張慧濤，楊 敏，汪 彥，楊德彬，徐 珊，劉 潔

（中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫勒凸起的南部斜坡區(qū)，先后經(jīng)歷了加里東中期、海西期、印支期-燕山期及喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運動，在構(gòu)造和巖溶的雙重作用下，形成了由管道、洞穴、孔洞、大尺度斷裂和小尺度裂縫組成的縫洞型油藏。上奧陶統(tǒng)地層剝蝕零線以北，海西期暴露地表，遭受長期的風(fēng)化剝蝕和大氣淡水的淋濾作用，形成喀斯特巖溶地貌，發(fā)育地表河流和地下巖溶古暗河雙重水系。

地表河流水系發(fā)育在古風(fēng)化殼表面（T74）附近，受巖溶古地貌、褶皺控制。巖溶古暗河主要發(fā)育于古風(fēng)化殼的內(nèi)幕，受巖溶基準(zhǔn)面控制，是徑流巖溶帶演化的最終結(jié)果，也是古巖溶發(fā)育的最高階段。巖溶古暗河的結(jié)構(gòu)類型呈多樣性，在二維平面上，有單管型、樹枝型、網(wǎng)絡(luò)型和海綿型；在剖面上，有單層型、階梯型和多層型等，受古巖溶地貌、水動力條件、巖溶層組、裂縫、節(jié)理影響，巖溶古暗河系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)存在較大的差異。

塔河油田奧陶系古暗河油藏從投產(chǎn)開發(fā)至目前，共投產(chǎn)150口井，累計產(chǎn)油480×104t，平均單井累計產(chǎn)油3.2×104t，投產(chǎn)效果較好地帶動了規(guī)模開發(fā)。由于古暗河形成過程中，受到巖溶期的機(jī)械充填、埋藏演化期的垮塌和化學(xué)充填等作用，很少能完整保存下來，呈現(xiàn)明顯的段塞式特征。從實鉆資料來看，巖溶期的機(jī)械充填是普遍存在的，但對古暗河的充填結(jié)構(gòu)、充填機(jī)理認(rèn)識不清，一直制約著古暗河油藏的開發(fā)，因此，對古暗河油藏巖溶期機(jī)械充填特征進(jìn)行研究具有重要意義。

1 古暗河巖溶期機(jī)械充填物識別

對于溶洞充填物的研究，國外學(xué)者R.G.Loucks（1999，2004）在研究了大量現(xiàn)代近地表的溶洞露頭，把洞穴充填物分為裂紋角礫、混雜角礫與洞穴沉積充填三大類。國內(nèi)學(xué)者鄭聰斌（1997）、張美良（2000）、肖玉茹（2003）、蔡忠賢等（2010）都對溶洞充填物進(jìn)行過研究，特別是蔡忠賢等（2010）通過巖心觀察將塔河油田洞穴充填物分為垮塌型角礫巖、滲流充填相、搬運型巖相和化學(xué)沉積巖相四大類9亞類，在塔河地區(qū)應(yīng)用較廣泛[1-4]。

基于巖心、常規(guī)測井、成像測井資料，本文將塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖古巖溶縫洞的充填物分為機(jī)械搬運、垮塌充填、滲流充填和化學(xué)充填四種充填相。同時根據(jù)形成環(huán)境，可以分為巖溶期和埋藏演化期兩種環(huán)境，其中機(jī)械搬運沉積物的物源主要是上覆石炭系和二疊系的碎屑巖，受巖溶期古水系的控制，主要發(fā)育在近地表開放系統(tǒng)中，以砂泥質(zhì)、礫巖等碎屑物質(zhì)為主，雖然受到后期埋藏改造作用的影響，但是機(jī)械搬運沉積物仍是巖溶期產(chǎn)物的標(biāo)志。

巖溶期機(jī)械搬運沉積物主要通過落水洞、斷裂進(jìn)入古暗河，在地下水流驅(qū)動力和重力雙重作用下沉積形成，具有流水沖積洪積和重力分異作用產(chǎn)生的層理以及分選性結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)形成機(jī)制，可以分為礫巖相和砂巖相，礫巖相在巖心上表現(xiàn)為小-中礫巖為主，不顯層理，大小混雜，形狀呈次圓狀，磨圓度較低，分選性較差，礫石成分復(fù)雜，主要為泥晶灰?guī)r、燧石，含少量黃鐵礦，角礫間為泥質(zhì)、砂質(zhì)、石英砂巖膠結(jié)；常規(guī)測井曲線上可見自然伽馬（GR）曲線中幅齒化，井徑（CAL）曲線微右偏，三孔隙度曲線（DEN、AC、CNL）微齒化左偏等特征，成像測井資料上顯示暗色背景下小斑點狀特征（圖1）。

