沈安江，潘文慶，鄭興平，張麗娟，喬占峰，莫妮亞

(1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院)

塔里木盆地下古生界巖溶型儲層類型及特征

沈安江1，潘文慶2，鄭興平1，張麗娟2，喬占峰1，莫妮亞1

(1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院)

沈安江

塔里木盆地下古生界巖溶型儲層可劃分為同生巖溶、風(fēng)化殼巖溶和埋藏巖溶等三種類型。同生巖溶型儲層主要為礁灘體受三級或四級相對海平面下降導(dǎo)致的短暫暴露和淡水淋溶的產(chǎn)物。風(fēng)化殼巖溶型儲層包括層間巖溶和潛山巖溶兩個亞類：層間巖溶為碳酸鹽巖中—短期抬升剝蝕和淡水淋溶的產(chǎn)物，地形起伏平緩，與上覆碳酸鹽巖呈平行不整合接觸；潛山巖溶為碳酸鹽巖長期抬升剝蝕和淡水淋溶的產(chǎn)物，地形起伏強(qiáng)烈，與上覆石炭系、侏羅系—白堊系碎屑巖呈角度不整合接觸，包括石灰?guī)r潛山和白云巖潛山。埋藏巖溶型儲層又可分為原源埋藏巖溶和異源埋藏巖溶兩個亞類，前者為有機(jī)酸、盆地?zé)猁u水、TSR成因的硫化氫等成巖流體作用的產(chǎn)物，后者為深源熱液作用的產(chǎn)物。認(rèn)為塔里木盆地巖溶型儲層是多期次巖溶作用疊加改造的結(jié)果。

塔里木盆地；下古生界；巖溶儲層；儲集層類型；儲集層特征

沈安江1965年生，博士，教授級高級工程師。長期從事碳酸鹽巖沉積儲層方面的研究工作,發(fā)表論文20余篇,專著4本,譯著2本。通訊地址：310023杭州市西溪路920號；電話:（0571）85224983

塔里木盆地寒武系至下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組以白云巖為主，夾少量的石灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，中、下奧陶統(tǒng)鷹山組下段為灰質(zhì)白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r，白云質(zhì)組分呈斑塊狀、花朵狀分布于石灰?guī)r中。據(jù)露頭觀察，白云巖化率達(dá)30%，上段以石灰?guī)r為主，白云質(zhì)組分明顯減少。中奧陶統(tǒng)一間房組及上奧陶統(tǒng)吐木休克組、良里塔格組以石灰?guī)r為特征，尤其在一間房組及良里塔格組上部發(fā)育大量的礁灘相顆粒石灰?guī)r。上奧陶統(tǒng)桑塔木組砂泥巖沉積表示塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖沉積的結(jié)束。復(fù)雜的構(gòu)造演化［1］導(dǎo)致塔里木盆地寒武系—奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖改造，尤其是巖溶作用。同沉積期三級或四級相對海平面下降導(dǎo)致的短暫暴露，使寒武系—奧陶系礁灘相顆粒石灰?guī)r遭受大氣淡水淋溶作用，形成同生巖溶型儲層。與二級或三級相對海平面下降相關(guān)的中—短期抬升剝蝕和大氣淡水淋溶，導(dǎo)致層間巖溶型儲層的形成，主要發(fā)育于碳酸鹽巖層間平行不整合面之下。與一級或二級相對海平面下降相關(guān)的中—長期抬升剝蝕和大氣淡水淋溶，導(dǎo)致潛山巖溶型儲層的形成，與上覆石炭系、侏羅系—白堊系碎屑巖呈角度不整合接觸。層間巖溶型儲層和潛山巖溶型儲層均屬風(fēng)化殼巖溶型儲層。埋藏巖溶作用（有機(jī)酸、盆地?zé)猁u水、TSR和熱液等）的疊加改造，使得巖溶型儲層的類型和特征更為復(fù)雜。

1 巖溶型儲層類型

在90口井的巖心和薄片觀察基礎(chǔ)上，綜合區(qū)域沉積和構(gòu)造背景、錄井和測井資料，以儲層成因機(jī)理和主控因素為主線，塔里木盆地下古生界巖溶型儲層可劃分為三種類型（表1）。

