塔里木盆地塔中隆起北坡鷹山組白云巖儲層特征與成因

鄭興平，劉永福，張 杰，鄭劍鋒

(1.中國石油 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中國石油 碳酸鹽巖儲層重點實驗室，杭州 310023； 3.中國石油 塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木盆地塔中隆起北坡鷹山組白云巖儲層特征與成因

鄭興平1,2，劉永福3，張 杰1,2，鄭劍鋒1,2

(1.中國石油 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中國石油 碳酸鹽巖儲層重點實驗室，杭州 310023； 3.中國石油 塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木盆地塔中隆起北坡奧陶系鷹山組目前勘探發(fā)現(xiàn)的豐富油氣資源主要蘊藏在石灰?guī)r巖溶縫洞型儲層中，這類儲層受鷹山組頂部不整合面的控制。隨著勘探的深入，部分探井揭示了鷹山組白云巖儲層類型，其儲集空間為晶間孔、超大溶孔和溶洞，部分井段物性好且厚度較大，但橫向?qū)Ρ刃圆?。通過巖心、薄片觀察、陰極發(fā)光、稀土元素及同位素等實驗分析，認(rèn)為鷹山組優(yōu)質(zhì)白云巖儲層經(jīng)歷了埋藏白云石化和較強(qiáng)溶蝕作用，后期又受到高溫流體的影響。鷹山組優(yōu)質(zhì)白云巖儲層分布面積大，其發(fā)育主要受控于地下流體活動，是塔中隆起北坡鷹山組碳酸鹽巖儲層的重要類型和勘探領(lǐng)域。

埋藏溶蝕；成巖作用；白云巖儲層；鷹山組；奧陶系；塔中隆起；塔里木盆地

1 研究區(qū)概況

塔里木盆地塔中隆起構(gòu)造單元可劃分為中部的高壘帶和南北兩側(cè)的斜坡帶[1](圖1)。本次研究區(qū)塊是塔中隆起北斜坡，層位是奧陶系鷹山組。塔中地區(qū)的鷹山組巖性以灰、褐灰、深灰色泥晶灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r、藻凝塊、藻紋層灰?guī)r為主，由上向下云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖、白云巖逐步增多，多屬于開闊臺地相臺內(nèi)灘、臺內(nèi)洼地沉積[2]，厚度300～700 m不等(圖2)。

鷹山組與上覆地層上奧陶統(tǒng)良里塔格組以不整合接觸，其間缺失中奧陶統(tǒng)一間房組沉積，鷹山組上部也有不同程度剝蝕[3-4](圖2)。近年來塔中隆起北坡奧陶系鷹山組碳酸鹽巖油氣勘探獲得重要成果，鷹山組頂部不整合面之下200 m范圍內(nèi)、非均質(zhì)性疊置連片的大型巖溶縫洞系統(tǒng)是主要的儲層類型[1,5-6]。

圖1 塔里木盆地塔中隆起北斜坡研究區(qū)位置

圖2 塔里木盆地塔中隆起北坡奧陶系鷹山組地層柱狀圖

隨著近幾年勘探的深入，鷹山組碳酸鹽巖儲層現(xiàn)象和類型更加豐富。部分新鉆探井在鷹山組中下部位揭示了新的儲層類型——晶間孔—溶蝕孔洞白云巖儲層，基質(zhì)孔隙發(fā)育，儲集性能優(yōu)良[7-11]。鷹山組白云巖儲層與頂部巖溶儲層對比，在儲集空間類型及其成因方面截然不同，值得深入探究。筆者對研究區(qū)鉆遇鷹山組白云巖的A、B、C等探井(圖1,3)的巖心、薄片進(jìn)行了詳細(xì)觀察和儲層發(fā)育段物性統(tǒng)計分析，并對其中1口井白云巖優(yōu)質(zhì)儲層段進(jìn)行了系統(tǒng)的巖石學(xué)、陰極發(fā)光、稀土元素配分和碳氧同位素地球化學(xué)分析，試圖對鷹山組這套優(yōu)質(zhì)白云巖儲層的特征與成因的認(rèn)識深入一步。

