王曄磊，邱隆偉，師　政，曹中宏，張紅塵（.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島66580；.中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063004）

基于FMI測井相的巖溶發(fā)育模式
——以渤海灣盆地黃驊坳陷南堡凹陷古生界為例

王曄磊1，邱隆偉1，師政1，曹中宏2，張紅塵2
（1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063004）

碳酸鹽巖潛山油氣藏是南堡凹陷最為重要的油氣藏類型，巖溶作用對其具有控制作用。為了增強對南堡凹陷巖溶發(fā)育規(guī)律的認識，以FMI測井資料為主，結(jié)合常規(guī)測井、錄井以及巖石薄片等地質(zhì)資料，總結(jié)巖溶發(fā)育控制因素的FMI測井響應(yīng)特征，建立了高阻裂縫相、高導(dǎo)裂縫相、溶蝕擴大縫相、溶蝕孔隙相和洞穴垮塌相5種FMI測井相。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，建立了巖溶發(fā)育特征與FMI測井相的配置關(guān)系。研究結(jié)果表明，南堡凹陷發(fā)育上部表生巖溶帶和下部埋藏巖溶帶，表生巖溶帶主要發(fā)育高導(dǎo)裂縫相、溶蝕孔隙相和洞穴垮塌相，其中，洞穴垮塌相是表生巖溶帶特有；埋藏巖溶帶主要發(fā)育高阻裂縫相、溶蝕擴大縫相、溶蝕孔隙相。巖性與斷層是巖溶發(fā)育最主要的控制因素。

渤海灣盆地；黃驊坳陷；南堡凹陷；古生界；碳酸鹽巖；古潛山；巖溶作用；微電阻率掃描成像測井

隨著油氣勘探的不斷深入，碳酸鹽巖潛山油氣藏成為眾多學(xué)者關(guān)注的重點。從西部的塔里木油田到東部的大港油田，先后在古生界潛山內(nèi)幕油氣勘探中獲得重大發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖潛山因其優(yōu)越的成藏條件和良好的勘探前景，成為油氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域。巖溶作用是影響碳酸鹽巖儲集層物性的重要因素，南堡凹陷古生界碳酸鹽巖潛山巖溶發(fā)育規(guī)律與模式也成為了研究的熱點。

受碳酸鹽巖潛山巖性和非均質(zhì)性的制約，常規(guī)的測井、錄井方法具有很多不足，如測井曲線多解、地震資料串珠狀反射較少等，而地層微電阻率掃描成像（FMI）測井主要是通過圖像特征和幾何形態(tài)的變化，來反映電阻率物理參數(shù)的差異，從而揭示地層的不同巖性和沉積構(gòu)造的差異，具有很高的分辨率（約5 mm），可以清楚地反映地層巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及井壁結(jié)構(gòu)的變化，如裂縫、層理、結(jié)核、礫石顆粒、微斷層和井壁崩落等。本文利用FMI測井技術(shù)，結(jié)合常規(guī)測井、錄井和巖心資料，對南堡凹陷古生界碳酸鹽巖潛山巖溶發(fā)育模式進行研究，為南堡地區(qū)古生界碳酸鹽巖潛山油氣藏的勘探開發(fā)提供幫助。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北端，北靠西南莊—柏各莊凸起，西為北塘凹陷，南接沙壘田凸起，總體呈東西向，面積約1 932 km2（圖1）［1-2］。研究區(qū)內(nèi)分布有南堡1號、南堡2號、南堡3號、南堡4號和南堡5號5個潛山帶，除南堡4號潛山構(gòu)造帶外，其余均為寒武系或奧陶系碳酸鹽巖潛山，其上與中生界或古近系不整合接觸［3-5］。其中奧陶系發(fā)育大套灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r，自然伽馬在整體低值背景下出現(xiàn)高峰；寒武系上部發(fā)育大套灰?guī)r，下部發(fā)育厚層泥灰?guī)r，上部自然伽馬值較下部低，泥灰?guī)r發(fā)育段聲波時差明顯增大。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置

2　巖溶發(fā)育特征的FMI測井響應(yīng)