2 巖溶型儲層特征

2.1 同生巖溶型儲層

臺緣及臺內(nèi)礁灘體沉積易于形成地貌上的相對隆起，相對海平面的微弱下降可導(dǎo)致淺海相礁灘體遭受大氣淡水淋溶作用，形成同生巖溶型儲層，儲層的載體為礁灘體。下面以塔中Ⅰ號臺緣帶塔中62井—塔中82井區(qū)良里塔格組棘屑石灰?guī)r灘為例，闡述這類儲層的成因和特征。

表1 塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖巖溶型儲層類型

塔中62井良里塔格組測試井段為4 703.50～4 770.00 m,日產(chǎn)油38 m3,氣29 762 m3。4 706.00～4735.00m為泥晶生物碎屑灰?guī)r和生物碎屑泥晶灰?guī)r，巖石致密；4735.00～4740.00m為泥亮晶棘屑灰?guī)r,孔隙發(fā)育,面孔率3%～4%，儲集層厚度5 m；4740.00～4750.00m為泥晶棘屑灰?guī)r,泥雜基具滲流沉積特征，巖石致密；4750.00～4754.00m為泥亮晶棘屑灰?guī)r,孔隙發(fā)育,面孔率4%～5%，儲集層厚度4m；4754.00～4758.00m為泥晶棘屑灰?guī)r,泥雜基具滲流沉積的特征，巖石致密；4758.00～4759.00m為泥亮晶棘屑灰?guī)r,孔隙發(fā)育,面孔率4%～5%，儲集層厚度1m。測試井段總厚度66.50m,但儲層發(fā)育井段共3層10m，巖性為泥亮晶棘屑灰?guī)r，與非儲集層泥晶棘屑灰?guī)r呈不等厚互層（圖1）。

塔中62井—塔中82井區(qū)良里塔格組礁灘體儲層的垂向分布特征揭示了其同生巖溶的成因［2］，但礁灘體為同生期淡水淋溶提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。高水位體系域向上變淺準(zhǔn)層序組上部的臺緣或臺內(nèi)礁灘體最易暴露并受大氣淡水淋溶而形成優(yōu)質(zhì)儲層，而且越緊鄰三級層序界面的準(zhǔn)層序組,巖溶作用越強(qiáng)烈,儲層厚度越大，垂向上呈多套儲層疊置（圖1）。主要見于顆?；?guī)r發(fā)育的一間房組及良里塔格組上部，往往被后期巖溶作用疊加改造。

源巖成分是棘屑灰?guī)r能否發(fā)育成有效儲層的重要控制因素。泥亮晶棘屑灰?guī)r的棘屑含量在70%以上，另有20%的苔蘚、珊瑚、藻屑、介殼、泥屑、灰泥和10%的亮晶方解石膠結(jié)物。藻屑、泥屑、灰泥等可溶物質(zhì)為大氣淡水淋溶和次生溶孔的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，而高棘屑、生物碎屑含量確保顆粒能構(gòu)成堅固的格架，使溶孔得以保存。儲集層的原巖與下部的非儲集層一樣，為泥晶棘屑灰?guī)r，只是淡水淋溶的影響深度有限，上部泥晶棘屑灰?guī)r的可溶物質(zhì)被溶解，形成的次生溶孔部分被早表生亮晶方解石充填，而不溶殘余則向下滲流，導(dǎo)致了四級準(zhǔn)層序組的上部為泥亮晶棘屑灰?guī)r儲集層，下部為具滲流沉積特征的泥晶棘屑灰?guī)r致密層（圖2a）。進(jìn)入埋藏成巖環(huán)境，同生期形成的溶孔為有機(jī)酸、盆地?zé)猁u水和硫化氫進(jìn)入儲集體提供了通道，埋藏巖溶作用進(jìn)一步改善了儲層物性。

這類儲層主體以基質(zhì)孔（1～2mm）為特征，儲集空間主要有三類：①泥雜基及泥屑溶孔（圖2b），既可形成于早表生淡水淋溶，也可形成于埋藏巖溶作用，以溶蝕藻泥屑、泥晶套、泥雜基為特征，具選擇性溶蝕的特點(diǎn)；②殘留的亮晶方解石晶間孔（圖2c）；

