徐守余， 路 研， 王淑萍， 栗 亮， 李 月

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 山東 青島 266580)

?

塔河油田七區(qū)奧陶系縫洞型儲(chǔ)層成巖作用特征

徐守余， 路 研， 王淑萍， 栗 亮， 李 月

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 山東 青島 266580)

塔河油田奧陶系巖溶縫洞型儲(chǔ)層受成巖作用影響較大?；趲r心錄井、鏡下分析、流體包裹體測(cè)溫等資料，結(jié)合野外露頭觀察，探討研究區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)及大型溶洞充填物的成巖作用特征。研究發(fā)現(xiàn)：塔河七區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖作用類型多樣，以強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)為特征；而溶洞充填物的成巖作用類型主要以弱壓實(shí)、弱溶蝕、強(qiáng)膠結(jié)為特征。結(jié)合成巖環(huán)境、成巖作用、成巖礦物和地球化學(xué)等相關(guān)資料，推斷塔河油田七區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖階段處于晚成巖期；而溶洞充填物的成巖演化相對(duì)滯后，處于早成巖B期?？梢?jiàn)，溶洞充填物在成巖演化中具有獨(dú)特的成巖環(huán)境，明顯不同于外圍的碳酸鹽巖基質(zhì)。

塔河油田； 縫洞型儲(chǔ)層； 成巖作用； 碳酸鹽巖； 沉積充填物

巖溶縫洞型儲(chǔ)層是塔河油田最主要的儲(chǔ)層類型，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的勘探開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多套含油層系和多個(gè)油氣田，展現(xiàn)出較大的含油氣潛力[1-2]。成巖作用對(duì)碳酸鹽儲(chǔ)層的形成意義重大，是影響儲(chǔ)層物性特征的決定性因素之一[3-5]。目前，對(duì)碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲(chǔ)層成巖特征的研究多集中于碳酸鹽巖基質(zhì)，而對(duì)溶洞充填物的研究相對(duì)較少[6-8]。碳酸鹽巖本身的成巖作用固然對(duì)溶洞的形成、分布、改造意義重大，但是溶洞一旦被充填，充填物的類型、成巖作用特征也會(huì)成為決定其能否成為有效儲(chǔ)集空間的關(guān)鍵因素。因此，筆者基于巖心錄井、鏡下分析、流體包裹體測(cè)溫等資料對(duì)研究區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)及溶洞充填物的成巖特征進(jìn)行研究，分析不同成巖作用對(duì)儲(chǔ)集物性的控制作用，以便更好地指導(dǎo)油氣勘探和開(kāi)發(fā)工作，發(fā)現(xiàn)有利儲(chǔ)層，為后期油藏描述提供可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況與儲(chǔ)層特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔河油田位于塔里木盆地北部、天山南麓、塔克拉瑪干沙漠北緣的戈壁荒漠地帶，地處新疆維吾爾自治區(qū)的庫(kù)車縣和輪臺(tái)縣境內(nèi)，在構(gòu)造上隸屬阿克庫(kù)勒凸起。阿克庫(kù)勒凸起位于沙雅隆起中段,東接草湖凹陷，南鄰順托果勒隆起和滿加爾坳陷，西靠哈拉哈塘凹陷。阿克庫(kù)勒凸起經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，包括加里東中晚期運(yùn)動(dòng)、海西期運(yùn)動(dòng)、印支—燕山運(yùn)動(dòng)及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)[9-10]。海西末期的構(gòu)造抬升，導(dǎo)致該凸起長(zhǎng)期處于隆起狀態(tài)，多期斷裂、不整合以及成巖作用的改造，導(dǎo)致該區(qū)巖溶縫洞型儲(chǔ)層較為發(fā)育，且后期多被充填。

1.2 巖溶縫洞型儲(chǔ)層基本特征

1.2.1 巖石學(xué)特征

碳酸鹽巖基質(zhì)的礦物成分主要包括方解石和白云石，其中，方解石體積分?jǐn)?shù)占99%以上。巖石類型多樣，包括泥微晶灰?guī)r、亮晶顆?；?guī)r、礁灰?guī)r及白云巖四大類。其中，泥微晶灰?guī)r和亮晶顆粒灰?guī)r是該區(qū)主要巖石類型。

