尚 凱

(中國石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

0 引 言

近年來，隨著碳酸鹽巖油氣成藏理論的不斷深化和油氣勘探工作的持續(xù)推進，在四川盆地、塔里木盆地等海相深層—超深層(目的層埋深大于4 500 m)領(lǐng)域獲得了可喜的油氣勘探成果，發(fā)現(xiàn)了多個大中型油氣田[1-6]。塔中北坡位于塔里木盆地中部，中下奧陶統(tǒng)為主要目的層之一。儲層時代古老、埋藏深度大、油氣勘探程度較低，近期多口鉆井獲得了油氣發(fā)現(xiàn)，表明了該區(qū)超深層海相碳酸鹽巖領(lǐng)域廣闊的油氣勘探前景[2-3]。眾多學(xué)者先后對該區(qū)走滑斷裂[7-8]、地層劃分[9]、成藏模式[10]、儲層預(yù)測[11]等方面開展了研究工作，但對儲層發(fā)育特征及成因方面的研究比較薄弱。目前勘探實踐表明，明確儲層成因和發(fā)育規(guī)律是該區(qū)油氣勘探實現(xiàn)突破的關(guān)鍵因素之一。以塔中北坡中下奧陶統(tǒng)一間房組—鷹山組灰?guī)r為例，利用多種資料系統(tǒng)梳理了該區(qū)儲層的主要儲集空間類型，并根據(jù)孔縫特征及成因?qū)舆M行了分類，以期為該區(qū)下步儲層預(yù)測提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔中北坡位于塔里木盆地塔中Ⅰ號斷裂帶以北，跨越順托果勒低隆起和古城墟隆起西部，與滿加爾坳陷和阿瓦提坳陷相鄰。寒武紀(jì)—中奧陶世研究區(qū)為穩(wěn)定的淺水碳酸鹽巖臺地環(huán)境，沉積了超過2 000 m厚的碳酸鹽巖地層。塔中北坡經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期—燕山期和喜山期多期構(gòu)造疊加改造，發(fā)育多組多期次活動的斷裂帶，為縫洞型儲層的形成和發(fā)育提供了有利條件。鉆井揭示，該區(qū)中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r主要發(fā)育在鷹山組上段和一間房組，巖性主要為灰色、淺灰色砂屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、藻黏結(jié)灰?guī)r、凝塊巖和泥晶灰?guī)r，含介形、海百合、葛萬藻、三葉蟲和腹足等生物碎屑。

2 儲集空間類型及特征

通過對塔中北坡14口鉆井巖心、薄片的觀察和描述，并結(jié)合測井等資料系統(tǒng)梳理了該區(qū)儲層的儲集空間類型。其中，組構(gòu)選擇性孔隙包括粒內(nèi)孔、粒間溶孔、晶間溶孔、窗格孔、微孔隙以及極少量的遮蔽孔(圖1)；非組構(gòu)選擇性孔隙包括溶蝕孔洞和裂縫(圖2)。

2.1 組構(gòu)選擇性孔隙

2.1.1 粒內(nèi)孔

粒內(nèi)孔主要在亮晶砂屑灰?guī)r和藻砂屑灰?guī)r中較發(fā)育，具有較明顯的巖相選擇性。鑄體薄片顯示，粒內(nèi)孔隙主要發(fā)育在砂屑、藻砂屑及生屑等顆粒中(圖1a、b)，包括粒內(nèi)溶孔和生物殼鑄?？?，孔隙大小約為0.10～1.50 mm，呈圓形、橢圓形及不規(guī)則狀。粒內(nèi)孔包括半充填—全充填，孔隙連通性較差，多呈孤立狀分布，面孔率一般小于5%，最高可達8%。一般情況下，該類孔隙在漫長的成巖過程中不易被保存，被后期粒狀方解石充填而導(dǎo)致儲集性能降低。

