濱里海盆地東緣塔克爾構造石炭系臺內(nèi)灘儲層特征及主控因素

吳嘉鵬 程曉東 金樹堂 范樂元 郭 凱 盛善波 冉懷江

(1. 中國石油測井公司國際公司， 北京 100101；2. 中國石油阿克糾賓油氣股份公司， 哈薩克斯坦 阿克糾賓 030000)

0 前言

近年來，碳酸鹽巖灘相油氣勘探工作取得了一系列進展，發(fā)現(xiàn)了多個大油田，如塔里木盆地奧陶系[1-4]、四川盆地震旦系 — 寒武系[5-8]以及阿姆河盆地中上侏羅統(tǒng)卡洛夫 — 牛津階[9-10]等，這些油田儲層均為灘相優(yōu)質(zhì)儲層。學者們就濱里海盆地東緣石炭系碳酸鹽巖儲層作了一系列研究。方甲中等人研究認為，扎那若爾油田碳酸鹽巖儲層主要分為裂縫型、孔洞縫復合型、微裂縫-孔隙型、孔隙型4種類型[12]。梁爽等人研究認為，濱里海盆地東南緣碳酸鹽巖臺地發(fā)育以孔隙為主的儲層，后期受白云巖化、淋濾、重結晶等過程的共同作用。同時，臺地生長過程中主要受相對海平面變化的影響，構造運動控制著臺地位置、形態(tài)、沉積相帶分布及地層結構，水動力條件的強弱決定了沉積物的類型[13]。郭凱等人對北特魯瓦地區(qū)儲層作了研究，發(fā)現(xiàn)白云巖類型與儲集物性具有明顯的相關性，自早二疊世以來埋藏期各類裂縫的發(fā)育及酸性流體的溶蝕作用對儲層晚期擴孔改造至關重要[14]。但是，目前關于濱里海盆地東緣塔克爾構造石炭系灘相沉積特征、儲層分布及其主控因素的報道很少看到。

2002年，中石油集團公司簽署了濱里海盆地東緣中區(qū)塊風險勘探項目。目前，已成功探明億噸級油田 —— 北特魯瓦油田，并順利轉開發(fā)。在后續(xù)的甩開勘探和滾動勘探中也相繼取得新進展，發(fā)現(xiàn)了北特魯瓦斜坡區(qū)巖性油藏及塔克爾含油構造。塔克爾含油構造位于中區(qū)塊南部，區(qū)域整體構造樣式與北特魯瓦油田相類似，均為西傾斜坡、北東向大型鼻狀構造。在首次發(fā)現(xiàn)的T-1井，經(jīng)KT-Ⅱ層試油后獲得工業(yè)油流，酸壓后折日產(chǎn)油量27 m3。后續(xù)鉆探中，在T-3井、T-5井等多口井也發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油流。這揭示了塔克爾構造石炭系碳酸鹽巖巨大的勘探潛力。但在勘探實踐中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)儲層主要為灘相沉積，解釋油層單層有效厚度薄、孔隙度低、滲透率較低，為低孔低滲儲層，而且儲集空間展布復雜、非均質(zhì)性強，優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育展布規(guī)律及主控因素不明。開展灘相儲層特征及主控因素研究對于塔克爾地區(qū)的高效勘探開發(fā)具有重要意義。

本次研究利用了巖心、薄片、鉆測井、地震、分析化驗等資料，基于塔克爾地區(qū)石炭系碳酸鹽巖灘體類型及儲層特征，重點分析古地貌、海平面的變化以及溶蝕作用對灘相儲層發(fā)育及分布的控制。

1 地質(zhì)背景

濱里海盆地位于東歐克拉通東南部，面積約50×104km2，整體呈橢圓狀。盆地的西部和北部均與俄羅斯地臺相鄰，東南部和西南部邊界分別為南恩巴褶皺帶、卡爾平褶皺帶，東部邊界為烏拉爾褶皺帶的南端[12-15]。盆地內(nèi)部可劃分為4個次一級構造單位，分別是北部 — 西北部斷階帶、中央坳陷帶、南部隆起帶和東部隆起帶。在東部隆起帶，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了肯基亞克、扎那若爾、北特魯瓦等一系列大型及特大型碳酸鹽巖油氣田[12-15]。濱里海盆地區(qū)域構造及地層如圖1所示。

