塔里木盆地順南地區(qū)深層碳酸鹽巖熱液溶蝕及其油氣勘探意義
——以順南蓬1井為例

韓 俊,董少峰,尤東華,張 勝,肖重陽,王英明

1.中國(guó)石化 西北油田分公司,烏魯木齊 830011;2.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,成都 610500;3.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所,江蘇 無錫 214126;4.中地同創(chuàng)(武漢)能源科技有限公司,武漢 430000

大量研究表明,與構(gòu)造—斷裂活動(dòng)相關(guān)的熱流體對(duì)深埋碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育具有積極的建設(shè)性作用,認(rèn)為當(dāng)深部熱流體在沿?cái)嗔?、裂縫進(jìn)行垂向和/或側(cè)向運(yùn)移的過程中,往往會(huì)與圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的水—巖反應(yīng)和物質(zhì)交換,通常表現(xiàn)為對(duì)圍巖(碳酸鹽巖)的強(qiáng)烈溶蝕、交代、膠結(jié)和充填作用,從而改善碳酸鹽巖的儲(chǔ)集性能,有利于形成良好的油氣儲(chǔ)層[1-6]。但也有學(xué)者持反對(duì)意見,認(rèn)為深層—超深層埋藏條件下熱流體的溶蝕改造,不可能形成規(guī)模性的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[7]。因此,熱液流體活動(dòng)對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的改造是一復(fù)雜的動(dòng)態(tài)平衡過程,需要辯證地看待。

隨著勘探的深入、鉆井技術(shù)和裝備的不斷提高,塔里木盆地順托果勒地區(qū)中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖的油氣勘探獲得重大突破,18條主干走滑斷裂帶探明地質(zhì)儲(chǔ)量約17億噸油當(dāng)量[8]。走滑斷裂帶是最重要的油氣富集區(qū)帶,縫洞型儲(chǔ)集體的形成與斷裂活動(dòng)及成巖流體的溶蝕改造密切相關(guān)[9-10]。目前,相關(guān)斷控型儲(chǔ)層的研究集中體現(xiàn)在利用各種地球物理手段刻畫、解釋縫洞體的規(guī)模,而對(duì)與斷裂相關(guān)的成巖流體的性質(zhì)、演化與溶蝕改造機(jī)制的研究還很少涉及。由于順北地區(qū)目的層埋藏深、地震資料品質(zhì)差、鉆遇/鉆穿白云巖的井(尤其是寒武系)稀少等原因,導(dǎo)致對(duì)深層—超深層白云巖儲(chǔ)層成因、儲(chǔ)層品質(zhì)與分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)還非常薄弱,存在很大的不確定性,嚴(yán)重制約了油氣的進(jìn)一步勘探。

受鉆井巖心資料的制約,本文以順南蓬1井為例,通過詳細(xì)的巖相學(xué)、地球化學(xué)和流體包裹體顯微測(cè)溫及CT掃描,分析順南地區(qū)深層—超深層白云巖儲(chǔ)層形成機(jī)理,探討成巖流體的性質(zhì)、演化,以期為寒武系超深層白云巖的油氣勘探提供一些有益的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔里木盆地是一大型多旋回疊合沉積盆地,歷經(jīng)多期次構(gòu)造演化[11]。順南地區(qū)位于塔里木盆地中部卡塔克隆起北斜坡,塔中I號(hào)斷裂帶下盤,橫跨順托果勒低隆起和古城墟隆起(圖1a)。

