塔里木盆地古城地區(qū)下古生界碳酸鹽巖油氣地質(zhì)條件與勘探潛力

曹穎輝，王珊，張亞金，楊敏，閆磊，趙一民，張君龍，王顯東，周肖肖，王洪江

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712；3.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249；4.石油化工管理干部學(xué)院，北京 100012）

0 引言

下古生界碳酸鹽巖是塔里木盆地臺盆區(qū)重要的勘探領(lǐng)域，20世紀(jì)90年代以來，先后發(fā)現(xiàn)了塔河、輪南、英買力、塔中、哈拉哈塘等一批大中型油氣田，累計探明油氣地質(zhì)儲量超過22×108t[1]。古城地區(qū)下古生界處于塔西臺地向塔東盆地過渡的碳酸鹽臺地邊緣，發(fā)育上千米厚的臺緣礁灘體，且鄰近寒武系—下奧陶統(tǒng)烴源巖，成藏條件優(yōu)越[2]。經(jīng)過近10年的勘探，目前完鉆探井18口，其中3口井獲工業(yè)氣流，雖有發(fā)現(xiàn)但至今沒有獲得探明儲量，使得不少人對該區(qū)下古生界碳酸鹽巖的勘探潛力產(chǎn)生質(zhì)疑。本文通過系統(tǒng)梳理前人研究成果，認(rèn)為主要存在4方面問題，制約著研究區(qū)油氣勘探：①隨著塔中、巴麥地區(qū)一批深井的鉆探，證實在在塔西南—塘南—塔中東部—古城一線存在一個近東西走向的前寒武紀(jì)古隆起。在古高地貌的背景下，古城地區(qū)是否發(fā)育下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖，存在爭議；②古城地區(qū)位于塔中隆起斜坡部位，構(gòu)造位置低，未經(jīng)歷長時間隆升剝蝕[3-4]，暴露溶蝕程度低，儲集層成因類型、分布規(guī)模不清楚；③古城地區(qū)烴源巖成熟早[5]，構(gòu)造復(fù)雜，經(jīng)歷多期成藏改造，氣水分布規(guī)律不清楚；④寒武系—奧陶系上千米的白云巖和灰?guī)r地層均見油氣顯示，地層跨度大，重點勘探目的層系不明確。

前人針對古城地區(qū)下古生界碳酸鹽巖的沉積演化[6-7]、白云巖成因類型[8-11]、斷裂發(fā)育特征[12-13]等做過深入研究并取得大量成果，但有關(guān)下古生界碳酸鹽巖的主力烴源巖、儲集層發(fā)育特征、油氣成藏富集規(guī)律及重點勘探領(lǐng)域的研究相對薄弱。

筆者及研究團(tuán)隊持續(xù)開展了古城地區(qū)下古生界碳酸鹽巖油氣成藏關(guān)鍵要素研究與有利區(qū)帶評價優(yōu)選工作，在大量巖心、薄片、測井、地震及測試等資料分析基礎(chǔ)上，重點探討古城地區(qū)下古生界碳酸鹽巖烴源條件、儲集條件、蓋層條件及成藏富集條件，并對下古生界 4套儲集層的勘探潛力做出評價，以期對該區(qū)的油氣勘探起到促進(jìn)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

古城低凸起位于塔里木盆地中央隆起中段，塔中隆起的斜坡部位，西南部以塔中I號斷裂與塔中隆起相鄰，北部與滿西低凸起相鄰，東部及東北部以寒武系—中下奧陶統(tǒng)臺緣坡折帶與塔東隆起及滿加爾凹陷毗鄰，總體表現(xiàn)為北西傾的下古生界大型寬緩鼻狀構(gòu)造（見圖1a）。

圖1 古城地區(qū)構(gòu)造單元劃分圖（a）與地層綜合柱狀圖（b）

古城地區(qū)寒武系—奧陶系的地層發(fā)育齊全。寒武系—上奧陶統(tǒng)早期地層序列與塔西臺地相區(qū)一致，上奧陶統(tǒng)中晚期地層序列與塔東盆地相區(qū)一致（見表1）。

塔里木盆地寒武紀(jì)—早奧陶世處于弱伸展的構(gòu)造背景下[5]，表現(xiàn)為“東西分異、東盆西臺”的沉積格局，在西部臺地相區(qū)沉積了巨厚的碳酸鹽巖，東部盆地相區(qū)沉積了暗色泥巖。古城地區(qū)位于臺盆轉(zhuǎn)折部位[14-15]，早寒武世為緩坡[15-19]，發(fā)育中緩坡顆?；?guī)r和外緩坡泥灰?guī)r；中晚寒武世演變?yōu)殍傔吪_地，發(fā)育臺地邊緣礁灘相沉積[15]；早奧陶世早期，海平面上升，由鑲邊臺地演變?yōu)槿蹊傔吪_地[20]，古城地區(qū)發(fā)育蓬萊壩組半局限臺地潮坪和臺內(nèi)灘沉積；早奧陶世晚期—中奧陶世，開始轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯏D壓環(huán)境，隨著海平面上升，弱鑲邊臺地演化為無鑲邊的碳酸鹽臺地[20-21]，古城地區(qū)廣泛發(fā)育臺內(nèi)灘沉積，其中鷹山組下段以殘余顆粒結(jié)構(gòu)細(xì)中晶云巖為主，鷹上段以砂屑灰?guī)r為主，一間房組以鮞粒、砂屑、生屑灰?guī)r為主；晚奧陶世早期，隨著海平面持續(xù)上升，碳酸鹽臺地被淹沒[7]，古城地區(qū)發(fā)育吐木休克組深水臺地相泥灰?guī)r沉積；晚奧陶世晚期，隨著周邊擠壓作用的增強和海平面的持續(xù)上升，古城地區(qū)由深水臺地逐漸演化為過補償混積陸棚，發(fā)育卻爾卻克組泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等超補償沉積[3,7]（見圖1b）。

