新生代以来，青藏高原持续隆升，使其北部的柴达木盆地海拔不断抬升，湖盆趋于封闭^[1-3]，在盐源供给充足和干燥寒冷气候条件下形成了典型的内陆高原咸化湖盆^[4-6]。付锁堂等^[2]提出渐新世英西所在的柴西南地区为伸展背景下的断陷沉积区，优良烃源岩广泛发育；进入中新世后，主体构造逐渐走滑挤压反转，形成了复杂的断裂系统，为英雄岭构造带油气聚集、成藏奠定了基础。英西地区位于柴达木盆地英雄岭构造带西部，复杂的构造和岩性均制约着区域勘探的发现。已有研究成果显示英西地区储层整体较为致密^[6-8]，岩性差异较小，勘探实践表明英西地区虽然井井出油，但单井产量差异巨大，在平面分布和纵向不同深度上均呈现较强非均质性，油气富集规律尚不明确^[9-10]。黄成刚等^[11]，HUANG等^[12-13]提出其储集空间以白云石晶间孔为主，解释了英西地区普遍含油的原因，但未能系统阐述裂缝成因机理及其油气地质意义；YUAN等^[3]、袁剑英等^[4-5]提出柴西凹陷区深层为咸化湖盆沉积，极易发育岩性油气藏，明确了英西地区渐新统下干柴沟组上段(E₃²)主要油气富集岩层为优质的白云岩。

近2年来，英西地区E₃²油气勘探再创佳绩，连续获得重大发现，S210井初期日产油1 014 t，刷新了柴达木盆地30年来单井日产最高记录。针对油气富集规律不明确这一目前亟待解决的问题进行深入研究，综合岩心、薄片、测井、地震以及岩石物理等手段，探讨其裂缝成因机制与油气地质意义，以期能对复杂构造背景下的陆相咸化湖盆裂缝成因机理提出一个全新的认识，为厘清英西地区E₃²油气富集规律提供理论依据。

新生代以来，印度板块俯冲、青藏高原隆升、阿尔金断裂走滑以及新造山运动等一系列地质过程深刻地影响着柴达木盆地西部地区新生界盆地的演化和油气成藏过程^[13-16]，英西地区复杂碳酸盐岩油气成藏便是在这一背景下发生的^[17-18]。区内E₃²地层膏盐岩广泛发育，为典型的咸化湖盆沉积^[8-12]，渐新世柴西地区沉积中心由扎哈泉—七个泉—英西一带，逐渐向茫崖—七个泉—英西一带迁移^[13-14]，而这个过程中英西地区一直处于湖盆沉积中心，为形成优良生、储、盖体系奠定了基础(图 1)。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 柴西地区E32沉积相平面图（据参考文献[7]修改） Fig. 1 Sedimentary facies of E32 in western Qaidam Basin

由于研究区E₃²地层上部优质盐岩盖层的存在，导致地层流体排泄不畅，富含高矿化度流体和烃类流体的地层极易形成异常高压^[21-25]，加之盐岩层与碳酸盐岩层之间能干性差异显著，使得二者之间极易产生巨大压差。上新世末期，英西地区由于喜山运动的构造挤压而发生反转，使得英西地区E₃²中上部盐岩层之下的碳酸盐岩储层中形成了错综复杂的裂缝系统，成为区内油气运移的优良通道。

英西地区主力产油层段为E₃²，该层段也是整个柴达木盆地西部最为重要的烃源层，主要发育暗色泥岩和碳酸盐岩，并以半深湖亚相碳酸盐岩、泥岩、陆源碎屑岩以及膏盐岩薄互层形式产出，为典型的混合沉积岩^{[7-8, 14]}，油气藏具有自生自储的特点^[6]。英西地区E₃²油藏通常以盐岩层底为界，划分为“盐间油藏”和“盐下油藏”，并可进一步细分为6个油层组，由上而下分别为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ油层组(图 2)，其中Ⅲ油层组及以上为“盐间油藏”，埋深约为2 400~3 700 m，Ⅳ油层组及以下为“盐下油藏”，埋深约为3 700~5 000 m。本次研究的主要层段为盐下Ⅳ~Ⅵ油层组，是区内持续稳产、高效开发的主力层段。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 英西地区E32综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of E32 in Yingxi area

英西地区E₃²储层岩石整体致密，储集空间可划分为2种类型：一类以白云石晶间孔和溶蚀孔为主；另一类以不同成因的裂缝为主，各类裂缝构成的复杂裂缝网络同时作渗流通道和储集空间，其中作为储集空间的裂缝占比相对较少，主要以渗流通道形式影响油气富集和运移。

