塔里木盆地柯坪上震旦統(tǒng)奇格布拉克組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)理

楊飛，鮑志東*，潘文慶，劉金俠，張德民，肖菁

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院, 北京 102249

2 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249

3 中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 庫(kù)爾勒 841000

4 中國(guó)石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司, 北京 100083

5 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院, 北京 100083

塔里木盆地柯坪上震旦統(tǒng)奇格布拉克組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)理

楊飛1,2，鮑志東1,2*，潘文慶3，劉金俠4，張德民5，肖菁1,2

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院, 北京 102249

2 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249

3 中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 庫(kù)爾勒 841000

4 中國(guó)石化集團(tuán)新星石油有限責(zé)任公司, 北京 100083

5 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院, 北京 100083

為了厘清塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素和成因機(jī)制，基于5個(gè)露頭觀測(cè)和2口鉆井資料，本文采用巖石學(xué)和地球化學(xué)相結(jié)合的方法，對(duì)儲(chǔ)層巖石類(lèi)型、儲(chǔ)集空間類(lèi)型和充填物特征以及巖石穩(wěn)定同位素和微量元素特征等進(jìn)行了綜合解析。結(jié)果顯示，奇格布拉克組儲(chǔ)層以發(fā)育溶洞、溶蝕孔洞、晶間溶孔等為主要特征，且儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為凝塊石白云巖、疊層石白云巖和顆粒白云巖。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層主控因素的分析，明確奇格布拉克組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成是建立在微生物礁、微生物潮坪和顆粒灘等有利的沉積微相基礎(chǔ)之上，受準(zhǔn)同生溶蝕、表生溶蝕、熱液溶蝕、熱液白云化、有機(jī)酸溶蝕和構(gòu)造破裂等多種因素共同作用的結(jié)果，其中，表生溶蝕、熱液溶蝕和有機(jī)酸溶蝕作用是儲(chǔ)層形成最重要的3個(gè)影響因素，且表生溶蝕對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成起了決定性作用。

主控因素；溶蝕作用；形成機(jī)制；奇格布拉克組；塔里木盆地

0 引言

在油氣勘探領(lǐng)域，碳酸鹽巖儲(chǔ)層占據(jù)至關(guān)重要的地位，超過(guò)全球油氣資源儲(chǔ)量50%、產(chǎn)量60%的油氣來(lái)自于碳酸鹽巖中[1-2]。我國(guó)有近300萬(wàn)km2的碳酸鹽巖分布區(qū)，油氣資源量大于300億t油當(dāng)量，勘探潛力巨大[3-5]，但儲(chǔ)層埋藏深(多大于4 000 m)，經(jīng)歷的地質(zhì)條件復(fù)雜[5-6]。據(jù)此，眾多學(xué)者提出，巖溶作用、白云化作用、構(gòu)造破裂等是深埋碳酸鹽巖形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要保障[7-8]。塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組超深層碳酸鹽巖巖溶作用發(fā)育，其上覆蓋有下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組優(yōu)質(zhì)烴源巖與其構(gòu)成良好生儲(chǔ)蓋配置[9-10]，雖然多口探井見(jiàn)有油氣顯示，但勘探尚未取得重大進(jìn)展，目前對(duì)該套地層的油氣勘探仍處于探索階段。前人對(duì)奇格布拉克組碳酸鹽巖的沉積特征、巖石學(xué)特征、白云巖成因和構(gòu)造層序等方面做過(guò)相關(guān)研究，認(rèn)為奇格布拉克組主要為開(kāi)闊臺(tái)地和局限臺(tái)地沉積，以發(fā)育藻白云巖為特征，其白云巖成因主要認(rèn)為存在薩布哈白云化作用、混合水白云化作用、埋藏白云化作用，以及微生物白云化作用等。然而，由于受應(yīng)用資料的限制，對(duì)儲(chǔ)層的研究相對(duì)薄弱[11-13]，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道也較少，現(xiàn)有的研究主要為儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間特征的研究，以及巖溶作用的識(shí)別、劃分和巖溶模型的建立等，且這些研究多為對(duì)儲(chǔ)層現(xiàn)象的描述，缺乏對(duì)成巖作用的綜合研究和對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育特征成因機(jī)理的深入探討，儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素不明晰。據(jù)此，本文以塔里木盆地西北緣5個(gè)露頭以及星火1、喬古1兩口井的鉆井資料為基礎(chǔ)(圖1)，通過(guò)巖石學(xué)和地球化學(xué)等方法，深入探討了奇格布拉克組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的主要控制因素和成因機(jī)制，以期為盆地奇格布拉克組油氣勘探方向提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)，面積為56萬(wàn)km2，是一個(gè)大型多旋回疊合盆地，具有完整的震旦系沉積[14]。通過(guò)對(duì)塔里木盆地震旦系層序地層的研究[15-17]，學(xué)者們將震旦系劃分為上統(tǒng)和下統(tǒng)，并分別劃分為多個(gè)層組(表1)，本文采用柯坪地區(qū)的地層劃分標(biāo)準(zhǔn)。大約從740 Ma開(kāi)始，盆地開(kāi)始接受新元古代地層沉積[18-19]，然而對(duì)新元古代構(gòu)造、沉積演化還存在較大的分歧。達(dá)成共識(shí)的主要是：(1)早震旦世(635～550 Ma)為大陸裂谷盆地發(fā)育階段，在塔里木板塊邊緣和內(nèi)部發(fā)育大陸裂谷盆地，如北昆侖裂谷、滿加爾裂谷、庫(kù)魯克塔格裂谷、柯坪裂谷和南天山裂谷等，沉積了一套厚度達(dá)上千米的粗碎屑巖。(2)晚震旦世(550～542 Ma)，從麥蓋提—塔東一線及以北地區(qū)形成了一定規(guī)模的洋盆，以南地區(qū)主要為古陸。在麥蓋提以西地區(qū)主要為陸棚沉積，盆地北部邊緣從拜城—尉犁的廣闊地區(qū)為開(kāi)闊臺(tái)地潮坪沉積，其他地區(qū)以局限臺(tái)地沉積為主[20-24]。(3)晚震旦世，大氣富含CO2、沉積水體較淺且海水溫暖[25-27]，沉積物以碳酸鹽巖為主，巖石類(lèi)型以微生物白云巖為主，其次為晶粒白云巖、顆粒白云巖和泥晶白云巖，局部含泥質(zhì)白云巖。

