喬占峰,沈安江,倪新鋒,朱永進(jìn),嚴(yán) 威,鄭劍鋒,黃理力,孫曉偉

(1.中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院,浙江 杭州 310023; 2.中國(guó)石油 碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310023;3.中國(guó)石油 塔里木油田分公司,新疆 庫(kù)爾勒 841000)

塔里木盆地寒武系-下奧陶統(tǒng)發(fā)育巨厚白云巖層,以中寒武統(tǒng)膏鹽巖為界,劃分為鹽上白云巖領(lǐng)域和鹽下白云巖領(lǐng)域[1],具有優(yōu)質(zhì)的生儲(chǔ)蓋配置條件,勘探潛力巨大。中深1C井于2013年在下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組獲得工業(yè)氣流,首次發(fā)現(xiàn)寒武系鹽下內(nèi)幕原生油氣藏,宣告塔里木盆地寒武系鹽下白云巖勘探獲得戰(zhàn)略性突破[1-4]。丘灘體是碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)[3,5-7],鉆井與露頭也揭示下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組發(fā)育一套丘-灘相白云巖儲(chǔ)層[2-3]。因此,對(duì)丘灘體發(fā)育分布的認(rèn)識(shí)對(duì)于該領(lǐng)域油氣勘探具有重要意義。

多位學(xué)者指出塔里木盆地在早寒武世為緩坡-弱鑲邊臺(tái)地沉積[8-12],中緩坡帶為丘灘體及儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū)。隨著新和1井在原塔北“臺(tái)緣帶”鉆遇厚層泥晶灰?guī)r,揭示了肖爾布拉克組丘灘體及相關(guān)儲(chǔ)層在盆地范圍內(nèi)發(fā)育分布的復(fù)雜性,影響著勘探成功率。

本文結(jié)合詳細(xì)的露頭、鉆井與地震資料分析,對(duì)塔里木盆地肖爾布拉克組中緩坡丘灘體系進(jìn)行了系統(tǒng)分析,劃分為顆粒灘型、丘灘型、灘坪型和臺(tái)坪型4種丘灘體系,總結(jié)了他們?cè)诔练e背景、沉積物類(lèi)型、沉積模式以及儲(chǔ)層發(fā)育分布特征方面的差異,以期指導(dǎo)進(jìn)一步的油氣勘探。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地處于塔里木板塊中部穩(wěn)定區(qū),面積約56×104km2,是發(fā)育在前寒武紀(jì)基地之上的含油氣疊合盆地[13]。在寒武系沉積前,塔里木盆地經(jīng)歷了對(duì)其影響深遠(yuǎn)的柯坪運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致盆內(nèi)大部分地區(qū)抬升,造成區(qū)域上構(gòu)造地貌差異[14],在早寒武世形成了“三隆兩凹”的沉積格局(圖1a)。盆地周緣發(fā)育塔西南古隆起、喀什古隆起-溫宿低凸起和輪南-牙哈低凸起,盆地內(nèi)部發(fā)育滿(mǎn)加爾凹陷和塔東盆地,總體表現(xiàn)為西高東低、南高北低的地貌特征[9]。

目前鉆井和露頭揭示的肖爾布拉克組以阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克剖面為典型(圖1b)。肖爾布拉克組劃分為肖下段和肖上段,構(gòu)成一個(gè)三級(jí)層序[8],由海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成。海侵體系域由肖下段下部構(gòu)成,厚53 m,主要發(fā)育薄層狀層紋巖,局部夾小型丘狀凝塊石,為外緩坡上部潮下帶沉積[8];高水位體系域由肖下段上部和肖上段構(gòu)成,厚約110 m,高水位下部(肖下段上部)為薄層狀-厚層狀微生物巖(凝塊巖),層厚自下向上變大,內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)凝塊狀、礫屑狀等,表現(xiàn)出向上水體影響強(qiáng)度增加;高水位中部(肖上1段)以微生物丘灘體和藻砂屑灘發(fā)育為主要特征[3];高水位上部(肖上2段)為泥晶云巖或藻紋層云巖夾顆粒云巖,見(jiàn)泥裂和帳篷構(gòu)造等,為潮坪相。盆地范圍內(nèi),不同區(qū)域由于地貌差異,海平面變化下導(dǎo)致肖爾布拉克組地層結(jié)構(gòu)存在差異,厚度從0 m(塔西南古隆起和溫宿古隆起)到約300 m(滿(mǎn)加爾凹陷,鉆井最大厚度為和4井230 m)不等,造成丘灘體系的發(fā)育分布具有一定的復(fù)雜性。

