塔中北坡超深層灰?guī)r儲(chǔ)集空間類型及儲(chǔ)層分類

尚 凱

(中國(guó)石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

0 引 言

近年來(lái)，隨著碳酸鹽巖油氣成藏理論的不斷深化和油氣勘探工作的持續(xù)推進(jìn)，在四川盆地、塔里木盆地等海相深層—超深層(目的層埋深大于4 500 m)領(lǐng)域獲得了可喜的油氣勘探成果，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大中型油氣田[1-6]。塔中北坡位于塔里木盆地中部，中下奧陶統(tǒng)為主要目的層之一。儲(chǔ)層時(shí)代古老、埋藏深度大、油氣勘探程度較低，近期多口鉆井獲得了油氣發(fā)現(xiàn)，表明了該區(qū)超深層海相碳酸鹽巖領(lǐng)域廣闊的油氣勘探前景[2-3]。眾多學(xué)者先后對(duì)該區(qū)走滑斷裂[7-8]、地層劃分[9]、成藏模式[10]、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)[11]等方面開展了研究工作，但對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育特征及成因方面的研究比較薄弱。目前勘探實(shí)踐表明，明確儲(chǔ)層成因和發(fā)育規(guī)律是該區(qū)油氣勘探實(shí)現(xiàn)突破的關(guān)鍵因素之一。以塔中北坡中下奧陶統(tǒng)一間房組—鷹山組灰?guī)r為例，利用多種資料系統(tǒng)梳理了該區(qū)儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間類型，并根據(jù)孔縫特征及成因?qū)?chǔ)層進(jìn)行了分類，以期為該區(qū)下步儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔中北坡位于塔里木盆地塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶以北，跨越順托果勒低隆起和古城墟隆起西部，與滿加爾坳陷和阿瓦提坳陷相鄰。寒武紀(jì)—中奧陶世研究區(qū)為穩(wěn)定的淺水碳酸鹽巖臺(tái)地環(huán)境，沉積了超過(guò)2 000 m厚的碳酸鹽巖地層。塔中北坡經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期—燕山期和喜山期多期構(gòu)造疊加改造，發(fā)育多組多期次活動(dòng)的斷裂帶，為縫洞型儲(chǔ)層的形成和發(fā)育提供了有利條件。鉆井揭示，該區(qū)中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r主要發(fā)育在鷹山組上段和一間房組，巖性主要為灰色、淺灰色砂屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、藻黏結(jié)灰?guī)r、凝塊巖和泥晶灰?guī)r，含介形、海百合、葛萬(wàn)藻、三葉蟲和腹足等生物碎屑。

2 儲(chǔ)集空間類型及特征

通過(guò)對(duì)塔中北坡14口鉆井巖心、薄片的觀察和描述，并結(jié)合測(cè)井等資料系統(tǒng)梳理了該區(qū)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型。其中，組構(gòu)選擇性孔隙包括粒內(nèi)孔、粒間溶孔、晶間溶孔、窗格孔、微孔隙以及極少量的遮蔽孔(圖1)；非組構(gòu)選擇性孔隙包括溶蝕孔洞和裂縫(圖2)。

2.1 組構(gòu)選擇性孔隙

2.1.1 粒內(nèi)孔

粒內(nèi)孔主要在亮晶砂屑灰?guī)r和藻砂屑灰?guī)r中較發(fā)育，具有較明顯的巖相選擇性。鑄體薄片顯示，粒內(nèi)孔隙主要發(fā)育在砂屑、藻砂屑及生屑等顆粒中(圖1a、b)，包括粒內(nèi)溶孔和生物殼鑄?？祝紫洞笮〖s為0.10～1.50 mm，呈圓形、橢圓形及不規(guī)則狀。粒內(nèi)孔包括半充填—全充填，孔隙連通性較差，多呈孤立狀分布，面孔率一般小于5%，最高可達(dá)8%。一般情況下，該類孔隙在漫長(zhǎng)的成巖過(guò)程中不易被保存，被后期粒狀方解石充填而導(dǎo)致儲(chǔ)集性能降低。

圖1 塔中北坡鷹山組—一間房組灰?guī)r組構(gòu)選擇性孔隙特征

圖2 塔中北坡鷹山組—一間房組灰?guī)r非組構(gòu)選擇性孔隙特征

2.1.2 粒間溶孔

粒間溶孔主要發(fā)育在藻黏結(jié)巖、凝塊巖及砂屑灰?guī)r中(圖1c)，孔隙大小約為0.01～1.00 mm，具有一定的組構(gòu)選擇性，孔隙呈港灣狀或不規(guī)則狀，多被櫛殼狀方解石、結(jié)晶方解石和白云石等半充填—全充填。其中，藻黏結(jié)巖、凝塊巖中溶孔常被2～3期方解石半充填—全充填，而砂屑灰?guī)r中溶蝕孔隙常為2～4期白云石或方解石半充填—全充填。

