塔中北斜坡奧陶系鷹山組巖溶作用與儲層分布

謝欣睿，毛健，王振宇

（西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川 成都610500）

0 引言

古巖溶作用是指古代地表水和地下水對可溶性巖石的改造過程，以及由此產(chǎn)生的地表與地下地質(zhì)現(xiàn)象的總和［1］。古巖溶作用形成的大量孔、洞、縫體系可作為良好的儲集空間。根據(jù)前人的研究分析發(fā)現(xiàn)，塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖儲層的形成主要受控于古巖溶作用，且其為關鍵要素之一。按碳酸鹽巖發(fā)生巖溶作用的時間與環(huán)境，常將其簡單劃分為準同生巖溶、風化殼巖溶和埋藏巖溶。這3 種不同類型的巖溶作用控制著塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖儲層的形成與演化，但發(fā)育與分布不均，影響作用也不同［2-3］。

鑒于巖溶型儲層對塔中北斜坡地區(qū)油氣勘探的重要地位，本文著重闡述風化殼巖溶和埋藏巖溶2 種作用及其對塔中北斜坡地區(qū)鷹山組儲層形成和演化不同程度的影響。研究古巖溶對塔中北斜坡鷹山組儲層分布的控制作用尤為重要，為塔中北斜坡地區(qū)的勘探開發(fā)起到一定的指導作用。

1 地質(zhì)構造背景

塔中北斜坡位于新疆塔里木盆地中央隆起帶塔中低凸起的北部，西與巴楚斷隆相接，東與塔東低隆相連，北部靠近滿加爾凹陷，南部為塘古孜巴斯坳陷，呈北西向［4］。古生物研究、構造沉積演化分析表明，塔中北斜坡地區(qū)鷹山組沉積期后由于構造抬升和海平面下降，致使中奧陶統(tǒng)及上奧陶統(tǒng)吐木休克組地層大部分遭受剝蝕，只在局部地區(qū)殘留。由于鷹山組頂部遭受過強烈的剝蝕、淋濾和風化作用，與上覆良里塔格組之間呈角度不整合關系，因此形成了大規(guī)模的風化殼巖溶儲集體。

2 沉積特征

鷹山組按照巖性、巖相自下而上可劃分為4 個巖性段：鷹一段以砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主；鷹二段主要為砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和云質(zhì)灰?guī)r； 鷹三段為砂屑灰?guī)r、云質(zhì)泥晶灰?guī)r和泥晶灰?guī)r組合；鷹四段主要為砂屑云巖、云質(zhì)灰?guī)r和泥晶灰?guī)r。研究區(qū)古巖溶作用特別是風化殼巖溶作用主要發(fā)育在鷹山組一段和二段。

研究區(qū)發(fā)育大套臺地相碳酸鹽巖，橫向上主要是臺內(nèi)灘沉積，夾有灘間海沉積，沉積物以高能粗粒物為主。早奧陶世，塔中Ⅰ號斷裂使得塔中隆起抬升并遭受強烈剝蝕，從而形成了下奧陶統(tǒng)鷹山組頂部風化殼。

3 巖溶作用與儲層分布的相關性

3.1 風化殼巖溶

風化殼巖溶指未經(jīng)褶皺的半固結—固結狀態(tài)的碳酸鹽巖受海平面相對下降影響而暴露于大氣淡水作用下形成的巖溶［5］，主要特征是發(fā)育落水洞、大縫等，與上覆地層間呈不整合接觸關系。本研究區(qū)內(nèi)鷹山組不整合面之下約150 m 厚的地層內(nèi)，發(fā)育規(guī)模不等的巖溶縫洞系統(tǒng)以及縫洞內(nèi)部的充填物質(zhì)，表明其經(jīng)歷過強烈的風化殼巖溶作用［6］。

3.1.1 巖溶帶與儲層垂向分帶

風化殼巖溶垂向上由表層巖溶帶、垂向滲濾巖溶帶、徑流巖溶帶和深部緩流巖溶帶構成。巖溶帶的發(fā)育程度及深度隨區(qū)域、巖性、構造部位、古地貌位置等因素的差異而有較大不同。各個巖溶帶在垂向上表現(xiàn)出巖溶發(fā)育強弱的差異性，其特征見表1。

表1 塔中北斜坡地區(qū)奧陶系風化殼巖溶垂向分帶特征

3.1.1.1 表層巖溶帶

表層巖溶帶為巖溶地區(qū)較強巖溶化的表層部分，位于風化殼表層上部，有些井由于后期改造或者是遭受剝蝕作用缺失表層巖溶帶。巖溶產(chǎn)物主要為地表徑流沖刷、溶蝕而形成的溶縫、溶洞、溶蝕洼地等，且被泥、砂和礫巖充填。自然伽馬曲線呈鋸齒狀，電阻率值由上而下總體呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，聲波時差和中子孔隙度出現(xiàn)明顯的高異常，出現(xiàn)井徑擴大、鉆井放空、鉆井液漏失、鉆速加快等現(xiàn)象［7］。與表層巖溶帶有關的儲層主要為顆?；?guī)r的粒間孔、粒間溶孔等，孔滲性較好。