表1 塔里木盆地震旦系地層分區(qū)表(據(jù)賈承造等[14]，2004)Table 1 The stratigraphic classi fi cation of the Sinian in the Tarim Basin (from Jia Chengzao et al, 2004)

在震旦紀(jì)末期，受“柯坪運(yùn)動(dòng)”影響[28]，塔里木板塊整體抬升遭受剝蝕，形成了廣泛分布的平行不整合和巖溶儲(chǔ)層。受加里東、晚海西、晚燕山等時(shí)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，在奧陶紀(jì)、早二疊世和白堊紀(jì)發(fā)生了多期地質(zhì)熱事件，其中以早二疊世的地質(zhì)熱事件對(duì)儲(chǔ)層影響最為顯著，從塔中到柯坪地區(qū)乃至整個(gè)盆地廣泛分布的玄武巖，主要是早二疊世火山噴發(fā)熱事件的產(chǎn)物。本文應(yīng)用的露頭和鉆井位置以及地層分布特征見(jiàn)圖1所示。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

基于露頭、薄片等鑒定，上震旦統(tǒng)奇格布拉克組巖石類(lèi)型主要為凝塊石白云巖、疊層石白云巖、顆粒白云巖和晶粒白云巖等(圖2)。凝塊石白云巖呈現(xiàn)為厚層-塊狀，主要發(fā)育在地層的上部和中下部，由于白云化作用徹底，凝塊石顆粒多呈現(xiàn)為殘余結(jié)構(gòu)，且多呈現(xiàn)三期膠結(jié)(圖2a)，第一期主要為等厚環(huán)邊膠結(jié)，第二期為柱纖狀膠結(jié)，第三期為粒狀膠結(jié)。疊層石白云巖多以薄-厚層狀產(chǎn)出(圖2b)，主要發(fā)育于地層的中部和中下部，鳥(niǎo)眼構(gòu)造發(fā)育(圖2c)。顆粒白云巖多與凝塊石白云巖呈互層或共生，顆粒主要為鮞粒、砂屑和礫屑(圖2d，e)。晶粒白云巖按晶粒大小可分為粗晶、中晶、細(xì)晶和微晶(圖2f-i)，晶粒白云巖原巖多為凝塊石白云巖和疊層石白云巖，鏡下巖石殘余結(jié)構(gòu)不明顯，露頭區(qū)凝塊構(gòu)造或疊層構(gòu)造清晰可見(jiàn)(圖2b)。

