李文，何敏，李悅，雍芮，李國蓉，姜龍燕

（1.中石油西南油氣田公司重慶氣礦，重慶 400021；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059；3.中石化華北石油工程有限公司測(cè)井分公司，河南 新鄉(xiāng) 453700）

塔河油田于奇地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖巖溶作用研究

李文1，何敏1，李悅1，雍芮1，李國蓉2，姜龍燕3

（1.中石油西南油氣田公司重慶氣礦，重慶 400021；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059；3.中石化華北石油工程有限公司測(cè)井分公司，河南 新鄉(xiāng) 453700）

塔河油田北部于奇地區(qū)經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖溶儲(chǔ)層發(fā)育不均。從巖心觀察、薄片鑒定、鉆井和錄井資料及測(cè)井、地震資料等方面進(jìn)行分析解釋，論述于奇地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖多期巖溶作用的存在依據(jù)和發(fā)育特征，總結(jié)同生、表生期大氣水裸露風(fēng)化殼型巖溶作用和侵蝕埋藏巖溶作用模式。結(jié)果表明：研究區(qū)西南部巖溶斜坡集中發(fā)育巖溶縫孔洞和洞穴，北部巖溶高地溶蝕作用不強(qiáng)，巖溶縫孔洞相對(duì)較少。于奇地區(qū)主要經(jīng)歷了加里東中晚期表生大氣水巖溶作用、海西早期同生巖溶作用及海西期埋藏巖溶作用。

于奇地區(qū)；巖溶作用；碳酸鹽巖；奧陶系

塔里木盆地北部阿克庫勒凸起油氣資源十分豐富，位于凸起南部的塔河油區(qū)是重點(diǎn)勘探開發(fā)區(qū)。于奇地區(qū)位于凸起北部，鉆井少、投產(chǎn)井更少［1］，是塔河油區(qū)外圍重要的油氣勘探區(qū)。該區(qū)勘探開發(fā)資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明，奧陶系巖溶儲(chǔ)層為重要產(chǎn)油層位，是增儲(chǔ)上產(chǎn)的理想層位［2］。該巖溶儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，形成機(jī)制復(fù)雜，嚴(yán)重制約了油氣勘探開發(fā)的高效發(fā)展。目前對(duì)于奇地區(qū)奧陶系巖溶作用的機(jī)制和控制因素的認(rèn)識(shí)尚不清楚，因此，加強(qiáng)研究區(qū)儲(chǔ)層巖溶作用的研究對(duì)下一步勘探開發(fā)具重要指導(dǎo)意義。本文基于巖心、薄片、測(cè)井資料的綜合解釋，從微觀入手分析工區(qū)巖溶現(xiàn)象存在的依據(jù)、展布范圍，探討巖溶作用期次和模式。

1 地質(zhì)概況

于奇地區(qū)位于新疆輪臺(tái)縣和庫車縣境內(nèi)，地處塔里木盆地阿克庫勒凸起北部，東鄰草湖凹陷，西接哈拉塘凹陷，南為塔河油田（圖1）。為一NE向展布的大型鼻狀凸起，總體表現(xiàn)為西南低、東北高。地層區(qū)劃上屬塔里木地層分區(qū)塔北分區(qū)［3］。

元古代末塔里木盆地基底形成后，寒武—奧陶紀(jì)經(jīng)歷了加里東、海西、印支、燕山、喜山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造。研究區(qū)主要發(fā)育下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組和中下奧陶統(tǒng)鷹山組。東部上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)，除發(fā)育中下奧陶統(tǒng)外，還發(fā)育一間房組、恰爾巴克組、良里塔格組和桑塔木組，主要巖性為白云巖、微晶灰?guī)r、粒屑微晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖［4］。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 The structural position of study area

2 巖溶作用的識(shí)別

塔里木盆地北部阿克庫勒凸起奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層是典型的巖溶縫孔洞型儲(chǔ)層，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及多期巖溶作用改造，包括加里東中晚期平行不整合大氣水表生巖溶，海西早期角度不整合同生巖溶作用及海西晚期進(jìn)一步埋藏溶蝕作用。研究表明，研究區(qū)海西早期巖溶作用持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、巖溶強(qiáng)度大，大型巖溶洞穴尤其發(fā)育［4］。