2.1.3 晶間溶孔

研究區(qū)的晶間溶孔主要發(fā)育在SN4井區(qū)鷹山組上段熱液蝕變的硅化巖儲(chǔ)層當(dāng)中，面孔率一般為10%～18%，最高為22%。鏡下可見(jiàn)半自形短柱狀或它形粒狀石英晶粒間，方解石呈它形粒狀分布，表現(xiàn)出顯著地溶蝕交代殘余特征(圖1d)，表明該類孔隙的形成可能與硅化熱液溶蝕作用有關(guān)[12]。

2.1.4 窗格孔

巖心和薄片資料表明，窗格孔主要發(fā)育在一間房組藻黏結(jié)灰?guī)r和藻灰?guī)r中(圖1e)，其形成與藻類生長(zhǎng)或腐爛有關(guān)[13]?？紫洞蟛糠直环浇馐桶自剖涮睿饕憩F(xiàn)為纖柱狀方解石和自形白云石充填的雙層結(jié)構(gòu)，少量表現(xiàn)為多期次不同產(chǎn)狀的方解石和白云石充填的多層結(jié)構(gòu)[14]。有效孔隙為膠結(jié)殘余孔隙，形態(tài)不規(guī)則，大小不一，多呈順層分布。

2.1.5 微孔隙

微孔隙主要為孔隙直徑小于20.00 μm的基質(zhì)孔隙，掃描電鏡與氬離子拋光-聚焦離子束掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)微孔隙主要包括藻屑內(nèi)部自形方解石晶間孔、葛萬(wàn)藻等生物體腔微孔、方解石重結(jié)晶形成的晶間微孔隙和自形石英晶面微孔隙4種類型[14](圖1f)，孔徑大小不等(幾百納米至幾微米)，但絕大多數(shù)小于20.00 μm。微孔隙的發(fā)育具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，且在微孔隙中見(jiàn)瀝青質(zhì)。微孔隙的形成與藻類關(guān)系密切，ST1井揭示的微孔隙還可能與熱液流體改造相關(guān)[14]。

2.2 非組構(gòu)選擇性孔隙

2.2.1 溶蝕孔洞

溶蝕孔洞在砂屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、藻黏結(jié)灰?guī)r和硅化巖中均可見(jiàn)到，主要包括4種分布形式：①呈圓形或不規(guī)則狀，孤立分布，直徑大小一般為厘米—毫米級(jí)別，多被方解石全充填—半充填，連通性比較差(圖2a)；②常和裂縫相伴生，并沿裂縫溶蝕擴(kuò)大，以SN4、SN501井鷹山組儲(chǔ)層最為典型(圖2b、d)；③呈似層密集狀分布，在SN501及GL2等多口井中均有揭示(圖2e)；④蜂窩狀孔隙，ST1井一間房組取心揭示，孔隙與基質(zhì)間存在明顯的蝕變邊界，可能與熱液流體作用相關(guān)[14]。

2.2.2 裂縫

常見(jiàn)的裂縫主要包括構(gòu)造縫、壓溶縫和溶蝕縫，但對(duì)改善儲(chǔ)層儲(chǔ)滲性能意義最大的是未充填的構(gòu)造縫(圖2c)。取心中均見(jiàn)高角度裂縫、水平—低角度裂縫和微裂縫，常常伴生多組水平裂縫。構(gòu)造縫的發(fā)育和斷裂密切相關(guān)，對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集體的形成意義重大[15]，已鉆井表明，位于主干斷裂帶附近的井(如SN4井)，其高角度構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度明顯強(qiáng)于主干斷裂帶之間的井(如SN7)。壓溶縫主要為縫合線，幾乎遍布研究區(qū)整個(gè)中下奧陶統(tǒng)，大多被泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)充填。但縫合線對(duì)儲(chǔ)層連通性的貢獻(xiàn)可大可小，部分?jǐn)U溶網(wǎng)狀縫合線仍可作為有效的儲(chǔ)集空間。成巖流體在早期構(gòu)造縫的基礎(chǔ)上，沿縫面發(fā)生溶蝕，形成形態(tài)曲折的溶蝕縫，溶蝕縫在SN4井區(qū)最為典型(圖2b)。

