鮮強(qiáng)，馬培領(lǐng)，呂東，王祖君，呂海清，梁國(guó)平，李梁，劉士靖，陳怡仁，畢姣瑩

中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司研究院，新疆 庫爾勒 841000

0 引言

塔里木盆地是中國(guó)海相碳酸鹽巖勘探領(lǐng)域的主要戰(zhàn)場(chǎng)之一，塔中隆起作為塔里木盆地油氣勘探的重要組成部分，先后探明了塔中Ⅰ號(hào)坡折帶上奧陶統(tǒng)良里塔格組億噸級(jí)礁灘體凝析氣藏與塔中北斜坡下奧陶統(tǒng)鷹山組多個(gè)億噸級(jí)凝析氣田[1]。2008年針對(duì)塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組串珠狀反射鉆探的中古8井獲得高產(chǎn)，塔中地區(qū)鷹山組油藏是繼上奧陶統(tǒng)良理塔格組礁灘型油藏之后又一重大發(fā)現(xiàn)。

針對(duì)塔中地區(qū)鷹山組巖溶風(fēng)化殼儲(chǔ)層前人做了大量的工作。楊海軍等[2]對(duì)塔中地區(qū)鷹山組儲(chǔ)層發(fā)育模式進(jìn)行了詳細(xì)的研究，認(rèn)為塔中地區(qū)鷹山組發(fā)育完整的不整合巖溶序列，后期受走滑斷裂改造，有利儲(chǔ)層發(fā)育在不整合以及走滑斷裂的疊合區(qū)。李映濤等[3]、趙學(xué)欽等[4]在對(duì)塔中和塔北地區(qū)奧陶系沉積相研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了塔中和塔北地區(qū)沉積模式，認(rèn)為塔中、塔北地區(qū)奧陶統(tǒng)鷹山組自下而上為局限臺(tái)地環(huán)境逐漸變?yōu)殚_闊臺(tái)地環(huán)境，是明顯的海進(jìn)式沉積序列。王招明等[5]對(duì)塔里木盆地奧陶系巖溶進(jìn)行了分類、分期，主要分為：風(fēng)化巖溶、礁灘體巖溶和埋藏巖溶3大類，奧陶系內(nèi)幕共發(fā)育5期巖溶作用。鄭劍等[6]研究認(rèn)為塔中地區(qū)鷹山組內(nèi)發(fā)育三期巖溶作用，并分析了埋藏巖溶對(duì)儲(chǔ)層的影響。張恒等[7]研究認(rèn)為塔中地區(qū)西部鷹山組巖溶作用包括：沉積期的混合水巖溶和暴露期的大氣淡水巖溶兩種基本類型。董馬超等[8]分析了斷裂與巖溶的關(guān)系，認(rèn)為巖溶的分布受3期斷裂的共同控制，走滑斷裂是塔中地區(qū)奧陶系儲(chǔ)層改造，溝通寒武系烴源巖和儲(chǔ)集層的關(guān)鍵因素。研究證實(shí)塔中地區(qū)鷹山組油藏為大型巖溶風(fēng)化殼型油藏，后期經(jīng)過斷裂相關(guān)巖溶及熱液改造形成了現(xiàn)今碳酸鹽巖縫洞型油藏[9-10]。

前人對(duì)比了塔中塔北地區(qū)成巖環(huán)境、巖溶類型的差異[7,11]。塔北地區(qū)鷹山組暴露時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)過風(fēng)化淋濾在輪古(潛山巖溶區(qū))以及哈拉哈塘地區(qū)(層間巖溶區(qū))巖溶斜坡區(qū)發(fā)育大規(guī)模的串珠和河道。而塔中地區(qū)暴露時(shí)間較短且風(fēng)化淋濾作用弱，巖溶作用以埋藏巖溶和斷裂相關(guān)溶蝕為主。儲(chǔ)層類型以串珠為主，河流不發(fā)育。在前人研究的基礎(chǔ)上，基于高密度地震資料，利用地震沉積學(xué)等技術(shù)，在塔中地區(qū)中古8井區(qū)鷹山組發(fā)現(xiàn)了具有一定規(guī)模的河道，并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)，總結(jié)出了中古8井區(qū)河道發(fā)育規(guī)律。