表1 古城周緣寒武系—奧陶系地層對比表

2 烴源巖條件

前人對古城周緣烴源巖進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為發(fā)育中下寒武統(tǒng)、中下奧陶統(tǒng)、中上奧陶統(tǒng)等多套烴源巖[22]。近年來，隨著古城地區(qū)探井的增多，更多觀點傾向于中上奧陶統(tǒng)不發(fā)育有效烴源巖[23-24]，特別是ZS1井獲得突破，越來越多的人認(rèn)為下寒武統(tǒng)烴源巖為臺盆區(qū)的主力烴源巖[25-26]。本文依據(jù)野外露頭及新的鉆井、地震等資料，對古城周緣的烴源巖發(fā)育情況進(jìn)行重新認(rèn)識。

2.1 下寒武統(tǒng)烴源巖

下寒武統(tǒng)烴源巖主要分布于西部臺地相區(qū)的玉爾吐斯組及東部盆地相區(qū)的西大山—西山布拉克組。

西部臺地相區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖只有塔北隆起上的XH1井鉆遇，巴楚隆起、塔中隆起上的深井均未鉆遇該套烴源巖。據(jù)XH1井鉆孔資料[27]，該套烴源巖巖性為黑色泥巖，厚度為31 m，總有機碳含量（TOC）為1.00%～9.43%（平均值為5.40%），鏡質(zhì)體反射率（Ro）為1.38%～1.55%，為一套高成熟優(yōu)質(zhì)烴源巖。東部盆地相區(qū)TD1、TD2、DT1、YD2、YL1等井下寒武統(tǒng)西大山—西山布拉克組烴源巖鉆揭厚度分別為 39 m、33 m、43 m、57 m、61 m，巖性為黑色含硅泥巖，TOC值為 0.50%～3.26%（平均值為 2.67%），Ro值為1.73%～2.91%，為一套高—過成熟烴源巖。

在盆地東北部庫魯克塔格地區(qū)多個露頭發(fā)現(xiàn)下寒武統(tǒng)烴源巖，層位上主要分布于西山布拉克組上段—西大山組，西山布拉克組上段烴源巖巖性為硅質(zhì)泥巖，厚度為 13～48 m，TOC值為 0.63%～2.90%（平均值為1.66%）；西大山組烴源巖巖性為黑色泥巖，厚度為15～30 m，TOC值為0.58%～3.56%（平均值為2.67%），Ro值為1.09%～1.93%（平均值為1.87%），與盆地相區(qū)類似，為一套高—過成熟優(yōu)質(zhì)烴源巖。

下寒武統(tǒng)烴源巖由于厚度較薄，鉆井控制程度低，目前僅靠鉆井和地震資料難以準(zhǔn)確預(yù)測其分布，最可靠的方法是借助前寒武紀(jì)古地貌進(jìn)行烴源巖分布預(yù)測[28-29]。本文利用塔里木盆地近年新拼接處理的地震格架剖面，編制出塔東地區(qū)震旦系殘余厚度圖（見圖2a）和下寒武統(tǒng)厚度圖（見圖2b）。從圖中可以看出，塔東地區(qū)震旦系殘余厚度中心位于庫南—滿加爾凹陷西部一帶，南部的ZS1C井—TZ32井—古城地區(qū)缺失震旦系（見圖2c、圖2d），預(yù)示著寒武紀(jì)沉積前，庫南地區(qū)地勢較低，TZ32井區(qū)一帶地勢較高。下寒武統(tǒng)受震旦系古地貌控制，厚度中心也位于庫南一帶，具有北厚南薄、西厚東薄的特征。

綜合震旦系殘余厚度圖、下寒武統(tǒng)厚度圖、野外露頭及鉆孔資料，編制出塔東地區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖厚度圖（見圖3）。從圖中可以看出，塔東地區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖主要發(fā)育在ZS1C井—TZ32井—CT1井以北的地區(qū)，厚度中心位于庫南地區(qū)，總體厚度為30～80 m，北部烴源巖發(fā)育較好，南部較差。推測塔東西南部的古城地區(qū)不發(fā)育下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖。

2.2 中寒武統(tǒng)烴源巖

中寒武統(tǒng)烴源巖主要發(fā)育于塔東臺緣斜坡—盆地相區(qū)的莫合爾山組。盆地相區(qū)TD2、TD1、DT1、YD2等井鉆揭烴源巖厚度分別為35 m、31 m、33 m、60 m，巖性為鈣質(zhì)泥巖，TOC值為0.51%～2.58%（平均值為1.60%），Ro值為 2.54%，屬于中等—較好烴源巖。庫魯克塔格露頭區(qū)揭示莫合爾山組烴源巖厚度為 16～85 m，巖性為鈣質(zhì)泥巖，TOC值為0.60%～0.86%，屬于中等烴源巖。臺緣斜坡相區(qū)烴源巖目前沒有井鉆揭，但據(jù)張水昌、金之鈞等人的研究[30-31]，烴源巖的形成取決于生烴母質(zhì)生物的產(chǎn)率和有機質(zhì)的保存條件。臺緣斜坡環(huán)境水深、光照適中，洋流活動頻繁，具有比盆地相區(qū)更高的生物產(chǎn)率和良好的有機質(zhì)保存條件，是高有機質(zhì)豐度烴源巖發(fā)育的有利區(qū)。因此，推測臺緣向盆地方向的高頻連續(xù)強反射為臺緣斜坡相烴源巖沉積（見圖4a）。在地震上追蹤這套連續(xù)強反射，編制出塔東地區(qū)中寒武統(tǒng)臺緣斜坡相烴源巖厚度圖（見圖4b）。從厚度圖中看出，臺緣斜坡相烴源巖厚度中心位于輪南—古城臺緣東側(cè)的弧形條帶內(nèi)，寬約100 km，厚約150 m。這套烴源巖為古城地區(qū)發(fā)育的主力烴源巖之一，推測豐度、成熟度指標(biāo)均與下寒武統(tǒng)烴源巖相當(dāng)，但厚度大于下寒武統(tǒng)烴源巖。

