土庫曼斯坦阿姆河盆地卡洛夫-牛津階儲(chǔ)層特征及控制因素分析*

鄭榮才 陳浩如 王強(qiáng) 崔璀 費(fèi)懷義 徐文禮

1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都理工大學(xué)，成都 610059 2.川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，成都 610051

土庫曼斯坦阿姆河盆地是世界上最著名的富油氣大型沉積盆地之一(Meiselet al.，1995;Ulmishek，2004;Brookfield and Hashmau，2001)，中-上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階是最重要的油氣富集層(郭永強(qiáng)等，2006)。中國石油(土庫曼斯坦)阿姆河天然氣公司已取得包括薩曼杰佩、亞希爾杰佩、奧賈爾雷等眾多超大型和大、中型氣田在內(nèi)的阿姆河右岸A、B二個(gè)區(qū)塊的勘探開發(fā)權(quán)(圖1)，該公司也是“西氣東輸”工程中向我國輸氣的境外第一站。由于前蘇聯(lián)時(shí)期僅注重阿姆河盆地油、氣資源開發(fā)而疏于基礎(chǔ)地質(zhì)研究，資料匱乏，特別是對(duì)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征的研究更少，因此，加強(qiáng)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征研究及控制因素分析，對(duì)高效勘探開發(fā)A、B二區(qū)塊的天然氣資源和緩解我國的能源供應(yīng)緊張局勢(shì)具有極其重要的意義。

圖1 阿姆河盆地右岸區(qū)域構(gòu)造圖(據(jù)Meisel et al.，1995資料簡(jiǎn)化)和巖相古地理略圖Fig.1 The regional tectonic map(simplified after Meisel et al.，1995)and paleogeographic sketch map of the right bank of the Amu Darya basin

1 區(qū)域地質(zhì)概況

阿姆河盆地自下而上劃分為基底、過渡層和地臺(tái)蓋層三個(gè)構(gòu)造層系，區(qū)域構(gòu)造被劃分為科佩塔特山前坳陷、中央卡拉庫姆隆起、阿姆河坳陷和查爾朱階地等眾多大型構(gòu)造單元(圖1)，各構(gòu)造單元大都以地臺(tái)蓋層中的中-上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階為最重要的油氣富集層(Meiselet al.，1995;Ulmishek，2004;Brookfield and Hashmau，2001;郭永強(qiáng)等，2006;李浩武等，2011)。研究區(qū)位于土庫曼斯坦東部的阿姆河右岸(圖1)，區(qū)域構(gòu)造屬于查爾朱階地南部，卡洛夫-牛津階平行不整合超覆在中侏羅統(tǒng)海岸平原-瀉湖沼澤相的含煤碎屑巖系之上，與上覆上侏羅統(tǒng)基末利階高爾達(dá)克組的厚層膏鹽巖層或高伽瑪泥巖層為連續(xù)沉積關(guān)系(Meiselet al.，1995)。卡洛夫-牛津階為碳酸鹽沉積建造，以A區(qū)塊為例，深、淺水交替變化的地層旋回性強(qiáng)烈，自下而上被細(xì)分為XVI層、XVa2(礁下層)、Z層(致密層)、XVa1 層(生物礁、灘層)、XVhp層(礁上層)、XVm 層(塊狀灰?guī)r層)、XVp層(層狀灰?guī)r層)和XVac層(灰?guī)r石膏層)8個(gè)巖性段(圖2)，B區(qū)塊也可劃分為相對(duì)應(yīng)的8個(gè)巖性段，但其淺水交替變化的地層旋回性較弱，特別是相當(dāng)XVm層、XVp層和XVac層的上部3個(gè)巖性段相變?yōu)閱我坏谋雍谏搸r段。沉積相研究業(yè)已證明卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖具有相當(dāng)“緩坡開放型有鑲邊臺(tái)地”類型(李浩武等，2011)的前緣緩斜坡鑲邊臺(tái)地沉積模式(顧家裕等，2007)(圖1、圖3)，識(shí)別出包括深水盆地、臺(tái)地前緣緩斜坡，臺(tái)地邊緣，開闊臺(tái)地、局限臺(tái)地及蒸發(fā)臺(tái)地在內(nèi)的6個(gè)沉積相帶(徐文禮等，2012a，b;徐文禮，2013)。儲(chǔ)層廣泛地發(fā)育于XVp層、XVm層、XVhp層、XVa1層等層位的前緣緩斜坡、臺(tái)地邊緣和開闊臺(tái)地等相帶內(nèi)的礁、灘相灰?guī)r中，物性普遍較好，尤以臺(tái)地邊緣礁、灘相灰?guī)r的物性為更好，具備優(yōu)越的儲(chǔ)集條件(張兵等，2010;曹均等，2010;董霞等，2010;盧炳雄等，2011;劉石磊等，2012;文華國等，2012;徐文禮等，2012b)。