(1) 晶间孔。英西地区主要产油段岩心扫描电镜分析结果表明，储层中白云石晶间孔广泛发育，多呈三角状、锯齿状或其他不规则形状，其孔喉半径峰值为20~100 nm，且整体含油[图 3(a)~(f)]。黄成刚等^[15]研究表明英西地区白云石晶间孔具有较强的储集能力，能够形成规模油气藏，是英西地区持续稳产的主要决定因素。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 英西地区E32孔隙微观特征 （a）S41-2井，4 078.96 m，场发射扫描电镜，晶间孔；（b）S41-2井，4 081.7 m，场发射扫描电镜，晶间孔；（c）S3-1井，2 893 m，场发射扫描电镜，晶间孔被溶蚀改造；（d）S41-6-1井，3 857.35 m，场发射扫描电镜，晶间孔被溶蚀孔改造；（e）S41-2井，4 135.48 m，铸体薄片，晶间孔密集发育；（f）S41-2井，4 135.48 m，铸体薄片，晶间孔密集发育；（g）S41-2井，4 081.7 m，场发射扫描电镜，溶蚀孔；（h）S41-2井，4 135.72 m，场发射扫描电镜，溶蚀孔；（i）S49-1井，3 780.9 m，铸体薄片，晶间孔发育 Fig. 3 Microscopic pore features of E32 in Yingxi area

(2) 溶蚀孔。英西地区溶蚀孔具有一定发育规模，主要可以分为2种类型：一类为晶间孔溶蚀改造而成[图 3(d)~(e)]，可见少量碳酸盐岩矿物被溶蚀，孔喉半径为0.1~30.0 μm，其成因为有机酸溶蚀^[15]；另一类为铸模孔，主要发育于含颗粒、雪花状—斑状以及纹层状石膏灰云岩中，为颗粒、晶粒间的石膏胶结物和石膏斑晶发生选择性溶蚀而形成[图 3 (g)~(i)]，但这类孔隙整体数量较少。

对英西主力产区产油段6口井，246块样品岩心和薄片的显微观察结果显示，灰云岩裂缝普遍发育，地震、测井资料也显示英西地区不同尺度的裂缝广泛发育。英西地区E₃²发育多种裂缝类型，根据成因可分为两大类：第一类为构造裂缝[图 4(a)~(f)]，是指岩石受到超过其弹性限度的构造应力作用破裂而形成的裂缝，构造裂缝通常成组系出现并具有一定的方向性，依据构造力学性质可以分为压性裂缝、张性裂缝、压扭性裂缝和张扭性裂缝，英西地区常见未被完全充填的类似“残余孔洞”的特征，实际为构造缝，这类裂缝有效性较高，通常都饱含油，但数量相对较少[图 4(a)~(b)]；其次是成像测井中表现为亮色高阻正弦曲线特征的高角度剪切缝或张性裂缝，通常被石膏全充填，这类缝占构造缝的70%以上，为无效缝[图 4(c)~(f)]。第二类为非构造成因缝[图 4(g)~(p)]，是英西地区主要影响油气富集和稳产的裂缝类型，是在成岩作用过程中由水-岩反应、构造运动等作用形成的，此类裂缝包括层间缝[图 4(d)]、成岩裂缝、水力破裂缝和扩溶缝等，其中最为重要的是各类重新开启的早期裂缝[图 4(g)~(h)]和大量水力破裂缝[图 4(i)~(p)]，主要受异常高压流体和构造作用控制，此类裂缝开度为0.05~0.30 mm，多数未充填或局部充填，可作为油气输导体系，对于油气富集和改善储层渗流性能具有重要意义。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 英西地区E32裂缝岩心照片和微观特征 （a）S41-2井，4 097.71 m，构造缝，饱含油，未充填；（b）S41-2井，4 097.71 m，构造缝，饱含油，未充填；（c）S41-2井，4 068.78 m，构造缝，石膏全充填；（d）S38-4井，3 739.02 m，构造缝，半充填；（e）S41-2井，4 072.03 m，构造缝，石膏充填，重新开启；（f）S41-6-1井，3 867.1 m，构造缝，未充填；（g）S41-2井，4 208.25 m，层间缝，重新开启；（h）S41-2井，4 089.3 m，层间缝，石膏全充填；（i）S41-6-1井，3 857.95 m，铸体薄片，水力破裂缝，未充填，周缘含油；（j）S49-1井，3 746.03 m，铸体薄片，水力破裂缝，切割硬石膏；（k）S49-1井，3 756.3 m，铸体薄片，水力破裂缝，被切割缝开启；（l）S43井，3 921.92 m，铸体薄片，水力破裂缝，未充填，周缘含油；（m）S49-1井，3 756.3 m，铸体薄片，水力破裂缝，含油；（n）S41-2井，4 085.1 m，阴极发光照片，水力破裂缝，含油；（o）S49-1井，3 780.18 m，铸体薄片，水力破裂缝，未充填；（p）S41-6-1井，3 857.95 m，铸体薄片，水力破裂缝，未充填 Fig. 4 Core photographs and microscopic features of fractures of E32 in Yingxi area