圖1 搬運礫巖相識別標(biāo)志

搬運砂巖相在塔河地區(qū)普遍發(fā)育，巖心上主要為灰綠色鈣質(zhì)粉砂巖、石英粉砂巖、含泥質(zhì)細(xì)-粉砂巖和灰綠色鈣質(zhì)泥巖，具有巖溶期水流作用指示標(biāo)志的水平層理、平行層理、交錯層理、波狀交錯層理，砂巖的碎屑物質(zhì)主要由石英、巖屑和灰質(zhì)顆粒組成，砂泥巖互層分布，在垂向上具有典型的正粒序或反粒序特征，為河流相砂泥巖沉積特點。常規(guī)測井曲線上，砂巖相發(fā)育段可見明顯的GR曲線齒化右偏，CAL曲線右偏，孔隙度曲線齒化左偏等特征，局部可見GR由大變小再變大的韻律組合現(xiàn)象，成像測井資料上表現(xiàn)為線狀及條帶狀，縱向上顯示明暗相間層狀（圖2）。

圖2 搬運砂巖相識別標(biāo)志

古暗河內(nèi)充填段可以分為未充填段、礫巖相充填段和砂巖相充填段，未充填段在鉆井上表現(xiàn)為放空漏失現(xiàn)象，鉆時小于5 min/m，從測井上看，泥質(zhì)含量偏低（小于5%），孔隙度值較大（22.0%～47.0%），也是塔河油田主產(chǎn)段（圖3）；礫巖相充填段的泥質(zhì)含量（5%～55%），孔隙度很低（1.0%～4.3%），形成這種現(xiàn)象的原因主要是礫巖相形成期早于砂巖相，礫巖相的分選差，磨圓度較低，易被后期的泥質(zhì)充填，造成孔隙變小；砂巖相充填段的泥質(zhì)含量較低（17%～30%），砂巖相一般呈砂泥巖互層發(fā)育，受多期海平面升降的影響，孔隙度直方圖上也顯示多個旋回。從孔隙度分布特征分析，砂巖相的孔隙度比礫巖相高（2.0%～12.0%），且分布穩(wěn)定（圖4）。

圖3 未充填段孔隙度–泥質(zhì)含量特征

圖4 礫巖相充填段和砂巖相充填段孔隙度–泥質(zhì)含量特征

2 裂縫和斷裂空間展布特征

古暗河的發(fā)育受表層裂縫和深部斷裂的控制，早期地表水沿表層裂縫、斷裂、落水洞流至徑流帶形成古暗河，后期受到風(fēng)化、剝蝕和淋濾作用的影響，表層裂縫被改造破壞，與古暗河的匹配性減弱，整體呈片狀分布。但是塔河油田奧陶系古暗河的走向基本上與深部斷裂的走向一致，如TK483-TK486井古暗河段呈南北向，TK4109井古暗河段呈東西向，TK495X井古暗河段呈北西向，每段古暗河均受深大斷裂的控制。同時，有些深大斷裂與古暗河斜交發(fā)育，他們的交匯部位就是地表河轉(zhuǎn)入古暗河處，也是巖溶期機(jī)械充填易發(fā)育部位（圖5）。

圖5 古暗河發(fā)育區(qū)表層裂縫、深部斷裂平面分布

3 入水口結(jié)構(gòu)對古暗河充填的影響

古巖溶縫洞的形成，受巖性、古水動力條件、古地貌、裂縫、斷裂、層理等條件綜合控制。塔北隆起奧陶系經(jīng)歷了完整的巖溶地質(zhì)過程，按照地下水的流動方式、巖溶作用方式，結(jié)合現(xiàn)代巖溶理論，縱向上將古巖溶分為表層巖溶帶、垂向滲濾帶、徑流巖溶帶和潛流溶蝕帶，古暗河發(fā)育于徑流巖溶帶中，水體呈現(xiàn)管流和紊流兩種形式，水流以水平運動為主，在枯水期，水流量較小，流速低，以靜水沉積為主，沉積物較細(xì)，容易發(fā)生化學(xué)沉積，而在洪水期，水流量充沛，以高速流為主，沉積物相對較粗[5-9]。

