塔北地區(qū)奧陶系地下河溶洞充填規(guī)律與儲(chǔ)集性能

張 三，金 強(qiáng)，史今雄，胡明毅，段夢(mèng)悅，李永強(qiáng)，張旭棟，程付啟

［1.長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；3.西北大學(xué) 地質(zhì)系，陜西 西安 710069；4.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206］

地下河又稱暗河，是地下徑流集中的地下通道，具有河流主要特性［1］。碳酸鹽巖巖溶區(qū)，水流沿巖石裂隙或落水洞進(jìn)入地下，于潛水面附近轉(zhuǎn)為徑向流，經(jīng)溶蝕、坍塌以及水流侵蝕、搬運(yùn)沉積作用形成錯(cuò)綜復(fù)雜的巖溶地下河溶洞系統(tǒng)［2］。由于巖溶作用的隨機(jī)性與復(fù)雜性，地下河溶洞空間分布及充填結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，時(shí)而開闊、時(shí)而狹窄、時(shí)而完全充填、時(shí)而未充填［3-4］。早期的國(guó)內(nèi)外關(guān)于地下河溶洞研究主要集中在野外露頭的觀測(cè)與描述［3-5］，隨著石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展以及大批與古巖溶相關(guān)碳酸鹽巖油氣田的發(fā)現(xiàn)［6］，地表巖溶露頭觀測(cè)與地下巖溶結(jié)構(gòu)描述相結(jié)合的地下河溶洞儲(chǔ)層研究逐漸興起［7-9］。其中，廣泛發(fā)育地下河溶洞系統(tǒng)的塔河油田奧陶系古風(fēng)化殼巖溶一直是地下河溶洞儲(chǔ)層研究的典范［10-12］。李陽(yáng)等［10，13］通過塔北露頭考察與塔河油田儲(chǔ)集體對(duì)比分析，指出塔河油田奧陶系發(fā)育連續(xù)帶狀分布的地下河型、孤立分布的巖溶洞穴型（洞徑＞0.2 m）及網(wǎng)絡(luò)狀分布的溶蝕孔縫型3 類縫洞系統(tǒng)，且地下河系統(tǒng)和巖溶洞穴系統(tǒng)為其主要儲(chǔ)集體類型。魯新便、李源等［14-15］通過地震屬性提取及三維雕刻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地下河的識(shí)別與三維雕刻，明確了其空間分布。徐微、金強(qiáng)等［16-17］基于巖心、薄片、測(cè)井等資料，建立了地下河溶洞充填物識(shí)別方法，識(shí)別出沉積、垮塌、化學(xué)3類充填物，并對(duì)比分析了其儲(chǔ)集性能。楊曉蘭等［18］嘗試基于正演模型與疊前分頻技術(shù)進(jìn)行溶洞內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)識(shí)別，識(shí)別出部分充填和完全充填溶洞。田亮、張慧濤等［19-20］綜合前人研究成果，通過巖心、測(cè)井（成像測(cè)井）開展單井充填相分析，指出地下河溶洞未充填相為其主要儲(chǔ)集空間。

然而，隨著塔河油田勘探開發(fā)程度不斷提高，生產(chǎn)實(shí)踐顯示，地下河溶洞發(fā)育區(qū)的油井普遍低產(chǎn)，僅局部未充填溶洞（放空段）可獲高產(chǎn)［21-22］，早期認(rèn)識(shí)的T615 井地下河溶洞油浸石英砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層［23］（孔隙度達(dá)23.4 %）并未獲得高產(chǎn)，累產(chǎn)原油僅2.04×104t。因此，地下河溶洞有何充填規(guī)律，井間如何充填，未充填空間在哪，成為目前地下河溶洞儲(chǔ)層評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)亟待解決的難題。本文通過對(duì)塔河油田大量地下河溶洞段巖心觀察描述與測(cè)井精細(xì)解釋，分析不同類型充填物韻律結(jié)構(gòu)與旋回組合特征，井-震結(jié)合，開展井間充填旋回對(duì)比分析，探討其井間充填規(guī)律，預(yù)測(cè)未充填空間分布與規(guī)模，同時(shí)結(jié)合大量的巖心、薄片及測(cè)試資料，分析充填物儲(chǔ)集性能，為地下河溶洞儲(chǔ)層評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)提供借鑒。

