陳華鑫，康志宏，康志江

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 引 言

根據(jù)油氣資源潛力調(diào)查，全球剩余油氣可采儲(chǔ)量(證實(shí)儲(chǔ)量+概算儲(chǔ)量)為 4 212.6×108t，其中碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)量占 47.5%[1-2]，致使該類油藏是未來油氣開發(fā)潛力目標(biāo)。其中的古巖溶縫洞型油藏，自20世紀(jì)80年代以來，已成為勘探與開發(fā)的重要研究對(duì)象[3-4]。近年來，隨著塔里木盆地塔河、順北、哈拉哈塘、塔中和四川盆地普光、龍崗、磨溪-高石梯及鄂爾多斯盆地蘇里格、靖邊等大規(guī)模海相碳酸鹽巖油氣田的開發(fā)，預(yù)示我國碳酸鹽巖油藏進(jìn)入快速發(fā)展期。

塔河油田是碳酸鹽巖巖溶縫洞型油藏最典型的實(shí)例之一。近年以來，隨著勘探開發(fā)技術(shù)和預(yù)測(cè)方法提升，深化了此類油藏的儲(chǔ)集特征、控制因素、發(fā)育機(jī)理和展布規(guī)律認(rèn)識(shí)。如魯新便等[5]對(duì)古巖溶系統(tǒng)的概念與特征進(jìn)行了探討，并對(duì)縫洞的形成、演化改造以及對(duì)油藏的分隔作用進(jìn)行了研究；康志宏等[6]認(rèn)為塔河地區(qū)發(fā)育垮塌的巖溶洞穴，其特點(diǎn)是頂部下凹，具有明顯“串珠”狀和“雜亂”地震反射特征；曲全工等[7]、鄒勝章等[8]和余智超等[9]認(rèn)為分帶性是巖溶垂向上發(fā)育非均勻表現(xiàn)，提出自上而下劃分為表層巖溶帶、垂直滲流帶和水平徑流帶，類比現(xiàn)代巖溶發(fā)育特征，建立了巖溶儲(chǔ)層垂向分帶的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。李陽等[10]通過巖溶帶縫洞的結(jié)構(gòu)和充填特征分析，認(rèn)為巖溶期古地貌、潛水面升降和埋藏期的斷層活動(dòng)控制了縫洞形成。

隨著巖溶型碳酸鹽巖油藏開發(fā)的不斷深入，層狀洞穴儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)特征逐漸顯現(xiàn)，比如：堵水調(diào)剖、注水和注氣驅(qū)替等措施，取得良好效果[11]。趙文智等[12]基于碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層類型研究成果，認(rèn)為一間房組及鷹山組層間和順層巖溶儲(chǔ)層已經(jīng)成為重要的勘探對(duì)象，并取得了重大勘探發(fā)現(xiàn)。錢海濤等[13]通過我國西南地區(qū)三疊系碳酸鹽巖對(duì)水利工程的影響研究，認(rèn)為：受巖性的控制，碳酸鹽巖溶蝕作用一般順層，呈現(xiàn)多層狀發(fā)育特點(diǎn)。何治亮等[14]、樊太亮等[15]、游李偉等[16]和魏國齊等[17]提出不同類型的層序界面控制著碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育，Ⅰ和Ⅱ級(jí)層序界面控制巖溶儲(chǔ)層的形成。魯新便等[18-19]結(jié)合洞穴層段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，提出以奧陶系古風(fēng)化殼頂面為界，向下每 60 m 為單位，在縱向上，將深度 0～240 m 巖溶儲(chǔ)層劃分為4個(gè)層段，各層段洞穴規(guī)模和充填程度存在差異；并結(jié)合開發(fā)單井動(dòng)態(tài)特征，提出“巖溶殘丘型油藏”和“巖溶古河道型油藏”兩類“層控”型油藏。李新華等[20]以S67井為例，縱向劃分了3個(gè)“致密段”和4層巖溶儲(chǔ)層發(fā)育段，“致密段”在空間上具一定隔擋作用，使部分油井縱向上儲(chǔ)層不連通，存在多個(gè)油水系統(tǒng)。在縫洞油藏?cái)?shù)值模型和動(dòng)態(tài)模擬[21-22]應(yīng)用實(shí)踐中，亦強(qiáng)調(diào)層狀地質(zhì)模型、地震溶洞和裂縫DFN模型表征技術(shù)結(jié)合。同時(shí)，針對(duì)控儲(chǔ)層分布的開發(fā)方式探索取得了成效，注水井網(wǎng)中的“同層連通模式”已經(jīng)被認(rèn)為是有效的驅(qū)替方式之一，例如僅在T738井區(qū)，目前有7個(gè)同層連通井組，注采有效期104天，平均増油1 447 t。

盡管古巖溶縫洞體層狀化特性逐步被眾多學(xué)者認(rèn)知，但合理地預(yù)測(cè)和建立巖溶型洞穴儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)仍然是油氣勘探開發(fā)“瓶頸”技術(shù)之一。本文通過原始地層組構(gòu)和對(duì)比、結(jié)合野外溶洞特點(diǎn)、利用單井巖溶洞穴測(cè)井識(shí)別及地震橫向變化，編制了全新的層狀洞穴儲(chǔ)集體地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面。運(yùn)用現(xiàn)代巖溶理論，構(gòu)建發(fā)育模式，探討了層狀巖溶洞穴的形成機(jī)制，力求為同類碳酸鹽巖油藏勘探開發(fā)提供新的地質(zhì)依據(jù)。