古暗河通過表層巖溶帶、垂向滲濾帶的入水口與地表連通，這些入水口包括裂縫、斷裂和落水洞等，他們也是地表水進(jìn)入古暗河的通道，也對古暗河的充填起控制作用。裂縫的規(guī)模較小，地震屬性上呈網(wǎng)狀發(fā)育，當(dāng)裂縫作為入水口時，水流包括垂向滲流和平面狀水平流動兩種方式，由于裂縫網(wǎng)狀發(fā)育，地表發(fā)育密度大，隨著深度的增大，發(fā)育密度越來越小，因此，裂縫僅作為地表儲水空間，無垂向?qū)饔茫瑹o法攜帶地表砂泥質(zhì)物質(zhì)進(jìn)入古暗河（圖6）。

圖6 古暗河上部不同入水口結(jié)構(gòu)

斷裂的規(guī)模比裂縫大，在地震屬性上呈線狀分布，當(dāng)斷裂作為入水口時，垂向上可溝通古暗河，水流以垂向滲流為主，具有儲水、導(dǎo)水作用，斷裂具有一定的橫向空間和垂向深度，能夠攜帶地表碎屑物質(zhì)進(jìn)入古暗河，特別是巖溶溝谷等部位的斷裂，地表和地下均可見到砂泥質(zhì)充填物。

落水洞常發(fā)育于巖溶低部位或巖溶斜坡，古地貌上可見明顯的四周高、中間低的低洼結(jié)構(gòu)，在塔河地區(qū)，可見表層落水洞和深部落水洞，表層落水洞與斷裂一起組合成入水口結(jié)構(gòu)，水流以管流+滲流的形式進(jìn)入古暗河，起到明顯的導(dǎo)水作用，水流也以垂向流為主，表層落水洞+斷裂型入水口結(jié)構(gòu)橫向空間和縱向溝通能力均強(qiáng)于斷裂型，攜帶地表碎屑物質(zhì)的能力也較強(qiáng)，在落水洞、斷裂與古暗河的連接部位，也是砂泥質(zhì)充填較嚴(yán)重的部位。

深部落水洞的主要特點是直接連接地表和古暗河，水流以管流的形式進(jìn)入古暗河，起明顯的導(dǎo)水作用，水流也以垂向流為主，由于落水洞的橫向空間大、縱向連通古暗河，攜帶地表碎屑物質(zhì)的能力最強(qiáng)，在落水洞與古暗河的連接部位，也是砂泥質(zhì)充填最嚴(yán)重的部位。

4 不同巖溶組合形態(tài)下古暗河的充填特征

由于古暗河不同部位的巖溶形態(tài)不同，因此需要結(jié)合表層巖溶帶、垂向滲濾帶和徑流帶的巖溶形態(tài)，綜合考慮充填特征；在古巖溶的縱向分帶中，表層巖溶帶以地表河、落水洞為主，局部區(qū)域發(fā)育低角度溶蝕縫槽和孔洞；垂向滲濾帶在斷裂附近可以形成豎井溶洞，在可溶巖與斷裂交匯處形成駐水洞，在豎井溶洞和駐水洞附近可以形成溶蝕裂縫和溶蝕孔洞；而徑流帶可以形成碳酸鹽巖最大的儲集空間，包括廳堂洞、主干管道、分支管道、孤立溶洞、溶蝕孔洞、裂縫等巖溶形態(tài)。古暗河的不同巖溶形態(tài)構(gòu)成了巖溶組合形態(tài)，其地表水進(jìn)入地下的通道、水流流動方向和侵蝕作用能力均不同。通過對塔河油田的研究，總結(jié)出三種巖溶組合形態(tài)[10-16]。

4.1 落水洞–斷裂–管道型

落水洞-斷裂-管道型的巖溶組合形態(tài)由地表落水洞、垂向滲濾帶斷裂和徑流帶的管道構(gòu)成，落水洞發(fā)育在溶蝕洼地、巖溶溝谷和坡立谷底部，也有部分分布在斜坡上，這些部位會產(chǎn)生滾石等坡積物，這些坡積物隨斷裂下滲，流到古暗河的管道部位，造成管道充填。從地震反演波阻抗屬性可以看到坡立谷底部發(fā)育落水洞，落水洞底部通過斷裂與下部的古暗河連通，斷裂可以通過likelihood（螞蟻體）進(jìn)行表征，下部古暗河在波阻抗反演體屬性上連續(xù)性較好，沒有明顯的異常變大，是古暗河內(nèi)部管道的發(fā)育特征。常規(guī)測井上，可見頂部落水洞和底部的管道中砂泥質(zhì)充填物發(fā)育，如TK483井，在距離風(fēng)化殼18.5 m和159.5 m，分別發(fā)育了13.0 m和14.0 m的砂泥質(zhì)充填洞。落水洞-斷裂-管道型的巖溶組合形態(tài)，由于受落水洞和管道充填的影響，沒有儲集空間，產(chǎn)能差，能量低（圖7a）。