1 巖溶地質(zhì)背景

塔河油田位于塔里木盆地北部塔北隆起之上，自下而上依次發(fā)育中、下奧陶統(tǒng)臺(tái)地相蓬萊壩組、鷹山組、一間房組和上奧陶統(tǒng)混積陸棚相恰爾巴克組、良里塔格組、桑塔木組，其中鷹山組和一間房組為其主力儲(chǔ)產(chǎn)層，巖溶縫洞為其主要儲(chǔ)集空間［24-25］（圖1）。海西早期，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)使塔河地區(qū)強(qiáng)烈抬升，形成北東向展布大型鼻隆構(gòu)造，中、上奧陶統(tǒng)尖滅線自北向南依次呈裙帶式分布［26］。塔河油田北部一間房組和鷹山組可溶性灰?guī)r大面積暴露地表遭受強(qiáng)烈?guī)r溶作用，形成復(fù)雜的風(fēng)化殼巖溶縫洞系統(tǒng)，高產(chǎn)井（累產(chǎn)油量＞3×104t 的井）圍繞峰丘呈準(zhǔn)連續(xù)片狀分布［13，22］；南部因上奧陶統(tǒng)非可溶性巖層覆蓋，僅在深大斷裂帶部位的中、下奧陶統(tǒng)可溶巖層中發(fā)育斷控巖溶縫洞體，高產(chǎn)井緊密圍繞斷裂帶呈窄條帶狀分布［22］（圖1）。泥盆紀(jì)末—石炭紀(jì)初，海水自西南向北東大規(guī)模侵入，結(jié)束了塔河油田海西早期巖溶［27］；而后的構(gòu)造活動(dòng)僅僅誘發(fā)塔河油田奧陶系早期斷裂多期活動(dòng)，而對(duì)其整體構(gòu)造格局影響較小［28］。

圖1 塔河油田奧陶系巖溶地質(zhì)概況Fig.1 Geological overview map of the Ordovician karsts in the Tahe oilfield

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶地下河溶洞系統(tǒng)主要發(fā)育于鷹山組與一間房組，平面上主要分布于恰爾巴克組尖滅線以北，展布方向與斷裂展布方向具一定的相關(guān)性，呈北東向和北西向展布［14，22］。值得強(qiáng)調(diào)的是，各地下河向南均終止于恰爾巴克組尖滅線附近（出露地表而匯入泄水區(qū)［29］），且AD20 井區(qū)（加里東期巖溶區(qū)）亦不發(fā)育地下河［22］，表明塔河地區(qū)地下河主要分布于海西早期風(fēng)化殼巖溶區(qū)（圖1）。

2 地下河溶洞充填物類型及占比

2.1 充填物類型及特征

地下河溶洞的形成過程除了水流的侵蝕與溶蝕，還伴隨著垮塌與充填作用，即一邊擴(kuò)大，一邊充填；且因其水流屬于地下徑流，具較強(qiáng)搬運(yùn)與沉積能力，其充填物發(fā)育河流相沉積層理［1-2］。因此，具沉積層理或搬運(yùn)礫石（具一定磨圓）的溶洞充填物是地下河溶洞判別的關(guān)鍵標(biāo)志［29-32］。本文通過對(duì)塔北奧陶系巖溶露頭考察與塔河油田40 余口井奧陶系溶洞段巖心觀察描述，識(shí)別出塔北西克爾和硫磺溝2 個(gè)典型的地下河古溶洞露頭剖面，發(fā)現(xiàn)塔河油田14 口井（S65，S70，S75，S81，S93，S94，AD8，YQ4，T403，T414，T502，T615，TK404 和TH12112井）發(fā)育地下河古溶洞系統(tǒng)（圖2）。

圖2 塔北地區(qū)奧陶系地下河溶洞充填特征及充填物類型Fig.2 Filling characteristics and filling types of the Ordovician buried-river karst caves in the Tabei area

