張新超，孫贊東，吳美珍

（1中國石油大學（北京）地質地球物理綜合研究中心；2中國石油塔里木油田分公司）

塔里木盆地塔中北斜坡奧陶系鷹山組碳酸鹽巖巖溶儲層極為復雜，巖溶儲層分布在鷹山組頂部，距頂面向下最深可達400m，而且在鷹山組剝蝕強烈區(qū)與剝蝕程度較弱區(qū)均有發(fā)育。前人對該套儲層已有較多研究，指出該儲層溶蝕孔洞形成的主控因素為斷裂活動及其控制下的古地貌，并且列出了儲層在后期改造方面的大量證據和基本特征［1-4］。隨著勘探和開發(fā)工作的細化，需要明確鷹山組內巖溶儲集體在空間上的展布形態(tài)及其連通性，總結碳酸鹽巖內優(yōu)質儲層的發(fā)育規(guī)律，確定其分布，并指出有利的勘探和開發(fā)目標。

筆者在長期現場工作的基礎上，整理了大量巖性、地層、斷裂等基礎資料，并依據三維地震資料的反射特征，對塔中北斜坡奧陶系鷹山組碳酸鹽巖儲層的發(fā)育規(guī)律獲得了一些基本認識，認為古地貌影響著淡水淋濾所引起的溶蝕作用的期次和規(guī)模，且較深部的巖溶儲層多為沿斷裂向地層內部溶蝕的結果，古地貌特征可以由三維地震資料進行準確計算。另外，由于鉆井過程中在鉆遇鷹山組儲層時多發(fā)生漏失或溢流等工程事故而多未揭示深部儲層，這就需要利用三維地震資料中巖溶儲層形成的 “強串珠”、“強片狀”等反射特征來準確地識別儲層。

本文從儲層發(fā)育的地質特征出發(fā)，計算并分析古地貌特征在巖溶儲層發(fā)育過程中的作用；然后根據三維地震資料的反射特征，總結儲層發(fā)育規(guī)律；最后依據碳酸鹽巖巖溶儲層在發(fā)育過程中的規(guī)律，指出優(yōu)質儲層的有利目標。對鷹山組巖溶儲層發(fā)育規(guī)律的細化研究，在該區(qū)油氣生產中有較大的意義。

1 塔中北斜坡地質構造特征

塔中古隆起是塔里木盆地重要的油氣富集單元，古隆起在寒武紀—奧陶紀開始逐漸形成，并在志留紀地層沉積前基本定型，其形成過程中經歷過多期的構造疊加作用。塔中隆起由塔中I號斷裂帶、塔中北斜坡帶、塔中南斜坡帶、中央斷壘帶、塔中東部潛山帶等構造單元所組成。塔中北斜坡位于塔中隆起的東北部，被夾在中央斷壘帶與塔中I號斷裂帶之間（圖1），本次研究區(qū)包含了塔中45平臺區(qū)、塔中40號構造帶和塔中10號構造帶的一部分（圖1）。

塔中隆起在加里東運動早—中期發(fā)生區(qū)域隆升并遭受剝蝕，此時奧陶系鷹山組的碳酸鹽巖地層出露地表遭受強烈剝蝕，在北斜坡形成了風化殼型的碳酸鹽巖古巖溶體系［5］。奧陶系鷹山組發(fā)育深灰色厚層狀的泥晶灰?guī)r、含泥灰?guī)r、含云灰?guī)r，且以含云灰?guī)r為主（圖2），沉積環(huán)境為開闊海碳酸鹽巖臺地，沉積相帶則以亮晶—泥晶砂屑灘為主，局部區(qū)域根據含泥質程度不同，可進一步劃分為灘間海和潟湖亞相。