2 白云巖儲層特征

在塔中隆起北斜坡A、B、C、D、E等探井鉆遇鷹山組厚度較大的白云巖并發(fā)育有效儲層，其中以B井白云巖儲集性能最為優(yōu)越，是本文論述的重點。

B井在鷹山組白云巖段儲層取心，巖心觀察溶孔不均質(zhì)分布，局部密集呈蜂窩狀，又可見多處發(fā)育直徑數(shù)厘米的小溶洞(圖版1)。顯微鏡下觀察以細(xì)晶夾中晶白云巖為主，細(xì)晶、中晶白云石呈自形—半自形菱面體、他形粒狀鑲嵌等各種形態(tài)，其中主要儲集空間是自形—半自形菱面體白云石之間的晶間孔隙(圖版2)，另見少量超大溶孔，局部孔壁見瀝青，部分孔隙被方解石膠結(jié)(圖版3)。物性分析孔隙度最小值1.68%，最大值27.75%，平均值10.08%；滲透率最小值0.403×10-3μm2，最大值1 120×10-3μm2，平均值19.91×10-3μm2。測井解釋B井鷹山組白云巖Ⅰ-Ⅱ類儲層累計厚度達(dá)60 m。對一塊代表性巖樣柱進(jìn)行孔滲和壓汞法毛管壓力曲線測試，孔隙度11.5%，滲透率220×10-3μm2，中值孔喉半徑12.12 μm，中值壓力0.061 6 MPa，屬于中孔—中高滲—粗喉孔洞型優(yōu)質(zhì)白云巖儲層。

C井在鷹山組也鉆遇了較多的白云巖，其中層厚0.5 m以上的7層，一般為0.84～2.2 m，井底有一套連續(xù)30 m未見底的大套厚層白云巖(圖3)。巖心觀察孔洞不均質(zhì)分布，儲層段針孔及小溶洞發(fā)育，溶洞洞徑一般為2～5 mm，最大為10 mm，多無充填物，被油染褐色(圖版4,5)；物性分析孔隙度1.04%～6%，平均2.12%。

A井鉆遇鷹山組多層灰質(zhì)云巖、白云巖70余 m(圖3)，未取心，測井解釋Ⅰ-Ⅱ類裂縫孔洞型和孔洞型儲層厚度47.5 m，孔隙度3%～12.5%。

圖3 塔里木盆地塔中隆起北坡下奧陶統(tǒng)鷹山組白云巖儲層對比剖面井位見圖1。

D井鉆遇鷹山組白云巖厚度5.5 m(圖3)，孔隙度0.71%～1.62%，平均1.04%，滲透率(0.2～10.1)×10-3μm2。

E井鉆遇灰質(zhì)云巖、白云巖厚度超過100 m，測井解釋儲層53 m，平均孔隙度5.1%～6.6%，滲透率(3.1～3.5)×10-3μm2，巖心觀察見溶蝕孔洞發(fā)育[7]。E井附近多口鉆井也鉆遇了白云巖及其有效儲層[8-9]。

從以上統(tǒng)計分析看，塔中隆起北斜坡奧陶系鷹山組可以在局部發(fā)育厚層白云巖及優(yōu)質(zhì)儲層，儲集空間主要為白云石晶間(溶)孔和溶蝕孔洞，是該地區(qū)一種重要的碳酸鹽巖儲層類型。但目前其鉆遇率還比較低，厚度變化比較大，橫向?qū)Ρ刃员容^差(圖3)。

3 白云巖優(yōu)質(zhì)儲層成因

關(guān)于塔里木盆地塔中隆起奧陶系白云巖成因問題，前人在勘探早期已經(jīng)涉及[12-14]。特別是近幾年伴隨著塔中北斜坡鷹山組油氣的大量發(fā)現(xiàn)和鉆遇白云巖探井的增多，鷹山組白云巖及其儲層的研究大量涌現(xiàn)[15-21]。認(rèn)識到塔中隆起鷹山組的白云巖發(fā)育和白云石化作用比較普遍，在垂向上白云石和白云巖含量表現(xiàn)出從上到下逐漸增加的趨勢，并且將其中的白云巖按結(jié)構(gòu)劃分為結(jié)晶白云巖、殘余顆粒白云巖、殘余灰質(zhì)白云巖和隱藻白云巖等類型，其中結(jié)晶白云巖根據(jù)晶粒大小、形態(tài)可進(jìn)一步細(xì)分，并且鷹山組白云石的微量元素、同位素等數(shù)據(jù)具有較大的分散性，存在準(zhǔn)同生、滲透回流、埋藏和熱液改造等多種成因。

考慮到塔中隆起北斜坡鷹山組不僅白云巖分布不均，而且也并非所有白云巖都是有效儲層，因此優(yōu)質(zhì)白云巖儲層的成因研究顯得尤其重要。對于鷹山組優(yōu)質(zhì)白云巖儲層成因有多種認(rèn)識，例如埋藏重結(jié)晶、斷裂溝通淡水溶蝕[22]、埋藏酸液溶蝕[23]、熱液溶蝕改造[23-25]、埋藏白云石化[24]、去白云石化和表生巖溶等[8]。