圖2 塔東地區(qū)震旦系殘余厚度圖（a）、下寒武統(tǒng)厚度圖（b）及地震剖面（c、d ）

圖3 塔東地區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖厚度圖

圖4 塔東地區(qū)地震剖面圖（a）及中寒武統(tǒng)烴源巖厚度圖（b）

2.3 中下奧陶統(tǒng)烴源巖

中下奧陶統(tǒng)烴源巖主要發(fā)育于塔東地區(qū)的黑土凹組，為一套盆地相黑色頁巖沉積。塔東地區(qū)TD1、TD2、DT1、YD2等井中該套烴源巖的鉆揭厚度分別為48 m、56 m、84 m、151 m，TOC值為0.63%～2.18%（平均值為1.67%），Ro值為1.78%～2.44%。在庫魯克塔格露頭區(qū)黑土凹組烴源巖厚度為30～100 m，巖性為黑色泥巖，TOC值為0.50%～1.64%，Ro值為1.16%～2.10%，為一套中—高成熟的中—好烴源巖。

鉆井標(biāo)定，黑土凹組烴源巖在地震剖面上表現(xiàn)為明顯的“雙軌”連續(xù)強反射（見圖5a、圖5b），追蹤“雙軌”連續(xù)強反射，確定出中下奧陶統(tǒng)黑土凹組烴源巖在平面上的展布（見圖5c），由圖5c可以看出，黑土凹組烴源巖主要分布于古城—輪古東和羅西臺地夾持的深水盆地相區(qū)，厚度為50～150 m，該套烴源巖也是古城地區(qū)一套主力烴源巖。

圖5 TD1井柱狀圖（a）、標(biāo)定地震剖面（b）及塔東地區(qū)中下奧陶統(tǒng)烴源巖厚度圖（c）（RLLD—深側(cè)向電阻率；RLLM—中側(cè)向電阻率）

綜上所述，推測古城地區(qū)以中寒武統(tǒng)與中下奧陶統(tǒng)斜坡—盆地相烴源巖為主力烴源巖，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖可能只在古城地區(qū)以北的坳陷中發(fā)育，古城地區(qū)的烴源條件可能并沒有前人認(rèn)為的那么好[5,22]。

3 儲集條件

古城地區(qū)寒武系—奧陶系經(jīng)歷了緩坡—鑲邊臺地—弱鑲邊臺地—無鑲邊臺地—深水臺地—混積陸棚的沉積演化。受沉積環(huán)境和構(gòu)造活動控制，古城地區(qū)下古生界發(fā)育礁灘型和巖溶型2類4套碳酸鹽巖儲集層。本文中礁灘型儲集層不僅包括臺地邊緣礁灘復(fù)合體還包括臺內(nèi)顆粒灘，這類儲集層在寒武系和奧陶系均有發(fā)育，主要有中下奧陶統(tǒng)鷹山組下段云化灘儲集層和中上寒武統(tǒng)臺緣礁灘儲集層；巖溶儲集層主要發(fā)育在奧陶系，包括中下奧陶統(tǒng)鷹山組上段灰?guī)r與斷裂相關(guān)的巖溶儲集層和中奧陶統(tǒng)一間房組層間巖溶儲集層。

3.1 礁灘型儲集層

3.1.1 奧陶系鷹山組下段云化灘儲集層

奧陶系鷹山組沉積時期古城地區(qū)為寬緩的無鑲邊淺水碳酸鹽臺地（見圖6），受海平面頻繁升降的影響，臺內(nèi)灘在研究區(qū)大面積發(fā)育，中高能顆粒灘經(jīng)受白云石化及后期成巖流體改造形成大面積云化顆粒灘儲集層[32]。目前，已有多口井在該套儲集層中獲得工業(yè)氣流。

巖心薄片資料顯示，鷹山組下段云化灘儲集層巖性主要為結(jié)晶白云巖，以細(xì)—中晶為主，可分為兩類：①為可見殘余顆粒或顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)的細(xì)—中晶白云巖（見圖7a、圖7b）；②為無法識別原始結(jié)構(gòu)的中—粗晶白云巖（見圖7c）。儲集空間有晶間孔、晶間溶孔、溶洞及裂縫。其中晶間孔、晶間溶孔主要發(fā)育在自形—半自形細(xì)—中晶白云巖中，孔隙分布相對均勻（見圖7b）。溶蝕孔洞主要發(fā)育于重結(jié)晶強烈的中—粗晶白云巖中，白云石以半自形—它形為主，溶蝕孔洞分布不均勻，具有沿裂縫發(fā)育的特征，并常見石英、鞍形白云石等熱液礦物充填于孔洞中（見圖7c）。巖心實測鷹山組下段白云巖儲集層孔隙度為 0.2%～18.6%，優(yōu)質(zhì)儲集層段孔隙度主要分布在1%～3%，平均為1.9%；測井孔隙度為0.1%～5.6%，優(yōu)質(zhì)儲集層段孔隙度主要分布在2%～5%，平均為3%，總體為低孔-低滲的裂縫-孔隙、孔洞型儲集層。

鷹山組下段優(yōu)質(zhì)白云巖儲集層段常見殘余顆粒或顆?；糜敖Y(jié)構(gòu)，由此推斷，儲集層原始沉積相帶為高能顆粒灘沉積；晶間孔發(fā)育的細(xì)—中晶白云石晶面平直表明白云石化溫度較低，為準(zhǔn)同生-淺埋藏期的產(chǎn)物；溶蝕孔洞中見石英等熱液礦物充填表明儲集層發(fā)育受到熱液溶蝕作用的影響；巖心薄片中見到滲流粉砂充填于溶洞、裂縫中（見圖7d），表明儲集層遭受過大氣淡水溶蝕。綜上推斷鷹山組下段云化灘儲集層可能為高能顆粒灘遭受短暫的暴露溶蝕，同時受準(zhǔn)同生—淺埋藏滲透回流白云石化作用影響形成晶間孔發(fā)育的細(xì)—中晶白云巖，后期隨著埋深加大，在埋藏云化及重結(jié)晶作用下儲集層逐步致密化，后期受斷裂破裂作用和熱液溶蝕作用影響，儲集性能得到改善，形成現(xiàn)今具有相控、層控特征的裂縫-孔洞型儲集層。