圖1 塔中北坡鷹山組—一間房組灰?guī)r組構(gòu)選擇性孔隙特征

圖2 塔中北坡鷹山組—一間房組灰?guī)r非組構(gòu)選擇性孔隙特征

2.1.2 粒間溶孔

粒間溶孔主要發(fā)育在藻黏結(jié)巖、凝塊巖及砂屑灰?guī)r中(圖1c)，孔隙大小約為0.01～1.00 mm，具有一定的組構(gòu)選擇性，孔隙呈港灣狀或不規(guī)則狀，多被櫛殼狀方解石、結(jié)晶方解石和白云石等半充填—全充填。其中，藻黏結(jié)巖、凝塊巖中溶孔常被2～3期方解石半充填—全充填，而砂屑灰?guī)r中溶蝕孔隙常為2～4期白云石或方解石半充填—全充填。

2.1.3 晶間溶孔

研究區(qū)的晶間溶孔主要發(fā)育在SN4井區(qū)鷹山組上段熱液蝕變的硅化巖儲層當(dāng)中，面孔率一般為10%～18%，最高為22%。鏡下可見半自形短柱狀或它形粒狀石英晶粒間，方解石呈它形粒狀分布，表現(xiàn)出顯著地溶蝕交代殘余特征(圖1d)，表明該類孔隙的形成可能與硅化熱液溶蝕作用有關(guān)[12]。

2.1.4 窗格孔

巖心和薄片資料表明，窗格孔主要發(fā)育在一間房組藻黏結(jié)灰?guī)r和藻灰?guī)r中(圖1e)，其形成與藻類生長或腐爛有關(guān)[13]。孔隙大部分被方解石和白云石充填，主要表現(xiàn)為纖柱狀方解石和自形白云石充填的雙層結(jié)構(gòu)，少量表現(xiàn)為多期次不同產(chǎn)狀的方解石和白云石充填的多層結(jié)構(gòu)[14]。有效孔隙為膠結(jié)殘余孔隙，形態(tài)不規(guī)則，大小不一，多呈順層分布。

2.1.5 微孔隙

微孔隙主要為孔隙直徑小于20.00 μm的基質(zhì)孔隙，掃描電鏡與氬離子拋光-聚焦離子束掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)微孔隙主要包括藻屑內(nèi)部自形方解石晶間孔、葛萬藻等生物體腔微孔、方解石重結(jié)晶形成的晶間微孔隙和自形石英晶面微孔隙4種類型[14](圖1f)，孔徑大小不等(幾百納米至幾微米)，但絕大多數(shù)小于20.00 μm。微孔隙的發(fā)育具有較強的非均質(zhì)性，且在微孔隙中見瀝青質(zhì)。微孔隙的形成與藻類關(guān)系密切，ST1井揭示的微孔隙還可能與熱液流體改造相關(guān)[14]。

2.2 非組構(gòu)選擇性孔隙

2.2.1 溶蝕孔洞

溶蝕孔洞在砂屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r、藻黏結(jié)灰?guī)r和硅化巖中均可見到，主要包括4種分布形式：①呈圓形或不規(guī)則狀，孤立分布，直徑大小一般為厘米—毫米級別，多被方解石全充填—半充填，連通性比較差(圖2a)；②常和裂縫相伴生，并沿裂縫溶蝕擴大，以SN4、SN501井鷹山組儲層最為典型(圖2b、d)；③呈似層密集狀分布，在SN501及GL2等多口井中均有揭示(圖2e)；④蜂窩狀孔隙，ST1井一間房組取心揭示，孔隙與基質(zhì)間存在明顯的蝕變邊界，可能與熱液流體作用相關(guān)[14]。

2.2.2 裂縫

常見的裂縫主要包括構(gòu)造縫、壓溶縫和溶蝕縫，但對改善儲層儲滲性能意義最大的是未充填的構(gòu)造縫(圖2c)。取心中均見高角度裂縫、水平—低角度裂縫和微裂縫，常常伴生多組水平裂縫。構(gòu)造縫的發(fā)育和斷裂密切相關(guān)，對碳酸鹽巖儲集體的形成意義重大[15]，已鉆井表明，位于主干斷裂帶附近的井(如SN4井)，其高角度構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度明顯強于主干斷裂帶之間的井(如SN7)。壓溶縫主要為縫合線，幾乎遍布研究區(qū)整個中下奧陶統(tǒng)，大多被泥質(zhì)或有機質(zhì)充填。但縫合線對儲層連通性的貢獻可大可小，部分?jǐn)U溶網(wǎng)狀縫合線仍可作為有效的儲集空間。成巖流體在早期構(gòu)造縫的基礎(chǔ)上，沿縫面發(fā)生溶蝕，形成形態(tài)曲折的溶蝕縫，溶蝕縫在SN4井區(qū)最為典型(圖2b)。

