塔里木盆地沙雅隆起奥陶系岩溶储层特征

王 旭, 张丽娟, 沈建伟, 杨红强, 王 月

( 1. 中国科学院边缘海地质重点实验室 南海海洋研究所，广东 广州 510301; 2.中国科学院 研究生院,北京 100049; 3. 塔里木油田分公司 勘探开发研究院,新疆 库尔勒 841000 )

0 引言

奥陶系岩溶储层是沙雅隆起重要的储层类型[1].岩溶主要发育于海西早期和加里东期，其中岩溶型储层主要是加里东期形成的，海西早期和加里东中期强烈的构造运动使沙雅隆起地区下古生界遭受强烈剥蚀[2].奥陶系碳酸盐岩储层中的孔-洞-缝孔隙体系主要归因于大气水和地下水的岩溶改造作用.沙雅隆起多期次的岩溶作用形成多套岩溶储层系统，纵向上可分为3个岩溶储层带；平面上的发育分布受加里东期岩溶相带以及断裂和不整合面的控制[3].沙雅隆起奥陶系具有整体含油的特征，油气分布不受局部构造控制，而是在塔北隆起的构造背景下的缝洞储集体、礁滩孔隙型储层等储集体叠置连片的油气富集体[4]，构造高点、局部古地貌突起、礁滩建造突起，以及后期构造作用形成的微隆起可以形成岩溶油气储层.受到岩溶储层展布、油源、充注期次、运移途径及后生变化等影响，雅隆起奥陶系油气藏的成藏机理非常复杂.勘探证实沙雅隆起奥陶系海相碳酸盐岩岩溶油气储层具有良好的油气成藏条件[1,3,5].随着勘探程度的不断深入，展示出多种类型储层、多种油气藏类型并存的局面.目前对不同类型储集体展布特征、资源前景、勘探潜力缺乏系统的认识，因此加强对该区奥陶系岩溶储层的识别和油气成藏模式的建立具有重要意义.笔者通过岩心观察、薄片鉴定、宏观地震断裂识别、微观裂缝测井解释，以及流体包裹体均一温度测温和埋藏史和孔隙度演化史研究，对塔里木盆地沙雅隆起奥陶系岩溶储层的特征形成初步的认识.

1 地质背景

沙雅隆起是塔里木盆地塔北隆起重要的二级构造单元，长期以来塔北隆起是塔里木盆地大中型油气田的主要发育位置.目前在该地区发现多个油气田，如塔河轮南油气田、哈德逊油气田、雅克拉凝析气田、牙哈油气田、东河塘油田、英买7号油气田、羊塔克油气田等(见图1).沙雅隆起包括沙雅隆起雅克拉断凸和塔河勘探区块.雅克拉断凸地区是沙雅隆起最早实现油气突破的区域.目前在该地区奥陶系多个层系获得工业油气流.塔河油田探区包括4个区块，即艾协克-桑塔木、艾丁-可果、阿克墩和跃参1号.构造位置主体位于沙雅隆起阿克库勒凸起，并包括顺托果勒隆起的北部、哈拉哈塘凹陷西部及草湖凹陷西部.沙雅隆起的雏形形成于中奥陶世末，塔里木地区发生区域性挤压构造运动，塔里木盆地性质由被动大陆边缘盆地向挤压型盆地转变，盆内形成隆拗交替的构造格局.由于盆地整体下沉，晚奥陶世沙雅隆起区成为一个孤立台地区，其北坡为一陡坡带，其南缘和西缘较缓，台地北缘可发育生物礁，陡坡带下发育具前积构型的浊积扇体.晚奥陶世末，发生加里东中期运动晚幕，构造主压应力来自南昆仑洋与塔里木碰撞，此时期塔北地区构造形变微弱，抬升幅度小，继续保持宽缓缓坡形态，冲断-褶皱构造不发育或十分微弱.沙雅隆起南斜坡不远处可见上奥陶统与志留-泥盆系呈整一接触关系，表明当时塔里木盆地整体处于南高北低的构造格局，中上奥陶统地层出露地表剥蚀非常有限，下奥陶统深埋地下.

