塔里木盆地沙雅隆起奧陶系巖溶儲層特征

王 旭, 張麗娟, 沈建偉, 楊紅強, 王 月

( 1. 中國科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點實驗室 南海海洋研究所，廣東 廣州 510301; 2.中國科學(xué)院 研究生院,北京 100049; 3. 塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆 庫爾勒 841000 )

0 引言

奧陶系巖溶儲層是沙雅隆起重要的儲層類型[1].巖溶主要發(fā)育于海西早期和加里東期，其中巖溶型儲層主要是加里東期形成的，海西早期和加里東中期強烈的構(gòu)造運動使沙雅隆起地區(qū)下古生界遭受強烈剝蝕[2].奧陶系碳酸鹽巖儲層中的孔-洞-縫孔隙體系主要歸因于大氣水和地下水的巖溶改造作用.沙雅隆起多期次的巖溶作用形成多套巖溶儲層系統(tǒng)，縱向上可分為3個巖溶儲層帶；平面上的發(fā)育分布受加里東期巖溶相帶以及斷裂和不整合面的控制[3].沙雅隆起奧陶系具有整體含油的特征，油氣分布不受局部構(gòu)造控制，而是在塔北隆起的構(gòu)造背景下的縫洞儲集體、礁灘孔隙型儲層等儲集體疊置連片的油氣富集體[4]，構(gòu)造高點、局部古地貌突起、礁灘建造突起，以及后期構(gòu)造作用形成的微隆起可以形成巖溶油氣儲層.受到巖溶儲層展布、油源、充注期次、運移途徑及后生變化等影響，雅隆起奧陶系油氣藏的成藏機理非常復(fù)雜.勘探證實沙雅隆起奧陶系海相碳酸鹽巖巖溶油氣儲層具有良好的油氣成藏條件[1,3,5].隨著勘探程度的不斷深入，展示出多種類型儲層、多種油氣藏類型并存的局面.目前對不同類型儲集體展布特征、資源前景、勘探潛力缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識，因此加強對該區(qū)奧陶系巖溶儲層的識別和油氣成藏模式的建立具有重要意義.筆者通過巖心觀察、薄片鑒定、宏觀地震斷裂識別、微觀裂縫測井解釋，以及流體包裹體均一溫度測溫和埋藏史和孔隙度演化史研究，對塔里木盆地沙雅隆起奧陶系巖溶儲層的特征形成初步的認(rèn)識.

1 地質(zhì)背景

沙雅隆起是塔里木盆地塔北隆起重要的二級構(gòu)造單元，長期以來塔北隆起是塔里木盆地大中型油氣田的主要發(fā)育位置.目前在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)多個油氣田，如塔河輪南油氣田、哈德遜油氣田、雅克拉凝析氣田、牙哈油氣田、東河塘油田、英買7號油氣田、羊塔克油氣田等(見圖1).沙雅隆起包括沙雅隆起雅克拉斷凸和塔河勘探區(qū)塊.雅克拉斷凸地區(qū)是沙雅隆起最早實現(xiàn)油氣突破的區(qū)域.目前在該地區(qū)奧陶系多個層系獲得工業(yè)油氣流.塔河油田探區(qū)包括4個區(qū)塊，即艾協(xié)克-桑塔木、艾丁-可果、阿克墩和躍參1號.構(gòu)造位置主體位于沙雅隆起阿克庫勒凸起，并包括順托果勒隆起的北部、哈拉哈塘凹陷西部及草湖凹陷西部.沙雅隆起的雛形形成于中奧陶世末，塔里木地區(qū)發(fā)生區(qū)域性擠壓構(gòu)造運動，塔里木盆地性質(zhì)由被動大陸邊緣盆地向擠壓型盆地轉(zhuǎn)變，盆內(nèi)形成隆拗交替的構(gòu)造格局.由于盆地整體下沉，晚奧陶世沙雅隆起區(qū)成為一個孤立臺地區(qū)，其北坡為一陡坡帶，其南緣和西緣較緩，臺地北緣可發(fā)育生物礁，陡坡帶下發(fā)育具前積構(gòu)型的濁積扇體.晚奧陶世末，發(fā)生加里東中期運動晚幕，構(gòu)造主壓應(yīng)力來自南昆侖洋與塔里木碰撞，此時期塔北地區(qū)構(gòu)造形變微弱，抬升幅度小，繼續(xù)保持寬緩緩坡形態(tài)，沖斷-褶皺構(gòu)造不發(fā)育或十分微弱.沙雅隆起南斜坡不遠(yuǎn)處可見上奧陶統(tǒng)與志留-泥盆系呈整一接觸關(guān)系，表明當(dāng)時塔里木盆地整體處于南高北低的構(gòu)造格局，中上奧陶統(tǒng)地層出露地表剝蝕非常有限，下奧陶統(tǒng)深埋地下.