圖1 濱里海盆地區(qū)域構造及地層柱狀圖[16-17]

研究區(qū)位于濱里海盆地東部隆起的延別克 — 扎爾卡梅斯隆起帶，石炭系發(fā)育淺海碳酸鹽巖臺地沉積，在縱向上自上而下包括KT-Ⅰ和KT-Ⅱ 這2套含油層系。目的層段KT-Ⅱ含油層系以開闊臺地相為主(見圖2)，臺地灘相儲層是研究區(qū)內(nèi)重點鉆探目標[12，18]。KT-Ⅱ層系劃分為Г、Д油層組，分別分為6個油層(Г1-Г6)和5個油層(Д1-Д5)。上石炭統(tǒng)MKT泥巖沉積是KT-Ⅱ含油層系的直接蓋層，局部厚度可達600 m。良好的儲蓋組合使得KT-Ⅱ碳酸鹽巖儲集了豐富的油氣。

圖2 研究區(qū)古地貌疊合灘體分布

2 灘相地球物理響應特征

2.1 地震反射特征

在地震資料上，KT-Ⅱ開闊臺地灘相基本表現(xiàn)為連續(xù)弱振幅反射，頻率相對較低，內(nèi)部可見灘體遷移形成側積現(xiàn)象。臺內(nèi)灘地震反射典型剖面如圖3所示。與常見的生物礁向上凸起的丘形反射特征不同，灘相沒有像周緣地層一樣出現(xiàn)明顯的地層增厚現(xiàn)象。其礁體內(nèi)部往往反射雜亂、成層性差，兩翼多存在地層超覆現(xiàn)象；而灘相沉積連續(xù)性相對較好，但因為整體沉積較純凈，地震反射頻率較低。

圖3 臺內(nèi)灘地震反射典型剖面

2.2 測井響應特征

在常規(guī)測井曲線上，灘相沉積主要表現(xiàn)出低伽馬、低電阻率等特征。由于物性條件相對較好，因此在灘體發(fā)育段中子數(shù)升高，密度值減小，聲波時差則明顯增大。在成像測井圖上，則表現(xiàn)為暗黃色的低阻反射，偶見正弦曲線狀反射特征裂縫，以及呈暗黃色斑點狀的溶蝕孔洞。以臺內(nèi)灘T-2井為例進行分析，其測井響應特征如圖4所示。

圖4 臺內(nèi)灘T-2井測井響應特征

周圍的致密灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等物性條件較差巖層，則表現(xiàn)出相對高阻、低時差、低中子、高密度等特征，伽馬值略有增加并夾雜有尖刺狀突起。在成像測井圖上，致密泥晶灰?guī)r出現(xiàn)亮黃色高阻塊狀反射。

3 臺內(nèi)灘類型及特征

KT-Ⅱ開闊臺地臺內(nèi)灘發(fā)育有多種顆粒類型，以生屑、藻屑為主，也有部分鮞粒、砂屑、有孔蟲等顆粒。按照顆粒類型，可將臺內(nèi)灘劃分為生屑灘、藻屑灘、有孔蟲灘、鮞粒灘等多種類型(見圖5)。其中，大部分灘體沉積時水體能量強，膠結物以亮晶膠結物為主；少量低能灘體沉積，顆粒之間為泥晶方解石膠結。

圖5 臺內(nèi)灘巖性及孔隙特征

生屑/藻屑灘(球粒藻屑灘、生屑藻屑灘、藻屑生屑灘)巖石類型主要為亮晶生屑灰?guī)r、泥晶球粒藻粒生屑灰?guī)r等(見圖5a、b)。生屑/藻屑灘含有多種顆粒組分，其中的生物主要有苔蘚蟲、介形蟲、腕足類、球瓣蟲等，見少量三葉蟲，主要分布于KT-Ⅱ的Г層，部分分布于Д層?？傮w上，孔洞類型以殘余粒間孔、粒內(nèi)孔、體腔孔為主(見圖5b)，儲滲性較差；Д層局部發(fā)育粒間溶孔孔洞，儲滲性較好(見圖5a)。

