塔里木盆地塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層主控因素

焦偉偉，呂修祥，周園園，韓劍發(fā)，熊方明，趙　越

（1.中國石油大學地球科學學院，北京102249；2.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000；4.中國石油塔里木油田分公司監(jiān)督管理中心，新疆庫爾勒841000）

塔里木盆地塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層主控因素

焦偉偉1，2，呂修祥1，2，周園園1，2，韓劍發(fā)3，熊方明4，趙越1，2

（1.中國石油大學地球科學學院，北京102249；2.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000；4.中國石油塔里木油田分公司監(jiān)督管理中心，新疆庫爾勒841000）

摘要：利用巖心物性及巖心照片對比分析研究區(qū)兩類儲層的儲集性能和儲集空間特征，并通過儲層縱橫向分布及油氣水賦存狀態(tài)研究尋找優(yōu)質儲集體發(fā)育的主控因素。研究發(fā)現，受沉積相帶和斷裂活動顯著控制的上奧陶統礁灘復合體儲層呈現明顯的層位性和分段性；而以不整合巖溶和斷裂活動為主控因素的下奧陶統巖溶風化殼儲層集中發(fā)育于不整合面下40～200m深度范圍內，分層性明顯。綜合對比兩類優(yōu)質儲層發(fā)現，兩類儲層發(fā)育的關鍵作用不同，但儲層總體呈現“橫向連片，縱向疊置”的分布特征，儲集性能相當。進一步分析認為，碳酸鹽巖優(yōu)質儲層是在沉積－改造雙控作用下發(fā)育的。塔中西部平臺區(qū)和塔中Ⅰ號帶內帶的巖溶次高地與巖溶上斜坡，具有優(yōu)質儲層發(fā)育的有利條件，是油氣聚集的有利區(qū)帶，勘探可繼續(xù)向西、向內拓展。

關鍵詞：礁灘復合體；巖溶風化殼；碳酸鹽巖儲層；沉積－改造；奧陶系；塔中地區(qū)；塔里木盆地

2002年，塔中Ⅰ號坡折帶上奧陶統良里塔格組礁灘體的突破，拉開了塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖勘探的序幕。2006年，Tz83井在下奧陶統獲得重大發(fā)現，打開了下奧陶統巖溶風化殼領域勘探的新局面。近年來，塔中以其高的鉆遇率和高速增長的油氣儲量充分證實了塔中古隆起巨大的勘探潛力和良好的勘探前景。而這個大型的復式油氣聚集區(qū)經歷了多期構造運動以及多種巖溶作用改造，油氣成藏異常復雜，加之我國海相碳酸鹽巖儲層的強烈非均質性等，給塔中地區(qū)油氣勘探帶來了很大的困難［1－2］?？碧窖芯堪l(fā)現，塔中奧陶系碳酸鹽巖油氣水分布復雜，不受局部構造控制，表現出“儲層控油，整體含油”的特點，因此勘探中往往可以通過尋找優(yōu)質儲層來尋找油氣［3］。地質學家也因此加強了碳酸鹽巖儲層的基礎研究。目前的研究多集中在上奧陶統礁灘復合體儲層，對于下奧陶統儲層的研究相對薄弱［4－6］。本文系統總結了塔中上下奧陶統兩種儲集體的儲集性能、分布特征、成因類型及主控因素等，并通過兩種儲集體的對比研究，尋找優(yōu)質碳酸鹽巖儲層發(fā)育的關鍵作用，達到更好地進行優(yōu)質儲層預測，為勘探部署提供建議的目的。

1　區(qū)域地質概況

圖1　塔中低凸起構造單元及油氣藏分布

塔中低凸起位于塔里木盆地中央隆起中部，是一個長期發(fā)育的繼承性古隆起（圖1）。塔中低凸起形成于加里東末期，海西期定型，燕山－喜馬拉雅期進行了微弱調整改造，總體表現出早期構造活動強烈，多伴生斷裂、褶皺構造；晚期構造活動穩(wěn)定，以升降運動為主的演化特點。正是這種多旋回復雜的構造運動造成塔中地區(qū)油氣多期成藏、多期改造的特點［7］。加里東晚期－海西早期是中、下寒武統烴源巖的主要成藏期；海西晚期是塔里木盆地已發(fā)現海相油藏的主要形成時期；燕山－喜馬拉雅期發(fā)生大規(guī)模氣侵，是油藏的主要調整和定型期［5］。需重點強調的是，塔中低凸起的北部邊界——塔中Ⅰ號斷裂坡折帶控制了塔中低凸起的構造格局和油氣的聚集，對奧陶系儲層的發(fā)育起到了關鍵性的控制作用，早奧陶世Ⅰ號斷裂強烈活動使得塔中低凸起隆升并遭受大面積風化、剝蝕和淋濾，形成下奧陶統鷹山組頂部風化殼；晚奧陶世塔中Ⅰ號斷裂形成了高陡坡折帶，發(fā)育了上奧陶統良里塔格組生物礁灘復合體［8］。目前塔中碳酸鹽巖油氣的重大發(fā)現都集中在上奧陶統良里塔格組礁灘復合體領域和下奧陶統鷹山組巖溶風化殼領域，塔中另外一個碳酸鹽巖油氣藏聚集的有利區(qū)帶是下奧陶統蓬萊壩組白云巖化儲層，但由于勘探和研究程度限制，目前還未有重大發(fā)現。