2.1受巖性影響的巖溶發(fā)育特征

南堡凹陷目的層包括寒武系府君山組到奧陶系馬家溝組，巖石類型包括白云質(zhì)灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r及粉砂質(zhì)頁巖等，其中泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r與泥灰?guī)r最為發(fā)育［5］。結(jié)合FMI測井相，發(fā)現(xiàn)對巖溶發(fā)育起到控制作用的巖石類型的FMI測井響應(yīng)特征為:①致密灰?guī)r，全區(qū)有FMI測井資料的井均有純灰?guī)r發(fā)育，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，發(fā)育在純灰?guī)r段的儲集層厚度占儲集層總厚度的10%，致密灰?guī)r在巖溶作用中起到遮擋層的作用，在一定程度上起到匯水作用，增強了其周邊巖層的巖溶作用。致密灰?guī)r自然伽馬低，密度較高，中子孔隙度較低，電阻率較高，巖石光電截面指數(shù)高；FMI靜態(tài)圖像上表現(xiàn)為黃色到亮黃色，動態(tài)圖像上呈塊狀（圖2a）或?qū)訝睿▓D2b），溶蝕發(fā)育較差，滲透性極差，可作為巖溶發(fā)育段的遮擋層，對巖溶發(fā)育范圍與形態(tài)起到控制作用，其中動態(tài)圖像上的塊狀灰?guī)r反映相對高能的沉積環(huán)境，層狀灰?guī)r反映相對低能的沉積環(huán)境；②白云質(zhì)灰?guī)r，自然伽馬低，密度高，中子孔隙度高，電阻率高；FMI靜態(tài)圖像上顯示黃色到亮黃色，動態(tài)圖像表現(xiàn)為塊狀層理（圖2c）或?qū)訝顚永恚▓D2d），裂縫及縫合線發(fā)育，受巖性控制，白云質(zhì)灰?guī)r段多發(fā)育裂縫，部分裂縫受后期充填作用影響，不具有孔滲性；③白云巖，自然伽馬低，密度、中子孔隙度均較純灰?guī)r高，巖石光電截面指數(shù)中等，電阻率較高（圖2e）；FMI靜態(tài)圖像上一般為黃色到亮白色，動態(tài)圖像上為塊狀構(gòu)造發(fā)育，大部分層段裂縫密集發(fā)育或發(fā)育針孔狀溶蝕；④泥灰?guī)r，自然伽馬中等，密度、中子孔隙度交會顯示有一定的泥質(zhì)含量，巖石光電截面指數(shù)中等，電阻率中等（圖2f）；FMI靜態(tài)圖像上顯示為黃色，動態(tài)圖像上顯示塊狀構(gòu)造發(fā)育，高阻縫發(fā)育；⑤垮塌角礫巖，F(xiàn)MI靜態(tài)圖像上顯示黃色到亮黃色，動態(tài)圖像表現(xiàn)為角礫狀礫石與泥質(zhì)混雜堆積的特征（圖2g），礫石分選磨圓一般較差，溶蝕孔隙較發(fā)育，垮塌角礫巖多為早期的地下溶洞或落水洞受外力作用垮塌，地下暗河攜帶的泥質(zhì)沉積物膠結(jié)形成，孔隙度與滲透率一般較大；⑥玄武巖，自然伽馬低，密度極高，中子孔隙度高，電阻率低（圖2h）；FMI靜態(tài)圖像上顯示為暗黃色到黃色，動態(tài)圖像表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造，裂縫發(fā)育，部分層段發(fā)育高阻縫。

圖2　研究區(qū)主要巖性的FMI測井響應(yīng)特征

2.2斷層對巖溶發(fā)育的控制作用

斷層是巖溶發(fā)育的另一重要控制因素，強烈構(gòu)造運動形成的斷層改變了儲集層的連通性，形成了地下流體的優(yōu)勢運移通道，增強了巖溶作用。通過對南堡地區(qū)FMI測井?dāng)?shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，整個南堡地區(qū)發(fā)育大量斷距小于10 cm的微型斷層，這些微型斷層對巖溶儲集層同樣具有重要作用。以南堡1-86井為例（圖3），4179.5—4180.5m，4182.5—4183.5m，4264—4 265 m，4 343—4 344 m的4套巖溶特別發(fā)育段均與斷層發(fā)育直接相關(guān)。南堡1-86井全井段平均孔隙度約2%，而斷層處的平均孔隙度為11%.斷層在FMI靜態(tài)圖像上可見巖性突變或者巖石構(gòu)造等被切割的特征，在動態(tài)圖像上往往表現(xiàn)為暗色較寬的正弦曲線，連續(xù)性較差。