2 丘灘體系類(lèi)型劃分

通過(guò)對(duì)盆地范圍內(nèi)鉆井和露頭揭示的肖爾布拉克組的丘灘沉積背景、沉積物類(lèi)型和沉積模式等的詳細(xì)分析、對(duì)比,將丘灘體系劃分為顆粒灘型、丘灘型、灘坪型和孤立臺(tái)坪型4種類(lèi)型(圖1a；表1)。

2.1 沉積背景

古隆起地形差異控制丘灘發(fā)育,丘灘體系主要發(fā)育于古隆起圍斜部位。由地層發(fā)育特征可知,塔里木盆地早寒武世區(qū)域上和局部上地貌起伏較大。區(qū)域上,發(fā)育塔西南古隆起、喀什古隆起-溫宿低凸起和輪南-牙哈低凸起3個(gè)次級(jí)地貌單元,塔西南古隆起和喀什古隆起大部地區(qū)缺失肖爾布拉克組(圖1a),圍斜部位肖爾布拉克組發(fā)育不完整,塔中-巴東地區(qū)僅發(fā)育高水位體系域的肖上段;柯坪-巴楚地區(qū)和輪南-牙哈低凸起肖爾布拉克組厚度差異明顯。局部上,各隆起圍斜部位地形差異明顯。塔西南古隆起北斜坡,自塔參1井地層缺失代表的古隆起高點(diǎn),到塔中-巴東地區(qū)地層厚度穩(wěn)定在30～70 m左右,再到陡增到230 m的和4井代表的外圍區(qū),顯示出“臺(tái)階式”的坡降特點(diǎn)(圖2)。塔中-巴東地區(qū)坡度小于1°,呈“平臺(tái)”地形特點(diǎn),平臺(tái)寬度自東向西逐漸變寬,平均約30 km。柯坪-巴楚地區(qū)露頭和地下鉆井顯示肖爾布拉克組厚度為120～200 m,自古隆起向圍斜部位逐漸增厚(圖3),揭示了由高到低的“勻斜緩坡”地形特征。輪南-牙哈地區(qū)表現(xiàn)為四周深水包圍的“似孤立臺(tái)地”地形特征,地震剖面上可識(shí)別前積體環(huán)繞發(fā)育(圖1a,圖4)。總之,在肖爾布拉克組沉積期間,沉積地貌上具有“三隆兩洼”的地貌特征,且各隆起圍斜部位的局部地形差異明顯。

圖1 塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組沉積格局(a)和地層柱狀圖(b)Fig.1 The sedimentary framework(a)and stratigraphic column(b)of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation,Tarim Basin

表1 塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組中緩坡丘灘體系類(lèi)型與特征Table 1 Types and features of medium-rampmound-shoal complexes of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation,Tarim Basin

圖2 塔中-巴東地區(qū)顆粒灘體系連井對(duì)比Fig.2 Well correlation of grain beach complexes in the Xiaoerbulake Formation,Tazhong-Badong area

圖3 柯坪-巴楚地區(qū)露頭(a)和鉆井巖相對(duì)比(b)Fig.3 Outcrop(a)-well(b)correlation of the Xiaoerbulake Formation in the Keping-Bachu area,Tarim Basin

塔里木板塊在早寒武世位于赤道與北緯30°之間,長(zhǎng)軸為北東-南西向,洋流為自北東向西南方向[15](圖1a)。北東向而來(lái)的洋流在“隆-凹”格局的復(fù)雜地貌影響下導(dǎo)致板塊內(nèi)部水體能量存在差異(圖1a),靠近塔東盆地廣海且直面洋流方向的輪南-牙哈地區(qū)“孤立臺(tái)地”東側(cè)和塔中-巴東地區(qū)的平臺(tái)區(qū)水體能量最高,輪南-牙哈西側(cè)和柯坪-巴楚地區(qū)水體能量相對(duì)較低。水體能量差異必然造成沉積物分異,是造成肖爾布拉克組丘灘體系類(lèi)型多樣和分布復(fù)雜的主要因素。

2.2 沉積物構(gòu)成與沉積環(huán)境

鉆井及露頭揭示,古隆起周緣丘灘體沉積物類(lèi)型差異明顯。

顆粒灘體系以塔中-巴東地區(qū)為典型。巖心與薄片揭示,該區(qū)肖爾布拉克組主體以細(xì)-中晶殘余顆粒云巖為典型特征,原巖結(jié)構(gòu)為鮞粒云巖(圖5a),顆粒結(jié)構(gòu)清晰,鮞粒分選和磨圓均好,亮晶膠結(jié),見(jiàn)三葉蟲(chóng)和棘屑等生物碎片發(fā)育,自然伽馬曲線(xiàn)低且平直,代表高能正常海水灘相沉積。

