蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組儲層建模研究及其勘探意義

鄭劍鋒，陳永權(quán)，黃理力，嚴威，倪新鋒，李保華，郭曉燕

1.中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室，杭州 310023 2.中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023 3.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000

0 引言

塔里木盆地寒武系鹽下白云巖領(lǐng)域雖然具有分布面積廣，資源量大的特點[1-4]，但近20年來的勘探一直沒有突破，直到2012年中深1井的突破(下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組試油折合日產(chǎn)天然氣3×104m3、水34 m3)，揭示了該領(lǐng)域成藏條件優(yōu)越、勘探前景廣闊[5]。但由于鉆井資料的限制，導(dǎo)致儲層認識深度不夠，尤其2016年完鉆的玉龍6和新和1井相繼失利，使得之前對于肖爾布拉克組儲層規(guī)模發(fā)育的認識受到了質(zhì)疑，因此深化沉積、儲層研究，尤其是有利相帶、儲層特征及發(fā)育規(guī)律的精細刻畫，能為該領(lǐng)域的區(qū)帶、目標(biāo)評價提供重要依據(jù)。

由于目前全盆地鉆遇肖爾布拉克組的井只有13口，且各井的巖芯資料較少，因此很難系統(tǒng)地開展沉積、儲層研究，而柯坪露頭區(qū)肖爾布拉克組地層出露完好，可以很好地彌補井點資料不足的問題。前人對不同剖面的肖爾布拉克組進行了研究：2008年塔里木油田在肖爾布拉克剖面建立了實習(xí)基地，對地層進行了分層與描述[6]；陳文玲等[7]通過對蘇蓋特布拉克剖面的研究認為其主要發(fā)育臺地相的顆粒白云巖，為孔洞—裂縫型儲層，沉積作用、白云石化作用、構(gòu)造作用和巖溶作用是儲層的主控因素；宋金民等[8]從微生物巖的角度對多條剖面進行了研究，認為肖上段主要發(fā)育微生物礁、包殼凝塊石和泡沫綿層疊層石白云巖儲層，儲層受控于古地貌、成巖作用和微生物結(jié)構(gòu)；王凱等[9]研究了露頭區(qū)7條剖面，認為微生物礁屬于特低孔特低滲型儲層，而微生物顆粒灘具有勘探潛力；黃擎宇等[10]對肖爾布拉克剖面和什艾日克剖面的研究，認為臺內(nèi)微生物丘儲層是重要儲層類型。前人的研究成果存在較大差異，且對儲層缺乏系統(tǒng)地定量表征，未能刻畫出儲層的規(guī)模及分布規(guī)律，因此本次研究以蘇蓋特布拉克剖面為對象，開展儲層建模研究，以期從露頭角度明確肖爾布拉克組儲層的品質(zhì)、規(guī)模及分布規(guī)律，從而指導(dǎo)塔里木盆地該領(lǐng)域的下一步油氣勘探。

研究共測制了4條測線，采集柱塞樣148件，薄片樣355件，并對主測線進行了GR實測，同時利用激光雷達對露頭進行了三維數(shù)字掃描，精細刻畫了丘灘相儲層特征及分布規(guī)律。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地構(gòu)造上可以劃分為“三隆四坳”7個構(gòu)造單元，即塔北隆起、中央隆起、塔南隆起、庫車坳陷、北部坳陷、西南坳陷和東南坳陷[11]。蘇蓋特布拉克剖面位于塔里木盆地西北部，新疆烏什縣境內(nèi)，東北距阿克蘇市約80 km，構(gòu)造分區(qū)屬于塔北隆起柯坪斷隆東段。該剖面震旦—寒武系地層出露完整，自下而上出露上震旦統(tǒng)奇格布拉克組，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組、肖爾布拉克組和吾松格爾組，中寒武統(tǒng)沙依里克組和阿瓦塔格組，肖爾布拉克組與玉爾吐斯組及吾松格爾組呈平行不整合接觸。