2 碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征

2.1 碳酸鹽巖儲(chǔ)層的層序特征

針對(duì)阿姆河盆地卡洛夫-牛津階海相碳酸鹽巖發(fā)育特點(diǎn)，以Vail層序級(jí)別劃分和命名為原則(Vail，1988)，同時(shí)考慮界面性質(zhì)、層序結(jié)構(gòu)和疊加樣式，在詳細(xì)的沉積相和層序界面特征分析基礎(chǔ)上，將卡洛夫-牛津階劃分為3個(gè)三級(jí)層序(圖2)。此3個(gè)層序的結(jié)構(gòu)非常相似，都以缺乏初始海平面上升期的低位或陸架邊緣體系域沉積，僅發(fā)育海侵和高位體系域，具有高位體系域厚度遠(yuǎn)大于海侵體系域的快速海侵緩慢海退層序結(jié)構(gòu)，以及有利儲(chǔ)層發(fā)育的礁、灘相沉積主要位于高位體系域的顯著特點(diǎn)。

2.1.1 海侵體系域沉積層序與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系

海侵體系域發(fā)育于SQ1、SQ2和SQ3層序下部，以區(qū)域性海退向海侵轉(zhuǎn)換的巖性突變面為層序界面(圖2)，成因與海平面快速上升和水體迅速入侵有關(guān)。層序內(nèi)部的沉積相和巖性組合形式有如下幾個(gè)特征:①伴隨海平面快速上升，水動(dòng)力條件由海侵初期的較強(qiáng)淺水狀態(tài)很快減弱為深水狀態(tài)。②A、B二區(qū)塊的沉積相演化序列有明顯差別，A區(qū)塊由能量較高的臺(tái)內(nèi)或臺(tái)地邊緣礁、灘相灰?guī)r組合，向低能的臺(tái)地前緣緩斜坡或向開闊臺(tái)地潮下微晶灰?guī)r組合過渡，并很快達(dá)到沉積薄層暗色泥質(zhì)灰?guī)r為主的最大海侵期;B區(qū)塊由臺(tái)地前緣緩斜坡的微晶灰?guī)r與坡內(nèi)礁、灘相灰?guī)r互層組合，向深水盆地薄層暗色微晶灰?guī)r組合過渡，至最大海侵期也以沉積暗色薄層泥灰?guī)r為主。③由于沉積物供給量少，沉積速率低，致使該體系域主要由連續(xù)退積的準(zhǔn)層序疊加而成。④有利儲(chǔ)層發(fā)育的礁、灘相灰?guī)r不甚發(fā)育，僅在海侵初期的臺(tái)內(nèi)、臺(tái)地邊緣和前緣緩斜坡上部局部發(fā)育有小型礁、灘相沉積。

圖2 卡洛夫-牛津階沉積相-層序綜合柱狀圖(據(jù)A區(qū)塊S53-1井)Fig.2 Comprehensive column of sedimentary facies and sequence stratigraphy of the Callovian-Oxfordian(from S53-1 well)

圖3 阿姆河盆地卡洛夫-牛津階緩斜坡臺(tái)地沉積相模式圖(據(jù)李浩武等，2011)Fig.3 Depositional model of the Callovian-Oxfordian platform with gentle slope in the Amu Darya basin(after Li et al.，2011)

2.1.2 高位體系域沉積層序與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系

高位體系域發(fā)育于3個(gè)層序的中上部，以最大海泛面為海侵體系域向高位體系域轉(zhuǎn)換的分界面(圖2)，成因與海平面上升達(dá)最高位置后折向下降有關(guān)。隨著海平面持續(xù)下降和水體趨于變淺，層序內(nèi)部的沉積相和巖性組合形式與海侵體系域相反，有如下幾個(gè)特征:①伴隨海平面脈動(dòng)性地緩慢下降，水動(dòng)力條件由最大海泛期的深水低能狀態(tài)逐漸演變?yōu)闇\水高能狀態(tài)。②巖性由低能的微晶灰?guī)r、(含)顆粒微晶灰?guī)r為主，逐漸轉(zhuǎn)化為高能的礁、灘相灰?guī)r為主的組合。③由于沉積速率逐漸增高，致使該體系域由連續(xù)加積→進(jìn)積的準(zhǔn)層序疊加組成，下超海侵體系域頂部的最大海泛面。④A、B二區(qū)塊的沉積相演化序列差別很大，特點(diǎn)為:位于淺水相區(qū)的A區(qū)塊波浪和潮汐作用伴隨海平面下降而增強(qiáng)，出現(xiàn)不同強(qiáng)度的進(jìn)積序列，如SQ1高位域臺(tái)地邊緣生物礁和顆粒灘開始向斜坡進(jìn)積，但進(jìn)積準(zhǔn)層序厚度較薄，并與厚度近于相近的斜坡泥交替發(fā)育(圖2)，顯示水體深、淺變化頻繁的臺(tái)地邊緣與前緣斜坡過渡帶環(huán)境，為有利儲(chǔ)層發(fā)育層位;SQ2高位域的臺(tái)地邊緣生物礁和顆粒灘向斜坡方向強(qiáng)烈進(jìn)積(圖2)，以生物礁最為發(fā)育(圖2)，因而為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要發(fā)育層位;至SQ3層序高位域，受海平面大幅度下降和水體快速變淺和咸化影響，從臺(tái)地邊緣很快轉(zhuǎn)入到開闊至局限臺(tái)地和蒸發(fā)臺(tái)地環(huán)境，由泥-微晶灰?guī)r、白云巖和膏鹽巖薄互層組成韻律交替的準(zhǔn)層序，雖不利于儲(chǔ)層發(fā)育，但為油氣保存提供了極其重要的直接致密蓋層條件。位于深水相區(qū)的B區(qū)塊同樣因受海平面大幅度下降和海水循環(huán)受限影響，SQ1和SQ2高位域均由向盆地相薄層暗色泥灰?guī)r加積→弱進(jìn)積的前緣緩斜坡相微晶灰?guī)r與坡內(nèi)礁、灘相灰?guī)r互層組成，局部坡內(nèi)礁、灘的厚度和分布面積很大，為有利儲(chǔ)層發(fā)育的部位。至SQ3高位域原地轉(zhuǎn)化為具深瀉湖性質(zhì)的閉塞海灣盆地和進(jìn)入強(qiáng)烈欠補(bǔ)償沉積狀態(tài)，沉積有兼具良好生烴能力和直接致密蓋層條件的高伽瑪泥巖。

