塔里木盆地奥陶系层间岩溶野外剖面及岩溶特征

郑开兵，刘建峰

（中国石油西部钻探工程有限公司试油公司，新疆克拉玛依834000）

岩溶储层是海相含油气盆地重要的储层类型之一，以溶蚀孔洞及裂缝为储集空间，是油气富集的有利场所，也是油气勘探的重点区域[1]。塔里木盆地位于新疆维吾尔自治区的南部，是我国最大的内陆盆地，其演化历史从震旦纪至第四纪，为一个大型复合、叠合盆地，海相地层发育，油气资源丰富。近年来塔里木盆地碳酸盐岩油气田勘探突破得益于勘探技术的进步和研发力度的加强，在碳酸盐岩储层研究方面得到储层理论研究新进展的指导和支撑，这些研究极大地拓展了油气的勘探范围和有效储层的预测精度，有力地支持了近期碳酸盐岩油气勘探，特别是塔中地区奥陶系碳酸盐岩大面积富含油气的发现，得益于层间岩溶储层研究开拓性进展[2]。

伊硕等[3]针对塔里木盆地奥陶系层间岩溶的差异性，研究了塔北、塔中和塔西南岩溶发育区的古岩溶储层差异及其机理，阐明了构造和沉积作用是造成塔里木盆地古岩溶差异性的重要原因。

韩剑发等[4]针对塔里木盆地碳酸盐岩台地洞穴、溶蚀孔洞及裂缝发育特征及岩溶缝洞的形成问题，基于野外露头及井下特征、岩样分析等方法，揭示了岩溶分布规律，提出了叠合复合岩溶缝洞型系统是勘探的有利区域。

陈红汉等[5]针对塔中地区北坡中‐下奥陶统早成岩岩溶作用及形成模式问题，采用岩心、薄片岩石学和阴极发光观察等方法，结合古地貌恢复，建立了“准层状”层间岩溶发育模式概念，认为早期岩溶储层胶结严重，后期叠加后深层层间岩溶物性较高，是未来的勘探方向。

孙崇浩等[6]针对塔里木盆地哈拉哈塘地区超深碳酸盐岩缝洞型储层特征及主控因素识别，通过岩心、薄片、钻井及成像测井等资料研究，建立了超深缝洞型碳酸盐岩的储集层发育模式，明确了储层主要发育在奥陶系一间房组和鹰山组，受控于层间岩溶和断裂改造。

廖涛等[7]针对塔北碳酸盐岩储层发育随机性强的特点，以塔北奥陶系古岩溶露头为指导，结合储层预测技术方法，明确了岩溶内幕区不同缝洞系统受古水系、断了等影响后发育特征。

胡昊等[8]针对塔中奥陶系鹰山组储层特征差异大、主控因素认识不清的问题，通过对层间岩溶概念的重新厘定，分析了井下岩溶型储集层特征，建立了储层分布模式。

综上所述，塔里木盆地塔中、塔北层间岩溶的研究取得了大量的成果，并广泛运用于实际生产[9‐10]。但勘探实践表明，塔中层间岩溶与塔北风化壳岩溶模式具有较大的差别，塔北风化壳顶面为寒武系或奥陶系，上覆地层为白垩系，缺失奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系，而塔中地区的风化壳暴露的沉积间断，仅缺失中奥陶统一间房组、吐木休克组[11‐12]。二者的根本差别决定了在塔北研究比较成熟的风化壳岩溶模式的规律无法直接套用在塔中的层间岩溶模式中。

层间岩溶平面分布的主控因素，即造成塔中鹰山组顶面暴露沉积间断的原因有待于进一步厘定，以及塔中层间岩溶的发育模式有待系统建立。因此，针对塔里木盆地奥陶系层间岩溶区域差别的现象，以野外地质观察为基础，建立层间岩溶识别标志图版，为全面了解塔里木盆地的储层成因类型、成因机理，以及储层预测提供依据。

1 野外研究剖面的拟定

依据地质、地形图的解读（主要利用地质图观察构造、地层发育情况，寻找奥陶系地层发育齐全和有地层缺失的剖面位置，分别对其观察并进行对比分析），结合Google earth提供的图像信息（主要通过观察卫星照片中的地层变化来大致确定奥陶系各组发育及展布情况）确定地层缺失关系（见表 1）[13]。

表1 露头区奥陶系内部及其与上覆地层之间的地层缺失情况Table 1 Strata missing between ordovician and overlying strata in outcrop area

由东至西，从南至北选择羊吉坎、托普朗、达坂塔格、一间房、三间房、五道班、西克尔；柯坪水泥厂、盖孜力克南；蓬莱坝、大湾沟、鹰山北坡、铁热克阿瓦提；库木布隆、巴沙克玛、喀漠什托、阿克布隆、同古四不隆、琼皮什、塔木东20条剖面进行重点调查研究。