在前寒武紀(jì)，塔里木盆地的中央隆起區(qū)存在東西向古隆起帶，環(huán)繞古隆起帶的大部分地區(qū)可能為地勢平坦的濱淺海碳酸鹽臺地[12]；在早寒武世早期(玉爾吐斯組沉積期)，塔里木盆地經(jīng)歷快速海侵，形成了優(yōu)質(zhì)烴源巖[13]；隨后，全盆地處于緩慢的海退期，肖爾布拉克組沉積期整體為弱鑲邊—鑲邊型臺地，塔西南古陸的發(fā)育對沉積相類型和相帶走向起重要的控制作用[14-18]。然而，2016年塔里木油田最新構(gòu)造成圖重新落實了塔里木盆地早寒武世沉積期具有南北兩高隆夾一北東南西相低坳地貌的沉積格局，控制著肖爾布拉克組沉積期“三隆兩坳”的巖相古地理格局，“三隆”即盆地南北兩側(cè)相對較高，發(fā)育兩條高隆帶，南部稱之為塔西南隆起帶，北部隆起帶存在分異，分別稱為柯坪—溫宿低隆起區(qū)、輪南—牙哈低隆起區(qū)；“兩坳”即南北兩個隆起帶之間存在的北東南西向低坳區(qū)與盆地(圖1)。這種古地理格局控制了肖爾布拉克組碳酸鹽巖緩坡沉積體系的發(fā)育，沿古隆起向盆地依次發(fā)育混積坪、內(nèi)緩坡(泥)云坪、中緩坡丘灘、中緩坡臺洼、中緩坡外帶、外緩坡/盆地等6種沉積相帶的發(fā)育。

2 地層與沉積特征

2.1 地層特征

通過對蘇蓋特布拉克剖面的精細測量、描述與橫向追蹤分析，肖爾布拉克組劃分出35個層，厚度144.5 m，并根據(jù)巖性、顏色和儲層發(fā)育情況，將其劃分為肖上和肖下段兩個段，其中肖上段又可細分為肖上1、肖上2和肖上3段三個亞段(圖2)。

肖下段(1～11層)主要發(fā)育灰黑色薄層狀泥—粉晶白云巖，對應(yīng)下部較低的GR曲線段，厚約55.2 m；肖上1段(12～15層)以灰色薄紋層狀微生物巖和透鏡狀微生丘為主，對應(yīng)中間的高伽馬段，厚約23.4 m；肖上2段(16～25層)主要為淺灰色中厚層狀灘相白云巖為主，對應(yīng)最低的伽馬曲線段，是孔隙的最主要發(fā)育段，厚約45.8 m；肖上3段(26～35層)主要以深灰色含砂屑泥—粉晶白云巖為主，對應(yīng)上部鋸齒狀的伽馬曲線段，厚約20.1 m?！吧舷碌?、中間高”的GR特征及巖相組合特征與柯坪地區(qū)舒探1井具有較好地對比性，可為井下地層劃分提供依據(jù)。

圖1 塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組沉積期巖相古地理圖(杭州地質(zhì)研究院/塔里木油田，2017)Fig.1 Lithofacies paleogeographic map of the Xiaoerblak Formation stage in the Lower Cambrian of Tarim Basin

圖2 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組綜合柱狀圖Fig.2 Generalized column of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

2.2 巖相組合

根據(jù)沉積結(jié)構(gòu)、巖石野外宏觀特征和鏡下薄片的觀察結(jié)果，認為蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組主要發(fā)育與藻(藍細菌)有關(guān)的微生物白云巖[19-23]、黏結(jié)藻屑白云巖、藻砂屑白云巖、泥—粉晶白云巖和含砂屑泥—粉晶白云巖，其中微生物白云巖又可細分為層紋石白云巖、凝塊石白云巖、疊層石白云巖、藻格架巖白云巖(圖3)。

8種巖性自下而上發(fā)育具有一定的規(guī)律性，構(gòu)成5種巖相組合，分別指示不同沉積相帶及發(fā)育位置。1)薄層狀泥—粉晶白云巖組合：主要發(fā)育于肖下段，厚度較大，總體反映低能的外緩坡沉積環(huán)境；2)層紋石、凝塊石和微生物丘白云巖組合：主要發(fā)育于肖上1段，層紋石發(fā)育于丘前低能洼地，凝塊石發(fā)育于丘的翼部，厚度向上變厚，微生物丘呈點狀分布并具有一定的格架結(jié)構(gòu)，總體反映了中緩坡不同微相由低能到高能的沉積環(huán)境；3)厚層狀凝塊石、黏結(jié)藻屑和藻砂屑白云巖組合：主要代表肖上2段下部特征，向上逐漸由凝塊石白云巖演變?yōu)轲そY(jié)藻屑白云巖、藻砂屑白云巖，以微波狀平行層理為主，總體反映中緩坡中高能環(huán)境沉積；4)中薄層黏結(jié)藻屑—藻砂屑—疊層石白云巖組合：主要代表肖上2段上部特征，疊層石為層狀結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)在該段最頂部，總體反映中緩坡高能沉積環(huán)境；5)含砂屑泥—粉晶白云巖夾黏結(jié)藻屑白云巖組合：主要發(fā)育于肖上3段，單層地層厚度逐漸變小，總體反映內(nèi)緩坡潮坪沉積環(huán)境。

