塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖儲層特征

賀勇 韓詹 白曉亮 朱莎

（1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學，四川 成都 610059；2.中國石油長慶油田公司超低滲透油藏第一項目部，甘肅 慶陽 745000；3.中國石油大慶油田第四采油廠，黑龍江 大慶 163511）

0 引言

塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組的巖性主要為一套較純的白云巖。國內(nèi)外油氣勘探實踐表明，碳酸鹽巖所蘊藏的油氣儲量占世界總儲量的52%，全球高達90%的油氣儲量發(fā)現(xiàn)于海相地層，故對碳酸鹽巖的研究具有重要價值。前人從不同角度對塔里木盆地奧陶系儲層做了大量的研究工作，但大多數(shù)研究都集中在中—上奧陶統(tǒng)，對于下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組儲層特征方面的研究很少[1-2]。筆者通過鉆井巖心觀察、巖石薄片鑒定、物性測試及地球化學分析等手段，結(jié)合前人對塔里木盆地及其他盆地的研究成果[3-4]對塔里木盆地巴楚地區(qū)和塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖層巖石學特征、儲層物性特征以及儲層物性控制因素進行了一系列綜合研究，以期為油氣勘探提供一定的地質(zhì)依據(jù)。

1 沉積相特征

塔里木盆地奧陶紀沉積演化主要受控于該時期的盆地構(gòu)造演化，晚寒武世末早奧陶世初，塔里木盆地斷塊差異活動加強，上升斷塊形成水下隆起，而下陷斷塊淪為半深?！詈Ｅ璧兀议_了奧陶紀大規(guī)模海侵活動的序幕，這時期的沉降中心在現(xiàn)今的滿加爾坳陷地區(qū)，逐漸形成了西淺東深的格局，蓬萊壩組就形成于這一時期[5-8]。塔里木盆地奧陶紀早期沉積環(huán)境具有多樣性，在巴麥、塔北、塔中地區(qū)分布有大面積的局限臺地，為一套巖性純、厚度大的白云巖層，在塔東及塔西南和田地區(qū)則是廣袤的深海，從隆起區(qū)到坳陷區(qū)，海水的深度逐漸變深，水動力強度具有由較弱變強又接著變?nèi)醯奶攸c，變化的水動力條件也孕育出了不同的沉積相帶[9]。

2 巖石學特征

塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖具有晶粒大小不同、結(jié)構(gòu)特征多樣化和自形程度差異化的特征。按晶體結(jié)構(gòu)及晶粒大小可將蓬萊壩組白云巖劃分為4種類型：泥晶白云巖、粉晶白云巖、細晶白云巖、中—粗晶白云巖。①泥晶白云巖。該類白云巖晶體十分細小，直徑小于0.005 mm（圖1A）。蓬萊壩組泥晶白云巖一般晶形較差，呈半自形到它形，晶間微孔較發(fā)育，晶間有時含少許黏土礦物，部分地區(qū)見少許燧石結(jié)核，偶見石英、黃鐵礦晶粒及黑色瀝青。顏色變化頻繁，以灰褐色、淺褐灰色為主，具硬、脆性，斷口多呈貝殼狀—瓷狀。②粉晶白云巖。這是蓬萊壩組白云巖的主要結(jié)構(gòu)類型之一，晶形以半自形到它形為主，大部分晶體表面較渾濁，少量較明亮，晶間微孔發(fā)育，晶體部分鑲嵌（圖1B）。該類白云巖在蓬萊壩組中呈大面積厚層分布，分布范圍很廣。粉晶白云巖成因具有多樣性，部分粉晶白云巖以膠結(jié)物或充填物的形式生長于各種孔隙中，部分粉晶白云巖則是重結(jié)晶作用的產(chǎn)物，說明粉晶白云巖成因比較復雜，在多種成巖環(huán)境中均可以生成。③細晶白云巖。蓬萊壩組細晶白云巖多呈半自形—它形結(jié)構(gòu)，晶體間呈直線形至凹凸形接觸，有的細晶白云巖晶體表面較渾濁，具有殘余顆粒或幻影結(jié)構(gòu)（圖1C），有的細晶白云巖晶體表面則很干凈明亮，多以膠結(jié)物的形式生長于粒間孔隙或次生縫洞內(nèi)，有時可見它們呈世代生長，一般發(fā)育兩個世代，第一代多為馬牙狀環(huán)邊，第二代為粒狀亮晶。細晶白云石結(jié)構(gòu)的復雜性可能跟其成因多樣性及后期成巖作用復雜性有密切關(guān)系。蓬萊壩組細晶白云巖在陰極射線下整體通常發(fā)暗紅光或不發(fā)光，說明其是準同生白云石化產(chǎn)物。④中—粗晶白云巖。該類白云巖以晶體粗大為特征。蓬萊壩組中—粗晶白云巖大部分晶體都較渾濁，少數(shù)較干凈明亮，晶體形態(tài)多樣，以半自形、它形為主。該種云巖具有有序度高的特征，部分地區(qū)有輕微的去云化現(xiàn)象。中4井附近蓬萊壩組中—粗晶白云巖在陰極射線下該白云巖整體發(fā)光較亮，尤其是裂縫中充填的白云石，發(fā)橙紅色光（圖1D、E），表明該白云巖可能是在埋藏環(huán)境的較高溫度下生成，應為埋藏白云石化的產(chǎn)物。古隆1井附近蓬萊壩組中—粗晶白云巖晶形主要是它形，局部地區(qū)可見具有霧心亮邊結(jié)構(gòu)的自形白云巖（圖1F），在陰極射線照射下發(fā)光較暗或不發(fā)光，說明其與中4井地區(qū)的中—粗晶白云巖在成因上有一定的差別。

