和新苏参1井, 首次取得塔里木盆地西北部志留系工业气流[6, 7, 8]。其中: 新苏地1井在柯坪塔格组下段2 525.5~2 528.5 m获得天然气日产12 605 m3, 在柯坪塔格组上段2 377~2 386 m和2 409~2 413 m 获得天然气日产16 817 m3; 新苏参1井位于新苏地1井上倾方向(图2(a)), 在柯坪塔格组2 268~2 310 m 获得天然气日产5 363 m3。

图2 研究区典型地震剖面特征Fig.2 Characteristics of typical seismic profiles in the study area

受新构造运动影响, 沙井子构造带西段下古生界相较于东段处于更高的构造部位(图2(b)), 是油气运移有利指向区。中国地质调查局油气资源调查中心2023年向西拓展油气勘探领域, 部署实施了新苏地2井, 旨在评价落实该区石油地质条件, 力争获得油气突破, 推进油气勘探进程[10]。

2 油气勘探突破

新苏地2井完井井深为3 133.6 m, 完钻层位为奥陶系大湾沟组。钻探发现志留系依木干他乌组区域性优质泥岩盖层保存完整, 厚度达507 m, 证实该区盖层封闭条件较好, 有利于油气大规模聚集成藏。录井累计见气测异常共78.21 m/20层, 其中, 油迹7 m/1层, 弱含气层64.38 m/4层, 沥青砂岩3.83 m/5层。测井解释含油气层83.3 m/24层, 其中, 气层29.1 m/5层, 差气层22.6 m/7层, 含气层28.1 m/11层, 气水同层3.5 m/1层。优选志留系柯坪塔格组S1层(2 642~2 644.5 m、2 663~2 668 m和2 674~2 676 m)和S2层(2 541~2 544.5 m、2 556.5~2 559 m和 2 561.5~2 562.5 m)进行地层含油气性测试, 首次获得沙井子构造带西段工业油气流。

S1层采用油管传输射孔, 射后出口不出, 经油管压裂改造, 自喷+抽汲退出全部压裂液709 m3; 间喷求产(液氮气举+5 mm油嘴开套管), 获得日产水13.2 m3, 累产水81.24 m3, 最大瞬时气产量74 338 m3/d, 日均产气量24 287 m3, 火焰橙黄色, 焰高6~9 m, 套压0~3.58 MPa, 累产气199 155 m3, 氯根64 131.82 mg/L, pH值为7。水样全分析: SO42-为41.16 mg/L; Cl-为64 131.82 mg/L; HC O3-为480.11 mg/L; 总矿化度为105 169 mg/L; 水型为CaCl2型。气样全分析: 甲烷(CH4)含量为80.33%, 相对密度为0.631 8。关静压求得油层中部(2 659 m)静压19.28 MPa, 静温65.97 ℃。S1层定为“ 气水同层” (图3)。

图3 新苏地2井志留系柯坪塔格组四性关系Fig.3 Four properties of Silurian Kepingtage Formation in well XSD2

S2层采用油管传输射孔, 射后出口不出, 经油管压裂改造, 自喷+抽汲退出全部压裂液474.3 m3; 层间喷求产(抽汲+5 mm油嘴开套管), 获得日产水6.65 m3(带油花), 累产水15.90 m3, 最大瞬时气产量71 123 m3/d, 日均产气

量22 356 m3, 火焰橙黄色, 焰高3~10 m, 套压 0~2.8 MPa, 累产气166 995 m3, 氯根53 888.56 mg/L, 累产油1.23 m3。水样全分析: SO42-为262.58 mg/L; Cl-为54 975.15 mg/L; HCO3-为368.68 mg/L; 总矿化度为90 155.6 mg/L; 水型为CaCl2型。气样全分析: 甲烷(CH4)含量为81.92%, 相对密度为0.674 3。油样全分析: 密度0.860 5 g/cm3, 黏度(50 ℃)11.19 mPa· s, 含蜡5.33%, 凝固点8.00 ℃。关静压求得油层中部(2 551.75 m)静压19.28 MPa, 静温63.9 ℃。S2层定为“ 气层” (图3)。