筆者挑選了塔中北斜坡鷹山組發(fā)育厚層白云巖且儲集性能優(yōu)良的B井10個樣品做了系統(tǒng)分析。顯微鏡下觀察，該井白云巖儲層段的白云石大部分比較污濁，部分隱現(xiàn)顆?；糜?，白云石粗細(xì)不甚均勻，常見粉—細(xì)晶白云巖與細(xì)—中晶白云巖以鋸齒縫合線接觸，晶粒較粗部分孔隙發(fā)育明顯優(yōu)于晶粒較細(xì)的部分(圖版2)。這種現(xiàn)象表明巖石原始結(jié)構(gòu)對后期成巖及孔隙發(fā)育具有重要影響，白云巖儲層原始巖相以高能亮晶顆粒灘為主，夾低能泥晶灰?guī)r沉積。

陰極發(fā)光下，中—細(xì)晶結(jié)構(gòu)白云石發(fā)偏暗桔紅色光，色澤整體較均勻，無明顯的明暗發(fā)光條帶，僅在溶孔周圍部分晶體邊緣見較亮的桔紅色光(圖版6)，這些現(xiàn)象符合水文條件穩(wěn)定的埋藏還原環(huán)境形成的白云巖發(fā)光特征[26]。

白云巖成巖演化過程中各種流體作用會使其稀土元素含量和配分呈現(xiàn)不同的特點[27]。B井鷹山組白云巖稀土元素含量高于鄰近的石灰?guī)r，輕稀土分配曲線形態(tài)較相似，重稀土富集曲線有一定程度上翹(圖4)。稀土分配曲線白云巖與石灰?guī)r的Ce比較無明顯異常，說明白云石化的流體主要繼承了與石灰?guī)r成因相近的地層封存海水。白云巖和石灰?guī)rEu表現(xiàn)均為負(fù)異常，說明其未必受到熱液強(qiáng)烈影響[15]。但相對于石灰?guī)r，白云巖Eu負(fù)異常明顯偏小(圖4)，則說明白云石化流體相對未受強(qiáng)烈成巖流體改造的石灰?guī)r溫度更高、還原性更強(qiáng)。

圖4 塔里木盆地塔中隆起B(yǎng)井鷹山組碳酸鹽巖稀土元素配分曲線

穩(wěn)定碳氧同位素測試表明，細(xì)—中晶白云石δ13C值集中在0.5‰～1‰范圍，δ18O值比鄰近的石灰?guī)r以及早奧陶世海水δ18O值偏負(fù)0.5‰～1.5‰，集中在-6‰～-7‰范圍，指示這套儲層白云巖為正常埋藏成因(圖5)。通過薄片觀察，白云石化作用形成了較多的晶間孔隙(圖版2,5,6)，并顯著改善了儲層的滲透性能。

孔洞中沉淀方解石、白云石等膠結(jié)物發(fā)生時期更晚(圖版3)。這些膠結(jié)物δ18O和δ13C均為高負(fù)值，孔洞方解石膠結(jié)物與基質(zhì)白云石之間以及部分晶間孔中存在瀝青(圖版3)，表示其高溫?zé)嵋撼梢虿殡S烴類分解作用(圖5)。高溫?zé)嵋鹤饔脦淼姆浇馐饶z結(jié)物堵塞了部分孔隙(圖版3)。

B井這套鷹山組白云巖儲層還發(fā)育較多的小溶洞和超大溶孔(圖版1,3,4)，超大溶孔港灣狀邊緣見部分白云石被溶蝕凹凸不平，孔洞中心可見溶蝕殘余物(圖版5,6)，這表明其經(jīng)歷了較強(qiáng)的溶蝕作用。由于孔洞中未見大氣淡水膠結(jié)物，判斷溶蝕作用主要發(fā)生在埋藏期。該白云巖儲層段的巖心和薄片中見到較多的富含瀝青的鋸齒縫合線，這從側(cè)面指示伴隨生排烴的有機(jī)酸的埋藏溶蝕對鷹山組孔隙具有貢獻(xiàn)。

值得注意的是，塔中隆起北斜坡西部鉆遇優(yōu)質(zhì)白云巖儲層的E井白云石δ18O和δ13C更偏負(fù)，成巖溫度更高，部分樣品已進(jìn)入深埋藏階段，可能受到高溫?zé)嵋河绊?圖5)。個別孔洞膠結(jié)物樣品δ18O和δ13C值分布在大氣水環(huán)境范圍(圖5)，這表明存在大氣水溶蝕[8]、膠結(jié)的可能。

