塔中北斜坡奥陶系鹰山组岩溶作用与储层分布

谢欣睿，毛健，王振宇

（西南石油大学资源与环境学院，四川 成都610500）

0 引言

古岩溶作用是指古代地表水和地下水对可溶性岩石的改造过程，以及由此产生的地表与地下地质现象的总和［1］。古岩溶作用形成的大量孔、洞、缝体系可作为良好的储集空间。根据前人的研究分析发现，塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层的形成主要受控于古岩溶作用，且其为关键要素之一。按碳酸盐岩发生岩溶作用的时间与环境，常将其简单划分为准同生岩溶、风化壳岩溶和埋藏岩溶。这3 种不同类型的岩溶作用控制着塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层的形成与演化，但发育与分布不均，影响作用也不同［2-3］。

鉴于岩溶型储层对塔中北斜坡地区油气勘探的重要地位，本文着重阐述风化壳岩溶和埋藏岩溶2 种作用及其对塔中北斜坡地区鹰山组储层形成和演化不同程度的影响。研究古岩溶对塔中北斜坡鹰山组储层分布的控制作用尤为重要，为塔中北斜坡地区的勘探开发起到一定的指导作用。

1 地质构造背景

塔中北斜坡位于新疆塔里木盆地中央隆起带塔中低凸起的北部，西与巴楚断隆相接，东与塔东低隆相连，北部靠近满加尔凹陷，南部为塘古孜巴斯坳陷，呈北西向［4］。古生物研究、构造沉积演化分析表明，塔中北斜坡地区鹰山组沉积期后由于构造抬升和海平面下降，致使中奥陶统及上奥陶统吐木休克组地层大部分遭受剥蚀，只在局部地区残留。由于鹰山组顶部遭受过强烈的剥蚀、淋滤和风化作用，与上覆良里塔格组之间呈角度不整合关系，因此形成了大规模的风化壳岩溶储集体。

2 沉积特征

鹰山组按照岩性、岩相自下而上可划分为4 个岩性段：鹰一段以砂屑灰岩、泥晶灰岩为主；鹰二段主要为砂屑灰岩、泥晶灰岩和云质灰岩； 鹰三段为砂屑灰岩、云质泥晶灰岩和泥晶灰岩组合；鹰四段主要为砂屑云岩、云质灰岩和泥晶灰岩。研究区古岩溶作用特别是风化壳岩溶作用主要发育在鹰山组一段和二段。

研究区发育大套台地相碳酸盐岩，横向上主要是台内滩沉积，夹有滩间海沉积，沉积物以高能粗粒物为主。早奥陶世，塔中Ⅰ号断裂使得塔中隆起抬升并遭受强烈剥蚀，从而形成了下奥陶统鹰山组顶部风化壳。

3 岩溶作用与储层分布的相关性

3.1 风化壳岩溶

风化壳岩溶指未经褶皱的半固结—固结状态的碳酸盐岩受海平面相对下降影响而暴露于大气淡水作用下形成的岩溶［5］，主要特征是发育落水洞、大缝等，与上覆地层间呈不整合接触关系。本研究区内鹰山组不整合面之下约150 m 厚的地层内，发育规模不等的岩溶缝洞系统以及缝洞内部的充填物质，表明其经历过强烈的风化壳岩溶作用［6］。

3.1.1 岩溶带与储层垂向分带

风化壳岩溶垂向上由表层岩溶带、垂向渗滤岩溶带、径流岩溶带和深部缓流岩溶带构成。岩溶带的发育程度及深度随区域、岩性、构造部位、古地貌位置等因素的差异而有较大不同。各个岩溶带在垂向上表现出岩溶发育强弱的差异性，其特征见表1。

表1 塔中北斜坡地区奥陶系风化壳岩溶垂向分带特征

3.1.1.1 表层岩溶带

表层岩溶带为岩溶地区较强岩溶化的表层部分，位于风化壳表层上部，有些井由于后期改造或者是遭受剥蚀作用缺失表层岩溶带。岩溶产物主要为地表径流冲刷、溶蚀而形成的溶缝、溶洞、溶蚀洼地等，且被泥、砂和砾岩充填。自然伽马曲线呈锯齿状，电阻率值由上而下总体呈现出逐渐增加的趋势，声波时差和中子孔隙度出现明显的高异常，出现井径扩大、钻井放空、钻井液漏失、钻速加快等现象［7］。与表层岩溶带有关的储层主要为颗粒灰岩的粒间孔、粒间溶孔等，孔渗性较好。