通常异常高压碳酸盐岩储层裂缝的形成受膏盐岩、构造作用、孔隙流体压力等因素的共同影响^[26-28]。英西地区裂缝广泛发育，一方面裂缝可作为油气从烃源岩中排出并运移至盐下圈闭中的主要通道，另一方面，裂缝系统的存在可在很大程度上改善储层的渗流性能，广泛发育的裂缝体系促使英西地区形成独特的“自生自储-裂缝输导-超压驱动”的油气系统^[7]。因此，对裂缝成因机制的深入探讨具有重要意义。

新生代以来，柴达木盆地的构造变形经历了扭曲调整和收缩变形等2个主要阶段^[16-20]。第一阶段^[19-20]，受印度板块与欧亚板块碰撞影响，阿尔金山前断裂自始新世开始持续发生左行走滑，导致柴西地区发育一系列右阶雁列式展布的、张性并带有左旋分量的断裂系统，控制了该区沉积和烃源岩的发育^[2]；第二阶段，随着东昆仑走滑断裂逐渐向北迁移，柴西地区古近纪的伸展背景逐渐反转为新近纪的走滑挤压背景，盆地发生收缩变形，导致深层早期形成的具有左旋分量的断裂发生反转形成逆冲迭瓦状构造，浅层形成盐滑脱构造，伴随构造变形还产生了复杂的断裂-裂缝体系，进而形成了现今具有复杂断裂-裂缝体系的英雄岭构造带，英西地区即为该构造带高效建产的主要区域^{[2, 21]}。

英西地区构造主体变形较强烈，发育“双层结构”，浅层为盐滑脱上覆构造，结构相对简单，裂缝不发育；深层整体为被断层复杂化的背斜构造，受多条北倾与南倾背冲断层切割，派生大量裂缝和微构造，具有逆冲迭瓦状构造特征(图 5)，局部低隆起产生的应力传导作用也是盐下异常高压形成的重要因素之一。英西地区主要控藏断层派生大量次级逆冲断层，且大部分陡倾产出，走向与主要控藏逆断层一致，构成典型“盆-山”耦合的异常高压盆地中普遍发育的“人”字型构造^[22-23]，这类构造通常具有较好的封堵性，是区内异常高压得以保存的重要因素。受基底①，②与⑦号断裂控制，英西地区整体分段特征明显，从北东向南西可以分为北带、中带和南带(图 5)。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 英西地区E32地震剖面（a）及成藏模式（b） Fig. 5 Seismic profile(a)and accumulation model(b)of E32 in Yingxi area

通过地震叠后振幅方位分解与曲率属性融合可知(图 6)，英西地区主体发育多条北西—南东向逆断层，断裂-裂缝系统极为复杂，裂缝在北带、中带、南带均有分布，图中黄色代表较大规模断裂及部分构造缝，黑色代表以水力破裂缝为主的微裂缝发育带，裂缝发育带主要围绕研究区内主控断裂和派生逆断层发育，与油气层空间关联性良好。研究区北带相对远离造山带，构造位置较高，后期构造裂缝发育集中，是目前高产油气层集中发育区；中带受①与②号断裂控制，是山前主要的应力集中区域，裂缝发育，是目前盐下高产稳产主力区；南带受①号断裂控制，构造裂缝发育程度相对较低，但其下伏地层异常高压保存相对完整，是下一步勘探认识的潜力区域。可见英西地区多种类型裂缝的发育程度受构造运动控制明显，对于研究区复杂构造的精细解剖必将有效地指导高效储集层的认识和发现。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 英西地区E32盐下裂缝展布平面图（英西三维地震资料） Fig. 6 Fracture distribution of subsalt strata of E32 in Yingxi area