在鉆井的標(biāo)定下，采用古地貌、地震相等分析技術(shù)對鷹山組下段云化灘儲集層分布進(jìn)行預(yù)測。云化灘儲集層主要發(fā)育于古地貌較高部位，具有寬緩的丘狀地震反射外形，內(nèi)部為弱連續(xù)—雜亂反射，兩翼具有被平行連續(xù)強反射超覆的特征（見圖6a）。根據(jù)上述特征，在古城三維區(qū)識別出3個灘帶、11個灘體，總分布面積約500 km2（見圖6b）。其中，中部灘帶水體能量高、云化適中，儲集層發(fā)育最好。

圖6 古城地區(qū)奧陶系鷹山組下段地震剖面圖（a）及沉積前古地貌圖（b）

3.1.2 中上寒武統(tǒng)臺緣礁灘體儲集層

中上寒武統(tǒng)臺緣礁灘體是古城地區(qū)物性最好的一套儲集層，以Ⅰ類、Ⅱ類儲集層為特征。CT1井鉆揭第3期臺緣礁灘體，測井解釋Ⅰ類裂縫-孔洞型儲集層54 m/9層，孔隙度為4.0%～11.2%；Ⅱ類孔洞型儲集層36 m/6層，孔隙度為2.0%～3.2%。GC4井鉆揭第4期臺緣礁灘體，測井解釋Ⅰ類裂縫-孔洞型儲集層23.5 m/4層，孔隙度為4.0%～9.1%；Ⅱ類孔洞型儲集層6.5 m/2層，孔隙度為2.7%～3.7%。巖心實測臺緣礁灘體儲集層孔隙度主要為1.2%～5.1%（平均值為2.4%），滲透率為（0.06～30.24）×10-3μm2，（平均值為 1.03×10-3μm2）。巖心、薄片資料分析認(rèn)為，古城地區(qū)中上寒武統(tǒng)臺緣礁灘體儲集層以顆粒白云巖（見圖7e）、礁（丘）微生物白云巖（見圖7f）、角礫白云巖（見圖7g）及晶粒白云巖為主。儲集空間可分為 2種類型：①組構(gòu)選擇性孔隙，包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、晶間溶孔等；②非組構(gòu)選擇性孔隙，以各類溶蝕孔洞及裂縫為主。粒間、粒內(nèi)溶孔主要發(fā)育在具殘余砂屑結(jié)構(gòu)的粉晶白云巖中（見圖7h），這類孔隙往往形成于成巖早期，與不穩(wěn)定礦物的選擇性溶蝕有關(guān)。溶蝕孔洞在各類白云巖中均有出現(xiàn)，其中角礫白云巖中溶蝕孔洞最為典型，以礫緣溶洞為主（見圖7g），另外在中粗晶半自形—它形白云巖中也有發(fā)育，孔洞形狀多樣，多與裂縫及溶縫伴生（見圖7i），溶蝕孔洞中見鞍形白云石、方解石及自生石英等多種熱液礦物充填物，表明其成因可能與多種熱液侵蝕性流體有關(guān)。

地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，顆粒白云巖、微生物白云巖碳同位素組成為-1.01‰～1.40‰（平均值為-0.08‰），與同時期海相方解石的碳同位素組成（-1.5‰～0.5‰）相近；氧同位素組成為-8.68‰～-5.73‰（平均值為-7.41‰），比同時期海相方解石的氧同位素組成（-6.9‰～-4.8‰）略偏負(fù)；同時具有低Fe-Mn（Fe含量為 873～7 005 μg/g，Mn 含量為 40～80 μg/g）、高 Sr-Na（Sr含量為 75～187 μg/g，Na 含量為1 800～2 200 μg/g），Eu、Ce無明顯異常的特征，δEu分布在 0.97～1.07、δCe分布在 0.88～1.07，指示該類白云巖可能為準(zhǔn)同生海源成因，儲集層形成與顆粒灘受準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕，形成組構(gòu)選擇性孔隙，后期成巖作用對原有孔隙繼承和改造有關(guān)。角礫云巖具有碳同位素組成（0.69‰～0.16‰）偏正，氧同位素組成（-10.01‰～-7.89‰）偏負(fù)，δEu正異常（1.01～1.44）、δCe負(fù)異常（0.86～0.96）。同時具有高 Fe-Mn，F(xiàn)e含量為 2 000～30 000 μg/g（平均為12 730 μg/g），Mn 含量為 300～2 000 μg/g（平均為 963 μg/g）；低 Sr-Na，Sr含量為 10～50 μg/g（平均為 16.6 μg/g），Na 含量為 200～600 μg/g（平均為 350 μg/g）。指示該類儲集層可能遭受過強烈的熱液改造，儲集層形成與微生物礁灘體早期遭受巖溶崩塌，形成角礫架空孔洞，后期受到熱液溶蝕及充填改造有關(guān)。

圖7 古城地區(qū)下古生界碳酸鹽巖儲集層薄片特征

依據(jù)地震反射結(jié)構(gòu)特征，在古城三維地震區(qū)刻畫出 4期臺緣礁灘體，其中Ⅰ、Ⅱ期發(fā)育于中寒武統(tǒng)，Ⅲ、Ⅳ期發(fā)育于上寒武統(tǒng)。4期臺緣礁灘體呈南北向條帶狀展布，逐期向東遷移，每期寬約5～10 km，厚約200～500 m，疊合面積約1 200 km2（見圖8）。