本文討論的巖溶作用指狹義的巖溶，即沉積物固結(jié)成巖后再抬升至地表或近地表環(huán)境，大氣水對(duì)巖石的溶蝕作用和地下深部的侵蝕埋藏巖溶作用（碳酸鹽巖在中-深埋藏階段主要與埋藏成巖作用相聯(lián)系的溶蝕作用現(xiàn)象及過程［5］）。作用結(jié)果除產(chǎn)生大量縫孔洞外，還有一系列伴生標(biāo)志，Esteban和Klap-Pa對(duì)此作了較全面概括（表1）［6］。本次研究從巖心、薄片、鉆井錄井、高分辨率測(cè)井和地震等資料入手，找到了該區(qū)巖溶作用存在的證據(jù)。

2.1 巖心、薄片識(shí)別巖溶作用

通過對(duì)YQ1、YQ3、YQ8井的巖心、薄片進(jìn)行觀察，可直接識(shí)別出巖溶縫孔洞，巖心上可見充填和半充填的溶蝕小孔洞和網(wǎng)狀裂縫，溶蝕孔洞直徑為0.2～10 cm。顯微鏡下可見充填、半充填的巖溶縫孔洞，粒內(nèi)粒間的溶蝕孔洞，及溶蝕作用形成的鳥眼構(gòu)造（圖2）。特征如下：①縫孔洞系統(tǒng)較發(fā)育，風(fēng)化裂隙使巖石呈角礫狀構(gòu)造；②溶蝕孔洞和不規(guī)則風(fēng)化裂隙系統(tǒng)內(nèi)被方解石及砂泥質(zhì)充填；③縫合線或斜交層面縫合線發(fā)生裂開擴(kuò)大溶蝕形成不規(guī)則縫洞，縫洞內(nèi)被方解石及砂泥質(zhì)充填；④硅質(zhì)結(jié)核內(nèi)部及邊緣溶蝕孔洞為方解石充填或部分充填；⑤大型洞穴內(nèi)塌陷角礫巖、洞穴內(nèi)暗河沉積角礫巖和砂泥巖沉積；⑥由于出露地表經(jīng)氧化巖溶縫洞壁呈紫紅色，有時(shí)縫洞內(nèi)方解石充填物呈紫紅色；⑦大洞穴內(nèi)可見巨晶方解石和鐘乳石沉淀物。

2.2 鉆井錄井識(shí)別巖溶作用

鉆井中發(fā)生的放空、漏失、溢流現(xiàn)象可用來判斷大套巖溶洞穴、縫孔洞的存在。當(dāng)鉆遇巖溶縫孔洞地層時(shí)，由于低鉆壓快鉆時(shí)，鉆時(shí)會(huì)突然減小，鉆速明顯加快，出現(xiàn)鉆井液油氣侵、井涌、井噴，返出鉆井液溫度突然升高等現(xiàn)象。據(jù)所受地表水和地下水水動(dòng)力條件控制力度的不同，將暴露淡水巖溶區(qū)在垂向上劃分為地表巖溶帶、滲流巖溶帶和潛流巖溶帶，它們發(fā)育的巖溶方式、溶蝕形態(tài)和產(chǎn)物等存在較大差異，鉆井響應(yīng)特征明顯（表2）［7］。

圖2 巖心、薄片上的部分巖溶現(xiàn)象Fig.2 The karst phenomena partly on cores and flakes

表1 通常與巖溶作用伴生的特征Table 1 The characteristics usually associated with karstification