1 地質(zhì)概況

1.1 研究區(qū)位置與地表?xiàng)l件差異

塔中地區(qū)整體位于沙漠腹地，地表為較大的沙丘，地震資料信噪比較差，難以真實(shí)地反映儲(chǔ)集體。而塔北地區(qū)位于盆地周緣，地表整體以硬地表為主，地震信號(hào)能夠有效傳播，地震資料信噪比較高，能夠清楚的反映地下地質(zhì)體。通過對(duì)比塔北、塔中地區(qū)地表?xiàng)l件差異，客觀上認(rèn)為常規(guī)的地震難以識(shí)別塔中儲(chǔ)層及地質(zhì)體。鑒于以上難題，塔里木油田公司嘗試的開展了高密度地震勘探。2012年在塔中地區(qū)中古8井區(qū)，針對(duì)沙漠覆蓋區(qū)低信噪比資料，利用小面元、高密度地震采集方式對(duì)其進(jìn)行攻關(guān)試驗(yàn)。工區(qū)位于塔中凸起北斜坡，工區(qū)周圍主要發(fā)育兩組斷裂，一組是北東向的走滑斷裂；另一組為北西向的逆沖斷裂以及伴生斷裂(圖1)。工區(qū)滿覆蓋面積80 km2。利用高密度地震資料落實(shí)儲(chǔ)層分布以及斷裂形態(tài)，顯著提高儲(chǔ)層成像精度，能夠滿足縫洞型儲(chǔ)層勘探開發(fā)的需要。

1.2 地層

塔中地區(qū)奧陶系自下而上沉積了蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、吐木休克組、良里塔格組以及桑塔木組。鷹山組與蓬萊壩組沉積環(huán)境是碳酸鹽巖臺(tái)地相，沉積了巨厚的碳酸鹽巖。其中蓬萊壩為灰質(zhì)云巖和云質(zhì)灰?guī)r互層。鷹山組上段(1～2段)為巖性較純的灰?guī)r，下段(3～4段)則以灰質(zhì)云巖為主(圖2)。一間房組巖性主要是灰?guī)r，而吐木休克組則整體以泥質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖為主。

一間房組和吐木休克組在塔里木盆地廣泛分布。由于構(gòu)造抬升使得塔中地區(qū)一間房組與吐木休克組大面積缺失，僅在局部(塔中45井區(qū)附近)可見一間房組。良里塔格組沉積環(huán)境以礁灘為主，在臺(tái)地邊緣巖性以顆?；?guī)r為主富含生物碎屑，臺(tái)內(nèi)帶則灘相為主。良里塔格組與鷹山組為角度不整合接觸。桑塔木組以泥巖為主，局部發(fā)育灰?guī)r，是研究區(qū)內(nèi)的蓋層。

