河道發(fā)現(xiàn)對塔中地區(qū)碳酸鹽巖勘探的啟示

鮮強，馬培領，呂東，王祖君，呂海清，梁國平，李梁，劉士靖，陳怡仁，畢姣瑩

中國石油集團東方地球物理公司研究院，新疆 庫爾勒 841000

0 引言

塔里木盆地是中國海相碳酸鹽巖勘探領域的主要戰(zhàn)場之一，塔中隆起作為塔里木盆地油氣勘探的重要組成部分，先后探明了塔中Ⅰ號坡折帶上奧陶統(tǒng)良里塔格組億噸級礁灘體凝析氣藏與塔中北斜坡下奧陶統(tǒng)鷹山組多個億噸級凝析氣田[1]。2008年針對塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組串珠狀反射鉆探的中古8井獲得高產，塔中地區(qū)鷹山組油藏是繼上奧陶統(tǒng)良理塔格組礁灘型油藏之后又一重大發(fā)現(xiàn)。

針對塔中地區(qū)鷹山組巖溶風化殼儲層前人做了大量的工作。楊海軍等[2]對塔中地區(qū)鷹山組儲層發(fā)育模式進行了詳細的研究，認為塔中地區(qū)鷹山組發(fā)育完整的不整合巖溶序列，后期受走滑斷裂改造，有利儲層發(fā)育在不整合以及走滑斷裂的疊合區(qū)。李映濤等[3]、趙學欽等[4]在對塔中和塔北地區(qū)奧陶系沉積相研究的基礎上，進一步完善了塔中和塔北地區(qū)沉積模式，認為塔中、塔北地區(qū)奧陶統(tǒng)鷹山組自下而上為局限臺地環(huán)境逐漸變?yōu)殚_闊臺地環(huán)境，是明顯的海進式沉積序列。王招明等[5]對塔里木盆地奧陶系巖溶進行了分類、分期，主要分為：風化巖溶、礁灘體巖溶和埋藏巖溶3大類，奧陶系內幕共發(fā)育5期巖溶作用。鄭劍等[6]研究認為塔中地區(qū)鷹山組內發(fā)育三期巖溶作用，并分析了埋藏巖溶對儲層的影響。張恒等[7]研究認為塔中地區(qū)西部鷹山組巖溶作用包括：沉積期的混合水巖溶和暴露期的大氣淡水巖溶兩種基本類型。董馬超等[8]分析了斷裂與巖溶的關系，認為巖溶的分布受3期斷裂的共同控制，走滑斷裂是塔中地區(qū)奧陶系儲層改造，溝通寒武系烴源巖和儲集層的關鍵因素。研究證實塔中地區(qū)鷹山組油藏為大型巖溶風化殼型油藏，后期經過斷裂相關巖溶及熱液改造形成了現(xiàn)今碳酸鹽巖縫洞型油藏[9-10]。

前人對比了塔中塔北地區(qū)成巖環(huán)境、巖溶類型的差異[7,11]。塔北地區(qū)鷹山組暴露時間較長，經過風化淋濾在輪古(潛山巖溶區(qū))以及哈拉哈塘地區(qū)(層間巖溶區(qū))巖溶斜坡區(qū)發(fā)育大規(guī)模的串珠和河道。而塔中地區(qū)暴露時間較短且風化淋濾作用弱，巖溶作用以埋藏巖溶和斷裂相關溶蝕為主。儲層類型以串珠為主，河流不發(fā)育。在前人研究的基礎上，基于高密度地震資料，利用地震沉積學等技術，在塔中地區(qū)中古8井區(qū)鷹山組發(fā)現(xiàn)了具有一定規(guī)模的河道，并對其進行了評價，總結出了中古8井區(qū)河道發(fā)育規(guī)律。

