史江濤，郝君明，王小雷

1.山西工程技術(shù)學(xué)院地球科學(xué)與工程系，山西 陽泉 045000 2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730000 3.南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210000

0 引言

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成、演化、改造與沉積、構(gòu)造和成巖等密切相關(guān)[1-4]。塔里木盆地碳酸鹽巖普遍具有埋藏深度大、流體活動(dòng)期次多、構(gòu)造演化復(fù)雜和成巖作用強(qiáng)等特征，導(dǎo)致儲(chǔ)層具有類型多樣、成因機(jī)制復(fù)雜、孔滲差異大和非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)[2, 5-10]，進(jìn)而造成儲(chǔ)層巖性、發(fā)育層位、儲(chǔ)集空間類型、物性、成儲(chǔ)機(jī)制和成儲(chǔ)模式等方面差異顯著。前人對(duì)盆地內(nèi)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的沉積環(huán)境、巖溶作用、斷裂體系、成巖體系和白云化作用等方面進(jìn)行了諸多富有成效的研究[1, 5-9, 11-15]，總結(jié)了相應(yīng)油藏儲(chǔ)層的類型、物性、成儲(chǔ)機(jī)制、主控因素和空間展布等[6-10]，為油田的勘探開發(fā)做出了顯著的貢獻(xiàn)。

近年來，隨著奧陶系主力層位勘探開發(fā)趨于成熟，埋藏淺、物性好、儲(chǔ)層特征明顯的油氣藏大多已被發(fā)現(xiàn)，盆地碳酸鹽巖勘探逐漸轉(zhuǎn)向深層—超深層，相繼在超過8 000 m的寒武系和震旦系碳酸鹽巖取得勘探碩果[16]。然而由于前奧陶系地層埋藏超深、地震資料品質(zhì)差、鉆遇(穿)的井少、構(gòu)造活動(dòng)和成巖演化復(fù)雜等，造成前奧陶系勘探仍然面臨諸多難題。其中，關(guān)鍵之一是碳酸鹽巖經(jīng)歷復(fù)雜的成巖和成儲(chǔ)過程，造成儲(chǔ)層特征、類型、形成模式、保存機(jī)制和主控因素等不清[16-19]。

塔河地區(qū)震旦系、寒武系和奧陶系碳酸鹽巖在沉積環(huán)境、埋藏成巖和構(gòu)造演化等方面具有較多的相似性[11, 20-22]，因此正確總結(jié)和評(píng)價(jià)塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的特征，不僅有助于其自身的勘探開發(fā)，更對(duì)盆地深層--超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測有顯著作用。本文基于塔河地區(qū)巖心、薄片、鉆井、錄井和地震等資料，系統(tǒng)梳理塔河地區(qū)奧陶系鷹山組儲(chǔ)層，分析儲(chǔ)層的沉積環(huán)境、巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間特征和儲(chǔ)層類型等，進(jìn)而重點(diǎn)探討沉積環(huán)境、巖溶、斷裂和古地形等對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的控制作用，以期加深對(duì)塔河地區(qū)奧陶系儲(chǔ)層形成、保存、演化機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為該地區(qū)深層—超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層的勘探和預(yù)測提供資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔北隆起位于塔里木盆地北部，總體為呈東西向展布的古隆起(圖1a)。塔北隆起的東部與庫魯克塔格斷隆、南天山造山帶相連接，西部緊鄰阿瓦提凹陷，北部緊挨庫車坳陷，南呈斜坡狀向滿加爾凹陷過渡(圖1a、b)。塔北隆起又可劃分為6個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元和若干個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元，自西向東依次是沙西凸起、雅克拉斷凸、哈拉哈塘凹陷、阿克庫勒凸起、草湖凹陷和庫爾勒鼻凸等[2, 15](圖1b)。研究區(qū)塔河地區(qū)位于塔北隆起中南部，橫跨哈拉哈塘凹陷和阿克庫勒凸起(圖1b)。

塔北隆起地層相對(duì)完整。自下而上廣泛發(fā)育震旦系、寒武系和下奧陶統(tǒng)，受海平面變化和后期抬升剝蝕，部分地區(qū)缺失中—上奧陶統(tǒng)(圖1c)；志留系、泥盆系主要分布于隆起的圍斜部位，并遭受強(qiáng)烈剝蝕(圖1c)；石炭系直接覆蓋于奧陶系—泥盆系之上，二疊系則只分布于隆起的南部邊緣。奧陶系從下至上依次為下統(tǒng)蓬萊壩組、下—中統(tǒng)鷹山組、中統(tǒng)一間房組和上統(tǒng)卻而卻克組、良里塔格組、桑塔木組(圖1d)。