图1 塔里木盆地塔北隆起构造区划图(蔡春芳等, 1997年[6])

2 岩溶储层特征

沙雅隆起岩溶作用主要发生加里东中期上奥陶统丘里塔格群和中奥陶统一间房组之间和上奥陶统内部桑塔木组和良里塔格组之间.岩溶类型从微观角度可以分为同生期岩溶、潜山岩溶(渗流期岩溶和潜流期岩溶)、浅埋藏岩溶及深埋藏岩溶.不同岩溶类型具有不同的特征(见图2).通过有关井盐下奥陶系地质、地球物理、地球化学等资料，结合加里东中期古地质背景的分析，认为可从4方面识别加里东期岩溶:(1)地震证据.中上奥陶统内部桑塔木组与良里塔格组存在超覆接触，一间房组与恰尔巴克组之间存在削截现象，其间具有间断和缺失.(2)古生物证据.在上奥陶统丘里塔格群和中奥陶统一间房组之间缺失2～4个牙形刺带.(3)钻井证据.在较厚桑塔木组覆盖区的中下奥陶统发育洞穴型储层，有多口井在中上奥陶统泥质岩覆盖区发现有岩溶发育段，如S110井在奥陶系顶面处发生井漏.(4)地球化学标志.喀斯特储层的类型对应与孔隙度演化史和埋藏史是区分不同岩溶储层的优劣的重要判别依据(见图3(a)).岩溶洞穴内的方解石的锶同位素比值、含烃盐水包裹体的烃类成熟度等对于识别加里东中期岩溶也具有一定标志作用[6-7].因此，可以通过测试包裹体烃类的成熟度和锶同位素相互关系判别岩溶储层形成期次(见图3(b)).

图2 塔里木盆地沙雅隆起奥陶系岩溶储层特征和类型

图3 塔里木盆地沙雅隆起喀斯特岩溶类型与埋藏深度、孔隙度演化史及岩溶期次与包裹体成熟度锶同位素匹配关系

3 断裂对岩溶的控制作用

沿加里东中期形成的断裂发育优质油气储层，如S106井有严重漏失，并钻获高产油气流，S97、S118、S117等井也是地球物理预测的储层发育地区[8].在影响岩溶储层的诸多因素中，断裂起主导作用，主要体现在2方面: (1)断裂为岩溶作用提供渗滤通道[9-11].形成于加里东中期的多套断裂和裂缝系统为岩溶作用提供渗滤通道，孔渗性较好的储层空间主要发育在裂缝面上的溶蚀孔洞和沿断裂的大型洞穴中.(2)断裂是有利的裂缝和岩溶发育区带[12].在断裂带或断裂附近的钻井多出现放空、漏失现象，岩心上溶蚀缝发育.沙雅隆起岩溶发育与奥陶系大型断裂的走向一致, 测井解释的结果证明裂缝的走向主要是EEN-WWS方向60°或240°左右与区域性大型断裂的走向一致.在奥陶系良里塔格组和一间房组中钻遇孔缝发育带[7]，表明断裂带岩溶发育强烈，是裂缝与岩溶发育的密集带，并且距离不整面越近，漏失放空量越大.

4 岩溶储层成因模式

图4 塔里木盆地沙雅隆起南部奥陶系加里东中期岩溶演化示意

在对岩溶储层控制因素进行综合分析的基础上，剖析储层的纵、横向特征，总结沙雅隆起岩溶储层成因预测模式，以确定加里东中期岩溶的深度和范围.加里东中期早幕岩溶主要体现在中上奥陶统之间缺失2～3个牙形次带，岩溶储层主要沿着不整合面风化壳分布(见图4).加里东中期晚幕岩溶主要表现为一期和二期[7].加里东中期晚幕一期，即中奥陶统沉积末期，沙雅隆起整体抬升，地层年代间断1～2 Ma.该次抬升形成下奥陶统内第一套岩溶层，之后被恰尔巴克组和良里塔格组覆盖沉积，在良里塔格沉积末期再次抬升，在良里塔格组内形成表生溶蚀.加里东中期晚幕二期，表现在志留纪的地层覆盖在上奥陶统之上，依据加里东期流体地质作用的识别标志，加里东期岩溶储层具有受平行不整合面控制的大气水流体活动特征，该期岩溶储层的特征属于层控型和断控型，岩溶型储层受不整合面控制，具层状分布的特点[13].加里东期岩溶型储层主要保存于沙雅隆起南部及西南部中上奥陶统覆盖区，具较强的非均质性.

