徐守余， 路 研， 王 亞， 魏海軍， 王淑萍

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 山東 青島 266580)

塔河油田七區(qū)碳酸鹽巖的成巖特征

徐守余， 路 研， 王 亞， 魏海軍， 王淑萍

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 山東 青島 266580)

為深入探討碳酸鹽巖成巖作用對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性的影響，基于鉆錄井、巖心、地化等資料，研究塔河油田七區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成巖特征。結(jié)果表明：研究區(qū)碳酸鹽巖成巖作用主要有溶解、溶蝕、壓溶、白云石化、破裂、壓實(shí)、重結(jié)晶、膠結(jié)等類型，大多以強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)為特征。結(jié)合烴類演化、有機(jī)質(zhì)成熟度、成巖作用類型及成巖環(huán)境分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)碳酸鹽巖成巖階段可劃分為準(zhǔn)同生期、早成巖期、晚成巖期、后生期和表生期，并推斷研究區(qū)奧陶系現(xiàn)處于晚成巖期。

塔河油田； 碳酸鹽巖； 成巖作用； 成巖階段

0 引 言

塔河油田為典型的海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層，其孔隙類型以次生的溶蝕孔隙為主。雖然儲(chǔ)層的發(fā)育主要受控于大的構(gòu)造背景，但該區(qū)儲(chǔ)層受成巖作用影響更加強(qiáng)烈，通過(guò)對(duì)奧陶系地層的勘探工作已發(fā)現(xiàn)多套含油層系及多個(gè)油氣田，如達(dá)里亞油氣田、輪南油氣田等，展現(xiàn)出較大的含油氣潛力[1-2]。研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層受成巖作用影響較大，是影響研究區(qū)儲(chǔ)層分布的重要因素之一[3-6]。因此，文中基于鉆錄井、巖心、地化資料等對(duì)研究區(qū)目的層奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成巖作用類型及成巖演化規(guī)律進(jìn)行分析，以期為后期有利儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)及巖溶縫洞型油藏的高效開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔河油田位于塔里木盆地北部，阿克庫(kù)勒凸起西南部。所發(fā)育的奧陶系碳酸鹽巖地層具有大面積連片含油的特點(diǎn)，具有較大的油氣開發(fā)潛力。塔河油田奧陶系地層受構(gòu)造作用影響較大，經(jīng)歷了包括加里東期、海西早期、印支-燕山期及喜馬拉雅期等多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造。其中，加里東運(yùn)動(dòng)和海西運(yùn)動(dòng)對(duì)該區(qū)奧陶系地層影響較大[7-8]。加里東運(yùn)動(dòng)結(jié)束了塔河油田碳酸鹽臺(tái)地的發(fā)育，使塔里木盆地的性質(zhì)發(fā)生了巨大改變；而海西早期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致研究區(qū)長(zhǎng)期暴露地表，并發(fā)生強(qiáng)烈的巖溶作用，從而形成了大規(guī)模的縫洞系統(tǒng)?？p洞型儲(chǔ)層后期多被充填，主要的填充物包括泥質(zhì)、硅質(zhì)和方解石。

2 儲(chǔ)層特征

研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層類型多樣，主要包括裂縫型、孔洞型，裂縫-孔洞型以及孔洞縫復(fù)合型[9]。其中，裂縫-孔洞型儲(chǔ)層是該區(qū)主要的儲(chǔ)層類型，展現(xiàn)出較大的含油氣潛力。詳細(xì)特征如下：

(1)溶洞型儲(chǔ)層。溶洞型儲(chǔ)層按充填程度又可分為未充填、半充填及全充填型。一般來(lái)說(shuō)，未充填型溶洞儲(chǔ)層的溶洞空間保存較好，油氣產(chǎn)量高，可持續(xù)穩(wěn)定開采，半充填和全充填型溶洞儲(chǔ)層孔隙度和滲透率較低，儲(chǔ)集性能較差。

(2)裂縫-孔洞型儲(chǔ)層。裂縫-孔洞型儲(chǔ)層巖性以微晶灰?guī)r為主，儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間類型為溶蝕孔洞。儲(chǔ)層物性表現(xiàn)為低孔隙度和低滲透率。古構(gòu)造、巖溶地貌及古水系影響決定該儲(chǔ)層的發(fā)育。