2.2 儲(chǔ)集空間特征

奇格布拉克組儲(chǔ)層常見(jiàn)的儲(chǔ)集空間有溶洞(≥10 cm)、溶蝕孔洞(＜10 cm)、晶間溶孔、晶間孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、粒間孔和裂縫等(圖3)，其中，前三者為最主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。溶洞主要發(fā)育在凝塊石白云巖和疊層石白云巖中，呈拉長(zhǎng)狀順層分布，多為垮塌角礫、暗河泥巖、熱液硅質(zhì)半-全充填(圖3a，b)，可伴生有黃綠色黃玉、放射狀陽(yáng)起石、黑色放射狀電氣石、紫紅色石榴石、自形石英、黃鐵礦、熱液白云石等熱液礦物(圖3c，f)。溶蝕孔洞亦多發(fā)育在凝塊石白云巖和疊層石白云巖中，多個(gè)層段見(jiàn)其呈順層分布(圖3d)。晶間溶孔主要發(fā)育在殘余凝塊石白云巖和熱液白云石中(圖3e，f)，溶蝕具有非選擇性。晶間孔主要發(fā)育在中、粗晶白云巖中(圖3f)。粒內(nèi)溶孔、鑄?？滓约傲ｉg孔和粒間溶孔等主要分布在凝塊石白云巖、鮞粒白云巖和砂屑白云巖中(圖3g，h)。裂縫主要為構(gòu)造縫(圖3i)，發(fā)育程度與斷層分布情況有關(guān)，同時(shí)可見(jiàn)裂縫發(fā)生溶蝕形成溶縫。

圖1 塔里木盆地柯坪—阿克蘇地區(qū)地層分布及露頭位置(據(jù)楊云坤等[17]，2014修改)Fig. 1 The stratigraphic distribution and the location of detailed maps marked of the outcrops in the Keping-Aksu areas, northwest Tarim basin (modi fi ed from YANG Yunkun et al., 2014)

2.3 地球化學(xué)特征

2.3.1 C-O同位素特征

塔里木盆地柯坪—阿克蘇地區(qū)21個(gè)露頭樣品C-O同位素測(cè)試數(shù)據(jù)顯示(圖4)，微晶白云巖和顆粒白云巖的δ18O、δ13C同位素值接近于震旦紀(jì)海相碳酸鹽巖的原始同位素值[29]，表明白云化作用主要受海水影響，為薩布哈白云化作用形成。中-粗晶白云巖δ18O值嚴(yán)重偏負(fù)，δ13C為正且較穩(wěn)定，表明他們形成于溫度較高的埋藏環(huán)境，通過(guò)巖石學(xué)鑒定，中-粗晶白云巖主要由熱液白云石構(gòu)成(圖2f，圖3f)，表明其為熱液白云化作用成因。粉-細(xì)晶白云巖δ18O值偏負(fù)，但較中-粗晶白云巖相對(duì)偏正，δ13C為負(fù)且相對(duì)較穩(wěn)定，表明白云化作用主要受大氣淡水影響，為混合水白云化作用形成。因此，研究區(qū)主要發(fā)育薩布哈白云化作用、混合水白云化作用和埋藏或熱液白云化作用。

2.3.2 微量元素特征

塔里木盆地柯坪—阿克蘇地區(qū)19個(gè)白云巖樣品各種結(jié)構(gòu)組分微量元素測(cè)定結(jié)果顯示(表2)，微晶、鮞粒組分的特征是鈉、鍶高，鐵、錳中等偏低，反映了海水特征，與薩布哈白云化作用的巖石學(xué)和C-O同位素特征相一致。粉晶-細(xì)晶白云石的特征是低鈉、不含鍶，鐵、錳含量中等偏低，反映大氣淡水特征，與混合水白云化作用的巖石學(xué)和C-O同位素特征相呼應(yīng)。中-粗晶白云石為低鈉、不含鍶，鐵和錳含量高，反映埋藏環(huán)境地下水特征，與熱液白云化作用的巖石學(xué)和C-O同位素特征對(duì)應(yīng)關(guān)系好。微量元素、C-O穩(wěn)定同位素、巖石學(xué)等均表明研究區(qū)白云巖主要為薩布哈白云化作用、混合水白云化作用和熱液白云化作用成因。