丘灘體系以柯坪-巴楚地區(qū)為典型,主要表現(xiàn)為微生物丘-顆粒灘復(fù)合體發(fā)育。微生物丘由凝塊巖云巖、疊層石云巖和藻格架云巖(圖5b)構(gòu)成。藻砂屑灘在薄片下顯示為粘結(jié)藻砂屑云巖(圖5c),可識(shí)別藻砂屑顆粒,但顆粒結(jié)構(gòu)不甚清晰,局部為粘結(jié)結(jié)構(gòu)?？傮w上,丘灘復(fù)合體為微生物強(qiáng)烈參與的、水體能量相對(duì)中等的沉積物。

灘坪體系以阿克蘇地區(qū)為主,微生物丘不發(fā)育,灘相與潮坪相大范圍穩(wěn)定發(fā)育。該體系發(fā)育4種巖相類(lèi)型:藻砂屑云巖、潮間上部泡沫棉云巖、核形石/粒屑云巖和帳篷構(gòu)造泥晶云巖。其中,藻砂屑白云巖為顆粒灘沉積,于露頭可見(jiàn)交錯(cuò)層理發(fā)育(圖5d),總體似向南前積疊置,但是微觀上顆粒結(jié)構(gòu)不甚清晰,能量中等。泡沫棉白云巖為球狀藻構(gòu)成(圖5e),露頭上呈紋層狀水平疊置,分布穩(wěn)定,可見(jiàn)膏模孔和鳥(niǎo)眼孔順層富集發(fā)育(圖5f),與四川盆地飛仙關(guān)組發(fā)育的藻紋層云巖特征相似[16-17],為灘后潮坪沉積,能量較低。核形石/粒屑白云巖為顆粒-粘結(jié)結(jié)構(gòu),顆粒為粒屑,磨圓較差,粒緣發(fā)育藻紋層(圖5g),為內(nèi)碎屑向核形石轉(zhuǎn)變,反映水體能力不高,為潮道-灘后瀉湖受水體間歇性改造沉積物。帳篷構(gòu)造泥晶白云巖發(fā)育典型的帳篷構(gòu)造(圖5h),與Guadalupe剖面的典型帳篷構(gòu)造非常相似,橫向分布穩(wěn)定,為灘后潮坪沉積?？傮w上,該體系為大型丘灘復(fù)合體背側(cè)相對(duì)低能環(huán)境的中-低能沉積。

圖4 塔里木盆地肖爾布拉克組臺(tái)坪體系地震響應(yīng)特征(輪南牙哈地區(qū)東西向地震剖面)Fig.4 Seismic response characteristics of the platform inner flat complexes in the Xiaoerbulake Formation,Tarim Basin(EW-trending seismic profile in the Lunan-Yaha area)

孤立臺(tái)坪體系主要發(fā)育于輪南-牙哈地區(qū),僅有牙哈5井揭示該體系沉積物為藻格架云巖(圖5i),以原地微生物生長(zhǎng)為主,未見(jiàn)水流改造影響,格架孔被白云石完全充填,為高能帶背風(fēng)側(cè)相對(duì)低能沉積環(huán)境。

2.3 丘灘體系發(fā)育規(guī)律

受控于沉積地貌、層序演化及沉積物特點(diǎn),不同丘灘體系的發(fā)育規(guī)律和沉積構(gòu)型存在差異。

1) 顆粒灘體系

主要發(fā)育于塔中-巴東地區(qū)的“平臺(tái)”之上,以厚層鮞灘沉積為主,具灘體單層厚度大、灘地比高的特點(diǎn)。由于肖爾布拉克組沉積期該區(qū)地貌較高,在海侵早中期一直處于前寒武系基底暴露狀態(tài),在海侵晚期到最大海泛面期間海水覆蓋該區(qū),并在高水位早中期維持了較長(zhǎng)時(shí)期的淺水環(huán)境,導(dǎo)致該區(qū)肖爾布拉克組中下部沉積了厚度可達(dá)53 m的鮞粒云巖,單層厚度可達(dá)10 m,占地層厚度比例近80%。局部夾薄層泥晶生屑砂屑云巖,構(gòu)成向上變粗的變淺旋回。高水位體系域晚期,隨著海平面下降,可容納空間減小,灘體頂部為潮坪相泥質(zhì)泥晶云巖覆蓋。橫向上,肖爾布拉克組鮞粒灘在平臺(tái)區(qū)可對(duì)比,頂部覆蓋薄層潮坪相可作為標(biāo)志層,靠近古隆起處潮坪相泥質(zhì)泥晶云巖比例升高(圖2),與鮞粒云巖指狀交互。鮞灘向凹陷方向轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芟鄮?并隨海平面下降不斷前積疊置,呈“片狀”發(fā)育。