圖1 塔里木盆地塔北隆起構(gòu)造區(qū)劃圖(蔡春芳等, 1997年[6])

2 巖溶儲層特征

沙雅隆起巖溶作用主要發(fā)生加里東中期上奧陶統(tǒng)丘里塔格群和中奧陶統(tǒng)一間房組之間和上奧陶統(tǒng)內(nèi)部桑塔木組和良里塔格組之間.巖溶類型從微觀角度可以分為同生期巖溶、潛山巖溶(滲流期巖溶和潛流期巖溶)、淺埋藏巖溶及深埋藏巖溶.不同巖溶類型具有不同的特征(見圖2).通過有關(guān)井鹽下奧陶系地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等資料，結(jié)合加里東中期古地質(zhì)背景的分析，認(rèn)為可從4方面識別加里東期巖溶:(1)地震證據(jù).中上奧陶統(tǒng)內(nèi)部桑塔木組與良里塔格組存在超覆接觸，一間房組與恰爾巴克組之間存在削截現(xiàn)象，其間具有間斷和缺失.(2)古生物證據(jù).在上奧陶統(tǒng)丘里塔格群和中奧陶統(tǒng)一間房組之間缺失2～4個牙形刺帶.(3)鉆井證據(jù).在較厚桑塔木組覆蓋區(qū)的中下奧陶統(tǒng)發(fā)育洞穴型儲層，有多口井在中上奧陶統(tǒng)泥質(zhì)巖覆蓋區(qū)發(fā)現(xiàn)有巖溶發(fā)育段，如S110井在奧陶系頂面處發(fā)生井漏.(4)地球化學(xué)標(biāo)志.喀斯特儲層的類型對應(yīng)與孔隙度演化史和埋藏史是區(qū)分不同巖溶儲層的優(yōu)劣的重要判別依據(jù)(見圖3(a)).巖溶洞穴內(nèi)的方解石的鍶同位素比值、含烴鹽水包裹體的烴類成熟度等對于識別加里東中期巖溶也具有一定標(biāo)志作用[6-7].因此，可以通過測試包裹體烴類的成熟度和鍶同位素相互關(guān)系判別巖溶儲層形成期次(見圖3(b)).

圖2 塔里木盆地沙雅隆起奧陶系巖溶儲層特征和類型

圖3 塔里木盆地沙雅隆起喀斯特巖溶類型與埋藏深度、孔隙度演化史及巖溶期次與包裹體成熟度鍶同位素匹配關(guān)系

3 斷裂對巖溶的控制作用

沿加里東中期形成的斷裂發(fā)育優(yōu)質(zhì)油氣儲層，如S106井有嚴(yán)重漏失，并鉆獲高產(chǎn)油氣流，S97、S118、S117等井也是地球物理預(yù)測的儲層發(fā)育地區(qū)[8].在影響巖溶儲層的諸多因素中，斷裂起主導(dǎo)作用，主要體現(xiàn)在2方面: (1)斷裂為巖溶作用提供滲濾通道[9-11].形成于加里東中期的多套斷裂和裂縫系統(tǒng)為巖溶作用提供滲濾通道，孔滲性較好的儲層空間主要發(fā)育在裂縫面上的溶蝕孔洞和沿斷裂的大型洞穴中.(2)斷裂是有利的裂縫和巖溶發(fā)育區(qū)帶[12].在斷裂帶或斷裂附近的鉆井多出現(xiàn)放空、漏失現(xiàn)象，巖心上溶蝕縫發(fā)育.沙雅隆起巖溶發(fā)育與奧陶系大型斷裂的走向一致, 測井解釋的結(jié)果證明裂縫的走向主要是EEN-WWS方向60°或240°左右與區(qū)域性大型斷裂的走向一致.在奧陶系良里塔格組和一間房組中鉆遇孔縫發(fā)育帶[7]，表明斷裂帶巖溶發(fā)育強烈，是裂縫與巖溶發(fā)育的密集帶，并且距離不整面越近，漏失放空量越大.

4 巖溶儲層成因模式

圖4 塔里木盆地沙雅隆起南部奧陶系加里東中期巖溶演化示意

在對巖溶儲層控制因素進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，剖析儲層的縱、橫向特征，總結(jié)沙雅隆起巖溶儲層成因預(yù)測模式，以確定加里東中期巖溶的深度和范圍.加里東中期早幕巖溶主要體現(xiàn)在中上奧陶統(tǒng)之間缺失2～3個牙形次帶，巖溶儲層主要沿著不整合面風(fēng)化殼分布(見圖4).加里東中期晚幕巖溶主要表現(xiàn)為一期和二期[7].加里東中期晚幕一期，即中奧陶統(tǒng)沉積末期，沙雅隆起整體抬升，地層年代間斷1～2 Ma.該次抬升形成下奧陶統(tǒng)內(nèi)第一套巖溶層，之后被恰爾巴克組和良里塔格組覆蓋沉積，在良里塔格沉積末期再次抬升，在良里塔格組內(nèi)形成表生溶蝕.加里東中期晚幕二期，表現(xiàn)在志留紀(jì)的地層覆蓋在上奧陶統(tǒng)之上，依據(jù)加里東期流體地質(zhì)作用的識別標(biāo)志，加里東期巖溶儲層具有受平行不整合面控制的大氣水流體活動特征，該期巖溶儲層的特征屬于層控型和斷控型，巖溶型儲層受不整合面控制，具層狀分布的特點[13].加里東期巖溶型儲層主要保存于沙雅隆起南部及西南部中上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)，具較強的非均質(zhì)性.