圖1 塔里木盆地順南地區(qū)構(gòu)造位置(a)及地層綜合柱狀圖(b) 據(jù)李宗杰等[16],略有修改。

寒武紀(jì),塔里木盆地處于弱伸展構(gòu)造背景,整體表現(xiàn)為“東盆西臺(tái)”的沉積格局[12]。該時(shí)期,順南地區(qū)為穩(wěn)定的淺海碳酸鹽臺(tái)地沉積,沉積了一套巨厚的臺(tái)地相碳酸鹽巖。早奧陶世,隨著海平面的緩慢上升,沉積環(huán)境逐漸由局限臺(tái)地向正常開闊臺(tái)地轉(zhuǎn)變[13-14]。中奧陶世末,由于盆地南側(cè)的北昆侖洋向南部的中昆侖微陸塊俯沖,庫地洋關(guān)閉,導(dǎo)致塔里木陸塊南緣由拉張背景轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓背景,構(gòu)造格局發(fā)生重大轉(zhuǎn)變,塔中Ⅰ號(hào)斷裂等邊界斷裂開始活動(dòng),卡塔克隆起整體抬升遭受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕[15-16]。順南地區(qū)位于構(gòu)造斜坡區(qū),大部分地區(qū)暴露時(shí)間短,剝蝕程度弱,僅鄰近塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶附近存在暴露剝蝕[17]。與此同時(shí),受東南側(cè)阿爾金洋盆向北聚斂斜向擠壓應(yīng)力作用的影響,順南地區(qū)發(fā)育多條北東向、北東東向壓扭性走滑斷裂。

晚奧陶世,隨著北昆侖洋的最終關(guān)閉,盆地南緣處于持續(xù)收縮的擠壓構(gòu)造環(huán)境,卡塔克隆起南部發(fā)生強(qiáng)烈的沖斷擠壓持續(xù)隆升;塔中地區(qū)發(fā)生臺(tái)盆分異,南北分別以南緣斷裂和Ⅰ號(hào)斷裂為界,卡塔克隆起演變?yōu)楣铝⒌奶妓猁}巖臺(tái)地,順南地區(qū)位于構(gòu)造斜坡部位,穩(wěn)定沉降,形成巨厚的盆地相復(fù)理石建造[15]。晚奧陶世末,隨著大規(guī)模的海侵,海平面快速上升,碳酸鹽巖臺(tái)地開始淹沒消亡,最終演變?yōu)榛旆e陸棚[13-14]。該時(shí)期古昆侖洋和阿爾金洋構(gòu)造域聚斂作用加強(qiáng)[18],順南地區(qū)東南部強(qiáng)烈抬升,北東向走滑斷裂繼承性活動(dòng),以張扭性作用為主[16],古城墟隆起開始發(fā)育[17]。

順南地區(qū)鉆遇寒武系的井很少,所揭示的地層主要為上寒武統(tǒng)下丘里塔格組(-3ql),巖性以大套厚層塊狀白云巖為主;奧陶系發(fā)育齊全,從下至上為下統(tǒng)蓬萊壩組(O1p)、中—下統(tǒng)鷹山組(O1-2y)和中統(tǒng)一間房組(O2yj)、上統(tǒng)恰爾巴克組(O3q)和卻爾卻克組(O3qr)。其中蓬萊壩組與鷹山組下段以白云巖為主,蓬萊壩組為厚層塊狀白云巖,鷹山組下段為白云巖與灰?guī)r互層;鷹山組上段和一間房組以顆粒含量較高的灰?guī)r為主,恰爾巴克組發(fā)育斜坡相含泥灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r,卻爾卻克組則為混積陸棚相碎屑巖沉積(圖1b)。

2 分析方法

在對(duì)順南蓬1井取心段詳細(xì)觀察描述的基礎(chǔ)上采集典型樣品,磨制薄片進(jìn)行顯微巖相學(xué)觀察和陰極發(fā)光分析,所使用的儀器分別為L(zhǎng)eica DM4500P偏光顯微鏡和英國(guó)CITL公司生產(chǎn)的CL8200MK5型冷陰極發(fā)光儀。陰極發(fā)光分析的條件為真空度0.003 Pa,高壓10～15 kV,束流300～500 μA。

碳氧同位素分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所穩(wěn)定同位素實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。首先,利用牙鉆鉆取約200 μg不同類型白云石和方解石的粉末,并將其裝入Kiel Ⅳ碳酸鹽反應(yīng)裝置,與無水正磷酸分別在25 ℃下反應(yīng)72 h和24 h,將生成的CO2氣體純化后送入GasBench與Delta V Plus同位素比值質(zhì)譜儀聯(lián)機(jī)分析系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試,測(cè)試分析精度碳同位素值(δ13C)小于0.06‰,氧同位素值(δ18O)小于0.10‰(1 SD)。鍶同位素測(cè)試在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。選取約40～50 mg的粉末樣品置于Teflon悶罐中,利用2.5 N HCl溶解樣品,使用傳統(tǒng)的陽離子交換柱分離純化鍶元素[19-20]。87Sr/86Sr比值測(cè)定在Nu Plasma Ⅱ多接收等離子體質(zhì)譜儀上進(jìn)行,測(cè)試結(jié)果經(jīng)標(biāo)樣NBS987(87Sr/86Sr=0.119 4)校正,單個(gè)元素測(cè)試分析誤差(2σ)小于±0.000 020。