3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育控制因素

3.1 有利巖性巖相帶

奇格布拉克組不同的巖性巖相儲(chǔ)層發(fā)育差異性較大，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在微生物礁、微生物潮坪和顆粒灘中(表3)，這些相帶沉積的凝塊石白云巖、疊層石白云巖和顆粒白云巖原生粒間孔隙等發(fā)育，為成巖流體的運(yùn)移提供了良好通道，而云坪和礁灘間海沉積的晶粒白云巖、泥晶白云巖、泥質(zhì)白云巖等有效原生孔隙不發(fā)育，缺乏成巖流體運(yùn)移通道，阻礙了成巖作用的有效改造。在后期成巖過(guò)程中，成巖流體則優(yōu)先通過(guò)并對(duì)這些高孔滲相帶沉積巖石進(jìn)行有效改造，形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，因此，微生物礁、微生物潮坪和顆粒灘沉積的凝塊石白云巖、疊層石白云巖和顆粒白云巖是奇格布拉克組形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的有利巖性巖相。

由圖5所示，礁灘復(fù)合體與微生物潮坪微相在縱向上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且在地層上部和中部廣泛發(fā)育，在橫線上具有可對(duì)比性，連續(xù)性好、厚度較大，因此，其在時(shí)間和空間分布上均為優(yōu)勢(shì)沉積相帶。由于礁灘復(fù)合體與微生物潮坪微相為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利巖性巖相帶，他們的時(shí)空分布也決定了儲(chǔ)層發(fā)育的時(shí)空分布特征。

圖3 塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組儲(chǔ)集空間宏微觀特征Fig. 3 Photographs of reservoir porosity of the Qigebulake Formation

表2 塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組白云巖的微量元素平均值(ppm)(據(jù)葉德勝[20]修改，1993)Table 2 The average value of trace elements (ppm) of the dolostones of the Qigebulake Formation (modi fi ed from Ye Desheng, 1993)

3.2 白云化作用

前人研究表明，白云巖儲(chǔ)層物性與白云化程度和白云石晶體大小等有關(guān)，當(dāng)白云石含量小于50%時(shí)，儲(chǔ)層孔隙度隨白云石含量增加而降低；當(dāng)白云石含量超過(guò)50%，儲(chǔ)層孔隙度隨白云石含量增加而增大，在白云石含量為82%～85%時(shí)孔隙度達(dá)最大，之后，隨白云石含量增加儲(chǔ)層孔隙度遞減。隨著白云石晶體大小由泥粉晶→粉、細(xì)晶→中、粗晶變化，晶間孔呈現(xiàn)為由不發(fā)育→發(fā)育→降低演化[30-32]。

圖4 塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組巖石C-O同位素關(guān)系圖Fig. 4 The C-O diagram of dolostones of the Qigebulake Formation

野外和鏡下觀察顯示，塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組碳酸鹽巖巖石結(jié)構(gòu)組分幾乎全由白云石組成，為過(guò)白云化作用形成，整體對(duì)儲(chǔ)層孔隙貢獻(xiàn)較小。由于研究區(qū)粉、細(xì)晶白云巖為混合水白云化作用形成，且過(guò)白云化現(xiàn)象嚴(yán)重，白云石晶體多呈現(xiàn)為他形(圖2h，i)，晶間孔隙不發(fā)育。中、粗晶白云巖為熱液白云化作用形成，晶體呈現(xiàn)為自形狀-半自形(圖2f，g)，晶間孔隙發(fā)育，對(duì)儲(chǔ)層具有一定貢獻(xiàn)作用，但貢獻(xiàn)率較小。泥-微晶白云巖和顆粒白云巖為薩布哈白云化作用形成，白云石晶體細(xì)小，且過(guò)白云化現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其顆粒白云巖中白云石晶體占據(jù)粒間孔隙(圖2d)，使巖石孔隙減少、儲(chǔ)層孔隙度降低。因此，研究區(qū)混合水白云化作用、薩布哈白云化作用對(duì)儲(chǔ)層主要起破壞性作用，使巖石孔隙度降低，熱液白云化作用對(duì)儲(chǔ)層起建設(shè)性作用，但對(duì)儲(chǔ)層孔隙的貢獻(xiàn)較小，且分布范圍也較為局限，主要分布在熱液活動(dòng)頻繁區(qū)。

