喬桂林,錢一雄,曹自成,岳 勇,張永東,楊忠亮
(1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所,江蘇無錫 214126;2.中國石化西北油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,烏魯木齊 830011;3.廣東煤炭地質(zhì)局勘查院,廣州 510440)
玉北地區(qū)位于塔里木盆地麥蓋提斜坡東段,北部與巴楚隆起瑪扎塔格斷裂帶為界,東部延伸到塘古孜巴斯凹陷,南部與塔西南坳陷的葉城—和田凹陷過渡接壤[1-10]。奧陶系地層分布復雜,以玉北1號NE向斷裂帶為界,可劃分3個地層小單元,即西部玉北平臺區(qū)、NE向構(gòu)造帶和玉東斷洼區(qū)(圖1)。區(qū)內(nèi)發(fā)育多條NE、近EW向斷裂及局部構(gòu)造。其中玉北1井處在玉北1號NE向斷裂上,該斷裂呈“Y”字型、具分段性,在奧陶系鷹山組頂面發(fā)育多個斷背斜圈閉,其圈閉主要形成期為加里東中、晚期和海西晚期[1-6]。該井于2010年9月鉆探并在鷹山組風化殼獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流,實現(xiàn)奧陶系導向性油氣勘探的重大突破,證實該區(qū)具備油氣成藏條件[7-10]。幾年來,玉北地區(qū)油氣勘探雖有一定進展,但主要仍集中在玉北1號NE向構(gòu)造帶上,周緣鉆井雖在鷹山組見到油氣顯示,但因儲層致密,總體測試效果不理想。本文研究了玉北NE向構(gòu)造帶、平臺區(qū)、玉東斷洼區(qū)等3個不同構(gòu)造帶上鷹山組儲層發(fā)育特點,探討玉北地區(qū)奧陶系鷹山組儲層形成、演化規(guī)律。
圖1 塔里木盆地玉北地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location of Yubei area in Tarim Basin
受和田古隆起的影響,該區(qū)經(jīng)歷了前寒武紀基底古隆起、奧陶紀古隆起形成、志留—泥盆紀古隆起轉(zhuǎn)向遷移、石炭—二疊紀區(qū)域穩(wěn)定沉降、中生代區(qū)域隆升、新生代和田古隆起消失和麥蓋提斜坡形成等演化階段[1-4];形成前寒武系頂前志留系頂、前上泥盆統(tǒng)頂、前中生界頂及古近系頂?shù)?個一級不整合面以及下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組頂和中—下奧陶統(tǒng)鷹山組頂?shù)?個二級不整合面。鷹山組自下而上巖性可分4段:①含灰云巖段,GR呈小齒狀(基值15 API),較高電阻率(但比上覆地層要低),以含灰質(zhì)粉—粗晶云巖為主;②含云灰?guī)r段,GR較低平,且與上覆地層有明顯高值臺階(基值一般20 API),局部見齒狀、刺刀狀和較高電阻率(比上覆地層略低),以含云質(zhì)灰?guī)r為主;③含砂屑泥晶灰?guī)r段,GR低平中偶見小齒狀,高電阻率,以含砂屑泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r為主;④泥晶灰?guī)r段,GR低且平直(<10 API),一般上覆地層(O3l,C1b)有明顯臺階,以高電阻率、泥晶灰?guī)r、藻紋層狀泥晶灰?guī)r為主,一般層理發(fā)育。