流體包裹體顯微測(cè)溫在西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院完成。所用儀器為L(zhǎng)inkam THMSG600型冷熱臺(tái),并經(jīng)人工合成流體標(biāo)樣校正,均一溫度(Th)和最后冰熔點(diǎn)溫度(Tm)的測(cè)試精度分別為2.5 ℃和0.5 ℃;鹽度通過最后冰熔點(diǎn)溫度(Tm)換算獲得,換算公式為w(NaCl)=1.78Tm-0.044 2Tm2+0.000 557Tm3[21]。

3 巖相學(xué)特征

巖心觀察發(fā)現(xiàn),順南蓬1井蓬萊壩組巖性以淺灰、灰色紋層狀、條帶狀白云巖為主(圖2a-b),向上灰質(zhì)含量逐漸增加,演變?yōu)榘自瀑|(zhì)灰?guī)r與灰質(zhì)白云巖略等厚互層。巖石整體致密,縫洞不發(fā)育,僅可見少量溶蝕孔洞被方解石完全充填;發(fā)育多條高角度構(gòu)造裂縫,被方解石完全充填(圖2b)。

圖2 塔里木盆地順南地區(qū)蓬1井

寒武系下丘里塔格組巖性變化不大,為細(xì)晶白云巖。上部呈淺灰—灰白色,整體較致密,僅見少量針孔狀溶孔(圖2c);下部呈深灰色,溶蝕孔洞非常發(fā)育,呈蜂窩狀分布(圖2d),形態(tài)不規(guī)則,可孤立存在,也可沿裂縫發(fā)育;部分溶蝕孔洞孔徑相對(duì)較大,可達(dá)厘米級(jí),部分被棕褐色方解石或鞍形白云石完全充填(圖2e)。

鏡下觀察發(fā)現(xiàn),蓬萊壩組白云石晶體較小,以粉—細(xì)晶為主(約20～200 μm),自形程度好,相互之間呈線性接觸(圖3a);局部可見殘留的原始結(jié)構(gòu),含少量糞球粒等顆粒(圖3b);發(fā)育多期次高角度構(gòu)造縫,裂縫寬窄不一,縫壁較為平直,與圍巖的接觸界線截然;早期的裂縫被塊狀和碎裂化方解石完全充填,晚期裂縫呈開啟狀態(tài);陰極發(fā)光下白云石呈均勻的暗紅色光,塊狀方解石不發(fā)光,碎裂化方解石發(fā)暗紅色光(圖3c)。

圖3 塔里木盆地順南地區(qū)蓬1井上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)巖心微觀特征

下丘里塔格組白云石晶體的粒徑分布范圍廣,細(xì)—粗晶均可出現(xiàn),以中粗晶為主(約50～500 μm),晶體表面較污濁,常具有霧心亮邊結(jié)構(gòu),相互之間呈凹凸鑲嵌狀接觸(圖3d),孔隙相對(duì)較為發(fā)育。鞍形白云石晶體粗大(約500～800 μm),通常沿裂縫和孔洞邊緣產(chǎn)出,從邊緣向中央晶體逐漸增大,殘留的孔隙往往被后期的方解石、石英和瀝青半充填或完全充填(圖3e)。正交偏光下具典型的波狀消光特征,陰極發(fā)光下基質(zhì)白云石發(fā)昏暗的紅色光,鞍形白云石發(fā)光性略強(qiáng),呈暗紅—亮紅色,方解石不發(fā)光(圖3f)。