1 塔河油田原始地層及對(duì)比

1.1 不同巖石可溶性差異

可溶性巖石巖性和結(jié)構(gòu)是巖溶發(fā)育的首要因素，碳酸鹽巖不同的巖石特征對(duì)巖溶發(fā)育強(qiáng)度具有較為明顯的影響。Annable[23]研究發(fā)現(xiàn)，巖石的純度影響著巖溶程度，泥質(zhì)礦物和硅質(zhì)礦物是常見的難溶物質(zhì)，顆粒的粉泥物質(zhì)堵塞巖石中的原生孔道，從而抑制巖溶發(fā)育。巖石結(jié)構(gòu)呈“粒狀或砂糖狀”的顆粒狀碳酸鹽巖，尤其是白云巖，原始孔隙和孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)于“堅(jiān)固和致密”泥微晶灰?guī)r，易于被水流溶蝕。部分學(xué)者開展過有關(guān)灰?guī)r和白云巖巖溶的研究，并進(jìn)行了有關(guān)溶蝕實(shí)驗(yàn)，Rauch和White[24]在美國賓夕法尼亞巖溶中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)MgO含量為1%～3%時(shí)，溶解度最大；Choquette和James[25]提出高M(jìn)g方解石最容易發(fā)生溶解；夏日元[26]認(rèn)為在暴露環(huán)境下，生物灰?guī)r更易于溶蝕，其次是白云巖，其中亮晶和泥晶生物灰?guī)r相對(duì)溶解度最大，分別為1.11和1.09，細(xì)晶和泥晶白云巖分別為0.77和0.51。綜上認(rèn)為巖性、礦物成分、結(jié)晶程度、原巖顆粒和孔隙結(jié)構(gòu)等均能導(dǎo)致巖溶發(fā)育強(qiáng)度的差異性。

1.2 地層巖性及對(duì)比

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要發(fā)育于鷹山組和一間房組，少量恰爾巴克組和良里塔格組，各組巖性和組構(gòu)存在一定差異。根據(jù)錄井和巖心鏡下鑒定成果，主要巖性為泥晶灰?guī)r、亮晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、殘余結(jié)構(gòu)云灰?guī)r、晶粒結(jié)構(gòu)白云巖、含硅質(zhì)團(tuán)塊灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等8類。為了更好揭示原始沉積巖性面貌，這里選擇巖溶作用不強(qiáng)(巖心和測(cè)井顯示)的S86井鷹山組、一間房組及恰爾巴克組為例說明地層巖性及結(jié)構(gòu)特征。

(1) 鷹山組(O1-2y):區(qū)內(nèi)為開闊臺(tái)地相灰?guī)r沉積，是巖溶發(fā)育的主要地層之一。根據(jù)S86井錄井的巖性特征(圖1)，主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和亮晶灰?guī)r。從S86井測(cè)井顯示出自然伽馬值低、聲波時(shí)差低和密度高的特征，說明本井受地表巖溶作用影響不明顯，保留原始地層組構(gòu)特征，其中低電阻率值為白云質(zhì)灰?guī)r，高電阻率存在幅差的為泥晶灰?guī)r，其余為亮晶灰?guī)r。

目前鉆井大部分揭示了鷹山組上部地層，此次優(yōu)選出巖溶作用相對(duì)較弱12口井進(jìn)行電性(深淺電阻率)曲線的對(duì)比，本段為中下奧陶統(tǒng)鷹山組上部層段。根據(jù)電阻率高低的變化及組合特征，由上至下分為6個(gè)電性(電阻率)層段(圖2)，通過區(qū)域鉆井對(duì)比，6個(gè)巖性層段具有較好可比性。本層段頂部(及鷹山組頂部)第1小層具有電阻率“雙峰”低值特點(diǎn)(圖2中第1層中的綠色)，從南部S86井(水體較深)到東北部TK405井(水體較淺)具有較好的可比性，“雙峰”低值的主要巖性為亮晶白云質(zhì)灰?guī)r，具有斑狀結(jié)構(gòu)，可溶性相對(duì)較好；小層其上部總體曲線可對(duì)比性較差。第2小層曲線總體為“鐘形”和“齒狀箱形”，白云質(zhì)灰?guī)r為主。第3小層中部出現(xiàn)電阻率微有增大的“雙峰”，盡管峰值幅度很小，但各井均有相同特點(diǎn)，橫向具有可比性，以泥晶灰?guī)r為主。第4小層中部發(fā)育連續(xù)性較好的泥晶灰?guī)r隔層(圖2中第4層中的綠色)。第5小層中部為低電阻率段，為斑狀白云質(zhì)灰?guī)r。本段底部第6小層電性曲線相似性極強(qiáng)，先從底部開始，曲線為低值，總體為近似的“雙峰”樣式(圖2中第6層中的綠色)，中部為明顯的高阻，幾乎是鷹山組最高值，根據(jù)巖心資料本層主體為亮晶灰?guī)r，并部分發(fā)育硅質(zhì)結(jié)核或充填，向上曲線為“漏斗形”。