塔北地區(qū)寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)整體以臺(tái)地環(huán)境為主[23-27](圖1d)。寒武紀(jì)及前寒武紀(jì)，塔里木盆地內(nèi)臺(tái)盆格局明顯，塔北地區(qū)整體為塔西臺(tái)地的一部分[25, 27]，主要發(fā)育局限臺(tái)地和開闊臺(tái)地等環(huán)境。奧陶紀(jì)繼承了寒武紀(jì)的構(gòu)造格局，但構(gòu)造背景由拉張逐漸變?yōu)閿D壓[26-27]，盆地內(nèi)臺(tái)盆格局發(fā)生變化，塔北地區(qū)逐漸形成孤立的碳酸鹽巖臺(tái)地[24, 26-27]。研究區(qū)蓬萊壩組沉積時(shí)，沉積環(huán)境以局限臺(tái)地為主，絕大部分井沒有鉆穿該層；鷹山組沉積環(huán)境以開闊臺(tái)地和局限臺(tái)地為主；一間房組以開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣和淹沒臺(tái)地為主；卻而卻克組沉積時(shí)海平面大幅上升，沉積環(huán)境以淹沒臺(tái)地、陸棚和斜坡為主；良里塔格組以開闊臺(tái)地和局限臺(tái)地為主；桑塔木組沉積時(shí)碳酸鹽巖臺(tái)地消亡，沉積環(huán)境以混積陸棚為主[24, 26-27]。志留紀(jì)和泥盆紀(jì)時(shí)期，隨著海平面的持續(xù)下降，盆地整體抬升并發(fā)生掀斜，沉積環(huán)境由海相逐漸變?yōu)楹ｊ懡换ハ嗪完懴唷?/p>

塔里木盆地多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不僅形成區(qū)域分布的不整合，還形成多期、多組互相疊加的斷裂體系[2-3, 28-29]，而對(duì)奧陶系影響強(qiáng)烈的主要為加里東期和海西期[1-3, 29-30](圖1c)。加里東晚期，塔北隆起開始形成，研究區(qū)逐漸出露，擠壓背景下塔北隆起形成廣泛分布的斷裂系統(tǒng)(圖1c)。海西早—中期，塔北隆起區(qū)繼續(xù)發(fā)育，區(qū)域擠壓作用使研究區(qū)進(jìn)一步隆升，地層受到強(qiáng)烈剝蝕，形成區(qū)域性不整合和主要的斷裂體系(圖1c)。海西晚期，隨著北部洋盆閉合，塔北隆起大幅抬升，斷裂和巖漿活動(dòng)劇烈[31]。

a. 塔北地區(qū)位置簡圖； b. 塔北地區(qū)構(gòu)造簡圖； c. 研究區(qū)地質(zhì)簡圖； d. 研究區(qū)典型井柱狀圖。c圖據(jù)文獻(xiàn)[2-3]修編。GR.自然伽馬；VSP.自然電位；AC.聲波時(shí)差；DEN.密度；RD.深側(cè)向電阻率；RS.淺側(cè)向電阻率。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

基于大量的巖心觀察和薄片鑒定認(rèn)為，研究區(qū)鷹山組巖性主要為顆?；?guī)r和泥晶灰?guī)r，其中亮晶顆粒灰?guī)r、泥晶顆粒灰?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r明顯占優(yōu)[1, 4, 7, 32]，還有少量的灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r(圖2)，可見燧石塊，在溶洞、地下暗河和裂縫等發(fā)育少量的泥巖和粉砂巖等碎屑巖。

圖2 研究區(qū)鷹山組主要巖石類型

亮晶顆?；?guī)r具亮晶顆粒結(jié)構(gòu)，顆粒多為砂屑、藻屑、礫屑、生屑及鮞粒、藻凝塊等(圖3a)，填隙物以亮晶方解石膠結(jié)為主，少見泥晶方解石。顆粒以橢圓-不規(guī)則狀為主，粒徑一般為0.1～1.0 mm。

泥晶顆粒灰?guī)r以顆粒結(jié)構(gòu)為主，顆粒多為砂屑、礫屑、藻屑和生屑等(圖3b)。顆粒多不規(guī)則狀，粒徑一般小于0.5 mm，顆粒間主要為泥晶方解石充填。

顆粒泥晶灰?guī)r具泥晶結(jié)構(gòu)，主要包括砂屑泥晶灰?guī)r、粉屑泥晶灰?guī)r和生屑泥晶灰?guī)r等(圖3c)。不規(guī)則狀，粒徑一般小于0.3 mm，以泥晶方解石填隙物為主。

泥晶灰?guī)r具泥晶結(jié)構(gòu)(圖3d)，顆粒體積分?jǐn)?shù)小于10%，見少量砂屑、棘屑及藻團(tuán)塊，填隙物主要為泥晶方解石。

云質(zhì)灰?guī)r一般具泥晶結(jié)構(gòu)，填隙物以泥粉晶白云石為主，白云石體積分?jǐn)?shù)一般小于30%(圖3e)，晶體以他形為主(圖3f)。可見霧心亮邊、重結(jié)晶等特征，主要是灰?guī)r白云化作用不徹底造成的，分布于裂縫、斷層和縫合線等附近，可見被瀝青侵染。

硅質(zhì)灰?guī)r主要由方解石、燧石等礦物組成(圖3g)，硅質(zhì)體積分?jǐn)?shù)一般較少，為 1%～20%。硅質(zhì)多呈隱晶質(zhì)集合體或細(xì)小棒狀、晶粒狀，多呈薄層狀、條帶狀和結(jié)核團(tuán)塊狀分布(圖3g)。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，硅化作用常集中分布于溶縫、裂縫和縫合線等部位，說明熱液作用是硅質(zhì)灰?guī)r的重要成因[10]。同時(shí)，還發(fā)育少量的灰質(zhì)白云巖(圖3h、i)。