1 地質概況

1.1 研究區(qū)位置與地表條件差異

塔中地區(qū)整體位于沙漠腹地，地表為較大的沙丘，地震資料信噪比較差，難以真實地反映儲集體。而塔北地區(qū)位于盆地周緣，地表整體以硬地表為主，地震信號能夠有效傳播，地震資料信噪比較高，能夠清楚的反映地下地質體。通過對比塔北、塔中地區(qū)地表條件差異，客觀上認為常規(guī)的地震難以識別塔中儲層及地質體。鑒于以上難題，塔里木油田公司嘗試的開展了高密度地震勘探。2012年在塔中地區(qū)中古8井區(qū)，針對沙漠覆蓋區(qū)低信噪比資料，利用小面元、高密度地震采集方式對其進行攻關試驗。工區(qū)位于塔中凸起北斜坡，工區(qū)周圍主要發(fā)育兩組斷裂，一組是北東向的走滑斷裂；另一組為北西向的逆沖斷裂以及伴生斷裂(圖1)。工區(qū)滿覆蓋面積80 km2。利用高密度地震資料落實儲層分布以及斷裂形態(tài)，顯著提高儲層成像精度，能夠滿足縫洞型儲層勘探開發(fā)的需要。

1.2 地層

塔中地區(qū)奧陶系自下而上沉積了蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、吐木休克組、良里塔格組以及桑塔木組。鷹山組與蓬萊壩組沉積環(huán)境是碳酸鹽巖臺地相，沉積了巨厚的碳酸鹽巖。其中蓬萊壩為灰質云巖和云質灰?guī)r互層。鷹山組上段(1～2段)為巖性較純的灰?guī)r，下段(3～4段)則以灰質云巖為主(圖2)。一間房組巖性主要是灰?guī)r，而吐木休克組則整體以泥質灰?guī)r或灰質泥巖為主。

一間房組和吐木休克組在塔里木盆地廣泛分布。由于構造抬升使得塔中地區(qū)一間房組與吐木休克組大面積缺失，僅在局部(塔中45井區(qū)附近)可見一間房組。良里塔格組沉積環(huán)境以礁灘為主，在臺地邊緣巖性以顆?；?guī)r為主富含生物碎屑，臺內帶則灘相為主。良里塔格組與鷹山組為角度不整合接觸。桑塔木組以泥巖為主，局部發(fā)育灰?guī)r，是研究區(qū)內的蓋層。

1.3 塔中與塔北巖溶條件對比

塔里木盆地是個復雜的疊合盆地，先后經歷了多期構造運動。前人研究[12-13]認為塔中、塔北地區(qū)地質條件存在著較大的差異。早奧陶世末塔中、塔北地區(qū)整體為碳酸鹽巖臺體，中奧陶世昆侖洋閉合造成塔中低凸起的初具雛形，由于整體抬升作用造成塔中地區(qū)中奧陶統(tǒng)一間房組和上奧陶統(tǒng)吐木休克組的地層被剝蝕，遭受風化林濾，而塔北地區(qū)一間房組與吐木休克組則表現(xiàn)為平行不整合。奧陶紀末，古昆侖洋閉合，阿爾金島弧向北俯沖造成古昆侖洋的碰撞消減，塔里木盆地普遍遭受剝蝕[14]。志留紀末期阿爾金島弧與塔里木盆地發(fā)生了拼接，塔北地區(qū)發(fā)生了劇烈的隆升，塔北隆起遭受大面積的剝蝕。石炭—二疊系為持續(xù)抬升階段，塔北地區(qū)繼續(xù)遭受剝蝕，喜馬拉雅運動為整體調整階段，最終造成塔北地區(qū)地層自南向北，奧陶系由新向老依次出露，地層暴露時間約為200 Ma，地層剝蝕量較大，而塔中奧陶系地層暴露時間較短約為20 Ma，地層剝蝕量較小。對塔中、塔北地區(qū)鍶、氧同位素及包裹體溫度的研究認為：塔北地區(qū)整體以表層巖溶為主，古巖溶河流系統(tǒng)較發(fā)育，而塔中地區(qū)主要以深層熱液溶蝕為主，表層巖溶較弱[15]。前人研究認為塔中地區(qū)奧陶統(tǒng)古巖溶河流不發(fā)育。