(2)一間房組(O2yj)：沉積環(huán)境為開闊碳酸鹽臺(tái)地，巖性以亮晶灰?guī)r-砂屑灰?guī)r的旋回式變化發(fā)育為特征，表現(xiàn)為下部致密亮晶灰?guī)r發(fā)育，上部含生物碎屑灰?guī)r或孔隙性砂屑灰?guī)r發(fā)育，因而，測(cè)井曲線表現(xiàn)為下部電阻率高，上部電阻率較低，且有一定的深淺電阻率幅差(圖1)。S86井在中部(5 725～5 733 m)發(fā)育硅質(zhì)灰?guī)r段，導(dǎo)致電阻率異常高。本井的第9回次取心為位于硅質(zhì)巖上部，發(fā)育生物灰?guī)r；該段下部第10和11回次取心發(fā)育顆?；?guī)r及含腕足的生物灰?guī)r。因此，本段總體為易溶巖層，溶蝕的儲(chǔ)集體被二疊紀(jì)熱液充填改造，硅質(zhì)巖為后期(二疊紀(jì))熱液交代的產(chǎn)物。此類熱液充填和交代現(xiàn)象在野外柯坪一間房、巴楚西克爾和塔中同時(shí)亦有發(fā)育，推測(cè)其原巖為生物碎屑灰?guī)r或顆粒白云巖。

(3)恰爾巴克組(O3q)：沉積環(huán)境為深淺海陸棚，主要發(fā)育一套深水的含泥質(zhì)的瘤狀灰?guī)r和含薄殼介形蟲的微晶灰?guī)r。整體巖溶欠發(fā)育。測(cè)井曲線上表現(xiàn)為下部自然伽馬值相對(duì)較低，電阻率相對(duì)較高，底部或近底部存在1個(gè)自然伽馬較高值尖峰，為泥質(zhì)條帶；上部具自然伽馬值高和電阻率低的特征，巖心證實(shí)，該自然伽馬值高亦為灰?guī)r中的泥質(zhì)含量升高造成，并非溶洞內(nèi)的砂泥質(zhì)充填(圖1)。

盡管碳酸鹽巖層經(jīng)歷成巖之后的表生巖溶改造，但是通過弱巖溶作用鉆井巖心巖性識(shí)別和電性特征對(duì)比分析，作為巖溶的物質(zhì)基礎(chǔ)——巖石巖性和原始組構(gòu)仍然存在較大差異，而且這些差異的特征具有一定橫向?qū)Ρ刃裕沁M(jìn)一步巖溶分帶性研究的物質(zhì)條件基礎(chǔ)。

2 野外順層巖溶洞穴地質(zhì)特征

塔北的柯坪地區(qū)奧陶系存在眾多的古巖溶現(xiàn)象[27-30]，直觀的巖溶孔洞展布特征為深化塔河地下結(jié)構(gòu)和成因模式提供了直接證據(jù)。

2.1 小型溶蝕孔洞順層溶蝕及巖性控制

通過對(duì)塔北露頭區(qū)314國道1 133～1 314 km段以北的柯坪地區(qū)古巖溶地質(zhì)調(diào)查(野外測(cè)量和采樣)，位于農(nóng)三師岔路口7 km處發(fā)育南一溝剖面，地層主要為奧陶系一間房組。巖性多為泥晶灰?guī)r，含砂屑、含藻屑亮晶灰?guī)r及少量生物礁灘灰?guī)r。在野外露頭，0.1～1 m規(guī)模的洞穴極為發(fā)育；可以觀察到，地層傾向與水流方向一致時(shí)巖溶作用強(qiáng)，溶蝕帶發(fā)育較好，說明巖溶作用存在層控特點(diǎn)，層理面和巖性等對(duì)溶蝕程度具有控制作用；順?biāo)綄永戆l(fā)育連續(xù)洞穴，造成了溶洞的多層性(圖3(a)、(b)和(d))。

通過巖性對(duì)比，生物灰?guī)r發(fā)育的礁灘側(cè)翼發(fā)育多個(gè)巖溶洞穴，其中規(guī)模達(dá)長2.6 m和寬0.52 m(圖3(a))；一間房組含藻屑亮晶灰?guī)r的順層溶洞發(fā)育，溶洞寬度為10～25 m(圖3(d))。進(jìn)一步證實(shí)：碳酸鹽巖地層巖性和原巖顆粒和孔隙結(jié)構(gòu)影響巖溶發(fā)育強(qiáng)度。

此外，溶洞順著層理縫和垂直裂縫的方向發(fā)育較多(圖3(c))，小型斷裂和裂縫對(duì)溶蝕同時(shí)具有一定的控制作用。

2.2 古暗河管道型溶洞順層延伸及熱液充填

在柯坪一間房南一溝入口處，發(fā)育一個(gè)典型古暗河管道型溶洞(圖4)，是本區(qū)野外規(guī)模最大且保存完整管道型古暗河系統(tǒng)。其巖層為一間房組(O2yj)，巖性為褐色鮞狀和含生屑砂屑灰?guī)r，含棘皮類化石。溶洞主體呈廊道型，高在0.5～8 m之間，寬在0.6～1.5 m之間，整體洞長近百米。發(fā)育方向?yàn)?10°，并沿地層向下傾斜延伸，與地層下傾方向相近。溶洞系統(tǒng)整體呈寬—窄—寬—窄的變化趨勢(shì)，末端變得窄小。

