鄔光輝，劉 虎，石曉龍

（1中山大學(xué)海洋學(xué)院；2中國(guó)石油塔里木油田公司）

海相碳酸鹽巖在世界油氣資源中占有重要地位，油氣主要分布在中新生界，在古生界碳酸鹽巖中則極少，且以白云巖為主［1-2］。近年來，塔里木盆地寒武系—奧陶系海相碳酸鹽巖油氣勘探不斷取得新發(fā)現(xiàn)［3-4］，成為油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn)領(lǐng)域。以石灰?guī)r為主的古老碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征與分布變化大，油氣藏復(fù)雜多樣，油氣產(chǎn)量不穩(wěn)定、遞減快［3-8］，不同于世界典型的海相碳酸鹽巖，具有明顯的特殊性與復(fù)雜性。

本文在大量勘探開發(fā)資料對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，探討了塔里木盆地寒武系—奧陶系海相碳酸鹽巖油氣藏特征及其在地質(zhì)條件方面的特性。

1 碳酸鹽巖油氣勘探與分布

碳酸鹽巖一直是油氣勘探的重要領(lǐng)域，全球已發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的一半以上，且以大型、特大型油氣田為主［1-2］。碳酸鹽巖油氣的時(shí)空分布極不均衡：70%以上的碳酸鹽巖油氣藏埋深小于3000m；中東占有超過四分之三的石油儲(chǔ)量；天然氣主要分布在前蘇聯(lián)、中東和北美；層系上石油主要集中在中新生界；二疊系—三疊系天然氣比重較大［1-2］；下古生界碳酸鹽巖大油氣田極少，主要分布在古老的克拉通盆地，而且基本為白云巖儲(chǔ)層。

中國(guó)海相碳酸鹽巖油氣成藏演化復(fù)雜，經(jīng)歷了艱辛的探索［9］。直至2000年以來，隨著認(rèn)識(shí)的深化與技術(shù)的進(jìn)步，才發(fā)現(xiàn)了一系列大中型油氣田［3-4，10］。塔里木盆地雖于20世紀(jì)80年代在沙參2井、輪南1井、塔中1井等獲得突破，碳酸鹽巖成為油氣勘探的重要領(lǐng)域，但隨后油氣勘探與評(píng)價(jià)屢屢受挫。在此之后，隨著地質(zhì)認(rèn)識(shí)與技術(shù)的進(jìn)步，在輪南—塔河、塔中北斜坡、哈拉哈塘地區(qū)才持續(xù)獲得重要進(jìn)展［5］，塔里木盆地才進(jìn)入了碳酸鹽巖油氣勘探開發(fā)大發(fā)展階段。塔里木盆地海相碳酸鹽巖油氣藏賦存于古老的寒武系—奧陶系，主要分布在克拉通盆地的古隆起斜坡［5］，油氣連片的規(guī)模巨大，大面積含油氣是盆地古老海相碳酸鹽巖油氣分布的基本特征。

塔里木盆地海相碳酸鹽巖油氣勘探經(jīng)歷了長(zhǎng)期曲折的過程，油氣勘探發(fā)現(xiàn)之后又往往難以在面上展開，大多需經(jīng)過多輪的探索與評(píng)價(jià)，這些都表明這類海相碳酸鹽巖油氣勘探的艱巨性與復(fù)雜性。

2 古老海相碳酸鹽巖成藏地質(zhì)條件

塔里木盆地古老海相碳酸鹽巖經(jīng)歷了多旋回的構(gòu)造作用、漫長(zhǎng)的成巖演化過程、多期的油氣充注與調(diào)整改造，油氣表現(xiàn)出明顯的特殊性與復(fù)雜性（表 1）。

表1 塔里木盆地與世界典型碳酸鹽巖大油氣田特征對(duì)比

2.1 多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造改造強(qiáng)烈

全球的海相碳酸鹽巖區(qū)油氣藏分布在多種類型構(gòu)造—沉積背景中，特提斯構(gòu)造域是碳酸鹽巖油氣最集中的地區(qū)，伸展構(gòu)造環(huán)境中的大陸裂谷與上覆凹陷盆地、被動(dòng)大陸邊緣盆地探明可采儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的76.1%［2］。海相碳酸鹽巖油氣盆地一般形成晚，沒有經(jīng)歷多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)盆地的疊加和改造，具有較為穩(wěn)定的構(gòu)造背景，油氣分布相對(duì)簡(jiǎn)單［11-12］。