4.2 斷裂–廳堂洞型

斷裂-廳堂型巖溶組合形態(tài)主要由表層巖溶帶和垂向滲濾帶的斷裂、徑流帶的廳堂洞組成，多發(fā)育于在殘丘斜坡或高部位，地表碎屑物質(zhì)不易停留在斜坡或高部位，但是，地表水可以沿斷裂下滲，對下部暗河的頂部進(jìn)行溶蝕，形成廳堂洞，廳堂洞部位受水平流和垂向流的雙向控制，碎屑物質(zhì)不易停留，保留空間較大[17-20]。地震剖面上表現(xiàn)為沿暗河方向，地震反射變化明顯，呈現(xiàn)上凸下凹的特征，波阻抗反演剖面上，顯示異常體規(guī)模明顯變大，螞蟻體等屬性上可見廳堂洞頂部斷裂發(fā)育。廳堂洞規(guī)模大，水流量大，碎屑物質(zhì)不易停留，保留空間較大，實鉆過程中容易放空漏失，如TK427井，在距離風(fēng)化殼頂面155.5 m鉆遇放空漏失，漏失量僅192.2 t，說明鉆遇廳堂洞頂部的裂縫，但是該井累計產(chǎn)油46.63×104t，說明下部的廳堂洞規(guī)模很大，產(chǎn)能和能量均較高，是塔河油田的主要開發(fā)對象（圖7b）。

4.3 裂縫–管道型

裂縫-管道型的巖溶組合形態(tài)表現(xiàn)為表層斷裂不明顯，僅發(fā)育裂縫性儲層，裂縫主要起儲水作用，導(dǎo)水作用不明顯，無法攜帶碎屑物質(zhì)進(jìn)入古暗河的管道部位，但是古暗河有多個入水口，在裂縫發(fā)育地區(qū)，下部的管道可能受其他入水口攜帶的碎屑物質(zhì)的影響，從而造成充填。由于巖溶管道受潛水面控制，塔河地區(qū)受多期構(gòu)造抬升作用的影響，發(fā)育多期巖溶管道，每期巖溶管道的形態(tài)和規(guī)模不同，且每期巖溶管道之間的部位由于巖溶發(fā)育程度較低，孔隙較巖溶管道小，容易被砂泥質(zhì)充填。波阻抗反演屬性上，可見大空間和小空間巖溶管道交互分布，大空間和小空間巖溶管道連接的部位容易被砂泥質(zhì)充填。在管道發(fā)育部位，測井可以揭示到砂泥質(zhì)充填物，如TK4109井，在距離風(fēng)化殼頂面188.5 m鉆遇砂泥質(zhì)充填洞，洞高22.0 m。由于受充填的影響，有效儲集空間較小，產(chǎn)能較差，產(chǎn)量較低（圖7c）。

圖7 不同類型巖溶組合形態(tài)模式

5 結(jié)論

（1）基于巖心、常規(guī)測井、成像測井資料，根據(jù)形成機(jī)制，將塔河地區(qū)機(jī)械搬運相分為礫巖相和砂巖相，從孔隙度分布特征來看，砂巖相的孔隙度比礫巖相高。

（2）裂縫作為地表儲水空間，無垂向?qū)饔?，該類型入水口無法攜帶地表砂泥質(zhì)物質(zhì)進(jìn)入古暗河；斷裂具有儲水、導(dǎo)水作用，具有一定的橫向空間和垂向深度，該類型入水口能夠攜帶地表碎屑物質(zhì)進(jìn)入古暗河；表層落水洞+斷裂型入水口結(jié)構(gòu)橫向空間大，縱向溝通能力強(qiáng)，攜帶地表碎屑物質(zhì)的能力較強(qiáng)；深部落水洞型入水口的橫向空間大，縱向連通古暗河，攜帶地表碎屑物質(zhì)的能力最強(qiáng)。

（3）落水洞-斷裂-管道型的巖溶組合形態(tài)，由于受落水洞和管道充填的影響，沒有儲集空間，生產(chǎn)上表現(xiàn)為產(chǎn)能差、能量低；斷裂-廳堂洞巖溶組合形態(tài)受水平流和垂向流的雙向控制，碎屑物質(zhì)不易停留，保留空間較大，產(chǎn)能和能量均較高，是塔河油田的主要開發(fā)對象；裂縫-管道型巖溶組合形態(tài)受巖溶管道連接部位充填的影響，有效儲集空間較小，產(chǎn)能較差、產(chǎn)量較低。