圖1 塔中北斜坡構造及研究區(qū)位置

碳酸鹽巖內發(fā)育大量原生的晶間孔和微裂縫，在后生溶蝕作用下演化為以溶蝕孔、洞、縫等為主的儲集空間，孔隙度在1.8%～21.3%之間。這些后生溶蝕孔洞具有“垂向疊置、橫向連片，準層狀分布”的特征，在地震剖面上常呈現片狀反射、串珠狀反射等典型特征［6－7］。較大規(guī)模的巖溶儲層區(qū)，表現出低于碳酸鹽巖圍巖的速度和密度，頂底形成強反射界面。規(guī)模較小的儲層則在地震剖面中表現為反射能量較弱。利用地震剖面中的反射特征，就可以識別較大規(guī)模的巖溶儲層的分布，而要弄清楚巖溶儲層在橫向和縱向上的關系，則需要依據儲層的發(fā)育規(guī)律來進行分析。

圖2 塔中地區(qū)奧陶系綜合柱狀圖

在前人的研究中已經明確，塔中北斜坡的斷裂活動對巖溶儲層的發(fā)育有著重要的影響［1－2］。從斷裂分布來看，區(qū)內主要發(fā)育兩組斷裂：一組主要為加里東晚期形成的北西向逆沖斷裂，斷距大，延伸遠，它們控制了塔中北斜坡的總體構造格局；另一組主要是海西期形成的北東向走滑斷裂，它們進一步改造了塔中北斜坡的構造面貌。奧陶系鷹山組碳酸鹽巖儲層形成時，早期發(fā)育的一組北西向逆沖斷層已經形成并穩(wěn)定持續(xù)發(fā)育，對巖溶儲層的發(fā)育有著重要的影響。鷹山組頂部的碳酸鹽巖儲層就是沿著這些北西向斷裂及其伴生斷裂發(fā)育，形成了多個期次的風化殼型巖溶儲層。晚期發(fā)育的北東向走滑斷裂，對塔中北斜坡巖溶儲層的形成沒有明顯影響，但它們仍構成熱液運移的良好通道，對前期形成的儲層具有一定的改造作用。

2 古地貌對儲層發(fā)育的影響

2.1 古地貌刻畫方法

巖溶儲層的發(fā)育往往受到古地貌的影響和控制。常用的恢復古地貌的方法為“地層回剝法”。該方法依據地層沉積原理，認為剛剛沉積完成之后的地層頂部總是水平的。由于地層沉積時往往具有填平補齊的作用，因而其地層厚度能夠反映沉積前的古地貌特征。這樣通過剝蝕校正、壓實恢復等過程恢復上覆地層沉積結束時的真實厚度，層層“回剝”至目標層，就能夠得到目標層的古地貌特征［8-9］。由于鷹山組上覆的良里塔格組碳酸鹽巖比較致密，受上覆地層和水深的壓實作用影響較弱，僅在局部的溶蝕孔洞發(fā)育帶形成地層塌陷 （在三維地震剖面上可以清晰識別）。在精細三維地震層位解釋的基礎上，忽略上覆地層和海水的沉積壓實作用，通過計算上奧陶統(tǒng)良里塔格組殘余厚度，就能揭示出鷹山組巖溶儲層發(fā)育時期的地貌特征。

塔中北斜坡上奧陶統(tǒng)良里塔格組為連續(xù)沉積，期間沒有較長時間的沉積間斷，小層厚度橫向變化不大，而且頂面為短期暴露的沉積間斷面，剝蝕作用不太強［10-11］，因此其殘余厚度可以近似反映地層沉積前的古地貌特征。需要注意的是，這時的古地貌并不是鷹山組剛剛沉積完的古地貌，而是它受構造運動改造、高構造部位遭受風化剝蝕后的古地貌。

2.2 古地貌特征和巖溶區(qū)劃分

利用精細三維地震層位解釋資料，作出了塔中北斜坡鷹山組巖溶古地貌圖，并結合前人研究結果［8］將它劃分為巖溶高地、巖溶次高地、巖溶平臺區(qū)、巖溶斜坡帶和巖溶洼地等單元（圖3）。

