塔里木盆地下寒武统微生物礁储集性研究及油气勘探意义

王　凯关　平邓世彪刘沛显金亦秋

（1.北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室 北京大学地球与空间科学学院 北京 100871；2.中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院 北京 100083）



塔里木盆地下寒武统微生物礁储集性研究及油气勘探意义

王凯1关平1邓世彪1刘沛显1金亦秋2

（1.北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室 北京大学地球与空间科学学院 北京 100871；2.中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院 北京 100083）

摘 要通过塔北西部—柯坪地区大量的野外露头观测及室内薄片观察与物性分析，对塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组上二亚段微生物礁白云岩储集性进行了精细研究。该层微生物礁仅在研究区南部三个剖面有发现，其中在昆盖阔坦剖面发育数量最多、体积最大，呈近东西向带状、串珠状分布；英尔苏和苏盖特布拉克两剖面发育数量和体积皆较小，呈现由南到北逐减趋势。微生物礁白云岩具有粒内孔、晶间孔、溶孔、格架孔、微裂缝和缝合线6种储集空间，但储集性能远低于预期目标，平均孔隙度与渗透率分别仅有1.84％和0.91×10-3μm2，属于特低孔特低渗储集体。结合前人工作不难发现，塔里木盆地下寒武统甚至更老地层的微生物礁不应再作为台缘带油气勘探的重点对象，而台缘微生物颗粒滩更具有勘探潜力。

关键词微生物礁 储集性 塔里木盆地 下寒武统 油气勘探

0 引言

微生物以无所不在、数量巨大以及丰富多样的新陈代谢过程在地球表层系统中起到重要作用［1-7］。特别是，中新元古界到奥陶系广泛发育的微生物碳酸盐岩，是微生物岩最重要的富集层位，越来越受地质学家的关注，有关微生物岩的研究也越来越多［8-30］。随着研究与勘探的深入，世界上不断有微生物礁作为储层的油气田被发现，塔里木盆地下寒武统微生物礁也成为了研究的重点［31-34］。 罗平等［23］和宋金民等［24-26］对该层位微生物岩进行了较为详细的研究，特别是以苏盖特布拉克剖面为主体对研究区微生物碳酸盐岩岩石结构特征和储集性特征进行了论述。但笔者通过对研究区详细的野外精细测量发现，塔北西部—柯坪地区微生物礁在昆盖阔坦剖面发育数量最多、体积最大，其他剖面发育规模较小或不发育。因此，本文以昆盖阔坦剖面的微生物礁为主要研究对象，利用详细的野外测量、采样和室内薄片观察以及物性分析，对研究区微生物礁的宏观分布、岩石结构与储集性及油气勘探意义做进一步厘清和研究。

1 区域地质背景

研究区位于塔里木盆地西北部乌什县境内，属于柯坪断隆构造分区，北东距阿克苏市区约100 km。研究区地层出露良好，中下寒武统尤为发育，是早古生代微生物礁白云岩研究的天然实验室。本次研究选取了七个典型剖面，从南向北依次为昆盖阔坦剖面、英尔苏剖面、苏盖特布拉克剖面、喀克巴什剖面、金磷矿剖面、库鲁南剖面和奥依皮克剖面（图1）。

研究区下寒武统地层出露完整，从下到上依次为玉尔吐斯组、肖尔布拉克组和吾松格尔组，底部与奇格布拉克组平行不整合接触，顶部与沙依里克组整合接触（表1）。

塔里木盆地早寒武世早期发生大规模海侵，随后则发生持续性海退。研究区早寒武世早期属于深水台地相，中晚期则演变为浅水碳酸盐台地相［35-36］。塔里木盆地早寒武世是具有缓坡—（斜坡坡度较小的）弱镶边的台地［37-39］，在其南部地形较高的昆盖阔坦、英尔苏和苏盖特布拉克三剖面发育微生物礁。微生物礁主要集中在肖尔布拉克组上二亚段下部，并以昆盖阔坦剖面最为典型（图2）。根据笔者以及前人研究，潮下高、低能交替环境沉积形成了肖尔布拉克组，而微生物礁则形成于潮下高能带［24］。

图1　研究区地质图及剖面位置（据参考文献［40］修改）Fig.1 Geologic map and location sections in the study area

表1　研究区下寒武统地层框架Table 1 Stratigraphic fram ework of Lower Cambrian in the study area

2 微生物礁特征

目前，学者们常根据不同的观察尺度将微生物碳酸盐岩按微观结构（microfabrics）、宏观构造（macrostructures）和巨观构造（megastructures）进行分类［3，23，46］。因此，下面从宏观展布、岩石手标本和显微镜下特征对研究区微生物礁进行详细论述。