管道型古暗河基本沿地層延伸，具有順層特點(diǎn)，推測(cè)主要受控于地層巖性(鮞狀、生物灰?guī)r和砂屑灰?guī)r等)、層理縫和長期穩(wěn)定水系侵蝕作用等。該洞穴巖壁上發(fā)現(xiàn)多處螢石礦物，根據(jù)周剛等[31]測(cè)試認(rèn)為：螢石礦成礦年代為海西晚期二疊紀(jì)，屬于熱液對(duì)原始洞穴充填，此熱液作用與S86井的硅質(zhì)交代充填為同期產(chǎn)物。說明洞穴形成于海西期早期，此巖溶暗河管道與塔河油田巖溶儲(chǔ)集體為同期產(chǎn)物，具有可比性。

3 油藏洞穴儲(chǔ)層識(shí)別和洞穴對(duì)比

3.1 洞穴測(cè)井識(shí)別

碳酸鹽巖巖溶洞穴型儲(chǔ)層的識(shí)別、對(duì)比和評(píng)價(jià)一直是油田開發(fā)的難點(diǎn)[32-34]，隨著油田開發(fā)的深入，碳酸鹽巖溶洞層狀儲(chǔ)集特征不斷被認(rèn)識(shí)和深化。結(jié)合常規(guī)測(cè)井曲線、巖心資料、錄井資料、FMI測(cè)井資料和單井油氣動(dòng)態(tài)資料，康志宏等[35]、徐嘉宏等[36]和藍(lán)茜茜等[37]等建立了研究區(qū)巖溶縫洞解釋模型，總結(jié)出4種巖溶縫洞儲(chǔ)集體類型：機(jī)械充填(砂泥巖充填、細(xì)砂巖充填)、垮塌角礫充填、溶洞(未充填)和溶蝕裂縫。

以T615井單井為例，可以識(shí)別出3個(gè)主要洞穴層(圖5)，各儲(chǔ)層差異較大，伴隨不同F(xiàn)MI成像和常規(guī)測(cè)井特征。

第1層：5 533～5 556 m井段，洞穴厚度23 m，屬于大型溶洞。由于外來碎屑含量較多，導(dǎo)致自然伽馬相對(duì)較高，且深淺電阻率有明顯正幅度差異。經(jīng)巖心證實(shí)[38]，洞穴被高成熟度石英砂巖充填，是石炭紀(jì)海侵過程中進(jìn)入洞穴的高成熟海岸沉積，洞穴內(nèi)巖石碎屑成分基本上為陸源石英，缺乏碳酸鹽巖碎屑組分；石英砂巖的孔隙度主要分布在10%～15% 之間，滲透率均大于1×10-3μm2。分析認(rèn)為在早期地殼的抬升或海平面的下降過程中洞穴就已形成，石炭紀(jì)海平面上升至此附近，高成熟度的海岸石英砂巖進(jìn)入并沉積于洞穴內(nèi)形成砂巖儲(chǔ)層。

第2層： 5 562～5 575 m井段，洞穴厚度20 m，為角礫充填型溶洞。FMI圖像呈明暗相間條紋，明亮的團(tuán)塊狀為角礫，深淺電阻率較低，且幅度差異可忽略不計(jì)。巖心證實(shí)：角礫分選差，呈尖棱狀，角礫間發(fā)育大量外來的含泥物質(zhì)充填；泥質(zhì)充填物導(dǎo)致自然伽馬有所升高，且表現(xiàn)為尖峰狀。該層洞穴由于構(gòu)造抬升，海平面下降，由于改變了地下水支撐條件，溶洞受頂部巖石負(fù)載作用，導(dǎo)致溶洞垮塌、圍巖堆積并充填外來搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)。

第3層：5 619～5 627 m井段，洞穴厚度8 m，發(fā)育未充填溶洞，F(xiàn)MI測(cè)井圖像顯示為大片的暗色無規(guī)律片狀或條帶狀，延伸較短，無定向性。在鉆井過程中，由于鉆遇無充填物的溶洞導(dǎo)致鉆速迅速提高，當(dāng)鉆至5 620 m時(shí)有漏失放空現(xiàn)象。本層中子和聲波時(shí)差測(cè)井曲線明顯增大，深側(cè)向電阻率明顯大于淺側(cè)向電阻率。與上述1和2層相比，本層洞穴沒有被外來碎屑和原地洞穴垮塌物充填，屬于保存完好的溶洞段。

3.2 洞穴連井對(duì)比

為了進(jìn)一步分析洞穴的橫向變化，本次采用了三維地震上具有較好溶洞反射特點(diǎn)的連井剖面，即具有“串珠”或短軸強(qiáng)反射特征的井[39]，作為測(cè)井對(duì)比剖面基礎(chǔ)井。通過鉆井、測(cè)井和動(dòng)態(tài)連通性分析成果，開展連井測(cè)井對(duì)比。對(duì)比的原則如下：(1)測(cè)井曲線形態(tài)等特征相似；(2)結(jié)合巖溶地貌恢復(fù)技術(shù)，采用石炭系“雙峰灰?guī)r”作為等時(shí)面拉平[40]，進(jìn)行巖溶期的溶洞對(duì)比；同期巖溶洞穴具有一定成因變化規(guī)律；(3)通過同層洞穴油氣產(chǎn)量和連通性驗(yàn)證對(duì)比可靠性(圖6)。