其中，巖溶高地位于研究區(qū)的西側，鉆井顯示其地層剝蝕程度較強，處于三維地震工區(qū)外，根據鄰區(qū)（塔北地區(qū)）的特征，認為多發(fā)育巖峰、溝谷等落差較大的地貌；巖溶次高地位于研究區(qū)中部和南部區(qū)域，在古地貌中地勢較高，但它并沒有落差太大的巖峰、溝谷等地貌特征，從而區(qū)別于巖溶高地；巖溶斜坡帶位于巖溶次高地邊緣到巖溶洼地之間，基本以塔中40號構造帶和塔中10號構造帶的邊緣斷裂與巖溶次高地分開，地勢陡峭，落差大，西高東低，向東和東北兩個方向降落迅速；巖溶洼地主要分布在研究區(qū)東北側靠近塔中I號斷裂帶附近區(qū)域，地勢較低，為碳酸鹽巖巖溶區(qū)內潛水的排泄區(qū)。另外，在研究區(qū)的西北部，主要發(fā)育巖溶平臺區(qū)，地勢相對平坦，落差不大。

圖3 塔中北斜坡鷹山組風化殼巖溶儲層形成末期的古地貌圖

2.3 古地貌與巖溶儲層分布的關系

地震均方根振幅屬性揭示了塔中北斜坡奧陶系鷹山組巖溶儲層的整體分布（圖4）。圖中可見儲層在全區(qū)均有分布，但在塔中40號構造帶和塔中10號構造帶附近為集中發(fā)育區(qū)，在兩構造單元之間也發(fā)育南東走向的溶蝕帶，而其他地區(qū)則以局部小范圍分布為主。對比古地貌圖可以發(fā)現，這兩個儲層集中發(fā)育區(qū)位于巖溶次高地的邊緣到巖溶斜坡帶附近，這是因為這些區(qū)域的古地形垂直落差最大，是潛水水系能量最強的區(qū)域，從而對碳酸鹽巖的溶蝕作用最強，容易形成大規(guī)模分布的巖溶儲層。也就是說，研究區(qū)鷹山組儲層主要分布在巖溶次高地邊緣、巖溶斜坡等區(qū)域，在兩者交會區(qū)域尤其發(fā)育。

圖4 塔中北斜坡鷹山組頂部均方根振幅屬性反映的巖溶儲層分布

3 儲層多期次發(fā)育

楊海軍等［12］對研究區(qū)鷹山組儲層發(fā)育模式進行過詳細研究，指出巖溶儲層垂向的分帶性并提出儲層發(fā)育模式，認為塔中北斜坡鷹山組儲層內發(fā)育完整的不整合巖溶序列，從不整合面向下分別為表層巖溶帶、垂向滲濾巖溶帶、徑流巖溶帶和深部緩流巖溶帶。但是筆者在進一步的精細研究中發(fā)現，鷹山組巖溶儲層的發(fā)育與鷹山組地層的剝蝕作用是同時進行的，巖溶儲層應該為多個階段的產物。

鉆井顯示鷹山組在垂向上發(fā)育2～4套巖溶儲層，巖溶儲層段往往呈現低電阻率值而容易辨識。巖溶儲層內由于充填富含各種粒子的流體而使電阻率降低，儲層段頂、底邊界外的致密灰?guī)r則表現為高電阻率的特征。橫向對比鉆井曲線中高電阻率的致密段和低電阻率的儲層段，可以將鷹山組進一步細分為鷹1段至鷹4段四個層段。但是從對應的自然伽馬曲線來看，雖然在部分儲層段頂部有比較薄的高值尖峰，但并未見較長的箱型或鐘形結構，說明鷹山組各段沉積結束后，均未見明顯的抬升出露或遭受剝蝕。這也說明垂向分布在鷹山組各段內的巖溶儲層，并不是在每段地層沉積之后就被溶蝕形成儲層的，而是在整個鷹山組地層沉積之后長期暴露地表時才被溶蝕形成儲層的。由于鷹山組與上覆良里塔格組之間有長達10Ma的沉積間斷，在此期間鷹山組遭受了強烈的風化剝蝕，所以鷹山組的巖溶儲層是在鷹山組地層遭受剝蝕作用的同時所形成的，而且垂向上可分為多個期次。

