塔中北坡超深层灰岩储集空间类型及储层分类

尚 凯

(中国石化西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

0 引 言

近年来，随着碳酸盐岩油气成藏理论的不断深化和油气勘探工作的持续推进，在四川盆地、塔里木盆地等海相深层—超深层(目的层埋深大于4 500 m)领域获得了可喜的油气勘探成果，发现了多个大中型油气田[1-6]。塔中北坡位于塔里木盆地中部，中下奥陶统为主要目的层之一。储层时代古老、埋藏深度大、油气勘探程度较低，近期多口钻井获得了油气发现，表明了该区超深层海相碳酸盐岩领域广阔的油气勘探前景[2-3]。众多学者先后对该区走滑断裂[7-8]、地层划分[9]、成藏模式[10]、储层预测[11]等方面开展了研究工作，但对储层发育特征及成因方面的研究比较薄弱。目前勘探实践表明，明确储层成因和发育规律是该区油气勘探实现突破的关键因素之一。以塔中北坡中下奥陶统一间房组—鹰山组灰岩为例，利用多种资料系统梳理了该区储层的主要储集空间类型，并根据孔缝特征及成因对储层进行了分类，以期为该区下步储层预测提供地质依据。

1 区域地质概况

塔中北坡位于塔里木盆地塔中Ⅰ号断裂带以北，跨越顺托果勒低隆起和古城墟隆起西部，与满加尔坳陷和阿瓦提坳陷相邻。寒武纪—中奥陶世研究区为稳定的浅水碳酸盐岩台地环境，沉积了超过2 000 m厚的碳酸盐岩地层。塔中北坡经历了加里东期、海西期、印支期—燕山期和喜山期多期构造叠加改造，发育多组多期次活动的断裂带，为缝洞型储层的形成和发育提供了有利条件。钻井揭示，该区中下奥陶统灰岩主要发育在鹰山组上段和一间房组，岩性主要为灰色、浅灰色砂屑灰岩、藻砂屑灰岩、藻黏结灰岩、凝块岩和泥晶灰岩，含介形、海百合、葛万藻、三叶虫和腹足等生物碎屑。

2 储集空间类型及特征

通过对塔中北坡14口钻井岩心、薄片的观察和描述，并结合测井等资料系统梳理了该区储层的储集空间类型。其中，组构选择性孔隙包括粒内孔、粒间溶孔、晶间溶孔、窗格孔、微孔隙以及极少量的遮蔽孔(图1)；非组构选择性孔隙包括溶蚀孔洞和裂缝(图2)。

2.1 组构选择性孔隙

2.1.1 粒内孔

粒内孔主要在亮晶砂屑灰岩和藻砂屑灰岩中较发育，具有较明显的岩相选择性。铸体薄片显示，粒内孔隙主要发育在砂屑、藻砂屑及生屑等颗粒中(图1a、b)，包括粒内溶孔和生物壳铸模孔，孔隙大小约为0.10～1.50 mm，呈圆形、椭圆形及不规则状。粒内孔包括半充填—全充填，孔隙连通性较差，多呈孤立状分布，面孔率一般小于5%，最高可达8%。一般情况下，该类孔隙在漫长的成岩过程中不易被保存，被后期粒状方解石充填而导致储集性能降低。

图1 塔中北坡鹰山组—一间房组灰岩组构选择性孔隙特征

图2 塔中北坡鹰山组—一间房组灰岩非组构选择性孔隙特征

2.1.2 粒间溶孔

粒间溶孔主要发育在藻黏结岩、凝块岩及砂屑灰岩中(图1c)，孔隙大小约为0.01～1.00 mm，具有一定的组构选择性，孔隙呈港湾状或不规则状，多被栉壳状方解石、结晶方解石和白云石等半充填—全充填。其中，藻黏结岩、凝块岩中溶孔常被2～3期方解石半充填—全充填，而砂屑灰岩中溶蚀孔隙常为2～4期白云石或方解石半充填—全充填。

2.1.3 晶间溶孔

研究区的晶间溶孔主要发育在SN4井区鹰山组上段热液蚀变的硅化岩储层当中，面孔率一般为10%～18%，最高为22%。镜下可见半自形短柱状或它形粒状石英晶粒间，方解石呈它形粒状分布，表现出显著地溶蚀交代残余特征(图1d)，表明该类孔隙的形成可能与硅化热液溶蚀作用有关[12]。

2.1.4 窗格孔

岩心和薄片资料表明，窗格孔主要发育在一间房组藻黏结灰岩和藻灰岩中(图1e)，其形成与藻类生长或腐烂有关[13]。孔隙大部分被方解石和白云石充填，主要表现为纤柱状方解石和自形白云石充填的双层结构，少量表现为多期次不同产状的方解石和白云石充填的多层结构[14]。有效孔隙为胶结残余孔隙，形态不规则，大小不一，多呈顺层分布。