有孔蟲灘巖石類型主要有亮晶珊瑚有孔蟲灰?guī)r、亮晶紅藻有孔蟲灰?guī)r、亮晶砂屑有孔蟲云質(zhì)灰?guī)r等(見圖5c、d)。有孔蟲灘在KT-Ⅱ層系的分布較多，主要位于Г2 — Г6油層，以粒間(溶)孔、粒內(nèi)孔、體腔孔為主(見圖5c、d)，部分連通性較好。微孔分布較普遍，保存于生屑殼壁中或顆粒中的泥晶部分。

鮞粒灘(砂屑鮞粒灘、表鮞粒灘、球粒鮞粒灘)主要巖性有亮晶鮞?；?guī)r、亮晶砂屑表鮞?；?guī)r、亮晶球粒鮞?；?guī)r等(見圖5e — i)。主要分布于KT-Ⅱ的Г3、Г6、Д1油層內(nèi)，孔隙以鑄?？住⒘?nèi)孔為主，部分粒間溶孔，總體以孤立孔為主，局部儲滲性較好(見圖 5e — i)。

砂屑灘(生屑砂屑灘、鮞粒砂屑灘、有孔蟲砂屑灘)主要巖石類型有亮晶生屑砂屑灰?guī)r、亮晶有孔蟲砂屑灰?guī)r、亮晶鮞粒砂屑灰?guī)r等。砂屑灘在KT-Ⅱ層系的分布有限，僅在T-1井發(fā)育，孔隙以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔為主，總體連通性差，部分較好。

4 臺內(nèi)灘儲層類型及特征

4.1 儲集空間類型

由研究區(qū)薄片資料及巖心觀察分析數(shù)據(jù)可知，KT-Ⅱ臺內(nèi)灘儲層儲集空間主要包括原生粒間孔，以及次生的晶間溶孔、粒間溶孔、微裂縫、粒內(nèi)孔、鑄模孔等。其中粒間溶孔、晶間溶孔為主要儲集空間，而構造縫、溶縫等微裂縫，對于改善儲集空間連通性起著非常重要的作用。

剩余原生粒間孔整體不發(fā)育，偶見發(fā)育層段內(nèi)的分布也極不均勻，其孔徑普遍小于0.1 mm，少數(shù)達0.3 mm。此外，粒間孔之間的連通性往往較差，難以形成較好的儲集空間。

與粒間孔相比，粒間溶孔、晶間溶孔的形態(tài)不規(guī)則，邊緣多呈毛刺狀或港灣狀。其孔徑一般為0.3～0.6 mm，往往呈斑塊狀集中，極不均勻。在部分溶蝕作用較強的區(qū)域，其孔徑可達1.0 mm，甚至形成洞徑2.7 mm的溶洞。其整體連通性優(yōu)于原生粒間孔，對儲層的貢獻大，是非常重要的儲集空間類型。

研究區(qū)內(nèi)微裂縫對于各種儲集空間的連通具有非常重要的意義。通過鑄體薄片觀察可知，微裂縫雖然延伸短，但是寬度大(可達0.5 mm)，而且基本無充填。部分溶縫將孤立的鑄?？?、體腔孔等串聯(lián)起來，從而形成有效的儲集空間。

研究區(qū)也可見少量粒內(nèi)孔及鑄?？?。古串珠蟲、布拉迪蟲和介形蟲等體腔孔均有粗大孔隙，孔徑可達0.2～0.4 mm，部分鑄模孔發(fā)育。若有裂縫等溝通，可以形成很好的儲集空間。