2) 丘灘型體系

可發(fā)育于勻斜緩坡背景下層序演化的各個(gè)階段,在海平面變化過(guò)程的各個(gè)階段均發(fā)育較大面積的淺水高能環(huán)境,有利于丘灘體發(fā)育,只是不同階段丘灘特征略顯差異。海侵期間(肖下段沉積期),地貌平緩,以發(fā)育穩(wěn)定的紋層狀白云巖為主要特征,局部發(fā)育扁平透鏡狀凝塊石微生物丘,厚度多小于5 m,橫向延伸可達(dá)數(shù)公里。隨著海平面持續(xù)上升,微生物丘可多期疊置發(fā)育,以金磷礦剖面和肖爾布拉克露頭西側(cè)為典型。相比之下,周?chē)话l(fā)育微生物丘的剖面,在海侵晚期接近最大海平面處,以層紋石(代表濃縮段)為典型特征,揭示微生物丘規(guī)模與其生長(zhǎng)速度和海平面上升速度相關(guān)。海侵期的另一特點(diǎn)是以發(fā)育微生物丘為主,高能灘相對(duì)欠發(fā)育,與海平面持續(xù)上升,高能帶穩(wěn)定發(fā)育時(shí)間有限相關(guān)。高位域期間,地貌仍較平緩,但由于海平面長(zhǎng)期保持穩(wěn)定,有利于丘灘體系大面積發(fā)育,以準(zhǔn)層狀藻屑灘夾微生物丘為典型特征,表現(xiàn)為“小丘大灘”(圖3a)。微生物丘大小不等,高可達(dá)21 m,寬達(dá)50 m,呈丘狀,丘間間隔為數(shù)米到數(shù)十米。丘間和丘頂為藻砂屑灘,露頭顯示層面平整,未見(jiàn)交錯(cuò)層理發(fā)育,橫向延伸范圍超出露頭范圍。露頭與鉆井的橫向?qū)Ρ蕊@示,該丘灘體系圍繞古隆起大面積分布(圖3b),發(fā)育典型丘灘復(fù)合體的露頭或鉆井還有金磷礦剖面、英爾蘇剖面以及舒探1井等,均位于高水位體系域的肖上2段,橫向上具有非常好的可對(duì)比性。層序演化末期的高位域晚期,以發(fā)育潮坪相為典型特征,丘灘體系表現(xiàn)為薄層狀的疊層石與砂屑灘互層,夾于泥晶云巖等之間。

3) 灘坪型體系

以顆粒灘和潮坪相互層、大范圍發(fā)育為典型,同樣發(fā)育于高位域中部,與大型丘灘型體系發(fā)育階段相同。垂向上,藻砂屑白云巖-泡沫棉白云巖與核形石/粒屑白云巖-帳篷構(gòu)造泥晶白云巖分別構(gòu)成兩個(gè)向上變淺的旋回,并合并構(gòu)成一個(gè)向上變淺的旋回,代表了兩期高能灘帶前積導(dǎo)致伴生巖相的疊置;在橫向上,以上4類(lèi)巖相分布均非常穩(wěn)定,延伸28 km范圍內(nèi)均可對(duì)比,且厚度穩(wěn)定(圖6),代表平坦的沉積地貌和穩(wěn)定的沉積環(huán)境,為坡度非常小的緩坡背景下,隨海平面旋回性上升下降,中緩坡顆粒灘帶發(fā)生前積,并伴隨灘后瀉湖和灘后潮坪的遷移。

4) 孤立臺(tái)坪體系

總體呈“丘狀”或“似孤立臺(tái)地狀”,且具有較為明顯的東西分異性(圖4)。東側(cè)邊緣明顯更陡,且遷移范圍較小,表現(xiàn)為加積-前積,構(gòu)成較為穩(wěn)定的向上生長(zhǎng)的建隆,推測(cè)為丘灘復(fù)合體,與處于迎風(fēng)面的沉積背景一致;而向西側(cè),表現(xiàn)為自東側(cè)建隆逐漸向西前積生長(zhǎng),地貌上明顯低于東側(cè)建隆,為背風(fēng)側(cè)典型沉積特點(diǎn)。結(jié)合牙哈5井揭示的低能藻格架云巖,推測(cè)該區(qū)以水下微生物丘或藻席疊置為主要沉積物。

圖6 阿克蘇地區(qū)肖爾布拉克剖面肖爾布拉克組巖相對(duì)比剖面Fig.6 Lithofacies correlation of the Xiaoerbulake Formation in the Xiaoerbulake outcrop in Aksu area