(3)裂隙型儲(chǔ)層。裂隙型儲(chǔ)層可分為風(fēng)化裂隙型儲(chǔ)層和構(gòu)造裂隙型儲(chǔ)層。其中，風(fēng)化裂隙型儲(chǔ)層主要發(fā)育在碳酸鹽巖剖面中間部位，受不整合面影響較大；構(gòu)造裂隙型儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要受未充填或半充填的高角度裂縫及垂直裂縫的影響。

3 碳酸鹽巖的成巖作用類型

研究區(qū)成巖作用發(fā)育普遍，按照其對(duì)儲(chǔ)層控制作用的差異性，可將其劃分為建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用兩大類[10]，主要成巖作用特征如下所述。

3.1 建設(shè)性成巖作用

3.1.1 溶解、溶蝕

研究區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)的孔滲性較差，故碳酸鹽巖的主要儲(chǔ)集空間為溶蝕作用形成的溶孔、溶洞。巖心照片上可以觀測(cè)到，溶蝕孔洞的發(fā)育較好(圖1a)，鑄體薄片中可觀察到溶蝕作用形成的粒內(nèi)孔、粒間孔(縫)(圖1b、d)。后期微觀孔隙常被方解石和泥質(zhì)膠結(jié)(圖1b)。

研究發(fā)現(xiàn)塔河七區(qū)碳酸鹽溶蝕作用可分為同生期、埋藏期和表生期三期。同生溶蝕作用發(fā)生在成巖早期(圖1c)，沉積物處于近地表，主要受大氣水的淋濾作用，表現(xiàn)為世代型膠結(jié)物被溶蝕，因發(fā)生較早，后期又被方解石膠結(jié)，故對(duì)儲(chǔ)層物性影響較弱(圖1a)；埋藏期溶蝕作用是在沉積物埋藏成巖演化過(guò)程中發(fā)生的溶蝕作用，是碳酸鹽巖基質(zhì)在酸性流體作用下發(fā)生的溶蝕作用。溶蝕作用常形成次生溶孔、溶洞，被溶蝕的孔隙邊緣常成港灣狀，溶蝕的次生溶孔后期常被烴類、瀝青、白云石、方解石等充填(圖1b)；表生期巖溶是指由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)碳酸鹽巖被抬升到地表或近地表，遭受風(fēng)化剝蝕作用，在大氣淡水作用下發(fā)生的巖溶作用，主要發(fā)生于海西期和印支期。在該期巖溶作用下，形成了各種巖溶地貌，且溶洞存在明顯的垂直分帶。

3.1.2 壓溶

隨著壓實(shí)作用的進(jìn)一步發(fā)育，逐漸產(chǎn)生的化學(xué)溶蝕通常被稱為壓溶作用。壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層物性的改變具有雙重作用。一方面，壓溶作用的產(chǎn)物常以化學(xué)沉淀的方式，在鄰近儲(chǔ)集層的孔隙中沉淀下來(lái)，產(chǎn)生膠結(jié)物，破壞儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。另一方面，壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層物性的改善具有建設(shè)性的一面。壓溶作用產(chǎn)生的縫合線(圖1e)，在流體作用下可以進(jìn)一步發(fā)生溶蝕作用，對(duì)儲(chǔ)層物性的改變具有促進(jìn)作用。根據(jù)巖心資料可知，該區(qū)縫合構(gòu)造較為發(fā)育?？p合線后期容易被方解石、泥質(zhì)、瀝青充填，若為泥質(zhì)充填往往使得儲(chǔ)層性能降低。另外，縫合線構(gòu)造還可以提供油氣運(yùn)移的通道，故常被瀝青充填(圖1e)。

3.1.3 破裂

研究區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育廣泛且分布復(fù)雜。影響破裂作用的因素主要包括成巖收縮、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、風(fēng)化作用等，最主要影響因素是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。前人通過(guò)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，研究區(qū)主要發(fā)育五期破裂作用[11]，破裂作用主要發(fā)育于海西-印支晚期和喜馬拉雅期，有效裂縫一般小于0.1 mm。多期破裂作用形成的裂縫相互切割，從而更好的疏導(dǎo)巖溶流體，改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，研究區(qū)發(fā)育多期裂縫互相切割，有的被縫合線切割(圖1f)。鏡下觀察可知，該區(qū)發(fā)育的構(gòu)造裂縫充填程度較高，多為方解石充填(圖1f)，充填物來(lái)源于外圍的碳酸鹽巖基質(zhì)。且方解石結(jié)晶程度較高，以粒狀亮晶方解石充填為主(圖1g)。