總體上，鷹山組上部沉積時(shí)，水體清澈，水動(dòng)力較強(qiáng)，沉積多以顆粒含量較高、泥質(zhì)含量低、質(zhì)純性脆的顆?；?guī)r和生物灰?guī)r為主，包括亮晶砂屑、生屑、藻凝塊灰?guī)r和團(tuán)塊狀泥晶灰?guī)r及藻球?；?guī)r，灰?guī)r厚度大、連續(xù)性好。鷹山組下部巖性以泥晶灰?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r、泥晶顆?；?guī)r為主，夾藻粘結(jié)灰?guī)r、藻鮞灰?guī)r、藻砂礫屑灰?guī)r和云質(zhì)灰?guī)r等，下部白云質(zhì)含量明顯增高[1]。整體上，鷹山組成巖作用較強(qiáng)，下部見熱液作用形成的過渡巖類和少量的白云巖。

2.2 儲(chǔ)集空間類型及特征

研究區(qū)奧陶系沉積后，經(jīng)歷了長期復(fù)雜的抬升剝蝕、埋藏成巖過程[1-2, 4, 7, 32]，強(qiáng)烈的風(fēng)化作用、多期溶蝕作用、多次構(gòu)造破裂作用和大面積的熱液作用等導(dǎo)致儲(chǔ)集空間具有類型多樣、成因機(jī)制復(fù)雜、孔滲差異大和非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)[10]。依據(jù)碳酸鹽巖中發(fā)育的儲(chǔ)滲空間大小、形態(tài)和成因等，可將儲(chǔ)集空間分為孔隙、裂縫和溶洞三大類(圖4)。

2.2.1 孔隙

研究區(qū)碳酸鹽巖孔隙類型多樣，包括粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、粒間(內(nèi))溶蝕孔隙、晶間孔隙、晶內(nèi)孔隙和晶間(內(nèi))溶蝕孔隙等(圖4)，這類孔隙在所有碳酸鹽巖中均發(fā)育，以粒間孔隙、溶蝕孔隙和晶間孔隙為主[1-2, 4, 7, 32]。

粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙多為砂礫屑、鮞粒等雜亂堆積而成(圖4a)；粒間(內(nèi))溶蝕孔隙主要是溶蝕流體沿著斷層、裂縫和縫合線等進(jìn)行選擇性溶蝕而成(圖4b)；晶間孔隙、晶內(nèi)孔隙和晶間(內(nèi))溶蝕孔隙主要發(fā)育于結(jié)晶灰?guī)r中(圖4c、d)，大多連通性差，不容易形成儲(chǔ)層。

此外還有部分生物骨架成因的生物體腔孔隙、藻架孔隙和藻間孔隙等(圖4e)，這類孔隙主要發(fā)育于生物含量較高的生屑灰?guī)r、藻粘結(jié)灰?guī)r、棘屑灰?guī)r巖層中。生物體腔孔隙為粗大空腔被充填后的殘存空間，孔徑一般大于0.1 mm。藻架孔隙、藻間孔隙主要為藻類骨架雜亂堆積形成的孔隙，或者后期受到溶蝕作用形成(圖4e)。

a. S116井，6 346.53 m，亮晶顆?；?guī)r，發(fā)育裂縫；b. YQ6井，6 068.30 m，泥晶顆?；?guī)r, 棘屑體積分?jǐn)?shù)為30%；c. S110井，6 359.72 m，顆粒泥晶灰?guī)r, 棘屑體積分?jǐn)?shù)為30%，含少量的藻屑、介殼等；d. S84井，6 523.17 m，泥晶灰?guī)r，裂縫切割縫合線并被方解石充填；e. YQ5井，5 957.79 m，泥晶白云質(zhì)灰?guī)r；f. S115井，5 854.52 m，硅化白云質(zhì)灰?guī)r，見硅質(zhì)團(tuán)塊不均勻分布；g. AD19井，6 611.32 m，硅質(zhì)灰?guī)r，見硅質(zhì)團(tuán)塊不均勻分布，局部含瀝青質(zhì)；h. S110井，6 347.07 m，泥晶灰質(zhì)白云巖；i. S104井，5 984.10 m，灰質(zhì)白云巖，發(fā)育多條貫穿裂縫。

圖3 鷹山組儲(chǔ)層典型巖性鏡下特征

Fig.3 Microscopic characteristics of the typical lithology in Yingshan Formation

2.2.2 裂縫

研究區(qū)裂縫種類繁多，可分為構(gòu)造縫、溶蝕縫和壓溶縫等(圖4)。裂縫不僅是奧陶系最發(fā)育、巖心中最常見的儲(chǔ)集空間，還對(duì)油氣滲流、巖溶作用、輸導(dǎo)油氣有重要意義。

研究區(qū)主要發(fā)育4期構(gòu)造裂縫，以高角度微小縫為主，60°～90°傾角縫占優(yōu)，水平縫、低角度縫較少，多期裂縫往往疊加在一起，形成眾多的網(wǎng)狀縫，縫面不平，具有擦痕。早期裂縫多被泥質(zhì)、硅質(zhì)、方解石和鐵質(zhì)等充填或半充填(圖4f)，晚期裂縫則有部分未充填。構(gòu)造裂縫是研究區(qū)最重要的裂縫類型，也是最常見的儲(chǔ)集空間(圖1c，圖3d、i，圖4e、f、h)。