該地區(qū)鉆井井漏、放空主要集中在玉北1號等NE向構(gòu)造帶上,且縫洞性儲層與油氣關(guān)系較親密,鷹山組風化殼350 m以下仍發(fā)生泥漿漏失(表1)。
1.3.1 玉北NE向構(gòu)造帶上儲層發(fā)育特征
玉北地區(qū)NE向構(gòu)造帶上鷹山組巖性主要以亮晶砂屑(藻)—含砂屑泥晶塊狀灰?guī)r、含灰質(zhì)粉—粗晶云巖為主。風化殼疊加多期巖溶(C1b/O1-2y),發(fā)育有洞穴、孔洞、裂縫和裂縫—孔洞及孔洞—裂縫型等多種儲集空間。對玉北1井鷹山組第5~9回次取心段孔洞縫統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)第6回次5 606.70~5 609.78 m段和第8回次5 714~5 718.2 m段孔洞較發(fā)育,且半充填方解石;裂縫具有從下部低角度縫(≤20°)、平縫向上變?yōu)楦呓嵌瓤p為主的特點(圖2,表2)。在5 600.5~5 607 m段為Ⅰ類洞穴型儲層,測井表現(xiàn)為很低的深淺側(cè)向電阻率(6~200 Ω·m)、擴徑(CAL由8 in↑11.5 in)、高GR、低DEN(2.72 g/cm3↓1.84 g/cm3)、較高AC(53 μs/m↑71 μs/m),成像測井為暗色斑塊狀;而5 607~5 609.5 m段裂縫—孔洞型和5 710~5 740 m段孔洞—裂縫型儲層同樣以較低深淺側(cè)向電阻率(100~2 000 Ω·m)、三孔隙度曲線表現(xiàn)為平、直特點(高DEN、低AC和低CNL),差異在于前者成像測井表現(xiàn)為暗色斑點狀,而后者表現(xiàn)為暗色正弦曲線狀。利用不同類型儲層測井響應差異性[11-18],開展玉北地區(qū)鷹山組儲層橫向追蹤,發(fā)現(xiàn)NE向構(gòu)造帶儲層類型多樣,儲集空間最好,而斷洼區(qū)、平臺區(qū)儲層相對較差(圖3)。分析認為,玉北1井鷹山組裂縫以NE走向為主,且與加里東中晚期—海西早期斷裂走向一致,說明鷹山組風化殼儲層主要受加里東中晚期—海西早期構(gòu)造活動控制[19-20]。
圖2 玉北地區(qū)玉北1井鷹山組取心段裂縫特征綜合柱狀Fig.2 Composite histogram for fracture features of cored intervals of Yingshan Formation in well YB1,Yubei area
表2 玉北地區(qū)玉北1井鷹山組取心段孔洞統(tǒng)計Table 2 Statistics of pore and cave in cored intervals in Ordovician,Yubei area
圖3 玉北地區(qū)PSB2-YB4-SH2-YB1-YB9井奧陶系鷹山組儲集空間類型展布Fig.3 Distribution of reservoir space types of Ordovian Yingshan Formation in wells PSB2,YB4,SH2,YB1 and YB9,Yubei area
1.3.2 玉北平臺區(qū)儲層發(fā)育特征