圖1 塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖巖石學特征圖

3 儲層物性特征

3.1 儲集空間類型

塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖層儲集空間類型以晶間孔、晶間溶孔、構(gòu)造裂縫及溶蝕孔洞等為主，儲滲空間幾何形態(tài)多樣，分布不均。按照儲層儲集空間幾何形態(tài)、大小和成因，將蓬萊壩組儲集空間類型劃分為孔隙、裂縫和溶蝕孔洞3大類。

1）孔隙。碳酸鹽巖是一種多成因的巖石類型，故其孔隙類型較復雜。碳酸鹽巖孔隙的復雜性主要表現(xiàn)在孔隙結(jié)構(gòu)的復雜性和孔隙成因的復雜性兩方面。蓬萊壩組白云巖孔隙類型主要為晶間孔與晶間溶孔（圖2A、B、C）。晶間孔是結(jié)晶較好的白云巖晶體間發(fā)育并保存的角孔，常見于粉—細晶白云巖中，形態(tài)規(guī)則，呈多面體或板狀，是蓬萊壩組白云巖儲層的主要儲集空間類型。晶間溶孔形態(tài)不規(guī)則，通常呈港灣狀。該類孔隙的形成與白云石化作用以及后期的溶蝕作用有關(guān)，在巖心上表現(xiàn)為針孔狀。

2）裂縫。裂縫既可以作為儲集空間又可以作為連通通道，對碳酸鹽巖儲層有重大的意義。根據(jù)裂縫的成因可以將裂縫分為構(gòu)造裂縫、成巖裂縫、溶蝕裂縫、壓溶裂縫。而蓬萊壩組主要發(fā)育了構(gòu)造裂縫、溶蝕裂縫以及壓溶裂縫（圖2D、E）。

圖2 塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖儲層儲集空間類型圖

3）溶蝕孔洞。溶蝕孔洞的發(fā)育往往與沿裂縫的擴溶緊密聯(lián)系，常沿裂縫的延伸方向及在裂縫附近發(fā)育（圖2F）。這類孔洞可以產(chǎn)生于不同的成巖環(huán)境中。早期的溶蝕孔洞主要在大氣水成巖環(huán)境中形成，發(fā)育于與暴露有關(guān)的沉積間斷面之下，多數(shù)是大小相近的選擇性溶孔。在埋藏期也能形成大量的溶蝕孔洞，這種溶蝕作用與有機質(zhì)熱演化過程中排出的有機酸、二氧化碳或來源于深部的具有溶蝕能力的熱液等有關(guān)。

3.2 白云巖儲層物性特征

塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖儲層具有很強的非均質(zhì)性，不同地區(qū)的蓬萊壩組白云巖層的孔隙度和滲透率具有較大的差異。塔中地區(qū)蓬萊壩組白云巖層的孔隙度最大值為8.63%，最小值為0.3%，平均值為1.76%；滲透率最大值為85.8 mD，最小值為0.07 mD。塔北地區(qū)蓬萊壩組白云巖孔隙度主要分布在0.7%～3.0%之間，平均為1.4%；滲透率主要分布在0.002～0.192 mD范圍內(nèi)，平均值為0.032 mD。巴麥地區(qū)蓬萊壩組白云巖孔隙度也不太好，主要分布范圍為0.53%～4.10%，平均值為2.47%；滲透率主要集中在0.010～0.814 mD范圍內(nèi)，平均值為0.229 mD。