2.1.5 微孔隙

微孔隙主要为孔隙直径小于20.00 μm的基质孔隙，扫描电镜与氩离子抛光-聚焦离子束扫描电镜分析发现微孔隙主要包括藻屑内部自形方解石晶间孔、葛万藻等生物体腔微孔、方解石重结晶形成的晶间微孔隙和自形石英晶面微孔隙4种类型[14](图1f)，孔径大小不等(几百纳米至几微米)，但绝大多数小于20.00 μm。微孔隙的发育具有较强的非均质性，且在微孔隙中见沥青质。微孔隙的形成与藻类关系密切，ST1井揭示的微孔隙还可能与热液流体改造相关[14]。

2.2 非组构选择性孔隙

2.2.1 溶蚀孔洞

溶蚀孔洞在砂屑灰岩、藻砂屑灰岩、藻黏结灰岩和硅化岩中均可见到，主要包括4种分布形式：①呈圆形或不规则状，孤立分布，直径大小一般为厘米—毫米级别，多被方解石全充填—半充填，连通性比较差(图2a)；②常和裂缝相伴生，并沿裂缝溶蚀扩大，以SN4、SN501井鹰山组储层最为典型(图2b、d)；③呈似层密集状分布，在SN501及GL2等多口井中均有揭示(图2e)；④蜂窝状孔隙，ST1井一间房组取心揭示，孔隙与基质间存在明显的蚀变边界，可能与热液流体作用相关[14]。

2.2.2 裂缝

常见的裂缝主要包括构造缝、压溶缝和溶蚀缝，但对改善储层储渗性能意义最大的是未充填的构造缝(图2c)。取心中均见高角度裂缝、水平—低角度裂缝和微裂缝，常常伴生多组水平裂缝。构造缝的发育和断裂密切相关，对碳酸盐岩储集体的形成意义重大[15]，已钻井表明，位于主干断裂带附近的井(如SN4井)，其高角度构造裂缝的发育程度明显强于主干断裂带之间的井(如SN7)。压溶缝主要为缝合线，几乎遍布研究区整个中下奥陶统，大多被泥质或有机质充填。但缝合线对储层连通性的贡献可大可小，部分扩溶网状缝合线仍可作为有效的储集空间。成岩流体在早期构造缝的基础上，沿缝面发生溶蚀，形成形态曲折的溶蚀缝，溶蚀缝在SN4井区最为典型(图2b)。

3 储层分类探讨

在前人对塔里木奥陶系碳酸盐岩储层分类研究的基础上[16-17]，根据储层发育位置和分布、储集空间类型及形成主控因素，提出了该区新的储层分类方案，将塔中北坡中下奥陶统灰岩储层划分为台内颗粒滩储层、构造裂缝型储层、热液改造型硅质岩储层以及与热蚀变相关的微生物碳酸盐岩储层4种类型(图3)。

3.1 台内颗粒滩储层

台内滩在塔里木盆地中下奥陶统广泛发育[18-19]，该类储层的发育和沉积相关系密切，主要发育在台内丘滩的砂屑灰岩、藻砂屑灰岩和藻黏结灰岩中，储集空间类型主要是残余粒间孔、粒内孔、胶结残余窗格孔等组构选择性孔隙以及后期溶蚀扩大的孔缝系统。(准)同生期淡水淋滤以及埋藏期溶蚀等多期次、不同类型的溶蚀作用是台内滩相储层形成的关键。SN7井首次在该区一间房组揭示了该类储层，并获得油气发现。连井对比和偶极横波远探测反射波成像等资料表明，一间房组中下部发育层状溶蚀孔洞或孔隙集合体，储集体纵向叠置，单井储层单层最大厚度可达43.5 m。

图3 塔中北坡中下奥陶统灰岩储层发育模式

3.2 构造裂缝型储层

构造裂缝型储层是塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩非常重要的一类储集体[20]，该类储层的形成和分布受控于断裂带，基质孔隙不发育。未充填—半充填的高角度裂缝、水平—低角度裂缝和微裂缝为其主要的储集空间和渗流通道。塔中北坡发育多条北东向走滑断裂带及伴生的断裂，为大规模的构造裂缝型储集体的发育提供了有利条件，主干断裂附近的SN1和GL1等一大批钻井已获油气发现，证实了该领域的勘探前景。