2.1 微生物礁宏观展布特征

根据详细的野外露头观察，下寒武统微生物礁只发育在研究区南部的昆盖阔坦、苏盖特布拉克和英尔苏三个剖面，其中以昆盖阔坦剖面礁体发育数量最多、体积最大，厚度可达30 m（图2）；英尔苏剖面次之，厚度在20m左右；苏盖特布拉克剖面发育最薄，厚度不足10 m。微生物礁整体呈由南向北厚度逐渐减薄、规模逐渐减小的趋势，并且在苏盖特布拉克剖面以北不再见礁体出露。

在昆盖阔坦剖面露头区，微生物礁出现在肖尔布拉克组的第16分层，全区约10 km内的礁体成群分布。在前后距离2～3 km范围内连续观察到8个微生物礁体群，礁体群在东西向上呈带状、串珠状分布。礁体群厚度可达30 m，南北向展布达100 m；单个微生物礁体厚度最大可达25m，南北展布长达35m（图3a，b）。

图2　昆盖阔坦剖面下寒武统综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Lower Cambrian in Kungaikuotan Section

图3　研究区下寒武统微生物礁宏观特征a.微生物礁宏观特征，礁体右上角与地层楔状接触，昆盖阔坦剖面1号礁体，羊圈高2.5m；b.微生物礁宏观特征，礁体明显分两期，第二期礁体向南进积，昆盖阔坦剖面2号礁体；c.微生物礁宏观特征，横切面呈鞍状，英尔苏剖面；d.微生物礁宏观特征，两礁体相连呈连续的丘状，苏盖特布拉克剖面。Fig.3 Macroscopic characteristics of Lower-Cambrianmicrobial reefs in the study aera

在英尔苏剖面露头区，微生物礁出现在肖尔布拉克组的第10分层，呈小型丘状和鞍状（图3c）。在苏盖特布拉克剖面区，微生物礁仅出现在肖尔布拉克组的第12～13层，产出规模较小，常夹在地层中（图3d）。

2.2 微生物礁岩石学特征

通过岩石野外样品和显微镜下观察，研究区微生物礁主要发育凝块石结构、似球粒结构、包壳结构、纹层构造和缝合线构造5种结构及构造特征（图4）。

凝块石结构（图4b）是研究区常见的微生物结构，凝块石内部颜色较深，为泥晶白云岩，凝块石间为细—粉晶白云岩。

似球粒结构（图4c）是与微生物作用有关的球粒结构，是研究区最为常见的微生物结构。似球粒形成在水动力较弱的环境中，与微生物自身的钙化作用和凝集作用有关［3，23，26，46］。

包壳结构（图4d）也是研究区微生物结构之一，常围绕在一个或多个砂屑、凝块石外，与微生物的黏结作用和钙化作用有关［47-48］。

纹层构造是研究区常见微生物构造之一，形成亮暗相间结构（图4e）。暗层为泥晶白云岩，成因上与微生物膜或微生物席的黏结或捕获作用有关［46-47］；亮层为细—粉晶白云岩，易发育格架孔，成为油气储集的空间。

缝合线构造在研究区也很常见（图4f），微生物作用的强弱或有无易造成沉积物在垂直剖面上的成分差异，随埋藏深度或应力的增大可以形成缝合线构造。普遍存在的缝合线构造与微生物作用的周期性、间歇性及较强的地质应力作用或埋藏作用有关，值得进一步研究。

3 微生物礁储层特征

根据详细的野外露头观察和测量，厘清研究区微生物礁在昆盖阔坦剖面发育规模最大、保存最完整。在昆盖阔坦剖面中2号微生物礁保存完好，与地层接触关系清晰，是作为礁滩储层建模的不错选择。因此，本次研究以2号微生物礁（图5）为研究对象，通过近网格状的野外采样与较全面的室内分析，精细描述了研究区微生物礁的储层特征。

3.1 微生物礁储集空间类型

通过对微生物礁系统采样及镜下薄片观察，研究区微生物礁主要发育粒内孔、晶间孔、溶孔、格架孔、微裂缝和缝合线6种储集空间类型（图6）。

粒内孔（图6a）是研究区微生物礁体中常见储集空间类型之一，与微生物颗粒（似球粒）成岩后期的溶蚀作用有关。由于往往受沉积环境和后期改造的共同控制，形成孔隙相对孤立、连通性较差的储层空间。

图4　研究区下寒武统微生物礁岩石学特征a.微生物凝块结构，凝块间为亮晶白云石胶结，昆盖阔坦剖面，2H1-07；b.微生物凝块结构，凝块间为亮晶白云石胶结，昆盖阔坦剖面，2W1-11；c.似球粒结构，亮晶白云石胶结，昆盖阔坦剖面，JT4-5；d.包壳结构（黄色箭头），包壳包裹在凝块石外，昆盖阔坦剖面，JT4-2；e.纹层构造，暗层为与微生物作用有关的高有机质纹层，亮层为粉晶白云岩，昆盖阔坦剖面，JT1-2；f.缝合线构造（黄色箭头），左边为与微生物作用有关的泥晶白云岩，右边为细晶白云岩，昆盖阔坦剖面，KJT2-17。Fig.4 Petrologic characteristics of Lower Cambrianmicrobial reefs in the study area