溶蝕縫主要是成巖過程中由地表水、地下水、混合水、熱液和有機(jī)酸等對(duì)原巖進(jìn)行選擇性溶蝕而成，一般裂縫開度較大，縫壁極不規(guī)則(圖4g)。研究區(qū)溶蝕縫普遍發(fā)育，且多沿著已有裂縫系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)大溶蝕。

壓溶縫發(fā)育于灰?guī)r埋藏壓實(shí)的初期，后期多被泥質(zhì)、白云石、方解石、油氣和瀝青等充填。壓溶縫一般縫寬較小(圖4h、i)，延伸較短，但數(shù)量眾多，呈水平狀或緩傾斜狀，大致與層面或巖層單元的界面平行(圖4i)。

巖心統(tǒng)計(jì)表明，83.2%的巖心中見到1條以上裂縫，61.5%以上的巖心見到2條以上裂縫。裂縫孔隙度為0.001%～5.321%，平均孔隙度為0.632%；裂縫密度為0.113～3.932 條/m，平均裂縫密度為0.632 條/m。裂縫開度一般在0.1～1.0 mm之間，研究區(qū)裂縫以小縫為主。裂縫充填程度較高，其中完全充填的占47.6%，部分充填的占32.8%。充填物以方解石為主，還可見到泥質(zhì)、白云質(zhì)、鐵質(zhì)、硅質(zhì)充填。

2.2.3 溶洞

溶洞是研究區(qū)最重要的儲(chǔ)集空間，其分布極不均一，大多沿著先期存在的裂縫、斷層分布，少部分與巖層的非均質(zhì)相關(guān)。根據(jù)溶洞大小，可將其分為小型溶洞、大型溶洞和地下暗河等3類[1, 4, 7, 32](圖4)。

a. AD15井，6 546.96 m，亮晶砂屑灰?guī)r，巖石孔隙發(fā)育較好，主要為粒間孔隙，分布不均；b. S110井，6 314.42 m，亮晶鮞粒灰?guī)r，部分鮞粒內(nèi)部被溶蝕，粒間(內(nèi))溶蝕孔隙發(fā)育；c. S113井，5 975.10 m，灰質(zhì)白云巖，發(fā)育較多晶間孔隙；d. YQ6井，6 071.83 m，灰質(zhì)白云巖，發(fā)育晶間孔隙、晶間(內(nèi))溶蝕孔隙；e. S112-2井，6 475.00 m，藻粘結(jié)灰?guī)r，可見藻間孔隙、晶間孔隙呈串珠狀分布，被瀝青充填，發(fā)育半充填裂縫；f. YQ3井，6 108.10 m，白云質(zhì)泥晶灰?guī)r，發(fā)育高角度方解石、瀝青半充填裂縫；g. S83井，5 520.74 m，白云質(zhì)灰?guī)r，裂縫極其發(fā)育，共發(fā)育斜縫17條，豎縫7條，縫寬0.5～10.0 mm，縫壁不規(guī)則，局部發(fā)育小型溶洞，被泥質(zhì)、白云質(zhì)、黃鐵礦充填或半充填；h. T749井，5 984.53 m，含顆粒泥晶灰?guī)r，縫合線被瀝青充填，裂縫未充填；i. S111井，6 306.26 m，生屑礫屑灰?guī)r，發(fā)育多條近水平縫合線，被泥質(zhì)、瀝青充填；j. S83井，5 526.81 m，細(xì)晶白云巖，發(fā)育密集未被充填的小型溶洞；k. S83井，5 522.54 m，白云質(zhì)灰?guī)r，該井段發(fā)育多個(gè)大型溶洞，被粉砂質(zhì)、泥質(zhì)、黃鐵礦充填；l. YQ3井，5 821.10 m，灰質(zhì)細(xì)粒石英砂巖，發(fā)育斜層理，是厚層灰?guī)r內(nèi)所夾薄層碎屑巖，代表地下暗河沉積。

小型溶洞直徑一般在2～100 mm之間(圖4j)，在巖心上可以識(shí)別，常沿著斷層、裂縫、縫合線分布。熱液成因的小型溶洞常密集分布，大多部分未充填或部分充填(圖4j)，而表生溶蝕成因的小型溶洞有的密集分布，有的孤立分布，大多完全充填或部分充填。

大型溶洞一般直徑大于10 cm(圖4k)，可通過洞穴角礫巖、巨晶方解石、鉆井放空、泥漿漏失和地層垮塌等標(biāo)志識(shí)別[33]。部分大型溶洞未被充填，可在鉆井或測井上識(shí)別，如LN8井5 239.40～5 240.00 m放空0.6 m，5 256.21～5 258.70 m放空2.5 m，5 225.00～5 266.00 m漏失泥漿376 m3，均為未充填大型溶洞的標(biāo)志。

地下暗河是地質(zhì)歷史時(shí)期碳酸鹽巖出露地表時(shí)形成的巨大且互相連通的溶洞，溶洞內(nèi)有常年或季節(jié)性的流水，類似我國南方喀斯特地區(qū)發(fā)育的地下河，部分發(fā)育薄層細(xì)碎屑巖層(圖4l)。例如LG42井，5 810.00～5 830.00 m處發(fā)育大型暗河，洞內(nèi)已被灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖充填。地下暗河在鉆井和測井上特征明顯，易于解釋。