西克爾剖面一間房組地下河溶洞出露規(guī)模：長(zhǎng)23.6 m、高5.3 m，溶洞被鈣質(zhì)砂巖與粉砂質(zhì)泥巖完全充填，具下粗上細(xì)多個(gè)充填旋回（圖2a）。硫磺溝剖面地下河溶洞僅出露了一個(gè)截面：洞高7.5 m 的不規(guī)則溶洞（后期構(gòu)造擠壓形變），發(fā)育垮塌-沉積充填組合；下部發(fā)育3.8 m 厚砂泥巖充填，具下粗上細(xì)正旋回特征，其中底部充填砂礫巖夾垮塌角礫，礫石具一定磨圓，成分為奧陶系泥晶灰?guī)r；上部發(fā)育3.5 m 厚垮塌角礫充填，角礫間被沉積粉砂及泥質(zhì)充填（圖2b）；頂部出現(xiàn)0.2 m 高的未充填空間（少量碎石松散堆積）。這種具一定旋回組合的溶洞充填現(xiàn)象在塔河油田深度5 400 m 的奧陶系巖溶洞穴中亦有發(fā)現(xiàn)。如：T502 井于深度5 439.74 m的鷹山組鉆遇具下粗上細(xì)的砂泥質(zhì)充填物（圖2c），S70 井于深度5 498.21 m 的一間房組鉆遇具多個(gè)正韻律粉砂巖與泥巖組合（圖2d），AD8 井于深度6 042.56 m 的鷹山組鉆遇具一定磨圓礫石與泥巖混雜沉積組合（圖2e），S75 井于深度5 516.89 m的鷹山組鉆遇下部為沉積礫巖、上部淀積方解石的正韻律充填組合（圖2f）。

2.2 不同類型充填物占比

采用巖心刻度測(cè)井、測(cè)井標(biāo)定地震、地震三維雕刻等技術(shù)方法，雕刻出工區(qū)內(nèi)地下河的空間展布。區(qū)內(nèi)地下河平面上呈迂回曲折條帶狀（圖3a），空間上呈錯(cuò)綜復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)狀（圖3b），受潛水面升降控制，空間上發(fā)育多層地下河（圖3c）。結(jié)合塔河地區(qū)奧陶系古巖溶地下河平面展布，復(fù)查了98 口鉆遇了地下河溶洞的井，其中有13 口井發(fā)生放空。結(jié)合巖心觀察結(jié)果及前人不同類型溶洞充填物測(cè)井識(shí)別圖版［17，30］，對(duì)工區(qū)內(nèi)98 口井地下河溶洞充填物開展解釋。結(jié)果顯示，累計(jì)解釋地下河溶洞高度1 191.2 m，其中沉積充填物累計(jì)厚度681.5 m，占比57.2 %，垮塌充填物累計(jì)厚度312.4 m，占比26.2 %，化學(xué)充填物累計(jì)厚度76.8 m，占比6.4 %；未充填空間累計(jì)高度120.5 m（包含鉆井放空段）、占比10.1 %，即地下河溶洞充填率89.9 %（表1）。值得強(qiáng)調(diào)的是塔河地區(qū)地下河溶洞化學(xué)充填物通常為薄層的淀積方解石，并不發(fā)育孤立溶洞中充填的塊狀巨晶方解石和塊狀硅質(zhì)巖。

表1 塔河地區(qū)奧陶系地下河溶洞充填程度統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the filling rates of the Ordovician buried-river karst caves in the Tahe area

圖3 塔河地區(qū)奧陶系地下河溶洞空間結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Spatial structures of the Ordovician buried-river karst caves in the Tahe area

3 地下河溶洞充填組合類型及展布規(guī)律

基于巖心、測(cè)井解釋成果總結(jié)發(fā)現(xiàn)，塔河地區(qū)奧陶系古巖溶地下河溶洞主要發(fā)育多旋回沉積充填組合、垮塌-沉積組合2 種類型?；瘜W(xué)充填通常呈薄夾層或粒間膠結(jié)物產(chǎn)出，在上述2種組合中都有發(fā)育。