3.1.4 白云巖化

白云巖化作用在一定程度上對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性發(fā)育具有促進(jìn)作用，塔河七區(qū)的白云巖化作用類型多樣且發(fā)育普遍。準(zhǔn)同生期的白云石主要是泥微晶，原巖結(jié)構(gòu)保存相對(duì)較好；淺-深埋藏階段的白云石多呈現(xiàn)細(xì)-粗晶，結(jié)構(gòu)半自形-自形，可見白云石切割裂縫，部分沿構(gòu)造裂縫、縫合構(gòu)造發(fā)育。深埋藏階段的白云巖化多沿縫合線發(fā)育，以鷹山組、蓬萊壩組最為發(fā)育。

3.1.5 重結(jié)晶

研究區(qū)中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r中重結(jié)晶的方解石較為發(fā)育。薄片觀察可知，晶體粗大、表面光潔晶型完好的方解石多充填在中間部位(圖1i)，而晶型較差、表面污濁的方解石多充填在外部(圖1h)，故推斷發(fā)生了多期次的重結(jié)晶。重結(jié)晶作用對(duì)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間發(fā)育的影響具有雙重性。成巖中早期，細(xì)粒方解石的重結(jié)晶作用使得細(xì)晶方解石變成中晶或者粗晶，對(duì)地層中儲(chǔ)集物性的發(fā)育具有促進(jìn)作用。然而，隨著重結(jié)晶的發(fā)育，顆粒直徑會(huì)變得越來(lái)越大，晶間孔隙將被填充，因此，重結(jié)晶再次發(fā)育將對(duì)儲(chǔ)集空間發(fā)育起破壞性作用[11]。

a 巖心上的巖溶孔隙 b 泥質(zhì)充填巖溶孔洞 c 一間房組泥晶灰?guī)r溶蝕洞

d 粒內(nèi)溶孔 e 瀝青充填縫合線 f 縫合線切割構(gòu)造縫合線

g 粒狀亮晶方解石充填微構(gòu)造裂隙 h 微晶方解石重結(jié)晶 i 粒狀亮晶方解石重結(jié)晶

3.2 破壞性成巖作用

3.2.1 壓實(shí)

壓實(shí)作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性有極大的破壞作用，塔河七區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層在壓實(shí)作用下，顆粒間接觸類型以點(diǎn)、線接觸為主，壓實(shí)強(qiáng)烈的地區(qū)甚至為凹凸接觸(圖2a)。在壓實(shí)作用強(qiáng)烈的地區(qū)顆粒通常發(fā)生形變，甚至發(fā)生破裂。埋深增大，壓實(shí)作用變得強(qiáng)烈，對(duì)基質(zhì)孔隙的保存具有極大的破壞作用，導(dǎo)致碳酸鹽巖基質(zhì)的原生孔隙消失殆盡，儲(chǔ)層物性變差，是對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性起破壞作用的成巖類型。

3.2.2 膠結(jié)

膠結(jié)作用在巖心和鑄體薄片中可清楚識(shí)別出來(lái)，研究區(qū)的膠結(jié)物類型主要是方解石膠結(jié)，膠結(jié)物主要來(lái)自碳酸鹽地層本身的溶蝕。研究區(qū)發(fā)育微晶方解石膠結(jié)和亮晶方解石膠結(jié)兩種膠結(jié)類型(圖2b、c)。其中鷹山組顆?；?guī)r以微晶方解石膠結(jié)為主(圖2b)，局部為粒狀亮晶方解石膠結(jié)，后期可見瀝青充填粒間微晶方解石、晶間孔；而在一間房組上部的顆?；?guī)r中，可見粒狀亮晶方解石膠結(jié)(圖2c)，局部可見殘余的粒間孔或沿剩余粒間孔發(fā)育的溶蝕現(xiàn)象，形成粒間溶蝕孔洞。

a 壓實(shí)作用

b 瀝青充填粒間微晶方解石、晶間孔

c 粒狀亮晶方解石膠結(jié)