4 儲層物性控制因素

蓬萊壩組白云巖儲集層的物性受諸多因素的影響。首先是沉積環(huán)境影響著原生孔隙的類型和儲集層的基本形態(tài)，而后是后期各種成巖作用及構(gòu)造作用對巖層的進一步改造，使部分原生孔隙遭受破壞，次生孔隙不斷產(chǎn)生。筆者主要對后期各種成巖作用對蓬萊壩組白云巖儲層的影響進行討論。蓬萊壩組白云巖巖層主要經(jīng)歷了壓實及壓溶作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用、埋藏溶蝕作用、白云石化作用等成巖作用的綜合改造，其中壓實作用、膠結(jié)作用對儲層的儲集性能提高是不利的，埋藏溶蝕作用對儲層物性改善具有積極作用，而壓溶作用、重結(jié)晶作用、白云石化作用對儲層物性的影響則具有兩面性。

壓實作用是使原始沉積物孔隙度及滲透率降低的一個很重要的因素。蓬萊壩組碳酸鹽巖沉積時間早，埋藏較深，故而壓實作用在該組普遍存在。膠結(jié)作用在蓬萊壩組碳酸鹽巖中十分發(fā)育，一般具有多世代膠結(jié)的特征，從表生巖溶期到深埋期均有發(fā)生，對蓬萊壩組碳酸鹽巖的原生孔隙和次生孔隙都產(chǎn)生了極大的破壞作用，嚴重影響了儲層的儲集物性?？p合線作為壓溶作用的產(chǎn)物，在下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組中很發(fā)育，產(chǎn)狀主要為近平行于層面及不規(guī)則網(wǎng)狀兩類?？p合線對儲層的影響表現(xiàn)在兩方面：一方面，壓溶作用使碳酸鹽巖形成咬合組構(gòu)，致使巖層孔隙減?。涣硪环矫嫒绻芙庾饔醚乜p合線進行，導致溶蝕擴大，沿縫合線可形成串珠狀孔隙，這類孔隙是流體很好的運移通道和儲集空間。蓬萊壩組白云巖的重結(jié)晶作用持續(xù)周期很長，從準同生期到淺埋藏期，再到深埋藏期均不斷有重結(jié)晶作用發(fā)生。在準同生—淺埋藏時期，由于埋藏深度淺，碳酸鹽巖層溫度和壓力都較低，此時白云巖的重結(jié)晶作用速度快，晶體顆粒一般較小，多為泥晶或粉晶級。當進入深埋藏階段后，隨著溫度的升高和壓力的增大，白云巖晶體在重結(jié)晶過程有足夠的時間和條件長大，故而形成的晶體顆粒直徑較大，晶形較好，多為細晶或中晶級。重結(jié)晶作用對于儲集體物性的影響具有兩面性：一方面，在白云巖發(fā)生重結(jié)晶過程中，由于礦物體積、形狀的改變，晶格的重組，可以產(chǎn)生大量的晶間孔隙，使白云巖層的孔隙度增加；另一方面，隨著晶體的不斷長大，就不可避免地會擠占晶間孔的空間，最終會從以點線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)殍偳督佑|，這樣就會減少白云巖的孔隙度，滲透率也會受到一定的影響。埋藏巖溶作用是不受地表侵蝕基準面控制的深部巖溶作用，導致埋藏溶蝕發(fā)生的主導因素有3個，即有機酸溶蝕、TSR（硫酸鹽熱化學還原反應）以及熱液溶蝕[10-12]。

通過對蓬萊壩組白云巖層研究后發(fā)現(xiàn)，該組很多地區(qū)見鞍狀白云巖和螢石等熱液礦物，認為該層白云巖的深部溶蝕作用主要受熱液溶蝕影響。熱液不僅可以對通道內(nèi)沉淀物質(zhì)及通道周圍的巖石進行改造，還可以對早期形成的白云巖進行溶蝕作用，形成溶蝕孔洞。在熱液蝕變過程中，白云巖層主要遭受了破裂作用與溶蝕作用共同的影響，形成了優(yōu)質(zhì)的裂縫—孔洞型儲層，尤其以晶間溶孔最為發(fā)育。白云石化現(xiàn)象在蓬萊壩組碳酸鹽巖中較為普遍，主要是埋藏白云石化作用的產(chǎn)物，局部地區(qū)白云巖是滲透回流白云石化作用、蒸發(fā)泵白云石化作用和熱液白云石化作用的產(chǎn)物。該組云巖晶體自形程度一般較差，以半自形—它形為主，晶粒之間多鑲嵌接觸，孔滲性較差，部分晶面污濁，白云石多呈斑塊狀或條斑狀，部分白云石發(fā)育霧心亮邊結(jié)構(gòu)；也有部分云化云巖晶型較好，這種云巖的晶間孔較發(fā)育，局部被方解石或其他物質(zhì)充填。依據(jù)前人的觀點[13]，白云石化作用對于儲集層的儲集物性一般有積極的影響，但這一觀點在蓬萊壩組云化云巖中卻沒有得到很好的體現(xiàn)。雖然蓬萊壩組由白云石化作用形成的白云巖層分布也很廣泛，但該組的儲集物性卻一般，其主要原因可能主要有以下兩點：一是蓬萊壩組大部分白云巖晶體自形程度差，晶體間多為致密的鑲嵌接觸，導致巖層孔隙度減少，連通性變差；二是即使部分晶體自形程度好的白云巖晶間孔發(fā)育，但這些晶間孔多被方解石或白云石膠結(jié)，故而儲集物性也不是很好。

