塔河油田T738井區(qū)奧陶系碳酸鹽巖巖溶發(fā)育特征及儲(chǔ)層控制因素分析

金燕林，王金柱

（1.中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.中國(guó)石化西北油田分公司基地管理中心，新疆烏魯木齊 830011）

塔河油田T738井區(qū)位于上奧陶統(tǒng)淺覆蓋區(qū)，貫穿型規(guī)模斷裂呈“棋盤(pán)”式展布，區(qū)內(nèi)發(fā)育一間房組、鷹山組兩套大型巖溶縫洞型儲(chǔ)層。前人從鉆井、巖心、成像測(cè)井及地震屬性等角度對(duì)井區(qū)的儲(chǔ)層發(fā)育類(lèi)型、成因機(jī)制進(jìn)行分析，認(rèn)為儲(chǔ)層表現(xiàn)出明顯的層控性，巖溶和斷裂對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育具有重要影響[1]，但關(guān)于儲(chǔ)層的發(fā)育特征及控制因素方面缺少詳細(xì)的論述。同時(shí)，隨著開(kāi)發(fā)的深入，井區(qū)面臨產(chǎn)量遞減、井間產(chǎn)能差異大、措施增油效果差等一系列問(wèn)題，表明對(duì)井區(qū)儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)特征及控制因素的認(rèn)識(shí)仍不夠清晰。研究表明，古地貌通過(guò)影響與不整合面發(fā)育相伴的巖溶作用強(qiáng)度，控制碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間的形成與展布[2–5]，而前人對(duì)塔河地區(qū)的古地貌恢復(fù)工作主要以巖溶高地的剝蝕區(qū)為主[6–8]，其方法和結(jié)果不能應(yīng)用于淺覆蓋區(qū)。因此，本文對(duì)研究區(qū)海西運(yùn)動(dòng)早期的古地貌特征進(jìn)行恢復(fù)，并結(jié)合古生物資料[9–10]、鍶同位素及流體包裹體等地球化學(xué)資料[11–19]，對(duì)井區(qū)巖溶發(fā)育特征及儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，為開(kāi)發(fā)部署尋找有利方向。

1 地質(zhì)概況

塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起阿克庫(kù)勒凸起西南部，西鄰哈拉哈塘凹陷，東靠草湖凹陷，南接滿加爾凹陷，呈向北東抬升、南西傾沒(méi)的鼻凸?fàn)睿▓D1）。海西運(yùn)動(dòng)早期古地貌恢復(fù)結(jié)果顯示，井區(qū)位于巖溶高地向巖溶盆地過(guò)渡的斜坡帶，地形高差較大，在北西向隆起的封擋作用下，巖溶水系大量匯聚、溶蝕，為巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育提供了有利的條件。由于加里東運(yùn)動(dòng)中期、海西運(yùn)動(dòng)早期構(gòu)造抬升和海平面下降的影響，上奧陶統(tǒng)地層遭到了不同程度地剝蝕。研究區(qū)位于桑塔木組尖滅線與恰爾巴克組尖滅線之間，主要發(fā)育良里塔格組泥灰?guī)r、恰爾巴克組含泥灰?guī)r、鷹山組和一間房組灰?guī)r。其中鷹山組和一間房組灰?guī)r巖性較純，是重要的儲(chǔ)層發(fā)育段。

2 巖溶作用類(lèi)型及特征

2.1 加里東運(yùn)動(dòng)中期巖溶作用特征

塔河地區(qū)在加里東運(yùn)動(dòng)中期發(fā)生的巖溶作用可分為3幕，主要發(fā)育中奧陶統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)之間的第I幕巖溶作用。前人研究表明，加里東運(yùn)動(dòng)中期，研究區(qū)發(fā)生了一次較大規(guī)模的海退[20–21]，中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖暴露于大氣水環(huán)境下，具有同生期巖溶的性質(zhì)，地層抬升幅度不大，地形高差小，巖溶持續(xù)的時(shí)間較短[22]，不具備發(fā)育大規(guī)模巖溶洞穴的條件[1]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