2.4 沉積模式

綜上分析,受地形地貌、相對(duì)海平面變化和洋流作用方向差異控制,肖爾布拉克組丘灘體系發(fā)育3種沉積模式(圖7)。

顆粒灘體系發(fā)育于大型古隆起圍斜區(qū)的“平臺(tái)”之上。在高位域中晚期,相對(duì)海平面以緩慢下降為主旋律。由于洋流方向與“平臺(tái)”展布方向近一致,沿岸流可使平臺(tái)區(qū)具有持續(xù)較高的水體能量。在持續(xù)的沿岸流作用下,鮞粒沉積自東向西前積疊置,從而大面積發(fā)育。井間對(duì)比可見(jiàn),自古隆起向外圍鮞灘厚度有所增加,與地貌和灘體前積疊置相關(guān)。隨著海平面下降,鮞灘最終被潮坪相所覆蓋(圖7a)。

丘灘型沉積體系發(fā)育于塔西南古隆起和柯坪-溫宿低凸起夾持的海灣區(qū)(圖1a)。研究顯示,微生物巖生長(zhǎng)與水體深度密切相關(guān)[18-19],其中丘灘體系主要發(fā)育于潮間帶,潮上帶以發(fā)育藻紋層云巖為主;潮下帶水體作用弱,微生物同樣可呈席狀發(fā)育,形成層厚穩(wěn)定的微生物巖,即層紋巖(圖7b)。寒武紀(jì)初期的“隆-凹”

圖7 塔里木盆地肖爾布拉克組丘灘體系沉積模式Fig.7 Depositional models of mound-shoal complexes of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation,Tarim Basina.顆粒灘沉積模式;b.丘灘-灘坪型沉積模式;c.臺(tái)坪型沉積模式

地貌在經(jīng)歷玉爾吐斯組和肖爾布拉克組海侵體系域一定程度的填平補(bǔ)齊后,變得較為平緩,在古凸起圍斜部位形成穩(wěn)定且較大范圍的潮間帶。該環(huán)境下,微生物繁盛發(fā)育,形成丘狀局部地貌,在潮汐作用期間,丘間構(gòu)成主要的水流通道,導(dǎo)致相對(duì)高能的藻砂屑沉積,構(gòu)成丘灘復(fù)合體發(fā)育(圖7b)。層序演化不同階段海平面的變化特征,對(duì)丘灘體系的表現(xiàn)造成一定影響。海侵期以海平面較快速上升為主旋律,僅在靠岸局部微生物生長(zhǎng)速度與海平面上升速度相近的區(qū)域,形成了丘狀的微生物丘體,灘體欠發(fā)育。相比之下,高位域中期,由于海平面相對(duì)保持穩(wěn)定,高能帶得以長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)育,微生物丘大規(guī)模發(fā)育,并導(dǎo)致丘間形成高能水體而發(fā)育高能灘相,形成大型丘灘復(fù)合體。高水位體系域晚期,丘灘體表現(xiàn)為薄層狀疊層石和灘體互層,夾于潮坪相泥晶云巖之中。

在下風(fēng)側(cè)的阿克蘇地區(qū),地形相對(duì)較高,受洋流影響相對(duì)較弱,在高水位體系域中期海平面旋回變化期間,相對(duì)高能的顆粒灘沉積與伴生的灘后潮坪相呈旋回性疊置,構(gòu)成灘坪體系(圖7b)。灘坪體系分布揭示,其可能與丘灘體系伴生發(fā)育,主要處于丘灘體系背風(fēng)側(cè)的地形平緩區(qū)。

臺(tái)坪型沉積體系類(lèi)似于孤立臺(tái)地特征,迎風(fēng)面建隆高度更大、斜坡更陡(圖7c),發(fā)育規(guī)模較大的丘灘復(fù)合體。背風(fēng)側(cè)地形相對(duì)較低,以發(fā)育水下微生物巖為主,表現(xiàn)為低幅度微生物丘或地層丘為主。

3 丘灘體系儲(chǔ)層特征

不同丘灘體系在儲(chǔ)集空間類(lèi)型、儲(chǔ)層形成和演化、以及發(fā)育規(guī)律等方面存在一定的差異。

3.1 儲(chǔ)集空間特征

顆粒灘體系的儲(chǔ)集巖以細(xì)晶(殘余)鮞粒云巖為主,以粒間(溶)孔為主要儲(chǔ)集空間,發(fā)育粒內(nèi)溶孔和生物體腔孔(圖8a),總體上以原生基質(zhì)孔隙為主,平均孔隙度為2.5%,最高可達(dá)4%。