3 勘探启示
3.1 油气成藏模式

沙井子构造带紧邻阿瓦提生烃凹陷, 寒武系玉尔吐斯组烃源岩总有机碳含量(total organic carbon, TOC)为1.33%~16.79%, 奥陶系萨尔干组烃源岩TOC为1.15%~9.1%, 有机质类型均为I-II1型, 处于过成熟阶段, 这两套烃源岩在北部坳陷大面积分布, 规模大, 排烃时间长, 可以为油气富集提供充足的物质基础[15, 16]。志留系塔塔埃尔塔格组上段和柯坪塔格组上段和下段均发育潮控三角洲砂岩沉积, 由于距离物源较远, 水动力作用弱, 岩石成分主要以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主, 分选较差, 孔隙类型以残余原生粒间孔为主[6, 7, 17], 面孔率6%~8%, 储层岩心孔隙度平均为6%, 渗透率0.5× 10-3~1.5× 10-3 μ m-3, 裂缝发育段渗透率较高, 整体属于致密型砂岩储层。志留系主要发育3套储盖组合(图1(c)), 依木干塔乌组泥岩为区域盖层, 在柯坪— 阿瓦提地区广泛分布, 现今残余厚度可达600 m, 塔塔埃尔塔格组下段和柯坪塔格组中段泥岩是另外两套盖层。

沙井子断裂从奥陶纪末期开始活动, 于晚加里东期— 早海西期形成冲断楔, 到晚海西期形成断裂带雏形和早期构造类圈闭, 后期断层仍持续活动、圈闭不断调整, 至喜山期最终定型。沙井子断裂系统规模大、活动时间长(图2(a)), 不仅控制了圈闭形成, 而且为阿瓦提凹陷深部烃源岩生成油气提供良好运移通道[6, 7, 13, 14, 15, 16, 17]。整体来看, 沙井子构造带志留系以构造和构造-岩性类圈闭为主, 表现为受断裂控制、沿构造带有序分布、叠合连片的特征, 平面上呈棋盘状分布。

油源对比发现志留系原油与玉尔吐斯组烃源岩S同位素相近, 指示沙井子构造带志留系油气主要源于阿瓦提凹陷深部的寒武系和奥陶系烃源岩, 且以寒武系为主[6, 7]。包裹体测温和埋藏-热史分析认为沙井子构造带志留系油气多期充注, 包括晚加里东期(沥青砂)、晚海西期(油)、喜山期(气)[17, 18, 19, 20]。其中: 初始成藏期为加里东晚期, 志留系沉积结束, 沙井子断裂开始活动并形成初期圈闭, 虽然岩石成岩性较差, 但此时正值寒武系玉尔吐斯组烃源岩生油高峰期, 可形成初期油藏, 以正常油为主; 至早海西期, 南天山洋向北俯冲, 塔里木盆地整体抬升, 志留系— 泥盆系普遍遭受剥蚀, 初期油藏遭受破坏形成沥青砂岩, 深部可能残留初期油藏, 但油藏变稠; 后期沙井子构造带不断抬升, 阿瓦提凹陷不断下沉, 到早印支期, 沙井子断裂形成主体形态, 奥陶系萨尔干组处于初期生油高峰, 但彼时圈闭尚未定型, 沙井子断裂持续活动, 油气主体仍遭受散失; 直到喜山期沙井子断裂停止活动, 圈闭定型, 此刻为寒武系玉尔吐斯组烃源岩生气高峰, 可大量富集天然气。因而整个成藏史主要是三期充注, 且以晚期为主。

总体来看, 沙井子构造带志留系油气成藏模式表现为“ 断裂主控、晚期成藏” 特征(图4), 油气藏以断块型和断鼻型为主, 沿构造带有序分布、叠合连片, 油气主要沿断裂体系输导, 受上覆泥岩盖层和断层侧向封堵, 在高部位富集。在阿瓦提凹陷沙井子断裂下盘志留系可能发育背斜型油气藏(沙南2井钻揭三叠系原油), 在沙井子断裂上盘远端志留系不整合面附近, 可能发育地层型油气藏, 但其油藏更易遭受降解变稠。虽然沙井子构造带主体以单斜为背景, 但沙井子断裂系统规模大, 可控制形成一系列圈闭, 并为深部油气运移提供良好输导条件。因此, 研究认为纵向上除了志留系, 只要位于该构造带寒武系、奥陶系等多个层段发育的有效圈闭、下盘断阶带, 均有望形成规模油气藏, 勘探潜力巨大。

图4 阿瓦提凹陷— 沙井子构造带油藏模式Fig.4 Oil-gas model of Awati sag to Shajingzi structural belt