玉北平臺區(qū)的玉北4、PSB2、玉北8等井鷹山組之上覆蓋上奧陶統(tǒng)良里塔格組(O3l/O1-2y),僅發(fā)育加里東中期第一幕巖溶。取心證實鷹山組風化殼以藻紋層狀泥晶灰?guī)r、砂屑(藻)灰?guī)r為主,層理發(fā)育;發(fā)育少量裂縫和溶蝕孔,孔洞多充填方解石;常規(guī)測井表現(xiàn)為大套高阻致密性儲層中偶夾薄層低阻裂縫性儲層;成像測井為高阻致密偶見黑色斑點狀弱溶蝕孔且層理發(fā)育的特點。綜合認為該套儲層總體物性較差,儲集空間以裂縫和弱溶蝕孔為主(圖3)。但在鷹山組下部巖溶內(nèi)幕發(fā)育大量順層狀溶蝕孔洞及裂縫且多未充填,如玉北8井7 174.02 ~7 180.10 m 第9 回次取心,巖性以灰、淺灰色含灰質(zhì)細—中粗晶云巖為主,取心見小洞2 050個,中洞55個,大洞20個,洞密度397個/m;累計見中、平縫122條,裂縫密度23條/m。證實鷹山組內(nèi)幕發(fā)育孔洞、裂縫性優(yōu)質(zhì)儲層。
1.3.3 玉東斷洼區(qū)儲層發(fā)育特征
玉東斷洼區(qū)位于玉北1號構(gòu)造帶以東,鷹山組風化殼也僅發(fā)育加里東中期第一幕巖溶(O2yj/O1-2y)。據(jù)玉北6A、玉北9井鷹山組取心研究,巖性以黃灰色泥晶灰?guī)r、局部含少量砂屑泥晶灰?guī)r等低能臺內(nèi)灘間海—潮坪相沉積。常規(guī)、成像測井響應為高阻致密中偶夾薄層低阻裂縫性儲層和弱溶蝕孔,總體鷹山組風化殼儲層較差(圖3)。而鷹山組內(nèi)幕在玉北6A井6 708~6 714.4 m 和玉北9 井6 844.63 ~6 851.07 m和6 878.73~6 885.50 m 取心,均見到大量溶蝕孔洞和裂縫。其中玉北6A井巖性以灰、淺灰色含灰質(zhì)細—中晶云巖為主,共見522個小—大洞,孔洞率82個/m,孔洞順層狀發(fā)育且未充填;玉北9井6 844.63~6 851.07 m 及6 878.73 ~6 885.50 m 段巖性以為黃灰—灰色含藻屑泥晶灰?guī)r、泥—亮晶內(nèi)碎屑灰?guī)r,取心分別見39個和140個呈孤立狀、未—半充填油和方解石的小—大洞以及大量低角度、充填灰綠色泥的裂縫和縫合線。成像測井也證實玉北6A、玉北9井鷹山組巖溶內(nèi)幕發(fā)育大量順層溶蝕孔洞和裂縫,再次證實鷹山組巖溶內(nèi)幕裂縫—孔洞性儲層可能在玉北地區(qū)較發(fā)育。
據(jù)玉北地區(qū)成巖作用綜合研究發(fā)現(xiàn)[21-22],NE構(gòu)造帶鷹山組風化殼巖性以亮晶砂屑(藻屑)灰?guī)r、含砂屑泥晶灰?guī)r等塊狀灰?guī)r及含灰質(zhì)粉—粗晶云巖為主;而平臺區(qū)、玉東斷洼區(qū)以含(藻)砂屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等紋層狀灰?guī)r為主。膠結(jié)作用強烈,至少可見3期不同膠結(jié)(第一期海底膠結(jié)、第二期大氣水膠結(jié)、埋藏期膠結(jié));可見3期溶蝕(準同生期大氣水溶蝕、表生期溶蝕和埋藏溶蝕)、多期硅化充填、多期重結(jié)晶和白云化作用;其中白云巖化作用在NE向構(gòu)造帶以及鷹山組內(nèi)幕表現(xiàn)為較強烈重結(jié)晶和壓實作用,且形成細—中粗晶及鑲嵌式接觸,同時也見大量晶間孔、晶間溶孔。據(jù)玉北地區(qū)8口井47塊鑄體面孔率統(tǒng)計,灰?guī)r(泥晶砂屑灰?guī)r、藻黏結(jié)灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r)中的面孔率較低,一般小于1%;而白云巖化形成的細—粗晶云巖面孔率高達4%,顯示出白云巖化大大改善了儲集層性能。