5 烴源巖評價

根據(jù)剝蝕面上下間斷型的鏡質(zhì)體反射率(Ro)剖面，可以判斷剝蝕面下伏地層烴源巖的成熟度定型時間[7,14-15].通過統(tǒng)計分析表明，隨著埋藏深度增加，鏡質(zhì)體反射率(Ro)剖面中Ro-埋藏深度呈正相關(guān)關(guān)系.如果在鏡質(zhì)體反射率剖面中，二者的相關(guān)直線明顯錯位或斜率發(fā)生變化，則可能存在地層不整合或前、后期古地溫梯度的變化.沙雅隆起各井C1/O1剝蝕面上覆各層段的Ro-埋藏深度關(guān)系直線段均已重合，不存在間斷或斜率的差別，梯度基本一致.C1/O1剝蝕面下伏奧陶系同樣呈現(xiàn)Ro-埋藏深度關(guān)系直線已經(jīng)重合的規(guī)律，梯度也基本相同；但是下古生界頂部剝蝕面上下兩段的Ro-埋藏深度關(guān)系直線之間存在明顯錯位的現(xiàn)象[7](見圖5)，表明沙雅隆起奧陶系頂部的剝蝕面上自早石炭世重新接受沉積以來，下石炭統(tǒng)-第四系的全部沉積物加載，尚不足以使得奧陶系的演化程度超過其在下石炭統(tǒng)沉積之前達(dá)到的成熟度.也就是說，殘存奧陶系的有機質(zhì)成熟度在石炭紀(jì)之前就已經(jīng)定型[16-17].沙雅隆起C1/O1剝蝕面下伏奧陶系頂面的等效鏡質(zhì)體反射率均大于1.15%，說明早在石炭紀(jì)之前，沙雅隆起地區(qū)中下奧陶統(tǒng)有機質(zhì)的演化程度已處于高成熟階段.

圖5 塔里木盆地沙雅隆起部分鉆井實測鏡質(zhì)體反射率剖面

6 油氣充注時間和期次

油氣儲層中有機包裹體均一溫度可以有效地確定油氣藏的形成時間和期次.儲集層中與烴類包裹體同期形成的鹽水包裹體均一溫度代表油氣進(jìn)入儲集層時的溫度，根據(jù)此溫度、研究區(qū)古地溫模式及儲層埋藏史，確定包裹體形成時的地層埋藏深度及其對應(yīng)的地質(zhì)年代，從而可以確定油氣藏的形成時間和期次[7,9-10].以沙雅于齊地區(qū)為例，在Yq3和Yq4井區(qū)鷹山組包裹體均一溫度為89～152 ℃，存在3個均一溫度區(qū)間，分別為90～100 ℃、120～130 ℃和140 ～150 ℃.因此，于奇地區(qū)至少存在3期油氣充注(見圖6).根據(jù)3個油氣包裹體均一溫度區(qū)間范圍，結(jié)合埋藏史和古地溫分析可以確定沙雅地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組儲層至少存在3期油氣充注，它們分別為燕山晚期、喜山早期及喜山中期[18-20].沙雅隆起油源區(qū)寒武系和下奧陶統(tǒng)生成的成熟油氣，分別于燕山晚期、喜山早期和喜山中期成藏于沙雅隆起的鷹山組儲層中，此時蓋層非常發(fā)育，封閉條件優(yōu)越，油氣儲層條件好，有利于油氣成藏[21-22].

圖6 塔里木盆地沙雅隆起于奇地區(qū)Yq3和Yq4井區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組油氣注入期次劃分

7 結(jié)論

(1)奧陶系巖溶儲層是沙雅隆起重要的儲層類型，可以通過地震、古生物、鉆井以及地球化學(xué)等方法進(jìn)行識別.巖溶類型從微觀角度可以分為同生期巖溶、潛山巖溶(滲流期巖溶和潛流期巖溶)、淺埋藏巖溶以及深埋藏巖溶.在影響巖溶儲層的諸多因素中，斷裂起主導(dǎo)作用，主要體現(xiàn)在斷裂為巖溶作用提供滲濾通道，同時斷裂帶是裂縫與巖溶發(fā)育的密集帶.

(2)沙雅隆起加里東中期巖溶可以分為早幕和晚幕，晚幕巖溶可以表現(xiàn)為一期和二期，不同期次巖溶具有不同的特征.沙雅隆起下古生界頂部剝蝕面上下兩段的Ro-埋深關(guān)系直線之間存在明顯錯位的現(xiàn)象，說明早在石炭紀(jì)之前，沙雅隆起地區(qū)中下奧陶統(tǒng)有機質(zhì)的演化程度已處于高成熟階段.

(3)通過流體包裹體均一溫度測試，結(jié)合埋藏史和古地溫分析，認(rèn)為沙雅隆起于奇地區(qū)中下奧陶統(tǒng)儲層至少存在3期油氣成藏，依次分別為燕山晚期、喜山早期和喜山中期.