3.1 多旋回沉積充填組合

多旋回沉積充填組合類型主要指地下河溶洞被多個(gè)沉積砂泥巖正韻律旋回組合充填，各旋回底部通常發(fā)育磨圓礫石與泥質(zhì)混雜沉積，且局部可能發(fā)育薄層垮塌角礫巖。因其充填物以細(xì)粒物質(zhì)為主，充填溶洞段自然伽馬（GR）及無鈾伽馬（GRk）曲線整體表現(xiàn)為箱形高值（垮塌角礫段為低值），聲波時(shí)差（AC）及補(bǔ)償中子孔隙度（CNL）曲線也為箱形高值，而雙側(cè)向電阻率（RLLD，RLLS）曲線呈箱形特低值，且具明顯正差異。該類型充填組合通常位于巖溶地貌落差較?。ㄋ鲃?dòng)力弱）的巖溶下斜坡區(qū)［29］。

T615井于深度5 534.5～5 553.3 m發(fā)育18.8 m高度的多旋回沉積充填地下河溶洞。該溶洞主要被塊狀砂巖和粉砂質(zhì)泥巖完全充填，共發(fā)育9個(gè)充填正旋回組合（圖4），下部主要為塊狀砂巖與薄層粉砂質(zhì)泥巖互層結(jié)構(gòu)，其中砂巖物性及含油性好，孔隙度可達(dá)20.3 %以上，而泥巖物性差，幾乎不含油；上部發(fā)育粉砂巖與泥巖組合，粉砂巖物性及含油性變差，平均孔隙度為12.2 %（圖4b）。該溶洞底部2.0 m 高度范圍內(nèi)發(fā)育2層薄層溶洞，巖心、成像測(cè)井顯示其呈近水平產(chǎn)狀，且被粉砂巖充填。另外，深度5 556.0～5 558.1 m 發(fā)育的2.2 m 高度的地下河溶洞，被沉積砂礫與垮塌角礫完全充填（圖4c），同樣發(fā)育2個(gè)正旋回組合。

圖4 塔河油田奧陶系地下河溶洞多旋回沉積充填組合特征Fig.4 Characteristics of polycyclic sedimentary filling assemblages in the Ordovician buried-river karst caves in the Tahe oilfield

3.2 多旋回垮塌-沉積充填組合

多旋回垮塌-沉積充填組合類型主要指地下河溶洞被多個(gè)垮塌角礫巖-沉積砂礫巖組合旋回充填；因其垮塌角礫及近源搬運(yùn)礫石充填占比增加（充填物粒度較粗），充填溶洞段GR 和GRk曲線整體呈峰叢式高值、AC 和CNL 曲線呈峰叢式低值、RLLD與RLLS曲線呈鋸齒狀中-低值（明顯不同于多旋回沉積充填組合）。其中沉積充填段GR 與AC 曲線呈鋸齒狀中-高值，RLLD與RLLS曲線呈箱形低值（正差異）；垮塌充填段GR 與AC 曲線呈微齒狀箱形低值（與奧陶系灰?guī)r基值相當(dāng)），Rd 與Rs 曲線呈箱形中-高值（無差異）。該類型充填組合通常位于巖溶地貌落差大（水流動(dòng)力強(qiáng)）、斷裂活動(dòng)頻繁的巖溶上斜坡區(qū)［29］。

塔河油田T403 井位于斷裂帶上，其于深度5 487.6～5 554.3 m 鉆遇66.7 m 高度的多旋回垮塌-沉積充填地下河溶洞。該溶洞主要被垮塌角礫巖與沉積砂礫巖充填，二者充填比例為0.91（厚度相當(dāng)），且自下而上共發(fā)育10個(gè)沉積-垮塌充填組合旋回。其中垮塌角礫多為不同尺度的次棱角狀灰?guī)r巖塊，角礫間被淀積（鈣化）方解石及鈣質(zhì)粉砂巖充填，膠結(jié)致密，物性差（孔隙度＜2 %），幾乎不含油（圖5d，e）；沉積充填物為較粗砂礫巖，礫石成分為奧陶系灰?guī)r、磨圓較好，孔隙度可達(dá)8.6 %，不含油（圖5f）；局部發(fā)育小尺度角礫（礫徑＜10 cm）與砂泥巖混雜堆積，角礫呈次棱角狀（具一定磨圓），屬洪泛期快速近源沉積（圖5c），物性差（與垮塌角礫相當(dāng)）。值得注意的是，第6 次取心顯示，洞頂發(fā)育張性開啟裂縫（圖5a），且存在1.76 m 未充填空間（放空），預(yù)示著該類型溶洞充填組合易出現(xiàn)未充填空間。