在三維地震剖面上，能夠明顯看到溶蝕孔洞多期形成的特征。以鷹山組強能量地震反射為目標的鉆井，由于多出現放空或漏失等鉆井事故，因而多未鉆遇鷹山組深部的強能量反射目標。在圖5的各過井地震剖面中，良里塔格組頂界面為一明顯反射界面，其上覆地層為桑塔木組的泥巖段，阻抗較弱，下部為良里塔格組的含泥灰?guī)r段，阻抗較強，因而表現為強波峰反射，在地震剖面上容易識別。

圖5 塔中北斜坡鷹山組巖溶儲層發(fā)育期次和縱向分布特征

圖5中可以清楚地看出表示巖溶儲層的 “串珠”反射在垂向上對應多個期次。在目前的地震分辨率下，認為一個波峰加上一個波谷是可分辨的一期巖溶，即形成一個完整的“串珠”反射。根據巖溶儲層在三維地震資料中的這一特征，對研究區(qū)內的巖溶儲層劃分了期次。圖中也可見鉆井大多只鉆遇鷹山組頂部第1～2期的巖溶，因而需要利用三維地震資料來對比分析鷹山組巖溶儲層更多的發(fā)育期次和特征。

巖溶次高地的儲層多表現為1～2個巖溶期次（圖5a、5b），而巖溶洼地中則表現為2～4個巖溶期次（圖5c）。雖然在整個區(qū)域內，巖溶儲層均發(fā)育在鷹山組頂面附近，但是在靠近塔中Ⅰ號斷裂帶的巖溶洼地區(qū)，巖溶儲層在垂向上明顯發(fā)育更多期次，且發(fā)育的深度也較大。這既可能是由于這里發(fā)生過長期的溶蝕作用，也可能是由于巖溶次高地早期的巖溶儲層已隨地層被剝蝕掉了。

4 古地貌控制下的多期次巖溶發(fā)育模式

圖6 塔中北斜坡鷹山組巖溶儲層多期次發(fā)育模式示意圖

在上述分析中發(fā)現，塔中北斜坡鷹山組巖溶儲層的發(fā)育，主要受古地貌特征的控制，同時又與地層剝蝕有關。由于鉆井大多只鉆遇鷹山組淺部儲層，因而在總結巖溶儲層的發(fā)育模式時，需要更多地利用三維地震資料來進行分析。根據構造演化和巖溶期次的分析對比，總結出塔中北斜坡鷹山組頂部巖溶儲層的多期次發(fā)育模式如圖6所示。根據巖溶作用發(fā)生時潛水面的變化（研究區(qū)內潛水面隨海平面升降而變化），在圖6a中顯示潛水面下降時的巖溶作用，在圖6b中顯示潛水面上升時的巖溶作用。據圖6a，塔中北斜坡可以劃分出早期溶蝕帶、剝蝕期溶蝕帶及晚期溶蝕帶，圖6b中還給出了末期溶蝕帶，它們與第1期巖溶、第2期巖溶、第3期巖溶及第4期巖溶相對應，下面對各期巖溶作具體的描述。

4.1 第1期巖溶：以地層剝蝕為主，少量巖溶發(fā)育

鷹山組頂部風化殼巖溶儲層的形成，經歷了海平面下降到快速回升的過程。在海平面初步下降時，部分區(qū)域地層出露地表并遭受剝蝕，由此發(fā)生了第1期巖溶，形成了研究區(qū)的早期溶蝕帶（圖6a）。這些遭受剝蝕的部位往往位于古地貌的巖溶次高地，而較低的巖溶洼地則可能還處于海平面之下。此時溶蝕孔洞主要沿圖6a中的潛水面1發(fā)育。雖然在剝蝕區(qū)也同時發(fā)生了強烈的巖溶作用，但它所形成的巖溶容易在后期的持續(xù)剝蝕中被破壞。因此在第1期巖溶中，只有發(fā)育在巖溶斜坡區(qū)的少量溶蝕孔洞才得以保留。