图5　昆盖阔坦剖面2号微生物礁采样点及期次示意图Fig.5 Sampling points and schematic diagram of the 2ndmicrobial reefs，Kungaikuotan Section

图6　昆盖阔坦2号微生物礁储集空间类型a.粒内孔，昆盖阔坦剖面2号礁体，KJT2-38铸体；b.微裂缝、晶间孔（黄色箭头），昆盖阔坦剖面2号礁体，KJT2-3铸体；c.格架孔，亮暗相间结构，昆盖阔坦剖面2号礁体，KJT2-25铸体；d.溶孔，昆盖阔坦剖面2号礁体，KJT2-35铸体。Fig.6 Types of reservoir space of the 2ndmicrobial reefs，Kungaikuotan Section

晶间孔（图4b红色箭头；图6b黄色箭头）属于白云石化作用后残余孔隙及少量后期溶蚀孔隙。在整个微生物礁体中发育程度不高，成岩后期溶蚀作用不强，作为油气储集空间的贡献率不高。

溶孔（图4d、e红色箭头；图6d）是微生物礁成岩作用后期遭受溶蚀作用形成。这是研究区最重要的储集类型，但只在局部发育，普遍发育程度不高，可能与局部流体作用较强有关。

格架孔（图6c）的形成与微生物周期性活动有关，形成亮暗相间结构。亮层主要与微生物矿化作用和胶结作用有关，发育格架孔；暗层则以微生物的黏结和捕获作用为主，不发育孔隙［45，47］。

微裂缝（图6b）在研究区微生物礁体中较常见，可能与后期构造活动或采样中人为因素有关。增加了油气储集空间的连通性，有助于各类孔隙进一步发育。

缝合线（图4f）是研究区微生物礁体发育的重要储集空间，与沉积环境、埋藏深度及后期构造应力作用等有关。

3.2 微生物礁孔隙度及渗透率

对研究区微生物礁观察点和昆盖阔坦2号微生物礁建模点（图5）详细的薄片观察后，进一步对微生物礁白云岩进行物性分析，精确掌握研究区微生物礁白云岩的孔隙度和渗透率情况（表2）。

根据白云岩储层评价标准，可将微生物礁白云岩按孔隙度＜1.8％、1.8％～4.5％和＞4.5％分为Ⅲ类、Ⅱ类和Ⅰ类。研究发现微生物礁建模点白云岩以Ⅲ、Ⅱ类储层为主（图7a），Ⅲ、Ⅱ类储层平均孔隙度分别为1.32％和3.08％，皆属于特低孔储层；Ⅰ类储层仅在局部发育，平均孔隙度达6.34％，属于低孔储层。建模点样品中渗透率＜1×10-3μm2有35个，属于特低渗储层；渗透率位于1～10×10-3μm2之间的样品有3个，属于低渗储层；＞10×10-3μm2的样品只有1个，为中渗储层（图7b）。而礁体观察点同样是以Ⅲ、Ⅱ类储层为主（图7c），孔隙度分别为1.20％和2.17％，具有与礁体建模点一致的特征，同时也证明了建模点选取的正确性和有效性；平均渗透率也仅有0.638×10-3μm2，仍以特低渗储层为主（图7d），渗透率＞1×10-3μm2样品比率不足1％。

总之，虽然微生物礁发育粒内孔、晶间孔、溶孔、格架孔、微裂缝和缝合线6种储集空间类型。但平均孔隙度为1.84％，平均渗透率仅有0.91×10-3μm2，属于特低孔特低渗白云岩储层。Ⅰ类储层样品普遍具有溶孔较发育的特点，但在微生物礁中只见局部发育；而Ⅲ类储层则以致密的微生物结构为主要特征，在微生物礁中却普遍存在。这可能与微生物作用类型和强弱以及后期流体溶蚀有关，微生物岩的原生结构和构造直接影响后期流体溶蚀作用强弱，对储层发育的有效性起着关键作用［23］。因此，研究区微生物礁储集空间普遍发育程度不高、连通性较差，仅局部发育较好，多为致密型微生物礁（图4c），很难成为下寒武统油气储集的主要场所。

表2　研究区微生物礁白云岩物性参数表Table 2 The porosity and perm eability ofm icrobial-reef dolostones in the study area