3.3 充填旋回組合空間對(duì)比

地下河溶洞的形成過程始終受潛水面的控制［2，4，15］。當(dāng)潛水面上升并維持在較高水平時(shí)，地下河溶洞被水體充滿，以泥質(zhì)或粉砂質(zhì)細(xì)粒沉積為主，即洪泛沉積［17］，井間可追蹤對(duì)比；當(dāng)潛水面下降，地下河溶洞內(nèi)水位降低，水體流速加快，出現(xiàn)砂礫巖等較粗碎屑沉積。因此，潛水面的多期升降變化，將導(dǎo)致地下河溶洞充填物的多期旋回性，且洪泛期的細(xì)粒沉積物可作為井間旋回對(duì)比的重要標(biāo)志?；诖?，本文針對(duì)地下河溶洞的多旋回充填組合特征，依據(jù)沉積旋回理論，開展井間旋回對(duì)比分析。結(jié)果顯示，同一地下河道內(nèi)不同段溶洞充填旋回井間可追蹤對(duì)比。如TK734 井與TK730 井相距1.51 km，鉆遇同一條地下河，分別揭示21.9 m 和22.1 m 高度的溶洞，溶洞均發(fā)育沉積旋回充填組合，被多個(gè)沉積砂礫巖與泥巖旋回充填。各旋回中的泥巖段和砂礫巖段均可追蹤對(duì)比，空間上構(gòu)成3個(gè)正旋回沉積充填組合。

依據(jù)圖6 旋回對(duì)比原則，井-震結(jié)合，開展地下河溶洞充填物橫向?qū)Ρ?。圖7a 為塔河油田T615 井區(qū)TK734 井—TK602 井方向地下河溶洞充填剖面，波阻抗反演屬性剖面顯示該地下河為相對(duì)穩(wěn)定的地下干流河（穩(wěn)定連續(xù)管道狀）；其中TK734 井與TK730井間發(fā)育的3 個(gè)正旋回組合可連續(xù)追蹤至TK602 井（長(zhǎng)達(dá)5.4 km），盡管②號(hào)和③號(hào)旋回下部的厚層砂礫巖段在TK632 與TK602 井明顯較薄，然而其整體旋回組合依然可對(duì)比。圖7b 為塔河油田T403 井區(qū)的TK476 井—T403 井方向地下河溶洞充填結(jié)構(gòu)，波阻抗反演屬性剖面顯示該地下河結(jié)構(gòu)復(fù)雜，河道連續(xù)性差。鉆井資料揭示，T403 井與TK476 井分別鉆遇該河道的2個(gè)廳堂洞，且2口井均在深度5 510 m 和5 516 m鉆遇厚度相當(dāng)?shù)目逅堑[巖。該角礫巖與其上下的沉積砂泥巖組成了2 套垮塌-沉積充填旋回組合。該組合在河道復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)中仍然可以連續(xù)追蹤（長(zhǎng)達(dá)1.6 km）。另外在T403 井溶洞上部垮塌角礫巖之上發(fā)育一定的未充填空間。

圖7 塔河油田奧陶系巖溶斜坡上、下游地下河溶洞充填特征（剖面位置見圖3a）Fig.7 Filling characteristics of buried-river karst caves in the upper and lower reaches of the Ordovician karst slope in the Tahe oilfield（see Fig.3a for the section location）