圖1 工區(qū)構造位置圖Fig.1 The tectonic location of research area

圖2 塔中地區(qū)鷹山組綜合巖性柱(據(jù)塔里木油田)Fig. 2 The column section of the Yingshan Formation in Tazhong area

2 河道識別

常規(guī)河道在地震上表現(xiàn)為下切現(xiàn)象，寧松華等[16]利用正演技術識別河道透鏡體砂體，Zengetal.[17]在1998年提出了地震沉積學，其核心針對90°相移地震資料，利用地層切片技術對沉積體系幾何形態(tài)及沉積構造進行研究，這項技術在河道識別發(fā)揮了重要作用。姜華等[18]利用地震沉積學以及RGB染色技術在哈拉哈塘地區(qū)識別出古河道，魯新便等[19]總結出明、暗河相應的識別方式。王紅巖等[20]利用頻譜分解技術對古河道進行了識別。孫勤華等[21]利用相干和傾角驅動河床反射界面的自動追蹤對哈拉哈塘地區(qū)古河道進行識別。綜上所述，利用相干、頻譜分解以及地震沉積學等技術可以準確進行河道識別。本次研究以高密度資料為基礎，利用地震沉積學、三維立體雕刻等技術在塔中地區(qū)進行等地質異常體的識別。

2.1 三維立體雕刻技術

三維立體雕刻技術針對地質異體與圍巖的振幅能量差異的特征，統(tǒng)計地質異常體的振幅能量，并以地質異常體的振幅能量值作為門檻值，過濾門檻值以下的能量背景突出地質異常體，實現(xiàn)地質異常體的三維空間的準確刻畫。常規(guī)的解釋軟件Landmark的Geoprobe模塊，Paradigm的3D Canvas模塊以及國產軟件Geoeast的三維可視化模塊都能實現(xiàn)對地質異常體的雕刻。

通過三維可視化技術對本區(qū)河道及串珠進行了雕刻，紅色為串珠為強振幅，相對孤立(圖3)。綠色地質異常體為中強振幅，連續(xù)性較好，圖中藍色箭頭所指示。

2.2 地震沉積學

地震沉積學以地震資料為基礎，利用分頻技術、90°相移技術對地震資料處理后，通過地層切片技術對地質異常體平面展布進行刻畫，主要用于研究沉積體系及沉積相的平面分布，對于多期沉積體系有較好的刻畫能力。串珠為相對孤立的強反射，異常體主要變現(xiàn)為相對連續(xù)的中強反射。圖中藍色箭頭所指示的暖色區(qū)域為地質異常體的分布范圍(圖4)。通過不同時間切片逐一對本區(qū)異常體進行精細識別。根據(jù)地質異常體的展布形態(tài)，初步認為是碳酸鹽巖古河道。

圖3 三維立體可視化河道識別Fig.3 The channels recognition in 3D view

圖4 地層切片河道識別Fig.4 The channels recognition by strata slice

本文利用三維立體雕刻技術及地層切片技術在鷹山組內部共識別2套古河道體系河道。河道1分布較廣，位于研究區(qū)的西北部。河道2位于研究區(qū)的東南部(圖5)。

河道是由一定區(qū)域內地表水和地下水補給，經常或間歇地沿著狹長凹地流動的水流流經的通道。本文中的明河河道是出露于地表，受地表水的侵蝕以及下切作用下形成的古河道，受地貌形態(tài)影響較大。暗河管道是具有河流特征的地下水流動通道，巖溶水在此匯集，水動力充足，具有地表洼地處的主入水口及主排泄[22]。