4 勘探意义

国内不少专家学者根据生物礁、滩储层发育特征及空间展布规律，为海相油气盆地资源勘探提供了新思路，并取得了重大发现和突破，为我国油气勘探做出巨大贡献［49-56］。同时，成功勘探经验也为塔里木盆地深层油气勘探指明了方向。

塔北西部—柯坪地区下寒武统属于塔里木盆地台缘带，台缘带微生物礁与滩当然成为了该层位最重要的勘探对象。根据上述研究认识并结合前人［23-26，57-60］的研究成果不难发现，与以往礁、滩皆为良好油气储层的经验不同，下寒武统微生物礁白云岩储集性较差，属于特低孔特低渗储层，不可能再是未来油气勘探的主要对象。因此，塔里木盆地下寒武统油气勘探的重点不应该再是肖尔布拉克组上二亚段微生物礁，更可能是肖尔布拉克组上二、三亚段的微生物台缘颗粒滩。

造成微生物礁、滩储集性显著差异的原因可能与微生物的种类有关。早寒武世造礁微生物包括细菌、真菌、微体藻类及原生动物，这些微生物主要通过与自身有关的矿化作用和黏结、捕获沉积物来建造微生物岩［3，5，7，23，38，46-47］。 这类微生物由于缺乏类似珊瑚、海绵等骨架生物，既难以形成大型生物礁，又由于缺乏各类原始孔隙，而不利于后期流体改造，自然很难形成规模的油气储集空间。因此，在塔里木盆地寒武系地层中，微生物礁不应再作为台缘带油气勘探的重点，而瞄准与微生物作用相关的颗粒滩更具有勘探潜力。这对塔里木盆地更古老地层油气勘探也具重要的启发意义。

5 结论

（1）塔北西部—柯坪地区下寒武统微生物礁只出现在研究区南部，其中昆盖阔坦剖面发育数量最多、体积最大，礁体群在近东西向上呈带状、串珠状分布；在英尔苏和苏盖特布拉克剖面发育规模较小，整体呈现由南向北递减的趋势。

图7　研究区微生物礁储层类型及渗透率散点图Fig.7 Types of reservoirs ofmicrobial reefs and scatter diagram of permeability in the study area

（2）研究区微生物礁发育凝块石结构、似球粒结构、包壳结构、纹层构造和缝合线构造5种结构及构造，具有粒内孔、晶间孔、溶孔、格架孔、微裂缝和缝合线6种储集空间类型，但储集性远低于预期目标，平均孔隙度和渗透率仅有1.84％和0.91×10-3μm2，属于特低孔特低渗储层。

（3）研究区微生物礁储集性偏差，在塔里木盆地下寒武统地层中，该类微生物礁不应再作为台缘带油气勘探的重点对象，而台缘微生物颗粒滩更具有勘探潜力。

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Reservoirs of the Lower Cambrian M icrobial Reefs and Its Significance on Petroleum Exp loration，Tarim Basin，NW China

WANG Kai1GUAN Ping1DENG ShiBiao1LIU PeiXian1JIN YiQiu2
（1.MOE Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution，School of Earth and Space Sciences，Peking University，Beijing 100871，China；2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development，CNPC，Beijing 100083，China）

Abstract：The microbial reef reservoirs of the 2ndsubmember in the upper part of the Lower Cambrian Xiaoerbulak Formation have been researched based on outcrop section，thin section identification and experiment analysis in the west of North Tarim to Kelpin area.Themicrobial reefs were found in south of the study area，of which the largest number and volume growth in Kungaikuotan section，showing a nearly E-W distribution，while less development in Yingersu and Sugaitebulak sections.6 kinds of reservoir space developed in themicrobial reef dolostones：intragranular pores，intergranular pores，dissolved pores，fenestral pores，micro-fractures and stylolites.But the reservoir characteristics are far from expectative goals，the average porosity and permeability are only 1.84％and 0.91×10-3μm2，belongs to ultra-low porosity and ultra-low permeability reservoirs.It's difficult to the effective reservoirs of Lower Cambrian in Tarim Basin.Combined with previous work，themicrobial reefs should not be used as the key objects of hydrocarbon exploration in Lower Cambrian and even older strata，whereas themicrobial bank can be used as the next major explorative horizon.

Key words：microbial reef；reservoir characteristics；Tarim Basin；Lower Cambrian；hydrocarbon exploration

第一作者简介王 凯 男 1989年出生 硕士研究生 矿物学、岩石学、矿床学 E-mail：wk2013@pku.edu.cn

通信作者关 平 男 教授 E-mail：pguanl@pku.edu.cn

中图分类号TE122.2

文献标志码A

文章编号：1000-0550（2016）02-0386-11

doi：10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.017

收稿日期：2015-05-14；收修改稿日期：2015-07-03

基金项目：国家科技重大专项（2011ZX05004-004-005）［Foundation：Natural Science and Technology Major Project，No.2011ZX05004-004-005〛