2 传统风化壳岩溶野外剖面及典型特征

传统风化壳岩溶为碳酸盐岩，因构造抬升长期暴露于地表，大气淡水渗入循环。其中，伴随风化壳形成而发育的岩溶，它一般都伴随长时间的沉积间断，地层缺失跨系。在已考察剖面中，这一岩溶现象主要在巴沙克玛剖面较为发育。

风化壳岩溶发育于奥陶系与石炭系的不整合接触附近（见图1（a））。不整合上覆地层为石炭系乌什组（C12），岩性为中厚层灰黑色，深灰色灰岩夹含灰质砂岩，产状为293°∠24°；下伏地层为奥陶系鹰山组，岩性从下到上为中厚‐厚层浅灰色细晶灰岩、泥晶灰岩‐深灰色巨厚层泥质灰岩、生物碎屑灰岩，产状为 254°∠17°。

图1 巴沙克玛剖面Fig.1 Basak Mar profile

在不整合面附近可见石炭系地层直接覆盖在奥陶系鹰山组不同地层之上，由地层产状测量及这一接触关系可判定此不整合为角度不整合，据前人研究推测，其沉积间断约为120 Ma。此外，在不整合面附近可见石炭系沉积物沿裂隙插入奥陶系鹰山组地层中（见图1（b）），这一现象表明在石炭系地层沉积之前鹰山组已经存在裂隙。而这一裂隙并不平直，与其它裂隙也无明显构造关系，考虑到鹰山组与石炭系之间沉积间断时间较长，推测其极可能是风化作用形成的。综合分析鹰山组裂隙产状，可知其以垂直裂隙为主，裂隙内充填白色方解石（见图 1（c））。

鹰山组溶孔发育，孔内充填方解石（见图1（d）），可见大型溶洞（见图1（e-f）），溶洞高10.6 m，宽26 m，洞内充填角砾（角砾成分单一，主要为灰岩；磨圆棱角状、次棱角状、次圆状均可见；具一定结构分选性，但角砾大小差别不大，为3～10 mm，砾石表面有风化残积的铁、泥质壳），砾岩与围岩边缘清晰，洞壁具溶蚀现象和一定生长结构，位于斜坡与高地之间，成层性不好。通过对洞内及洞外鹰山组和乌什组地层产状测量（洞内砾岩产状285°∠29°；乌 什组 地 层产 状 292°∠24°；鹰 山 组 254°∠17°），可知三者产状均不相同。综合分析可推测此溶洞为古溶洞，形成于水平潜流带，磨圆是地下暗河作用引起的。

在塔里木盆地，部分传统风化壳岩溶其规模较小，发育部位地层缺失所对应的沉积间断时间较短。一般发育在平行不整合面之下，地层一般是系内、跨组缺失，这一岩溶现象在西克尔剖面和五道班剖面均有发育。

3 层间岩溶野外剖面考察及典型特征

目前已经确认的塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩层间岩溶作用主要有：Ⅰ蓬莱坝组顶，上覆鹰山组；Ⅱ鹰山组顶-一间房组顶，上覆良里塔格或吐木休克组；Ⅲ良里塔格组顶，上覆桑塔木组的层间岩溶。在已考察剖面中，主要观察到了第I幕蓬莱坝组顶（上覆鹰山组）的层间岩溶——蓬莱坝剖面、柯坪水泥厂剖面和第II幕一间房组顶（上覆吐木休克组）的层间岩溶——伽师三间房剖面。

3.1 蓬莱坝剖面沉积间断特点及岩溶发育特征

3.1.1 蓬莱坝剖面沉积间断及岩溶发育现象野外观察 蓬莱坝1号剖面在蓬莱坝组与鹰山组之间可见明显的不整合（见图2（a））。不整合上覆地层鹰山组以填平补齐的方式覆盖于蓬莱坝组之上，岩性主要是薄层灰色泥晶灰岩，产状为128°∠45°，未见到大型褶皱和断裂发育，表明其地层沉积过程中受构造运动影响不大；下伏地层蓬莱坝组，岩性主要为薄‐中层灰白色白云岩，风化较为严重，产状为120°∠41°。两者产状基本一致，结合前人研究（蓬莱坝组与鹰山组之间缺少两个化石带）可知，两者为平行不整合接触。由邓胜徽等[14‐15]对鹰山北坡剖面的蓬莱坝组与鹰山组地层缺失情况的研究，可推测此区蓬莱坝组与鹰山组之间有大致相当于7.2 Ma的地层缺失量。