2.3 儲(chǔ)層類型及特征

充分認(rèn)識(shí)與合理劃分碳酸鹽巖儲(chǔ)層類型對(duì)于油氣田勘探開發(fā)具有重要意義。根據(jù)儲(chǔ)集空間的不同組合方式和重要性，可將研究區(qū)儲(chǔ)層劃分為4類，即裂縫型、孔洞型、裂縫-孔隙型、裂縫-溶洞型儲(chǔ)層[1, 4, 7,32]。

2.3.1 裂縫型儲(chǔ)層

裂縫型儲(chǔ)層是研究區(qū)普遍發(fā)育的儲(chǔ)層。該類儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度很低，原生孔隙和次生孔洞不發(fā)育，儲(chǔ)滲空間主要為各類裂縫(圖4f、g)。該類儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能主要受控于裂縫發(fā)育程度，研究區(qū)大部分井都發(fā)育裂縫型儲(chǔ)層，如T708[33]、S97和JF123等。其中JF123井5 338.00～5 344.00 m井段，巖心分析孔隙度很低，平均為1.0%，而裂縫很發(fā)育，裂縫孔隙度達(dá)到了0.38%，未經(jīng)酸壓獲得日產(chǎn)氣13.3萬m3、日產(chǎn)油237 m3的高產(chǎn)油氣流。

2.3.2 孔洞型儲(chǔ)層

孔洞型儲(chǔ)層主要包括孔隙型儲(chǔ)層和溶洞型儲(chǔ)層，一般來說由于碳酸鹽巖的基質(zhì)孔隙度很低，所以孔隙型儲(chǔ)層很少，主要為溶洞型儲(chǔ)層。溶洞型儲(chǔ)層以發(fā)育較大溶洞為特征(圖4k、l)，測井孔隙度可達(dá)30%以上，鉆井過程中經(jīng)常伴有井漏、放空和鉆時(shí)減小等特征，是研究區(qū)最具價(jià)值的儲(chǔ)層。研究區(qū)有多口井發(fā)育孔洞型儲(chǔ)層，如S112、LN8和T615等井。

2.3.3 裂縫-孔隙型儲(chǔ)層

該類儲(chǔ)層主要為生物礁(丘)、粒屑灘、開闊臺(tái)地和臺(tái)緣礁(灘)等環(huán)境沉積的生物灰?guī)r、砂礫屑灰?guī)r等，儲(chǔ)集空間主要為粒間孔隙(圖4a)、溶蝕孔隙和晶間孔隙等，滲流空間為裂縫(圖4g)。該類儲(chǔ)層不僅具有良好的儲(chǔ)集空間，也有優(yōu)越的滲流通道，一般具有較高的產(chǎn)能和穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間。研究區(qū)很多井發(fā)育該類儲(chǔ)層，如S102、T709、T737 和S86等。

2.3.4 裂縫-溶洞型儲(chǔ)層

該類儲(chǔ)層是研究區(qū)的主要儲(chǔ)層類型，主要分布于研究區(qū)南部，如S105、S110和S113等井。儲(chǔ)集空間主要為溶蝕孔隙、溶洞，裂縫起溝通和改善滲流作用。此類儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能較好，其發(fā)育和分布主要與構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的裂縫和巖溶作用相關(guān)。該類儲(chǔ)層是區(qū)內(nèi)最優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，多獲高產(chǎn)油氣流，產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定。

3 儲(chǔ)層形成的主控因素

塔河地區(qū)鷹山組碳酸鹽巖發(fā)育于大型緩坡背景的開闊臺(tái)地和臺(tái)地邊緣[1, 7, 24, 26, 34]，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、成因復(fù)雜，受沉積作用、巖溶作用、構(gòu)造作用和古地形等多種因素影響[1, 4, 7, 32]。從鉆井揭示的有效儲(chǔ)層來看，儲(chǔ)層的形成主要受控于成巖作用，特別是破裂作用和溶蝕作用，同時(shí)沉積作用、古地形、構(gòu)造作用也有明顯的影響[2, 4, 7, 15, 32, 34]，這與塔東、四川盆地等碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成因差異明顯[10, 35-36]。

3.1 沉積作用是儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)

沉積作用控制著巖石的礦物組成、排列方式和結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，從而控制著巖石原生孔隙的發(fā)育，并在很大程度上影響著次生孔隙。

鷹山組沉積時(shí)，研究區(qū)多屬于開闊臺(tái)地、局限臺(tái)地等淺水環(huán)境[23- 24, 26]。在生屑灘、鮞粒灘和砂屑灘等較高能相區(qū)水動(dòng)力較強(qiáng)，顆粒灰?guī)r和生屑灰?guī)r等更發(fā)育，原生孔隙也較大；而在灘間海、臺(tái)緣斜坡和灘間洼地等較低能相區(qū)，巖性以泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主，巖石致密，原生孔隙發(fā)育較差。研究區(qū)12口井巖心數(shù)據(jù)表明：亮晶顆粒灰?guī)r和鮞?；?guī)r等是最有利的沉積相區(qū)，儲(chǔ)層物性最好，平均孔隙度為2.3%；其次為藻灰?guī)r、生屑灰?guī)r相區(qū)，平均孔隙度為1.8%；而泥晶灰?guī)r相區(qū)的平均孔隙度小于1.0%。