圖5 塔里木盆地塔中隆起鷹山組白云巖碳氧同位素投點圖E井?dāng)?shù)據(jù)根據(jù)文獻(xiàn)[21]。

綜上所述，鷹山組白云巖的結(jié)構(gòu)特征和成巖環(huán)境是多種多樣的，而優(yōu)質(zhì)白云巖儲層的主要成因是埋藏白云石化和埋藏溶蝕，但不同區(qū)塊之間存在差異性，有的區(qū)塊高溫?zé)嵋河绊戯@著，局部區(qū)塊還可能有大氣淡水的溶蝕作用。

4 展望

塔中隆起北坡奧陶系鷹山組除了發(fā)育巖溶風(fēng)化殼縫洞型儲層并獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)外[1]，還發(fā)育晶間孔—溶蝕孔洞型白云巖儲層，已經(jīng)在E井獲得工業(yè)油氣流，在C井獲得低產(chǎn)氣流。這套白云巖分布面積超過3 000 km2，厚度十余米至百米以上不等，因此勘探潛力巨大，是該地區(qū)碳酸鹽巖儲層的重要類型和領(lǐng)域。

從鷹山組白云巖儲層的成因看，無論是埋藏白云石化、埋藏溶蝕和熱液改造作用，均受控于不同性質(zhì)的地下流體活動，不完全受鷹山組頂面風(fēng)化殼的控制，因此鷹山組白云巖儲層預(yù)測的難度相對于巖溶縫洞型儲層難度更大。今后油氣勘探應(yīng)重視對白云巖規(guī)模有效儲層的主控因素、分布規(guī)律及差異性的研究，同時應(yīng)注意高溫地下流體活動對儲層的改造以及對早期油藏的破壞等不利因素。

[1] 楊海軍,韓劍發(fā),孫崇浩,等.塔中北斜坡奧陶系鷹山組巖溶型儲層發(fā)育模式與油氣勘探[J].石油學(xué)報,2011,32(2)：199-205.

[2] 劉偉,張興陽,顧家裕.塔里木盆地臺盆區(qū)中西部中下奧陶統(tǒng)鷹山組沉積環(huán)境研究[J].沉積學(xué)報,2009,27(3)：435,439-440.

[3] 鄧勝徽,黃智斌,景秀春,等.塔里木盆地西部奧陶系內(nèi)部不整合[J].地質(zhì)論評,2008,54(6)：23-29.

[4] 劉春曉,楊小波,錢利.新疆塔中地區(qū)奧陶系地層劃分與巖性研究[J].地層學(xué)雜志,2009,33(2)：218-221.

[5] 于紅楓,白忠凱,鄧力萍,等.塔中下奧陶統(tǒng)鷹山組不整合面的確定及其地質(zhì)意義[J].新疆石油地質(zhì),2011,32(3)：232-234.

[6] 王福煥,王招明,韓劍發(fā),等.塔里木盆地塔中地區(qū)碳酸鹽巖油氣富集的地質(zhì)條件[J].天然氣地球科學(xué),2009,20(5)：695-702.

[7] 王興榮.中1井奧陶系碳酸鹽巖油氣藏特征分析[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報,2004,26(3)：61-62.

[8] 吳仕強(qiáng),錢一雄,李慧莉,等.塔里木盆地卡塔克隆起中下奧陶統(tǒng)鷹山組白云巖儲集層特征及主控因素[J].古地理學(xué)報,2012,14(2)：212-213.

[9] 李讓斌,樊太亮,高志前,等.塔里木盆地卡塔克隆起卡1三維區(qū)塊奧陶系鷹山組儲層特征與影響因素[J].中國地質(zhì),2011,38(4)：1017-1018.

[10] 張靜,羅平.塔里木盆地奧陶系孔隙型白云巖儲層成因[J].石油實驗地質(zhì),2010,32(5)：470-474.

[11] 吉云剛,韓劍發(fā),張正紅,等.塔里木盆地塔中北斜坡奧陶系鷹山組深部優(yōu)質(zhì)巖溶儲層的形成與分布[J].地質(zhì)學(xué)報,2012,86(7)：1168-1169.

[12] 沈昭國,陳永武,郭建華.塔里木盆地下古生界白云石化成因機(jī)理及模式探討[J].新疆石油地質(zhì),1995,16(4)：319-324.

[13] 顧家裕.塔里木盆地下奧陶統(tǒng)白云巖特征及成因[J].新疆石油地質(zhì),2000,21(2)：120-122.

[14] 李凌,譚秀成,陳景山,等.塔中北部中下奧陶統(tǒng)鷹山組白云巖特征及成因[J].西南石油大學(xué)學(xué)報,2007,29(1)：34-36.