溶洞充填物的巖石類型主要包括垮塌角礫巖、機(jī)械沉積充填物、化學(xué)沉積充填物[2]，其中，機(jī)械沉積充填物約占溶洞充填物的88%，特征如下：

(1)垮塌角礫巖是由洞頂、洞壁的碳酸鹽巖基質(zhì)發(fā)生破裂垮塌后原地堆積并經(jīng)過(guò)固結(jié)成巖作用形成，成分與圍巖一致，但是儲(chǔ)集層物性高于相鄰的碳酸鹽巖基質(zhì)。

(2)機(jī)械沉積充填物是碎屑物質(zhì)在水流搬運(yùn)作用下進(jìn)入縫洞沉積形成的。前人研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械沉積充填物主要來(lái)源是塔里木盆地上泥盆統(tǒng)東河塘組“東河砂巖”[11]。

(3)化學(xué)充填物體積分?jǐn)?shù)較低，僅占4%，成分以方解石為主，物質(zhì)來(lái)源為周圍的碳酸鹽巖基質(zhì)。

1.2.2 儲(chǔ)集空間特征

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型多樣，主要包括裂縫型、孔洞型、裂縫-孔洞型及孔洞縫復(fù)合型，其中，裂縫-孔洞型是該區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)最主要的儲(chǔ)集空間類型，開(kāi)發(fā)實(shí)踐證明裂縫-孔洞型具有較高的油氣產(chǎn)能。充填作用使得溶洞大部分被充填，通過(guò)分析該區(qū)溶洞充填物發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)機(jī)械沉積充填物的儲(chǔ)集空間類型主要為殘余的原生孔；垮塌角礫巖的儲(chǔ)集空間類型有礫間孔，礫間、礫內(nèi)溶蝕孔；化學(xué)沉積充填物物性較差，接近周圍的碳酸鹽巖基質(zhì)，儲(chǔ)集空間類型主要為晶間孔。

2 碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖作用特征

塔河七區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖作用類型多樣，按照對(duì)儲(chǔ)層物性的影響作用不同，可將其劃分為建設(shè)性成巖作用及破壞性成巖作用兩種。建設(shè)性成巖作用可劃分為溶解、溶蝕作用，壓溶作用，重結(jié)晶作用，破裂作用；破壞性成巖作用可劃分為壓實(shí)作用和膠結(jié)作用。各成巖作用主要特征如下：

(1)溶解、溶蝕作用。該區(qū)溶蝕作用十分發(fā)育，極大地改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，巖心和鑄體薄片上均能觀察到溶蝕形成的溶孔、溶洞，后期多被充填(圖1a)。

(2)壓溶作用。研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層縫合線構(gòu)造發(fā)育廣泛，后期多被方解石、泥質(zhì)、瀝青充填(圖1b)。

(3)重結(jié)晶作用。該區(qū)發(fā)育多期重結(jié)晶作用，晶體粗大、晶型完好、表面光潔的方解石多充填在中間部位，而晶型較差、表面污濁的方解石多充填在周圍(圖1c)。

(4)破裂作用。該區(qū)共發(fā)育五期破裂作用，構(gòu)造裂縫十分常見(jiàn)，后期多被充填，充填物以方解石為主(圖1d)，物質(zhì)來(lái)源為附近的碳酸鹽巖基質(zhì)，結(jié)晶程度較高，局部可見(jiàn)粒狀亮晶方解石。

(5)壓實(shí)作用。該區(qū)壓實(shí)作用十分強(qiáng)烈，顆粒之間主要為點(diǎn)接觸、線接觸，甚至有些地區(qū)表現(xiàn)為凹凸接觸(圖1e)，壓實(shí)作用導(dǎo)致原生孔隙幾乎全部消失。

(6)膠結(jié)作用。膠結(jié)作用相對(duì)較弱，發(fā)育有微晶方解石和亮晶方解石膠結(jié)(圖1f)兩種類型。

a 方解石、泥質(zhì)充填巖溶孔洞 b 瀝青充填縫合線 c 粒狀亮晶方解石充填微構(gòu)造裂隙

d 微晶方解石重結(jié)晶 e 壓實(shí)作用 f 粒間微晶方解石膠結(jié)