1.3 塔中與塔北巖溶條件對(duì)比

塔里木盆地是個(gè)復(fù)雜的疊合盆地，先后經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。前人研究[12-13]認(rèn)為塔中、塔北地區(qū)地質(zhì)條件存在著較大的差異。早奧陶世末塔中、塔北地區(qū)整體為碳酸鹽巖臺(tái)體，中奧陶世昆侖洋閉合造成塔中低凸起的初具雛形，由于整體抬升作用造成塔中地區(qū)中奧陶統(tǒng)一間房組和上奧陶統(tǒng)吐木休克組的地層被剝蝕，遭受風(fēng)化林濾，而塔北地區(qū)一間房組與吐木休克組則表現(xiàn)為平行不整合。奧陶紀(jì)末，古昆侖洋閉合，阿爾金島弧向北俯沖造成古昆侖洋的碰撞消減，塔里木盆地普遍遭受剝蝕[14]。志留紀(jì)末期阿爾金島弧與塔里木盆地發(fā)生了拼接，塔北地區(qū)發(fā)生了劇烈的隆升，塔北隆起遭受大面積的剝蝕。石炭—二疊系為持續(xù)抬升階段，塔北地區(qū)繼續(xù)遭受剝蝕，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)為整體調(diào)整階段，最終造成塔北地區(qū)地層自南向北，奧陶系由新向老依次出露，地層暴露時(shí)間約為200 Ma，地層剝蝕量較大，而塔中奧陶系地層暴露時(shí)間較短約為20 Ma，地層剝蝕量較小。對(duì)塔中、塔北地區(qū)鍶、氧同位素及包裹體溫度的研究認(rèn)為：塔北地區(qū)整體以表層巖溶為主，古巖溶河流系統(tǒng)較發(fā)育，而塔中地區(qū)主要以深層熱液溶蝕為主，表層巖溶較弱[15]。前人研究認(rèn)為塔中地區(qū)奧陶統(tǒng)古巖溶河流不發(fā)育。

圖1 工區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 The tectonic location of research area

圖2 塔中地區(qū)鷹山組綜合巖性柱(據(jù)塔里木油田)Fig. 2 The column section of the Yingshan Formation in Tazhong area

2 河道識(shí)別

常規(guī)河道在地震上表現(xiàn)為下切現(xiàn)象，寧松華等[16]利用正演技術(shù)識(shí)別河道透鏡體砂體，Zengetal.[17]在1998年提出了地震沉積學(xué)，其核心針對(duì)90°相移地震資料，利用地層切片技術(shù)對(duì)沉積體系幾何形態(tài)及沉積構(gòu)造進(jìn)行研究，這項(xiàng)技術(shù)在河道識(shí)別發(fā)揮了重要作用。姜華等[18]利用地震沉積學(xué)以及RGB染色技術(shù)在哈拉哈塘地區(qū)識(shí)別出古河道，魯新便等[19]總結(jié)出明、暗河相應(yīng)的識(shí)別方式。王紅巖等[20]利用頻譜分解技術(shù)對(duì)古河道進(jìn)行了識(shí)別。孫勤華等[21]利用相干和傾角驅(qū)動(dòng)河床反射界面的自動(dòng)追蹤對(duì)哈拉哈塘地區(qū)古河道進(jìn)行識(shí)別。綜上所述，利用相干、頻譜分解以及地震沉積學(xué)等技術(shù)可以準(zhǔn)確進(jìn)行河道識(shí)別。本次研究以高密度資料為基礎(chǔ)，利用地震沉積學(xué)、三維立體雕刻等技術(shù)在塔中地區(qū)進(jìn)行等地質(zhì)異常體的識(shí)別。

2.1 三維立體雕刻技術(shù)

三維立體雕刻技術(shù)針對(duì)地質(zhì)異體與圍巖的振幅能量差異的特征，統(tǒng)計(jì)地質(zhì)異常體的振幅能量，并以地質(zhì)異常體的振幅能量值作為門檻值，過濾門檻值以下的能量背景突出地質(zhì)異常體，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)異常體的三維空間的準(zhǔn)確刻畫。常規(guī)的解釋軟件Landmark的Geoprobe模塊，Paradigm的3D Canvas模塊以及國(guó)產(chǎn)軟件Geoeast的三維可視化模塊都能實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)異常體的雕刻。

通過三維可視化技術(shù)對(duì)本區(qū)河道及串珠進(jìn)行了雕刻，紅色為串珠為強(qiáng)振幅，相對(duì)孤立(圖3)。綠色地質(zhì)異常體為中強(qiáng)振幅，連續(xù)性較好，圖中藍(lán)色箭頭所指示。

2.2 地震沉積學(xué)