圖3　研究區(qū)南堡1-86井?dāng)鄬优c巖溶發(fā)育關(guān)系

3　 FMI測井相類型

通過觀察分析南堡凹陷及周邊凸起33口井的FMI測井資料，運用FMI測井相的概念［6-7］，建立了表征巖溶發(fā)育程度的5種FMI測井相（圖4）。

圖4　典型FMI測井相類型

（1）高阻裂縫相在FMI動態(tài)圖像上往往表現(xiàn)為黃色或亮黃色的正弦曲線，連續(xù)性較好，高阻裂縫的形成是早期的高導(dǎo)裂縫被方解石等高阻礦物充填（圖4a），因此滲透能力差，一般不具有儲集性能。但酸化壓裂后，仍可作為有效通道，進而提高儲集層滲透能力。

（2）高導(dǎo)裂縫相在FMI動態(tài)圖像上表現(xiàn)為深色（黑色）的正弦曲線，連續(xù)性比較好，為鉆井泥漿侵入或者泥質(zhì)充填所致。按照裂縫發(fā)育特征，又可將其分為孤立型高導(dǎo)裂縫（圖4b）、成組型高導(dǎo)裂縫（圖4c）和網(wǎng)狀高導(dǎo)裂縫（圖4d）。

（3）溶蝕擴大縫相溶蝕擴大縫在FMI動態(tài)圖像上可見寬度較大的深棕色至黑色的高導(dǎo)縫（圖4e），此類FMI測井相多與斷層相伴生，為早期構(gòu)造縫受溶蝕作用擴大形成。

（4）溶蝕孔隙相在FMI動態(tài)圖像上多呈高導(dǎo)異常體（圖4f），按照形態(tài)可分為層狀、串珠狀和斑塊狀。裂縫溝通了這些溶蝕孔隙，形成了南堡地區(qū)古生界碳酸鹽巖潛山油氣藏最主要的儲集空間。

（5）洞穴垮塌相指原始地下溶洞暗河受重力或上覆壓力等外力作用垮塌，形成的具有高孔高滲、儲集性能極好的一類儲集層。其自然伽馬中等，密度高，中子孔隙度中等，巖石光電截面指數(shù)中等，電阻率中—高；FMI靜態(tài)圖像上顯示黃色到亮黃色，動態(tài)圖像上表現(xiàn)為角礫狀礫石與泥質(zhì)混雜堆積的特征（圖4g），礫石分選性差，磨圓度差，溶蝕孔隙發(fā)育。

以上5種FMI測井相溶蝕孔隙與裂縫逐漸發(fā)育，溶蝕作用逐漸變強，儲集空間從微裂縫到溶孔再到溶洞。

4　巖溶發(fā)育規(guī)律與配置關(guān)系

4.1不同巖性對應(yīng)不同的巖溶發(fā)育強度

統(tǒng)計研究區(qū)的FMI測井資料發(fā)現(xiàn)，由于白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r和白云巖的原始孔隙較純灰?guī)r發(fā)育［8］，受長期溶蝕作用影響，純灰?guī)r段巖溶儲集層厚度僅占巖溶儲集層總厚度的10%，白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖中發(fā)育的巖溶儲集層厚度占總儲集層厚度的51%.因此不同巖性與不同F(xiàn)MI測井相的對應(yīng)關(guān)系非常明顯:①灰?guī)r發(fā)育少量裂縫，且部分裂縫受后期充填作用不具有連通性，因此，與灰?guī)r相對的FMI測井相為高阻裂縫相和高導(dǎo)裂縫相；②白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖大量發(fā)育溶蝕孔與溶蝕縫，部分裂縫被后期巖溶作用溶蝕加大，且重結(jié)晶沒有完全充填，連通性極好，與之對應(yīng)的FMI測井相為高導(dǎo)裂縫相、溶蝕擴大縫相和溶蝕孔隙相；③泥灰?guī)r中多發(fā)育網(wǎng)狀裂縫與溶蝕孔，且互相連通，形成很好的巖溶儲集層，與之對應(yīng)的FMI測井相為高導(dǎo)裂縫相和溶蝕孔隙相。

