塔里木盆地下古生界岩溶型储层类型及特征

沈安江，潘文庆，郑兴平，张丽娟，乔占峰，莫妮亚

(1中国石油杭州地质研究院；2中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院)

塔里木盆地下古生界岩溶型储层类型及特征

沈安江1，潘文庆2，郑兴平1，张丽娟2，乔占峰1，莫妮亚1

(1中国石油杭州地质研究院；2中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院)

沈安江

塔里木盆地下古生界岩溶型储层可划分为同生岩溶、风化壳岩溶和埋藏岩溶等三种类型。同生岩溶型储层主要为礁滩体受三级或四级相对海平面下降导致的短暂暴露和淡水淋溶的产物。风化壳岩溶型储层包括层间岩溶和潜山岩溶两个亚类：层间岩溶为碳酸盐岩中—短期抬升剥蚀和淡水淋溶的产物，地形起伏平缓，与上覆碳酸盐岩呈平行不整合接触；潜山岩溶为碳酸盐岩长期抬升剥蚀和淡水淋溶的产物，地形起伏强烈，与上覆石炭系、侏罗系—白垩系碎屑岩呈角度不整合接触，包括石灰岩潜山和白云岩潜山。埋藏岩溶型储层又可分为原源埋藏岩溶和异源埋藏岩溶两个亚类，前者为有机酸、盆地热卤水、TSR成因的硫化氢等成岩流体作用的产物，后者为深源热液作用的产物。认为塔里木盆地岩溶型储层是多期次岩溶作用叠加改造的结果。

塔里木盆地；下古生界；岩溶储层；储集层类型；储集层特征

沈安江1965年生，博士，教授级高级工程师。长期从事碳酸盐岩沉积储层方面的研究工作,发表论文20余篇,专著4本,译著2本。通讯地址：310023杭州市西溪路920号；电话:（0571）85224983

塔里木盆地寒武系至下奥陶统蓬莱坝组以白云岩为主，夹少量的石灰岩及白云质灰岩，中、下奥陶统鹰山组下段为灰质白云岩或白云质灰岩，白云质组分呈斑块状、花朵状分布于石灰岩中。据露头观察，白云岩化率达30%，上段以石灰岩为主，白云质组分明显减少。中奥陶统一间房组及上奥陶统吐木休克组、良里塔格组以石灰岩为特征，尤其在一间房组及良里塔格组上部发育大量的礁滩相颗粒石灰岩。上奥陶统桑塔木组砂泥岩沉积表示塔里木盆地下古生界碳酸盐岩沉积的结束。复杂的构造演化［1］导致塔里木盆地寒武系—奥陶系碳酸盐岩经历了复杂的成岩改造，尤其是岩溶作用。同沉积期三级或四级相对海平面下降导致的短暂暴露，使寒武系—奥陶系礁滩相颗粒石灰岩遭受大气淡水淋溶作用，形成同生岩溶型储层。与二级或三级相对海平面下降相关的中—短期抬升剥蚀和大气淡水淋溶，导致层间岩溶型储层的形成，主要发育于碳酸盐岩层间平行不整合面之下。与一级或二级相对海平面下降相关的中—长期抬升剥蚀和大气淡水淋溶，导致潜山岩溶型储层的形成，与上覆石炭系、侏罗系—白垩系碎屑岩呈角度不整合接触。层间岩溶型储层和潜山岩溶型储层均属风化壳岩溶型储层。埋藏岩溶作用（有机酸、盆地热卤水、TSR和热液等）的叠加改造，使得岩溶型储层的类型和特征更为复杂。

1 岩溶型储层类型

在90口井的岩心和薄片观察基础上，综合区域沉积和构造背景、录井和测井资料，以储层成因机理和主控因素为主线，塔里木盆地下古生界岩溶型储层可划分为三种类型（表1）。

2 岩溶型储层特征

2.1 同生岩溶型储层

台缘及台内礁滩体沉积易于形成地貌上的相对隆起，相对海平面的微弱下降可导致浅海相礁滩体遭受大气淡水淋溶作用，形成同生岩溶型储层，储层的载体为礁滩体。下面以塔中Ⅰ号台缘带塔中62井—塔中82井区良里塔格组棘屑石灰岩滩为例，阐述这类储层的成因和特征。