同時(shí)，碳酸鹽巖原生孔隙的差異經(jīng)過溶蝕作用和破裂作用等改造會(huì)被進(jìn)一步增大。鷹山組高能環(huán)境形成的較純碳酸鹽巖，由于質(zhì)純性脆，受破裂、溶蝕的改造會(huì)形成廣泛分布的次生孔洞。而雜質(zhì)(泥質(zhì)、白云質(zhì)和硅質(zhì)等)含量較高的巖層，破裂和溶蝕作用較弱，不利于次生孔洞的發(fā)育。如圖5中S113井：5 905.00～5 920.00 m巖性以亮晶砂屑灰?guī)r為主，其沉積環(huán)境主要為砂屑灘，成像測井顯示溶洞、裂縫發(fā)育，綜合解釋為儲(chǔ)層；5 944.00～5 961.00 m巖性以藻灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r為主，沉積環(huán)境主要為砂屑灘，成像測井顯示裂縫發(fā)育，綜合解釋為儲(chǔ)層；5 926.00～5 935.00 m巖性以泥晶砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主，沉積環(huán)境主要為灘間洼地，原生孔隙發(fā)育較差，裂縫發(fā)育明顯較前兩個(gè)層段差。

3.2 成巖作用控制了儲(chǔ)層的形成

塔河地區(qū)鷹山組碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成具有成巖過程復(fù)雜、成巖流體繁多、成巖時(shí)間長久、成巖類型多樣、埋藏深淺不一和構(gòu)造活動(dòng)頻繁等特征，導(dǎo)致原巖遭受強(qiáng)烈的破壞改造，同時(shí)也促成多種類型的次生孔縫洞發(fā)育。研究區(qū)常見的成巖作用有膠結(jié)作用、壓實(shí)作用、壓溶作用、溶蝕作用、白云化作用、硅化作用、破裂作用和重結(jié)晶作用等。

對(duì)大多數(shù)碳酸鹽巖儲(chǔ)層來說，成巖作用是碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵[37-39]。建設(shè)性成巖作用可以促進(jìn)孔隙的發(fā)育，如壓溶作用、溶蝕作用、白云化作用和破裂作用等；而破壞性成巖作用會(huì)堵塞孔隙，降低孔滲[7, 40]。溶蝕作用和破裂作用是鷹山組最關(guān)鍵的建設(shè)性成巖作用。

FVPA. 裂縫孔隙度；VUGS. 洞穴孔隙度；FVDC. 每米井段的裂縫總條數(shù)；FVAH. 裂縫平均寬度；FVTL. 每平方米井壁的裂縫長度之和。圖例同圖1。

3.2.1 多期多次多類溶蝕作用是儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵

溶蝕作用促進(jìn)了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成，貫穿了整個(gè)成巖作用全過程。根據(jù)溶蝕作用發(fā)育深度、溶蝕流體類型和成巖演化階段等可將溶蝕作用分為準(zhǔn)同生溶蝕、表生溶蝕和埋藏溶蝕3類[41-44](圖6)。

準(zhǔn)同生溶蝕最先發(fā)生，其對(duì)埋藏溶蝕和表生溶蝕具有重要的先導(dǎo)作用。表生溶蝕主要發(fā)育在大的不整合面之下，往往規(guī)模宏大，可能疊加前期的準(zhǔn)同生溶蝕。埋藏溶蝕發(fā)育深度相對(duì)較大，其規(guī)模主要受溶蝕流體、斷裂體系、巖性特征的控制。大型溶蝕作用在地震剖面上往往呈現(xiàn)“串珠狀”反射特征(圖6)。

準(zhǔn)同生溶蝕主要發(fā)育于準(zhǔn)同生期大氣淡水環(huán)境中，伴隨著海平面的短暫下降，臺(tái)地淺水區(qū)間歇性地出露水面，發(fā)生選擇性溶蝕[41-44]，其往往表現(xiàn)為層狀溶蝕。因?yàn)橐?guī)模較小加上后期改造，準(zhǔn)同生溶蝕不容易被識(shí)別，只有通過特殊的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造可加以判別，如鳥眼構(gòu)造和滲流構(gòu)造等。

奧陶紀(jì)沉積之后，塔里木盆地經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成塔北不同地區(qū)上泥盆統(tǒng)或石炭系與下伏奧陶系不同層位接觸。此時(shí)研究區(qū)整體表現(xiàn)為一個(gè)大的碳酸鹽巖古潛山，表生溶蝕強(qiáng)烈發(fā)育[41-44](圖6)，往往形成大規(guī)模溶洞或大面積連片的巖溶體。儲(chǔ)層受潛山面控制明顯，主要發(fā)育在距潛山頂部0～160 m范圍[7]。對(duì)316口鉆井統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，奧陶系油藏平均大型溶洞鉆遇率為73.2%，平均每口井鉆遇溶洞1.1套。如T808K井5 763.51～5 793.00 m放空，顯示鷹山組發(fā)育未完全充填溶洞達(dá)29.49 m；T615井5 534.00～5 556.00 m巖心上發(fā)育全充填溶洞厚20多m。