许多成果已证实流体异常高压会影响烃源岩抗张强度并形成微裂缝，从而影响油气运移和聚集^[24]。据柳广弟^[25]报道，1962年，Snarsky提出当流体压力超过静水压力1.42~2.40倍时即产生异常高压，当超过岩石抗张强度时就会产生裂隙；1978年，Momper认为即使松软地层中流体压力达到静水压力的80%时，也能使原有近水平的层理或者层间缝重新开启，并同时形成新的垂向微裂缝，共同构成水力破裂缝网，这种微裂缝系统具有周期性开启和闭合的特征；1983年，Ungerer等的研究结果表明，在流体压力作用下微裂缝重新开启或派生新的微裂缝后，原先封闭的流体就沿裂缝排出，随后在上覆地层负荷作用下闭合，此后压力重新累积，不断重复上述过程，这种周而复始的压力累积和造缝正是烃源岩持续排出油气，并成藏的主要原因。

英西地区E₃²盐下异常高压普遍存在^[26]，单井资料证实盐岩下地层平均压力系数为1.6~1.8，主力油层通常高达2.0以上。英西地区E₃²盐下异常高压受多种因素共同控制^[27-28]，主要包括：①生排烃过程中产生的大量烃类；②盐岩盖层和高矿化度地层流体；③黏土矿物脱水；④异常高压传导；⑤基底隆起等。盐下地层在异常高压作用下产生大量周期性闭合的微裂缝，形成完整的输导体系，而良好的上覆盐岩盖层与具有封堵性的逆冲断裂保证了异常高压的保存，这些因素支撑了英西地区的持续稳产。

英西地区E₃²盐间广泛发育较厚的盐岩层，由于盐岩层毛管突破压力高，在高温高压下即使受到极强烈的构造挤压而破碎也能够迅速闭合，而这些性能几乎不受成岩演化的影响，使之成为优良的封堵盖层。通常盆内逆冲断层输导体系向上延伸逐渐收敛于盐岩层，阻碍了流体进一步运移，这正是盐下异常高压封存的重要原因，且上覆盐岩层越厚，封盖能力越强，其下伏地层异常高压保存越完整。综合张小莉等^[29]提出的壳模式、Sibson ^[30]提出的断层阀模式以及卞德智等^[31]提出的异常高压裂缝机制，认为英西地区上覆盐岩作为良好不透水层存在时，盐下灰云岩储层作为透水岩层受多种因素影响形成异常高孔隙流体压力，使灰云岩破裂或抗张强度达到极限，很容易受构造运动诱导产生破裂，形成大量角砾岩和裂缝带。

英西地区E₃²盐下发育大套烃源岩，在上新世末期进入生油高峰期大量排烃与黏土矿物脱水，和高矿化度地层流体一起进入储层导致孔隙流体增加^[32]，并与灰云岩骨架共同承担地层围压和构造挤压应力，导致地层欠压实而保存大量孔隙和微裂缝。

由于异常高压、碳酸盐岩与盐岩之间的能干性差异，使得碳酸盐岩储层与盐岩盖层之间存在巨大压差。在此背景下，区域应力场的突变会导致岩层发生破裂，英西地区在上新世末期处于挤压反转阶段，构造运动频发，使得储层段不同程度地发生破裂，从而导致：①早期形成的各类裂缝在构造作用诱导下重新开启、扩大和延伸，局部隆起高部位产生褶皱变形[参见图 4(e)]，裂缝重新开启并派生大量微裂缝；②当孔隙流体压力远大于岩石抗张强度时，岩石破裂产生新的水力破裂缝，表现为缝壁不规则的网状缝^[33]，大部分未充填，当流体压力释放后，裂缝愈合难以识别，部分裂缝被石膏部分或全充填，形成岩心中可见的石膏充填网状缝[参见图 4 (h)]。总体上，这种裂缝规模相对较小，但数量巨大，可以有效沟通原本有一定孔隙但渗流性能较差的层段，是英西地区持续高效稳产的主要因素之一。

