華曉莉，李慧勇，孫希家，陶 莉，胡賀偉

中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452

碳酸鹽巖油氣儲量在世界油氣總儲量中占有非常重要的地位，目前全球有近50%的石油和25%的天然氣儲量分布于碳酸鹽巖儲集體中（馬新華等，2019；王建波等，2008；Zenger et al.，1980）。儲集層發(fā)育程度已逐漸成為制約油氣勘探的關(guān)鍵，尤其是海相碳酸鹽巖區(qū)油氣勘探（昝念民等，2018；汪澤成等，2013；Lamberta et al.,2006；付孝悅等，2002），與沉積間斷或者不整合面相關(guān)的古巖溶地層更是油氣的重要儲集層（李啟桂等，2013；段杰，2009；郭彤樓等，2003）。通過對塔里木盆地、四川盆地和鄂爾多斯盆地等地區(qū)大量調(diào)研，總結(jié)了巖相、斷裂、巖溶、白云石化等對儲集層的控制作用（吉云剛，2012；閆海軍等，2016；于洲等，2017；劉麗紅等，2017；華曉莉等，2018；何治亮等，2019）；同時將巖溶相在垂向上劃為表層巖溶帶、垂直滲流帶、季節(jié)變動帶、水平潛流帶和深部緩流帶5 種，且縱向上不同相帶巖溶儲層特征對優(yōu)質(zhì)巖溶儲集層的發(fā)育具有一定的控制作用（蔣春雷和金振奎，2009；馮仁蔚等，2014）。

渤中凹陷西南環(huán)在渤中21/22構(gòu)造區(qū)潛山天然氣勘探獲得重大突破，下古生界潛山碳酸鹽巖巖溶儲集層是主要勘探層系。該構(gòu)造區(qū)面積約200 km2，僅2口井鉆遇古生界碳酸鹽巖，鉆井揭示古生界氣層垂向上顯示分段性特征，這與巖溶儲層垂向分帶性密切相關(guān)。目前針對下古生界儲集層的研究主要集中于后期巖溶作用對儲集層的改造方面，而對影響巖溶儲集層發(fā)育的巖溶分帶性特征研究較為薄弱。本文旨在通過巖心薄片、測井并結(jié)合地球化學(xué)資料，精細(xì)研究渤中21/22構(gòu)造區(qū)古生界碳酸鹽巖巖溶分帶特征，尋找有利于形成巖溶儲集層的巖溶相帶，對碳酸鹽巖區(qū)儲層研究及下一步勘探部署目標(biāo)優(yōu)選具有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤中凹陷西南環(huán)碳酸鹽巖出露區(qū)域集中在渤中21/22構(gòu)造區(qū)，位于渤海灣盆地中部海域，潛山整體具有凹中隆的背斜構(gòu)造背景（圖1）。渤中21/22構(gòu)造區(qū)經(jīng)歷了渤海灣整體沉降，加里東、印支、海西、燕山、喜馬拉雅運動的多期改造，使得潛山地層遭受長期暴露剝蝕，碳酸鹽巖儲集層接受多期改造，形成了風(fēng)化殼型巖溶儲集層。渤中凹陷西南環(huán)潛山上覆地層為新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組、古近系東營組和沙河街組一段。古生界潛山碳酸鹽巖地層是本文研究的目的層段，目前鉆井揭示古生界地層厚度約300 m，主要為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和云質(zhì)灰?guī)r的巖性組合特征（圖2）。

2 巖溶儲層旋回特征

根據(jù)水動力作用的大小、方向，大氣水在地表一部分形成地表徑流，巖石遭受強烈的風(fēng)化淋濾，形成表層風(fēng)化帶；另一部分大氣水受重力驅(qū)動發(fā)生垂直滲流，形成垂直滲流帶，多發(fā)育近垂直裂縫；當(dāng)水進入潛水面之后，發(fā)生橫向近水平流動，水流穩(wěn)定，溶蝕作用強，形成水平潛流帶，發(fā)育溶蝕孔洞；最后水流至泄水面，幾乎處于滯留狀態(tài)，溶蝕作用很弱，形成深部緩流帶，孔縫不太發(fā)育。結(jié)合鉆井巖心、薄片、電性、地球化學(xué)這幾方面的標(biāo)志性特征，研究區(qū)垂向上自上而下劃分為四個帶：表層風(fēng)化帶、垂直滲流帶、水平潛流帶、深部緩流帶。