3.2 巖溶儲集層

巖溶儲集層的儲集空間以溶孔、溶洞及溶縫為特征，具有極強的非均質(zhì)性[33]。傳統(tǒng)意義上的巖溶儲集層都與明顯的地表剝蝕和峰丘地貌有關(guān)，或與大型的角度不整合有關(guān)，巖溶縫洞沿大型不整合面或峰丘地貌呈準(zhǔn)層狀分布，集中分布在不整合面之下 0～50 m的范圍內(nèi)[34]。本文所指的巖溶作用不局限于傳統(tǒng)意義上的巖溶，還包括同生期或準(zhǔn)同生期大氣淡水溶蝕作用及埋藏期熱液對碳酸鹽巖的溶蝕改造[11,35-37]。

圖8 古城地區(qū)三維地震區(qū)4期臺緣礁灘體厚度圖（a—d）及典型地震剖面圖（e）

3.2.1 奧陶系鷹山組上段斷控巖溶儲集層

斷控巖溶儲集層是指溶蝕性流體沿斷裂對圍巖發(fā)生溶蝕作用而形成的儲集層[35]。斷裂作為重要的流體通道，在儲集層形成過程中起著重要作用。流體在流經(jīng)斷裂的過程中會發(fā)生一系列的溶蝕-充填作用，形成一套與斷裂關(guān)系密切的孔洞縫系統(tǒng)。

鷹山組上段沉積時期，古城地區(qū)水體較深，能量較低，以發(fā)育開闊臺地相中低能灰?guī)r顆粒灘為主，巖性主要有泥?；?guī)r和粒泥灰?guī)r。原始沉積相帶物性差，儲集層致密。但受斷裂、熱液溶蝕改造后，儲集層物性可得到部分改善。由于古城地區(qū)沒有鉆遇該類儲集層的井，因此以與古城地區(qū)具有相似地質(zhì)背景的順南地區(qū)為例進(jìn)行說明。順南地區(qū)鉆遇鷹山組上段灰?guī)r儲集層的井多見漏失或放空，如SN4井在鷹山組上段放空 5.48 m，漏失鉆井液 3 700 m3，測試日產(chǎn)天然氣26×104m3，取心顯示致密灰?guī)r段溶蝕孔洞發(fā)育（見圖7j），洞壁見石英、螢石等熱液礦物充填，顆粒狀硅質(zhì)巖段發(fā)育溶蝕孔隙（見圖7k），見顆粒狀石英晶體及被溶蝕形成的晶間溶孔，表明該套儲集層的發(fā)育可能與斷裂及沿斷裂流動的熱液溶蝕作用關(guān)系密切。

順南地區(qū)斷控巖溶儲集層在地震剖面上表現(xiàn)為與北東向走滑斷裂相關(guān)的強振幅異常反射[37]。在古城地區(qū)同樣發(fā)育與北東向走滑斷裂相關(guān)的強振幅異常反射（見圖9a），平面上強振幅異常反射規(guī)模不大，1 500 km2三維區(qū)斷溶儲集層面積為96 km2（見圖9b），但垂向延伸厚度較大，達(dá)500～600 m（見圖9）。

3.2.2 奧陶系一間房組層間巖溶儲集層

奧陶系一間房組層間巖溶為小規(guī)模內(nèi)幕巖溶，即賦存于碳酸鹽巖層系內(nèi)、由不同時間尺度暴露溶蝕作用所形成的古巖溶，其規(guī)模受暴露溶蝕時間、構(gòu)造隆升幅度及其范圍控制。小規(guī)模內(nèi)幕巖溶為同生—準(zhǔn)同生期巖溶，大規(guī)模內(nèi)幕巖溶為與不整合有關(guān)的風(fēng)化殼巖溶，前者可稱為內(nèi)幕層間巖溶，后者可稱為內(nèi)幕風(fēng)化殼巖溶[36]。

圖9 古城地區(qū)三維區(qū)鷹山組過井地震剖面（a）及結(jié)構(gòu)張量屬性圖（b）

古城地區(qū)奧陶系一間房組巖溶即為同生—準(zhǔn)同生期小規(guī)模內(nèi)幕層間巖溶，其形成機制與高頻層序及三級層序向上變淺序列的暴露淋濾有關(guān)[38-39]。一間房組的灰?guī)r顆粒灘疊加早期短暫暴露淋溶的層間巖溶改造形成了該套儲集層。儲集層巖性以砂屑、生屑灰?guī)r（見圖7l）、鮞?；?guī)r（見圖7m）為主。儲集空間以鑄膜孔、粒內(nèi)微溶孔（見圖7o、圖7p）為主，其次是溶縫（見圖7n），溶孔具有明顯巖相選擇性。物性分析表明，一間房組層間巖溶儲集層孔隙度為0.4%～6.0%，平均為 2.47%，主要分布在 2%～4%；滲透率為（0.007～6.000）×10-3μm2，平均為 0.02×10-3μm2，主要分布在（0.01～0.02）×10-3μm2，為中低孔低滲儲集層?？紫抖扰c滲透率具有明顯的相關(guān)性，表明該套儲集層為孔隙型。由于儲集層受上覆泥巖/灰?guī)r的強巖性界面屏蔽效應(yīng)的影響，地震響應(yīng)特征不明顯，給儲集層預(yù)測帶來很大難度（見圖10）。

4 蓋層條件

古城地區(qū)下古生界發(fā)育 2套蓋層：①上奧陶統(tǒng)卻爾卻克組粉砂質(zhì)泥巖與中上奧陶統(tǒng)致密灰?guī)r組成的復(fù)合區(qū)域蓋層；②寒武系—中下奧陶統(tǒng)致密白云巖、泥云巖及致密灰?guī)r構(gòu)成的局部蓋層。在這 2套蓋層的分隔下形成了奧陶系、寒武系兩大含氣層系（見圖11）。