4 地球化學(xué)分析結(jié)果

4.1 碳氧同位素

順南蓬1井宿主圍巖的δ13C值變化較小,介于-1.44‰～-1.12‰之間;δ18O值分布范圍較廣,介于-12.58‰～-8.27‰之間(表1,圖4a)。除一個(gè)樣品的δ18O值明顯偏負(fù)(-12.58‰)外,其余樣品的碳氧同位素值基本落在晚寒武世—早中奧陶世原始海水的δ13C和δ18O值范圍內(nèi)[22-23]。不同深度的裂縫、孔洞充填型膠結(jié)物(方解石、鞍形白云石)的δ13C、δ18O值分異不明顯,幾乎完全重疊。但相對(duì)于宿主圍巖,這些膠結(jié)物的δ13C、δ18O值明顯變輕,分別為-2.53‰～-2.16‰(平均-2.32‰)和-14.03‰～-12.46‰(平均-13.26‰)(表1,圖4a)。

表1 塔里木盆地順南地區(qū)蓬1井各成巖礦物碳、氧、鍶同位素測(cè)試分析結(jié)果

圖4 塔里木盆地順南地區(qū)蓬1井不同類型碳酸鹽礦物碳—氧同位素(a)、氧—鍶同位素(b)交會(huì)圖

4.2 鍶同位素

順南蓬1井宿主圍巖的87Sr/86Sr值介于0.709 0～0.709 4之間,平均0.709 1,與同時(shí)期原始海水的Sr同位素值完全重疊[23-24]。除一個(gè)鞍形白云石的87Sr/86Sr值明顯偏高(0.709 5)外,所有的方解石膠結(jié)物的87Sr/86Sr值均介于0.709 1～0.709 2之間,也落在原始晚寒武世—早中奧陶世海水值范圍內(nèi),沒有放射性特征(表1,圖4b)。

4.3 成巖流體溫度

鞍形白云石和石英僅在下丘里塔格組中發(fā)育。其中,鞍形白云石所測(cè)的流體包裹體均一溫度(Th)分布相對(duì)較為集中,介于160.8～197.8 ℃之間,平均180.2℃;最后冰熔點(diǎn)溫度(Tm)介于-27.9～-10℃之間,平均為-20.5 ℃(表2,圖5)。通過包裹體最后冰熔點(diǎn)的溫度對(duì)成巖流體的鹽度進(jìn)行了估算,結(jié)果表明白云石化流體為超咸鹵水,約為正常海水鹽度的4～8倍,與世界其他地區(qū)的白云石化流體基本一致[25]。少數(shù)樣品發(fā)育有明暗相間的環(huán)帶,各環(huán)帶包裹體測(cè)溫結(jié)果顯示出均一溫度逐漸升高,而冰點(diǎn)溫度沒有變化的特征。

表2 塔里木盆地順南地區(qū)蓬1井各成巖礦物流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果

圖5 塔里木盆地順南地區(qū)蓬1井 各成巖礦物均一溫度和鹽度交會(huì)圖

方解石的流體包裹體均一溫度變化較寬,介于158.8～215.2 ℃之間,平均176.8 ℃,但主要集中分布在160～180 ℃(表2,圖5);最后冰熔點(diǎn)溫度也較寬,為-28.9～-18.3 ℃,平均-23.4 ℃,估算的成巖流體的鹽度為23.2%～25.7%,比正常海水高4～6倍。

晚期石英的均一溫度介于170.6～188.5 ℃之間,平均184.7 ℃;最后冰熔點(diǎn)溫度相對(duì)較低,介于-16.7～-12.9 ℃之間,平均-14.3℃。通過包裹體最后冰熔點(diǎn)的溫度對(duì)成巖流體的鹽度進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明成巖流體為超咸鹵水,為正常海水鹽度的5～6倍(表2,圖5)。

5 討論

5.1 成巖流體性質(zhì)及演化

由巖相學(xué)觀察可知,順南蓬1井在埋深7 553.50～7 562.80 m段的蓬萊壩組碳酸鹽巖中溶蝕孔洞較少,孔徑微小,多以針孔狀為主;而在埋深7 626.79～7 630.79 m的下丘里塔格組白云巖中發(fā)育大量的大孔徑溶蝕孔洞(圖2),孔隙的這種變化與孔隙隨埋深增加而減少的傳統(tǒng)觀點(diǎn)(或事實(shí))背道而馳,反映了這些溶蝕孔洞的形成不受埋藏深度的控制,應(yīng)該是深部流體自下而上溶蝕改造的結(jié)果,而與大氣淡水無關(guān)。如前所述,順南地區(qū)位于卡塔克隆起北部構(gòu)造斜坡區(qū),長(zhǎng)期處于穩(wěn)定沉降,暴露時(shí)間短,僅鄰近I號(hào)斷裂帶附近存在局部風(fēng)化剝蝕[17]。而順南蓬1井距離I號(hào)斷裂帶尚遠(yuǎn)(圖1a),中奧陶世末的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)其影響很小;此后,受北昆侖洋關(guān)閉的影響,更是沉積了巨厚的盆地相復(fù)理石建造[15],因此,基本可以排除大氣淡水參與溶蝕形成這些蜂窩狀孔洞的可能性。