地震沉積學(xué)以地震資料為基礎(chǔ)，利用分頻技術(shù)、90°相移技術(shù)對(duì)地震資料處理后，通過地層切片技術(shù)對(duì)地質(zhì)異常體平面展布進(jìn)行刻畫，主要用于研究沉積體系及沉積相的平面分布，對(duì)于多期沉積體系有較好的刻畫能力。串珠為相對(duì)孤立的強(qiáng)反射，異常體主要變現(xiàn)為相對(duì)連續(xù)的中強(qiáng)反射。圖中藍(lán)色箭頭所指示的暖色區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)異常體的分布范圍(圖4)。通過不同時(shí)間切片逐一對(duì)本區(qū)異常體進(jìn)行精細(xì)識(shí)別。根據(jù)地質(zhì)異常體的展布形態(tài)，初步認(rèn)為是碳酸鹽巖古河道。

圖3 三維立體可視化河道識(shí)別Fig.3 The channels recognition in 3D view

圖4 地層切片河道識(shí)別Fig.4 The channels recognition by strata slice

本文利用三維立體雕刻技術(shù)及地層切片技術(shù)在鷹山組內(nèi)部共識(shí)別2套古河道體系河道。河道1分布較廣，位于研究區(qū)的西北部。河道2位于研究區(qū)的東南部(圖5)。

河道是由一定區(qū)域內(nèi)地表水和地下水補(bǔ)給，經(jīng)常或間歇地沿著狹長(zhǎng)凹地流動(dòng)的水流流經(jīng)的通道。本文中的明河河道是出露于地表，受地表水的侵蝕以及下切作用下形成的古河道，受地貌形態(tài)影響較大。暗河管道是具有河流特征的地下水流動(dòng)通道，巖溶水在此匯集，水動(dòng)力充足，具有地表洼地處的主入水口及主排泄[22]。

前人按照下切深度、坡降梯度、寬深比、彎曲度等參數(shù)對(duì)河道進(jìn)行詳細(xì)分類[23-25]。河道1位于工區(qū)的西部黃色區(qū)域河道彎曲度較大。河道在地震剖面地震上響應(yīng)為中強(qiáng)反射，下切谷特征明顯(圖6)，整體表現(xiàn)明河特征，河流性質(zhì)為曲流河，河道寬從100～210 m不等，延伸約2～7 km。河道1的粉紅色部分，發(fā)育在鷹山組一段尖滅線以下，下切特征不明顯，表現(xiàn)為暗河特征。河流彎曲度較小，河流性質(zhì)介于曲流河與直流河之間，河道寬從120～300 m不等，延伸最長(zhǎng)11 km。河道2整體以明河為主，河流彎曲度較小，主干河道性質(zhì)為直流河，分支河道為曲流河，河道寬從150～250 m不等，延伸最長(zhǎng)9 km。河道在鷹一段地層剝蝕區(qū)主要發(fā)育明河，在地層殘留區(qū)主要發(fā)育暗河。

3 河流成因及儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律

3.1 河流成因

本次將鷹山組沉積后地貌與河道進(jìn)行疊合分析河道成因。古河道發(fā)育與本區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)關(guān)系密切，構(gòu)造抬升造成了沉積間斷，在不整合面附近發(fā)育了表層溶蝕，在河流經(jīng)過的地方發(fā)育下切谷，在巖溶高地發(fā)育較多分支河道。由于巖溶高地位于鷹一段被剝蝕的潛山區(qū)(圖7)，整體坡度較緩，河流發(fā)育以曲流河形態(tài)的明河為主，河流發(fā)育與古地貌形態(tài)吻合較好，巖溶平臺(tái)區(qū)域主要為匯水區(qū)。