較大規(guī)模海退及海平面的頻繁變化，對(duì)該時(shí)期的巖溶作用造成了一定的影響。TS1井方解石鍶同位素為 0.708 8～0.709 7，與早奧陶世海洋鍶同位素值（0.708 7～0.709 4）相近，是海水環(huán)境中沉淀作用而形成。區(qū)內(nèi)共識(shí)別出三組牙形刺化石帶，集中于晚奧陶世近底部，其中兩組位于良里塔格組底部，一組位于恰爾巴克組上部，而中奧陶統(tǒng)與上奧陶統(tǒng)之間缺失牙形石帶，表明在中奧陶世末至早奧陶世初，即加里東運(yùn)動(dòng)中期第 I幕巖溶作用時(shí)期發(fā)生了沉積間斷。該時(shí)期巖溶作用時(shí)間較短，T738井、TS1井流體包裹體熒光顯示均為淡黃色、褐黃色，烴類(lèi)成熟度較低。因此，該時(shí)期未發(fā)育大規(guī)模的洞穴，以局部小規(guī)?？锥礊橹鳎瑓^(qū)內(nèi)有5口鉆井在上奧陶統(tǒng)泥灰?guī)r覆蓋區(qū)鉆遇孔洞，如TH10214井、TH10243井、TS3井、T751CH等井均在良里塔格組鉆遇漏失，T751井在恰爾巴克組鉆遇漏失，洞體規(guī)模均不大。

2.2 海西運(yùn)動(dòng)早期巖溶作用特征

海西運(yùn)動(dòng)早期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在研究區(qū)表現(xiàn)為上奧陶統(tǒng)與上泥盆統(tǒng)東河塘組之間的不整合面， 該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的地層抬升幅度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，地層剝蝕厚度大，研究區(qū)中下泥盆統(tǒng)、志留系、上奧陶統(tǒng)桑塔木組地層被剝蝕殆盡，部分良里塔格組、恰爾巴克組地層也遭受不同程度地剝蝕。中下奧陶統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間接受大氣淡水的巖溶改造，形成規(guī)模巨大的巖溶系統(tǒng)，裂縫、孔洞、大型洞穴等儲(chǔ)集空間發(fā)育程度高。

海西運(yùn)動(dòng)早期，研究區(qū)斷裂極其發(fā)育，主要受到早期北西–南東向的應(yīng)力場(chǎng)作用[23–25]，共有北西、北東、近東西三組方向，呈“棋盤(pán)”式展布。區(qū)內(nèi)斷距較小，斷裂的形成以平移應(yīng)力為主，橫向延伸規(guī)模最大達(dá)7.3 km，縱向上斷至T76，少數(shù)斷至T78。廣泛發(fā)育的斷裂為巖溶水系的溶蝕改造、大型洞穴的形成提供了有利條件。52口鉆井中，放空、漏失井25口，占48%；37層放空漏失井段中，有32層發(fā)生在一間房組和鷹山組，占86.5%，放空漏失規(guī)模最大的溶洞達(dá)23.57 m（TH10299X井溶洞發(fā)育段6 126.53～6 150.10 m），測(cè)井資料解釋的最大未充填溶洞達(dá)17.00 m（TH10285井溶洞發(fā)育段5 979.50～5 996.50 m）。由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較弱，海西運(yùn)動(dòng)早期巖溶形成的儲(chǔ)集空間保存條件較好，未被充填。

3 儲(chǔ)層特征及控制因素分析

3.1 儲(chǔ)層發(fā)育特征

（1）儲(chǔ)層垂向分帶性明顯。研究區(qū)位于巖溶斜坡帶，即連接巖溶高地與巖溶盆地的過(guò)渡帶，海西早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，上奧陶統(tǒng)地層淺覆蓋，地層壓力較小。地表水系順地層尖滅帶側(cè)向補(bǔ)給，與廣泛發(fā)育的規(guī)模斷裂充分接觸，地表水、地下水的溶蝕范圍明顯擴(kuò)大，溶蝕作用增強(qiáng)[26]。同時(shí)，由于地層承壓能力較弱，大部分水順貫穿型深大斷裂向上運(yùn)移至地表，完成泄水，形成廣泛的巖溶區(qū)。區(qū)內(nèi)巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育在縱向上表現(xiàn)出明顯的分帶性，可劃分為垂向滲濾帶、徑流溶蝕帶，并在區(qū)域上具有成層性和對(duì)比性。綜合測(cè)井、鉆井、巖溶、巖溶水流方式、巖溶特征等要素，初步建立了T738井區(qū)古巖溶垂向結(jié)構(gòu)判別標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 T738井區(qū)古巖溶垂向結(jié)構(gòu)判別標(biāo)準(zhǔn)

（2）斷裂是儲(chǔ)層發(fā)育的主要控制因素。鉆井顯示，高產(chǎn)井主要集中于斷裂條帶，將振幅變化率與相干屬性相疊合，發(fā)現(xiàn)井區(qū)內(nèi)異常能量體在平面上主要沿?cái)嗔蜒由旆较虬l(fā)育，即斷裂走向控制巖溶帶的走向。這也表明，巖溶水系沿?cái)嗔严聺B、溶蝕、排泄的過(guò)程，正是儲(chǔ)層形成的過(guò)程（圖2）。