圖1 渤海灣盆地渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)域位置Fig.1 Structural location of the 21/22 structural area in the Bozhong Sag,Bohai Bay Basin

圖2 渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)地層綜合柱狀圖Fig.2 Generalized stratigraphy of the 21/22 structural area in the Bozhong Sag

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)目前已鉆井的巖心薄片觀察結(jié)果，不同帶的巖性和儲集空間都存在一定的差異性。Ke1 井在潛山頂面4888.79 m 巖心觀察巖性為泥晶灰?guī)r，可見泥質(zhì)，溶蝕孔洞、網(wǎng)狀裂縫發(fā)育，為表層風(fēng)化殼的典型特征，儲集空間為孔洞—裂縫型（圖3a）；Ke2 井在4362.5 m 薄片觀察巖性為比較致密的灰?guī)r，不利于發(fā)生溶蝕，僅發(fā)育近垂直裂縫，被完全充填，為垂直滲流帶（圖3b）；水平潛流帶在本區(qū)特征明顯，Ke2井4450.6 m陰極發(fā)光顯示粒間孔、溶蝕孔洞發(fā)育，由于水流穩(wěn)定，大量的溶蝕孔隙保存較好，巖性主要為粒屑灰?guī)r，為易溶性的巖石，具備發(fā)生強溶蝕作用的物質(zhì)基礎(chǔ)（圖3c）；深部緩流帶裂縫較少，在Ke1井下部5127 m薄片觀察到裂縫基本不發(fā)育，但由于白云巖發(fā)育，形成白云石化晶間孔隙（圖3d）。

圖3 渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)不同巖溶相帶巖石學(xué)特征Fig.3 Petrological characteristics of different karst facies in the 21/22 structural area of the Bozhong Sag

2.2 電性特征

測井曲線自然伽馬值反映泥質(zhì)含量，電阻率曲線在碳酸鹽巖中可反映巖石致密程度，U相對值是風(fēng)化殼溶蝕作用的表征（張海濤和時卓，2008）。

表層風(fēng)化帶，由于表層風(fēng)化形成土壤層，泥質(zhì)含量高，形成泥質(zhì)灰?guī)r，自然伽馬值較高，呈微鋸齒狀，電阻率曲線值偏低，說明巖石不太致密（圖4），U 相對值明顯偏大，為典型的風(fēng)化殼表層特征。垂直滲流帶，曲線特征與表層風(fēng)化帶相反，自然伽馬值低，曲線平直，電阻率值異常高，密度變大，說明巖性非常致密，U 相對值變小，反映溶蝕程度較低。水平潛流帶，曲線特征最為明顯，自然伽馬值偏高，呈鋸齒狀，電阻率整體較小，U值變大，反映該帶溶蝕作用很強，易形成較厚的巖溶儲層。深部緩流帶，典型特征是U值呈降低的趨勢，說明溶蝕作用逐漸減弱。

2.3 地球化學(xué)特征

碳酸鹽巖巖溶作用過程中，由于大氣淡水的混入，會對一些化學(xué)元素造成一定的影響。針對研究區(qū)目前資料，本次主要通過C、O、Sr同位素來進一步證實巖溶帶的劃分及溶蝕強度（劉存革，2005）。一般而言，海相中δ13C、δ18O 含量比淡水要高，且有淡水混入時，大量富含87Sr的陸殼鍶隨地表徑流進入沉積盆地，導(dǎo)致87Sr/86Sr 比值高（張濤等，2005）。

圖4 渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)不同巖溶相帶測井曲線特征Fig.4 Logging curve characteristics of different karst facies in the 21/22 structural area of the Bozhong Sag