塔里木盆地海相碳酸鹽巖地層古老、板塊小，經(jīng)歷了多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加復(fù)合過程［13］，已識(shí)別出十余期大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。構(gòu)造演化的長(zhǎng)期性和多旋回性，造成了盆地在不同地區(qū)、甚至同一地區(qū)，在不同地質(zhì)時(shí)期具有不同的演化史。原型盆地遭受了強(qiáng)烈的改造，具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖1），發(fā)育多期改造的古隆起、斷裂帶、不整合等構(gòu)造，不同地區(qū)、不同時(shí)期的構(gòu)造改造狀況差異大，縱向上分層，平面上分區(qū)分帶，差異明顯。塔里木盆地多旋回的構(gòu)造改造奠定了多期成藏與調(diào)整、多套儲(chǔ)蓋組合與多種油氣藏類型的地質(zhì)背景基礎(chǔ)。

圖1 塔里木盆地南北向地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面

2.2 烴源巖古老，富油也富氣

世界碳酸鹽巖油氣田的烴源巖主要分布在中新生界，以陸架內(nèi)盆地相及陸棚斜坡頁(yè)巖為主，其次為含泥質(zhì)的碳酸鹽巖、泥灰?guī)r［1-2］。烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度（TOC）范圍在0.28%～12.0%，平均3.29%。Ⅱ型干酪根最常見，多處于成熟—高成熟階段。

塔里木盆地主要發(fā)育寒武系—下奧陶統(tǒng)與中上奧陶統(tǒng)泥巖、泥灰?guī)r烴源巖［14-15］，主要分布在盆地、臺(tái)內(nèi)洼地與臺(tái)緣斜坡三種環(huán)境。Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型干酪根都有發(fā)育，烴源巖TOC一般為0.2%～2.5%，整體低于世界平均水平。烴源巖成熟度普遍很高，大多處于高成熟—過成熟階段。世界上高成熟—過成熟古老烴源巖為主的盆地多以富氣為基本特征［15］，而塔里木盆地碳酸鹽巖目前探明的儲(chǔ)量則以石油為主［8］。

由于烴源巖層位差異，不同地區(qū)埋深變化大，生烴史揭示加里東期—喜馬拉雅期有過多期成烴與成藏［5，16］，儲(chǔ)層熒光、固體瀝青反射率、流體包裹體等資料則反映具有多期幕式油氣成藏的特征。研究發(fā)現(xiàn)，加里東期油氣多遭受破壞［16］，已發(fā)現(xiàn)油藏基本以晚海西期烴類包裹體為主 （均一溫度多在100～130℃），晚海西期是油藏形成的重要成藏期，而且后期保存條件較好，構(gòu)成了現(xiàn)今石油資源的基礎(chǔ)。同時(shí)，塔里木盆地低地溫克拉通背景下古老烴源巖二次生烴與原油裂解氣對(duì)現(xiàn)今油氣資源具有重要作用，勘探實(shí)踐與研究發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖深層天然氣潛力巨大［5，14，16］，晚期形成的天然氣資源可能被嚴(yán)重低估。

塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)的勘探早期以勘探石油為主，隨著勘探的深入，在塔中、塔北發(fā)現(xiàn)越來越多的天然氣，出現(xiàn)了既富油又富氣的油氣資源現(xiàn)狀。已發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)量中，天然氣約占了總探明儲(chǔ)量的45%和三級(jí)儲(chǔ)量的42%，預(yù)計(jì)天然氣的發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量最終會(huì)超過石油儲(chǔ)量。

2.3 石灰?guī)r為主的次生改造型儲(chǔ)層基質(zhì)物性差，非均質(zhì)性極強(qiáng)

從全球看，中新生界碳酸鹽巖大油氣田多具有良好的原生孔隙，主要受沉積相帶控制［11］，孔隙度多大于10%，儲(chǔ)層物性與碎屑巖相當(dāng)，均質(zhì)性強(qiáng)。塔里木盆地下古生界海相碳酸鹽巖不同于國(guó)內(nèi)外上古生界—新生界原生孔隙型碳酸鹽巖儲(chǔ)層［17］，其最主要的特性是以次生孔隙為主，基質(zhì)孔隙度和滲透率低，具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性（圖2）。