總體來(lái)看，碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖作用以強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)為特征。對(duì)塔河七區(qū)碳酸鹽巖裂縫中充填物方解石進(jìn)行流體包裹體測(cè)溫，結(jié)果顯示，包裹體形成的溫度分布范圍為50～70 ℃、75～100 ℃、110～125 ℃、130～160 ℃、170～200 ℃[12]，這五種溫度分布范圍代表五種成巖環(huán)境和不同的成巖演化階段。該區(qū)裂縫較為發(fā)育，且形成大量溶孔、溶洞，溶洞多被充填。根據(jù)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和環(huán)境變化可將巖溶期次劃分為三期，分別為同生期、表生期、埋藏期。薄片觀察可見(jiàn)方解石膠結(jié)物和交代白云石。另外，碳酸鹽巖基質(zhì)的儲(chǔ)集空間主要是溶蝕形成的次生孔隙，原生孔隙幾乎消失。綜合流體包裹體測(cè)溫、成巖環(huán)境、孔隙類型及分布規(guī)律推斷可知，塔河七區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖作用階段為晚成巖期。

3 溶洞充填物的成巖作用特征

3.1 溶洞充填物的成巖作用類型

充填物的成巖作用類型主要有弱壓實(shí)、膠結(jié)、交代作用三種，溶蝕作用相對(duì)較弱。

3.1.1 弱壓實(shí)作用

塔河七區(qū)的溶洞充填物由于洞壁剛性格架的支撐作用主要處于弱壓實(shí)狀態(tài)，弱壓實(shí)作用主要表現(xiàn)在以下兩方面：

(1)觀察儲(chǔ)層巖心薄片可以看到，沉積充填物的碎屑顆粒之間主要是點(diǎn)接觸或點(diǎn)-線接觸，而且原始孔隙保存較好(圖2a)。研究發(fā)現(xiàn)，與溶洞充填物同源的塔北地區(qū)東河砂巖儲(chǔ)層埋藏深度約4 000 m，原生孔隙度一般為10%～15%，次生孔隙發(fā)育時(shí)期孔隙度達(dá)到20%～28%，最高可達(dá)30%[12]；充填物的埋深為5 300～5 400 m。以T615井為例，溶洞砂巖充填物的孔隙以原生孔隙為主，孔隙度大于10.0%，最高達(dá)23.4%，滲透率大于5×10-3μm2，最高達(dá)60×10-3μm2。對(duì)比可知，溶洞充填物與同源的東河砂巖在埋深相差1 500 m的情況下，原生孔隙度卻相差不大，故溶洞充填物可能存在弱壓實(shí)作用。

(2)該區(qū)沉積充填物的膠結(jié)物主要是方解石，晶型保存較好。巖心觀察可知，粒間方解石膠結(jié)物晶粒粗大，晶型完好；薄片觀察可以清楚地看到完整的方解石顆粒(圖2b、2c)。原因是，一方面，方解石物質(zhì)來(lái)源比較豐富；另一方面，方解石晶體具有足夠的生長(zhǎng)空間，原生孔隙保存較好，故推斷壓實(shí)作用并不十分強(qiáng)烈。

3.1.2 溶蝕作用

因溶洞半封閉-半開(kāi)放的成巖環(huán)境，流體交換受阻，溶蝕作用產(chǎn)物不能有效排出，物質(zhì)交換不暢通，故塔河油田溶洞充填物溶解、溶蝕作用并不強(qiáng)烈，鏡下可見(jiàn)沿方解石顆粒邊緣礫緣縫、礫內(nèi)縫、礫內(nèi)溶孔發(fā)育(圖2d、2e)。碳酸鹽基質(zhì)的溶解、溶蝕作用產(chǎn)生大量的溶洞、溶孔，是儲(chǔ)層的主要次生孔隙，對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間具有較大的貢獻(xiàn)作用。但由于溶洞充填物溶蝕作用較弱，對(duì)孔隙度的貢獻(xiàn)較小，故溶洞充填物孔隙度的主要貢獻(xiàn)者是弱壓實(shí)狀態(tài)下保留的殘余原生孔，不是溶蝕形成的次生孔隙。

a 粒間粗亮晶方解石膠結(jié) b 粒間原生孔隙發(fā)育 c 礫間方解石膠結(jié)

d 礫間緣縫 e 礫內(nèi)溶孔 f 方解石晶粒膠結(jié)、交代顆粒

溶蝕作用的發(fā)生需要一個(gè)相對(duì)開(kāi)放的成巖體體系。溶洞半封閉-半開(kāi)放的成巖環(huán)境，流體進(jìn)來(lái)容易出去難，交換不暢通，隨著溶蝕作用的進(jìn)行，溶蝕作用的產(chǎn)物由于無(wú)法排出而不斷累積，使得溶蝕作用的化學(xué)平衡被打破，進(jìn)而抑制了成巖作用的進(jìn)一步進(jìn)行。因此，獨(dú)特的成巖環(huán)境導(dǎo)致溶洞充填物的溶蝕作用發(fā)育較弱。