3.3 準(zhǔn)同生溶蝕作用

晚震旦世碳酸鹽巖沉積階段，存在多期次海平面下降，使得微生物礁、微生物潮坪和顆粒灘多期次暴露在大氣淡水成巖環(huán)境中，遭受富含CO2的大氣淡水淋濾，文石、高鎂方解石等不穩(wěn)定礦物優(yōu)先發(fā)生溶蝕。準(zhǔn)同生溶蝕作用具有巖性巖相選擇性，主要發(fā)生于微生物礁、微生物潮坪和顆粒灘沉積巖石中，形成選擇性溶蝕孔洞、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、鑄?？缀网B(niǎo)眼孔等(圖2c；圖3d，g)，而在云坪和礁灘間海等沉積巖石中不發(fā)育。準(zhǔn)同生溶蝕作用由于持續(xù)時(shí)間短、作用深度淺，因此，形成的次生孔隙分布較為局限，同時(shí)，在埋藏過(guò)程中多發(fā)生膠結(jié)、充填，殘余孔隙空間減小(圖3g)，使儲(chǔ)層非均質(zhì)性變強(qiáng)、孔隙度相對(duì)降低。準(zhǔn)同生溶蝕對(duì)儲(chǔ)層孔隙的貢獻(xiàn)大于熱液白云化作用，但貢獻(xiàn)率仍然較弱，這些次生孔隙主要為后期表生溶蝕作用提供優(yōu)勢(shì)滲濾通道。

3.4 表生溶蝕作用

表生溶蝕作用是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主因。晚震旦世末期，受“柯坪運(yùn)動(dòng)”影響，塔里木板塊整體抬升遭受剝蝕，風(fēng)化殼巖溶在區(qū)域上廣泛發(fā)育[28]。通常，一個(gè)完整的巖溶結(jié)構(gòu)劃分為4個(gè)帶：表層巖溶帶、垂直滲流帶、水平潛流帶和深部緩流帶。由于晚震旦世碳酸鹽臺(tái)地地形平緩，地貌差異較小，野外觀察和鉆井揭示，表層巖溶帶缺失、垂直滲流帶欠發(fā)育，主要發(fā)育水平潛流帶和深部緩流帶，且?guī)r溶作用深度主要在100 m范圍內(nèi)，水平潛流帶厚度多在25 m范圍內(nèi)(圖6)。在水平潛流帶，大氣淡水循環(huán)作用強(qiáng)，流體優(yōu)先沿先期孔洞發(fā)生溶蝕，溶蝕作用強(qiáng)烈，非選擇性溶蝕孔洞、溶孔以及大型溶洞等發(fā)育(圖3a，e)，且在區(qū)域上分布穩(wěn)定。其中，溶洞在宏觀上呈順層狀分布，主要分布于凝塊石白云巖、疊層石白云巖和顆粒白云巖中，多為垮塌角礫和暗河泥巖半充填(圖3a)，在該巖溶帶溶洞率普遍大于50%，自下而上，溶蝕程度增大，在什艾日克剖面，溶洞最大可達(dá)6.5 m×23.8 m。在深部緩流帶，由于大氣淡水循環(huán)作用受阻，溶蝕作用較水平潛流帶弱，主要形成呈分散狀分布的溶蝕孔洞，且多被白云石充填；雖然該巖溶帶溶蝕作用總體較弱，但在大氣淡水流經(jīng)準(zhǔn)同生溶蝕階段形成的選擇性溶蝕孔洞中時(shí)，流體循環(huán)作用得以加強(qiáng)，并對(duì)原有孔隙進(jìn)行擴(kuò)容，使得儲(chǔ)層孔隙增大、增多(圖3d)。因此，表生溶蝕對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成起了決定性作用，形成的大型溶洞、溶蝕孔洞和溶孔等為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育提供了重要保障，他們構(gòu)成了儲(chǔ)層最為重要的儲(chǔ)集空間，露頭觀察和鉆井揭示，在什艾日克剖面溶洞中見(jiàn)有瀝青砂充填物，在星火1井和喬古1井的垮塌角礫巖中見(jiàn)有油氣顯示。

表3 塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組碳酸鹽巖沉積環(huán)境和儲(chǔ)層發(fā)育特征Table 3 The carbonate sedimentary environment and reservoir characteristics of the Qigebulake Formation