圖2 塔里木盆地與世界典型碳酸鹽巖油田孔滲相關(guān)散點(diǎn)圖

塔里木盆地寒武系—奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石類型多樣，目前發(fā)現(xiàn)的油氣藏以風(fēng)化殼型與礁灘型石灰?guī)r儲(chǔ)層為主［5］。由于古老碳酸鹽巖經(jīng)歷漫長(zhǎng)而復(fù)雜的成巖演化，受沉積微相、巖溶作用、構(gòu)造作用等多因素的影響［5-7］，碳酸鹽巖原始孔隙基本消失殆盡，儲(chǔ)集空間以次生孔洞與裂縫為主，以受多期表生期、埋藏期的溶蝕與裂縫改造作用形成的洞穴型、孔洞型、裂縫-孔洞型儲(chǔ)層為主［5］。

巖心物性統(tǒng)計(jì)分析表明，塔里木盆地碳酸鹽巖基質(zhì)孔滲很低，孔滲相關(guān)性差（圖2）。風(fēng)化殼巖心孔隙度一般小于1.2%，滲透率一般小于0.5×10-3μm2。 礁灘體基質(zhì)的物性則較好，但巖心孔隙度一般也小于3%，滲透率一般小于1×10-3μm2。測(cè)井解釋儲(chǔ)層段以低孔低滲儲(chǔ)層為主,孔隙度變化范圍一般在1.2%～6%，遠(yuǎn)低于世界典型碳酸鹽巖儲(chǔ)層。在基質(zhì)孔隙不發(fā)育的寒武系—奧陶系碳酸鹽巖，鉆遇大型縫洞體層段的孔隙度可高達(dá)10%～50%，滲透率變化范圍一般在（0.05～5）×10-3μm2。

由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有次生溶蝕孔、洞與裂縫三重孔隙，非組構(gòu)選擇性溶蝕作用強(qiáng)，儲(chǔ)層經(jīng)歷多期破壞與改造，造成強(qiáng)烈的非均質(zhì)性［3-7］。地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)表明，碳酸鹽巖洞穴規(guī)模與分布在平面上變化大，儲(chǔ)層分布極不均勻，大型縫洞僅局部發(fā)育，橫向上很快消失。縱向上優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段分布的部位、物性與厚度也都在不同深度發(fā)生快速變化，而且井間難以對(duì)比。

2.4 埋深大，儲(chǔ)蓋組合較差

世界海相碳酸鹽巖油氣藏以上古生界—新生界為主，埋深大多小于4 000 m（圖3），全球埋深小于3 000 m的大油氣田占了大油氣田總數(shù)的76%［18］。塔里木盆地寒武系—奧陶系碳酸鹽巖埋深多位于5 000～7000m，這一特點(diǎn)帶來了諸多成藏與工程方面的問題［12］。

圖3 世界碳酸鹽巖大油氣田埋深與塔里木盆地探井奧陶系頂面埋深對(duì)比

統(tǒng)計(jì)表明，世界碳酸鹽巖大油氣田中74%的蓋層為深海陸架到盆地環(huán)境的泥頁(yè)巖、蒸發(fā)環(huán)境的蒸發(fā)巖與泥巖類［11］，主要發(fā)育蒸發(fā)巖與生物礁、顆粒灘、白云巖形成的三大優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)蓋組合。塔里木盆地海相碳酸鹽巖區(qū)域蓋層以陸棚相—盆地相泥巖為主，西部中下寒武統(tǒng)存在蒸發(fā)巖蓋層，奧陶系碳酸鹽巖內(nèi)幕的致密碳酸鹽巖蓋層發(fā)育，如奧陶系蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、良里塔格組都發(fā)現(xiàn)有致密碳酸鹽巖蓋層的油氣藏［5］。

塔里木盆地海相碳酸鹽巖多旋回地質(zhì)結(jié)構(gòu)形成了多套、多類型的儲(chǔ)蓋組合，寒武系—奧陶系主要有下寒武統(tǒng)、上寒武統(tǒng)、奧陶系蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、良里塔格組等六套主要目的層，形成六套區(qū)域儲(chǔ)蓋組合。同時(shí)，塔里木盆地寒武系—奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼分別與上覆志留系泥巖、石炭系泥巖、中生界砂泥巖、以及上奧陶統(tǒng)良里塔格組石灰?guī)r形成儲(chǔ)蓋組合。

塔里木克拉通盆地海相碳酸鹽巖多旋回沉積變遷大，形成儲(chǔ)蓋組合多，鹽膏層類優(yōu)質(zhì)蓋層相對(duì)較少，而且橫向分布變化較大，儲(chǔ)蓋特性總體上差于世界典型海相碳酸鹽巖。