3.3 热液改造型硅质岩储层

该类储层和断裂关系密切，以SN4井区鹰山组上段最为典型，储集岩性主要为细晶硅质岩，次为与之相关的硅质灰岩，主要由亮晶砂屑灰岩或微晶灰岩经富硅热液流体交代作用形成[21-22]。岩石中发育多种类型的储渗空间，包括溶蚀孔隙(洞)、不规则裂缝、裂缝扩溶缝等，储层裂缝及围岩中发育典型的低温热液矿物组合。钻井过程中均有放空漏失，钻探结果表明，该类储层储集性能良好，岩心分析孔隙度最高为20.5%，渗透率最高为73.4×10-3μm2。深大断裂及其伴生的裂缝沟通了下部地层，为流体的运移提供了重要通道，是储层改造的关键。

3.4 与热蚀变相关的微生物碳酸盐岩储层

该类储层以ST1井一间房组为代表，该井临近北东向走滑断裂带，地震剖面显示，井区附近发育晚奥陶世的火成岩侵入体，储层段岩性主要为浅灰色藻黏结岩、藻砂屑灰岩。岩心、薄片和CT扫描等资料表明，储集空间为溶蚀孔洞、(微)裂缝和微孔隙均较发育。孔隙发育具有一定组构选择性，和藻类等微生物相关的微孔隙较为普遍。蜂窝状孔隙中发育沥青，孔隙与基质之间可见明显的蚀变边界，基质中自形石英含量高，表明储层发育受沉积和构造-热液流体控制[14]。

3.5 有利储层发育区

SN5和SN7等多口钻井揭示，台内颗粒滩储层主要发育在一间房组中下部，沉积微相为该类储层的发育奠定了有利的物质基础。(准)同生期古地貌高部位的颗粒滩受海平面升降的影响，间歇性地暴露于大气淡水中发生溶蚀，形成大量的组构选择性孔隙。虽然这些孔隙后期大多被方解石胶结充填或半充填，但仍有一定数量的残余孔隙保存下来，为后期溶蚀作用的改造奠定了基础。沉积微相的展布对于该类储集体的预测具有重要的意义，利用井震结合对沉积微相进行精细刻画是寻找有利储层的关键。古城墟隆起西部的SN1-GL1井区鹰山组—一间房组中下部发育开阔台地台内颗粒滩沉积[23]，是寻找台内滩储层的有利区域。

构造裂缝型储层和热液改造型硅质岩储层与断裂活动密切相关，塔中北坡断裂发育多条北东向走滑断裂及其伴生的次级断裂，断裂多期活动形成了广泛分布的断裂-裂缝系统[3]。从目前钻井成果来看，构造裂缝型储层是该区最为常见的储层类型。SN1、SN2和GL2等钻井表明，一间房组—鹰山组上段裂缝走向与北东向断裂关系密切，其间成平行或近似平行关系，形成单向或共轭裂缝。可见，构造破裂作用对缝洞型储层的形成起积极作用。另一方面，该断裂-裂缝系统也为后期热液流体的改造创造了有利条件。塔中地区热液活动较为普遍，目前热液改造型硅质岩储层仅在SN4井区鹰山组上段裂缝带和粒屑灰岩中揭示[22]。因此，北东向走滑断裂带附近是这2类储层的有利发育区。

与热蚀变相关的微生物碳酸盐岩储层受断裂和沉积共同控制。成岩早期，断裂沟通了深部热液流体，对微生物岩(主要是藻黏结岩)进行改造，形成了和微生物相关的铸模孔、晶间孔等各类孔隙和微孔隙。钻井和三维地震资料表明，ST1井区晚奥陶世火成岩侵入体和微生物岩发育[14]。由此可见，研究区北部的ST1井区是该类储层的有利分布区域。

4 结 论

(1) 塔中北坡中下奥陶统超深层海相灰岩储层储集空间包括组构选择性孔隙和非组构选择性孔隙2种类型，主要包括粒内孔、粒间溶孔、晶间溶孔、窗格孔、微孔隙、溶蚀孔洞、构造缝、压溶缝和溶蚀缝，这些缝洞的发育改善了研究区灰岩的储集性能。

(2) 根据塔中北坡中下奥陶统灰岩储集空间类型、发育特征，结合孔缝形成的主控因素，将该区超深层灰岩储层按照成因划分为4类：台内颗粒滩储层、构造裂缝型储层、热液改造型硅质岩储层以及与热蚀变相关的微生物碳酸盐岩储层。该分类方案具有一定的实用性，能更好地应用于储层预测和区带评价中。

(3) 综合分析了不同类型储层的平面分布规律，指出古城墟隆起西部、北东向走滑断裂带附近和ST1井区是储层分布有利区。