Ke1 井C、O、Sr 同位素值變化趨勢明顯分為四段（表1,圖5），其中表層風(fēng)化帶和水平潛流帶C 和O 同位素組成都偏小，87Sr/86Sr 比值明顯偏大，為淡水混入特征，均代表溶蝕強度高的證據(jù)，反之垂直滲流帶和深部緩流帶C、O 同位素值偏大，Sr 同位素比值降到最低，為海水特征，說明溶蝕強度較弱。

3 不同巖溶相帶儲層分布規(guī)律

由于巖溶作用強度的差異，各帶儲層發(fā)育特征也存在不同。根據(jù)前面分析各帶的巖石學(xué)特征、儲集空間、物性特征，表層風(fēng)化帶巖性主要為泥晶灰?guī)r，發(fā)育溶蝕孔洞、網(wǎng)狀裂縫，儲集空間為孔洞—裂縫型，由于表層風(fēng)化，裂縫完全被方解石充填，但仍保存有未被充填的溶蝕孔洞，說明該帶物性好；垂直滲流帶巖性為比較致密的灰?guī)r，不利于發(fā)生溶蝕，僅發(fā)育近垂直裂縫，而且被完全充填，物性較差；水平潛流帶巖性主要為典型高能灘相的粒屑灰?guī)r，上部白云巖發(fā)育，這兩種巖性均為易溶性的巖石，具備發(fā)生強溶蝕作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，儲集空間類型與表層風(fēng)化殼類似，為孔洞—裂縫型，同時存在被充填現(xiàn)象，但由于水流穩(wěn)定，大量的溶蝕孔隙保存較好，物性相對最好；深部緩流帶雖然溶蝕作用弱，裂縫較少，但由于白云巖發(fā)育，形成白云石化晶間孔隙，物性相對垂直滲流帶較好。整體上，表層風(fēng)化帶和水平潛流帶物性要好，深部緩流帶白云巖的發(fā)育改善了儲層物性，相對較好（圖6；圖7）。

表1 渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)C、O、Sr同位素組成Table 1 Carbon,oxygen,strontium isotopic compositions of samples from the 21/22 structural area of the Bozhong Sag

圖5 渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)不同巖溶相帶地球化學(xué)特征Fig.5 Geochemical characteristics of different karst facies in the 21/22 structural area of the Bozhong area

通過對各巖溶帶的易溶巖性、充填程度、溶蝕強度、孔隙類型、物性條件等綜合分析，將溶蝕作用強、呈半充填程度、還存在一定有效孔隙、裂縫密度和孔隙度相對大、物性好的儲層歸為Ⅰ類優(yōu)質(zhì)儲層；溶蝕作用較弱、充填程度嚴(yán)重、物性較好的儲層歸為Ⅱ類儲層；溶蝕作用弱，巖性致密、完全充填、物性較差的儲層劃為Ⅲ類儲層。縱向上，I類優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在表層風(fēng)化帶，即不整合面以下20 m 范圍內(nèi)，還有水平潛流帶，距不整合面50～200 m（圖6）。另外，表層風(fēng)化帶和水平潛流帶儲層發(fā)育不受巖性影響，除了普遍認(rèn)為在白云巖中儲層較發(fā)育外，灰?guī)r中也發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層。但是在溶蝕作用弱的深部緩流帶，白云巖發(fā)育區(qū)則是潛在優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育帶。

圖6 渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)不同巖溶相帶儲層分布Fig.6 Reservoir distribution of different karst facies in the 21/22 structural area of the Bozhong area

圖7 渤中凹陷21/22構(gòu)造區(qū)不同巖溶相帶儲層模式圖Fig.7 Reservoir formation model of different karst facies in the 21/22 structural area of the Bozhong Sag

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)巖溶儲層垂向具有分帶性特征，自上而下分為表層風(fēng)化帶、垂直滲流帶、水平潛流帶和深部緩流帶，且其巖電特征與溶蝕作用差異性控制了儲層發(fā)育段。

（2）優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在表層風(fēng)化帶和水平潛流帶，即不整合面以下20 m 范圍內(nèi)和距不整合面50～200 m。此外在溶蝕作用弱的深部緩流帶，白云巖發(fā)育區(qū)則是潛在優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育帶。