3 油氣藏特性

3.1 以非構(gòu)造油氣藏為主

全球碳酸鹽巖大油氣田主要以構(gòu)造油氣藏為主［11］，構(gòu)造型油田占總個(gè)數(shù)的88.3%，其儲(chǔ)量占石油總儲(chǔ)量的95%，表明構(gòu)造油田不僅個(gè)數(shù)多，而且儲(chǔ)量更大，尤其是特大型和巨型油氣田一般都以大型構(gòu)造圈閉為主。

塔里木盆地寒武系—奧陶系碳酸鹽巖以風(fēng)化殼縫洞體儲(chǔ)層、礁灘體儲(chǔ)層、白云巖儲(chǔ)層形成的非構(gòu)造圈閉為主，主要形成于加里東期—晚海西期，圈閉主要發(fā)育于隆起斜坡部位，僅局部白云巖風(fēng)化殼區(qū)發(fā)育小型構(gòu)造圈閉。地層巖性油氣藏是塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖中的主要類型，碳酸鹽巖非構(gòu)造類圈閉中的油氣主要受儲(chǔ)層控制，它與受局部構(gòu)造圈閉控制的油氣成藏特征截然不同，油氣水分布特征及油氣產(chǎn)出具有明顯差異［5］。在儲(chǔ)層發(fā)育的局部構(gòu)造部位，也有小型的構(gòu)造油氣藏，儲(chǔ)層發(fā)育，橫向連通性好，油氣分布比較均一，油氣水界面明顯［8］。

由于塔里木盆地的油氣藏圈閉復(fù)雜而難以描述，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，流體性質(zhì)變化大，表現(xiàn)出非常規(guī)油氣藏的特征，因此它也可以被納入非常規(guī)油氣藏序列［4，16］。

3.2 多期油氣調(diào)整改造，流體性質(zhì)復(fù)雜多樣

世界典型的碳酸鹽巖大油氣田，如中東、濱里海、墨西哥灣等地區(qū)的大油氣田，大多是晚期成藏，油氣藏簡(jiǎn)單，流體單一［2，11］。而塔里木疊合盆地的下古生界碳酸鹽巖成藏早，經(jīng)歷多期構(gòu)造調(diào)整改造，造成油氣藏的復(fù)雜多樣和流體性質(zhì)的多變（圖4）。

圖4 輪南奧陶系碳酸鹽巖原油密度與含蠟量分區(qū)統(tǒng)計(jì)

塔里木盆地是典型的多構(gòu)造運(yùn)動(dòng)調(diào)整改造的疊合盆地［13］。綜合生烴史、構(gòu)造演化史與油氣成藏期次的分析，塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖主要有奧陶紀(jì)末—志留紀(jì)、二疊紀(jì)和新近紀(jì)等三期油氣充注與調(diào)整，以及志留紀(jì)—泥盆紀(jì)、三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)等兩期油氣破壞調(diào)整的復(fù)雜成藏史［16］。

塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［13］，構(gòu)造改造造成油氣藏的多期改造破壞是疊合盆地的典型特征，油氣藏的特征與分布更為復(fù)雜。在古隆起的軸部迄今未發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖大油氣田的主要原因就是構(gòu)造改造強(qiáng)烈、上覆蓋層薄，油氣藏多遭受破壞或向上調(diào)整。碳酸鹽巖油氣藏的保存還受控于蓋層分布及水文地質(zhì)條件的影響［12］，塔里木盆地鹽巖層系厚度小、分布局限，蓋層縱橫向變化大，油氣改造作用更為強(qiáng)烈。

由于多期的油氣調(diào)整改造，塔里木盆地海相碳酸鹽巖既有稠油和輕質(zhì)油，也有凝析氣與干氣，薄片見碳質(zhì)瀝青充填早期孔洞、油質(zhì)瀝青充填后期縫洞，流體相態(tài)復(fù)雜多樣。輪南地區(qū)奧陶系經(jīng)歷早海西期和晚海西期兩期強(qiáng)烈的構(gòu)造改造作用［5］，發(fā)生了大量的油氣散失與破壞，在輪南斷壘帶以北，奧陶系油氣幾乎全被破壞。向南破壞程度逐漸降低，潛山高部位以重質(zhì)油為主，圍斜帶受多期的調(diào)整改造，既有正常油藏，也有揮發(fā)油和凝析氣，不同區(qū)塊奧陶系原油、天然氣性質(zhì)變化大（圖4），油氣水邊界難以區(qū)分，不能用常規(guī)油氣藏描述方法確定油氣藏范圍。