Fig. 2 Porosity characteristics of of carbonate reservoir in Tahe Oilfield

4 碳酸鹽巖的成巖階段劃分

碳酸鹽巖成巖演化過(guò)程具有明顯的階段性，不同階段的烴類演化、有機(jī)質(zhì)成熟度、成巖作用類型以及成巖環(huán)境存在明顯差異。文中采用中國(guó)石油天然氣成巖階段劃分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(2003)，并結(jié)合研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層烴類演化的階段性、成巖環(huán)境及孔隙演化特征，將成巖階段劃分為準(zhǔn)同生期、早成巖期、晚成巖期、后生期及表生期,如圖3所示。

圖3 碳酸鹽巖成巖階段劃分

Fig. 3 Diagenetic evolution of cave fillings carbonate reservoir

由圖3可知：

(1)準(zhǔn)同生階段。該階段發(fā)生成巖作用的流體主要是沉積物表層水體和大氣淡水，此時(shí)沉積物還尚未與上覆水體脫離。沉積物在上覆水體和大氣淡水作用下，可生成微晶白云石、鹽巖等。該階段古地溫為古常溫，有機(jī)質(zhì)處于未成熟階段，未生烴，主要受加里東運(yùn)動(dòng)的影響。成巖作用類型主要為膠結(jié)、壓溶作用，其次可出現(xiàn)硅化、白云巖化作用。

(2)早期成巖階段。沉積物與沉積介質(zhì)脫離，進(jìn)入地表成巖環(huán)境或淺-中埋藏環(huán)境，該階段主要受大氣淡水和混合水的控制，構(gòu)造上主要受加里東運(yùn)動(dòng)的影響。成巖作用主要有膠結(jié)、壓實(shí)、硅化、壓溶和白云化作用。古地溫小于85 ℃，有機(jī)質(zhì)低成熟，以生物氣的大量生成為主要特征。

(3)晚期成巖階段。該階段沉積物埋藏深度較早成巖期加大，處于中-深埋藏階段，該階段壓實(shí)作用加強(qiáng)，成巖作用類型主要為壓實(shí)、破裂、溶解和充填作用。古地溫處在110～200 ℃，有機(jī)質(zhì)高成熟，生成大量原油和干氣。

(4)后生階段。該階段巖石處于深埋階段，在地層壓力的作用下產(chǎn)生大量裂縫。該階段常見壓溶、破裂以及壓實(shí)等成巖作用。裂縫發(fā)育可為深部流體的運(yùn)移提供通道，同時(shí)成巖期可被礦物膠結(jié)，往往結(jié)晶粗大。

(5)表生階段。碳酸鹽巖被埋藏后，由于構(gòu)造抬升作用而出露地表，表生環(huán)境下的成巖作用類型主要有破裂、溶解、重結(jié)晶及溶洞充填作用。該階段碳酸鹽巖主要受大氣淡水影響，巖溶作用十分發(fā)育，溶蝕作用使得孔隙度增大，產(chǎn)生大量溶孔、溶洞及溶縫。溶蝕形成的孔洞是油氣儲(chǔ)集的有利空間，后期被充填，由于碳酸鹽巖基質(zhì)的儲(chǔ)集物性較差，所以充填物的類型和儲(chǔ)集性能對(duì)儲(chǔ)集物性有較大影響。

通過(guò)對(duì)烴類演化、有機(jī)質(zhì)成熟度、成巖作用類型以及成巖環(huán)境的分析發(fā)現(xiàn)，塔河油田七區(qū)奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)歷了準(zhǔn)同生成巖階段和早期淺-中埋藏成巖階段。后期受加里東-海西運(yùn)動(dòng)的影響長(zhǎng)期暴露地表，并發(fā)生強(qiáng)烈的表生巖溶作用，再次進(jìn)入深埋階段。通過(guò)研究區(qū)流體包裹體測(cè)溫資料，并結(jié)合烴類演化、鏡質(zhì)體反射率、成巖礦物特征，可以推斷研究區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)現(xiàn)今所處的成巖階段為晚成巖期。

5 結(jié) 論

(1)碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖作用可分為建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用兩大類。建設(shè)性成巖作用主要包括溶解、溶蝕、壓溶、白云石化、重結(jié)晶、破裂作用，破壞性成巖作用主要有壓實(shí)、膠結(jié)作用?？傮w上，成巖作用以強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)為特征。