順南蓬1井方解石膠結(jié)物絕大多數(shù)具有與泥晶灰?guī)r相似的δ13C值(圖4a),說明這些方解石膠結(jié)物可能形成于與圍巖具有相似δ13C值的成巖流體或方解石膠結(jié)物的碳同位素明顯受到了宿主微晶灰?guī)r的緩沖作用,成巖流體的改造并未造成δ13C值的明顯變化,流體與宿主圍巖發(fā)生了強(qiáng)烈的水—巖反應(yīng),吸收并繼承了從灰?guī)r中溶解出來的δ13C值,在沉淀過程中并沒有有機(jī)來源或大氣淡水的碳的混入[26]。而這些方解石的δ18O值則明顯變輕,指示它們形成于更高的溫度環(huán)境,受熱的影響更加顯著,可能為埋藏環(huán)境或熱液成因。Sr同位素變化也體現(xiàn)了這些特點(diǎn),絕大多數(shù)方解石膠結(jié)物的Sr同位素比值集中在0.709 0～0.709 2,完全落在原始海水的87Sr/86Sr值范圍內(nèi),存在嚴(yán)重的重疊性,說明成巖流體明顯繼承了海水的87Sr/86Sr值,是對(duì)原始封存海源流體的改造和繼承,這與前人[19-20]報(bào)道的一致。

從各種成巖礦物的包裹體分析數(shù)據(jù)來看,順南蓬1井成巖流體的溫度相對(duì)較高,通過流體包裹體最后冰熔點(diǎn)的溫度對(duì)成巖流體的鹽度進(jìn)行了估算,結(jié)果表明成巖流體為超咸熱鹵水,比正常海水鹽度高5～8倍,為典型的熱液成因[25]。具體而言,鞍形白云石的形成溫度分布相對(duì)較為集中,不同環(huán)帶包體的顯微溫度具有明顯的規(guī)律性變化特征,表現(xiàn)為從晶體核心到邊緣,均一溫度呈逐漸增加的趨勢(shì),而冰點(diǎn)溫度基本沒有變化。由此可見,白云石晶體在沿裂縫或孔洞邊緣向中央生長(zhǎng)的過程中,成巖流體的溫度逐漸升高,鹽度始終維持在相當(dāng)高的程度。稍后的方解石往往以膠結(jié)物充填殘余孔洞、裂縫的形式產(chǎn)出,包裹體均一溫度指示當(dāng)方解石沉淀時(shí),流體的溫度略有升高,鹽度基本保持不變,這說明方解石也形成于熱鹵水的流體中。而到晚期石英沉淀時(shí),溫度、鹽度又略微有所降低,說明從鞍形白云石膠結(jié)物沉淀開始,流體溫度逐漸升高,至方解石沉淀時(shí),流體溫度達(dá)到最高,這一階段流體的鹽度基本沒有變化;此后,隨著熱流體中物質(zhì)含量、流體成分的變化,成巖流體逐漸演變?yōu)閷?duì)石英過飽和,沉淀形成石英晶體,相應(yīng)地,流體的溫度和鹽度均略有降低(圖5)。