圖5 塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組露頭-鉆井沉積微相對(duì)比Fig. 5 The microfacies cross correlation between outcrops and wells of the Qigebulake Formation

3.5 熱液溶蝕作用

熱液活動(dòng)對(duì)塔里木盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層起著積極的改造作用，例如，在塔北地區(qū)寒武系白云巖、塔中地區(qū)良里塔格組和鷹山組石灰?guī)r中，多口鉆井發(fā)現(xiàn)存在熱液溶蝕，其中塔中45井主要的儲(chǔ)層即為二疊紀(jì)熱液溶蝕成因[33]。上震旦統(tǒng)奇格布拉克組經(jīng)歷了多階段構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了多期火山噴發(fā)和地質(zhì)熱事件，由這些地質(zhì)熱事件產(chǎn)生的熱液流體對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行了有效改造，奇格布拉克組儲(chǔ)層遭受了奧陶紀(jì)、早二疊世和白堊紀(jì)三期地質(zhì)熱事件的改造，其中以早二疊世的熱液溶蝕改造作用最為顯著，其余兩期熱液溶蝕改造作用較弱。露頭觀察顯示，在奇格布拉克組儲(chǔ)層中熱液溶蝕現(xiàn)象普遍，形成的熱液溶蝕孔洞有效改善了儲(chǔ)層，同時(shí)殘留熱液硅質(zhì)、熱液石英、熱液白云石、黃鐵礦、黃玉、陽(yáng)起石、電氣石、石榴石等熱液礦物，作為鑒別熱液溶蝕的有利證據(jù)。例如，在肖爾布拉克西溝剖面，在大型溶洞角礫充填物中，角礫間充填物和角礫邊緣普遍遭受熱液溶蝕，形成熱液溶蝕孔洞，同時(shí)在溶蝕孔洞中殘留熱液硅質(zhì)、自形石英和黃鐵礦等熱液礦物(圖3b，c)，經(jīng)熱液溶蝕改造后，角礫間孔隙空間增大，儲(chǔ)層得到較好改善。部分熱液溶蝕孔洞中殘留熱液礦物較單一，熱液礦物晶體間發(fā)育晶間孔，例如蘇蓋特布拉克剖面，熱液溶蝕孔洞廣泛分布，孔洞中殘留熱液礦物主要為熱液白云石(圖3f)，熱液白云石間常發(fā)育晶間孔，從而形成溶孔和晶間孔相伴生，極大地增加了孔隙空間。因此，熱液溶蝕對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育起到了積極改善的作用，成為繼表生溶蝕作用后對(duì)儲(chǔ)層影響重大的因素之一。

圖6 塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組露頭-鉆井巖溶特征對(duì)比Fig. 6 The karsti fi cation cross correlation between outcrops and wells of the Qigebulake Formation

3.6 有機(jī)酸溶蝕作用

烴源巖在熱成熟過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)酸[34-36]，資料表明，有機(jī)酸溶蝕可增加有效孔隙度高達(dá)15%～20%[37]。塔里木盆地在埋深大于4 300 m條件下有機(jī)酸濃度可高于800×10-6mol/L，并且隨著埋深增加有機(jī)酸濃度逐漸加大[37]，盆地內(nèi)下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖埋深遠(yuǎn)大于該值，且直接上覆于上震旦統(tǒng)之上，在排烴過(guò)程中，烴類(lèi)和有機(jī)酸可通過(guò)斷裂和不整合短距離運(yùn)移至奇格布拉克組儲(chǔ)層中，對(duì)原有孔隙空間進(jìn)行擴(kuò)容，增加儲(chǔ)層有效孔隙度。有機(jī)酸溶蝕存在兩種表現(xiàn)形式：第一，在溶蝕孔洞、孔隙等中溶蝕強(qiáng)度大(圖3h)；第二，在構(gòu)造裂縫中溶蝕強(qiáng)度弱(圖3i)。這可能與裂縫主要作為流體運(yùn)移通道，有機(jī)酸等酸性流體在裂縫中停留時(shí)間較短、溶蝕不充分有關(guān)，而溶蝕孔洞、孔隙等作為儲(chǔ)層最為重要的儲(chǔ)集空間，為有機(jī)酸等酸性流體的最終儲(chǔ)集場(chǎng)所，溶蝕時(shí)間充分、進(jìn)行徹底、溶蝕作用強(qiáng)烈，同時(shí)，有機(jī)酸在脫羧過(guò)程中會(huì)生成大量CO2和H2O，使地層水呈酸性，進(jìn)一步增大對(duì)儲(chǔ)層巖石的溶蝕能力，因此，有機(jī)酸溶蝕作用極大地改善了儲(chǔ)層，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的另一重要因素。