2.2 儲(chǔ)層特征

2.2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲(chǔ)層非常發(fā)育，有孔洞縫復(fù)合型、裂縫-孔隙型、孔隙型和裂縫型等多種類型，前3個(gè)類性的儲(chǔ)層巖性主要為發(fā)育于開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣和前緣緩斜坡相帶中的礁、灘微相的灰?guī)r，其中礁灰?guī)r的造礁生物主要為厚殼蛤(圖4a)、珊瑚(圖4b)，次為層孔蟲(圖4c)、海綿(圖4d)、苔蘚蟲和藍(lán)綠藻類等，以厚殼蛤和珊瑚最為常見，礁灰?guī)r中各類原生孔隙，特別是生物骨架孔、洞和體腔孔最為發(fā)育，無論是臺(tái)地邊緣生物礁還是前緣緩斜坡的坡內(nèi)生物礁，都是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的首選位置。顆粒灘相灰?guī)r的顆粒組分主要為生物屑(圖4e)、內(nèi)碎屑(圖4f)和鮞粒(圖4g，h)，次為球粒、凝塊石、團(tuán)塊(圖4i)等，以生物屑最為豐富，類型計(jì)有厚殼蛤、珊瑚、苔蘚蟲、有孔蟲、腕足、棘屑、紅綠藻、藍(lán)綠藻等，少量層孔蟲、頭足類和鈣球。各相帶淺灘微相的主體部分生物碎屑密集，分選好，亮晶膠結(jié)，原生孔隙相對(duì)更發(fā)育，也都是好儲(chǔ)層發(fā)育位置。而灘緣因含有較多灰泥基質(zhì)，部分原生孔隙被充填，一般為較有利儲(chǔ)層發(fā)育位置;裂縫型儲(chǔ)層巖石類型主要為發(fā)育于開闊臺(tái)地潮下和前緣緩斜坡相帶中低能環(huán)境沉積的(含)顆粒微晶灰?guī)r(圖4j)、隱藻灰?guī)r和泥-微晶灰?guī)r，基質(zhì)巖中的原生孔隙極不發(fā)育。

2.2.2 儲(chǔ)層的成巖作用

研究區(qū)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖成巖作用類型多樣(張兵等，2010;曹均等，2010;董霞等，2010;盧炳雄等，2011;劉石磊等，2012;文華國等，2012;徐文禮等，2012b)，按成巖作用與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系，可分為破壞性、建設(shè)性和中性三大類，破壞性成巖作用包括有壓實(shí)、壓溶、膠結(jié)和新生變形作用，建設(shè)性成巖作用主要為溶蝕和破裂作用，局部為白云化作用。與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系不很密切的中性成巖作用類型眾多，如泥晶化、生物擾動(dòng)、硬石膏化、天青石化、硅化、黃鐵礦化和黏土礦物轉(zhuǎn)化等成巖現(xiàn)象，對(duì)劃分成巖階段、判斷成巖環(huán)境和流體性質(zhì)有特殊意義。以下僅討論破壞性和建設(shè)性成巖類型。