根據(jù)上述相序組合特征，肖爾布拉克組整體可以劃分為一個三級層序，肖下段為海侵體系域，肖上段為高位體系域，凝縮段為11層，以黑灰色薄層狀含三葉蟲碎片的泥晶白云巖為標(biāo)志。據(jù)此，在塔里木盆地早寒武世肖爾布拉克組沉積期緩坡型臺地的背景下，建立了研究區(qū)沉積模式圖(圖4)，其中肖上2段沉積期中高能丘灘體主要發(fā)育于高位體系域的中上部，是最主要的潛在儲集巖段[18,23-25]。

3 儲層特征

根據(jù)露頭宏觀孔隙分析及和320塊鑄體薄片分析，蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組主要發(fā)育溶蝕孔洞、粒(晶)間溶孔和藻格架溶孔?？紫兜陌l(fā)育與巖相具有較強的相關(guān)性，主要分布肖上1～2段的丘灘體中，溶蝕孔洞主要發(fā)育于藻砂屑白云巖中，粒(晶)間溶孔主要發(fā)育于凝塊石白云巖、黏結(jié)砂屑白云巖和藻屑白云巖中，藻格架溶孔主要發(fā)育于疊層石和藻格架白云巖中。

根據(jù)148個柱塞樣的孔隙度和滲透率測定結(jié)果，及對應(yīng)樣品的薄片鑒定，分巖相進行孔滲統(tǒng)計(圖5a)，并根據(jù)不同巖相的平均孔隙度(圖5b)來評價儲層質(zhì)量(塔里木油田碳酸鹽巖儲層評價標(biāo)準(zhǔn)：小于2%為非儲層，2%～4.5%為Ⅱ類儲層，大于4.5%為Ⅰ類儲層)?？梢钥闯?，層紋石白云巖、泥—粉晶白云巖的物性最差，呈現(xiàn)低孔低滲的特征，平均孔隙度分別為0.75%和1.10%，綜合評價為非儲層；含砂屑泥—粉晶白云巖發(fā)育少量溶孔和裂縫，平均孔隙度1.93%，最大孔隙度可達3.52%，綜合評價為非儲層，但局部可以發(fā)育儲層；凝塊石白云巖、黏結(jié)藻屑白云巖的平均孔隙度分別為2.74%和2.98%，平均滲透率在0.03×10-3μm2以上，綜合評價為Ⅱ類儲層；疊層石白云巖和藻砂屑白云巖的平均孔隙度分別為3.79%和4.39%，平均滲透率在0.22×10-3μm2以上，綜合評價為Ⅱ類較好儲層，其中藻砂屑白云巖的孔滲具有正相關(guān)性，最大孔隙度為10.8%，因此，局部可以形成Ⅰ類儲層；藻格架白云巖物性最好，平均孔隙度為5.5%，平均滲透率在0.37×10-3μm2以上，綜合評價為Ⅰ類儲層。

圖3 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組巖石類型及特征a.含生屑泥晶白云巖，生屑主要為三葉蟲碎片(a1)，肖下段，鑄體，單偏光；b.層紋石白云巖，由近水平的明暗紋層組成，肖上1段，手標(biāo)本切片；c.凝塊石白云巖，藻凝塊(c1)間細晶白云石(c2)半充填，殘留部分孔隙(c3)，肖上2段，鑄體，單偏光；d.黏結(jié)藻屑白云巖，藻屑(d1)間/內(nèi)溶孔發(fā)育(d2)，肖上2段，鑄體，單偏光；e.疊層石白云巖，層間格架孔(e1)被中晶白云石半充填(e2)，殘余孔隙邊緣見瀝青(e3)，肖上2段，鑄體，單偏光；f.硅化的藻格架白云巖，原巖結(jié)構(gòu)被保留，殘留格架溶孔(f1)，肖上1段丘核部位，鑄體，單偏光；g.藻砂屑白云巖，粒間溶孔(g1)均勻發(fā)育，少量被粉晶白云石充填(g2)，肖上2段，鑄體，單偏光；h.藻砂屑白云巖，扁平狀溶蝕孔洞(i1)順層發(fā)育，肖上2段，露頭；i.含砂屑泥粉晶白云巖，砂屑顆粒(i1)相對較小，肖上3段，鑄體，單偏光Fig.3 Rock types and features of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