4.2斷層周邊為巖溶發(fā)育密集區(qū)

整個南堡凹陷中，切斷古生界碳酸鹽巖潛山的大斷層有西南莊斷層和柏各莊斷層，次一級斷層包括南堡1號斷層、南堡2號斷層、南堡3號斷層、南堡5號斷層和蛤坨斷層，小斷裂更是不計其數(shù)［9］。這些斷裂提高了儲集層的滲流能力，增加了巖石與地下流體的反應(yīng)強度，巖溶作用與巖石孔縫的發(fā)育程度密切相關(guān)，在斷層發(fā)育層位，與之對應(yīng)的FMI測井相為高導(dǎo)裂縫相、溶蝕擴大縫相或溶蝕孔隙相。

4.3巖溶發(fā)育垂向上具有分帶性

南堡凹陷古生界碳酸鹽巖潛山巖溶發(fā)育具有明顯的分帶性，整體上可分為上部的表生巖溶帶和下部的埋藏巖溶帶，與之對應(yīng)的FMI測井相也不相同。

（1）表生巖溶帶表生巖溶帶溶蝕作用受古地形地貌控制明顯，在古風(fēng)化殼以下100 m范圍內(nèi)溶蝕作用強［10］。由于落水洞或地下暗河發(fā)育，后受上覆壓力和重力影響坍塌，表生巖溶帶發(fā)育有大量的垮塌角礫巖，其良好的孔隙性和滲透性，形成了極好的儲集層。與表生巖溶帶對應(yīng)的FMI測井相為高導(dǎo)裂縫相、溶蝕孔隙相或洞穴垮塌相。

（2）埋藏巖溶帶埋藏巖溶帶受地下流體溶蝕［10］，多發(fā)育垂向或順層的串珠狀溶孔或小溶洞，這些溶孔和小溶洞被原始構(gòu)造縫或溶蝕擴大縫連通起來，形成較好的儲集層。與埋藏巖溶帶對應(yīng)的FMI測井相為高導(dǎo)裂縫相、溶蝕擴大縫相或溶蝕孔隙相。

以南堡1-86井為例探討巖溶發(fā)育控制因素、巖溶發(fā)育位置與FMI測井相三者的關(guān)系（圖5）。研究區(qū)奧陶系包含了由2套致密灰?guī)r隔層區(qū)分的3套巖溶體系:①致密灰?guī)r隔擋層分為上、下兩部分，深度分別為4 230～4 265 m與4 310～4 330 m，溶蝕孔隙不發(fā)育；②在表生巖溶帶，深度2 160 m處發(fā)育小斷層，與之對應(yīng)的巖性為灰質(zhì)白云巖，發(fā)育垮塌角礫相、溶蝕孔縫相、溶蝕孔隙相，其下部被致密灰?guī)r隔擋，巖溶作用發(fā)育終止；③在埋藏巖溶帶，致密灰?guī)r下部發(fā)育斷層（深度4 260 m），巖性為泥質(zhì)灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，發(fā)育高導(dǎo)裂縫相、溶蝕孔縫相；④在深度4 320 m和4 360 m處出現(xiàn)2套厚度較小的致密灰?guī)r隔層，但其隔擋作用仍十分明顯，在4 320 m隔層下部發(fā)育白云質(zhì)灰?guī)r與小斷層，與之對應(yīng)的是溶蝕擴大縫相和溶蝕孔隙相，在4 360 m小隔層下發(fā)育泥灰?guī)r，與之對應(yīng)的是高導(dǎo)裂縫相和溶蝕孔隙相。

綜上所述，巖性和斷層控制巖溶作用的強度，斷層周圍的巖溶作用明顯增強，巖溶發(fā)育在垂向上分為上部表生巖溶帶和下部埋藏巖溶帶。

5　 FMI測井巖溶相模式

對南堡凹陷巖溶發(fā)育的控制因素進行深入研究，明確了巖性、斷層等對表生巖溶發(fā)育的影響。在此基礎(chǔ)上，提出南堡地區(qū)巖溶發(fā)育模式（圖6）。