丘灘體系儲(chǔ)集巖包括藻砂屑云巖、疊層石云巖、藻格架云巖和藻凝塊云巖,以及粘結(jié)顆粒云巖。儲(chǔ)集空間類(lèi)型有藻格架孔、粒間溶孔和溶蝕孔洞等。其中藻格架孔主要發(fā)育于疊層石云巖和藻格架云巖以及藻凝塊云巖(圖8b),即微生物丘,為典型的原生孔隙[3];粒間溶孔和溶蝕孔洞主要發(fā)育于藻砂屑云巖和粘結(jié)顆粒云巖中。儲(chǔ)層平均孔隙度可達(dá)4%,最高可達(dá)10%。

灘坪體系儲(chǔ)集巖包括藻砂屑白云巖、泡沫棉白云巖和核形石/粒屑白云巖,儲(chǔ)集空間包括兩種類(lèi)型:一種是藻砂屑白云巖和核形石/粒屑白云巖發(fā)育的粒間溶孔或晶間溶孔(圖8c),和少量溶蝕孔洞(圖8d),平均孔隙度為4.01%;另一種是泡沫棉白云巖發(fā)育的膏?？缀网B(niǎo)眼孔(圖5e,f),薄片中可見(jiàn)膏模孔呈板狀,露頭上為扁平狀,部分孔隙孔徑可達(dá)2 mm以上,該類(lèi)儲(chǔ)層平均孔隙度達(dá)8.1%。

3.2 儲(chǔ)層形成與演化特征

不同類(lèi)型丘灘儲(chǔ)層的形成和演化具有相似性,均以丘灘相為物質(zhì)基礎(chǔ),白云石化作用對(duì)儲(chǔ)層保存起重要作用,后期改造強(qiáng)化儲(chǔ)層質(zhì)量,具有明顯的相控性。

肖爾布拉克組儲(chǔ)層以丘灘相為物質(zhì)基礎(chǔ),各類(lèi)儲(chǔ)層均發(fā)育在丘/灘相中。巖石學(xué)特征揭示儲(chǔ)集空間以丘/灘沉積中的原生孔為基礎(chǔ),如粒間孔、藻格架孔和生物體腔孔等(圖8a,b),其本身即可構(gòu)成有效儲(chǔ)層,并構(gòu)成后期改造的基礎(chǔ)。準(zhǔn)同生期,由于丘灘相沉積水體較淺,受高頻海平面變化,頻繁發(fā)生暴露遭受準(zhǔn)同生溶蝕作用改造,形成粒內(nèi)溶孔或鑄模孔、膏?？?圖5e,f),進(jìn)一步強(qiáng)化了丘/灘基質(zhì)孔的發(fā)育程度。需指出的是,因原生孔的發(fā)育,盡管準(zhǔn)同生溶蝕作用可優(yōu)化儲(chǔ)層質(zhì)量,但并非儲(chǔ)層形成的必要條件。

準(zhǔn)同生期-淺埋藏期白云石化作用對(duì)丘灘體系基質(zhì)孔保存起重要作用。丘灘體系中,微生物的介入可能促使(準(zhǔn))同生期微生物白云石化作用的發(fā)生,使得疊層石和凝塊石等微生物丘具有更好的抗壓實(shí)能力,其中發(fā)育的格架孔在埋藏期得以保存(圖9b)。灘坪體系,在準(zhǔn)同生期潮坪間歇性暴露期間,導(dǎo)致蒸發(fā)泵白云石化作用發(fā)生,形成兩個(gè)產(chǎn)物:① 使巖石骨架抗壓實(shí)能力增強(qiáng);② 暴露期間蒸發(fā)作用導(dǎo)致石膏析出,受大氣水溶蝕后形成膏?？?與微生物腐化形成鳥(niǎo)眼孔一起,構(gòu)成重要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型(圖5e,f)。顆粒灘體系中,顆粒沉積物在經(jīng)歷了一定程度的海水膠結(jié)后,受到壓實(shí)作用較強(qiáng)烈的改造,部分鮞粒表現(xiàn)為線(xiàn)接觸,鮞粒環(huán)邊膠結(jié)略有變形(圖8a)。陰極發(fā)光顯示鮞粒與膠結(jié)物發(fā)光特征一致(圖8e,f),證明白云石化作用發(fā)生于海水膠結(jié)之后的淺埋藏期。淺埋藏期的白云石化作用增強(qiáng)了巖石抗壓實(shí)能力,使得剩余粒間孔和體腔孔得以保存,并構(gòu)成主力儲(chǔ)集空間類(lèi)型,但是由于白云石化作用發(fā)生相對(duì)較晚,已經(jīng)歷較強(qiáng)壓實(shí)作用改造,基質(zhì)孔明顯減少,孔隙度在4%左右。