塔中低凸起多期的構造運動和不同時期沉積格局的變化使奧陶系自下而上發(fā)育了不同類型的儲層，包括下奧陶統蓬萊壩組白云巖、中－下奧陶統鷹山組巖溶風化殼和上奧陶統礁灘復合體。關鍵作用的不同造成了3類儲層表現出不同的分布特征和儲集性能。

2　塔中地區(qū)奧陶系儲層發(fā)育特征

2.1中-下奧陶統鷹山組巖溶風化殼儲層

在有利沉積相帶基礎上，經過中加里東期強烈的大氣淡水淋濾和風化剝蝕，加之后期建設性的埋藏溶蝕以及斷裂活動等多種作用的疊加，形成了塔中下奧陶統碳酸鹽巖準層狀巖溶風化殼儲層［9］。儲層巖性以亮晶砂屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r為主，主要儲集空間為溶蝕孔洞和斷裂活動產生的裂縫（圖2）。部分井在鉆井過程中出現低鉆時、泥漿漏失、放空等現象，如Tz83井和Tz721井，證明有大型洞穴存在。巖心孔隙度主要集中在0.5％～2％之間，滲透率較高，大于0.1× 10－3μm2的樣品超過了30％，說明儲層微裂縫十分發(fā)育［10］。

塔中下奧陶統巖溶風化殼型儲層，受有利沉積相帶控制，平面上平行于塔中Ⅰ號坡折帶連片分布；縱向上受到層間巖溶分帶性約束，疊置分布在不整合面下40～120m范圍內的垂直滲流帶和水平潛流帶內。前人研究證明巖溶儲層垂向上可分為垂直滲流帶、水平潛流帶和深部緩流帶。垂直滲流帶和水平潛流帶發(fā)育有大量沿裂縫呈串珠狀分布的溶蝕孔洞，二者常?；ハ噙B通，成為統一的縫洞系統，是最有利的巖溶儲層發(fā)育區(qū)［11］（圖3）。溶蝕作用的分帶性決定了塔中下奧陶統巖溶風化殼儲層縱向分布的另外一個重要的特點——分層性，即巖溶儲層沿不整合面下一定深度范圍內呈準層狀分布［12］?？碧绞聦嵶C明，該準層狀的優(yōu)質儲層發(fā)育帶是塔中低凸起油氣資源最富集的區(qū)帶之一（圖4）。

2.2上奧陶統良里塔格組礁灘復合體儲層

臺地邊緣沉積相為礁體提供了有利的生長環(huán)境，海平面的頻繁升降為礁、灘相的復合疊置發(fā)育創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。巖溶作用使礁灘體中發(fā)育了大量溶蝕孔洞，后期構造運動產生的裂縫發(fā)育帶及其帶來的熱液溶蝕使儲集層物性得到進一步改善［13］。總之，現今油氣資源豐富的優(yōu)質礁灘復合體儲層是多種作用疊加的結果。良里塔格組儲層巖性以砂礫屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和生屑灰?guī)r為主，巖心孔隙度為0.10％～20.87％，平均1.49％；滲透率為0.01×10－3～1850×10－3μm2，平均3.46× 10－3μm2?？紫抖群蜐B透率相關性較差，說明礁灘復合體儲層受次生作用影響顯著［14］。儲層的有效儲集空間為溶蝕作用產生的孔洞和構造運動產生的構造縫，二者往往組成統一的縫洞單元，擴大儲層的儲集空間，改善儲層連通性［10］（圖5）。

圖2　塔中下奧陶統鷹山組巖溶風化殼儲層主要儲集空間

圖3　塔中下奧陶統Tz83井區(qū)巖溶分帶與儲層分布

圖4　塔中下奧陶統鷹山組油、氣、水分布剖面

上奧陶統礁灘復合體儲層發(fā)育的主控因素包括3個方面，沉積相、巖溶作用和構造運動［14－15］。3個因素影響了儲層的物性，且對礁灘體儲層的分布起到了至關重要的控制作用，表現出兩個顯著的特性——層位性和分段性。