圖4 卡洛夫-牛津階常見的碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性和孔隙類型(a)-厚殼蛤礁灰?guī)r，礁骨架孔非常發(fā)育，臺(tái)地邊緣生物礁.Sam53-1井，XVm層，鑄體薄片(－);(b)-臺(tái)地邊緣珊瑚礁灰?guī)r，礁骨架孔、生物體腔孔、骨架間溶孔和生物體腔內(nèi)溶洞極為發(fā)育.Sam53-1井，XVm層，巖芯;(c)-層孔蟲礁灰?guī)r，生物體腔孔非常發(fā)育，充填少量粒狀亮晶方解石膠結(jié)物，臺(tái)地邊緣生物礁.Sam53-1井，XVm層，鑄體薄片(－);(d)-海綿礁灰?guī)r，生物體腔孔非常發(fā)育，充填少量粒狀方解石膠結(jié)物，臺(tái)地邊緣淺灘.Sam53-1井，XVm層，鑄體薄片(－);(e)-亮晶生物屑灰?guī)r，包繞顆粒生長(zhǎng)的早期等厚環(huán)邊櫛殼狀方解石與等粒狀方解石和連生方解石形成世代膠結(jié)結(jié)構(gòu)，剩余粒間孔仍非常發(fā)育，臺(tái)地邊緣淺灘.Sam53-1井，XVhp層，鑄體薄片(－);(f)-臺(tái)地邊緣淺灘亮晶砂屑生屑灰?guī)r，溶蝕作用強(qiáng)烈，發(fā)育豐富的粒間溶擴(kuò)孔和粒內(nèi)溶孔，有孔蟲鑄?？?Sam53-1井，XVm層，鑄體薄片(－);(g)-亮晶鮞?；?guī)r，原生粒間孔非常發(fā)育，少量孔隙被粒狀亮晶方解石充填，臺(tái)內(nèi)淺灘.Sam53-1井，XVac層，鑄體薄片(－);(h)-亮晶鮞?；?guī)r，粒間由包繞顆粒的等厚環(huán)邊櫛殼狀方解石與等粒狀和連生方解石形成的多世代膠結(jié)結(jié)構(gòu)非常發(fā)育，原生粒間孔保存很少，后期粒間溶孔和超大溶孔非常發(fā)育，前緣緩斜坡坡內(nèi)淺灘.Oja-21井，XVhp層，鑄體薄片(－);(i)-亮晶生屑團(tuán)塊灰?guī)r，生屑為有孔蟲、棘皮、苔蘚蟲、紅綠藻組合，團(tuán)塊由藻黏結(jié)生屑組成，發(fā)育等厚環(huán)邊粒狀亮晶方解石膠結(jié)結(jié)構(gòu)，保存有豐富的原生粒間孔，前緣緩斜坡坡內(nèi)淺灘.Met-22井，XVm層，鑄體薄片(－);(j)-生物碎屑微晶灰?guī)r，不含可見原生孔隙，但雙殼類及有孔蟲被完全溶蝕形成的鑄?？追浅０l(fā)育，前緣緩斜坡的坡內(nèi)灘間.Met-22井，XVm層，鑄體薄片(－);(k)-含細(xì)小生屑的泥-微晶灰?guī)r，發(fā)育縫合線，縫內(nèi)被壓溶殘?jiān)涮疃哂泻芨唛]合度，開闊臺(tái)地潮下靜水泥.Sam53-1井，XVac層，鑄體薄片(－);(l)-含生屑微晶灰?guī)r，強(qiáng)烈壓溶形成的疊錐構(gòu)造，前緣緩斜坡靜水泥.Sam53-1井，XVhp層，巖芯;(m)-膏質(zhì)微-粉晶白云巖，硬石膏化斑塊附近微晶白云石重結(jié)晶為粉晶，孔隙不發(fā)育。Sam53-1井，XVhp層，普通薄片(+);(n)-粉-細(xì)晶白云巖，自形白云石晶體具有霧心亮邊結(jié)構(gòu)，發(fā)育少量規(guī)則多面體狀晶間孔，臺(tái)內(nèi)淺灘.Sam53-1井，XVa2層，鑄體薄片(－);(o)-含生物屑微晶灰?guī)r，不規(guī)則的開啟型成巖壓裂縫，連續(xù)性好，縫內(nèi)含少量粒狀方解石充填物.Sam53-1井，XVm層，鑄體薄片(－);(p)-微-亮晶藻團(tuán)?；?guī)r，被溶蝕擴(kuò)大的開啟型構(gòu)造裂縫，充填有粒狀亮晶方解石，縫壁附有殘留的碳化瀝青，臺(tái)內(nèi)淺灘.Sam53-1井，XVm層，鑄體薄片(－)Fig.4 Common lithologies and pore types of Callovian-Oxfordian carbonate reservoirs

(1)壓實(shí)作用

主要出現(xiàn)在礁灰?guī)r和灘相顆?；?guī)r中，鏡下可見:①片狀或長(zhǎng)條狀的細(xì)小生物碎屑塑性變形、定向排列和破裂現(xiàn)象。②顆粒接觸關(guān)系由以點(diǎn)接觸為主，局部為線接觸，凹凸接觸很少見。③由壓實(shí)作用導(dǎo)致巖石局部破裂而形成壓裂縫。疏松多孔的礁灰?guī)r和灘相顆粒灰?guī)r被壓實(shí)作用改造后，各類原生孔隙仍保存較好，可確定壓實(shí)強(qiáng)度不超過二級(jí)(劉石磊等，2012)，由壓實(shí)作用造成的孔隙度損失10% ～12%。

(2)壓溶作用

壓溶作用較為強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為形成縫合線和疊錐構(gòu)造(圖4k，l)，壓溶過程中易溶組分被溶解遷移，大部分以膠結(jié)物的形式進(jìn)入孔隙而對(duì)原始孔隙度有縮減作用，而由壓溶作用形成的縫合線被壓溶殘留的粘土和有機(jī)質(zhì)充填而不具開啟性(圖4k)，因此，壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層物性有較強(qiáng)破壞性。