岩石中微裂缝的形成与岩石组分、温度、压力都有着密切的关系^[33-34]，本文首次针对英西地区E₃²主要储集层样品开展岩石物理三轴应力实验，本次岩石三轴力学测试实验设备为美国GCTS公司RTR— 1000静(动)态三轴岩石力学伺服测试系统，该系统最大轴向压力1 000 kN，最大围压140 MPa，孔隙压力140 MPa，动态频率10 Hz，温度150 ℃。实验控制精度为：压力：0.01 MPa，液体体积：0.01 g/cm³，变形：0.001 mm。本次实验共选取不同深度、不同岩性组分样品12块，给定实验压力为50 MPa，实验温度100 ℃。图 7(a)所示样品全岩矿物测试显示样品中硬石膏质量分数为34%，白云石质量分数为41%。该样品在三轴应力实验初始应变阶段，应变曲线斜率较高，为原始裂缝闭合阶段，随着压力升高，石膏在岩体中逐渐呈现塑性和流变性，很大程度地舒缓了岩石应力变形程度，塑性的膏盐层在应力作用下因挤压会发生流动、扭曲，但不易断裂，主体呈现塑性变化过程，轴向和径向应变都变形为平稳趋势[图 7(a)]，认为此类岩性不利于大量产生裂缝。由此可见，石膏会对承压流体造缝产生一定程度的影响。实验结果表明，呈雪花状、斑状以及鳞片状分散于储层中的石膏，会分解和缓冲高压，不易成缝，而呈薄层状产出的石膏与灰云岩互层在承压流体作用下通常处于岩石抗张强度极限，受构造运动诱导容易重新开启，此类储层在后期构造作用影响下会改变原始输导体系。图 7(b)样品全岩矿物测试显示其硬石膏质量分数 < 15%，由于膏盐占比减小岩石脆性增强，在相同温度压力条件下受应力作用更易扭曲、断裂，轴向和径向应变都表现为两段台阶式下移[图 7 (b)]，认为此类岩石有利于承压流体造缝，容易形成高效沟通晶间孔和溶蚀孔的裂缝网络，构成完整的储集-输导体系。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 英西地区E32储层样品岩石物理三轴应力实验 Fig. 7 Triaxial stress test of rock physics of reservoir samples of E32 in Yingxi area

黄成刚等^[15]指出英西地区E₃²主要储集岩基质孔隙的退汞效率极低，说明油气在没有裂缝输导的基质孔隙中运移存在很大难度，而裂缝对于油气运移速率的影响要远大于基质孔隙，英西地区普遍发育的水力破裂缝能够高效地沟通基质孔隙，作为渗流通道很大程度地改善储层渗流性能。由于异常高压与水力破裂缝的发育程度直接相关，单井实测压力系数及初期产油(投入产能2个月)统计表明两者具有良好的正相关关系，相关系数达0.8以上，随着单井压力系数增大，产能明显提高(图 8)。2016年以来，英西地区连续获得重大突破，如S205井在第Ⅳ油层组(井深3 378~3 600 m)获得日产864 t的高产工业油流，S210井第Ⅲ与Ⅳ油层组(井深3 662~4 690 m)日产油达到1 014 t。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 英西地区E32单井实测压力系数与初期产能散点图 Fig. 8 Scatter diagram of measured pressure coefficient and initial capacity of single well in Yingxi area

由于E₃²上部膏盐层的存在，其盐下油藏普遍为异常高压，且由北向南压力系数依次增大，英西北带和中带均为现今主要产油区域，单井实测压力系数平均都高于1.5，②号断层附近达到2.0，向南扩展更高，说明异常高压展布与英西主体构造走向平行，靠近山前的斜坡区域压力系数相对更大，英西中带、南带钻探的新井均进一步证实了异常高压的存在，压力系数均达到2.0以上。勘探证实英西地区E₃²压力系数向北东方向逐渐减小，这与区内盐岩厚度变化趋势一致，表明盐岩对盐下压力的封存至关重要，连续发育厚层岩盐时下伏地层异常高压保存更完整。本次研究以英西地区E₃²单井实测压力系数为基础，综合叠后振幅方位分解与曲率融合属性、单井盐岩厚度以及古地貌特征，建立了水力破裂缝发育区的综合识别标志：即上覆盐岩相对稳定、实测压力系数较高且地震融合属性显示良好的古地貌高地周缘(斜坡区)区域水力破裂缝广泛发育，有利于构建完整的输导体系。以此为指导，对研究区E₃²油气富集程度和异常高压保存程度进行了预测，认为图 9中红色区域自然产能最为集中，南侧橙色区域潜力较大，该区域有一定盐岩厚度，下伏异常高压保存完好。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 英西地区E32盐下压力系数与油气富集区叠合图 Fig. 9 Pressure coefficient and hydrocarbon accumulation area of the subsalt strata of E32 in Yingxi area

(1) 英西地区E₃²裂缝广泛发育，总体上可分为2种类型：①构造缝，多为石膏充填，部分半充填，缝宽较大，肉眼可见，多为无效缝；②异常高压流体产生的水力破裂缝，这类裂缝是英西地区盐下持续高产的主要控制因素，可进一步划分为2个亚类，一类是存在于异常高压储层中的早期裂缝在构造作用诱导下重新开启，同时派生大量微裂缝；另一类为孔隙流体压力超过岩石抗张强度产生的水力破裂缝，这类裂缝规模相对较小，但数量巨大，形成高效渗流系统，是英西地区持续高效稳产的主要因素。

(2) 地震振幅以及曲率等多种属性融合，结合异常高压分布、岩盐厚度以及古地貌特征，可准确预测英西地区油气高产富集区的分布，有效指导了下一步井位部署工作。