4.2 第2期巖溶：剝蝕作用與巖溶作用共存

隨著海平面的進一步下降，整個塔中北斜坡均暴露地表，巖溶作用可以在全區(qū)發(fā)育，主要沿圖6a中的潛水面2發(fā)育，構成研究區(qū)的第2期巖溶，發(fā)育了剝蝕期巖溶帶（圖6a）。這一時期在古地貌的巖溶次高地發(fā)生強烈的剝蝕作用，早期形成的溶蝕孔洞被破壞而難以保留。巖溶斜坡區(qū)也可能發(fā)生一定程度的剝蝕作用，但較大的地形落差和強烈的淡水淋濾作用，使得早期的巖溶得到進一步擴展，形成橫向和縱向均比較發(fā)育的巖溶帶，巖溶儲層的規(guī)模也較大，在地震剖面中表現為強能量反射的集合體（圖5b）。巖溶洼地在此階段也出露地表，并遭受較小程度的剝蝕作用，同時也發(fā)生一定程度的巖溶作用，由于巖溶作用時間較長而垂向延伸較深，但又由于地形落差小而導致潛水能量小，故由此形成的巖溶儲層也較差，在地震剖面中表現為較弱的“串珠”反射（圖5c）。

4.3 第3期巖溶：全區(qū)巖溶作用發(fā)育，剝蝕程度差

在古地貌的巖溶次高地也發(fā)育著淺部和深部兩個期次的巖溶作用（圖5a），表明曾經存在剝蝕程度差而溶蝕作用長期存在的階段。由于海平面的進一步下降，這一階段以巖溶作用為主，剝蝕作用較弱，溶蝕沿潛水面3發(fā)育，為研究區(qū)的第3期巖溶作用，發(fā)育了晚期溶蝕帶（圖6a）。從地震剖面（圖5c）上看，該時期在靠近塔中I號斷裂帶的巖溶斜坡—巖溶洼地區(qū)，發(fā)育了3～4期巖溶，表明第3期巖溶在全區(qū)均有發(fā)育，橫向上穿過多個小層分布。該時期巖溶作用程度和垂向上涉及的深度均較大。巖溶次高地的巖溶主要在該時期形成，發(fā)育深、淺兩期次的巖溶儲層段，表現為地震剖面上垂向上兩套明顯的串珠狀儲層（圖5a、圖6a）。巖溶斜坡—巖溶洼地單元，則因為溶蝕作用長期持續(xù)發(fā)生而在垂向上可表現為3～4個期次的巖溶儲層段，不過巖溶斜坡區(qū)的溶蝕孔洞規(guī)模要大于巖溶洼地區(qū) （圖6a）。前者內部常形成規(guī)模較大且橫向連續(xù)性較好的巖溶儲集層，在地震剖面上表現為強能量的“串珠”反射（圖5b），后者內部在局部區(qū)域也有較強的地震反射，但多表現為較多期次的弱能量的地震反射（圖 5c）。

4.4 第4期巖溶：末期地表溶蝕并伴隨水系泥質充填

第4期巖溶形成了末期巖溶帶（圖6b），所發(fā)育的溶蝕孔洞橫向范圍較大，幾乎遍布整個研究區(qū)。該階段發(fā)生在海退期的晚期至海水快速上升時期，氣候由干燥變?yōu)闈駶?，地表降水增多，地表淡水發(fā)育。此時巖溶作用沿圖6b中潛水面4發(fā)育，由于距地面較淺，巖溶作用多發(fā)育在鷹山組頂部附近較淺深度內，形成的巖溶儲層主要集中在較大的構造帶處，規(guī)模較大且橫向連續(xù)性較好，在地震剖面上表現為多分布在鷹山組地震層位頂部附近的連片的“串珠狀”和“片狀”反射特征，如圖5b中的Z111井和圖5c中的Z102井。