圖5　塔中上奧陶統良里塔格組礁灘復合體儲層主要儲集空間

圖6　塔中上奧陶統良里塔格組油氣水分布剖面

1）層位性

中、晚奧陶世，全球出現了有利的造礁環(huán)境，層孔蟲、珊瑚等骨架生物組分大量出現，生長茂盛。塔中Ⅰ號帶處于臺緣相帶，對成礁環(huán)境更加有利［16］。在這種大型的臺地邊緣沉積相帶背景下，發(fā)育了大規(guī)模穩(wěn)定的鑲邊臺緣礁灘體，復合體厚度達300～800m，在塔中Ⅰ號帶呈現出大灘小礁，西灘東礁的特點。研究發(fā)現平行Ⅰ號帶礁灘體儲層呈似層狀發(fā)育，具有明顯的層位性，良一、良二段儲層厚度占地層總厚度的60％～80％，這應該與良一、二段所處的構造位置和巖性基礎關系密切［17］（圖6）。良一、二段為泥質條帶灰?guī)r和顆粒灰?guī)r段，與下伏的含泥灰?guī)r段相比基質孔隙更發(fā)育，成為良好的流體滲流通道，為優(yōu)質儲層的發(fā)育提供了基礎。另外，良一、良二段處于早期準同生期大氣淡水淋濾和晚期頂部的不整合面巖溶發(fā)育的有利區(qū)帶，兩種巖溶作用穿時疊加，極大的改善了儲層的儲集物性［18］?？梢姵练e相、大氣淡水淋濾和不整合巖溶作用是良里塔格組礁灘復合體儲層發(fā)育的重要控制作用。

2）分段性

各主控因素在不同井區(qū)的差異作用，造成良里塔格組礁灘體儲層沿Ⅰ號帶表現出一定的分帶性（表1）。Ⅰ號帶西部斷裂活動相對強烈，因此儲集層裂縫發(fā)育，熱液溶蝕作用顯著，Tz45井區(qū)最為典型［19］。Tz24－Tz26井區(qū)走滑斷裂相對不發(fā)育，沉積相和早期巖溶對該段儲層的控制作用應該更顯著。

3　塔中上、下奧陶統優(yōu)質儲層特征對比

由于儲層發(fā)育的關鍵作用不同，上、下奧陶統發(fā)育了不同類型的儲集體。對比發(fā)現（表2），下奧陶統鷹山組巖溶風化殼儲層較上奧陶統良里塔格組礁灘復合體儲層發(fā)現晚，目前的勘探開發(fā)程度遜于后者，但其表現出的巨大的勘探潛力毋庸置疑。截至2011年1月，共有探井55口，其中34口獲得工業(yè)油氣流，鉆遇率61.8％。從儲層儲集性能來看，上奧陶統礁灘復合體儲層平均孔隙度和滲透率都略高于下奧陶統，但總體上二者均屬于低孔低滲儲層，孔、滲相關性較差，由于經受了多期多種次生作用的改造，儲層非均質性強烈，空間連通關系復雜，也因此導致了流體分布的復雜性，出現了低位有油、高位有水、油氣水同層或同洞的情況。在儲層分布特征上，二者也表現出了一定的異同。礁灘復合體儲層主要集中在塔中Ⅰ號坡折帶外帶，巖溶風化殼優(yōu)質儲層主要靠內帶分布，因為利于礁灘體發(fā)育的臺地邊緣沉積相主要發(fā)育于Ⅰ號帶外帶?？梢姵练e相是上奧陶統礁灘復合體儲層的關鍵控制作用，而其對下奧陶統的控制則不如前者顯著。雖然儲層的關鍵作用不同，但二者總體上都表現出了橫向連片，縱向疊置的分布特征。

研究認為，對于礁灘復合體儲層而言更多的是受到連片分布的沉積相控制，灘是基礎，斷裂活動帶來的后期改造作用是關鍵；而巖溶風化殼儲層則主要是巖溶作用的分帶性影響，主控因素是中加里東期的不整合巖溶和持續(xù)不斷的斷裂活動［20］。綜合分析兩類儲層的成因、儲集層特征及主控因素認為，塔中奧陶系優(yōu)質碳酸鹽巖儲層主要是在“沉積－改造”雙控作用下發(fā)育的①金之鈞，呂修祥.中國海相碳酸鹽巖層系油氣富集規(guī)律與戰(zhàn)略選區(qū).中國石化石油勘探開發(fā)研究院，2009.。而塔中西部平臺區(qū)發(fā)育淺緩斜坡砂屑灘，Ⅰ號帶內帶的巖溶次高地以及巖溶上斜坡，較之Ⅰ號帶外帶，地層更老，暴露時間更長，巖溶作用更加強烈，具備優(yōu)質碳酸鹽巖儲層發(fā)育的良好基礎，因此兩個區(qū)帶將是塔中地區(qū)碳酸鹽巖油氣增儲上產的重要領域。