表1 塔里木盆地下古生界碳酸盐岩岩溶型储层类型

塔中62井良里塔格组测试井段为4 703.50～4 770.00 m,日产油38 m3,气29 762 m3。4 706.00～4735.00m为泥晶生物碎屑灰岩和生物碎屑泥晶灰岩，岩石致密；4735.00～4740.00m为泥亮晶棘屑灰岩,孔隙发育,面孔率3%～4%，储集层厚度5 m；4740.00～4750.00m为泥晶棘屑灰岩,泥杂基具渗流沉积特征，岩石致密；4750.00～4754.00m为泥亮晶棘屑灰岩,孔隙发育,面孔率4%～5%，储集层厚度4m；4754.00～4758.00m为泥晶棘屑灰岩,泥杂基具渗流沉积的特征，岩石致密；4758.00～4759.00m为泥亮晶棘屑灰岩,孔隙发育,面孔率4%～5%，储集层厚度1m。测试井段总厚度66.50m,但储层发育井段共3层10m，岩性为泥亮晶棘屑灰岩，与非储集层泥晶棘屑灰岩呈不等厚互层（图1）。

塔中62井—塔中82井区良里塔格组礁滩体储层的垂向分布特征揭示了其同生岩溶的成因［2］，但礁滩体为同生期淡水淋溶提供了物质基础。高水位体系域向上变浅准层序组上部的台缘或台内礁滩体最易暴露并受大气淡水淋溶而形成优质储层，而且越紧邻三级层序界面的准层序组,岩溶作用越强烈,储层厚度越大，垂向上呈多套储层叠置（图1）。主要见于颗粒灰岩发育的一间房组及良里塔格组上部，往往被后期岩溶作用叠加改造。

源岩成分是棘屑灰岩能否发育成有效储层的重要控制因素。泥亮晶棘屑灰岩的棘屑含量在70%以上，另有20%的苔藓、珊瑚、藻屑、介壳、泥屑、灰泥和10%的亮晶方解石胶结物。藻屑、泥屑、灰泥等可溶物质为大气淡水淋溶和次生溶孔的形成提供了物质基础，而高棘屑、生物碎屑含量确保颗粒能构成坚固的格架，使溶孔得以保存。储集层的原岩与下部的非储集层一样，为泥晶棘屑灰岩，只是淡水淋溶的影响深度有限，上部泥晶棘屑灰岩的可溶物质被溶解，形成的次生溶孔部分被早表生亮晶方解石充填，而不溶残余则向下渗流，导致了四级准层序组的上部为泥亮晶棘屑灰岩储集层，下部为具渗流沉积特征的泥晶棘屑灰岩致密层（图2a）。进入埋藏成岩环境，同生期形成的溶孔为有机酸、盆地热卤水和硫化氢进入储集体提供了通道，埋藏岩溶作用进一步改善了储层物性。

这类储层主体以基质孔（1～2mm）为特征，储集空间主要有三类：①泥杂基及泥屑溶孔（图2b），既可形成于早表生淡水淋溶，也可形成于埋藏岩溶作用，以溶蚀藻泥屑、泥晶套、泥杂基为特征，具选择性溶蚀的特点；②残留的亮晶方解石晶间孔（图2c）；

图1 塔中62井4730～4765m井段海平面升降旋回与储层发育关系

图2 塔中62井储层储集空间

这类储层较为均质，而且据巴楚露头一间房组礁滩体储层地质建模［3］，台缘礁滩体具有滩相沉积规模大、延伸远、有效储层连片发育的特点，而台内礁滩体却具有滩相沉积规模小、延伸不远、有效储层零星分布的特点。储层成岩—孔隙演化史见图3。同生期淡水淋溶形成的次生溶孔虽大多被随后的亮晶方解石充填，但残留的孔隙为埋藏成岩介质提供了通道，为埋藏岩溶作用和孔隙的建造奠定了基础。