在鉆井中發(fā)現鷹山組頂部的巖溶儲層內往往發(fā)育著薄層的泥質充填段，這些充填泥質的層段，其測井信息與上覆地層的差異較大，說明它們不是上覆地層內的沉積物在未固結時下漏形成的。根據鉆井中泥質在平面上的分布，認為這些泥質很可能是在海平面上升時，在地表水系或者潮汐沼澤等環(huán)境中形成的。鷹山組頂面附近的河道也很有可能在此時形成。河流攜帶大量泥質碎屑，在流經早期巖溶作用區(qū)時沉積下來，從而在局部發(fā)生大面積的泥質充填。

5 利用多期次巖溶發(fā)育特征識別有利目標

對于鷹山組頂部巖溶儲層的發(fā)育期次進行劃分，能夠進一步摸清研究區(qū)塊的儲層形成機理和分布規(guī)律，并在生產中發(fā)揮指導作用。鷹山組的碳酸鹽巖原生孔隙太差，它主要依靠后生溶蝕孔洞才形成有效儲層，因而可以依據巖溶發(fā)育模式來預判儲層的優(yōu)劣。根據多期次的巖溶發(fā)育模式（圖6），垂向上多個期次的巖溶儲層是巖溶作用在該地區(qū)長期作用的結果，因而溶蝕作用形成的孔洞比較發(fā)育，而且在垂向上往往具有較好的連通性。這些垂向連通的儲層，既有大的斷裂溝通底部烴源，又有較好的儲集空間，可作為有利目標。循此思路，在地震剖面中，可以根據垂向巖溶儲層發(fā)育的期次和程度來預測儲層目標的優(yōu)劣。

圖7 塔中北斜坡奧陶系不同巖溶地貌單元中儲層發(fā)育期次和儲層優(yōu)劣對比

圖7中的T23、Z8、Z10井，儲層較發(fā)育，是高產井，Z47井儲層則較差，為低產井。從圖上可以看出，高產井除了串珠反射能量較強外，巖溶的發(fā)育期次也比較完整。T23、Z8井第3期巖溶強烈發(fā)育，Z10井發(fā)育第1至第4期各期次的巖溶 （圖5）,而Z47井基本不發(fā)育第1至第3期巖溶，第四期巖溶的發(fā)育也相對較弱。

實際上，由于塔中北斜坡不同期次的巖溶均沿相同的斷裂輸導熱液，因而在后期巖溶的熱液運移過程中，也常常沿斷裂發(fā)生比較強烈的溶蝕作用，在地震剖面上則表現為較強的沿縱向呈長串狀分布的“串珠反射”。掌握研究區(qū)這一巖溶發(fā)育規(guī)律，可以幫助我們有效判別出有利的勘探目標。圖7是一個連井地震剖面，取每口鉆井周圍的過井地震剖面來對比，能夠凸顯各井中儲層的地震反射特征。

6 結 論

（1）依據三維地震資料對塔中北斜坡奧陶系鷹山組風化殼巖溶儲層發(fā)育規(guī)律的精細分析，認為巖溶儲層的發(fā)育受古地貌控制，垂向上表現為多期次發(fā)育的特征。巖溶作用與地層剝蝕作用同時發(fā)生，作用范圍在垂向上重疊。結合地層和古地貌特征，依據三維地震資料的反射特征，將鷹山組碳酸鹽巖巖溶儲層劃分出了四個期次的巖溶階段。

（2）巖溶儲層發(fā)育的期次與巖溶儲層的優(yōu)劣有一致的關系。由于垂向上多期次發(fā)育的儲層往往沿同一斷裂發(fā)生溶蝕，因而也就意味著溶蝕作用比較強烈，在地震剖面上也常表現為長串狀的“串珠反射”。在三維地震資料中識別這些多期次巖溶發(fā)育所形成的反射特征，能夠識別出儲層段的有利目標區(qū)域。

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