3.2.1 第1洞穴層

以T615井位代表的石英砂巖充填段。在相鄰的TK730鉆井錄井揭示為油侵，屬于充填型溶洞，洞穴測(cè)井曲線相同基本相似，為聲波時(shí)差A(yù)C曲線“箱形”，累計(jì)產(chǎn)油3.9萬t。巖溶斜坡的TK632井錄井揭示角礫灰?guī)r、砂屑灰?guī)r，鉆時(shí)下降，油跡顯示；測(cè)井的密度DEN和自然伽馬GR等具有低幅度“齒狀”特征；本井于5 540～5 548 m射孔，然后酸壓5 531～5 560 m井段，初產(chǎn)油200 m3/d，證實(shí)在本段附近發(fā)育有效洞穴儲(chǔ)層。在巖溶高地的TK602井相同層位，密度測(cè)井DEN、聲波時(shí)差A(yù)C及自然伽馬GR等均有低幅度“齒狀”變化，錄井為微晶砂屑灰?guī)r，氣侵油跡顯示，測(cè)井解釋為油氣層，井射孔酸壓本層段(5 501～5 520 m)累產(chǎn)2.4萬t。

本層段洞穴發(fā)育于古地貌斜坡帶，并被砂巖充填；原巖為砂屑灰?guī)r段，其測(cè)井特征為密度DEN和自然伽馬GR等具有低幅度；從巖溶高地-斜坡- 洼地，由砂屑灰?guī)r巖性段(TK602)—砂屑灰?guī)r溶蝕孔洞儲(chǔ)層(酸壓投產(chǎn))(TK632)—小型洞穴(TK730)—大型洞穴(T615)—?dú)埩羯靶蓟規(guī)r巖性段(TK734)規(guī)律變化。

3.2.2 第2洞穴層

該層洞穴極為發(fā)育，且厚度大，從南到北TK734、T615、TK730、TK632井具測(cè)井響應(yīng)(圖6)。與T615井相比， TK734、TK730和TK632井測(cè)井曲線形態(tài)基本相同：自然伽馬GR、聲波時(shí)差A(yù)C和密度DEN異常幅度大，總體呈齒狀；呈GR高、AC高和DEN低特點(diǎn)。根據(jù)康志宏等[35-37, 41]研究成果和錄井資料：(1)TK734井本段原巖為生屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r，油跡—油斑顯示，本段于5 529～5 600 m酸壓，未建產(chǎn)，產(chǎn)水2.1 m3/d，本層試油結(jié)論為水層； 5 573～5 590 m洞穴段，發(fā)育呈GR高、AC高和DEN低的兩層泥質(zhì)充填嚴(yán)重洞穴，屬于全充填型洞；(2)T615井5 562～5 575 m井段，洞穴厚度20 m ，為角礫充填型溶洞，本段酸壓測(cè)試未建產(chǎn)；(3)TK730井和TK632井本段泥晶灰?guī)r，嚴(yán)重泥質(zhì)充填洞穴，未建產(chǎn)；(4)TK602井洞穴厚度薄，僅為4 m，錄井為微泥晶砂屑灰?guī)r，見洞穴充填物—粉砂巖。

本層洞穴主要特點(diǎn)是：洞穴規(guī)模大，橫向可比性好；但是洞穴被泥質(zhì)和垮塌物嚴(yán)重充填；自然伽馬GR呈高幅度 “齒狀”，密度DEN和電阻率Rt低幅度；油氣產(chǎn)能較差，僅有洞穴厚度最小的TK602井累產(chǎn)3.08萬t。

3.2.3 第3洞穴層

除TK632井沒有洞穴測(cè)井響應(yīng)外，其余4口井均有洞穴顯示。以位于巖溶高地的TK602井最為顯著：主體洞穴(厚度38 m)，下部充填，上部未充填，洞穴下部相對(duì)上部，呈GR高、AC高和DEN低特點(diǎn)，上下曲線幅度有明顯差異。該井巖屑錄井為微晶和微晶砂屑灰?guī)r為主，油斑顯示，累積產(chǎn)油36.75萬t，無水產(chǎn)油期為269天。

TK734、T615、TK730井洞穴厚度分別為： 7.5 m、11.5 m和16.5 m，油氣產(chǎn)量為：TK734累積產(chǎn)油1.71萬t、T615為水層(構(gòu)造低)、TK730井累積產(chǎn)油3.51萬t。

本層洞穴最大特點(diǎn)是：位于巖溶高地的洞穴規(guī)模明顯較大，向洼地方向規(guī)模降低；充填程度與第2層相比，泥質(zhì)充填有所降低；油氣產(chǎn)量高，但由于層位較低，部分為水層。

3.3 地震反射特征與層對(duì)比洞穴

隨著地震品質(zhì)的提高，洞穴分布的預(yù)測(cè)逐漸深入[42-43]，為了更好地驗(yàn)證巖溶洞穴層狀結(jié)構(gòu)的存在，圖7(a)展示了沿著地下暗河的三維地震反射剖面(已經(jīng)轉(zhuǎn)為深度域剖面)。盡管地震的主頻率為32 Hz，但波形變化特征能夠比較清晰地反映如下三段地層—洞穴結(jié)構(gòu)。