圖1 塔中62井4730～4765m井段海平面升降旋回與儲層發(fā)育關(guān)系

圖2 塔中62井儲層儲集空間

這類儲層較為均質(zhì)，而且據(jù)巴楚露頭一間房組礁灘體儲層地質(zhì)建模［3］，臺緣礁灘體具有灘相沉積規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)、有效儲層連片發(fā)育的特點(diǎn)，而臺內(nèi)礁灘體卻具有灘相沉積規(guī)模小、延伸不遠(yuǎn)、有效儲層零星分布的特點(diǎn)。儲層成巖—孔隙演化史見圖3。同生期淡水淋溶形成的次生溶孔雖大多被隨后的亮晶方解石充填，但殘留的孔隙為埋藏成巖介質(zhì)提供了通道，為埋藏巖溶作用和孔隙的建造奠定了基礎(chǔ)。

圖3 塔中62井泥亮晶棘屑灰?guī)r儲層成巖—孔隙演化史

2.2 層間巖溶型儲層

塔里木盆地寒武系—奧陶系碳酸鹽巖比較落實(shí)的層間巖溶作用有四幕，分別為：Ⅰ蓬萊壩組頂，上覆鷹山組；Ⅱ鷹山組頂，上覆一間房組或良里塔格組；Ⅲ一間房組頂，上覆良里塔格組或桑塔木組；Ⅳ良里塔格組頂，上覆桑塔木組。塔中地區(qū)以Ⅱ幕最為重要，塔北南緣以Ⅱ、Ⅲ幕最為重要，塔西南地區(qū)以Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ幕最為重要?，F(xiàn)以塔北南緣奧陶系層間巖溶型儲層為例闡述其成因和特征。

塔北南緣奧陶系最重要的層間巖溶作用為Ⅱ、Ⅲ幕，其次為Ⅰ、Ⅳ幕，鷹山組下段的頂部還可能發(fā)育有新的層間巖溶型儲層（圖4）。層間巖溶型儲層主體位于三級或二級層序界面之下0～50m深度范圍，代表中—短期（數(shù)個至十幾個百萬年）抬升剝蝕和淡水淋溶的產(chǎn)物，剝蝕面相對平整，地形起伏不大。塔北南緣奧陶系層間巖溶作用表現(xiàn)為三種層間巖溶改造形式，并最終形成三種層間巖溶型儲層。

三種巖溶改造形式加里東期層間巖溶作用、加里東期層間巖溶疊加改造同生巖溶、加里東期層間巖溶為后期巖溶作用疊加改造。后期巖溶作用包括晚加里東—海西期順層（包括斷層）巖溶，也包括埋藏巖溶和熱液巖溶，早期同生巖溶、層間巖溶作用形成的高孔滲帶為后期巖溶作用的疊加改造提供了流體通道。

三種層間巖溶型儲層一是加里東期層間巖溶疊加改造經(jīng)同生巖溶作用的礁灘體，往往能形成優(yōu)質(zhì)的層間巖溶型儲層，如英買204井、英古2井和艾丁4井，洞穴可以形成于多期巖溶作用的疊加改造，儲集空間既有基質(zhì)孔又有大小不等的洞穴，往往高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。二是加里東期層間巖溶被后期巖溶作用疊加改造，洞穴可以形成于多期巖溶作用的疊加改造，如哈7井、哈8井、哈9井一間房組及鷹山組一段，儲集空間主要為大小不等的洞穴，往往高產(chǎn)不穩(wěn)產(chǎn)。三是加里東期層間巖溶型儲層，既未改造經(jīng)同生巖溶作用的礁灘體，又未被晚加里東期—海西期或更晚的巖溶作用疊加改造，如羊屋2井、哈得13井、哈得17井，儲集空間主要為大小不等的洞穴，往往高產(chǎn)不穩(wěn)產(chǎn)。塔北南緣奧陶系三種層間巖溶型儲層的平面分布見圖5。