巖溶斜坡區(qū)位于鷹一段地層尖滅線以下(圖7中藍(lán)色的區(qū)域)。由于地層坡度變陡，水動(dòng)力變強(qiáng)，河流從曲流河轉(zhuǎn)變?yōu)榍骱印樦焙印r溶斜坡區(qū)主要為泄水區(qū)，溶蝕性質(zhì)由表層溶蝕變?yōu)槁癫厝芪g，河流性質(zhì)由明河轉(zhuǎn)變?yōu)榘岛?，河流自南西流向北東方向。本區(qū)的暗河發(fā)育主要受斷裂以及不整合面附近的疏導(dǎo)層共同控制。

圖5 古河道平面分布Fig.5 The plan of paleo-channels distribution

圖7 中古8井區(qū)古河道與古地貌疊合Fig.7 Palaeo-channels superimpose karst topography in ZG8 area

3.2 儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律

本區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育主要受中奧陶紀(jì)的抬升作用和志留世末期北東向的走滑斷裂活動(dòng)控制。整體抬升作用使得塔中地區(qū)一間房組、吐木休克組以及鷹一段遭受剝蝕，在不整合面附近發(fā)生了表層溶蝕，碳酸鹽巖河道較發(fā)育，由于暴露時(shí)間較短，并未在潛山剝蝕區(qū)形成大的落水洞及深的暗河溶蝕管道，而在鷹一段尖滅線以下，以較直的暗河為主。

在鷹一段尖滅線以上儲(chǔ)層發(fā)育主要受表層溶蝕控制，串珠沿河道相對(duì)密集發(fā)育。在鷹一段尖滅線以下串珠發(fā)育不僅受潛流溶蝕作用控制，而且沿著北東向的走滑斷裂呈線狀分布。斷裂附近的破碎帶容易發(fā)生垂向溶蝕，形成與斷裂相關(guān)的斷溶體。

4 有利儲(chǔ)層體識(shí)別及評(píng)價(jià)

4.1 河道充填物分析

在對(duì)河道整體形態(tài)及成因分析的基礎(chǔ)上，利用測(cè)井資料進(jìn)一步對(duì)河道充填物進(jìn)行分析。在鷹一段尖滅線以上的6口井，其中4口井鉆遇大段的泥巖。ZG23CH以及ZG23-H2井等水平段，鉆遇多套泥巖。ZG23CH水平段整體長(zhǎng)約1 000 m，鉆遇泥巖段累計(jì)長(zhǎng)度為430 m。成像測(cè)井資料也直觀的指示本區(qū)泥巖較為發(fā)育，圖8中泥巖在成像測(cè)井資料上整體呈現(xiàn)為暗色。泥巖以層狀沉積為主，而非塊狀垮塌沉積，也說明了本區(qū)明河為沉積充填。而鉆遇暗河旁邊的ZG11以及ZG111等井發(fā)生放空，其他多口井發(fā)生漏失，說明暗河旁的串珠充填程度較低。

4.2 明河系統(tǒng)有效儲(chǔ)集體識(shí)別及評(píng)價(jià)

明河系統(tǒng)的儲(chǔ)集體主要以河道附近的串珠為主，由于暴露時(shí)間短，表層溶蝕作用較弱并未在本區(qū)形成高差較大的溶蝕殘丘和溝谷，主要發(fā)育多分支的曲流河。多口井的鉆探結(jié)果顯示，鉆遇明河河道時(shí)，巖性主要以泥巖為主，河道被充填。

由于儲(chǔ)集空間在成巖階段被充填，后期斷裂改造效果不明顯，河道附近伴生的串珠產(chǎn)油能力有限，以油氣低產(chǎn)和顯示為主。本區(qū)鷹二段儲(chǔ)集體基本被充填(圖9)，整體勘探前景較差。此區(qū)域可以考慮中深層(鷹三～四段)儲(chǔ)集體和斷裂溶蝕相關(guān)的儲(chǔ)集體進(jìn)行勘探。

4.3 暗河系統(tǒng)有效儲(chǔ)集體識(shí)別及評(píng)價(jià)