埋藏溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量起重要調(diào)整作用。前人研究顯示,埋藏溶蝕作用以改造先期儲(chǔ)層為主[7]。各類(lèi)丘灘體系均不同程度發(fā)育基質(zhì)孔,構(gòu)成了后期改造的先期儲(chǔ)層。露頭與鉆井巖心均揭示,肖爾布拉克組晚期溶蝕改造的溶蝕孔洞主要發(fā)育于丘灘體系,多為基質(zhì)孔隙的溶蝕擴(kuò)大。

3.3 儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律與空間結(jié)構(gòu)特征

3.3.1 儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律

宏觀上,儲(chǔ)層發(fā)育受相控作用明顯,儲(chǔ)層主體主要發(fā)育于高水位中期的中緩坡帶(圖9)。中緩坡帶各類(lèi)巖石平均孔隙度為2.32%～5.50%,最大孔隙度可達(dá)9.39%,具有較好的儲(chǔ)集性能;而外緩坡各類(lèi)巖性孔隙度均小于2%,不構(gòu)成儲(chǔ)層;內(nèi)緩坡粘結(jié)顆粒云巖具有較好的儲(chǔ)集性能,平均孔隙度達(dá)2.76%,但所占比例較低,該相帶占主體地位的泥粉晶云巖平均孔隙度偏低,為1.56%。區(qū)域上,中緩坡帶圍繞古隆起連片發(fā)育。

3.3.2 儲(chǔ)層空間結(jié)構(gòu)

盡管丘灘體系在沉積期后經(jīng)歷了較復(fù)雜的成巖作用改造,但研究顯示儲(chǔ)層的發(fā)育嚴(yán)格受巖相控制,儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)受沉積體系結(jié)構(gòu)控制。不同丘灘體系巖相類(lèi)型與發(fā)育特征差異導(dǎo)致儲(chǔ)層空間結(jié)構(gòu)有所不同。

顆粒灘型儲(chǔ)層以原生孔隙為主,具有大面積發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ),其發(fā)育分布嚴(yán)格受控于顆粒灘體的分布,于平臺(tái)之上沿隆起斜坡呈片狀疊置,總體呈條帶狀分布。受準(zhǔn)同生期暴露溶蝕與水下膠結(jié)作用改造,使得縱向上儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層互層發(fā)育。儲(chǔ)層單層厚度可達(dá)10米,儲(chǔ)灘比近65%。

丘灘型儲(chǔ)層主要發(fā)育于丘灘復(fù)合體,雖然微生物丘和顆粒灘儲(chǔ)層物性差異較大,但是均可構(gòu)成有效儲(chǔ)層,儲(chǔ)層單層厚度可達(dá)50 m,儲(chǔ)層占丘灘的厚度比近80%。因此,丘灘復(fù)合體儲(chǔ)層總體呈塊狀,如蘇蓋特布拉克剖面、昆蓋闊坦剖面和舒探1井處(圖4),也反應(yīng)該類(lèi)儲(chǔ)層在橫向上具一定的非均質(zhì)性。

圖9 塔里木盆地柯坪地區(qū)蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組主要儲(chǔ)集巖與孔隙度分布Fig.9 Distribution of major reservoirs and porosities of the Xiaoerbulake Formation in the Sugaitebulake outcrop in the Keping area,Tarim Basin

灘坪儲(chǔ)層分布嚴(yán)格受巖相分布控制,儲(chǔ)層平均厚度達(dá)33 m,橫向分布穩(wěn)定,均質(zhì)性好,在28 km的露頭范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)育,具有大規(guī)模發(fā)育的潛力。

雖然尚無(wú)鉆井直接鉆揭肖爾布拉克組孤立臺(tái)坪體系東側(cè)建隆,但根據(jù)以上分析,推測(cè)該建隆帶有利于儲(chǔ)層發(fā)育?？赡艿膬?chǔ)集巖為丘灘復(fù)合體,藻格架孔和粒間溶孔與粒內(nèi)溶孔為主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型,具備發(fā)育規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的潛力。

4 對(duì)油氣勘探的指導(dǎo)意義

前人研究指出礁(丘)灘相是碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[5-7],本文的研究中也揭示塔里木盆地肖爾布拉克組儲(chǔ)層主要發(fā)育于丘灘體當(dāng)中,但是不同類(lèi)型的丘灘體中發(fā)育的儲(chǔ)層存在差異,對(duì)應(yīng)的勘探策略也應(yīng)有所差別。