5.2 深層熱流體溶蝕改造機(jī)制

由巖相學(xué)觀察可知,鞍形白云石集中發(fā)育于下丘里塔格組白云巖地層中,且豐度不高,往往以孔洞襯邊的形式產(chǎn)出(圖3),這說明熱流體自身的Mg2+含量并不高,否則斷裂帶周圍的碳酸鹽巖在熱流體的作用下也會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的白云石化(或熱液蝕變/重結(jié)晶)作用,沉淀形成大量的基質(zhì)交代型和孔洞充填型鞍形白云石膠結(jié)物。因此,可以推測(cè)熱流體中的Mg2+主要來源于溶解在地層水中的Mg2+[27],即熱流體在沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移過程中,對(duì)斷裂帶周圍的碳酸鹽巖發(fā)生強(qiáng)烈的水—巖反應(yīng),溶蝕、交代碳酸鹽巖形成大量的孔洞、裂縫,并與原始封存在碳酸鹽沉積物孔隙中的地層鹵水充分混合并發(fā)生物質(zhì)交換和熱平衡,從中萃取了一定數(shù)量的Mg2+和Ca2+,使得流體中的Mg2+濃度急劇增高,達(dá)到白云石過飽和狀態(tài),沉淀形成鞍形白云石膠結(jié)物。

順南地區(qū)發(fā)育多條NE向、NEE向深大走滑斷裂,這些斷裂系統(tǒng)切穿了奧陶系—寒武系并向下延伸至更深的結(jié)晶基底(圖1)。在這些深大斷裂的周邊還發(fā)育一系列斜交的次級(jí)斷裂和大量不規(guī)則微細(xì)裂縫[28],這些斷裂—裂縫系統(tǒng)的發(fā)育為深部熱流體的自下而上的運(yùn)移提供了可能。深部熱流體通過這些切穿基底的深大走滑斷裂及其衍生的、不同規(guī)模尺度的次級(jí)斷裂不斷充注匯聚,當(dāng)熱流體富集到一定程度時(shí),由于地層超壓,熱流體勢(shì)必會(huì)沿著這些斷裂系統(tǒng)向上運(yùn)移,在熱流體上侵初期,由于周圍地層溫度較低,熱流體與宿主圍巖之間發(fā)生熱傳遞平衡,使得沉淀形成的鞍形白云石的溫度相對(duì)較低。隨著熱流體的持續(xù)涌入,沉淀形成的鞍形白云石溫度逐漸升高,這從多環(huán)帶鞍形白云石的均一溫度即可得到證實(shí)(圖5)。

當(dāng)熱流體在垂向運(yùn)移過程中遭遇上覆巖性較為致密的碳酸鹽巖地層時(shí),由于這些深大斷裂所承載的熱流體本身的Mg2+含量并不高,不足以形成大量的鞍形白云石,因而只在局部孔洞或裂縫中零星分布。隨著Mg2+的消耗殆盡,流體中的Ca2+/Mg2+比率得到極大提高,形成了有利于方解石沉淀的流體環(huán)境,在殘余的孔洞、裂縫中沉淀形成方解石膠結(jié)物。這也是為什么所有鞍形白云石和方解石具有與原始宿主圍巖相似的地球化學(xué)特征的根本原因(圖4)。

5.3 熱流體溶蝕的油氣勘探意義

熱流體在沿?cái)嗔严到y(tǒng)向上運(yùn)移過程中,會(huì)對(duì)碳酸鹽巖造成一定的溶蝕,增加原始碳酸鹽巖的孔隙度和連通性,形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[29]。這種與斷裂活動(dòng)相關(guān)的熱液白云巖儲(chǔ)層非常普遍,在全球多個(gè)沉積盆地中均有發(fā)現(xiàn)[30-35]。盡管眾多學(xué)者[2,6,19-20,36]研究證實(shí)深部熱流體溶蝕是塔里木盆地深層—超深層碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體形成的關(guān)鍵,然而,由于塔里木盆地碳酸鹽巖時(shí)代老,埋藏深(普遍超過7 000 m),鉆遇白云巖(尤其是寒武系)的鉆井不多,針對(duì)熱液白云巖儲(chǔ)層的油氣勘探?jīng)]有獲得實(shí)質(zhì)性的戰(zhàn)略突破,導(dǎo)致熱流體改善碳酸鹽巖儲(chǔ)集性的認(rèn)識(shí)并未得到人們的廣泛認(rèn)同。