3.3 中低儲(chǔ)量豐度的小型油氣藏為主，分布超出古隆起并大面積疊置連片

世界典型碳酸鹽巖大油氣田大多沿大型構(gòu)造帶、地層巖性帶局部富集，油氣分布比較集中，主要分布在古隆起的高部位，并以大型構(gòu)造油氣藏為主，儲(chǔ)量豐度高［1-2，11］。而塔里木盆地古老海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性整體較差，寒武系—奧陶系碳酸鹽巖油氣藏的孔隙度一般在2%～5%，雖然可能有較大的油氣柱高度，但大多數(shù)油氣藏以中低儲(chǔ)量豐度為主（圖5），單個(gè)油氣藏通常規(guī)模較小，一些相對(duì)獨(dú)立的油氣藏呈縱向疊置、橫向連片分布。

圖5 塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖油氣藏儲(chǔ)量豐度統(tǒng)計(jì)

塔里木盆地塔北古隆起南斜坡和中央古隆起北斜坡是碳酸鹽巖油氣的主要分布區(qū)（圖1），目前勘探向斜坡低部位不斷拓展，已遠(yuǎn)離古隆起而進(jìn)入北部坳陷，發(fā)現(xiàn)的含油氣深度已超過7000m，高差逾2000m，但尚未發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖含油氣的深度邊界。塔北隆起南斜坡—北部坳陷區(qū)含油氣面積超過10000km2，中央隆起北斜坡上奧陶統(tǒng)礁灘體、鷹山組風(fēng)化殼已形成8 000km2多層段連片含油氣的局面。

3.4 生產(chǎn)特征復(fù)雜，高效井提供主要產(chǎn)量

世界典型的碳酸鹽巖大油氣田以高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)著稱，雖然碳酸鹽巖的油氣儲(chǔ)量不及總量的50%，但其產(chǎn)量卻占世界總產(chǎn)量的60%以上，其生產(chǎn)效果優(yōu)于碎屑巖。而塔里木盆地古老碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，油氣水產(chǎn)出變化大，油氣產(chǎn)出不穩(wěn)定、遞減快，少量高產(chǎn)井形成了主要的產(chǎn)能。

不同于碳酸鹽巖孔隙型儲(chǔ)層，塔里木盆地碳酸鹽巖油氣水產(chǎn)出變化大，同一部位、同一口井的不同階段都可能出現(xiàn)不同的生產(chǎn)特征［5］（圖6）。塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖同一油氣藏內(nèi)，既有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)井，也有中低產(chǎn)井和出水井。高產(chǎn)井中既有產(chǎn)量比較穩(wěn)定的油氣井，也有快速下降的、以及周期性變化與忽高忽低的油氣井。塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖產(chǎn)水特征復(fù)雜［4-5］，出水量變化大。奧陶系碳酸鹽巖油氣藏容易發(fā)生暴性水淹，含水率會(huì)出現(xiàn)突然快速上升，難以實(shí)施有效開發(fā)措施，也有含水率出現(xiàn)下降的情況，或是含水快速上升后又無(wú)水的生產(chǎn)特征。

圖6 塔里木盆地奧陶系典型試采曲線類型

由于塔里木盆地古老奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼原生孔隙極低，多以次生的非均質(zhì)孔、洞、縫為儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)集層之間的連通性差，在生產(chǎn)過程中往往油氣的初始產(chǎn)量高，但多數(shù)井產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)難。輪古地區(qū)的遞減率達(dá)20%以上［5］，塔河油田也是如此，油氣采收率低、產(chǎn)量遞減率高具有普遍性。

塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏開發(fā)過程中，在不同的井區(qū)都有高效井、低效井，同時(shí)也有空井與少量產(chǎn)出后的未投產(chǎn)井。受大型縫洞體控制的高效井比率一般在20%～30%，高效井單井產(chǎn)量通常超過50t/d，甚至達(dá)100t/d以上，構(gòu)成了油氣田的主要產(chǎn)能，油氣產(chǎn)量有70%以上來自少量高效井。

4 結(jié) 語(yǔ)

塔里木盆地碳酸鹽巖的成藏地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，造就了碳酸鹽巖油氣成藏與分布的特殊性。盡管目前盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)大量的海相碳酸鹽巖油氣資源，且已進(jìn)入了勘探開發(fā)的快速增長(zhǎng)期，但由于盆地內(nèi)的油氣藏類型特殊和特征復(fù)雜、儲(chǔ)量品位不高，開發(fā)難度仍然很大，70%以上的鉆井難以穩(wěn)產(chǎn)，這就需要我們持續(xù)攻關(guān)，以穩(wěn)步推進(jìn)增儲(chǔ)上產(chǎn)。

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