图3 塔中62井泥亮晶棘屑灰岩储层成岩—孔隙演化史

2.2 层间岩溶型储层

塔里木盆地寒武系—奥陶系碳酸盐岩比较落实的层间岩溶作用有四幕，分别为：Ⅰ蓬莱坝组顶，上覆鹰山组；Ⅱ鹰山组顶，上覆一间房组或良里塔格组；Ⅲ一间房组顶，上覆良里塔格组或桑塔木组；Ⅳ良里塔格组顶，上覆桑塔木组。塔中地区以Ⅱ幕最为重要，塔北南缘以Ⅱ、Ⅲ幕最为重要，塔西南地区以Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ幕最为重要。现以塔北南缘奥陶系层间岩溶型储层为例阐述其成因和特征。

塔北南缘奥陶系最重要的层间岩溶作用为Ⅱ、Ⅲ幕，其次为Ⅰ、Ⅳ幕，鹰山组下段的顶部还可能发育有新的层间岩溶型储层（图4）。层间岩溶型储层主体位于三级或二级层序界面之下0～50m深度范围，代表中—短期（数个至十几个百万年）抬升剥蚀和淡水淋溶的产物，剥蚀面相对平整，地形起伏不大。塔北南缘奥陶系层间岩溶作用表现为三种层间岩溶改造形式，并最终形成三种层间岩溶型储层。

三种岩溶改造形式加里东期层间岩溶作用、加里东期层间岩溶叠加改造同生岩溶、加里东期层间岩溶为后期岩溶作用叠加改造。后期岩溶作用包括晚加里东—海西期顺层（包括断层）岩溶，也包括埋藏岩溶和热液岩溶，早期同生岩溶、层间岩溶作用形成的高孔渗带为后期岩溶作用的叠加改造提供了流体通道。

三种层间岩溶型储层一是加里东期层间岩溶叠加改造经同生岩溶作用的礁滩体，往往能形成优质的层间岩溶型储层，如英买204井、英古2井和艾丁4井，洞穴可以形成于多期岩溶作用的叠加改造，储集空间既有基质孔又有大小不等的洞穴，往往高产稳产。二是加里东期层间岩溶被后期岩溶作用叠加改造，洞穴可以形成于多期岩溶作用的叠加改造，如哈7井、哈8井、哈9井一间房组及鹰山组一段，储集空间主要为大小不等的洞穴，往往高产不稳产。三是加里东期层间岩溶型储层，既未改造经同生岩溶作用的礁滩体，又未被晚加里东期—海西期或更晚的岩溶作用叠加改造，如羊屋2井、哈得13井、哈得17井，储集空间主要为大小不等的洞穴，往往高产不稳产。塔北南缘奥陶系三种层间岩溶型储层的平面分布见图5。

图4 塔北南缘奥陶系层序格架以及与层间岩溶储层发育的关系

图5 塔北南缘奥陶系三种层间岩溶型储层的平面分布

2.3 潜山岩溶型储层

塔里木盆地潜山岩溶型储层包括石灰岩潜山和白云岩潜山两个亚类（图5）。石灰岩潜山以轮南低凸起为代表，碳酸盐岩地层主体被剥至下奥陶统鹰山组，地形起伏大，与上覆石炭系呈角度不整合接触，代表120Ma的地层缺失。白云岩潜山以牙哈—英买力地区为代表，碳酸盐岩地层主体被剥至下奥陶统蓬莱坝组或寒武系白云岩地层，地形起伏大，与上覆侏罗系—白垩系呈角度不整合接触，代表近300Ma的地层缺失［4］。

潜山岩溶型储层以大小不等的洞穴为特征，主体位于潜山面或角度不整合面之下0～100 m的范围，与断层相关的洞穴深度可以更大些，代表中—长期（数十至数百个百万年）抬升剥蚀和淡水淋溶的产物，剥蚀面起伏不平。