圖4 研究區(qū)肖爾布拉克組沉積期沉積模式圖Fig.4 Generalized sedimentary model of the Xiaoerblak Formation stage in the study area

圖5 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組白云巖儲層物性特征Fig.5 Physical properties of the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir in the Sugaiteblk Section

為了表征肖爾布拉克組丘灘相儲層的孔喉結(jié)構(gòu)特征，優(yōu)選藻砂屑白云巖、疊層石白云巖、黏結(jié)砂屑白云巖、凝塊石白云巖4種主要巖相的5個樣品進行了常規(guī)壓汞分析(表1、圖6)，可以看出這4種巖相的儲層主要以單一的孔喉介質(zhì)為主?？缀硖卣髋c巖相之間同樣具有良好的相關(guān)性：藻砂屑白云巖孔喉質(zhì)量最好，以大孔喉為主，其具有孔喉分布范圍較廣且分選性、連通性較好及孔喉彎曲迂回程度弱的特征；疊層石白云巖的孔喉質(zhì)量次之，其具有孔喉分布范圍廣、分選性一般和連通性較好及孔喉彎曲迂回程度較弱的特征；黏結(jié)藻屑白云巖表現(xiàn)為以“細歪”的小孔喉為主且分選較差的特征；而凝塊石白云巖則表現(xiàn)為以“粗歪”的大孔喉為主及分選性一般的特征。

蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組儲層的物性數(shù)據(jù)和孔喉特征反映了儲層質(zhì)量與巖相之間具有良好的相關(guān)性，這是由于高能相帶中形成的藻砂屑灘和具有生長格架的藻格架巖、疊層石不但具有儲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且容易受到準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕作用的改造[18,23]，使得這些巖相的物性普遍較好；相反，潮下低能帶中形成的層紋石等微生物巖和泥—粉晶白云巖的物性則較差。

表1 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組白云巖儲層常規(guī)壓汞分析結(jié)果Table 1 Conventional mercury injection analysis in the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir of the Sugaiteblk Section

圖6 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組白云巖儲層常規(guī)壓汞曲線特征Fig.6 Conventional mercury injection curves from the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir of the Sugaiteblk Section

4 儲層建模

為了更好地刻畫肖爾布拉克組丘灘體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，及其在橫、縱向上的分布規(guī)律，在蘇蓋特布拉克剖面近1 km范圍內(nèi)實測了4條測線(圖7)，其中測線2是主測線，其頂、底出露最好，并且樣品采集相對容易。根據(jù)測線2中的巖相標(biāo)志層可以較好地向兩側(cè)進行地層追蹤，因此4條側(cè)線可以采用統(tǒng)一的分層編號。為了進一步表征肖爾布拉克組儲層在三維空間中的分布規(guī)律，研究在二維露頭沉積微相模型的基礎(chǔ)上，引入了基于數(shù)字露頭的三維儲層建模技術(shù)，即利用ILRIS-3D型激光雷達，對剖面進行三維數(shù)字掃描，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，輸出露頭三維點云圖像，其分辨率為2 cm，然后在Petrel中進行三維建模。

4.1 二維模型

綜合4條測線的巖相剖面及橫向追蹤對比分析，建立了沉積微相模型(圖8)。肖下段主要發(fā)育潮下低能帶泥—粉晶白云巖，肖上3段則主要發(fā)育潮坪—潟湖相的含砂屑泥—粉晶白云巖。肖上1段和肖上2段是丘灘的主要發(fā)育段：肖上1段可識別出3期藻(微生物)丘灘復(fù)合體建隆，累計厚度近35 m，其中第1期建隆的核部為藻屑黏結(jié)巖，翼部為凝塊石，側(cè)向上主要沉積潮下帶低能泥晶沉積物；第2期建隆的核部同第1期相似，為黏結(jié)藻屑巖，翼部為凝塊石，但其側(cè)向上延伸范圍相對較遠，最終演變?yōu)槌毕聨У湍軐蛹y石；第3期建隆的核部為藻格架巖，厚度達20 m，翼部為凝塊石，側(cè)向上下部主要發(fā)育層紋石，上部演變?yōu)槟龎K石，整體反映了海水逐漸變淺的沉積序列。

圖7 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組露頭宏觀特征Fig.7 Macro-features of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