研究表明，巖溶發(fā)育具垂向分帶性，包括上部表生巖溶帶和下部埋藏巖溶帶，其FMI測井相組合存在差異性；表生巖溶帶發(fā)育有高導(dǎo)裂縫相、溶蝕擴大縫相、溶蝕孔隙相與洞穴垮塌相，其中洞穴垮塌相為表生巖溶帶特有的FMI測井相，可作為表生巖溶帶的特征相。埋藏巖溶帶發(fā)育有高阻裂縫相、高導(dǎo)裂縫相、溶蝕擴大縫相與溶蝕孔隙相。相比埋藏巖溶帶，表生巖溶帶巖溶作用更強烈，儲集層儲集性能更好［11-18］。

斷層的發(fā)育有利于巖溶作用發(fā)生。構(gòu)造應(yīng)力一方面制造了原始的斷層或裂縫系統(tǒng)，連通了原有溶蝕孔縫，增加了儲集層的滲透性［19-21］；另一方面，制造的原始斷層和裂縫再次受到地下流體的擴溶，這種擴溶對儲集層儲集性能起到改善作用。在FMI測井響應(yīng)中，可常見斷層與溶蝕擴大縫相伴生［22-23］。

巖石致密程度是控制巖溶發(fā)育強度的另一個重要因素［24-26］。對整個研究區(qū)的FMI測井資料統(tǒng)計得出:致密的純灰?guī)r不利于巖溶作用發(fā)生；裂縫發(fā)育的泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖，是巖溶作用的有利地層。

圖5　研究區(qū)南堡1-86井巖溶發(fā)育規(guī)律與FMI測井相關(guān)系

圖6　巖溶發(fā)育FMI測井相模式

6　結(jié)論

（1）建立了高阻裂縫相、高導(dǎo)裂縫相、溶蝕擴大縫相、溶蝕孔隙相和洞穴垮塌相5種FMI測井相，可以較全面地表征南堡地區(qū)巖溶作用強度。

（2）巖溶作用的控制因素包括巖性與斷層。不同巖性的FMI測井響應(yīng)不同，其內(nèi)部巖溶發(fā)育程度也不同，總體上，裂縫發(fā)育的白云巖或泥灰?guī)r段中的巖溶作用，明顯強于致密的純灰?guī)r段。斷層的發(fā)育有利于巖溶作用的發(fā)生，斷層周圍的巖溶作用明顯加強。

（3）巖溶發(fā)育具有垂向上的分帶性，上部的表生巖溶帶比下部埋藏巖溶帶巖溶作用強。

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（編輯顧新元）

Study on Karst Development Pattern Based on FM I Logging Facies:
A Case Study of Paleozoic Strata in Nanpu Sag of Huanghua Depression，Bohai Bay Basin

WANG Yelei1，QIU Longwei1，SHI Zheng1，CAO Zhonghong2，ZHANG Hongchen2
（1.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Jidong Oilfield Company，PetroChina，Tangshan，Hebei 063004，China）

Carbonate buried-hill reservoir is the most important reservoir type in the Nanpu sag with controlling effect of karstification on it.In order to further understand the pattern of karst development in Nanpu sag，based on formation microlog imaging（FMI）logging data integrated with geological data such as conventional logging data，log data and thin section analysis of rocks，this paper summarizes the characteristics of FMI logging response controlled by karst development，and establishes 5 logging facies such as high-resistance fracture facies，high-conductivity fracture facies，enlarged dissolution fracture facies，dissolved pore facies and cave collapse facies.A relationship between karst development characteristics and FMI logging facies is established on the basis of data statistics.The result shows that epigenetic karst belt is developed in the upper part of Nanpu sag and the buried karst belt in the lower part，and high-conductivity fracture facies，dissolved pore facies and cave collapsse facies are mainly found in the epigenetic karst belt，and the cave collapse facies is a unique feature for this belt；while high-resistivity fracture facies，enlarged dissolution fracture facies and dissolved pore facies are mainly found in the burial karst belt.Lithology and fault are the dominant controlling factors for karst development.

Bohai Bay basin；Huanghua depression；Nanpu sag；Palaeozoic；carbonate rock；buried hill；karstification；formation microlog imaging logging

TE122

A

1001-3873（2016）03-0301-06

10.7657/XJPG20160310

2016-01-25

2016-03-30

國家油氣重大專項（2011ZX05009-002）

王曄磊（1989-），男，河北辛集人，碩士，石油工程，（Tel）15610046181（E-mail）15610046181@163.com