顆粒灘體系和灘坪型體系中儲(chǔ)層具有一定的相似性,儲(chǔ)層均質(zhì)性好,片狀大范圍發(fā)育,儲(chǔ)層具有更好的規(guī)模性,只是顆粒灘儲(chǔ)層以粒間溶孔等基質(zhì)孔為主,具有較高的孔隙度的同時(shí),滲透率也較高,而灘坪型儲(chǔ)層以膏?？谆蝤B(niǎo)眼孔為主,滲透率偏低,這兩種儲(chǔ)層在該類(lèi)相帶中均具有較高的發(fā)育儲(chǔ)層的潛力,鉆井成功率更高,是勘探初期保證油氣發(fā)現(xiàn)的首選。而對(duì)于丘灘體系的儲(chǔ)層,其儲(chǔ)層質(zhì)量好,可達(dá)Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層(平均孔隙度大于4.5%),但儲(chǔ)層橫向分布不均勻,在丘灘復(fù)合體發(fā)育部位優(yōu)先發(fā)育,宏觀上呈塊狀,因此鉆探的成功率可能偏低,但該類(lèi)儲(chǔ)層具有成為規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的潛力,最可能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

結(jié)合前人研究成果[1-2]可知,塔中-巴東地區(qū)具有非常有利的生儲(chǔ)蓋匹配條件,發(fā)育的顆粒灘體系具有大面積發(fā)育鮞粒云巖儲(chǔ)層的潛力,鉆探成功的可能性大,但是對(duì)于該類(lèi)儲(chǔ)層,在無(wú)后期改造的情況下,儲(chǔ)層孔隙度最高在4%左右,要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)難度較大。因此,對(duì)于該地區(qū)的目標(biāo)選擇,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)斷裂的分析,尋找后期改造優(yōu)化的儲(chǔ)層,以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)井的突破。對(duì)于巴楚地區(qū),該區(qū)最具有發(fā)育規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的潛力,但該地區(qū)構(gòu)造改造強(qiáng)烈,一方面對(duì)儲(chǔ)層優(yōu)化起作用,如舒探1井,另一方面對(duì)油氣成藏和保存起破壞作用,導(dǎo)致舒探1井和和4井等均僅見(jiàn)油氣顯示,而無(wú)工業(yè)油氣流。因此,對(duì)于該地區(qū),在深化丘灘型儲(chǔ)層發(fā)育分布刻畫(huà)的同時(shí),應(yīng)搜尋構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定,保存條件相對(duì)較好的區(qū)域,更有可能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)井的突破。輪南-牙哈地區(qū)東部具有發(fā)育規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的潛力,有必要進(jìn)行深入研究,論證該區(qū)成藏條件,特別是蓋層的有效性,在蓋層有效的區(qū)域,實(shí)現(xiàn)突破的可能性大。

5 結(jié)論

1) 根據(jù)大量的巖心和薄片觀察,以及露頭剖面的詳細(xì)觀察,指出塔里木盆地肖爾布拉克組發(fā)育四種丘灘體系類(lèi)型:顆粒灘型、丘灘型、灘坪型、孤立臺(tái)坪型,在沉積背景、沉積物類(lèi)型和儲(chǔ)層特征等方面存在差異,具有重要的油氣勘探指導(dǎo)意義。

2) 顆粒灘型中緩坡以發(fā)育鮞灘為典型特征,儲(chǔ)層以基質(zhì)孔為主要儲(chǔ)集空間,以Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層為主,可大面積發(fā)育;丘灘型中緩坡以發(fā)育微生物丘和藻砂屑灘為典型特征,儲(chǔ)層以藻格架孔和粒間溶孔等為主要儲(chǔ)集空間,可發(fā)育Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層呈塊狀分布,有利于規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育;灘坪型中緩坡以微生物丘不發(fā)育,且藻砂屑灘和潮坪相大面積發(fā)育為典型特征,以發(fā)育粒間溶孔的藻砂屑云巖和發(fā)育膏模孔和鳥(niǎo)眼孔的潮坪相泡沫棉白云巖為主要儲(chǔ)集巖類(lèi)型,橫向上大面積發(fā)育,延伸超28 km;孤立臺(tái)坪型中緩坡丘灘體形似“孤立臺(tái)地”,東側(cè)迎風(fēng)面發(fā)育較大規(guī)模丘灘建隆,具備發(fā)育規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的潛力。

3) 根據(jù)儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律,指出塔里木盆地鹽下白云巖領(lǐng)域勘探方向:塔中-巴東地區(qū)應(yīng)著重分析斷裂期次和機(jī)制,尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布范圍;巴楚地區(qū)應(yīng)重點(diǎn)尋找構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的有利成藏區(qū);輪南-牙哈地區(qū)東部值得重視,應(yīng)重點(diǎn)分析蓋層條件,搜尋有利成藏區(qū)。