(2)依據(jù)烴類演化、有機(jī)質(zhì)成熟度、成巖作用類型以及成巖環(huán)境等資料，該區(qū)碳酸鹽巖成巖階段可劃分為準(zhǔn)同生期、早成巖期、晚成巖期、后生期和表生期，研究區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)現(xiàn)今所處的成巖階段為晚成巖期。

[1] 丁 勇, 彭守濤, 李會(huì)軍. 塔河油田及塔北碳酸鹽巖油藏特征與成藏主控因素[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2013, 34(1): 115-121.

[2] 牛永斌, 鐘建華, 王培俊, 等. 成巖作用對(duì)塔河油田二區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間發(fā)育的影響[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 34(6): 13-19.

[3] 何 江, 馮春強(qiáng), 馬 嵐, 等. 風(fēng)化殼古巖溶型碳酸鹽巖儲(chǔ)層成巖作用與成巖相[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2015, 37(1): 8-16.

[4] 樊愛萍, 楊仁超, 李義軍. 成巖作用研究進(jìn)展與發(fā)展方向[J]. 特種油氣藏, 2009, 16(2): 1-8.

[5] 張景軍, 李凱強(qiáng), 邢貝貝, 等. 鄂爾多斯盆地姬嫄地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層特征及影響因素[J]. 黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 26(5): 490-495.

[6] 陳強(qiáng)路, 錢一雄, 馬紅強(qiáng), 等. 塔里木盆地塔河油田奧陶系碳酸鹽巖成巖作用與孔隙演化[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2003, 25(6): 729-734.

[7] 俞仁連, 傅 恒. 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)塔河油田奧陶系碳酸鹽巖的影響[J]. 天然氣勘探與開發(fā), 2006, 29(2): 1-6.

[8] 張小兵, 呂海濤, 趙錫奎, 等. 塔河油田中下奧陶統(tǒng)頂面古構(gòu)造演化及油氣關(guān)系[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2011, 33(3): 233-238.

[9] 郭了萍, 梁雪原, 劉 露, 等. 塔河油田奧陶系碳酸鹽巖的儲(chǔ)層特征和成藏規(guī)律研究[J].中國(guó)西部油氣地質(zhì), 2006, 2(2): 147-150.

[10] 徐守余, 路 研, 王淑萍, 等. 塔河油田七區(qū)奧陶系縫洞型儲(chǔ)層成巖作用特征[J]. 黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 26(5): 485-489.

[11] Li Ying. Fractured-vuggy genesis model of middle-lower ordovician carbonate rocks in tahe Oilfield of trim basin, western China[J]. Advances in information Sciences and Service Sciences(AISS), 2013, 5(6): 1168-1176.

(編校 王 冬)

Diagenesis characteristics of carbonate reservoir in 7th zone of Tahe Oilfield

XuShouyu，LuYan，WangYa,WeiHaijun，WangShuping

(School of Geosciences, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, China)

This paper is an in-depth research into the effect of carbonate diagenesis on reservoir. The study building on drilling and logging data, core data, and geochemical data looks at the diagenetic characteristics of Ordovician carbonate reservoirs in 7th zone of Tahe Oilfield. The results show that carbonate diagenesis consists mainly of dissolution, pressure solution, dolomitization, recrystallization, cataclasis, compaction, and cementation, characterized by strong compaction, strong dissolution, and weak cementation. The analysis, combined with the evolution of hydrocarbon, the maturity of organic matter, the diagenetic type, and the diagenetic environment finds the presence of the five stages in the diagenesis stage of Ordovician carbonate rock: penecontemporaneous stage, early diagenesis stage, late diagenesis stage, catagenesis stage, and supergene stage, and infers that the diagenesis stage of ordovician carbonate rock in 7th zone of Tahe Oilfield is in late diagenesis stage.

Tahe Oilfield; carbonate rock; diagenesis; diagenesis stage

2016-12-17

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)(2011ZX05009-003)

徐守余(1968-)，男，江蘇省東臺(tái)人，教授，博士，研究方向：油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、油藏描述，E-mail：wangyayifan@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2017.01.012

TE122; P618.13

2095-7262(2017)01-0055-05

A