圖6 研究區(qū)鷹山組斷裂作用、巖溶作用模式圖

埋藏溶蝕指碳酸鹽巖在中—深埋藏階段，與地層水、熱液和有機(jī)酸等有關(guān)的溶蝕作用[41-44]。該類溶蝕作用主要沿著各期構(gòu)造形成的裂縫、斷層，選擇縫壁、晶間、粒內(nèi)或追蹤原有縫洞進(jìn)行溶蝕。研究區(qū)埋藏溶蝕最常見的類型是熱液溶蝕。大量高溫、高腐蝕性熱液沿深大斷裂、滲透層和不整合面等向上侵入碳酸鹽巖地層中(圖6)，一方面使灰?guī)r逐漸白云巖化，另一方面對(duì)原有孔洞進(jìn)行溶蝕、改造。熱液作用在塔里木盆地不同地區(qū)差異明顯：在塔中地區(qū)熱液形成一系列的次生孔洞[6, 8]，進(jìn)一步改善了儲(chǔ)集性能；而在塔東米蘭地區(qū)，熱液往往堵塞已有孔洞，破壞了儲(chǔ)層[10]。熱液溶蝕作用在塔北雖有發(fā)現(xiàn)(圖4j)，但強(qiáng)度明顯不如塔中和塔東地區(qū)[45]。

3.2.2 破裂作用促進(jìn)了儲(chǔ)層的形成

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層的影響是多方面的[14, 17]，其中最重要的是斷層和裂縫。從地震上可識(shí)別出4期對(duì)鷹山組儲(chǔ)層有顯著影響的斷裂體系：1)發(fā)育于奧陶系—寒武系的沖斷層，形成于中—晚奧陶世(圖6)；2)發(fā)育于T60反射層以下的走滑斷裂，形成于中—晚泥盆世；3)存在于前二疊系中的正斷層，形成于二疊紀(jì)早—中期(圖6)；4)存在于前中生代地層中的沖斷層，形成于二疊紀(jì)末—三疊紀(jì)初[3](圖1c)。

通過斷裂發(fā)育的特征、性質(zhì)、期次和范圍等以及與儲(chǔ)層關(guān)系的研究，認(rèn)為斷裂活動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層的影響主要有兩方面。

1)斷裂不僅是有效的油氣儲(chǔ)集空間，還能改善儲(chǔ)層的滲流性能、擴(kuò)大成巖作用的范圍。加里東期、海西期不僅形成大的斷層，還伴隨著規(guī)模不一、數(shù)量眾多的微細(xì)裂縫(圖6)。一方面這些微細(xì)裂縫不僅可以儲(chǔ)集油氣，大大增加儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間(圖3d、i，圖4e、f、g、h)，而且還改善了儲(chǔ)層的滲透性[7]；另一方面，微細(xì)裂縫、孔隙和溶洞等互相連通，形成廣泛的滲濾通道，擴(kuò)大了成巖流體的作用范圍，增強(qiáng)了水巖作用廣度和深度，促進(jìn)了建設(shè)性成巖作用的發(fā)生(圖6)，極大地改善了儲(chǔ)層的孔滲特征。早期構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的裂縫疊加多期次的建設(shè)性成巖作用，往往是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū)。如S48井靠近大斷層(圖6)，巖心顯示發(fā)育多種類型的儲(chǔ)集空間，且不同期次的裂縫互相切割，1997年投產(chǎn)后一直持續(xù)生產(chǎn)到現(xiàn)在。

2)斷裂的發(fā)育促進(jìn)了巖溶的進(jìn)一步發(fā)展。斷裂和巖溶關(guān)系密切。深大斷裂可以作為深部熱液上涌的通道，促進(jìn)埋藏溶蝕作用的發(fā)生(圖6)。淺層斷裂斷至地表，可以擴(kuò)大準(zhǔn)同生溶蝕和表生溶蝕的影響范圍(圖6)。穿層斷裂斷至其他層位，可以溝通他源性埋藏溶蝕流體(圖6)。統(tǒng)計(jì)表明，奧陶系優(yōu)質(zhì)巖溶風(fēng)化殼儲(chǔ)層的發(fā)育深度達(dá)到了不整合面下200 m，個(gè)別井區(qū)甚至達(dá)到了350 m(LN14井)，這是單獨(dú)的表生巖溶所不能達(dá)到的深度。

3.3 古地形是儲(chǔ)層發(fā)育的背景

古地形地貌對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成和發(fā)育具有重要的影響。一方面，同生和準(zhǔn)同生時(shí)期，古地形地貌影響了沉積環(huán)境水深，進(jìn)而影響了沉積亞相和微相，控制了巖石類型。而當(dāng)海平面短暫下降，高部位暫時(shí)出露，古地形地貌控制了準(zhǔn)同生溶蝕發(fā)育的范圍、廣度、深度和持續(xù)時(shí)間。另一方面，表生成巖期，鷹山組碳酸鹽巖整體表現(xiàn)為古潛山，儲(chǔ)層受古地形地貌影響明顯，古潛山高部位地勢較高(巖溶高地)，表生巖溶以垂向滲濾為主，水平滲濾較弱，儲(chǔ)層相對(duì)較厚而橫向非均質(zhì)性極強(qiáng)。古潛山低部位地勢較低，表生巖溶以水平滲濾為主，垂直滲濾帶淺而薄，儲(chǔ)層相對(duì)較薄且差；而古潛山緩坡區(qū)(巖溶緩坡)兩者皆有發(fā)育，是有利的儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