3.7 構(gòu)造破裂作用

露頭和鏡下觀察顯示，奇格布拉克組白云巖儲(chǔ)層裂縫系統(tǒng)發(fā)育，裂縫的形成主要與晚海西期、印支期和晚燕山期的構(gòu)造擠壓背景有關(guān)，形成的裂縫主要為構(gòu)造縫，開(kāi)啟度小，對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)較小，多作為連通孔隙的樞紐，在一定程度上改善了儲(chǔ)層的滲透性，同時(shí)，為埋藏階段熱液和有機(jī)酸提供運(yùn)移通道(圖3i)。喜馬拉雅期形成的裂縫通常為方解石半充填，對(duì)改善儲(chǔ)層的滲透性起到一定的建設(shè)作用，但由于烴源巖大規(guī)模排烴在喜馬拉雅期之前已經(jīng)完成，因此，該期斷裂對(duì)油氣藏的保存可能起破壞作用。

4 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)制

在對(duì)塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組白云巖儲(chǔ)層發(fā)育特征及控制因素綜合分析基礎(chǔ)之上，結(jié)合構(gòu)造演化，對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成機(jī)制進(jìn)行了討論(圖7)。

在準(zhǔn)同生期，由于海平面波動(dòng)頻繁，造成微生物礁、微生物潮坪和顆粒灘間歇性暴露于大氣淡水環(huán)境中，同生期已膠結(jié)的凝塊石白云巖、疊層石白云巖和顆粒白云巖發(fā)生選擇性溶蝕(圖7a)，形成一系列粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？缀网B(niǎo)眼孔等(圖3d，g)。雖然早期白云化作用對(duì)儲(chǔ)層起了破壞性作用，但晚震旦世末期，受“柯坪運(yùn)動(dòng)”影響，塔里木板塊整體抬升遭受剝蝕，表生溶蝕作用優(yōu)先沿準(zhǔn)同生期形成的溶蝕孔洞發(fā)生溶蝕，同時(shí)，在水平潛流帶形成大型溶洞和溶蝕孔洞等(圖3a，e)，且溶蝕作用向上依此增強(qiáng)(圖7b)，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主要時(shí)期，之后，玉爾吐斯組烴源巖和上覆地層接受沉積。晚海西期，盆地大規(guī)模逆沖斷裂體系和熱液活動(dòng)的發(fā)生，對(duì)奇格布拉克組儲(chǔ)層進(jìn)行了有效改造，表現(xiàn)為裂縫系統(tǒng)的發(fā)育在一定程度上改善了儲(chǔ)層滲透性，熱液白云化作用的發(fā)生增加了一定的晶間孔隙，熱液溶蝕作用形成了大量溶蝕孔洞，極大地改善了儲(chǔ)層孔隙性(圖7c)，期后，玉爾吐斯組烴源巖大規(guī)模生排烴生成的有機(jī)酸通過(guò)斷裂和不整合等運(yùn)移至儲(chǔ)層，對(duì)原有孔隙發(fā)生擴(kuò)溶，溶蝕作用強(qiáng)烈(圖3h)，極大地改善了儲(chǔ)層(圖7c)。這些成巖作用綜合的結(jié)果，形成了現(xiàn)今廣泛發(fā)育的優(yōu)質(zhì)巖溶型儲(chǔ)層。

圖7 塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組儲(chǔ)層形成演化模式Fig. 7 The reservoir evolution model for the Qigebulake Formation

5 結(jié)論

(1)塔里木盆地奇格布拉克組儲(chǔ)層主要發(fā)育在凝塊石白云巖、疊層石白云巖和顆粒白云巖中，儲(chǔ)集空間類(lèi)型多樣，且以溶洞、溶蝕孔洞和晶間溶孔等為主，儲(chǔ)層主要分布在100 m以內(nèi)，尤以上部25 m范圍內(nèi)儲(chǔ)層最為發(fā)育。