4.2 儲層分類

在儲集空間類型及組合研究的基礎上，將研究區(qū)臺內(nèi)灘儲層劃分為孔洞縫型、裂縫孔隙型和孔隙型。其中，裂縫及孔洞發(fā)育的典型巖心如圖6所示，各類型儲層的測井特征如圖7所示。

孔洞縫型儲層多為生屑藻屑顆粒灰?guī)r。從巖心溶蝕孔洞特征來看，各井溶洞的非均質(zhì)性較強。其中巖溶發(fā)育較強者的洞徑一般為0.5～2.2 cm，最大可達6.0 cm，較弱者的洞徑一般為0.1～1.0 cm(見圖6a)；洞密度一般大于40個/m，最高可達220個/m；面洞率一般大于2%，最高可達50%。在巖心上，裂縫寬度為1～2 mm，密度為2～10條/m。以高角度-垂直縫為主，其次為斜交縫。在測井圖上，巖溶較強者可見孔洞成片分布，較弱者分布較分散或顯示不明顯；高角度-垂直縫響應呈斷續(xù)狀，較難拾取(見圖7a)。

裂縫孔隙型儲層主要為生屑藻屑顆粒灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、砂屑灰?guī)r等。在巖心上，溶蝕孔洞以小于1.0 mm的溶孔為主，洞密度一般低于40個/m，面洞率一般低于2%；裂縫寬度為0.5～2.0 mm，密度為2～9條/m，且以高角度-垂直縫為主，部分井存在斜交縫、平縫及少量縫合線(見圖6b、d)。在成像測井圖上，孔洞分布稀疏，高角度-垂直縫響應呈斷續(xù)狀，斜交縫響應特征較好(見圖7b)。

孔隙型儲層分布于生屑藻屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、有孔蟲灰?guī)r等多種巖石類型中。裂縫不發(fā)育，成像測井圖上顯示出高阻斑塊及低阻斑點，灰?guī)r則僅顯示出層理面(見圖7c)。

研究區(qū)儲層孔隙結構復雜，孔喉以微孔為主。綜合試油結果、巖石物理、巖心薄片及儲層分類等資料，認為孔洞縫型及部分裂縫孔隙型儲層粒間溶孔、晶間孔、鑄?？椎劝l(fā)育，構造裂縫、溶蝕縫等起到良好的溝通作用，孔滲條件好，該儲層是Ⅰ類儲層。

5 臺內(nèi)灘儲層主控因素

濱里海盆地塔克爾構造區(qū)域石炭系KT-Ⅱ儲層主要發(fā)育于臺內(nèi)灘相沉積體中，灘相沉積是其形成的物質(zhì)基礎，臺內(nèi)灘相沉積有利于孔隙的形成。除此之外，古地貌、溶蝕作用及裂縫發(fā)育等也對儲層發(fā)育具有關鍵性的控制作用。

5.1 古地貌

沉積古地貌差異是臺內(nèi)灘發(fā)育的重要基礎。利用殘余地層厚度法，對研究區(qū)內(nèi)KT-Ⅱ底部維憲階古地貌進行了恢復(見圖2)。研究區(qū)東側位于向海一側，由古地貌與灘體分布的疊加圖可知，東側古地貌相對高部位的灘體發(fā)育較充分。古地貌的位置高、水體淺、能量強，因此適宜大量淺水生物的生長和沉積聚集，易于形成臺內(nèi)灘；而且，當海平面下降時，古地貌高部位沉積的臺內(nèi)灘會向斜坡部位側向遷移，從而形成地震剖面上的側積現(xiàn)象。研究區(qū)長期位于浪基面之下的古地貌低部位，水體能量低，沉積物以細粒的泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等為主，臺內(nèi)灘發(fā)育程度較差，因而儲層不發(fā)育。

5.2 溶蝕作用

研究區(qū)KT-Ⅱ層系經(jīng)歷了表生溶蝕作用、埋藏溶蝕作用等多期次、多類型溶蝕作用。如前所述，本區(qū)臺內(nèi)灘儲層主要儲集空間為粒間溶孔、晶間溶孔、鑄模孔等孔隙，原生粒間孔占比很小，因此溶蝕作用是形成臺內(nèi)灘儲層的關鍵因素。