3 儲(chǔ)層分類探討

在前人對(duì)塔里木奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層分類研究的基礎(chǔ)上[16-17]，根據(jù)儲(chǔ)層發(fā)育位置和分布、儲(chǔ)集空間類型及形成主控因素，提出了該區(qū)新的儲(chǔ)層分類方案，將塔中北坡中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r儲(chǔ)層劃分為臺(tái)內(nèi)顆粒灘儲(chǔ)層、構(gòu)造裂縫型儲(chǔ)層、熱液改造型硅質(zhì)巖儲(chǔ)層以及與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層4種類型(圖3)。

3.1 臺(tái)內(nèi)顆粒灘儲(chǔ)層

臺(tái)內(nèi)灘在塔里木盆地中下奧陶統(tǒng)廣泛發(fā)育[18-19]，該類儲(chǔ)層的發(fā)育和沉積相關(guān)系密切，主要發(fā)育在臺(tái)內(nèi)丘灘的砂屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r和藻黏結(jié)灰?guī)r中，儲(chǔ)集空間類型主要是殘余粒間孔、粒內(nèi)孔、膠結(jié)殘余窗格孔等組構(gòu)選擇性孔隙以及后期溶蝕擴(kuò)大的孔縫系統(tǒng)。(準(zhǔn))同生期淡水淋濾以及埋藏期溶蝕等多期次、不同類型的溶蝕作用是臺(tái)內(nèi)灘相儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵。SN7井首次在該區(qū)一間房組揭示了該類儲(chǔ)層，并獲得油氣發(fā)現(xiàn)。連井對(duì)比和偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)反射波成像等資料表明，一間房組中下部發(fā)育層狀溶蝕孔洞或孔隙集合體，儲(chǔ)集體縱向疊置，單井儲(chǔ)層單層最大厚度可達(dá)43.5 m。

圖3 塔中北坡中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育模式

3.2 構(gòu)造裂縫型儲(chǔ)層

構(gòu)造裂縫型儲(chǔ)層是塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖非常重要的一類儲(chǔ)集體[20]，該類儲(chǔ)層的形成和分布受控于斷裂帶，基質(zhì)孔隙不發(fā)育。未充填—半充填的高角度裂縫、水平—低角度裂縫和微裂縫為其主要的儲(chǔ)集空間和滲流通道。塔中北坡發(fā)育多條北東向走滑斷裂帶及伴生的斷裂，為大規(guī)模的構(gòu)造裂縫型儲(chǔ)集體的發(fā)育提供了有利條件，主干斷裂附近的SN1和GL1等一大批鉆井已獲油氣發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了該領(lǐng)域的勘探前景。

3.3 熱液改造型硅質(zhì)巖儲(chǔ)層

該類儲(chǔ)層和斷裂關(guān)系密切，以SN4井區(qū)鷹山組上段最為典型，儲(chǔ)集巖性主要為細(xì)晶硅質(zhì)巖，次為與之相關(guān)的硅質(zhì)灰?guī)r，主要由亮晶砂屑灰?guī)r或微晶灰?guī)r經(jīng)富硅熱液流體交代作用形成[21-22]。巖石中發(fā)育多種類型的儲(chǔ)滲空間，包括溶蝕孔隙(洞)、不規(guī)則裂縫、裂縫擴(kuò)溶縫等，儲(chǔ)層裂縫及圍巖中發(fā)育典型的低溫?zé)嵋旱V物組合。鉆井過(guò)程中均有放空漏失，鉆探結(jié)果表明，該類儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能良好，巖心分析孔隙度最高為20.5%，滲透率最高為73.4×10-3μm2。深大斷裂及其伴生的裂縫溝通了下部地層，為流體的運(yùn)移提供了重要通道，是儲(chǔ)層改造的關(guān)鍵。

3.4 與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層

該類儲(chǔ)層以ST1井一間房組為代表，該井臨近北東向走滑斷裂帶，地震剖面顯示，井區(qū)附近發(fā)育晚奧陶世的火成巖侵入體，儲(chǔ)層段巖性主要為淺灰色藻黏結(jié)巖、藻砂屑灰?guī)r。巖心、薄片和CT掃描等資料表明，儲(chǔ)集空間為溶蝕孔洞、(微)裂縫和微孔隙均較發(fā)育?？紫栋l(fā)育具有一定組構(gòu)選擇性，和藻類等微生物相關(guān)的微孔隙較為普遍。蜂窩狀孔隙中發(fā)育瀝青，孔隙與基質(zhì)之間可見(jiàn)明顯的蝕變邊界，基質(zhì)中自形石英含量高，表明儲(chǔ)層發(fā)育受沉積和構(gòu)造-熱液流體控制[14]。