(3)膠結(jié)作用

最常見的膠結(jié)物為方解石，含量3% ～5%，主要發(fā)育在各類原生孔隙豐富的礁、灘相灰?guī)r中，根據(jù)膠結(jié)物形態(tài)可識(shí)別出4期膠結(jié)作用(董霞等，2010;文華國等，2012):①準(zhǔn)同生期櫛殼狀等厚環(huán)邊膠結(jié)，環(huán)邊厚0.05～0.15mm，包繞顆粒(圖4e，h)，或沿生物礁骨架孔的孔壁生長(zhǎng)。②早成巖階段早期等粒狀亮晶方解石，大小為0.05～0.1mm，潔凈明亮，或與前期的櫛殼狀等厚環(huán)邊膠結(jié)構(gòu)成二世代膠結(jié)結(jié)構(gòu)(圖4e，h)，或單獨(dú)包繞顆粒形成粒狀亮晶等厚環(huán)邊膠結(jié)結(jié)構(gòu)(圖4i);③早成巖階段晚期至中成巖階段早期，以充填各類剩余原生孔隙為主的，大小為0.3～2.0mm的中-粗晶等粒狀亮晶方解石(圖4c，d，g，h)。④中成巖階段晚期的連晶方解石膠結(jié)，也以充填剩余孔隙為主(圖4e)。膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層的影響有雙重性，如4個(gè)期次的方解石膠結(jié)物先后充填作用都以占據(jù)原生孔隙為主，明顯縮減了儲(chǔ)層原始孔隙度，特別是③、④期方解石的膠結(jié)作用對(duì)縮減儲(chǔ)層原始孔隙度的影響更大，占據(jù)的原生孔隙依次增多。但由①方解石的早期膠結(jié)作用為礁、灘相灰?guī)r中各類原生孔隙的保存提供了抗壓實(shí)結(jié)構(gòu)，致使大多數(shù)礁灰?guī)r和顆粒灰?guī)r壓實(shí)作用仍處于強(qiáng)度不高的二級(jí)，以及各礁、灘相灰?guī)r中原生孔隙得到較好保存。

(4)新生變形作用

新生變形系指早成巖階段文石質(zhì)組分在濕的狀態(tài)下自發(fā)轉(zhuǎn)化為晶粒方解石的作用，又被稱之為廣義重結(jié)晶作用。由于海相碳酸鹽沉積物無論是灰泥、顆粒還是生物礁，幾乎都為文石質(zhì)組分，而沉積記錄中的石灰?guī)r都由方解石組成，因此，新生變形是碳酸鹽巖中最基本和最普遍的成巖作用類型，卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖也不例外。按文石的克分子體積為34.15cm3，方解石克分子體積為36.93cm3推算，等克分子質(zhì)量的文石轉(zhuǎn)化為方解石時(shí)理論上有8.14%的增體積(或減孔隙率)效應(yīng)，增加的體積以方解石膠結(jié)物的形式充填原生孔隙，因此，新生變形也是成巖過程中方解石膠結(jié)物的主要來源方式之一，更是造成早成巖階段碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度縮減和喉道縮小最普遍的因素之一。

(5)白云巖化作用

卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖白云化作用可識(shí)別出準(zhǔn)同生交代和成巖期熱液交代2種成因類型(鄭榮才等，2012)，前者較發(fā)育，產(chǎn)物主要為很致密的泥-微晶白云巖和膏質(zhì)白云巖(圖4m)、膏質(zhì)微晶藻團(tuán)粒白云巖等，白云石晶體通常小于0.05mm，局部重結(jié)晶為粉-細(xì)晶，它形晶為主，常含有泥紋、藻紋層和莓狀黃鐵礦等，成因可用潮坪和灘頂?shù)缺┞董h(huán)境的蒸發(fā)泵模式加以解釋，為不利儲(chǔ)層發(fā)育的巖性。后者較少見，產(chǎn)物為粉-細(xì)晶白云巖(圖4n、圖5a)，白云石晶粒大小為0.03～0.15mm，半自形-自形晶為主，因常含有較多殘余灰質(zhì)和有機(jī)質(zhì)組分在單偏光鏡下呈較臟的淺棕褐色，陰極射線下發(fā)暗紅-褐紅色光(圖5b)(鄭榮才等，2010)，結(jié)合巖石結(jié)構(gòu)和微量元素及碳、氧、鍶同位素地球化學(xué)特征，證明此類白云巖為成巖埋藏期較富Fe2+的熱液交代作用產(chǎn)物(徐文禮等，2012b)。此類型白云巖晶間孔較發(fā)育和物性較好，但由于厚度薄和分布范圍小，對(duì)儲(chǔ)層的孔滲性貢獻(xiàn)非常有限。

圖5 白云巖陰極發(fā)光照片(a)-殘余灰質(zhì)粉晶白云巖，Sam44-1井，XVm層(－);(b)-為(a)的陰極發(fā)光照片，粉晶白云石發(fā)弱玫瑰紅色光，殘余的泥晶方解石發(fā)極弱玫瑰紅色光Fig.5 Cathodoluminescence photomicrographs of dolostone

(6)溶蝕作用

溶蝕作用在多孔的礁灰?guī)r和顆?；?guī)r中較常見，溶蝕對(duì)象具有明顯選擇性，如厚殼蛤、珊瑚、有孔蟲、苔蘚蟲和紅藻等生物容易遭受溶蝕，形成豐富的粒內(nèi)溶擴(kuò)孔、鑄?？缀统笕芸?圖4a，f，h)，而棘屑和腕足等生物耐溶能力較強(qiáng)，保存較為完好。經(jīng)溶蝕改造的礁灰?guī)r和顆粒灰孔滲性大大地改善，是對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育最有利的成巖作用方式之一。