尽管新苏参1井位于新苏地1井的上倾方向, 志留系目的层具有更浅的埋藏深度, 但由于次级断裂的分割, 使得二者隶属于不同断块和油气藏单元(图4), 故下倾方向的新苏地1井获得了比上倾方向新苏参1井更高的油气产量。显然, 沙井子断裂系统对油气成藏与富集具有控制作用。

3.2 西段油气条件

沙井子构造带东西两段烃源岩和储集层条件基本相近, 主要目的层柯坪塔格组和塔塔埃尔塔格组均为致密型砂岩储层。新苏地1井实验室测试孔隙度4.8%~8.4%, 平均约6%, 渗透率 0.5× 10-3~1.5× 10-3 μ m-3, 平均约0.71× 10-3 μ m-3; 新苏参1井测井解释孔隙度主体分布约5.5%~6.1%, 渗透率主体分布约0.514× 10-3~0.628× 10-3 μ m-3; 新苏地2井测井解释孔隙度主体分布约5.6%~10.11%, 渗透率主体分布约0.219× 10-3~3.711× 10-3 μ m-3。

尽管储层条件平面上差异不大, 但综合评价认为沙井子构造带西段的油气成藏条件更为有利。一方面是西段的盖层条件显著优于东段, 西段新苏地2井钻揭依木干他乌组泥岩盖层厚度达506.5 m, 远厚于东段新苏地1井(289 m)和新苏参1井(262 m)。此外, 新苏地2井揭示志留系上统克兹尔塔格组泥岩201 m, 这套潜在盖层在东部则逐步尖灭, 新苏地1井和新苏参1井均未钻揭。推测是因为志留系沉积后柯坪断隆东北缘的温宿凸起持续隆升, 导致沙井子构造带东段泥岩剥蚀减薄, 而西段较厚, 油气封盖条件更好。

另一方面, 沙井子构造带西段在新构造运动时期被抬升至更高位置, 圈闭规模更大, 总体处于构造高部位, 是油气运移和富集的有利指向区(图5)。新苏地2井在柯坪塔格组上下两段气层分获日产22 356 m3和24 287 m3的工业气流, 而东段的新苏地1井在同样两层产气量较低, 分别为日产16 817 m3 和12 605 m3。此外, 东段新苏地1井和新苏参1井在柯坪塔格组见气层和气水同层, 上段的塔塔埃尔塔格组未见油气显示, 而西段的新苏地2井在相同层段油气显示更为活跃。

图5 沙井子构造带西段— 东段油藏模式Fig.5 Oil-gas model for the western to the eastern segment of Shajingzi structural belt

3.3 油气资源潜力

沙井子构造带以构造、构造-岩性类圈闭为主, 基于地震资料精细解释, 共计识别圈闭42个, 总面积668.9 km2。依据钻井揭示的主力层段柯坪塔格组上段砂岩信息, 统计含气砂体平均厚度为16.5 m, 平均有效孔隙度为6%, 平均含水饱和度为40%, 平均原油密度为0.86 g/cm3, 平均原油体积系数为1(参考新苏地1井测试结果[9, 11]), 据此标准计算沙井子构造带圈闭资源量1.982 1亿t油当量, 油气勘探潜力巨大。其中, Ⅰ 类圈闭8个, 70.2 km2, 圈闭资源量3 510万t油当量; Ⅱ 类圈闭26个, 516.2 km2, 圈闭资源量1.548 6亿t油当量; Ⅲ 类圈闭8个, 82.5 km2, 圈闭资源量825万t油当量。

4 结论

(1)塔里木盆地沙井子构造带东、西两段钻井均于志留系柯坪塔格组主力产层获得工业气流, 证实了圈闭的有效性和油气连片分布的特点, 非主力产层塔塔埃尔塔格组也有望获得工业突破, 区带油气勘探潜力较大。

(2)沙井子断裂系统规模大, 活动时间长, 既沟通阿瓦提凹陷深部优质烃源岩, 又控制沙井子构造带一系列构造构造-岩性类圈闭的形成。志留系圈闭主要为断层控制的断鼻和断背斜, 储层孔隙度主体分布约5.6%~10.11%, 渗透率主体分布约0.219× 10-3~3.711× 10-3 μ m-3, 是特低孔特低渗储层, 为晚期充注的构造和构造-岩性类油气藏, 以气为主。

(3)沙井子构造带西段相较于东段地层发育更加完整, 克兹尔塔格组和依木干他乌组泥岩盖层更厚, 圈闭规模更大, 总体处于构造高部位, 是油气运移和富集的有利指向区, 可作为油气产能建设的首选地区。

(责任编辑: 常艳)

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