3.1.3 膠結(jié)作用與交代作用

由于溶洞周圍碳酸鹽流體非常充足，故溶洞中常見(jiàn)方解石膠結(jié)、交代作用，方解石物質(zhì)來(lái)源于周圍的碳酸鹽巖基質(zhì)。膠結(jié)作用貫穿于溶洞充填沉積的始終，早于碎屑顆粒壓實(shí)作用發(fā)生之前，膠結(jié)作用便已經(jīng)發(fā)生，溶洞充填物頂部膠結(jié)作用最為發(fā)育，常見(jiàn)基底式膠結(jié)。另外，方解石膠結(jié)孔隙，交代顆粒現(xiàn)象明顯，常見(jiàn)砂巖顆粒間孔隙被方解石膠結(jié)(圖2f)。由于溶洞內(nèi)半開(kāi)放-半封閉的成巖環(huán)境，流體交換并不十分暢通，故膠結(jié)、交代作用發(fā)育普遍，而溶解作用相對(duì)微弱。膠結(jié)作用會(huì)破壞儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集物性，是具破壞性的成巖作用。

溶洞充填物的膠結(jié)、交代作用十分發(fā)育，一方面，溶洞外圍的碳酸鹽巖基質(zhì)為膠結(jié)作用的進(jìn)行提供了充足的物質(zhì)來(lái)源；另一方面，由于溶洞充填物的壓實(shí)作用較弱，為粒間方解石膠結(jié)提供了充足的空間；此外，半封閉-半開(kāi)放的成巖環(huán)境為膠結(jié)、交代作用的發(fā)生創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。溶洞充填物的膠結(jié)作用還表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性，一般溶洞充填物頂部膠結(jié)作用較強(qiáng)，自頂部向底部依次變?nèi)酢?/p>

總體來(lái)看，由于溶洞特殊的成巖環(huán)境，溶洞充填物的成巖作用類型發(fā)育較少，主要發(fā)育有弱壓實(shí)作用、膠結(jié)交代作用及溶蝕作用，以弱壓實(shí)、弱溶蝕、強(qiáng)膠結(jié)為特征。

3.2 溶洞充填物的成巖階段劃分

由于溶洞特殊的成巖環(huán)境，溶洞充填物的成巖演化與外圍碳酸鹽巖基質(zhì)存在較大不同，研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖演化階段為晚成巖期，而溶洞充填物由于洞壁剛性格架的支撐以及溶洞半封閉-半開(kāi)放的成巖環(huán)境的限制，成巖演化階段相對(duì)滯后。溶洞充填物的成巖演化階段劃分如圖3所示。

圖3 溶洞充填物的成巖演化

分析溶洞充填物的礦物巖石資料可知，充填物方解石膠結(jié)物中可見(jiàn)粗亮晶方解石和鑲嵌方解石；白云石膠結(jié)物中可見(jiàn)交代白云石和分散交代白云石；溶蝕孔隙發(fā)育，可見(jiàn)溶?？?、溶孔；另外，還發(fā)育有白云石晶間孔隙、裂隙；薄片中顆粒間接觸關(guān)系以點(diǎn)接觸為主，可見(jiàn)點(diǎn)-線接觸，原生孔隙發(fā)育，現(xiàn)今孔隙度殘留約為15%，發(fā)育有晶型較好的方解石膠結(jié)物，充填于粒間孔。綜合礦物巖石資料及孔隙演化特征，判斷充填物的成巖階段為早成巖B期。

4 結(jié) 論

(1)碳酸鹽巖基質(zhì)與溶洞充填物的成巖作用及成巖演化幾乎同時(shí)開(kāi)始，但兩者在成巖特征上卻存在較大差異。

(2)碳酸鹽巖基質(zhì)的成巖作用類型多樣，以強(qiáng)壓實(shí)、強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)為特征，而溶洞充填物的成巖作用相對(duì)較弱，主要以弱壓實(shí)、弱溶蝕、強(qiáng)膠結(jié)為特征。