5 結(jié)論

1）塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖具有晶粒大小不同、結(jié)構(gòu)特征多樣化、自形程度差異化的特征，按晶體結(jié)構(gòu)及晶粒大小可將蓬萊壩組白云巖劃分為泥晶白云巖、粉晶白云巖、細晶白云巖、中—粗晶白云巖4種類型，其中以粉晶白云巖、細晶白云巖分布最為廣泛。

2）塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖層儲集空間類型以晶間孔、晶間溶孔、構(gòu)造裂縫及溶蝕孔洞等為主。晶間孔、晶間溶孔、構(gòu)造裂縫、縫合線等儲集空間在各地區(qū)蓬萊壩組中均常見，而溶蝕孔洞類儲集空間則主要發(fā)育于曾遭受過風化剝蝕的地區(qū)附近。

3）蓬萊壩組白云巖儲集層儲集物性受諸多因素控制，主要經(jīng)歷了壓實及壓溶作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用、埋藏溶蝕作用、白云石化作用等成巖作用的綜合改造，又遭受了多期次的構(gòu)造運動的影響，從而形成了復雜的孔隙類型、裂縫系統(tǒng)和溶蝕孔洞體系。并且該組白云巖儲層具有很強的非均質(zhì)性，不同地區(qū)孔隙度和滲透率具有較大的差異，除了部分遭受嚴重風化剝蝕和受構(gòu)造破裂作用強烈影響地區(qū)的白云巖層儲集物性較好外，大部分地區(qū)白云巖層的儲集物性都較差。

［1］張新華，黃文輝，王安甲，等.塔里木盆地下古生界白云巖儲層發(fā)育控制因素分析［J］.西北大學學報（自然科學版），2009，39（2）：288-292.

［2］張現(xiàn)軍，朱長見，師駿，等.塔里木盆地和田河氣田及其周緣地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲集層特征探討［J］.天然氣地球科學，2008，19（1）：120-125.

［3］ Charles T.Feazel，Alan P.Byrnes，James W.Honefenger，etc.Carbonate reservoir characterization and simulation：From facies to flow units： Report from the March 2004 Hed?berg Research Symposium［J］.AAPG， 2004， 88（11）：1467-1470.

［4］ S.N.Ehrenberg，G.P.Eberli，M.Keramati，etc.Porosi?ty-permeability relationships in interlayered limestone-do?lostone reservoirs［J］.AAPG， 2006，90（1）：91-114.

［5］顧家裕，朱筱敏，賈進華，等.塔里木盆地沉積與儲層［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003：207-208.

［6］童曉光，梁狄剛，賈承造.塔里木盆地石油地質(zhì)研究新進展［M］.北京：科學出版社，1996：99-119.

［7］顧家裕，朱筱敏，賈進華，等.塔里木盆地沉積與儲層［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003：124-136.

［8］周清杰，鄭建京.塔里木構(gòu)造分析［M］.北京：科學出版社，1990：109-117.

［9］賀勇，黃擎宇，謝世文，等.塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組沉積相特征［J］.新疆地質(zhì)，2011，29（3）：306-310.

［10］錢一雄，陳躍，陳強路，等.塔中西北部奧陶系碳酸鹽巖埋藏溶蝕作用［J］.石油學報，2006，27（3）：47-52.

［11］潘文慶，劉永福，Dickson JA D，等.塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖熱液巖溶的特征及地質(zhì)模型［J］.沉積學報，2009，27（5）：983-993.

［12］ Rick Wierzbicki，Jeffrey J.Dravis，Ihsan Al-Aasm，etc.Burial dolomitization and dissolution of Upper Jurassic Abenaki platform carbonates，Deep Panuke reservoir，Nova Scotia，Canada［J］.AAPG，2006，90（11）：1843-1861.

［13］Gareth D.Jones，Yitian Xiao.Dolomitization，anhydrite ce?mentation，and porosity evolution in a reflux system：In?sights from reactive transport models［J］.AAPG，2008，89（5）：577-601.