2.3 測(cè)井識(shí)別巖溶作用

測(cè)井曲線上，發(fā)育較好的巖溶縫孔洞儲(chǔ)層表現(xiàn)為深淺側(cè)向電阻率曲線，顯示較低的電阻率值（＜400 Ω·m），且出現(xiàn)正幅度差，即深側(cè)向電阻率值大于淺側(cè)向電阻率值，幅度值為10～150 Ω·m；自然伽馬呈低值，比純灰?guī)r段略高或與致密灰?guī)r段相近，一般為3～15 API；聲波時(shí)差出現(xiàn)或大或小的跳波現(xiàn)象，中子增大，密度降低，一般2.2～2.5 g/cm3，常呈鋸齒狀。當(dāng)鉆遇巖溶洞穴型儲(chǔ)層時(shí)，雙側(cè)向電阻率急劇下降（＜200 Ω·m），井徑異常擴(kuò)徑，聲波時(shí)差異常增大，密度異常降低。若洞穴為砂、泥質(zhì)充填，自然伽馬則表現(xiàn)較高值（圖3）。在電成像測(cè)井圖像上，未充填溶洞一般呈黑色，充填溶洞則呈黑、棕、黃、白等顏色，這取決于充填物的類型和特征。溶洞充填物主要有角礫巖、砂泥巖和結(jié)晶碳酸鹽巖3種類型：角礫巖呈斑狀，其中淺色斑塊解釋為從圍巖跨塌下來的角礫，斑塊間深色部分為砂、泥質(zhì)填隙物；洞穴砂、泥巖一般呈黑色、棕色高導(dǎo)顯示，其中常見圖像紋理，解釋為各種層理構(gòu)造；洞穴結(jié)晶碳酸鹽巖因電阻率最高，圖像呈白色，見紋層狀生長構(gòu)造。洞穴及充填物與碳酸鹽圍巖淺棕、亮黃色中高阻電成像測(cè)井特征易于區(qū)別［8］。利用電成像測(cè)井，結(jié)合巖心層位標(biāo)定，加上常規(guī)測(cè)井資料就能有效得識(shí)別出巖溶洞穴。

表2 巖溶分帶鉆井響應(yīng)特征Table 2 The drilling response characteristics of karst zone

圖3 三種儲(chǔ)層類型的測(cè)井響應(yīng)特征Fig.3 The logging response characteristics of three reservoir types

2.4 地震資料識(shí)別巖溶作用

研究和鉆探驗(yàn)證，塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層風(fēng)化面附近裂縫、溶洞發(fā)育帶的地震響應(yīng)特征為：弱振幅、高振幅變化率、弱相干、低阻抗、低速度等。碳酸鹽巖儲(chǔ)層內(nèi)裂縫、溶洞發(fā)育帶的地震響應(yīng)特征為：強(qiáng)振幅、高振幅變化率、弱相干、低阻抗、低速度等［9］。巖溶孔洞型儲(chǔ)層常見串珠狀結(jié)構(gòu)［10］。由于地震資料存在多解性和研究精度（分辨率）不夠高等問題，只能在宏觀上識(shí)別巖溶作用。

3 巖溶現(xiàn)象在本區(qū)的展布

巖溶作用在本區(qū)主要表現(xiàn)形式是巖溶縫、孔、洞，大孔洞往往開始于腳洞，腳洞的形成主要與側(cè)向侵蝕作用有關(guān)。溶蝕溝陡岸、凹岸、殘丘腳下、坡地與洼地交界處、高地與洼地交界處等為水流沖刷作用較強(qiáng)地帶，也是腳洞易形成地帶，以溶蝕溝陡岸，凹岸最有利。斜坡帶、溶蝕洼地一度是相對(duì)寬緩的徑流區(qū)或漫流區(qū)，水動(dòng)力條件與溶蝕溝相比，其沖刷強(qiáng)度相對(duì)弱些。因此，在洼地、斜坡（與臺(tái)地、山地交界地帶）形成的孔、洞、縫規(guī)模和數(shù)量相對(duì)小些。斜坡區(qū)及洼地主體部位，需隆起到足夠高時(shí)，其表面才接受全面的較強(qiáng)的巖溶改造，這些部位與高部位的緩坡帶、殘丘群、洼地周邊地區(qū)相比，接受古溶作用的時(shí)間要短，強(qiáng)度要弱，形成的孔、洞、縫數(shù)量和規(guī)模要少些［11，12］。

巖溶現(xiàn)象在本區(qū)縱橫向上展布如下：橫向上，于奇西南部是巖溶斜坡處集中發(fā)育巖溶縫孔洞和洞穴，其中YQ3、YQ4、YQ7、YQ11井發(fā)現(xiàn)很好的洞穴型儲(chǔ)層（表3）。YQ1、YQ6井表明于奇東部巖溶斜坡處巖溶裂縫和溶蝕孔隙次發(fā)育。于奇北部巖溶高地處溶蝕作用并不強(qiáng)烈，巖溶孔洞縫相對(duì)較少（表4）。據(jù)鉆井、測(cè)井資料分析，縱向上下奧陶統(tǒng)鷹山組發(fā)育3套洞穴巖溶旋回，巖溶縫孔洞往往在巖溶洞穴處上下界面附近較發(fā)育，工區(qū)北部為鷹山組巖溶洞穴主要發(fā)育帶，工區(qū)西南角是巖溶縫孔主要分布區(qū)，東部為巖溶縫洞次要發(fā)育帶，東南角巖溶現(xiàn)象最不發(fā)育（圖4）。