(2)奇格布拉克組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成是建立在微生物礁、微生物潮坪和顆粒灘有利沉積微相基礎(chǔ)之上，受準(zhǔn)同生溶蝕、表生溶蝕、熱液溶蝕、熱液白云化、有機(jī)酸溶蝕和構(gòu)造破裂作用等多種因素共同作用的結(jié)果，其中，尤以表生溶蝕、熱液溶蝕和有機(jī)酸溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層影響最大。

(3)準(zhǔn)同生溶蝕作用具有巖性巖相選擇性，形成的溶蝕孔洞等主要為表生溶蝕提供滲流通道。震旦紀(jì)末期發(fā)生的表生溶蝕作用是儲(chǔ)層形成的決定性因素，其優(yōu)先沿準(zhǔn)同生溶蝕孔洞發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕，且自下而上溶蝕作用逐漸增強(qiáng)，形成大型順層溶洞、溶蝕孔洞和晶間溶孔等，構(gòu)成儲(chǔ)層最主要的儲(chǔ)集空間。在早二疊世熱液活動(dòng)廣泛發(fā)育，期間發(fā)生了構(gòu)造破裂、熱液白云化和熱液溶蝕作用，構(gòu)造破裂與熱液白云化作用的發(fā)生對(duì)儲(chǔ)層起到一定改善作用，熱液溶蝕作用對(duì)前期孔隙發(fā)生大規(guī)模擴(kuò)溶，儲(chǔ)層的孔隙性和連通性得到極大改善，其成為繼表生溶蝕作用后又一影響儲(chǔ)層的重要因素。期后，強(qiáng)烈而充分的有機(jī)酸溶蝕作用，極大程度改善了儲(chǔ)層的孔隙性，該時(shí)期儲(chǔ)層物性達(dá)到最佳。

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The formation mechanism of high quality reservoirs in the Qigebulake Formation, Upper Sinian, Tarim Basin

YANG Fei1,2, BAO Zhidong1,2, PAN Wenqing3, LIU Jinxia4, ZHANG Demin5, XIAO Jing1,2
1 College of Geoscience, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China
2 State Key Laboratory for Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China
3 Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Tarim Oil fi eld Company, PetroChina, Korla 841000, China
4 Sinopec Xinxing Oil fi eld Company, Beijing 100083, China
5 Sinopec Exploration & Production Research Institute, Beijing 100083, China

In order to clarify the controlling factors and formation mechanism of the high quality reservoirs in the Qigebulake formation, Upper Sinian, Tarim Basin, based on the data of fi ve Sinian outcrops and two wells,this article has analyzed the reservoir petrology, reservoir porosities and in fi llings, rock stable isotope and trace elements through the methods of petrology and geochemistry. The results show that the Qigebulake reservoirsarech ara cterized by cavities, vugs and intergranular dissolution porosity development. The reservoir porosities are mainly developed in thrombolite dolostone, stromatolite dolostone and grain dolostone. On the analysisof reservoir controlling factors, it is determined thatthe presenthighquality reservoirs are modi fi ed by the diagenesis of penecontemporaneous dissolution, hypergene dissolution, hydrothermal dissolution,hydrothermal dolomitisation,organic acid dissolution, and fracturing, under the favorable sedimentary microfacies of microbial reef, microbial fl at and grain-bank. The hypergene dissolution, hydrothermal dissolution and organic acid dissolution are the most signi fi cantfactors for the reservoirs, among which the hypergene dissolution is critical.

controlling factors; dissolution; formation mechanism; Qigebulake Formation; Tarim Basin

10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.002

(編輯 付娟娟)

*通信作者, baozhd@cup.edu.cn

2016-08-08

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“塔里木盆地白云巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層發(fā)育模式及分布規(guī)律”(2011ZX05044-004-007)資助

楊飛, 鮑志東, 潘文慶, 劉金俠, 張德民, 肖菁. 塔里木盆地柯坪上震旦統(tǒng)奇格布拉克組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成機(jī)理. 石油科學(xué)通報(bào), 2017, 01: 12-23

YANG Fei, BAO Zhidong, PAN Wenqing, LIU Jinxia, ZHANG Demin, XIAO Jing. The formation mechanism of high quality reservoirs in the Qigebulake Formation, Upper Sinian, Tarim Basin. Petroleum Science Bulletin, 2017, 01: 12-23. doi: 10.3969/ j.issn.2096-1693.2017.01.002