通過玉北地區(qū)奧陶系鷹山組儲層綜合研究,認為鷹山組儲層橫向發(fā)育非均質(zhì)性強,縱向具有多期巖溶疊置的特點。表現(xiàn)為鷹山組風化殼在平臺區(qū)、玉東斷洼區(qū)以裂縫和弱溶蝕孔為主的儲集空間,儲層物性較差;而玉北NE向構(gòu)造帶則發(fā)育多種類型儲集空間,儲層物性較好;鷹山組巖溶內(nèi)幕儲層同樣發(fā)育大量裂縫—孔洞型儲層,但孔洞多呈孤立狀,連通性較差。區(qū)域構(gòu)造沉積演化研究認為(圖4):①自晚寒武世—早中奧陶世,玉北地區(qū)為克拉通穩(wěn)定碳酸鹽巖臺地,地形平緩、沉積穩(wěn)定;②中奧陶世末期和晚奧陶世末期(加里東中期Ⅰ幕、Ⅲ幕),受塔里木盆地西南部的西昆侖洋閉合及向北大規(guī)模逆沖、南北向擠壓,玉北地區(qū)整體抬升,奧陶系遭受不同程度的剝蝕;③加里東晚期(S),玉北地區(qū)受和田古隆起影響,上奧陶統(tǒng)地層抬升遭受剝蝕;④海西早期(D),和田古隆起演化達鼎盛,強烈褶皺隆升,導致瑪扎塔格斷裂帶以南的玉北平臺區(qū)—玉東斷洼區(qū)廣泛缺失S-D地層,上奧陶統(tǒng)也遭受不同程度強烈剝蝕,而玉北1號等NE向構(gòu)造逐級抬升,形成多個巖溶高地,疊加多期溶蝕孔洞和裂縫;⑤到海西中期早石炭世末期,除玉北地區(qū)部分高陡構(gòu)造部位缺失巴楚組下部地層外,區(qū)內(nèi)總體為整體沉降。
根據(jù)玉北地區(qū)加里東中期—海西早期構(gòu)造演化特點,認為玉北地區(qū)鷹山組風化殼儲層具有如下巖溶演化模式:玉北1井等高陡構(gòu)造帶具有“加里東中晚期的抬升暴露古隆起—緩坡—海西早期強烈褶曲裂隙疊加—垂向滲潛流殘留(分)帶”的模式;玉北平臺區(qū)、玉東斷洼區(qū)為“加里東中晚期的抬升暴露古隆起—淹沒不整合—埋藏溶蝕—海西早期小幅隆升剝蝕形成裂隙疊加—垂向滲潛流殘留(分)帶”的模式。
圖4 玉北地區(qū)加里東中期—海西早期構(gòu)造演化與巖溶模式Fig.4 Tectonic evolution and karst model from middle Caledonian to early Hercynian in Yubei area
(1)玉北地區(qū)NE向構(gòu)造帶鷹山組風化殼疊加多期巖溶,發(fā)育洞穴型、孔洞型、裂縫型、孔洞—裂縫型和裂縫—孔洞型等多種儲層空間,儲集性能較好;玉北平臺區(qū)、玉東斷洼區(qū)鷹山組風化殼儲層僅發(fā)育加里東中期Ⅰ幕巖溶,儲層性能較差且多以裂縫+弱溶蝕孔為主;而玉北地區(qū)鷹山組巖溶內(nèi)幕儲層發(fā)育大量順層溶蝕孔洞和裂縫,孔洞呈孤立狀,未—半充填(油或方解石),但連通性較差。
(2)玉北1井鷹山組風化殼上部表現(xiàn)以高角度縫,而下部則以低角度縫(<20°)、平縫為主的特點,裂縫走向呈NE向,與加里東中晚—海西早期斷裂走向一致,說明鷹山組風化殼儲層主要受加里東中晚—海西早期構(gòu)造活動控制。
(3)玉北地區(qū)NE向等構(gòu)造帶具有“加里東中晚期抬升暴露古隆起—緩坡—海西早期褶曲裂隙疊加—垂向滲潛流殘留(分)帶”的模式;平臺區(qū)、玉東斷洼區(qū)為“加里東中晚期的抬升暴露古隆起—淹沒不整合—埋藏溶蝕—海西早期小幅隆升剝蝕形成裂隙疊加—垂向滲潛流殘留(分)帶”的模式。
致謝:本文在研究過程中得到中國石化西北油田分公司研究院云露、李忠杰、呂海濤、余騰孝等領(lǐng)導及中國石化石油勘探開發(fā)研究院陳元壯等同事的大力支持,在此表示誠摯的感謝。
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