前人按照下切深度、坡降梯度、寬深比、彎曲度等參數(shù)對河道進行詳細分類[23-25]。河道1位于工區(qū)的西部黃色區(qū)域河道彎曲度較大。河道在地震剖面地震上響應為中強反射，下切谷特征明顯(圖6)，整體表現(xiàn)明河特征，河流性質為曲流河，河道寬從100～210 m不等，延伸約2～7 km。河道1的粉紅色部分，發(fā)育在鷹山組一段尖滅線以下，下切特征不明顯，表現(xiàn)為暗河特征。河流彎曲度較小，河流性質介于曲流河與直流河之間，河道寬從120～300 m不等，延伸最長11 km。河道2整體以明河為主，河流彎曲度較小，主干河道性質為直流河，分支河道為曲流河，河道寬從150～250 m不等，延伸最長9 km。河道在鷹一段地層剝蝕區(qū)主要發(fā)育明河，在地層殘留區(qū)主要發(fā)育暗河。

3 河流成因及儲層發(fā)育規(guī)律

3.1 河流成因

本次將鷹山組沉積后地貌與河道進行疊合分析河道成因。古河道發(fā)育與本區(qū)構造運動關系密切，構造抬升造成了沉積間斷，在不整合面附近發(fā)育了表層溶蝕，在河流經過的地方發(fā)育下切谷，在巖溶高地發(fā)育較多分支河道。由于巖溶高地位于鷹一段被剝蝕的潛山區(qū)(圖7)，整體坡度較緩，河流發(fā)育以曲流河形態(tài)的明河為主，河流發(fā)育與古地貌形態(tài)吻合較好，巖溶平臺區(qū)域主要為匯水區(qū)。

巖溶斜坡區(qū)位于鷹一段地層尖滅線以下(圖7中藍色的區(qū)域)。由于地層坡度變陡，水動力變強，河流從曲流河轉變?yōu)榍骱印樦焙?。巖溶斜坡區(qū)主要為泄水區(qū)，溶蝕性質由表層溶蝕變?yōu)槁癫厝芪g，河流性質由明河轉變?yōu)榘岛?，河流自南西流向北東方向。本區(qū)的暗河發(fā)育主要受斷裂以及不整合面附近的疏導層共同控制。

圖5 古河道平面分布Fig.5 The plan of paleo-channels distribution

圖7 中古8井區(qū)古河道與古地貌疊合Fig.7 Palaeo-channels superimpose karst topography in ZG8 area

3.2 儲層發(fā)育規(guī)律

本區(qū)儲層發(fā)育主要受中奧陶紀的抬升作用和志留世末期北東向的走滑斷裂活動控制。整體抬升作用使得塔中地區(qū)一間房組、吐木休克組以及鷹一段遭受剝蝕，在不整合面附近發(fā)生了表層溶蝕，碳酸鹽巖河道較發(fā)育，由于暴露時間較短，并未在潛山剝蝕區(qū)形成大的落水洞及深的暗河溶蝕管道，而在鷹一段尖滅線以下，以較直的暗河為主。

在鷹一段尖滅線以上儲層發(fā)育主要受表層溶蝕控制，串珠沿河道相對密集發(fā)育。在鷹一段尖滅線以下串珠發(fā)育不僅受潛流溶蝕作用控制，而且沿著北東向的走滑斷裂呈線狀分布。斷裂附近的破碎帶容易發(fā)生垂向溶蝕，形成與斷裂相關的斷溶體。

4 有利儲層體識別及評價

4.1 河道充填物分析

在對河道整體形態(tài)及成因分析的基礎上，利用測井資料進一步對河道充填物進行分析。在鷹一段尖滅線以上的6口井，其中4口井鉆遇大段的泥巖。ZG23CH以及ZG23-H2井等水平段，鉆遇多套泥巖。ZG23CH水平段整體長約1 000 m，鉆遇泥巖段累計長度為430 m。成像測井資料也直觀的指示本區(qū)泥巖較為發(fā)育，圖8中泥巖在成像測井資料上整體呈現(xiàn)為暗色。泥巖以層狀沉積為主，而非塊狀垮塌沉積，也說明了本區(qū)明河為沉積充填。而鉆遇暗河旁邊的ZG11以及ZG111等井發(fā)生放空，其他多口井發(fā)生漏失，說明暗河旁的串珠充填程度較低。