圖2 T738井區(qū)平面振幅變化率與相干疊合分析

3.2 儲(chǔ)層控制因素分析

研究區(qū)縱向上發(fā)育一間房組、鷹山組兩套儲(chǔ)層，除古地貌影響外，斷裂是最重要的儲(chǔ)層控制因素。本次研究借助張量屬性對(duì)北西、北東、近東西向三組斷裂進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示，沿?cái)嗔寻l(fā)育方向，近東西向、北東向的①、②、③號(hào)斷裂呈現(xiàn)層狀溶蝕特征，連續(xù)性好；北西向④、⑤、⑥號(hào)雁列式斷裂橫向溶蝕面連續(xù)性差（圖3）。分析認(rèn)為，海西運(yùn)動(dòng)早期，地層在北西–南東向應(yīng)力作用下形成北西、北東向斷裂，在后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生調(diào)整，形成了近東西向斷裂，并對(duì)先期的北西向斷裂進(jìn)行切割和錯(cuò)斷。

北東向巖溶水系沿可溶性巖層面進(jìn)入研究區(qū)后，在不同方向的斷裂發(fā)育部位溶蝕作用存在明顯差異。其中，北西向斷裂走向與主水流方向垂直，水動(dòng)力條件強(qiáng)，流體沿層面和層間斷裂運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行“層間–斷裂網(wǎng)絡(luò)”型溶蝕，同時(shí)形成一間房組、鷹山組兩套地層溶蝕；北東向斷裂與主水流方向斜交，水動(dòng)力條件轉(zhuǎn)弱，逐步過(guò)渡為靜水沉積環(huán)境，區(qū)域沉積相類(lèi)型為開(kāi)闊臺(tái)地相或臺(tái)內(nèi)灘相，T738井取心資料中可見(jiàn)海綿、海藻及海百合等窄鹽度碎屑，與前人認(rèn)識(shí)相符[27–28]，巖溶水沿多角度裂縫側(cè)向、垂向溶蝕，主要發(fā)育一間房組儲(chǔ)層；近東西向斷裂走向與主水流方向平行，由于其對(duì)北西向斷裂的錯(cuò)斷與調(diào)整，部分水系改道并沿?cái)嗔衙嫦聺B溶蝕，形成鷹山組地層溶蝕，但水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，TS3井在鷹山組的取心粒屑大小不均，呈棱角狀，顆粒分選磨圓度差，表明水流的沖刷改造作用較小，故在該方向上發(fā)育的儲(chǔ)層性能較差。綜上所述，斷裂發(fā)育方向的差異導(dǎo)致儲(chǔ)集空間發(fā)育不同，根據(jù)斷裂走向與主水系方向的交互關(guān)系，總結(jié)了三種儲(chǔ)層發(fā)育模式（圖 4）：即北西向斷裂走向與主水流方向垂直，水動(dòng)力條件強(qiáng)，流體沿層面和層間斷裂運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行“層間–斷裂網(wǎng)絡(luò)”型溶蝕，同時(shí)形成一間房組、鷹山兩套地層溶蝕；北東向斷裂與主水流方向斜交，水動(dòng)力條件轉(zhuǎn)弱，巖溶水沿多角度裂縫側(cè)向、垂向溶蝕，主要發(fā)育一間房組地層；近東西向斷裂與主水流方向平行，部分水系改道并順斷裂面下滲溶蝕，形成鷹山組地層溶蝕。

圖3 不同方向斷裂的張量屬性

圖4 T738井區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育模式

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）塔河油田T738井區(qū)主要發(fā)育加里東運(yùn)動(dòng)中期Ⅰ幕、海西運(yùn)動(dòng)早期兩期巖溶作用，加里東運(yùn)動(dòng)中期Ⅰ幕巖溶持續(xù)的時(shí)間較短，不具備發(fā)育大規(guī)模巖溶洞穴的條件，但該時(shí)期形成的溶蝕孔隙保存條件較好，為后期巖溶作用提供了較好的孔滲通道。海西運(yùn)動(dòng)早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)幅度大，地層剝蝕厚度大，巖溶作用持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，形成規(guī)模巨大的巖溶系統(tǒng)，裂縫、孔洞、大型洞穴等儲(chǔ)集空間發(fā)育程度高，且儲(chǔ)集空間保存條件較好。

（2）巖溶水系順層溶蝕，同時(shí)沿?cái)嗔衙嫦聺B，發(fā)育了垂向滲濾帶及水平徑流帶，在縱向上形成一間房組、鷹山組兩套儲(chǔ)層。平面上，儲(chǔ)層主要沿?cái)嗔蜒由旆较虺蕳l帶狀分布。根據(jù)斷裂走向與主水流方向的交互關(guān)系，總結(jié)了三種儲(chǔ)層發(fā)育模式。