在不整合面之下的蓬莱坝组岩溶垂向分带清楚，从上到下依次为结核垆坶带、风化裂隙带和溶蚀孔洞带[16‐17]。其中，结核垆坶带内顶部有一层古土壤，可见较为清晰的纹理，其顶部具清晰的侵蚀面（见图2（b）），原岩风化残余呈结核状（紫红色）（见图2（c））；风化裂隙带发育大量风化裂隙（见图2（d-e）），部分被泥质、方解石充填，可见溶孔；溶蚀孔洞带，可见成层分布的溶孔，发育有溶洞，部分被泥质、方解石充填，但溶洞规模较小，为30～40 cm（见图2（f）），各溶洞之间连通性不好。

图2 蓬莱坝1号剖面Fig.2 The No.1 profile of Penglaiba

结合上述分带特征，在1号剖面发育三期层间岩溶，分别对其进行了精细测量可知：

（1）I期。结核垆坶带厚1.9 m，风化裂隙带厚3.3 m，溶蚀孔洞带厚11.1 m；溶蚀孔洞带面孔率估计：孔洞最大为5 cm×4 cm，最小为1 cm×1 cm，普遍为 3 cm×2 cm（见图 3（a）），孔洞连通性好，孔洞内充填硅质、泥质、方解石。

（2）II期。结核垆坶带厚2.9 m，风化裂隙带厚1.85 m，溶蚀孔洞带厚17.75 m；溶蚀孔洞带面孔率估计：孔洞最大为3 cm×2 cm，最小为1 cm×1 cm，普遍为2 cm×1.5 cm（见图3（b）），孔洞连通性好，洞内多充填硅质（见图3（c）），部分呈葡萄状。

（3）III期。结核垆坶带厚2.8 m，风化裂隙带厚3m，溶蚀孔洞带厚10 m；溶蚀孔洞带面孔率估计：孔洞最大为5 cm×1 cm，最小为1 cm×1 cm，普遍为 3 cm×2 cm（见图3（d）），孔洞连通性好，充填方解石）。

图3 蓬莱坝1号剖面（发育三期）Fig.3 The No.1 profile of Penglaiba（I-III）

3.1.2 蓬莱坝剖面岩溶的镜下特征 蓬莱坝剖面岩心镜下特征如图4所示。

图4 蓬莱坝剖面岩心镜下特征Fig.4 Identification of Penglaiba under the core microscope

由图4可见，蓬莱坝剖面结核垆坶带可见明显的风化残积现象（见图4（a）），在BSE下观察可见明显的铁质残余（见图4（b）），铁质残余周围可见硅质环带（见图4（c））。白云岩内可见裂隙充填白云石、方解石（见图4（d）），这种接触关系在BSE下观察更为清晰可见（见图4（e））。白云岩内可见方解石脉体，同时可见明显环带（见图4（f）），很可能代表淡水淋滤的多期作用。白云岩内可见裂隙未被完全充填（见图4（g））。同时白云岩内可见溶孔充填石英（见图4（h））、半充填白云石（见图4（i）），溶孔边界模糊不清，可能为淡水淋滤作用形成的。

3.2 柯坪水泥厂剖面沉积间断特点及岩溶发育特征

3.2.1 柯坪水泥厂剖面沉积间断及岩溶发育现象野外观察 在该剖面，蓬莱坝组与鹰山组之间可见明显的不整合（见图5（a））。不整合上覆地层鹰山组以填平补齐的方式覆盖于蓬莱坝组之上，岩性主要是薄层灰色泥晶灰岩。通过详细的观察，发现在蓬莱坝组内部主要发育五个期次的层间岩溶（按地层从新到老进行岩溶期次编号）。

图5 柯坪水泥厂剖面Fig.5 Keping cement plant profile

第1个期次。层号：103-101，分带：风化残积带0.4 m，裂隙带0.5 m，孔洞带大于1.5 m，各种洞顺层分布，部分被热液改造。

第2个期次。层号：95-96，可细分为3期，分带：I期结核垆坶带厚约0.15 m（风化残积物为硅质），风化裂隙带厚约0.80 m，溶蚀孔洞带厚约0.45 m；II期结核垆坶带（见图5（b））厚约0.40 m，风化裂隙带和溶蚀孔洞带分带不清，总厚0.90 m；III期结核垆坶带（见图5（c））厚约0.45 m，风化裂隙带厚约2.50 m，溶蚀孔洞带厚约9 m。