表1　塔中地區(qū)上奧陶統良里塔格組各井區(qū)礁灘復合體儲層特征對比Table 1　Com parison of the characteristics of reef-shoal com p lex reservoirs in the Upper O rdovician Lianglitage Formation of Tazhong area

表2　塔中地區(qū)奧陶系優(yōu)質儲層發(fā)育特征對比Tab le 2 Characteristics of high-quality reservoir developm ent in the O rdovician of Tazhong area

4　結論

1）塔中低凸起多期的構造運動和多旋回的沉積作用使奧陶系自下而上發(fā)育了多種類型儲集體，包括下奧陶統蓬萊壩組白云巖化儲層、中－下奧陶統鷹山組巖溶風化殼儲層和上奧陶統礁灘復合體儲層。

2）受沉積相帶和斷裂活動控制的上奧陶統礁灘復合體儲層主要沿塔中Ⅰ號帶外帶分布，且主要集中在良一、良二段；而以不整合巖溶和斷裂活動為主控因素的下奧陶統巖溶風化殼儲層主要靠Ⅰ號帶內帶分布，受巖溶分帶性影響主要發(fā)育于不整合面下40～200m深度范圍內。

3）上、下奧陶統儲集層類型不同，儲層發(fā)育的關鍵作用有所差異，但儲層總體呈現出“橫向連片，縱向疊置”的分布特征。對比研究證實，塔中奧陶系碳酸鹽巖優(yōu)質儲層主要發(fā)育于“沉積－改造”雙控作用下。

4）塔中北斜坡西部平臺區(qū)發(fā)育臺內礁灘，為優(yōu)質儲層的發(fā)育提供了重要條件；從Ⅰ號帶外帶到內帶，地層更老，暴露時間更長，巖溶更強烈，因此內帶的巖溶次高地以及巖溶上斜坡是風化殼巖溶儲層發(fā)育的有利區(qū)帶，所以勘探可進一步向西和向內開拓。

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（編輯董立）

中圖分類號：TE122.2

文獻標識碼：A

文章編號：0253－9985（2011）02－0199－08

收稿日期：2010－12－27。

第一作者簡介：焦偉偉（1981—），女，博士研究生，地質資源與地質工程。

基金項目：國家科技重大專項（2008ZX05004－004）；國家自然科學基金項目（41072102）。

M ain controlling factors of the Ordovician carbonate reservoirs in Tazhong area，the Tarim Basin

Jiao Weiwei1，2，LüXiuxiang1，2，Zhou Yuanyuan1，2，Han Jianfa3，Xiong Fangming4and Zhao Yue1，2
（1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，Beijing 102249，China；3.Petroleum Exploration and Development Research Institut，PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla，Xinjiang 841000，China；4.Supervision andmanagement Center，PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla，Xinjiang 841000，China）

Abstract：By using the physical properties and core observation，this paper compares their reservoir qualities and characteristics of reservoir spaces in the study area.Themain factors controlling the development of highquality reservoirs are also discussed based on study of the lateral and vertical distribution of reservoirs and the occurrence of oil，gas and water.The reef-shoal complex reservoirs of the Upper Ordovician are significantly controlled by sedimentary facies belts and faults，thus show obvious characteristics of occurring at certain horizons and segmentation.In contrast，the karst-weathering crust reservoirs of the Lower Ordovician aremainly controlled by faults and karstification along unconformities.Theymainly occur within 40－200m under the unconformity，and show obvious layering features.A comprehensive comparison of these two kinds of quality reservoirs indicates that both of them feature in“l(fā)ateral connection and vertical superimposition”and are similar in reservoir quality，though theirmajor controlling factors are different.Moreover，the quality carbonate reservoirs are developed under the dual control of sedimentation andmodification.The western platform as well as the subsidiary karst upland and upslope in the inner fault zone-Ⅰin Tazhong area have favorable conditions for the development of high-quality carbonate reservoirs，thus are play fairways.

Key words：reef-shoal complex，karst-weathering crust，carbonate reservoir，sedimenttion and reformation，Ordovician，Tazhong area，Tarim Basin