圖8 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組沉積微相模型Fig.8 Microfacies model of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

肖上2段下部主要發(fā)育層狀的黏結(jié)藻屑灘，及黏結(jié)藻屑丘，丘為點丘，規(guī)模相對較小，缺乏丘翼，點丘間為低能臺洼沉積；向上逐漸過渡到高能藻屑灘，灘體側(cè)向上連續(xù)分布，厚度穩(wěn)定；該段上部發(fā)育層狀疊層石，在區(qū)域內(nèi)分布相對穩(wěn)定。

前文所述，巖相與儲層物性具有很好的相關(guān)性，因此肖爾布拉克組肖上1～2段的中—高能丘灘體是儲層發(fā)育的有利載體，其厚度約65～75 m，丘灘地比44%～51%，指示了中緩坡丘灘體具有規(guī)?？碧綕摿Α?/p>

4.2 三維模型

根據(jù)二維露頭地質(zhì)模型信息，在露頭三維點云圖像中進行地層追蹤、解釋，并標(biāo)記采樣位置、特殊沉積與構(gòu)造現(xiàn)象，從而構(gòu)建完成三維數(shù)字露頭，把數(shù)字露頭的信息加載在Petrel中用于進行三維地質(zhì)建模。

建模按照相控儲層的思路，以實測剖面(虛擬井)中的巖相信息為約束，分別對每個地層單元進行三維定量隨機建模，建立三維沉積微相模型，繼而在每個相單元內(nèi)進行孔隙度、滲透率模擬，建立孔隙度模型和滲透率模型(圖9)。三維沉積微相模型及其切片清晰刻畫了各沉積微相的展布規(guī)律，丘灘主要發(fā)育于肖爾布拉克組中上部，整體表現(xiàn)為“小丘大灘”的特征，灘在橫向上連續(xù)分布。三維孔隙度模型、滲透率模型及其切片則直觀的反映了儲層垂向上具有較好的層位性、相控性和旋回性特征，橫向上具有相同微相單元的物性相對均質(zhì)的特點。

總體而言，蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組肖上1～2段丘灘體是儲層有利載體，Ⅰ、Ⅱ類有效儲層厚度約45 m，儲地比約31%，儲灘比約64%，其中肖上2段的灘相儲層品質(zhì)最好。露頭的巖相組合、儲層發(fā)育位置和儲層品質(zhì)與柯坪地區(qū)舒探1井具有一定的可對比性，舒探1井的儲層同樣主要發(fā)育于肖爾布拉克組中上段的丘灘體中，其Ⅰ、Ⅱ類優(yōu)質(zhì)儲層厚度達61.5 m，儲地比達39.2%。綜上所述，露頭和井下都可以反映肖爾布拉克組丘灘相儲層具有勘探潛力，研究成果可為該領(lǐng)域有利區(qū)帶評價和目標(biāo)優(yōu)選提供依據(jù)。根據(jù)古隆起控灘原理，中緩坡丘灘沿隆起區(qū)的圍斜部位大面積發(fā)育，圍繞前文所述的塔里木盆地發(fā)育三大古隆區(qū)，可以明確塔中—巴東顆粒灘發(fā)育區(qū)、柯坪—巴楚丘灘發(fā)育區(qū)和輪南—牙哈丘灘發(fā)育區(qū)為肖爾布拉克組的有利勘探區(qū)帶。

5 結(jié)論

(1) 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組主要發(fā)育與藻(藍細菌)有關(guān)的微生物白云巖(層紋石白云巖、凝塊石白云巖、疊層石白云巖和藻格架白云巖)、黏結(jié)藻屑白云巖、藻砂屑白云巖、泥—粉晶白云巖和含砂屑泥—粉晶白云巖，自下而上的巖相組合指示緩坡型臺地沉積特征，可劃分為一個三級層序。

圖9 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組三維地質(zhì)模型Fig.9 3D geologic model and slices from the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

(2) 肖爾布拉克組主要發(fā)育溶蝕孔洞，粒(晶)間溶孔和藻格架溶孔，總體具有中高孔—中低滲的特征，儲層的發(fā)育與巖相具有明顯的相關(guān)性，其中藻砂屑白云巖和藻格架白云巖儲層物性最好，為Ⅰ類優(yōu)質(zhì)儲層。

(3) 肖爾布拉克組儲層厚度約40～50 m，具有較好的層位性、相控性和規(guī)模性，古隆起圍斜部位的中緩坡丘灘體是儲層發(fā)育的有利相帶。