[15] 鄭劍鋒,沈安江,莫妮亞,等.塔里木盆地寒武系—下奧陶統(tǒng)白云巖成因及識別特征[J].海相油氣地質(zhì),2010,15(1)：6-14.

[16] 朱東亞,金之均,胡文瑄,等.塔中地區(qū)熱液改造型白云巖儲層[J].石油學(xué)報,2009,30(5)：698-704.

[17] 顧炎午,李國蓉,李宇翔,等.塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)白云巖特征及成因[J].天然氣技術(shù),2009,3(1)：19-22.

[18] 王丹,陳代釗,楊長春,等.埋藏環(huán)境白云巖結(jié)構(gòu)類型[J].沉積學(xué)報,2010,28(1)：18-23.

[19] 胡明毅,胡忠貴,李思田,等.塔中地區(qū)奧陶系白云巖巖石地球化學(xué)特征及成因機(jī)理分析[J].地質(zhì)學(xué)報,2011,85(12)：2061-2067.

[20] 王振宇,楊柳明,馬鋒,等.塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組白云巖成因研究[J].巖性油氣藏,2012,24(2)：21-23.

[21] 錢一雄,尤東華.塔中地區(qū)西北部奧陶系白云巖(化)成因分析[J].新疆石油地質(zhì),2006,27(2)：146-150.

[22] 趙宗舉,王招明,吳興寧,等.塔里木盆地塔中地區(qū)奧陶系儲層成因類型及分布預(yù)測[J].石油實驗地質(zhì),2007,29(1)：43-44.

[23] 錢一雄,陳躍,陳強(qiáng)路,等.塔中西北部奧陶系碳酸鹽巖埋藏溶蝕作用[J].石油學(xué)報,2006,27(3)：48-51.

[25] 楊海軍,李開開,潘文慶,等.塔中地區(qū)奧陶系埋藏?zé)嵋喝芪g流體活動及其對深部儲層的改造[J].巖石學(xué)報,2012,28(3)：784-787.

[24] 王振宇,王二偉,楊薇,等.塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組熱液白云巖內(nèi)幕型儲層形成機(jī)制及其分布特征[J].石油天然氣學(xué)報,2011,33(12)：42-44.

[26] 強(qiáng)子同.碳酸鹽巖儲層地質(zhì)學(xué)[M].山東：中國石油大學(xué)出版社,2007：189-197.

[27] 胡文瑄,陳琪,王小林,等.白云巖儲層形成演化過程中不同流體作用的稀土元素判別模式[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(6)：810-818.

圖版

(編輯韓 彧)

CharacteristicsandoriginofdolomitereservoirsinLowerOrdovicianYingshanFormation,northernslopeofTazhonguplift,TarimBasin

Zheng Xingping1,2, Liu Yongfu3, Zhang Jie1,2, Zheng Jianfeng1,2

(1.HangzhouInstituteofPetroleumGeology,PetroChina,Hangzhou,Zhejiang310023,China; 2.KeyLaboratoryofCarbonateReservoirs,CNPC,Hangzhou,Zhejiang310023,China; 3.TarimOilField,PetroChina,Korla,Xinjiang841000,China)

At present, the rich oil-and-gas resources discovered in the Ordovician Yingshan Formation in the northern slope of the Tazhong uplift of the Tarim Basin mainly exist in limestone karst fracture-cave reservoirs which are controlled by the unconformities on the top of the Yingshan Formation. With the deepening of exploration, dolomite reservoirs in the Yingshan Formation have been found in some new exploratory wells, and the reservoir spaces mainly include intercrystal pores, solution pores and vugs. Dolomite reservoirs have good physical properties and are thick locally; however, their horizontal comparisons are poor. According to core, slice observation, cathodoluminescence, REE and isotopic analyses, the favorable dolomite reservoirs in the Yingshan Formation had experienced buried dolomitization and strong dissolution, and was influenced by hot fluid in the late stage. Distributed widely and controlled by underground fluid activities, the dolomite reservoirs are the key types and targets for explorations in carbonate reservoirs in the Yingshan Formation in the northern slope of the Tazhong uplift of the Tarim Basin.

buried dissolution; diagenesis; dolomite; Yingshan Formation; Ordovician; Tazhong uplift; Tarim Basin

1001-6112(2013)02-0157-05

10.11781/sysydz20130208

TE122.2

A

2012-06-26；

2012-12-31。

鄭興平(1971—)，男，高級工程師，從事碳酸鹽巖儲層地質(zhì)及實驗工作。E-mail：zhengxp_hz@petrochina.com.cn。

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項(2008E-0703)資助。