暗河系統(tǒng)的儲(chǔ)集體同樣以串珠為主，暗河附近的串珠在成巖過程儲(chǔ)集空間得到有效保存，后期的斷裂溶蝕作用使得儲(chǔ)集體進(jìn)一步擴(kuò)溶，斷裂的多期活動(dòng)為油氣充注提供條件，通過多口井的鉆探揭示本區(qū)暗河附近的串珠以及斷裂相關(guān)溶蝕的儲(chǔ)集體具有較好產(chǎn)能(圖10)，本區(qū)具有較好的勘探前景。

本區(qū)儲(chǔ)層主要受到古地貌、斷裂等因素控制，而本區(qū)油氣成藏則受鷹山組蓋層分布以及斷裂控儲(chǔ)、控藏作用的影響。本文將儲(chǔ)層、斷裂進(jìn)行了疊合，在考慮蓋層分布的基礎(chǔ)上，對(duì)本區(qū)有利區(qū)帶進(jìn)行了劃分與評(píng)價(jià)，將本區(qū)儲(chǔ)層共劃分了8個(gè)區(qū)塊。其中6～8區(qū)塊都在鷹一段尖滅線以上，儲(chǔ)層和明河發(fā)育關(guān)系密切，潛山面附近的溶洞被充填或者半充填，整體開發(fā)效果欠佳，評(píng)價(jià)為2類勘探區(qū)域。對(duì)其勘探時(shí)可以考慮更深層鷹山組二段的儲(chǔ)集體。1～5區(qū)的儲(chǔ)集體發(fā)育受到暗河與斷裂控制，儲(chǔ)、蓋組合完整，對(duì)其勘探整體效果好，為高產(chǎn)高效的區(qū)塊。

圖8 明河綜合標(biāo)定地震剖面Fig.8 Surface channel tie with seismic profile

圖10 儲(chǔ)集層發(fā)育綜合評(píng)價(jià)Fig.10 The plan of reservoir evaluation

5 認(rèn)識(shí)及啟示

(1) 由于塔中地區(qū)地震資料信噪比低以及暴露時(shí)間較短，造成塔中地區(qū)河道難以識(shí)別。本次在高密度資料研究的基礎(chǔ)上，利用三維立體雕刻以及地震沉積學(xué)等技術(shù)手段在塔中地區(qū)發(fā)現(xiàn)了規(guī)模河道。

(2) 按照河流分類參數(shù)，結(jié)合古地貌以及地震反射特征，將本區(qū)河道分為兩類，明河與暗河。明河主要分布在鷹一段尖滅線以上，暗河主要分布在鷹一段尖滅線以下。

(3) 在綜合河道、串珠、斷裂與實(shí)鉆結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為鷹一段尖滅線以上串珠充填嚴(yán)重，勘探效果較差。而在鷹一段尖滅線以下，斷裂及河道共同控制了串珠的發(fā)育，串珠儲(chǔ)集空間得到了有效保存，為后期油氣充注打下基礎(chǔ)，也是本區(qū)勘探的有利區(qū)域。

6 啟示

在河道發(fā)現(xiàn)前，認(rèn)為本區(qū)串珠發(fā)育與潛山巖溶相關(guān)，串珠是相對(duì)孤立的，發(fā)現(xiàn)河道后，相對(duì)孤立的串珠是同一期，為一條河流在不同部位經(jīng)過差異溶蝕形成的，成因上是有聯(lián)系的。本次不僅在塔中地區(qū)發(fā)現(xiàn)了規(guī)模河道，同時(shí)也系統(tǒng)地分析了明—暗河與儲(chǔ)層發(fā)育、古地貌以及斷裂之間關(guān)系，結(jié)合實(shí)鉆結(jié)果，識(shí)別出有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)域，指出了下步勘探的方向。

致謝 感謝成都理工大學(xué)能源學(xué)院傅恒教授以及外審專家提出的寶貴修改意見!