3.4 不同類型充填組合平面展布

基于上述兩種充填組合特征，分類統(tǒng)計(jì)了區(qū)內(nèi)98口鉆井的地下河溶洞充填組合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，54 口井發(fā)育垮塌-沉積充填組合，44 口井發(fā)育沉積旋回充填組合。本文依據(jù)區(qū)內(nèi)巖溶古地貌高差和古水系產(chǎn)狀，將塔河地區(qū)奧陶系巖溶斜坡劃分為上游和下游；上游地形平均坡度2.9°，相對(duì)高差30～80 m，地下河呈枝狀展布，連續(xù)性較差，發(fā)育多旋回垮塌-沉積充填組合；下游地形平均坡度1.5°，相對(duì)高差不足20 m，地下河呈網(wǎng)狀展布，連續(xù)性較好，發(fā)育多旋回沉積充填組合（圖8）。

圖8 塔河地區(qū)奧陶系地下河溶洞不同類型充填組合平面分布Fig.8 Planar distributions of various types of filling assemblages in the Ordovician buried-river karst caves in the Tahe area

綜合分析表明，斷裂和地貌對(duì)地下河溶洞的發(fā)育與充填組合具有明顯的控制作用，地貌與潛水面之間落差產(chǎn)生的勢(shì)能控制著地下水的區(qū)域流勢(shì)，斷裂走向影響了地下水的路徑，使其在沿斜坡下流過程中優(yōu)先沿?cái)嗔褞Х较蛄鲃?dòng)，繼而發(fā)生溶蝕、侵蝕形成沿?cái)嗔炎呦蛘共嫉牡叵潞尤芏聪到y(tǒng)。在巖溶斜坡上游地區(qū)，地下水位與潛水面間的落差大，水流迅猛，搬運(yùn)能力強(qiáng)，常常攜帶一些粗碎屑（砂礫巖）沉積于迂回曲折的地下河河道中；另外迅猛的流水對(duì)地下河溶洞的破壞能力也強(qiáng)，加之?dāng)嗔训亩嗥诨顒?dòng)，極易導(dǎo)致溶洞的坍塌，從而形成垮塌角礫巖與沉積砂礫巖互層充填結(jié)構(gòu)，如此垮塌—沉積—垮塌往復(fù)循環(huán)，即形成了地下河溶洞內(nèi)的多期垮塌-沉積旋回充填組合。然而在巖溶斜坡下游平坦地區(qū)，地下水位與潛水面間落差?。ň植康貐^(qū)重合），水流緩慢，搬運(yùn)能力弱，通常攜帶一些細(xì)粒物質(zhì)（粉砂-細(xì)砂巖）充填于地下河道之中；其對(duì)溶洞的破壞性小，即便由于斷裂活動(dòng)，在潛水面的托浮下，溶洞也不易發(fā)生垮塌。如此往復(fù)，地下河溶洞可持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)育多套沉積旋回充填組合。值得強(qiáng)調(diào)的是，溶洞的每一期垮塌，在其頂部均會(huì)出現(xiàn)未充填空間，未充填空間往往與垮塌角礫巖和構(gòu)造活動(dòng)伴生，尤其是在地貌落差大的巖溶斜坡上游發(fā)育的垮塌-沉積旋回充填組合的地下河溶洞頂部。如T403井地下河溶洞頂部鉆遇1.76 m 高度未充填段（圖5），該井累產(chǎn)液28.8×104m3，表明其地下空間的規(guī)?？赡芨螅▓D7b）。

4 地下河溶洞儲(chǔ)集特征

4.1 地下河溶洞未充填空間分布

塔河油田地下河溶洞放空-漏失高產(chǎn)井的存在，已證實(shí)了未充填空間的巨大儲(chǔ)集潛力（圖8）。然而，限于地震分辨率的局限性，目前溶洞的未充填空間尚且無法預(yù)測(cè)。依據(jù)上述認(rèn)識(shí)（地下河溶洞充填旋回井間可對(duì)比性）可開展未充填空間井間預(yù)測(cè)。本文基于地下河溶洞充填旋回組合規(guī)律，通過繪制地下河溶洞高度與沉積-垮塌充填厚度等值線圖，預(yù)測(cè)地下河溶洞未充填空間分布及規(guī)模（高度、面積）。