表3 塔河油田于奇地區(qū)探井海西早期巖溶洞穴統(tǒng)計(jì)Table 3 The early Hercynian karst caves statistics of exploratory wells in Yuqi areas，Tahe Oilfield

表4 塔河油田于奇地區(qū)探井海西早期巖溶縫孔洞統(tǒng)計(jì)Table 4 The early Hercynian Karst fracture-cave statistics of exploratory wells in Yuqi areas，Tahe Oilfield

4 巖溶作用期次

于奇地區(qū)位于阿克庫勒凸起北部，加里東和海西期演化過程中，受構(gòu)造、沉積和古氣候的影響，普遍發(fā)育大氣水暴露、大氣水覆蓋、埋藏?zé)嵋旱戎饕獛r溶作用［13］。泥盆紀(jì)末，阿克庫勒地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組、一間房組和上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組、良里塔格組、桑塔木組的碳酸鹽巖層被埋藏于志留系、泥盆系以碎屑巖為主體的巖層之下，受加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，形成鼻狀凸起。此時(shí)由短暫的暴露輕微巖溶發(fā)展到表生大氣水暴露巖溶作用，局部可見同生期巖溶作用（圖5-a）。海西早期，阿克庫勒凸起繼續(xù)劇烈抬升，構(gòu)造形態(tài)發(fā)生較大變化，鼻狀凸起初具規(guī)模，形成區(qū)域性不整合，廣泛發(fā)育風(fēng)化裂隙系統(tǒng)。下泥盆統(tǒng)—志留系、上奧陶統(tǒng)桑塔木組、良里塔格組、恰爾巴克組和中奧陶統(tǒng)一間房組頂部被大量剝蝕，下奧陶統(tǒng)鷹山組被部分剝蝕，并對(duì)早期形成的巖溶縫孔洞進(jìn)行改造，對(duì)早期同生巖溶作用及層間巖溶作用所形成的孔隙層發(fā)生順層溶蝕作用，巖溶發(fā)育深度及縫洞規(guī)模增大，連通性增強(qiáng)。受地下水排泄基準(zhǔn)面或海平面控制，巖溶系統(tǒng)內(nèi)形成不同高程的較強(qiáng)巖溶發(fā)育帶（圖5-b）［14］。早石炭世，塔里木盆地發(fā)生整體沉降，古巖溶面逐漸被淹沒，與前期溶蝕作用相比，晚期溶蝕作用產(chǎn)生的孔洞多未被充填或半充填至早石炭世末，阿克庫勒凸起整體處于早石炭世碎屑巖系沉積層的覆蓋之下。與前期溶蝕作用相比，晚期溶蝕作用產(chǎn)生的孔洞多未被充填或半充填，海進(jìn)盆地邊緣和原地表水系沿岸近地表的縫洞體系多受后期沉積物充填，部分早期虹吸管道發(fā)育帶、地形高差較大的巖溶陡坡帶及地下水位轉(zhuǎn)換帶下游的分支洞穴未被充填或部分充填（5-c）［15］。

總體來說，海西期構(gòu)造抬升劇烈，暴露面積大，裸露風(fēng)化環(huán)境下，碳酸鹽巖地層的巖溶作用更強(qiáng)，是巖溶縫孔洞系統(tǒng)主要的形成和發(fā)育時(shí)期。

圖4 于奇地區(qū)奧陶系鷹山組巖溶平面分布圖Fig.4 Karst planar graph of the Ordovician Yingshan Formation

圖5 于奇地區(qū)加里東期、海西期裸露風(fēng)化巖溶發(fā)育期次Fig.5 The bare weathered karst development stages of Caledonian，Hercynian in the Yuqi areas

5 巖溶作用模式

綜上所述，于奇地區(qū)主要發(fā)育加里東中晚期表生大氣水巖溶作用、海西早期同生巖溶作用和海西期進(jìn)一步侵蝕埋藏巖溶作用，其作用模式可歸結(jié)為同生、表生大氣水裸露風(fēng)化殼型巖溶作用和侵蝕埋藏巖溶作用模式（圖6）。