岩心和薄片是识别岩溶洞穴及充填物的最直接证据（图6），洞穴可以被充填、半充填或未充填，洞穴充填物可以是异源的砂泥岩沉积，也可以是原地的垮塌角砾和方解石胶结物。钻具放空、钻速加快及泥浆漏失、岩心收获率低等也是判断岩溶洞穴存在的重要依据。表2为塔北隆起部分钻井潜山岩溶洞穴统计，80%的井在潜山面之下100 m的深度范围内均具岩溶洞穴的发育特征。牙哈—英买力地区白云岩潜山的岩溶洞穴特征同样发育，如英买321井的洞穴充填物、英买4井的钻井放空等。

潜山岩溶型储层储集空间主要有以下几类:①洞穴或半充填的洞穴（非常重要的储集空间）；②以洞穴充填物为载体的各种储集空间，如砂岩的粒间孔、砾间孔及溶孔等；③洞穴埋藏后的垮塌（可以使围岩角砾岩化和裂缝发育）；④埋藏岩溶和热液岩溶作用形成的各种溶蚀孔洞。

2.4 埋藏岩溶型储层

根据埋藏岩溶作用流体性质的不同，可分为两个亚类，一是原源埋藏岩溶型储层，二是异源埋藏岩溶型储层，它们大多不能成为单一成因的储层类型，而是对原有储层的叠加改造。

2.4.1 原源埋藏岩溶型储层

指埋藏成岩环境下原地成岩介质（包括有机酸、盆地热卤水、硫化氢等具有较强侵蚀性介质）对碳酸盐矿物及岩石的溶蚀和成孔作用所形成的储层（图7）。

碳酸盐岩储层的孔隙主要形成于三个阶段：（A）同生期沉积—成岩环境控制早期孔隙的发育；（B）构造—压力耦合控制多期次喀斯特溶孔与裂缝的发育；（C）流体—岩石相互作用控制深部溶蚀与孔隙的发育。早期发育的孔隙在深埋环境下仍得以保存和改善的关键是埋藏岩溶作用，但早期发育的孔隙为埋藏成岩介质提供了通道。

图6 潜山岩溶型储层储集空间特征

图7 埋藏岩溶作用机理、储层孔隙演化与深埋优质储层保存

表2 塔北隆起部分钻井潜山岩溶洞穴统计表

受有机酸、盆地热卤水、硫化氢等强侵蚀性介质溶蚀形成的溶孔以规模不等的基质孔为主，作用对象以渗透性好的颗粒灰岩及洞穴充填物为主，与早期溶蚀作用的最大区别是前者为组分选择性溶解，溶孔大多为淡水方解石充填，后者为结构选择性溶解，溶孔为高温埋藏亮晶方解石充填。塔中良里塔格组颗粒灰岩、塔北南缘一间房组颗粒灰岩中普遍见有因原地成岩介质埋藏溶蚀形成的基质孔（图8a，8b），但还是以叠加改造同生岩溶型储层或洞穴充填物为主。

图8 埋藏岩溶型储层储集空间特征

表3 塔里木盆地岩溶型储层六种孔隙形成机理

表4 塔里木盆地岩溶型储层主控因素和分布规律

2.4.2 异源埋藏岩溶型储层

指热液通过断层、不整合面及渗透性好的岩石等介质通道，从地壳深部的热源区运移到浅部而发生的地质作用所形成的储层（图7）。热液作用的方式有三种：（A）热液溶蚀作用形成大小不等的洞穴，如塔中3井、45井、162井鹰山组（图8c），洞穴往往为热液矿物、高温巨晶方解石及鞍状白云石充填或半充填，主要沿断层和不整合面分布，也可以叠加改造表生期形成的喀斯特溶洞及洞穴充填物；（B）热液作用导致的斑块状或花朵状白云岩化，如露头区鹰山组下段的斑块状白云岩，白云岩化率达30%（图8d），形成大量的晶间孔和晶间溶孔，主要与渗透性好的岩石有关；（C）热液矿物的沉淀和析出部分充填溶孔、裂缝和溶洞。