第1層為正相位(黑色)，在T615—TK730—TK632井振幅較弱，在TK602井為強(qiáng)反射，同相軸連續(xù)性好。

第2層位負(fù)相位(藍(lán)色)，T615和TK602井振幅弱，連續(xù)性差， TK734、TK730、TK632井振幅微有變強(qiáng)，與測(cè)井解釋的洞穴具有較好的吻合性。在TK632井與TK602井之間出現(xiàn)同相軸連續(xù)，振幅變強(qiáng)特征；推測(cè)是洞穴的發(fā)育程度的差異導(dǎo)致波形的變化。

第3層位正相位(黑色)，同相軸連續(xù)性好，進(jìn)一步證明地層和洞穴具有一致性；以測(cè)井識(shí)別的洞穴吻合性好。

根據(jù)孫東等[44]、潘建國等[45]、李凡異等[46]、馬靈偉等[47]以及崔永福等[48]等人的碳酸鹽巖縫洞正演和鄧光校等[49]的現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)集體檢驗(yàn)，地震的同相軸連續(xù)性主要是地層產(chǎn)狀的反應(yīng)，溶洞的響應(yīng)主要體現(xiàn)于地震同相軸部分振幅變化。因此，更好的解釋是：同一地震同相軸代表同一時(shí)代的地層，不同的洞穴發(fā)育程度，其振幅存在差異。結(jié)合測(cè)井洞穴對(duì)比認(rèn)識(shí)，編制了連井的巖溶洞穴地質(zhì)剖面(圖7(b))，展示在三個(gè)不同地層(三個(gè)同相軸)分別發(fā)育了各自洞穴，表征和再現(xiàn)層狀溶洞的結(jié)構(gòu)。

4 層狀洞穴結(jié)構(gòu)及形成機(jī)理

4.1 層狀洞穴結(jié)構(gòu)特征

結(jié)合野外溶蝕特征、洞穴產(chǎn)狀、原始地層結(jié)構(gòu)、測(cè)井溶洞層對(duì)比和地震反射同相軸連續(xù)性等，通過連井的巖溶洞穴地質(zhì)剖面(圖7(b))，進(jìn)一步深化層狀溶洞結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)識(shí)。

TK734-TK730-TK632-TK602地質(zhì)剖面整體地勢(shì)是北高南低，整體水流方向由TK602所在巖溶高地，向TK734井巖洼地排泄，目前保留了三個(gè)溶洞層(圖7(b))。第1洞穴層由砂屑灰?guī)r為原始組構(gòu)，形成的洞穴被石英砂巖充填(如：T615、TK60、TK730井)，充填物成分單一且橫向可比性好，可能屬于后期(石炭紀(jì))濱岸砂巖充填于巖溶洞穴內(nèi)[50-51]。第2洞穴層規(guī)模大，橫向可比性好，規(guī)模大，洞穴被泥質(zhì)和垮塌物嚴(yán)重充填，根據(jù)水動(dòng)力的強(qiáng)弱變化[52]，通常距離落水洞較近的溶洞區(qū)域，充填的沉積物顆粒較大，遠(yuǎn)離落水洞區(qū)的區(qū)域沉積物顆粒變小，以砂泥充填為主；地表發(fā)育地表河流和落水洞，是巖溶水及碎屑沉積物的重要來源[53]。第3洞穴層規(guī)模小，主要發(fā)育巖溶地貌高地，充填程度相對(duì)較低。

4.2 洞穴形成機(jī)理

4.2.1 碳酸鹽巖原巖組構(gòu)差異是巖溶水滲流通道的物質(zhì)基礎(chǔ)

層狀可溶巖巖石純度、顆粒大小與結(jié)構(gòu)控制巖溶層展布。Worthington等[54-55]列舉了碳酸鹽巖基質(zhì)、裂隙和管道對(duì)巖體滲透系數(shù)和地下水流動(dòng)的影響程度，地下水在基質(zhì)中運(yùn)移所占的比例非常小，最大僅占0.02%，裂縫在0.2%～6%之間，管道滲流所占比例為97%～99%。幾乎所有的例子都說明了地下水的滲流發(fā)生在管道網(wǎng)絡(luò)中，這是可溶巖的特性。

塔河地區(qū)原生碳酸鹽巖地層形成于臺(tái)地環(huán)境，水域遼闊，橫向巖性穩(wěn)定，發(fā)育生物灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等巖層。先期形成的原生孔隙、溶蝕孔洞和層理縫等滲透性好的巖層為順層巖溶作用提供了較有利通道(圖8(a))。巖溶期構(gòu)造隆升作用形成的大量斷裂、早期形成并保存的溶蝕孔洞、一間房組中上部礁灘相孔隙為巖溶水提供重要的滲流通道(圖8(b))。在北部裸露區(qū)匯聚的水體，順層優(yōu)先進(jìn)入這些通道，并進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大(圖7(b))。因此，在研究區(qū)一間房組生物灰?guī)r和顆粒砂屑灰?guī)r段中可見大段原油充填，在成像測(cè)井上可見層狀發(fā)育的溶蝕孔洞，如在S74井可見大套順層發(fā)育的溶蝕孔洞，孔洞極為發(fā)育，儲(chǔ)層發(fā)育方向與古地貌抬升方向一致。在鷹山組生物灰?guī)r、砂屑顆粒灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等成為主要的巖溶水滲流通道的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2.2 飽含CO2潛流帶巖溶水控制著巖溶洞穴的橫向發(fā)育