3 儲層分類探討

在前人對塔里木奧陶系碳酸鹽巖儲層分類研究的基礎(chǔ)上[16-17]，根據(jù)儲層發(fā)育位置和分布、儲集空間類型及形成主控因素，提出了該區(qū)新的儲層分類方案，將塔中北坡中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r儲層劃分為臺內(nèi)顆粒灘儲層、構(gòu)造裂縫型儲層、熱液改造型硅質(zhì)巖儲層以及與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲層4種類型(圖3)。

3.1 臺內(nèi)顆粒灘儲層

臺內(nèi)灘在塔里木盆地中下奧陶統(tǒng)廣泛發(fā)育[18-19]，該類儲層的發(fā)育和沉積相關(guān)系密切，主要發(fā)育在臺內(nèi)丘灘的砂屑灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r和藻黏結(jié)灰?guī)r中，儲集空間類型主要是殘余粒間孔、粒內(nèi)孔、膠結(jié)殘余窗格孔等組構(gòu)選擇性孔隙以及后期溶蝕擴大的孔縫系統(tǒng)。(準(zhǔn))同生期淡水淋濾以及埋藏期溶蝕等多期次、不同類型的溶蝕作用是臺內(nèi)灘相儲層形成的關(guān)鍵。SN7井首次在該區(qū)一間房組揭示了該類儲層，并獲得油氣發(fā)現(xiàn)。連井對比和偶極橫波遠探測反射波成像等資料表明，一間房組中下部發(fā)育層狀溶蝕孔洞或孔隙集合體，儲集體縱向疊置，單井儲層單層最大厚度可達43.5 m。

圖3 塔中北坡中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r儲層發(fā)育模式

3.2 構(gòu)造裂縫型儲層

構(gòu)造裂縫型儲層是塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖非常重要的一類儲集體[20]，該類儲層的形成和分布受控于斷裂帶，基質(zhì)孔隙不發(fā)育。未充填—半充填的高角度裂縫、水平—低角度裂縫和微裂縫為其主要的儲集空間和滲流通道。塔中北坡發(fā)育多條北東向走滑斷裂帶及伴生的斷裂，為大規(guī)模的構(gòu)造裂縫型儲集體的發(fā)育提供了有利條件，主干斷裂附近的SN1和GL1等一大批鉆井已獲油氣發(fā)現(xiàn)，證實了該領(lǐng)域的勘探前景。

3.3 熱液改造型硅質(zhì)巖儲層

該類儲層和斷裂關(guān)系密切，以SN4井區(qū)鷹山組上段最為典型，儲集巖性主要為細晶硅質(zhì)巖，次為與之相關(guān)的硅質(zhì)灰?guī)r，主要由亮晶砂屑灰?guī)r或微晶灰?guī)r經(jīng)富硅熱液流體交代作用形成[21-22]。巖石中發(fā)育多種類型的儲滲空間，包括溶蝕孔隙(洞)、不規(guī)則裂縫、裂縫擴溶縫等，儲層裂縫及圍巖中發(fā)育典型的低溫?zé)嵋旱V物組合。鉆井過程中均有放空漏失，鉆探結(jié)果表明，該類儲層儲集性能良好，巖心分析孔隙度最高為20.5%，滲透率最高為73.4×10-3μm2。深大斷裂及其伴生的裂縫溝通了下部地層，為流體的運移提供了重要通道，是儲層改造的關(guān)鍵。

3.4 與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲層

該類儲層以ST1井一間房組為代表，該井臨近北東向走滑斷裂帶，地震剖面顯示，井區(qū)附近發(fā)育晚奧陶世的火成巖侵入體，儲層段巖性主要為淺灰色藻黏結(jié)巖、藻砂屑灰?guī)r。巖心、薄片和CT掃描等資料表明，儲集空間為溶蝕孔洞、(微)裂縫和微孔隙均較發(fā)育。孔隙發(fā)育具有一定組構(gòu)選擇性，和藻類等微生物相關(guān)的微孔隙較為普遍。蜂窩狀孔隙中發(fā)育瀝青，孔隙與基質(zhì)之間可見明顯的蝕變邊界，基質(zhì)中自形石英含量高，表明儲層發(fā)育受沉積和構(gòu)造-熱液流體控制[14]。