(7)破裂作用

破裂作用在研究區(qū)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲(chǔ)層中極為普遍(徐文禮等，2012a，b)，根據(jù)裂縫成因和發(fā)育規(guī)?？蓜澐譃?種類型:①微縫和小縫，主要由成巖壓裂造成，表現(xiàn)為骨屑破裂，錯(cuò)位等，裂縫呈平直、彎曲、分叉狀和網(wǎng)狀等多種不規(guī)則形態(tài)(圖 4o)，縫寬 0.01～0.1mm，一般不大于0.1mm，長(zhǎng)度為數(shù)厘米至十?dāng)?shù)厘米，充填物少，密度分布不均勻，致密泥-微晶灰?guī)r中少見，而在礁、灘相灰?guī)r復(fù)合體中分布較多，密度可達(dá)10～50條/米，對(duì)改善儲(chǔ)層的孔、滲性有重要貢獻(xiàn);②中-大縫，成因主要與燕山晚期和喜山早期的構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，可劃分為近水平縫(＜10°)、低角度斜交縫(10°～40°)、高角度斜交縫(40°～70°)和近垂直縫(＞70°)等幾種產(chǎn)狀類型。巖芯中常見的構(gòu)造裂縫一般以斷面較平坦的高角度縫和垂直裂縫為主，縫長(zhǎng)0.5～1.0m，縫寬 0.1～0.5mm，部分經(jīng)溶蝕擴(kuò)大后的裂溶縫可達(dá)1.0～3.0mm，最寬可達(dá)8mm，密度為1.54～2.0條/米，縫內(nèi)常被方解石、天青石、石英和炭化瀝青不完全充填(圖3p)，裂縫的開啟性和連通性較好。需指出的是，裂縫不僅本身即是有效儲(chǔ)、滲空間，往往又是油氣運(yùn)移聚集成藏的通道，對(duì)溝通儲(chǔ)層中的孔、洞和改善儲(chǔ)層物性至關(guān)重要，同時(shí)沿裂縫容易發(fā)生溶蝕作用，非常有利于次生溶孔和溶縫的形成。因此，破裂作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育和油氣成藏具有極其重要的意義。

圖6 卡洛夫-牛津階孔隙型儲(chǔ)層孔-滲相關(guān)圖Fig.6 The porosity versus permeability of Callovian-Oxfordian pore-type reservoirs

2.2.3 儲(chǔ)集空間和物性特征

卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型較多，以發(fā)育于礁、灘相灰?guī)r中的原生孔隙為主，包括有生物格架孔、生物體腔孔和原生粒間孔等類型，次生孔隙雖然不占主導(dǎo)位置，但類型豐富，包括有粒間和粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、晶間孔及晶間微孔、裂縫及溶縫等。儲(chǔ)層的發(fā)育受多種因素控制，沉積相是最重要控制因素，就高能環(huán)境形成的礁、灘相灰?guī)r儲(chǔ)層而言，總體以發(fā)育孔隙型儲(chǔ)層為主，孔隙度為6% ～24.9%，平均值 9.7%，滲透率為 1 ×10－3～100 ×10－3μm2，平均9.25 ×10－3μm2，孔、滲具有良好的相關(guān)性(圖 6)，相關(guān)系數(shù)Y達(dá)0.896，反映孔隙型儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性優(yōu)劣取決于基質(zhì)巖的孔隙度。而能量較低環(huán)境形成的各類(含)顆粒微晶灰?guī)r和泥-微晶灰?guī)r則以發(fā)育裂縫型儲(chǔ)層為主，孔隙度為0.2%～14.9%，平均 2.4%，滲透率 0.01×10－3～49.6×10－3μm2，平均0.9 ×10－3μm2，明顯差于孔隙型儲(chǔ)層，反映裂縫型儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性優(yōu)劣取決于裂縫發(fā)育狀況(徐文禮等，2012b)。

3 儲(chǔ)層控制因素分析

研究區(qū)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育和油氣成藏受到古構(gòu)造、沉積相和巖性、成巖作用及構(gòu)造活動(dòng)等多因素復(fù)雜合控制(李洪璽等，2010;齊寶權(quán)等，2011)?；疽?guī)律為:沉積亞相決定了儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)模、分布范圍和演化規(guī)律;沉積微相和巖性是決定儲(chǔ)層基本類型和質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ);破壞性成巖作用，如膠結(jié)和壓實(shí)、壓溶對(duì)儲(chǔ)層有一定程度的破壞;而建設(shè)性成巖作用，如成巖期破裂作用、構(gòu)造破裂作用及沿裂縫發(fā)育的溶蝕作用有效地改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)、滲能力，是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的關(guān)鍵。由于卡洛夫-牛津階屬于碳酸鹽巖巖性氣藏(徐明華等，2010)，以下僅就巖性氣藏中的沉積相、巖性、成巖作用與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系進(jìn)行重點(diǎn)討論。

3.1 沉積層序與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系

卡洛夫-牛津階發(fā)育有旋回交替的3個(gè)三級(jí)層序，每個(gè)層序都由快速海侵和緩慢海退沉積序列組成。SQ1至SQ3三個(gè)層序的快速海侵過程，都以連續(xù)沉積向上加深變細(xì)(或能量降低)的(含)顆粒微晶灰?guī)r、薄層微晶灰?guī)r和泥灰?guī)r為主，因巖性致密而不利孔隙型儲(chǔ)層發(fā)育，經(jīng)構(gòu)造破裂作用改造后可形成低質(zhì)量的裂縫型儲(chǔ)層。而在SQ1和SQ2二個(gè)層序的緩慢海退過程，以廣泛發(fā)育向上變淺加粗(或能量增高)的前緣緩斜坡內(nèi)的礁、灘和臺(tái)地邊緣及開闊臺(tái)地內(nèi)的礁、灘相灰?guī)r沉積，原生孔隙發(fā)育，非常有利于形成孔隙型儲(chǔ)層，經(jīng)成巖壓裂和構(gòu)造破裂改造后的礁、灘相灰?guī)r，則可進(jìn)一步形成孔、滲性更好的裂縫-孔隙型儲(chǔ)層，由此構(gòu)成卡洛夫-牛津階最重要的礁、灘相儲(chǔ)層發(fā)育層位。