順南蓬1井的勘探實(shí)踐為人們展現(xiàn)了熱液改造型白云巖儲(chǔ)層的典型實(shí)例。順南蓬1井蓬萊壩組巖心整體致密,縫洞不發(fā)育,測(cè)井解釋僅發(fā)現(xiàn)三層Ⅲ類儲(chǔ)層;而下丘里塔格組白云巖發(fā)育大量針孔狀與裂縫相關(guān)的溶蝕孔洞(圖2),測(cè)井解釋出現(xiàn)兩段Ⅱ類儲(chǔ)層和三段Ⅲ類儲(chǔ)層,Ⅱ類裂縫—溶孔型白云巖儲(chǔ)層的孔隙度更是高達(dá)6.6%～8.6%,滲透率為(0.12～0.39)×10-3μm2(表3),反映了熱流體的溶蝕改造顯著改善了白云巖的儲(chǔ)集性能。全直徑CT掃描揭示,熱流體溶蝕改造形成的孔洞—裂縫型白云巖儲(chǔ)層往往具有更好的孔隙度和滲透率,尤其在提高滲透率方面有顯著作用,儲(chǔ)集空間分布的非均質(zhì)性強(qiáng)(圖6)。

圖6 塔里木盆地順南地區(qū)蓬1井寒武系各類型白云巖儲(chǔ)層全直徑CT掃描儲(chǔ)集空間發(fā)育特征 a-c為寒武系不同位置巖心CT掃描照片,不同顏色代表不同孔徑。

塔里木盆地先前鉆探的塔深1井在埋深超過8 400 m的深處仍發(fā)育有大量的無組構(gòu)選擇性的溶蝕孔洞,并伴有可流動(dòng)性油,這種無組構(gòu)選擇性溶蝕孔洞的形成被認(rèn)為是熱液流體自下而上運(yùn)移溶蝕的結(jié)果[37]。古城地區(qū)相繼在多口鉆井(如古城6井、古城8井和古城9井等)的白云巖儲(chǔ)層中獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流,這些優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層的形成均與沿NNE向斷裂運(yùn)移的熱液流體溶蝕改造密切相關(guān)[38-39]。順南地區(qū)深層碳酸鹽巖普遍發(fā)育“串珠”狀異常反射體,尤其是在NE、NEE向深大斷裂交會(huì)區(qū)最為發(fā)育,這些串珠狀地震反射特征與裂縫—孔洞型儲(chǔ)層有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,很大可能為與斷裂活動(dòng)相關(guān)的熱液流體(如白云石化流體、含硅熱流體等)溶蝕形成的溶洞、溶孔[40-42]。這些勘探實(shí)踐揭示,熱液流體溶蝕改造碳酸鹽巖儲(chǔ)層可能遠(yuǎn)比之前想象的更加普遍,在塔里木盆地超深層碳酸鹽巖地層中可能具有廣泛性,在未來的油氣勘探中應(yīng)予以足夠的重視。

6 結(jié)論

基于詳細(xì)的宏微觀巖相學(xué)、地球化學(xué)分析,認(rèn)為順南蓬1井上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)發(fā)育的孔洞主要是由深部來源的熱流體溶蝕形成,熱流體自身的Mg2+、Ca2+含量較低,熱流體在沿?cái)嗔鸦蛄芽p系統(tǒng)向上運(yùn)移過程中,與斷裂帶周圍的碳酸鹽巖發(fā)生強(qiáng)烈的水—巖反應(yīng),萃取封存其中的海源性地層水的Mg2+等離子,沉淀形成以鞍形白云石為代表的熱液白云巖的同時(shí),溶蝕形成大量的非組構(gòu)選擇性孔洞縫,極大地改善了原始碳酸鹽巖的儲(chǔ)集性。這種與斷裂相關(guān)的熱液流體對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層性能的改造具有積極的、建設(shè)性意義,所形成的熱液白云巖儲(chǔ)層在塔里木盆地可能非常普遍,在未來深層—超深層領(lǐng)域的油氣勘探中值得重點(diǎn)關(guān)注。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’ Contributions

韓俊參與巖心觀察;韓俊完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);尤東華完成實(shí)驗(yàn)操作;董少峰和韓俊參與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析;肖重陽完成巖石薄片觀察和圖件繪制;韓俊、張勝、王英明參與論文寫作和修改。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

The core observation was completed by HAN Jun. The study was designed by HAN Jun. The experimental operation was completed by YOU Donghua. The experimental data was analyzed by DONG Shaofeng and HAN Jun. The Observation of rock slices and map drawing was completed by XIAO Chong-yang. The manuscript was drafted and revised by HAN Jun, ZHANG Sheng and WANG Yingming. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.