4 儲(chǔ)層形成過程及模式

塔河地區(qū)鷹山組儲(chǔ)層的形成受多種因素控制，在詳細(xì)分析各種因素作用機(jī)理和序列的基礎(chǔ)上建立了研究區(qū)儲(chǔ)層演化模式(圖7)。鷹山組沉積時(shí)，研究區(qū)整體為淺水環(huán)境，高能相區(qū)沉積顆粒相對(duì)較粗的亮晶顆?；?guī)r和砂屑灰?guī)r等，其原生孔滲較大；低能相區(qū)沉積顆粒相對(duì)較細(xì)的泥晶灰?guī)r和顆粒泥晶灰?guī)r等，其原生孔滲較小。而當(dāng)海平面短暫下降，高部位間歇性暴露于大氣淡水環(huán)境，同生—準(zhǔn)同生期已膠結(jié)的灰?guī)r發(fā)生選擇性溶蝕，形成一定規(guī)模的溶蝕孔隙。

鷹山組沉積后，研究區(qū)持續(xù)沉降，巖石經(jīng)歷了復(fù)雜的水巖反應(yīng)，部分孔隙和溶蝕孔洞被充填，孔滲大幅減小，整體上埋藏壓實(shí)階段對(duì)儲(chǔ)層起到了破壞作用。塔北地區(qū)奧陶系被抬升至地表或接近地表，在長時(shí)間表生溶蝕作用下(圖7a)，酸性流體沿著斷層、裂縫和孔洞等發(fā)生溶蝕，在巖溶高地和巖溶緩坡形成大型溶洞和溶蝕孔洞，成為有效儲(chǔ)層的主要來源。同時(shí)，各類構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多期多組的斷層和裂縫，不僅使儲(chǔ)層孔滲進(jìn)一步增大，而且也促進(jìn)了溶蝕發(fā)育(圖7a)。此外，烴源巖排烴生成的大量有機(jī)酸通過斷層和裂縫等運(yùn)移至鷹山組，也對(duì)原有地層產(chǎn)生溶蝕(圖7a)。二疊紀(jì)塔里木盆地發(fā)生大面積的巖漿活動(dòng)[31]，這些熱液沿著斷層和裂縫進(jìn)入鷹山組，使灰?guī)r發(fā)生重結(jié)晶和溶蝕作用，進(jìn)一步改造了儲(chǔ)層(圖7b)。

根據(jù)宏觀和微觀分析結(jié)果，結(jié)合埋藏演化、構(gòu)造演化和熱演化等[15, 20]認(rèn)為，鷹山組儲(chǔ)層是古地形、沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用共同作用的產(chǎn)物。其中，古地形是儲(chǔ)層發(fā)育的背景，沉積作用是儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)，成巖作用控制了儲(chǔ)層的形成，最重要的成巖作用是溶蝕作用和破裂作用。

圖7 研究區(qū)儲(chǔ)層形成模式圖

5 結(jié)論

1)研究區(qū)奧陶系鷹山組碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性主要為亮晶顆?；?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r。儲(chǔ)集空間以粒間孔隙、晶間孔隙、溶蝕孔隙、裂縫、溶洞為主，其中最重要的是裂縫和溶洞，83.2%的巖心中見到1條以上裂縫，平均溶洞鉆遇率為73.2%。儲(chǔ)層類型多樣，包括裂縫型儲(chǔ)層、孔洞型儲(chǔ)層、裂縫-孔隙型儲(chǔ)層和裂縫-溶洞型儲(chǔ)層等。

2)研究區(qū)奧陶系鷹山組碳酸鹽巖儲(chǔ)層是古地形、沉積作用和成巖作用等共同作用的結(jié)果。古地形是儲(chǔ)層發(fā)育的背景，一方面鷹山組沉積時(shí)的古地形影響了沉積環(huán)境，另一方面表生環(huán)境時(shí)的古地形控制了表生溶蝕作用的發(fā)育程度。沉積作用是儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)，高能顆粒相帶原生孔滲較大，低能泥質(zhì)相帶原生孔滲較小，而后期成巖作用會(huì)增大這種差異。

3)成巖作用控制了儲(chǔ)層的形成，最關(guān)鍵的是溶蝕作用和破裂作用。多期多次多類溶蝕作用是儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，其中：準(zhǔn)同生溶蝕作用較弱、規(guī)模較?。槐砩芪g作用強(qiáng)烈、規(guī)模大，是儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵；埋藏溶蝕作用廣泛、規(guī)模較大，熱液溶蝕是最重要的埋藏溶蝕作用；破裂作用促進(jìn)了儲(chǔ)層的形成，4期斷裂不僅形成了有效的儲(chǔ)集空間，還改善了儲(chǔ)層的滲流能力、擴(kuò)大了成巖作用的范圍，同時(shí)促進(jìn)了巖溶作用的進(jìn)一步發(fā)展，提高了儲(chǔ)層的品質(zhì)。