3.1.1.2 垂向渗滤岩溶带

垂向渗滤岩溶带发育于风化壳表层之下，早期构造裂缝的发育与岩溶的发育程度紧密相关，以高角度的溶蚀缝合线缝、裂缝为主，还能形成较大规模的溶洞，且被方解石、泥质混合充填。自然伽马值偏低、呈微齿状，电阻率值较低，声波时差和中子孔隙度主要为中—高值。相关储层以中小型溶蚀孔洞和半充填的高角度溶缝为主，因溶蚀强度差异大，致使储集体具有强烈的非均质性［8］。

3.1.1.3 径流岩溶带

径流岩溶带位于垂直渗滤岩溶带下方的地下水潜流带，主要形成大型水平溶洞，地下暗河及其溶蚀孔、洞、缝发育段。在未被充填的溶蚀孔洞中，自然伽马值较低，而当洞穴被砂泥质充填时则较高；电阻率值明显降低，多呈锯齿状。以半充填的中小型溶蚀孔洞、溶缝、粒间溶孔及晶间溶孔为主的储层发育。

3.1.1.4 深部缓流岩溶带

深部缓流岩溶带位于径流岩溶带之下，胶结作用较明显，岩溶作用微弱，溶孔、溶缝零散发育，且多为粒状方解石、黏土矿物等充填或半充填。自然伽马曲线相对平直，电阻率值增大。

岩溶带类型与储层分布的相关性较明显，通过风化壳岩溶带对比可知：储层主要分布在径流岩溶带，而且储层级别高，厚度大；个别井在垂相渗流岩溶带也钻遇储层，但是储层级别低，厚度较小；而表层岩溶带和深部缓流岩溶带基本无有效储层分布； 局部地貌较高的区域遭受后期岩溶作用改造强烈，缺失表层岩溶带。

3.1.2 岩溶古地貌与储层分布

古地貌与碳酸盐岩物质基础从不同方面影响古岩溶的发育程度［9］。各种地貌形态均控制岩溶的发育，为了掌握岩溶发育的空间分布规律，评价储层特征，预测有利储层，研究古地貌发育特征有着重要意义［10］。

在地貌单元中寻找有利地貌有赖于古地貌准确详细的刻画［11］。对鹰山组末期古地貌的恢复，采用的方法是用良三段顶部拉平进行厚度印模。整体上研究区内地貌起伏较大，平行Ⅰ号坡折带方向，岩溶古地貌从西北向东南方向逐渐降低，将其划分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶洼地3 个二级岩溶古地貌单元（见图1）。

图1 塔中北斜坡地区鹰山组古地貌恢复构造

3.1.2.1 岩溶高地

岩溶高地位于古地形较高部位，岩溶作用以垂向渗滤为主，垂向溶蚀带、落水洞等发育，可进一步划分为溶丘洼地和峰丛洼地三级地貌单元。该地貌单元主要分布在塔中Ⅰ号坡折带内带区域，发育水平状延伸的孔洞和洞穴，充填程度低，储层发育且具有层位性，呈现多期发育。

3.1.2.2 岩溶斜坡

岩溶斜坡为岩溶高地与岩溶洼地之间的过渡带。斜坡受大气、水的垂直渗流和顺层潜流溶蚀最为强烈，渗流和潜流带厚，垂直和水平溶蚀形成的洞穴和孔洞也非常发育，是地貌单元中最有利于储层发育的部位。

3.1.2.3 岩溶洼地

岩溶洼地属于地表水汇聚区，地表地貌主要为洼地、残丘和溶峰，易发育埋藏较浅的溶洞，以充填作用为主，易形成溶蚀泥岩、泥质角砾岩。

综合上述分析，随着古地貌地势的逐渐降低，岩溶带有变薄至不发育的趋势。风化壳岩溶体系内发育储层的有利区域主要分布于岩溶高地、岩溶斜坡区等古地貌单元。

3.2 埋藏岩溶

埋藏岩溶作用主要表现为对先期存在的孔洞层和断裂裂缝网络进行扩大溶蚀［12］。由于埋藏岩溶作用往往伴随着油气运移，因此形成的溶蚀孔缝常被沥青充填［13］。研究区奥陶系鹰山组碳酸盐岩的埋藏岩溶作用主要发育3 期，即晚加里东期至早海西期、海西期和喜山期。