圖4 塔北南緣奧陶系層序格架以及與層間巖溶儲層發(fā)育的關(guān)系

圖5 塔北南緣奧陶系三種層間巖溶型儲層的平面分布

2.3 潛山巖溶型儲層

塔里木盆地潛山巖溶型儲層包括石灰?guī)r潛山和白云巖潛山兩個亞類（圖5）。石灰?guī)r潛山以輪南低凸起為代表，碳酸鹽巖地層主體被剝至下奧陶統(tǒng)鷹山組，地形起伏大，與上覆石炭系呈角度不整合接觸，代表120Ma的地層缺失。白云巖潛山以牙哈—英買力地區(qū)為代表，碳酸鹽巖地層主體被剝至下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組或寒武系白云巖地層，地形起伏大，與上覆侏羅系—白堊系呈角度不整合接觸，代表近300Ma的地層缺失［4］。

潛山巖溶型儲層以大小不等的洞穴為特征，主體位于潛山面或角度不整合面之下0～100 m的范圍，與斷層相關(guān)的洞穴深度可以更大些，代表中—長期（數(shù)十至數(shù)百個百萬年）抬升剝蝕和淡水淋溶的產(chǎn)物，剝蝕面起伏不平。

巖心和薄片是識別巖溶洞穴及充填物的最直接證據(jù)（圖6），洞穴可以被充填、半充填或未充填，洞穴充填物可以是異源的砂泥巖沉積，也可以是原地的垮塌角礫和方解石膠結(jié)物。鉆具放空、鉆速加快及泥漿漏失、巖心收獲率低等也是判斷巖溶洞穴存在的重要依據(jù)。表2為塔北隆起部分鉆井潛山巖溶洞穴統(tǒng)計，80%的井在潛山面之下100 m的深度范圍內(nèi)均具巖溶洞穴的發(fā)育特征。牙哈—英買力地區(qū)白云巖潛山的巖溶洞穴特征同樣發(fā)育，如英買321井的洞穴充填物、英買4井的鉆井放空等。

潛山巖溶型儲層儲集空間主要有以下幾類:①洞穴或半充填的洞穴（非常重要的儲集空間）；②以洞穴充填物為載體的各種儲集空間，如砂巖的粒間孔、礫間孔及溶孔等；③洞穴埋藏后的垮塌（可以使圍巖角礫巖化和裂縫發(fā)育）；④埋藏巖溶和熱液巖溶作用形成的各種溶蝕孔洞。

2.4 埋藏巖溶型儲層

根據(jù)埋藏巖溶作用流體性質(zhì)的不同，可分為兩個亞類，一是原源埋藏巖溶型儲層，二是異源埋藏巖溶型儲層，它們大多不能成為單一成因的儲層類型，而是對原有儲層的疊加改造。

2.4.1 原源埋藏巖溶型儲層

指埋藏成巖環(huán)境下原地成巖介質(zhì)（包括有機(jī)酸、盆地?zé)猁u水、硫化氫等具有較強(qiáng)侵蝕性介質(zhì)）對碳酸鹽礦物及巖石的溶蝕和成孔作用所形成的儲層（圖7）。

碳酸鹽巖儲層的孔隙主要形成于三個階段：（A）同生期沉積—成巖環(huán)境控制早期孔隙的發(fā)育；（B）構(gòu)造—壓力耦合控制多期次喀斯特溶孔與裂縫的發(fā)育；（C）流體—巖石相互作用控制深部溶蝕與孔隙的發(fā)育。早期發(fā)育的孔隙在深埋環(huán)境下仍得以保存和改善的關(guān)鍵是埋藏巖溶作用，但早期發(fā)育的孔隙為埋藏成巖介質(zhì)提供了通道。

圖6 潛山巖溶型儲層儲集空間特征

圖7 埋藏巖溶作用機(jī)理、儲層孔隙演化與深埋優(yōu)質(zhì)儲層保存

表2 塔北隆起部分鉆井潛山巖溶洞穴統(tǒng)計表

受有機(jī)酸、盆地?zé)猁u水、硫化氫等強(qiáng)侵蝕性介質(zhì)溶蝕形成的溶孔以規(guī)模不等的基質(zhì)孔為主，作用對象以滲透性好的顆粒灰?guī)r及洞穴充填物為主，與早期溶蝕作用的最大區(qū)別是前者為組分選擇性溶解，溶孔大多為淡水方解石充填，后者為結(jié)構(gòu)選擇性溶解，溶孔為高溫埋藏亮晶方解石充填。塔中良里塔格組顆粒灰?guī)r、塔北南緣一間房組顆?；?guī)r中普遍見有因原地成巖介質(zhì)埋藏溶蝕形成的基質(zhì)孔（圖8a，8b），但還是以疊加改造同生巖溶型儲層或洞穴充填物為主。