圖10 古城地區(qū)奧陶系一間房組地震反射特征（剖面位置見圖9b）

4.1 奧陶系蓋層

古城地區(qū)下奧陶統(tǒng)白云巖氣層之上是由厚約500 m的鷹山組上段—吐木休克組開闊臺地相致密灰?guī)r直接蓋層與厚約2 000～3 000 m的卻爾卻克組粉砂質(zhì)泥巖組成的復(fù)合區(qū)域蓋層。前人研究表明，當(dāng)區(qū)域蓋層與直接蓋層之間不發(fā)育規(guī)模儲集體時，其組合封蓋能力與區(qū)域蓋層相當(dāng)[40-41]。古城地區(qū)中上奧陶統(tǒng)致密灰?guī)r直接蓋層與上奧陶統(tǒng)卻爾卻克組泥巖區(qū)域蓋層之間不發(fā)育規(guī)模儲集層，因此，該套復(fù)合蓋層的封蓋能力與卻爾卻克組區(qū)域蓋層相當(dāng)。目前，古城地區(qū)發(fā)現(xiàn)的天然氣幾乎全部位于該套復(fù)合蓋層之下，蓋層之上油氣顯示微弱。

4.2 寒武系蓋層

由古城地區(qū)地層綜合狀圖（見圖1b）可以看出，寒武系—中下奧陶統(tǒng)不發(fā)育傳統(tǒng)意義上的鹽巖、膏巖、泥巖等優(yōu)質(zhì)蓋層，寒武系臺緣礁灘體以致密碳酸鹽巖作為蓋層[15]。以致密碳酸鹽巖作為蓋層的大油氣田已有報道[42-43]，但蓋層分布預(yù)測一直是個難題。目前致密碳酸鹽巖蓋層分布預(yù)測主要依靠井資料來完成[44]，古城地區(qū)鉆井資料很少，寒武系Ⅰ、Ⅱ期臺緣礁灘體暫無井鉆遇，Ⅲ、Ⅳ期臺緣礁灘體也僅有CT1井、CT2井鉆遇，因此主要是基于臺緣帶沉積演化、井標(biāo)定下的地震相分析來進(jìn)行寒武系蓋層分布預(yù)測。

圖11 古城地區(qū)蓋層與天然氣分布圖（剖面位置見圖1a；RLLD—深側(cè)向電阻率；RLLS—淺側(cè)向電阻率）

中寒武世—晚寒武世早期，古城地區(qū)為鑲邊型臺地邊緣，受臺緣的遮擋，臺內(nèi)發(fā)育蒸發(fā)環(huán)境。地震資料顯示，Ⅰ、Ⅱ期臺緣礁灘體西側(cè)上覆地層為連續(xù)強振幅反射（見圖12a），據(jù)塔中鉆井標(biāo)定為蒸發(fā)臺地相膏云巖沉積，依據(jù)沃爾索相律推測Ⅰ、Ⅱ期臺緣礁灘體之上的弱振幅較連續(xù)反射為蒸發(fā)臺地邊緣泥云坪沉積。晚寒武世末期，鑲邊臺緣演化為弱鑲邊臺緣，臺緣對臺內(nèi)的遮擋作用減弱，臺內(nèi)由局限環(huán)境演化為半局限環(huán)境，地震反射特征為弱振幅較連續(xù)反射（見圖12a）。據(jù)CT1井鉆井資料，Ⅲ期臺緣之上覆蓋厚約20 m的潮坪相粉晶云巖沉積（見圖12b），經(jīng)測試粉晶云巖突破壓力為 2.5～4.0 MPa，測井在礁灘體頂部解釋出4層厚30.8 m的水層，反映蓋層條件較差。早中奧陶世，臺地類型演化為弱鑲邊—無鑲邊碳酸鹽臺地，臺緣對臺內(nèi)失去遮擋作用，臺內(nèi)發(fā)育開闊臺地沉積，地震反射特征為弱振幅不連續(xù)反射（見圖12a）。據(jù)CT2井鉆井資料，Ⅳ期臺緣礁灘體之上覆蓋厚約180 m的蓬萊壩組開闊臺地相含砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r沉積（見圖12b），孔隙度為0.3%～0.7%，測試致密灰?guī)r的突破壓力為7～25 MPa，蓋層之下測井解釋出5層氣層和差氣層，全烴最高達(dá)48.4%，反映蓋層條件較好。

綜上所述，Ⅰ、Ⅱ期臺緣礁灘體以局限臺地泥云坪相泥質(zhì)云巖為蓋層，封蓋條件較好；Ⅲ期臺緣礁灘灘體以半局限臺地潮坪相粉晶云巖為蓋層，封蓋條件較差；Ⅳ期臺緣礁灘體以開闊臺地相致密灰?guī)r為蓋層，封蓋條件較好。

圖12 古城地區(qū)臺緣礁灘體地震剖面特征（a）和沉積模式圖（b）（剖面位置見圖8a）

5 氣藏特征與富集條件

近年的勘探成果顯示，古城地區(qū)以天然氣藏為主。本文通過天然氣組分研究、成因判識等，綜合分析古城地區(qū)天然氣來源與富集條件。

5.1 天然氣組分特征

目前古城地區(qū)的工業(yè)氣均產(chǎn)自奧陶系鷹山組下段白云巖地層中，GC6井8 mm油嘴日產(chǎn)氣26.4×104m3，GC8井8 mm油嘴日產(chǎn)氣47.84×104m3，GC9井13 mm油嘴日產(chǎn)天然氣107.8×104m3。天然氣組分特征如表2所示，以烴類氣體為主，含量為65.83%～90.96%。烴類氣體中甲烷含量高（約為65.6%～90.7%），干燥系數(shù)（C1/ΣC1—5）為99.5%～99.7%，屬于典型的高熱演化干氣。非烴類氣體以CO2和N2為主，其中CO2含量為4.71%～29.10%（平均為16.5%），N2含量為2.30%～4.77%（平均為4.08%），具有高含CO2、中含N2、不含H2S的特征。