3.2.1 识别标志

由于研究区经历过多次构造-成岩旋回的改造及多次烃类的运聚事件，且存在多套源岩，埋藏岩溶作用呈多期发育，规模大，范围广，形成了多种溶蚀孔、洞、缝，为油气提供有效储集空间具有重要意义。

本区埋藏岩溶作用共发育3 期，结合取心、钻测井资料，其主要识别标志有：

1）原生粒间孔中第3 期胶结物被溶蚀，形成晶间和晶内溶孔并为沥青充填（见图2a）。

2）扩溶沿早期缝合线进行，溶扩压溶缝及溶蚀微孔形成，镜下多见溶蚀孔洞沿微裂缝和缝合线发育，被沥青充填（见图2b），可见穿切压溶缝合线的溶缝。

3）沿石灰岩型岩溶的大型水平溶洞，洞顶的破裂缝发育溶缝及沿破裂缝的溶蚀孔洞，同时，孔洞中方解石胶结物的共同特征是晶体明亮粗大（见图2c）。

4）与热液作用相关的热液白云化为埋藏岩溶发育的重要标志（见图2d）。

5）早期成岩缝中的细晶方解石充填物被溶蚀，同时晶间溶孔为沥青所充填。

图2 塔中北斜坡埋藏岩溶识别标志

3.2.2 溶蚀充填特征

塔中北斜坡地区埋藏期岩溶以非选择性溶蚀为主要特征，充填特征表现为中—粗晶胶结物发育，以及萤石、石膏、石英等热液矿物充填［14-16］。奥陶系储层中下部物性较好，向上变差。总体上来说，鹰山组储层好于良里塔格组。研究区裂缝、断裂比较发育，控制了埋藏岩溶的发育分布。整体上孔隙度高值区主要沿断裂及裂缝分布，孔、渗特征与断裂及裂缝展布一致。埋藏岩溶的溶蚀充填作用受断裂及裂缝控制作用明显，溶蚀充填整体上表现为由裂缝发育区至不发育区，溶蚀作用逐渐减弱，胶结作用逐渐增强。

3.2.3 与储层分布相关性

埋藏岩溶作用主要是热液沿着裂缝进入先期孔洞层进行溶蚀作用的建设性改造，提供储层储渗能力，形成优质储层发育区［17-19］。热液溶蚀作用，以及构造拉张作用形成的断裂、深埋藏过程中构造作用形成的裂缝、压溶作用产生的缝合线等都为此类储层的形成发育提供良好条件，将储集体连成一片［20］。埋藏岩溶的发育不仅受断裂控制，还与先期存在的孔洞有关，先期存在的孔洞为埋藏期流体提供了运移通道和溶蚀场所。因此，埋藏岩溶储层既继承了前期储层的分布特征，也与构造断裂发育带的分布相关。

4 结论

1）风化壳岩溶作用和埋藏岩溶作用，是塔中北斜坡地区奥陶系鹰山组碳酸盐岩形成优质储层的重要控制因素。

2）风化壳岩溶为鹰山组碳酸盐岩储层形成的关键作用。储层在垂向上主要分布于表层岩溶带落水洞和高角度溶缝，水平岩溶带半充填的溶蚀孔洞（缝），以及垂直渗流带半充填的高角度溶缝、溶蚀孔洞的岩层中。

3）风化壳岩溶在不同地貌单元发育程度不同。随古地貌地势降低，上部岩溶带变薄。风化壳岩溶体系内的储层有利发育区主要分布于岩溶高地、岩溶斜坡区等古地貌单元。

4）埋藏岩溶作用所形成的孔洞继承了原有孔洞系统，是形成优质储层的重要因素，先期的岩溶作用、后期的构造裂缝及埋藏溶蚀作用叠加改造形成了纵向叠置、横向连片的优质碳酸盐岩储集体。

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