(3)碳酸鹽巖基質(zhì)現(xiàn)今所處的成巖階段為晚成巖期，而溶洞充填物的成巖階段處于早成巖B期。碳酸鹽巖基質(zhì)的原生孔隙幾乎全部消失，而溶洞充填物的原生孔隙保留較好。

(4)溶洞充填物在成巖演化中具有獨(dú)特的成巖環(huán)境，明顯不同于外圍的碳酸鹽巖基質(zhì)。

[1] 李 陽(yáng). 塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏開(kāi)發(fā)理論及方法[J]. 石油學(xué)報(bào), 2013, 34(1): 115-121.

[2] 張文博, 金 強(qiáng), 徐守余, 等. 塔北奧陶系露頭古溶洞充填特征及其油氣儲(chǔ)層意義[J]. 特種油氣藏, 2012, 19(3): 50-54, 153.[3] 何 江, 馮春強(qiáng), 馬 嵐, 等. 風(fēng)化殼古巖溶型碳酸鹽巖儲(chǔ)層成巖作用與成巖相[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2015, 37(1): 8-16.

[4] HECKEL P H. Diagemnetic Model for carbonate rocks in midcontinent Penny lvenian Eustatic cyclothems[J]. SediPetrology, 1983, 53: 733-759.

[5] 漆立新, 云 露. 塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶發(fā)育特征與主控因素[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2010, 31(1): 1-12.

[6] 雷 川, 陳紅漢, 蘇 奧, 等. 塔河地區(qū)奧陶系深埋巖溶洞穴特征及保存機(jī)制初探[J]. 巖性油氣藏, 2014, 26(2): 27-31.

[7] 徐 微, 蔡忠賢, 賈振遠(yuǎn), 等. 塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏溶洞充填物特征[J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2010, 24(2): 287-293.

[8] 胡向陽(yáng), 權(quán)蓮順, 齊得山, 等. 塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏溶洞充填特征[J]. 特種油氣藏, 2014, 21(1): 18-21.

[9] 俞仁連, 傅 恒. 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)塔河油田奧陶系碳酸鹽巖的影響[J]. 天然氣勘探與開(kāi)發(fā), 2006, 29(2): 1-5.

[10] 張小兵, 呂海濤, 趙錫奎, 等. 塔河油田中下奧陶統(tǒng)頂面古構(gòu)造演化及油氣關(guān)系[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2011, 33(3): 233-238.

[11] 鐘大康, 朱筱敏, 周新源， 等. 塔里木盆地中部泥盆系東河砂巖成巖作用與儲(chǔ)集性能控制因素[J]. 古地理學(xué)報(bào), 2003, 5(3): 378-390.

[12] 吳 萌, 曾傳彬, 黃思靜, 等. 塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體包裹體研究[J]. 中國(guó)地質(zhì), 2010, 37(5): 1360-1373.

(編校 荀海鑫)

Diagenesis characteristics of ordovician carbonate reservoir in 7th zone of Tahe Oilfield

XuShouyu，LuYan，WangShuping，LiLiang，LiYue

(School of Geosciences, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, China)

The ordovician carbonate reservoirs in Tahe Oilfield are subjected to a greater influence by diagenesis. This paper discusses a systematic study of the diagenetic characteristics of carbonate reservoir and cave fillings, based on casting thin sections and the outcrop observation, core logging, thermometry of fluid inclusions. The results show that the diagenesis of carbonate rocks are of varying types, characterized by strong compaction, strong dissolution and weak cementation, while the dominant diagenesis types of cave fillings are characterized by weak compaction, weak dissolution and strong cementation. The combination of the diagenetic environment, diagenesis, core logging, geochemical, and related information points to the inference that the diagenesis stage of ordovician carbonate rock in 7th zone of Tahe Oilfield is in late diagenesis stage, while the diagenesis stage of cave fillings is B period of early diagenesis, suggesting that the cave fillings has a unique diagenetic environment, significantly different from the carbonate reservoir.

Tahe Oilfield; fracture-vug reservoir; diagenesis; carbonate; sedimentary fillings

2016-07-12

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)(2011ZX05009-003)

徐守余(1968-)，男，江蘇省東臺(tái)人，教授，博士，研究方向：油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、油藏描述，E-mail：wangyayifan@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2016.05.004

P618.13

2095-7262(2016)05-0485-05

A