3.1.1.2 垂向滲濾巖溶帶

垂向滲濾巖溶帶發(fā)育于風化殼表層之下，早期構造裂縫的發(fā)育與巖溶的發(fā)育程度緊密相關，以高角度的溶蝕縫合線縫、裂縫為主，還能形成較大規(guī)模的溶洞，且被方解石、泥質(zhì)混合充填。自然伽馬值偏低、呈微齒狀，電阻率值較低，聲波時差和中子孔隙度主要為中—高值。相關儲層以中小型溶蝕孔洞和半充填的高角度溶縫為主，因溶蝕強度差異大，致使儲集體具有強烈的非均質(zhì)性［8］。

3.1.1.3 徑流巖溶帶

徑流巖溶帶位于垂直滲濾巖溶帶下方的地下水潛流帶，主要形成大型水平溶洞，地下暗河及其溶蝕孔、洞、縫發(fā)育段。在未被充填的溶蝕孔洞中，自然伽馬值較低，而當洞穴被砂泥質(zhì)充填時則較高；電阻率值明顯降低，多呈鋸齒狀。以半充填的中小型溶蝕孔洞、溶縫、粒間溶孔及晶間溶孔為主的儲層發(fā)育。

3.1.1.4 深部緩流巖溶帶

深部緩流巖溶帶位于徑流巖溶帶之下，膠結作用較明顯，巖溶作用微弱，溶孔、溶縫零散發(fā)育，且多為粒狀方解石、黏土礦物等充填或半充填。自然伽馬曲線相對平直，電阻率值增大。

巖溶帶類型與儲層分布的相關性較明顯，通過風化殼巖溶帶對比可知：儲層主要分布在徑流巖溶帶，而且儲層級別高，厚度大；個別井在垂相滲流巖溶帶也鉆遇儲層，但是儲層級別低，厚度較小；而表層巖溶帶和深部緩流巖溶帶基本無有效儲層分布； 局部地貌較高的區(qū)域遭受后期巖溶作用改造強烈，缺失表層巖溶帶。

3.1.2 巖溶古地貌與儲層分布

古地貌與碳酸鹽巖物質(zhì)基礎從不同方面影響古巖溶的發(fā)育程度［9］。各種地貌形態(tài)均控制巖溶的發(fā)育，為了掌握巖溶發(fā)育的空間分布規(guī)律，評價儲層特征，預測有利儲層，研究古地貌發(fā)育特征有著重要意義［10］。

在地貌單元中尋找有利地貌有賴于古地貌準確詳細的刻畫［11］。對鷹山組末期古地貌的恢復，采用的方法是用良三段頂部拉平進行厚度印模。整體上研究區(qū)內(nèi)地貌起伏較大，平行Ⅰ號坡折帶方向，巖溶古地貌從西北向東南方向逐漸降低，將其劃分為巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶洼地3 個二級巖溶古地貌單元（見圖1）。

圖1 塔中北斜坡地區(qū)鷹山組古地貌恢復構造

3.1.2.1 巖溶高地

巖溶高地位于古地形較高部位，巖溶作用以垂向滲濾為主，垂向溶蝕帶、落水洞等發(fā)育，可進一步劃分為溶丘洼地和峰叢洼地三級地貌單元。該地貌單元主要分布在塔中Ⅰ號坡折帶內(nèi)帶區(qū)域，發(fā)育水平狀延伸的孔洞和洞穴，充填程度低，儲層發(fā)育且具有層位性，呈現(xiàn)多期發(fā)育。

3.1.2.2 巖溶斜坡

巖溶斜坡為巖溶高地與巖溶洼地之間的過渡帶。斜坡受大氣、水的垂直滲流和順層潛流溶蝕最為強烈，滲流和潛流帶厚，垂直和水平溶蝕形成的洞穴和孔洞也非常發(fā)育，是地貌單元中最有利于儲層發(fā)育的部位。

3.1.2.3 巖溶洼地

巖溶洼地屬于地表水匯聚區(qū)，地表地貌主要為洼地、殘丘和溶峰，易發(fā)育埋藏較淺的溶洞，以充填作用為主，易形成溶蝕泥巖、泥質(zhì)角礫巖。

綜合上述分析，隨著古地貌地勢的逐漸降低，巖溶帶有變薄至不發(fā)育的趨勢。風化殼巖溶體系內(nèi)發(fā)育儲層的有利區(qū)域主要分布于巖溶高地、巖溶斜坡區(qū)等古地貌單元。