3.2 沉積微相和巖性對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系

卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖沉積微相及巖性的不同，決定了儲(chǔ)層具有不同類型和規(guī)模的孔隙組合與演化特點(diǎn)，最終表現(xiàn)為不同沉積相和巖性對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制。從表1可看出，在各類巖性中以高能環(huán)境條件下沉積的臺(tái)地邊緣生物礁相灰?guī)r(包括礁核、礁坪和礁間微相)孔、滲性為最好，大多數(shù)為孔隙度＞15%，滲透率 ＞100×10－3μm2的好儲(chǔ)層和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，其次為臺(tái)地邊緣、臺(tái)內(nèi)的淺灘微相類型的顆?；?guī)r和點(diǎn)礁灰?guī)r，大多數(shù)為孔隙度為8% ～10%，滲透率3×10－3～50×10－3μm2的較好-好儲(chǔ)層，再次為前緣緩斜坡內(nèi)的礁、灘相灰?guī)r，大多數(shù)為孔隙度＞10%，但滲透率較低的較好-中等儲(chǔ)層，而開闊臺(tái)地潮下和前緣緩斜坡泥等低能微相類型的灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r，大多數(shù)為差儲(chǔ)層或非儲(chǔ)層。

3.3 成巖作用與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系

以各亞相帶的礁、灘相灰?guī)r儲(chǔ)層為例(圖7)，成巖作用與儲(chǔ)層發(fā)育有如下演化關(guān)系。

(1)準(zhǔn)同生成巖階段儲(chǔ)層發(fā)育特征

礁、灘相灰?guī)r于準(zhǔn)同生階段的成巖作用，除與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系不密切的泥晶化和生物擾動(dòng)外，主要表現(xiàn)為海水潛流帶的櫛殼狀文石等厚環(huán)邊膠結(jié)作用，由充填原生孔隙的膠結(jié)物負(fù)孔隙度，可推算膠結(jié)作用可造成原生孔隙縮減5% ～8%，儲(chǔ)層多數(shù)仍保存有40%左右的孔隙度，礁灰?guī)r的孔隙度應(yīng)該更高一些。儲(chǔ)層以發(fā)育包括粒間孔、粒內(nèi)孔、生物體腔孔、生物礁骨架孔等各類剩余原生孔隙為主。

(2)早成巖階段儲(chǔ)層發(fā)育特征

該階段是沉積物被壓實(shí)、文石新生變形、方解石膠結(jié)作用和原生孔隙縮減的主要時(shí)期?；趬簩?shí)強(qiáng)度為一級(jí)，部分接近二級(jí)，按一至二級(jí)壓實(shí)強(qiáng)度可造成10%～12%的減孔隙量，疊加新生變形增體積效應(yīng)造成的7%～8%的減孔隙量，以及進(jìn)入孔隙的膠結(jié)物3% ～5%的負(fù)孔隙度計(jì)算，由壓實(shí)、新生變形和膠結(jié)作用造成的減孔隙總量在20%～25%之間，以原生孔隙度為40%計(jì)算，剩余的原生孔隙度在15%～20%之間。需指出的是，早成巖階段的埋藏白云巖化作用雖然開始發(fā)育和形成少量晶間孔，但因白云巖化強(qiáng)度不高，分布范圍有限，對(duì)總孔隙度影響并不大，儲(chǔ)層仍以發(fā)育各類剩余原生孔隙為主。

表1 卡洛夫-牛津階不同沉積微相和巖性的碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔滲統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)表Table 1 The statistical summary porosity and permeability table of the Callovian-Oxfordian carbonate reservoirs within different sedimentary facies and with different lithologies

(3)中成巖階段早期儲(chǔ)層發(fā)育特征

該階段繼續(xù)壓實(shí)的強(qiáng)度也僅達(dá)到二級(jí)，縮減的孔隙度不超過3%，在此基礎(chǔ)上發(fā)生的壓溶作用縮減的孔隙度為2%～3%。同時(shí)該階段方解石膠結(jié)物來源增多，除繼續(xù)進(jìn)行的文石新生變形增體積供給源之外，還包括壓溶來源和成巖流體從外部的帶入，由該階段膠結(jié)物的負(fù)孔隙度推算的原生孔隙度縮減量為3% ～5%，因此，孔隙度的總縮減量為8% ～10%，顆粒灰?guī)r剩余的原生孔隙度僅為8% ～10%，礁灰?guī)r要高一些，為10% ～15%。需指出的是，該階段開始出現(xiàn)局部較強(qiáng)烈的成巖壓裂、溶蝕和埋藏白云巖化作用，形成部分粒間溶擴(kuò)孔，粒內(nèi)溶孔，鑄模孔、晶間孔，壓裂微縫和溶縫等，可新增5%～8%的次生孔隙，對(duì)改善儲(chǔ)層的局部孔、滲性有重要意義。部分次生孔隙被溶蝕過程中生產(chǎn)的少量方解石、白云石、硬石膏和天青石等次生礦物充填，對(duì)總孔隙度有1% ～2%的縮減率，因此，該階段孔隙型儲(chǔ)層仍可保存13% ～18%的孔隙度，儲(chǔ)集空間為剩余原生孔隙為主，疊加各類次生孔隙的組合。