表2 古城地區(qū)奧陶系鷹山組天然氣組成和碳同位素組成特征

5.2 天然氣成因來源

分析認(rèn)為古城地區(qū)天然氣為源自寒武系—中下奧陶統(tǒng)的高成熟油裂解氣，具體證據(jù)如下：①古城地區(qū)天然氣甲烷碳同位素組成分布于-35.1‰～-33.6‰，乙烷碳同位素組成分布于-38.7‰～-32.9‰（見表1），均低于腐殖型母質(zhì)來源的天然氣碳同位素含量分界值-28‰[45]，屬于典型的海相腐泥型母質(zhì)來源的油型氣；②根據(jù)戴金星建立的油型氣成熟度回歸公式計算其對應(yīng)的氣源巖Ro值為2.40%～3.32%，處于過成熟階段；③將測得的天然氣數(shù)據(jù)投影在李劍建立的裂解氣類型判別圖版上[46]，得出古城地區(qū)天然氣屬于油裂解氣（見圖13a）；④將古城地區(qū)天然氣與臺盆區(qū)不同源的其他區(qū)塊天然氣進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)古城地區(qū)天然氣與源自寒武系—中下奧陶統(tǒng)烴源巖的塔中、輪古東天然氣類似，而與源自中上奧陶統(tǒng)烴源巖的哈拉哈塘天然氣差別較大[47]（見圖13b）。

圖13 古城地區(qū)天然氣成因判識圖版（a）及塔里木盆地臺盆區(qū)天然氣對比圖（b）

5.3 天然氣富集條件

奧陶系天然氣分布宏觀上不受構(gòu)造控制，無統(tǒng)一的氣水界面，天然氣富集成藏主要受儲集層與氣源斷裂控制（見圖14）。當(dāng)儲集層發(fā)育且有氣源斷裂溝通時，普遍含氣，且構(gòu)造高部位天然氣充滿度較高，構(gòu)造低部位天然氣充滿度較低。如處于構(gòu)造高部位的GC6井、GC8井，鷹三段云化灘幾乎全被氣充滿，未見水；處于構(gòu)造低部位的GC13井，氣主要分布在大套白云巖儲集層的頂部，下部即使有物性相對較好的儲集層，含氣性也較差。當(dāng)氣源斷裂不發(fā)育時，即使有好儲集層，含氣性也較差，如GC10井鷹三段下部發(fā)育厚8.6 m的Ⅰ類儲集層，孔隙度為8%，測井解釋卻為水層?？傊?，奧陶系儲集層規(guī)?？刂屏藲獠匾?guī)模，蓋層與氣源斷裂控制了天然氣垂向聚集層位，構(gòu)造背景控制了有利聚集區(qū)，裂縫發(fā)育程度和儲集層物性決定了單井產(chǎn)能。

寒武系天然氣分布宏觀上也不受構(gòu)造控制，沒有統(tǒng)一的氣水界面（見圖14）。當(dāng)礁灘體蓋層與保存條件較好時，單個礁灘體就可形成單一的氣藏。當(dāng)礁灘體側(cè)向分隔性、蓋層條件或保存條件較差時，礁灘體圈閉含氣性就較差，如鉆揭Ⅲ期臺緣礁灘體的CT1井，由于礁灘體頂部蓋層?。▋H鉆揭25 m的潮坪相致密白云巖），切割礁灘體的斷裂發(fā)育，保存條件差，導(dǎo)致礁灘體整體含氣性較差，僅在下部差儲集層段見少量氣，頂部30多米厚的Ⅰ、Ⅱ類儲集層全部為水，表現(xiàn)出受圈閉有效性控制的巖性圈閉的特征。因此，礁灘體巖性圈閉的有效性可能決定了礁灘體能否有效成藏，礁灘體圈閉的規(guī)模可能決定了氣藏的規(guī)模，儲集層物性可能決定了單井產(chǎn)能。

圖14 古城地區(qū)氣藏剖面特征（剖面位置見圖1a）

6 勘探潛力與勘探方向

古城地區(qū)下古生界碳酸鹽巖共發(fā)育2類4套儲集層，基于天然氣基本成藏條件和勘探成果，對 4套儲集層勘探潛力與勘探方向進(jìn)行評價。

6.1 寒武系臺緣礁灘體勘探潛力與勘探方向

寒武系臺緣帶發(fā)育古城地區(qū)物性最好、規(guī)模最大的一套礁灘儲集體，且緊鄰寒武—中下奧陶統(tǒng)烴源巖，成藏條件優(yōu)越。一旦突破，將會有望發(fā)現(xiàn)大規(guī)模整裝氣藏的勘探領(lǐng)域，預(yù)測天然氣資源量可達(dá) 5 000×108m3。目前，針對寒武系臺緣礁灘體完鉆風(fēng)險探井3口，均見到良好油氣顯示，但皆因蓋層與保存條件差而失利。因此，加強蓋層與保存條件評價是古城地區(qū)寒武系臺緣礁灘體勘探成功的關(guān)鍵。前文評價Ⅰ、Ⅱ期臺緣礁灘體蓋層條件好，向北晚期斷裂不發(fā)育且烴源條件好，是寒武系風(fēng)險勘探的有利區(qū)。由于向北構(gòu)造部位變低，下一步應(yīng)加強上傾方向封堵性研究。

6.2 奧陶系鷹山組下段白云巖勘探潛力與勘探方向

奧陶系鷹山組下段白云巖是古城地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的儲蓋組合配置條件最好的一套目的層。儲集層為云化灘，宏觀上大面積分布，微觀上受沿斷裂的熱液溶蝕控制具有很強的非均質(zhì)性。蓋層為巨厚的卻爾卻克組泥巖和中上奧陶統(tǒng)致密灰?guī)r組成的復(fù)合區(qū)域蓋層，俗稱“黑被子”。雖然鷹山組下段白云巖與烴源巖不直接接觸，但古城地區(qū)北東向走滑斷裂發(fā)育，晚加里東—早海西期發(fā)育的北東向走滑斷裂與現(xiàn)今主應(yīng)力方向一致，開啟性好，是喜馬拉雅期裂解氣的主要氣源通道[48-52]。