4.2 明河系統(tǒng)有效儲集體識別及評價

明河系統(tǒng)的儲集體主要以河道附近的串珠為主，由于暴露時間短，表層溶蝕作用較弱并未在本區(qū)形成高差較大的溶蝕殘丘和溝谷，主要發(fā)育多分支的曲流河。多口井的鉆探結果顯示，鉆遇明河河道時，巖性主要以泥巖為主，河道被充填。

由于儲集空間在成巖階段被充填，后期斷裂改造效果不明顯，河道附近伴生的串珠產油能力有限，以油氣低產和顯示為主。本區(qū)鷹二段儲集體基本被充填(圖9)，整體勘探前景較差。此區(qū)域可以考慮中深層(鷹三～四段)儲集體和斷裂溶蝕相關的儲集體進行勘探。

4.3 暗河系統(tǒng)有效儲集體識別及評價

暗河系統(tǒng)的儲集體同樣以串珠為主，暗河附近的串珠在成巖過程儲集空間得到有效保存，后期的斷裂溶蝕作用使得儲集體進一步擴溶，斷裂的多期活動為油氣充注提供條件，通過多口井的鉆探揭示本區(qū)暗河附近的串珠以及斷裂相關溶蝕的儲集體具有較好產能(圖10)，本區(qū)具有較好的勘探前景。

本區(qū)儲層主要受到古地貌、斷裂等因素控制，而本區(qū)油氣成藏則受鷹山組蓋層分布以及斷裂控儲、控藏作用的影響。本文將儲層、斷裂進行了疊合，在考慮蓋層分布的基礎上，對本區(qū)有利區(qū)帶進行了劃分與評價，將本區(qū)儲層共劃分了8個區(qū)塊。其中6～8區(qū)塊都在鷹一段尖滅線以上，儲層和明河發(fā)育關系密切，潛山面附近的溶洞被充填或者半充填，整體開發(fā)效果欠佳，評價為2類勘探區(qū)域。對其勘探時可以考慮更深層鷹山組二段的儲集體。1～5區(qū)的儲集體發(fā)育受到暗河與斷裂控制，儲、蓋組合完整，對其勘探整體效果好，為高產高效的區(qū)塊。

圖8 明河綜合標定地震剖面Fig.8 Surface channel tie with seismic profile

圖10 儲集層發(fā)育綜合評價Fig.10 The plan of reservoir evaluation

5 認識及啟示

(1) 由于塔中地區(qū)地震資料信噪比低以及暴露時間較短，造成塔中地區(qū)河道難以識別。本次在高密度資料研究的基礎上，利用三維立體雕刻以及地震沉積學等技術手段在塔中地區(qū)發(fā)現(xiàn)了規(guī)模河道。

(2) 按照河流分類參數(shù)，結合古地貌以及地震反射特征，將本區(qū)河道分為兩類，明河與暗河。明河主要分布在鷹一段尖滅線以上，暗河主要分布在鷹一段尖滅線以下。

(3) 在綜合河道、串珠、斷裂與實鉆結果分析的基礎上，認為鷹一段尖滅線以上串珠充填嚴重，勘探效果較差。而在鷹一段尖滅線以下，斷裂及河道共同控制了串珠的發(fā)育，串珠儲集空間得到了有效保存，為后期油氣充注打下基礎，也是本區(qū)勘探的有利區(qū)域。

6 啟示

在河道發(fā)現(xiàn)前，認為本區(qū)串珠發(fā)育與潛山巖溶相關，串珠是相對孤立的，發(fā)現(xiàn)河道后，相對孤立的串珠是同一期，為一條河流在不同部位經過差異溶蝕形成的，成因上是有聯(lián)系的。本次不僅在塔中地區(qū)發(fā)現(xiàn)了規(guī)模河道，同時也系統(tǒng)地分析了明—暗河與儲層發(fā)育、古地貌以及斷裂之間關系，結合實鉆結果，識別出有利儲層發(fā)育區(qū)域，指出了下步勘探的方向。

致謝 感謝成都理工大學能源學院傅恒教授以及外審專家提出的寶貴修改意見!