塔河油田六區(qū)S67 縫洞單元發(fā)育長(zhǎng)達(dá)16.2 km 地下河溶洞系統(tǒng)（圖9），共有13 口井鉆遇，3 口井（S67，TK622，TK603）發(fā)生放空漏失；1 條干流河（洞）中發(fā)育7個(gè)廳堂洞及6個(gè)支流洞；溶洞高度在4.2～45.1 m，充填程度在16.5 %～100.0 %，主要發(fā)育沉積、垮塌兩類充填物。其中沉積充填物主要分布于干流洞和廳堂洞；垮塌充填物主要在廳堂洞中充填，且臨近斷層發(fā)育，距斷層越近充填厚度最大。結(jié)合洞高、沉積、垮塌充填物厚度分布即可求取未充填空間分布及規(guī)模。如S67 井鉆遇地下河溶洞以垮塌-沉積旋回組合為主，鉆遇未充填高度4.8 m，以未充填高度等值線圈定范圍達(dá)0.468 km2。S67 井累產(chǎn)液量達(dá)51.8×104m3，其中累產(chǎn)油40.9×104t，印證了地下未充填空間的存在。位于次級(jí)斷裂上的TK622 井鉆遇18.6 m 高度的垮塌-沉積旋回充填溶洞，發(fā)育1.6 m 高度的未充填空間，圈定面積0.15 km2，其累產(chǎn)液量達(dá)18.6×104m3。然而位于廳堂洞部位的TK603 井區(qū)，其地下河溶洞主要發(fā)育多旋回沉積充填組合，鉆遇未充填高度0.6 m，圈定面積約0.03 km2，單井累產(chǎn)液量不到2×104m3。

圖9 塔河油田S67縫洞單元奧陶系地下河溶洞充填特征及開發(fā)現(xiàn)狀Fig.9 Filling characteristics and oil/gas exploitation status-quo of the Ordovician buried-river karst caves in the fractured-vuggy unit S67，Tahe oilfield

由此可見，地下河溶洞未充填空間多發(fā)育于廳堂洞頂部，且與垮塌角礫相伴生，加之深大斷裂的有效配置，可形成緊鄰斷裂帶方向展布的規(guī)模油氣儲(chǔ)集空間。這也就是大部分鉆遇地下河的高產(chǎn)井（累產(chǎn)液量＞5×104t）均分布于斷裂帶附近的原因。

4.2 地下河溶洞充填物儲(chǔ)集性能評(píng)價(jià)

塔河地區(qū)地下河溶洞充填程度高達(dá)89.9 %，有必要對(duì)其充填物儲(chǔ)集性能開展評(píng)價(jià)。然而限于資料的局限性，目前對(duì)于地下河溶洞充填物是否具備儲(chǔ)集性能尚無定論。本文基于塔河油田鉆井巖心、薄片及物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，塔河地區(qū)奧陶系巖溶地下河溶洞充填物物性差異極大、非均質(zhì)性極強(qiáng)、單井產(chǎn)能差異巨大。巖心、薄片資料顯示，地下河溶洞充填物鈣質(zhì)膠結(jié)嚴(yán)重，盡管其充填碎屑顆粒呈點(diǎn)接觸（壓實(shí)較弱），但其粒間方解石膠結(jié)使其粒間孔大大減小。如圖10a 所示，T615 井同一塊地下河砂巖充填物含油段與不含油段薄片觀察顯示，不含油段粒間方解石膠結(jié)程度強(qiáng)（紅色為方解石、黑色為原油），測(cè)試孔隙度僅5.6 %，而含油段粒間方解石膠結(jié)程度弱，測(cè)試孔隙度達(dá)21.8 %。再如T615 井深度5 557.52 m 地下河砂礫巖充填物，礫石成分為奧陶系砂屑灰?guī)r，礫間充填石英砂巖，粒間同樣被方解石（染色薄片紅色部分）膠結(jié)嚴(yán)重，測(cè)試孔隙度僅4.2 %，且不含油（圖10b）。另外，地下河溶洞垮塌角礫巖礫間也多被泥質(zhì)與淀積方解石充填，導(dǎo)致角礫間空隙減小（孔隙度＜1 %），其中淀積方解石厚度可達(dá)2～43 cm，呈棕紅色，晶粒粗大，孔隙不發(fā)育（圖10c）。