在準同生期，灘體未經(jīng)埋藏壓實，固結較弱，某些顆粒及其內(nèi)部發(fā)生選擇性溶蝕，從而形成鑄?？?、粒內(nèi)溶孔等孔隙空間。進一步暴露后，灘體受到非選擇性溶蝕改造。在這類早表生期的溶蝕作用下形成粒間溶擴孔，后期埋藏部分保留而形成優(yōu)質(zhì)儲層。這類溶蝕作用主要發(fā)生在四級層序高位域上部，受海平面下降的影響而短期暴露，經(jīng)溶蝕改造形成層狀層間儲層，以KT-Ⅱ的Г層為代表(見圖8)。

另外，構造抬升等造成盆地大范圍的不整合和沉積間斷，已沉積灘體大范圍、長時間暴露，易于形成以溶洞、粒間溶擴孔等為主的非選擇性溶蝕。KT-Ⅱ內(nèi)部巴什基爾階頂部(即Г層與Д層)分界面為區(qū)域性不整合面，因而下伏Д層明顯受到不整合面附近的表生作用改造。在研究區(qū)內(nèi)，Д層儲層橫向連續(xù)性較好，且縱向厚度大(見圖8)。

圖8 塔克爾構造KT-Ⅱ連井沉積及儲層對比圖

5.3 裂縫

研究區(qū)石炭系碳酸鹽巖儲層中構造微裂縫相對較發(fā)育，且類型多樣。巖心上可見高角度縫、垂直縫及近水平縫等多類型裂縫及其形成的裂縫網(wǎng)絡(見圖6b、c、d)。薄片上可見張開縫、剪切縫及構造溶縫等多種類型的構造裂縫，而且這些裂縫除了本身可以增加儲集空間之外，還將孤立的鑄?？住⒘?nèi)孔及粒間溶孔等溝通起來，增強了儲層的孔滲性能及有效性(見圖5g、h、j)。多塊KT-Ⅱ取心中，裂縫縫面顯示出明顯的油跡甚至含油，更加證明了裂縫對于儲層有效性及油氣滲流的重要意義，而區(qū)域構造裂縫是有效儲層形成的重要條件(見圖6b、c、d)。

6 結 語

濱里海盆地東緣塔克爾構造石炭系KT-Ⅱ含油層系主要儲層為開闊臺地臺內(nèi)灘。按照顆粒類型不同，可劃分為生屑灘、藻屑灘、有孔蟲灘及鮞粒灘等多種類型。

粒間溶孔、晶間溶孔等是研究區(qū)KT-Ⅱ臺內(nèi)灘儲層主要的儲集空間，而構造縫、溶縫等微裂縫，對于改善儲集空間連通性，具有非常重要的作用。在儲集空間類型及組合等研究基礎上，將研究區(qū)臺內(nèi)灘儲層劃分為孔洞縫型、裂縫孔隙型及孔隙型3類。其中，孔洞縫型及部分裂縫孔隙型儲層是研究區(qū)內(nèi)的Ⅰ類儲層，粒間溶孔、晶間孔、鑄?？椎劝l(fā)育，構造裂縫、溶蝕縫等起到良好的溝通作用，孔滲條件好。

古地貌、溶蝕作用以及裂縫對臺內(nèi)灘儲層的形成及分布具有明顯的控制作用。古地貌高部位水體淺、能量強，利于各種生物繁育堆積并形成各類臺內(nèi)灘，這是形成灘相儲層的物質(zhì)基礎。次生的溶蝕孔隙、孔洞是研究區(qū)臺內(nèi)灘儲層的重要儲集空間，準同生期、表生期等多期次、多類型的溶蝕作用是形成臺內(nèi)灘儲層的關鍵因素。構造裂縫、溶縫對于鑄?？?、體腔孔等相對孤立儲集空間的有效性溝通以及提升原有儲集空間的滲流性，都具有積極作用，是形成有效儲層的重要條件。