(4)中成巖階段晚期儲(chǔ)層發(fā)育特征

該階段研究區(qū)處在構(gòu)造低幅隆升期，已固結(jié)成巖的地層中由于壓實(shí)、壓溶和膠結(jié)作用大為減弱而對(duì)儲(chǔ)層影響不大，但對(duì)應(yīng)構(gòu)造變形的破裂和溶蝕作用增強(qiáng)，由構(gòu)造裂縫的發(fā)育不僅有效地改善了儲(chǔ)層物性，同時(shí)沿裂縫進(jìn)行的溶擴(kuò)作用更普遍，發(fā)育有包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、晶間溶孔和超大溶孔、溶洞及裂溶縫在內(nèi)的各種大小不一的次生孔隙，新增孔隙度一般在5%～8%之間，局部溶蝕強(qiáng)烈的部位可達(dá)8% ～10%以上，致使總孔隙度加大，最高可達(dá)20% ～25%。有意義的是，伴隨構(gòu)造破裂和溶蝕作用的進(jìn)行，硬石膏化、天青石化、硅化等成巖蝕變作用和各類次生礦物沉淀，以及更晚期的瀝青對(duì)各類次生孔隙的充填作用也持續(xù)增強(qiáng)，可縮減3% ～5%的孔隙度，因此，該階段各亞相帶的礁、灘相灰?guī)r儲(chǔ)層孔隙度一般僅保持在15%～18%的水平上，以臺(tái)地邊緣亞相帶的礁、灘相灰?guī)r儲(chǔ)層物性更好一些，局部發(fā)育的優(yōu)質(zhì)孔隙型和裂縫-孔隙型儲(chǔ)層的孔隙度可達(dá)20% ～25%以上。

經(jīng)上述各成巖階段與儲(chǔ)層的發(fā)育關(guān)系，可將儲(chǔ)層的成因類型和區(qū)域分布規(guī)律歸納為如下2點(diǎn):①各礁、灘沉積微相帶，基質(zhì)巖原生孔隙較發(fā)育，以發(fā)育剩余原生孔隙為主的，輔以次生孔隙或輔以次生孔隙+裂縫的孔隙型和裂縫-孔隙型二類儲(chǔ)層，為高產(chǎn)氣田勘探開發(fā)目標(biāo)的“甜心”之所在。②非礁、灘沉積微相帶，基質(zhì)巖較致密，原生孔隙不發(fā)育，經(jīng)構(gòu)造破裂作用改造后，常形成廣泛分布的孔隙-裂縫型或單一裂縫型低產(chǎn)儲(chǔ)層。

4 結(jié)論

(1)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成因類型明顯受沉積微相和巖性控制，形成于高能和較高能環(huán)境的灰?guī)r，包括開闊臺(tái)地臺(tái)內(nèi)、臺(tái)地邊緣和前緣緩斜坡內(nèi)的生物礁相灰?guī)r與淺灘相顆粒灰?guī)r以發(fā)育孔隙型儲(chǔ)層為主，以臺(tái)地邊緣礁灘相灰?guī)r具有更好的儲(chǔ)集物性。而形成于較低能環(huán)境的灰?guī)r，如開闊臺(tái)地潮下、前緣緩斜坡相的(含)顆粒微晶灰?guī)r和泥-微晶灰?guī)r不利于孔隙型儲(chǔ)層發(fā)育。

(2)儲(chǔ)層的成巖作用類型多樣，破壞性成巖作用包括有壓實(shí)、壓溶、膠結(jié)和新生變形作用，以膠結(jié)和新生變形作用對(duì)儲(chǔ)層的破壞性相對(duì)較大;建設(shè)性成巖作用包括白云化、溶蝕和破裂作用，以溶蝕和破裂作用對(duì)改善儲(chǔ)層的孔、滲性貢獻(xiàn)為最重要。

(3)卡洛夫-牛津階可劃分為3個(gè)結(jié)構(gòu)相似的，都具有快速海侵-緩慢海退旋回結(jié)構(gòu)的三級(jí)層序，3個(gè)層序的海侵體系域因巖性致密都為不利孔隙型儲(chǔ)層發(fā)育的層位，經(jīng)構(gòu)造破裂作用改造后可形成廣泛發(fā)育的裂縫型低產(chǎn)儲(chǔ)層;SQ1和SQ2層序高位體系域因各亞相帶旋回交替的礁、灘相灰?guī)r頻繁發(fā)育，成為孔隙型和裂縫-孔隙型優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的有利發(fā)育層位，也是高產(chǎn)氣田勘探開發(fā)目標(biāo)的“甜心”位置;SQ3層序高位體系域以發(fā)育蒸發(fā)巖建造為主，為卡洛夫-牛津階巖性氣藏最直接的致密蓋層。

圖7 卡洛夫-牛津階成巖階段劃分與孔隙演化模式Fig.7 Diagenetic stage division and porosity evolution pattern of Callovian-Oxfordian Formation

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