圖10 塔河油田奧陶系地下河溶洞不同類型充填物孔隙發(fā)育特征Fig.10 Pore characteristics of various filling types in the Ordovician buried-river karst caves in the Tahe oilfield

塔河地區(qū)11 口井的地下河充填物全直徑樣品物性測(cè)試數(shù)據(jù)顯示（圖11），僅T615井的石英砂巖孔隙度可達(dá)10 %以上，且孔隙度與滲透率具良好線性關(guān)系；而其他井砂礫巖孔隙度主要分布在4 %以下（個(gè)別樣品超過5 %），滲透率均不超過1× 10-3μm2，且孔隙度與滲透率相關(guān)性差；角礫巖充填物孔隙度均在3 %以下；淀積鈣化充填物孔隙度不到1 %。因此，地下河溶洞充填物儲(chǔ)層物性差異較大、非均質(zhì)性極強(qiáng)，T615 井高孔隙度油浸細(xì)砂巖的溶洞充填物不能代表地下河溶洞充填物儲(chǔ)集性能，早期基于T615井物性數(shù)據(jù)認(rèn)為地下河溶洞沉積充填物儲(chǔ)集物性好（孔隙度可達(dá)23.4 %）的結(jié)論［23］值得商榷。

圖11 塔河油田奧陶系地下河溶洞不同類型充填物孔-滲特征Fig.11 Porosity vs.permeability of various filling types in the Ordovician buried-river karst caves in the Tahe oilfield

綜合分析認(rèn)為，復(fù)雜的地下河溶洞結(jié)構(gòu)和地下封閉的碳酸鈣過飽和環(huán)境，導(dǎo)致其充填物粒間泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)嚴(yán)重，原始粒間孔縮減，進(jìn)而導(dǎo)致極強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性。因此，對(duì)于地下河溶洞充填物儲(chǔ)集性能的評(píng)價(jià)，應(yīng)該結(jié)合地下河空間結(jié)構(gòu)、水流動(dòng)力及溶洞充填組合類型差異分類評(píng)價(jià)。本文所提出的巖溶斜坡上、下游地下河溶洞充填組合差異的認(rèn)識(shí)，即可為其分類評(píng)價(jià)提供借鑒。

5 結(jié)論

1）塔河油田奧陶系迂回曲折的地下河溶洞結(jié)構(gòu)和地下河較強(qiáng)的搬運(yùn)能力，導(dǎo)致地下河溶洞的超高充填性，充填率高達(dá)89.9 %，以沉積砂泥巖、垮塌角礫巖充填為主，發(fā)育多旋回沉積充填和多旋回垮塌-沉積充填2種組合類型。

2）受潛水面升降、構(gòu)造活動(dòng)及斷裂多期活化的影響，地下河溶洞充填組合具有旋回性，且各旋回組合井間可連續(xù)追蹤對(duì)比，據(jù)此可進(jìn)行井間充填物與未充填空間分布預(yù)測(cè)。

3）巖溶斜坡上、下游地貌落差的差異，導(dǎo)致地下河溶洞充填組合差異；上游地貌起伏大，水流動(dòng)力強(qiáng)，發(fā)育多旋回垮塌-沉積充填組合，未充填空間發(fā)育；下游地貌平坦、水流動(dòng)力弱，發(fā)育多旋回沉積充填組合，未充填空間不發(fā)育。

4）封閉的地下碳酸鈣過飽和環(huán)境，導(dǎo)致地下河溶洞充填物顆粒易被淀積方解石膠結(jié)，加之泥質(zhì)充填，導(dǎo)致其儲(chǔ)集物性差異懸殊，非均質(zhì)性極強(qiáng)；未充填空間將是地下河溶洞儲(chǔ)層油氣挖潛的重點(diǎn)靶區(qū)。