3.5 有利儲層發(fā)育區(qū)

SN5和SN7等多口鉆井揭示，臺內(nèi)顆粒灘儲層主要發(fā)育在一間房組中下部，沉積微相為該類儲層的發(fā)育奠定了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)。(準(zhǔn))同生期古地貌高部位的顆粒灘受海平面升降的影響，間歇性地暴露于大氣淡水中發(fā)生溶蝕，形成大量的組構(gòu)選擇性孔隙。雖然這些孔隙后期大多被方解石膠結(jié)充填或半充填，但仍有一定數(shù)量的殘余孔隙保存下來，為后期溶蝕作用的改造奠定了基礎(chǔ)。沉積微相的展布對于該類儲集體的預(yù)測具有重要的意義，利用井震結(jié)合對沉積微相進行精細刻畫是尋找有利儲層的關(guān)鍵。古城墟隆起西部的SN1-GL1井區(qū)鷹山組—一間房組中下部發(fā)育開闊臺地臺內(nèi)顆粒灘沉積[23]，是尋找臺內(nèi)灘儲層的有利區(qū)域。

構(gòu)造裂縫型儲層和熱液改造型硅質(zhì)巖儲層與斷裂活動密切相關(guān)，塔中北坡斷裂發(fā)育多條北東向走滑斷裂及其伴生的次級斷裂，斷裂多期活動形成了廣泛分布的斷裂-裂縫系統(tǒng)[3]。從目前鉆井成果來看，構(gòu)造裂縫型儲層是該區(qū)最為常見的儲層類型。SN1、SN2和GL2等鉆井表明，一間房組—鷹山組上段裂縫走向與北東向斷裂關(guān)系密切，其間成平行或近似平行關(guān)系，形成單向或共軛裂縫?？梢?，構(gòu)造破裂作用對縫洞型儲層的形成起積極作用。另一方面，該斷裂-裂縫系統(tǒng)也為后期熱液流體的改造創(chuàng)造了有利條件。塔中地區(qū)熱液活動較為普遍，目前熱液改造型硅質(zhì)巖儲層僅在SN4井區(qū)鷹山組上段裂縫帶和粒屑灰?guī)r中揭示[22]。因此，北東向走滑斷裂帶附近是這2類儲層的有利發(fā)育區(qū)。

與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲層受斷裂和沉積共同控制。成巖早期，斷裂溝通了深部熱液流體，對微生物巖(主要是藻黏結(jié)巖)進行改造，形成了和微生物相關(guān)的鑄?？住⒕чg孔等各類孔隙和微孔隙。鉆井和三維地震資料表明，ST1井區(qū)晚奧陶世火成巖侵入體和微生物巖發(fā)育[14]。由此可見，研究區(qū)北部的ST1井區(qū)是該類儲層的有利分布區(qū)域。

4 結(jié) 論

(1) 塔中北坡中下奧陶統(tǒng)超深層海相灰?guī)r儲層儲集空間包括組構(gòu)選擇性孔隙和非組構(gòu)選擇性孔隙2種類型，主要包括粒內(nèi)孔、粒間溶孔、晶間溶孔、窗格孔、微孔隙、溶蝕孔洞、構(gòu)造縫、壓溶縫和溶蝕縫，這些縫洞的發(fā)育改善了研究區(qū)灰?guī)r的儲集性能。

(2) 根據(jù)塔中北坡中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r儲集空間類型、發(fā)育特征，結(jié)合孔縫形成的主控因素，將該區(qū)超深層灰?guī)r儲層按照成因劃分為4類：臺內(nèi)顆粒灘儲層、構(gòu)造裂縫型儲層、熱液改造型硅質(zhì)巖儲層以及與熱蝕變相關(guān)的微生物碳酸鹽巖儲層。該分類方案具有一定的實用性，能更好地應(yīng)用于儲層預(yù)測和區(qū)帶評價中。

(3) 綜合分析了不同類型儲層的平面分布規(guī)律，指出古城墟隆起西部、北東向走滑斷裂帶附近和ST1井區(qū)是儲層分布有利區(qū)。