1903年，Grund[56]提出：巖溶地區(qū)的地下水受海平面(基準(zhǔn)面)控制，假定巖溶地層中發(fā)育飽水帶，飽水帶的頂面在近海岸區(qū)與海平面一致，而在遠(yuǎn)離海洋的內(nèi)陸地區(qū)則地下水面上升。當(dāng)內(nèi)陸處的地下水水位高于海平面時(shí)，飽水帶的地下水在水位勢(shì)差的作用下才會(huì)運(yùn)動(dòng)，該水體稱為巖溶地下水。在內(nèi)陸地區(qū)，巖溶基準(zhǔn)面是指巖溶作用向地下深處發(fā)展所能達(dá)到的下限。指排水基準(zhǔn)面和可溶巖的底板。隨著巖溶作用的發(fā)展，巖溶水逐漸形成相對(duì)穩(wěn)定的統(tǒng)一地下水面,在其附近一般有一個(gè)強(qiáng)巖溶發(fā)育帶。巖溶或古巖溶的最大地形起伏取決于地表高程，該高程與基準(zhǔn)面的差值控制著巖溶侵蝕的深度。

潛流帶是指巖溶陸地區(qū)域中，巖石孔隙流體壓力與空氣壓力相等的一個(gè)平衡帶。地下水在重力作用下向下自由移動(dòng)到 “水面”(潛水面)，亦稱為“水位”[57]，這個(gè)用來定義裂隙或孔隙中自由流動(dòng)水所組成的面，明確了飽含CO2潛流層帶頂面。Ford[58]認(rèn)為潛水面附近相鄰巖層孔隙和滲流能力相對(duì)更好，洞穴的發(fā)育取決于潛流帶的位置，靠近潛流帶處洞穴較為發(fā)育。由于原巖地層滲透率的非均質(zhì)性，地下巖溶水會(huì)繞過相對(duì)滯留的深部帶，改變方向，巖溶可以下蝕至基準(zhǔn)面附近，但圍繞潛流帶仍然是洞穴發(fā)育帶[59]。

在包氣帶地下水(飽含CO2)向下滲透過程中，層面連接節(jié)理(裂縫)成為地下水向下流動(dòng)的主要通道。當(dāng)?shù)貙犹龝r(shí)，張開的裂縫為地下水提供了重要的補(bǔ)給路徑(圖8(a))，受限于致密厚層巖石之間地下水﹐在節(jié)理沒有將層面貫通使地下水發(fā)生橫向運(yùn)動(dòng)之前，會(huì)使得地下水向下侵蝕嚴(yán)重。這種現(xiàn)象尤其易發(fā)生在巖溶高地，基于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的抬升和風(fēng)化淋濾作用，巖溶高地的節(jié)理面和裂縫往往更加發(fā)育，得益于此包氣帶的水以更快的速度進(jìn)入潛流帶巖層，向下沖刷和溶蝕作用得到加強(qiáng)，使得巖溶高地的溶蝕洞穴較大。隨著垂向裂縫數(shù)量減少，同時(shí)巖溶水勢(shì)能的降低，巖溶水優(yōu)勢(shì)方向改為順巖層方向，在滲透巖層形成潛流帶，向低勢(shì)區(qū)流動(dòng)。隨著巖溶作用增強(qiáng)，形成相對(duì)穩(wěn)定的地下潛流帶，在潛流帶中層面所起的控制作用將更加顯著。向巖溶洼地方向，隨著CO2的不斷消耗，溶解的Ca(OH)2含量增加，層面變緩，流速減緩，溶蝕與侵蝕能力降低，洞穴規(guī)模由高地至出水口變小。

4.2.3 平緩地層條件下的潛流帶遷移控制洞穴層狀結(jié)構(gòu)

張遠(yuǎn)海等[60]通過對(duì)中國目前長度超過5 km的巖溶洞穴統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為：地殼抬升對(duì)大型洞穴發(fā)育提供了有利條件，洞穴具成層性現(xiàn)象，洞穴系統(tǒng)驚人一致地分布在與河流基準(zhǔn)面附近，如烏江水多個(gè)階地臺(tái)面對(duì)應(yīng)為 4～5層相互通達(dá)的橫向洞穴，體現(xiàn)了地殼抬升歷史過程。塔河油田的奧陶系有著同樣的巖溶地質(zhì)過程，巖溶的發(fā)育受溶蝕-侵蝕基準(zhǔn)面控制[61]，發(fā)育多級(jí)巖溶臺(tái)面(巖溶基準(zhǔn)面)，多期基準(zhǔn)面的下降，形成了多期的潛流帶，對(duì)應(yīng)多個(gè)巖溶發(fā)育期(圖8(b)和圖8(c))。