3.5 有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)

SN5和SN7等多口鉆井揭示，臺(tái)內(nèi)顆粒灘儲(chǔ)層主要發(fā)育在一間房組中下部，沉積微相為該類儲(chǔ)層的發(fā)育奠定了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)。(準(zhǔn))同生期古地貌高部位的顆粒灘受海平面升降的影響，間歇性地暴露于大氣淡水中發(fā)生溶蝕，形成大量的組構(gòu)選擇性孔隙。雖然這些孔隙后期大多被方解石膠結(jié)充填或半充填，但仍有一定數(shù)量的殘余孔隙保存下來(lái)，為后期溶蝕作用的改造奠定了基礎(chǔ)。沉積微相的展布對(duì)于該類儲(chǔ)集體的預(yù)測(cè)具有重要的意義，利用井震結(jié)合對(duì)沉積微相進(jìn)行精細(xì)刻畫是尋找有利儲(chǔ)層的關(guān)鍵。古城墟隆起西部的SN1-GL1井區(qū)鷹山組—一間房組中下部發(fā)育開闊臺(tái)地臺(tái)內(nèi)顆粒灘沉積[23]，是尋找臺(tái)內(nèi)灘儲(chǔ)層的有利區(qū)域。

構(gòu)造裂縫型儲(chǔ)層和熱液改造型硅質(zhì)巖儲(chǔ)層與斷裂活動(dòng)密切相關(guān)，塔中北坡斷裂發(fā)育多條北東向走滑斷裂及其伴生的次級(jí)斷裂，斷裂多期活動(dòng)形成了廣泛分布的斷裂-裂縫系統(tǒng)[3]。從目前鉆井成果來(lái)看，構(gòu)造裂縫型儲(chǔ)層是該區(qū)最為常見(jiàn)的儲(chǔ)層類型。SN1、SN2和GL2等鉆井表明，一間房組—鷹山組上段裂縫走向與北東向斷裂關(guān)系密切，其間成平行或近似平行關(guān)系，形成單向或共軛裂縫?？梢?jiàn)，構(gòu)造破裂作用對(duì)縫洞型儲(chǔ)層的形成起積極作用。另一方面，該斷裂-裂縫系統(tǒng)也為后期熱液流體的改造創(chuàng)造了有利條件。塔中地區(qū)熱液活動(dòng)較為普遍，目前熱液改造型硅質(zhì)巖儲(chǔ)層僅在SN4井區(qū)鷹山組上段裂縫帶和粒屑灰?guī)r中揭示[22]。因此，北東向走滑斷裂帶附近是這2類儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū)。

與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層受斷裂和沉積共同控制。成巖早期，斷裂溝通了深部熱液流體，對(duì)微生物巖(主要是藻黏結(jié)巖)進(jìn)行改造，形成了和微生物相關(guān)的鑄?？?、晶間孔等各類孔隙和微孔隙。鉆井和三維地震資料表明，ST1井區(qū)晚奧陶世火成巖侵入體和微生物巖發(fā)育[14]。由此可見(jiàn)，研究區(qū)北部的ST1井區(qū)是該類儲(chǔ)層的有利分布區(qū)域。

4 結(jié) 論

(1) 塔中北坡中下奧陶統(tǒng)超深層海相灰?guī)r儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間包括組構(gòu)選擇性孔隙和非組構(gòu)選擇性孔隙2種類型，主要包括粒內(nèi)孔、粒間溶孔、晶間溶孔、窗格孔、微孔隙、溶蝕孔洞、構(gòu)造縫、壓溶縫和溶蝕縫，這些縫洞的發(fā)育改善了研究區(qū)灰?guī)r的儲(chǔ)集性能。

(2) 根據(jù)塔中北坡中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r儲(chǔ)集空間類型、發(fā)育特征，結(jié)合孔縫形成的主控因素，將該區(qū)超深層灰?guī)r儲(chǔ)層按照成因劃分為4類：臺(tái)內(nèi)顆粒灘儲(chǔ)層、構(gòu)造裂縫型儲(chǔ)層、熱液改造型硅質(zhì)巖儲(chǔ)層以及與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層。該分類方案具有一定的實(shí)用性，能更好地應(yīng)用于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和區(qū)帶評(píng)價(jià)中。

(3) 綜合分析了不同類型儲(chǔ)層的平面分布規(guī)律，指出古城墟隆起西部、北東向走滑斷裂帶附近和ST1井區(qū)是儲(chǔ)層分布有利區(qū)。