加里東中晚期、海西早期原巖被抬升并暴露于地表之上，致使碳酸鹽巖沉積物進(jìn)入大氣水改造環(huán)境，發(fā)育同生、表生大氣水裸露風(fēng)化殼型巖溶作用，飽含CO2的大氣水選擇性的淋濾溶蝕碳酸鹽巖地層，在地表形成落水洞、鈣質(zhì)介殼、垮塌巖，具發(fā)育不規(guī)則裂縫系統(tǒng)、縫合線、溶蝕孔洞和洞穴坍塌等特征［16］。這種巖溶作用在阿克庫勒凸起于奇地區(qū)中上奧陶統(tǒng)一間房組和上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組較發(fā)育，是該區(qū)巖溶縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育的主控巖溶作用。埋藏巖溶主要發(fā)生在構(gòu)造低部位，大氣水尚不能及，滲濾受到限制。地表水僅通過斷層、裂縫對(duì)巖層進(jìn)行溶蝕或深部熱液侵入巖體對(duì)碳酸鹽巖圍巖的侵蝕埋藏巖溶作用，主要發(fā)育齒狀巖溶裂縫和巖溶孔隙。其存在的主要層位是中下陶統(tǒng)鷹山組和上奧陶統(tǒng)良里塔格組、桑塔木組。

6 結(jié)論

（1）于奇地區(qū)巖溶作用證據(jù)包括：巖心的縫孔洞伴有外來沉積充填物；鉆井錄井時(shí)發(fā)生放空、漏失、井涌、溢流、井噴等現(xiàn)象；測(cè)井曲線顯示幅度劇烈變化；地震反射剖面多表現(xiàn)出高振幅變化率、弱相干、低阻抗、低速度、雜亂反射、串珠狀反射等特征。

（2）于奇西南部是巖溶斜坡處集中發(fā)育巖溶縫孔洞和洞穴，北部巖溶高地處溶蝕作用不強(qiáng)，巖溶孔洞縫相對(duì)較少。巖溶洞穴處上下界面附近往往巖溶縫孔洞較發(fā)育。

（3）于奇地區(qū)經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，主要發(fā)育加里東中晚期表生大氣水巖溶作用、海西早期同生巖溶作用和海西期侵蝕埋藏巖溶作用，其作用模式分為同生、表生大氣水裸露風(fēng)化殼型巖溶作用和侵蝕埋藏巖溶作用模式。

圖6 于奇地區(qū)同生、表生期巖溶和埋藏巖溶作用模式Fig.6 The karstification model of syngenesis、epi-atmosphere water and buried stages in Yuqi areas

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Study on Karstification of Ordovician Carbonate Rock in Yuqi Area of Tahe Oilfield，Tarim Basin

Li Wen1，He Min1，Li Yue1，Yong Rui1，Li Guorong2，Jiang Longyan3
（1.Chongqing Gas Field，Southwest Oil&Gasfield Company，PetroChina，Chongqing，400021，China；2.School of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan，610059，China；3.Sinopec North China Petroleum Engineering Company Logging Branch，Xinxiang，Henan，453700，China）

The Yuqi area which are in the northern part of the Tahe Oilfield has experienced multiple tectonic movement and developed uneven karst reservoir.Evidences of the presence of the Ordovician carbonates multi-phase karstification basis have been found，developmental characteristics has been described and karstification mode of late Caledonian supergene atmospheric water karstification，early Hercynian syngenetic karst and Hercynian buried karstification have been summed up from the analysis of core observation，thin section analysis，drilling data，logging data，log data and seismic data.Results show that centralized development of karst the slit holes and caves are at the southwest the karst slopes of the study area，karst fracture holes are less in the northern karst high location.Develop the modle of Caledonian Epidiagenetic stage，Early Hercynian Epidiagenetic stage and Hercynian burial karstification stage.

Yuqi Area；Karstification；Carbonate Rock；Ordovician

1000-8845（2015）02-229-06

P618.13

A

2013-02-17；

2013-08-01；作者E-mail：2462436193@qq.com

李文（1987-），男，四川成都人，碩士，工程師，2014年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京），主要從事石油天然氣勘探開發(fā)和儲(chǔ)層沉積學(xué)研究方向