5 烃源岩评价

根据剥蚀面上下间断型的镜质体反射率(Ro)剖面，可以判断剥蚀面下伏地层烃源岩的成熟度定型时间[7,14-15].通过统计分析表明，随着埋藏深度增加，镜质体反射率(Ro)剖面中Ro-埋藏深度呈正相关关系.如果在镜质体反射率剖面中，二者的相关直线明显错位或斜率发生变化，则可能存在地层不整合或前、后期古地温梯度的变化.沙雅隆起各井C1/O1剥蚀面上覆各层段的Ro-埋藏深度关系直线段均已重合，不存在间断或斜率的差别，梯度基本一致.C1/O1剥蚀面下伏奥陶系同样呈现Ro-埋藏深度关系直线已经重合的规律，梯度也基本相同；但是下古生界顶部剥蚀面上下两段的Ro-埋藏深度关系直线之间存在明显错位的现象[7](见图5)，表明沙雅隆起奥陶系顶部的剥蚀面上自早石炭世重新接受沉积以来，下石炭统-第四系的全部沉积物加载，尚不足以使得奥陶系的演化程度超过其在下石炭统沉积之前达到的成熟度.也就是说，残存奥陶系的有机质成熟度在石炭纪之前就已经定型[16-17].沙雅隆起C1/O1剥蚀面下伏奥陶系顶面的等效镜质体反射率均大于1.15%，说明早在石炭纪之前，沙雅隆起地区中下奥陶统有机质的演化程度已处于高成熟阶段.

图5 塔里木盆地沙雅隆起部分钻井实测镜质体反射率剖面

6 油气充注时间和期次

油气储层中有机包裹体均一温度可以有效地确定油气藏的形成时间和期次.储集层中与烃类包裹体同期形成的盐水包裹体均一温度代表油气进入储集层时的温度，根据此温度、研究区古地温模式及储层埋藏史，确定包裹体形成时的地层埋藏深度及其对应的地质年代，从而可以确定油气藏的形成时间和期次[7,9-10].以沙雅于齐地区为例，在Yq3和Yq4井区鹰山组包裹体均一温度为89～152 ℃，存在3个均一温度区间，分别为90～100 ℃、120～130 ℃和140 ～150 ℃.因此，于奇地区至少存在3期油气充注(见图6).根据3个油气包裹体均一温度区间范围，结合埋藏史和古地温分析可以确定沙雅地区中下奥陶统鹰山组储层至少存在3期油气充注，它们分别为燕山晚期、喜山早期及喜山中期[18-20].沙雅隆起油源区寒武系和下奥陶统生成的成熟油气，分别于燕山晚期、喜山早期和喜山中期成藏于沙雅隆起的鹰山组储层中，此时盖层非常发育，封闭条件优越，油气储层条件好，有利于油气成藏[21-22].

图6 塔里木盆地沙雅隆起于奇地区Yq3和Yq4井区中下奥陶统鹰山组油气注入期次划分

7 结论

(1)奥陶系岩溶储层是沙雅隆起重要的储层类型，可以通过地震、古生物、钻井以及地球化学等方法进行识别.岩溶类型从微观角度可以分为同生期岩溶、潜山岩溶(渗流期岩溶和潜流期岩溶)、浅埋藏岩溶以及深埋藏岩溶.在影响岩溶储层的诸多因素中，断裂起主导作用，主要体现在断裂为岩溶作用提供渗滤通道，同时断裂带是裂缝与岩溶发育的密集带.

(2)沙雅隆起加里东中期岩溶可以分为早幕和晚幕，晚幕岩溶可以表现为一期和二期，不同期次岩溶具有不同的特征.沙雅隆起下古生界顶部剥蚀面上下两段的Ro-埋深关系直线之间存在明显错位的现象，说明早在石炭纪之前，沙雅隆起地区中下奥陶统有机质的演化程度已处于高成熟阶段.

(3)通过流体包裹体均一温度测试，结合埋藏史和古地温分析，认为沙雅隆起于奇地区中下奥陶统储层至少存在3期油气成藏，依次分别为燕山晚期、喜山早期和喜山中期.