目前，鷹山組下段白云巖也是古城地區(qū)勘探成效最佳的一套儲集層。自2011年以來針對奧陶系鷹山組下段白云巖完鉆探井18口，獲工業(yè)氣流井3口，低產(chǎn)氣流井4口，預(yù)測天然氣資源量約為1 500×108m3。雖然勘探前景廣闊，但鷹山組下段白云巖儲集層的非均質(zhì)性很強，決定了其難以形成大規(guī)模整裝氣藏，而是以大面積分布的小型氣藏群為特征，加強儲集層精準(zhǔn)預(yù)測與目標(biāo)精細(xì)評價成為研究重點。根據(jù)前文評價結(jié)果，中部灘帶水體能量高、云化適中、氣源斷裂發(fā)育，是增儲上產(chǎn)的主攻方向。

6.3 奧陶系鷹山組上段灰?guī)r勘探潛力

奧陶系鷹山組上段以灰?guī)r為主，地層原始沉積相帶差，膠結(jié)致密。據(jù)塔中北坡順托—順南地區(qū)的成功經(jīng)驗[48-52]，鷹山組上段灰?guī)r儲集層多發(fā)育在北東向斷裂帶附近，北東向走滑斷裂不僅對奧陶系碳酸鹽巖溶蝕孔洞-裂縫型儲集體發(fā)育具有控制作用而且對油氣輸導(dǎo)成藏也具有重要的控制作用。相對于順托—順南地區(qū)而言，古城地區(qū)走滑斷裂發(fā)育程度更高，除了多排北東向斷裂帶之外還發(fā)育多排北北東向斷裂，且北東向斷裂以張性正斷層為特征[52]，開啟性更好，更有利于熱液對儲集層的溶蝕改造和對油氣的輸導(dǎo)。因此，古城地區(qū)奧陶系鷹山組上段灰?guī)r斷控巖溶儲集層也是值得探索的風(fēng)險領(lǐng)域。

6.4 奧陶系一間房組顆?；?guī)r勘探潛力

古城地區(qū)及其鄰區(qū)多口井在奧陶系一間房組見到良好油氣顯示，商業(yè)性油氣發(fā)現(xiàn)只是存在于鄰區(qū)，如SB1-1H井在該層系獲日產(chǎn)油87 t、氣4×104m3高產(chǎn)工業(yè)油氣流；SN7井酸壓獲日產(chǎn)13.3×104m3工業(yè)氣流；GC11井鉆揭37.43 m/5層，全烴最高97.77%氣測顯示；GC17井見53.54 m/17層，全烴最大65.94%氣測顯示。一間房組顆粒灰?guī)r勘探潛力如何，關(guān)鍵在儲集層。鉆井揭示一間房組為受顆粒灘和早表生巖溶控制的裂縫-孔隙型儲集層，孔隙具有選擇性，儲集空間主要為粒內(nèi)溶孔、藻粒屑內(nèi)部的方解石晶間微孔，儲集性能中等偏差，儲集層單層厚度較薄，但平面分布規(guī)模較大，其資源潛力也不容小覷。隨著地震資料品質(zhì)的提高和酸化壓裂等儲集層改造技術(shù)的進(jìn)步，今后有望轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實領(lǐng)域。

7 結(jié)論

古城低凸起下古生界位于塔西碳酸鹽臺地向塔東盆地過渡的臺緣帶，鄰近寒武系—中下奧陶統(tǒng)烴源巖，發(fā)育中上寒武統(tǒng)臺緣礁灘、鷹山組下段云化灘、鷹山組上段灰?guī)r斷溶體、一間房組層間巖溶2類4套儲集層。

古城地區(qū)以中寒武統(tǒng)與中下奧陶統(tǒng)斜坡—盆地相烴源巖為主力烴源巖，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖推測在古城地區(qū)不發(fā)育。

下奧陶統(tǒng)白云巖氣層之上發(fā)育中奧陶統(tǒng)致密灰?guī)r與上奧陶統(tǒng)卻爾卻克組泥巖構(gòu)成的復(fù)合區(qū)域蓋層，封蓋條件好。寒武系與奧陶系之間缺乏良好的區(qū)域蓋層，以致密碳酸鹽巖做直接蓋層，封蓋條件一般。

古城地區(qū)天然氣為高溫原油裂解氣，氣源來自深層寒武系—中下奧陶統(tǒng)。奧陶系氣藏類型為受儲集層和氣源斷裂控制的巖性氣藏，儲集層規(guī)模控制了氣藏規(guī)模，蓋層與氣源斷裂控制了油氣垂向聚集層位，構(gòu)造背景控制了有利聚集區(qū)，裂縫發(fā)育程度和儲集層物性決定了單井產(chǎn)能。寒武系為受礁灘體圈閉有效性控制的巖性氣藏，蓋層與保存條件是成藏的關(guān)鍵，礁灘體巖性圈閉的有效性，決定了礁灘體成藏的有效性，礁灘體圈閉的規(guī)模決定了氣藏的規(guī)模，儲集層物性決定了單井產(chǎn)能。

基于天然氣基本成藏條件和勘探成果，對下古生界碳酸鹽巖2類4套儲集層天然氣勘探潛力進(jìn)行評價。鷹山組下段白云巖儲蓋組合配置好，勘探潛力巨大，中部灘帶是增儲上產(chǎn)的主攻方向；古城地區(qū)寒武系成藏條件優(yōu)越，Ⅰ、Ⅱ期臺緣礁灘體北部保存條件好，應(yīng)加快風(fēng)險勘探；與北東向走滑斷裂相關(guān)的鷹山組上段灰?guī)r斷溶體是值得探索的風(fēng)險領(lǐng)域，下一步需加強斷溶體刻畫和目標(biāo)準(zhǔn)備；層間巖溶控制的一間房組顆粒灘為潛在的勘探領(lǐng)域，需加強研究。