第3个期次。层号：91-90，分带：结核垆坶带厚约0.2 m，风化裂隙带厚约0.4 m，溶蚀孔洞带厚约1.5 m。

第4个期次。层号：40-43，可细分为2期，分带：I期结核垆坶带厚约0.4 m，风化裂隙带厚约1.5 m，溶蚀孔洞带厚约3 m；II期结核垆坶带厚约0.2 m（最大起伏可达0.4 m），风化裂隙带厚约0.4 m，溶蚀孔洞带厚约5 m，普遍发育溶孔，但不密集，连通性好，孔洞最大6 cm×1 cm，最小为0.5 cm×0.5 cm，普遍为5 cm×0.5 cm。

第5个期次。风化壳之下可细分为2期，分带：I期结核垆坶带（见图5（d-e））厚约0.3 m（起伏最大至0.6 m），风化裂隙带厚约0.7 m，溶蚀孔洞带厚约2.8 m，面孔率估计（见图5（f））：孔洞最大5 cm×3 cm，最小为0.5 cm×0.5 cm，普遍为4 cm×1 cm，溶孔形状不规则，充填硅质泥质，以硅质为主；II期结核垆坶带厚约1.5 m，风化裂隙带厚约0.5 m，溶蚀孔洞带厚约3 m。

3.2.2 柯坪水泥厂剖面岩溶镜下特征 柯坪水泥厂剖面结核垆坶带可见明显的风化残积现象（见图6（a）），细晶白云岩中可见中晶白云石脉体，脉体边界不清（见图6（b）），亮晶砂屑灰岩中可见孔洞充填方解石（见图6（c））。在铸体薄片中，细晶白云岩内可见明显的未被充填裂隙（见图6（d）），亮晶砂屑灰岩中可见未被充填的溶孔（见图6（e）），中晶白云岩中可见未被充填溶孔（见图6（f））。

图6 柯坪水泥厂剖面岩心镜下特征Fig.6 Identification of Keping cement plant profile under core microscope

3.3 鹰山北坡剖面沉积间断特点及岩溶发育特征

鹰山北坡剖面在蓬莱坝组与鹰山组之间可见明显的不整合（见图7（a））。不整合上覆地层鹰山组以填平补齐的方式覆盖于蓬莱坝组之上，鹰山组岩性主要为灰色薄层泥晶灰岩，与蓬莱坝剖面相似，该剖面未见大型褶皱和断裂发育，表明其地层沉积过程中受构造运动影响不大；下伏地层蓬莱坝组岩性与蓬莱坝剖面蓬莱坝组相比，灰质成分明显增多。

3.3.1 鹰山北坡剖面沉积间断及岩溶发育现象野外观察 鹰山北坡不整合面之下的蓬莱坝组可见明显的岩溶垂向分带性。从上到下依次可见风化残积的硅质（见图7（b））、泥质充填的风化裂隙（见图7（c））、成层分布的溶孔（见图 7（d））及小规模溶洞（见图7（e））。成层分布的溶孔内充填物质主要为泥质，近观可见溶洞（见图7（f））内充填物质外侧为泥质（可见铁质混染），内侧主要为硅质。

3.3.2 鹰山北坡剖面岩溶镜下特征 岩石内可见明显的风化残余泥质混染现象（见图8（a）），细晶白云岩内可见裂隙充填方解石（见图8（b））、白云石（见图8（c））。泥晶灰岩内可见明显溶蚀现象，孔洞内充填颗粒较大的方解石（见图8（d）），细晶白云岩内可见大量未被充填的溶孔（见图8（e））。局部岩石遭受强烈硅化作用，只保留原来的砂屑幻影（见图 8（f））。

图8 鹰山北坡剖面岩心镜下特征Fig.8 Identification of Yingshan north slope profile under core microscope

4 结 论

（1）通过对野外发育层间岩溶剖面的系统观察可知，层间岩溶具有明显的垂向分带性。单个层间岩溶从上到下依次为结核垆坶带（残积带）、风化裂隙带（渗流带）和溶蚀孔洞带（潜流带）。其中，结核垆坶带规模较小，通常厚1～2 m或数十厘米；溶蚀孔洞带在单个层间岩溶中所占厚度比例最大，同时也是构成层间岩溶型储层的主力。在溶蚀孔洞带中，可见成层分布的溶孔，发育有溶洞（部分被泥质、方解石充填），溶洞规模较小，为30～40 cm，各溶洞之间连通性较差。

（2）与传统风化壳岩溶明显不同的是层间岩溶可发育多期旋回，由多个旋回构成总厚度达数十米的层间岩溶发育带，从而形成有利储层带。如在蓬莱坝系列剖面，层间岩溶最发育的剖面，其层间岩溶发育带厚度达89.2 m，由7期层间岩溶构成。这种频繁出现的旋回与海平面的短期升降变化有关，一期海平面升降可以形成一期层间岩溶，而多期海平面升降就形成了连续发育的多期层间岩溶。