圖8 埋藏巖溶型儲層儲集空間特征

表3 塔里木盆地巖溶型儲層六種孔隙形成機(jī)理

表4 塔里木盆地巖溶型儲層主控因素和分布規(guī)律

2.4.2 異源埋藏巖溶型儲層

指熱液通過斷層、不整合面及滲透性好的巖石等介質(zhì)通道，從地殼深部的熱源區(qū)運(yùn)移到淺部而發(fā)生的地質(zhì)作用所形成的儲層（圖7）。熱液作用的方式有三種：（A）熱液溶蝕作用形成大小不等的洞穴，如塔中3井、45井、162井鷹山組（圖8c），洞穴往往為熱液礦物、高溫巨晶方解石及鞍狀白云石充填或半充填，主要沿斷層和不整合面分布，也可以疊加改造表生期形成的喀斯特溶洞及洞穴充填物；（B）熱液作用導(dǎo)致的斑塊狀或花朵狀白云巖化，如露頭區(qū)鷹山組下段的斑塊狀白云巖，白云巖化率達(dá)30%（圖8d），形成大量的晶間孔和晶間溶孔，主要與滲透性好的巖石有關(guān)；（C）熱液礦物的沉淀和析出部分充填溶孔、裂縫和溶洞。

埋藏巖溶作用是塔里木盆地碳酸鹽巖非常重要的建設(shè)性成巖作用，但分布局限，難以形成單一成因的埋藏巖溶型儲層，往往只表現(xiàn)為對原有儲層的疊加改造。塔里木盆地大多數(shù)的巖溶型儲層和白云巖儲層普遍受到埋藏巖溶作用的疊加改造，使得早期形成的儲層在深埋環(huán)境下仍得以保存和改善。

3 巖溶型儲層分布

綜上所述，塔里木盆地巖溶型儲層主要有六種溶孔形成方式（表3）。事實(shí)上，塔里木盆地下古生界任何一種巖溶型儲層都不是單一成因的，都是各種巖溶作用多期次疊加的結(jié)果，尤其是深埋藏階段的埋藏巖溶作用，如層間巖溶型儲層可以是疊加改造同生巖溶型儲層的基礎(chǔ)上發(fā)育的，還可以被順層巖溶作用、埋藏巖溶作用進(jìn)一步疊加改造。

塔里木盆地寒武系—奧陶系碳酸鹽巖巖溶型儲層劃分為三種類型及若干亞類，其儲層特征、成因機(jī)理和主控因素、儲層分布規(guī)律見表4。

［1］賈承造，顧家裕，李啟明，等.塔里木盆地油氣勘探叢書：盆地構(gòu)造演化與區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)［M］.北京：石油工業(yè)出版社, 1995：74-92.

［2］沈安江，王招明，楊海軍，等.塔里木盆地塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層成因類型、特征及油氣勘探潛力［J］.海相油氣地質(zhì)，2006，11（4）：1-12.

［3］沈安江，鄭劍鋒，顧喬元.巴楚一間房組露頭礁灘復(fù)合體儲層地質(zhì)建模及對塔中地區(qū)礁灘復(fù)合體油氣勘探的啟示［J］.地質(zhì)通報，2008，27（1）：137-148.

［4］沈安江，王招明，鄭興平，等.塔里木盆地牙哈-英買力地區(qū)寒武系—奧陶系碳酸鹽巖儲層成因類型、特征及油氣勘探潛力［J］.海相油氣地質(zhì)，2007，12（2）：23-32.

［5］張寶民，劉靜江.中國巖溶儲集層分類與特征及相關(guān)的理論問題［J］.石油勘探與開發(fā)，2009，36(1):12-29.

編輯：金順愛

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

本文受國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（編號2008ZX05004－002）、國家973項目“中低豐度大氣田的儲層特征、形成機(jī)理與分布預(yù)測研究”（編號：2007CB209502）和中國石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲層重點(diǎn)實(shí)驗室資助

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