在海西期，塔里木盆地北部地層平緩抬升，根據(jù)成像測(cè)井和地震解釋認(rèn)為：地層傾角在3°～12°之間。由于基準(zhǔn)面的下降，早期的水平潛流帶過渡為垂直為主的滲濾帶，新的潛流帶形成于穩(wěn)定后的基準(zhǔn)面之下(圖8(b))，徑向流動(dòng)產(chǎn)生的溶蝕作用強(qiáng)，水平潛流帶易發(fā)育暗河或者大規(guī)模連續(xù)性洞穴[62]；從鉆遇溶洞(即潛流帶)規(guī)模來看，第二層洞穴規(guī)模較其他兩層洞穴大(圖7(b))，所處的溶蝕時(shí)間應(yīng)該較長，即潛流帶穩(wěn)定于同一巖層段，該巖溶時(shí)期較長，溶蝕程度強(qiáng)，洞穴規(guī)模普遍較大；隨著構(gòu)造抬升，出現(xiàn)第二次基準(zhǔn)面下降，導(dǎo)致潛流帶頂面水位下降，洞穴出露于潛流帶頂面之上，洞內(nèi)水排出后，洞壁缺缺乏支撐，不穩(wěn)定的圍巖垮塌，導(dǎo)致在第二層洞穴底部形成角礫堆積[63](圖8(c))；伴隨第三次構(gòu)造抬升及基準(zhǔn)面下降，第三層洞穴在巖溶高地溶蝕作用強(qiáng)，在TK602井該層溶洞厚度38 m，底部發(fā)育砂泥巖充填，向巖溶斜坡-洼地方向溶洞規(guī)模(揭示厚度)變小，充填程度也逐漸降低。隨著構(gòu)造抬升，巖溶古地貌高地區(qū)域巖溶作用強(qiáng)，溶洞規(guī)模大，同時(shí)部分泥沙被攜帶洞中(圖8(c))。斜坡-洼地方向減弱，潛流帶發(fā)育時(shí)間短，潛流帶洞穴規(guī)模小。還未形成大規(guī)模潛流帶，基準(zhǔn)面抬升，洞穴處于基準(zhǔn)面之下，洞穴中長期充滿承壓水，因此充填較少(圖8(d))。泥盆紀(jì)后期，當(dāng)海平面快速上升時(shí)，基準(zhǔn)面隨著海平面變動(dòng)[64]，第二層早期的形成的大規(guī)?？逅囱▽⒃俅翁幱跐摿鲙?，充滿承壓水，圍巖趨于穩(wěn)定，此時(shí)洞內(nèi)沉積以河流所帶來的砂泥為主，覆蓋了原角礫堆積(圖8(d))，通常泥巖的自然伽馬較高而灰?guī)r的自然伽馬較低[65]，基于第二層洞穴的自然伽馬曲線的兩次峰值來看(圖6)，可推測(cè)該層洞穴經(jīng)歷了至少兩次充填過程， 從而形成了砂泥角礫充填的近似互層現(xiàn)象。隨著海水進(jìn)一步上升，石炭紀(jì)形成的高成熟海岸(潮汐水道)石英砂巖沉積充填于早期第一層洞穴之中，因此同期沉積環(huán)境影響著洞穴充填物成分。

5 結(jié) 論

(1)碳酸鹽巖原巖巖性和結(jié)構(gòu)是巖溶作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，塔河奧陶系碳酸鹽巖不同的巖石特征對(duì)巖溶發(fā)育強(qiáng)度具有較為明顯的影響。主要巖溶層段(一間房組和鷹山組)測(cè)井曲線的深淺電阻率特征存在較好的橫向?qū)Ρ刃浴５貙訋r性(鮞狀、生物灰?guī)r和砂屑灰?guī)r等)、層理縫、構(gòu)造縫等，控制著古暗河沿孔隙和滲透性好地層延伸的順層特點(diǎn)。

(2)鉆井、錄井、測(cè)井、成像、地震及其屬性相結(jié)合，厘定塔河奧陶系鷹山組頂部發(fā)育3個(gè)洞穴層：整體水流方向由巖溶高地向洼地排泄，第1層洞穴由砂屑灰?guī)r為原始組構(gòu)，形成的洞穴被砂巖充填，第2層洞穴規(guī)模大，橫向可比性好，規(guī)模大，洞穴被泥質(zhì)和垮塌物嚴(yán)重充填，第3層洞穴規(guī)模小，主要發(fā)育巖溶地貌高地，充填程度相對(duì)較低。三層溶洞的地震同相軸響應(yīng)特征進(jìn)一步證實(shí)了3個(gè)不同層段橫向可比性。

(3)塔河油田奧陶系層狀洞穴形成機(jī)理可歸納為：首先，碳酸鹽巖原巖組構(gòu)是巖溶作用的物質(zhì)基礎(chǔ)；其次，古地貌和潛流帶巖溶水(飽含CO2)控制著巖溶洞穴的橫向發(fā)育，潛流帶產(chǎn)生的溶蝕作用強(qiáng)，易發(fā)育暗河或者大規(guī)模連續(xù)性洞穴；最后，塔河油田經(jīng)歷了地層平緩抬升和海進(jìn)，導(dǎo)致至少三次的基準(zhǔn)面下降和一次的基準(zhǔn)面上升；基準(zhǔn)面三個(gè)相對(duì)穩(wěn)定期形成了三層洞穴，垂向遷移速度控制洞穴的巖溶程度及洞穴規(guī)模，基準(zhǔn)面上升期的沉積環(huán)境影響洞內(nèi)充填物成分。