3.2 埋藏巖溶

埋藏巖溶作用主要表現(xiàn)為對先期存在的孔洞層和斷裂裂縫網(wǎng)絡進行擴大溶蝕［12］。由于埋藏巖溶作用往往伴隨著油氣運移，因此形成的溶蝕孔縫常被瀝青充填［13］。研究區(qū)奧陶系鷹山組碳酸鹽巖的埋藏巖溶作用主要發(fā)育3 期，即晚加里東期至早海西期、海西期和喜山期。

3.2.1 識別標志

由于研究區(qū)經(jīng)歷過多次構造-成巖旋回的改造及多次烴類的運聚事件，且存在多套源巖，埋藏巖溶作用呈多期發(fā)育，規(guī)模大，范圍廣，形成了多種溶蝕孔、洞、縫，為油氣提供有效儲集空間具有重要意義。

本區(qū)埋藏巖溶作用共發(fā)育3 期，結合取心、鉆測井資料，其主要識別標志有：

1）原生粒間孔中第3 期膠結物被溶蝕，形成晶間和晶內(nèi)溶孔并為瀝青充填（見圖2a）。

2）擴溶沿早期縫合線進行，溶擴壓溶縫及溶蝕微孔形成，鏡下多見溶蝕孔洞沿微裂縫和縫合線發(fā)育，被瀝青充填（見圖2b），可見穿切壓溶縫合線的溶縫。

3）沿石灰?guī)r型巖溶的大型水平溶洞，洞頂?shù)钠屏芽p發(fā)育溶縫及沿破裂縫的溶蝕孔洞，同時，孔洞中方解石膠結物的共同特征是晶體明亮粗大（見圖2c）。

4）與熱液作用相關的熱液白云化為埋藏巖溶發(fā)育的重要標志（見圖2d）。

5）早期成巖縫中的細晶方解石充填物被溶蝕，同時晶間溶孔為瀝青所充填。

圖2 塔中北斜坡埋藏巖溶識別標志

3.2.2 溶蝕充填特征

塔中北斜坡地區(qū)埋藏期巖溶以非選擇性溶蝕為主要特征，充填特征表現(xiàn)為中—粗晶膠結物發(fā)育，以及螢石、石膏、石英等熱液礦物充填［14-16］。奧陶系儲層中下部物性較好，向上變差。總體上來說，鷹山組儲層好于良里塔格組。研究區(qū)裂縫、斷裂比較發(fā)育，控制了埋藏巖溶的發(fā)育分布。整體上孔隙度高值區(qū)主要沿斷裂及裂縫分布，孔、滲特征與斷裂及裂縫展布一致。埋藏巖溶的溶蝕充填作用受斷裂及裂縫控制作用明顯，溶蝕充填整體上表現(xiàn)為由裂縫發(fā)育區(qū)至不發(fā)育區(qū)，溶蝕作用逐漸減弱，膠結作用逐漸增強。

3.2.3 與儲層分布相關性

埋藏巖溶作用主要是熱液沿著裂縫進入先期孔洞層進行溶蝕作用的建設性改造，提供儲層儲滲能力，形成優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)［17-19］。熱液溶蝕作用，以及構造拉張作用形成的斷裂、深埋藏過程中構造作用形成的裂縫、壓溶作用產(chǎn)生的縫合線等都為此類儲層的形成發(fā)育提供良好條件，將儲集體連成一片［20］。埋藏巖溶的發(fā)育不僅受斷裂控制，還與先期存在的孔洞有關，先期存在的孔洞為埋藏期流體提供了運移通道和溶蝕場所。因此，埋藏巖溶儲層既繼承了前期儲層的分布特征，也與構造斷裂發(fā)育帶的分布相關。

4 結論

1）風化殼巖溶作用和埋藏巖溶作用，是塔中北斜坡地區(qū)奧陶系鷹山組碳酸鹽巖形成優(yōu)質(zhì)儲層的重要控制因素。

2）風化殼巖溶為鷹山組碳酸鹽巖儲層形成的關鍵作用。儲層在垂向上主要分布于表層巖溶帶落水洞和高角度溶縫，水平巖溶帶半充填的溶蝕孔洞（縫），以及垂直滲流帶半充填的高角度溶縫、溶蝕孔洞的巖層中。

3）風化殼巖溶在不同地貌單元發(fā)育程度不同。隨古地貌地勢降低，上部巖溶帶變薄。風化殼巖溶體系內(nèi)的儲層有利發(fā)育區(qū)主要分布于巖溶高地、巖溶斜坡區(qū)等古地貌單元。

4）埋藏巖溶作用所形成的孔洞繼承了原有孔洞系統(tǒng)，是形成優(yōu)質(zhì)儲層的重要因素，先期的巖溶作用、后期的構造裂縫及埋藏溶蝕作用疊加改造形成了縱向疊置、橫向連片的優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲集體。

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