埋藏岩溶作用是塔里木盆地碳酸盐岩非常重要的建设性成岩作用，但分布局限，难以形成单一成因的埋藏岩溶型储层，往往只表现为对原有储层的叠加改造。塔里木盆地大多数的岩溶型储层和白云岩储层普遍受到埋藏岩溶作用的叠加改造，使得早期形成的储层在深埋环境下仍得以保存和改善。

3 岩溶型储层分布

综上所述，塔里木盆地岩溶型储层主要有六种溶孔形成方式（表3）。事实上，塔里木盆地下古生界任何一种岩溶型储层都不是单一成因的，都是各种岩溶作用多期次叠加的结果，尤其是深埋藏阶段的埋藏岩溶作用，如层间岩溶型储层可以是叠加改造同生岩溶型储层的基础上发育的，还可以被顺层岩溶作用、埋藏岩溶作用进一步叠加改造。

塔里木盆地寒武系—奥陶系碳酸盐岩岩溶型储层划分为三种类型及若干亚类，其储层特征、成因机理和主控因素、储层分布规律见表4。

［1］贾承造，顾家裕，李启明，等.塔里木盆地油气勘探丛书：盆地构造演化与区域构造地质［M］.北京：石油工业出版社, 1995：74-92.

［2］沈安江，王招明，杨海军，等.塔里木盆地塔中地区奥陶系碳酸盐岩储层成因类型、特征及油气勘探潜力［J］.海相油气地质，2006，11（4）：1-12.

［3］沈安江，郑剑锋，顾乔元.巴楚一间房组露头礁滩复合体储层地质建模及对塔中地区礁滩复合体油气勘探的启示［J］.地质通报，2008，27（1）：137-148.

［4］沈安江，王招明，郑兴平，等.塔里木盆地牙哈-英买力地区寒武系—奥陶系碳酸盐岩储层成因类型、特征及油气勘探潜力［J］.海相油气地质，2007，12（2）：23-32.

［5］张宝民，刘静江.中国岩溶储集层分类与特征及相关的理论问题［J］.石油勘探与开发，2009，36(1):12-29.

编辑：金顺爱

Types and Characteristics of Lower Palaeozoic Karst Reservoirs in Tarim Basin

Shen Anjiang,Pan Wenqing,Zheng Xinping,Zhang Lijuang,Qiao Zhanfeng,Mo Niya

Based on the observations of thin sections and cores from 90 wells，Three types of karst reservoirs can be recognized from Lower Palaeozoic carbonate rocks in Tarim basin.The karst reservoir developed during eogenetic stage resulted from the short-term exposure of Cambrian and Ordovician reef complex to meteoric water，which can be a response to the third-grade or the fourth-grade relative see level fall.The karst reservoir developed during telogenetic stage can be subdivided into intercalated karst and buried palaeokarst hill.The former resulted from the middle-term exposure of Cambrian and Ordovician carbonate rock to meteoric water，covered by upper carbonate rock with a pseudoconformity.The later,which can be subdivided into buried limestone and dolostone hills,resulted from the long-term exposure of Cambrian and Ordovician carbonate rock to meteoric water，covered by Carboniferous/Jurassic-Cretaceous clastic rocks with an angle unconformity.Subsurface karst reservoir developed during mesogenetic stage can be subdivided into buried karst and hydrothermal karst.The former resulted from the exposure of Cambrian and Ordovician carbonate rock to burial diagenetic fluid that include organic acid,basinal brine and TSR.The later resulted from the exposure of Cambrian and Ordovician carbonate rock to hydrothermal fluid.It is indicated that most of karst reservoirs were modified by multi-karstification in origin.

Lower Palaeozoic；Reef complex；Karst reservoir；Type of reservoir；Characteristics of reservoir；Tarim Basin

TE112.22

A

1672-9854(2010)-02-0020-10

2009-10-29

本文受国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（编号2008ZX05004－002）、国家973项目“中低丰度大气田的储层特征、形成机理与分布预测研究”（编号：2007CB209502）和中国石油天然气集团公司碳酸盐岩储层重点实验室资助

Shen Anjiang：male，Ph.Doctor,Senior Geologist.Add:PetroChina Hangzhou Institute of Geology,920 Xixi Rd.Hangzhou 310023 China