塔里木盆地寒武系—奥陶系碳酸盐岩分布面积逾20×10⁴km²、厚度达3000m，发育多套生储盖组合，油气成藏条件优越^[1-2]。通过近30年的勘探，已在奥陶系碳酸盐岩发现轮南—塔河油田和塔中凝析气田，分别是我国最大的海相碳酸盐岩油田与凝析气田^[3]。近期又在北部坳陷奥陶系碳酸盐岩针对主干走滑断裂发现了超深层走滑断控油气田^[4-6]，落实了10亿吨级储量区，建成全球陆上首个超深层（> 7500m）年产原油超200×10⁴t的走滑断控富满油田，该油田是我国海相碳酸盐岩油气勘探开发的重点领域^[4]。

前期的勘探开发实践证实富满油田走滑断裂控储控藏，具有“大断裂大油藏，小断裂小油藏”的特征，经过近几年的集中勘探实践证实，主干断裂活动强，储层物质基础好，断层相关岩溶发育，成储规模大，且目前均已规模建产。剩余未钻的次级断裂短而小，资源规模不足5000×10⁴t。次级断裂活动弱，精细刻画难度大，后期岩溶改造情况不明，能否规模成储成藏，成了制约富满油田勘探部署的难题，急需开展主干断裂间微小断裂的详细解剖和成储成藏研究，以便寻找新的战略接替领域。鉴于此，跳出主干断裂带立式板状油气藏模式，通过开展富满油田东部地区次级断裂及台缘滩体精细刻画研究发现，该地区发育完整的寒武系进积型—奥陶系退积型台缘，多期台缘高能滩体叠加迁移，次级断裂呈网状分布，对储层具有明显改造作用且能有效沟通寒武系油源，并建立了“寒武系供烃、次级网状断裂沟通油源、纵向输导、断控台缘高能滩复合油气成藏”新模式，部署的富东1井在奥陶系碳酸盐岩断控台缘高能滩获得重大突破。

本文以富东1井发现为契机，总结了断控台缘高能滩成藏特征，旨在为其他具备类似地质条件的地区提供勘探参考和借鉴。

塔里木盆地位于中国西北，面积约为56×10⁴km²。阿瓦提凹陷—满加尔凹陷过渡带（简称阿满过渡带）位于塔里木盆地中北部，东临满加尔凹陷，南接塔中隆起，西靠阿瓦提凹陷，北部为塔北隆起^[7]。在前南华纪变质基底基础上，塔里木盆地南华纪—震旦纪发育大陆裂谷沉积体系。寒武纪—早奥陶世，塔里木盆地在弱伸展构造背景下形成“东盆西台”结构，满加尔西部为大型碳酸盐台地^[8]。阿满过渡带构造古地理表现为南高北低、西高东低^[9]。中奥陶世，塔中地区受南北向挤压而逐渐抬升形成大型断隆^[10-11]，而塔北地区形成近东西向水下低隆，构造整体较为平缓，两者之间过渡部分阿满地区成为塔北延伸的一部分，阿满过渡带雏形形成；晚奥陶世，塔北继续抬升，塔北南缘斜坡特征进一步加强，同时满加尔凹陷进一步发育，阿满过渡带逐渐形成，与此同时，塔中隆起进一步抬升，阿满地区在南北双向挤压作用下发育大规模走滑断裂^[11]；随后，加里东晚期，塔北隆起又经历隆升，阿满过渡带广大地区向南倾没斜坡特征加强并定型；海西—印支期，阿满过渡带构造变动不大；喜马拉雅期，阿满过渡带中—新生界翘倾，整体北倾，下古生界仍表现为南倾，至此阿满过渡带形成现今构造格局^[12]。

受控于多期构造—沉积变革，塔里木盆地发现下寒武统、上寒武统、下奥陶统蓬莱坝组与鹰山组、中奥陶统一间房组及上奥陶统良里塔格组等多套含油气层系^[13]。已探明的油气资源主要分布于塔北隆起南斜坡与塔中隆起北斜坡地区的中—下奥陶统一间房组—鹰山组及上奥陶统良里塔格组，组成面积逾10×10⁴km²的富油气系统（图 1a）。近年来，北部坳陷中部阿满过渡带富满油田成为油气勘探的重点领域，并主要围绕一系列大型走滑断裂带展开，目前主干走滑断裂整体已获得发现。塔里木盆地中—上奥陶统碳酸盐岩主要为石灰岩，寒武系—下奥陶统则以白云岩为主（图 1b、c），奥陶系埋深多为5000~9000m^[14]。富满地区位于塔里木盆地两大古隆起构造鞍部，显生宙以来一直稳定沉降，保存了最完整的叠合型盆地地层序列。自加里东中期Ⅰ幕开始，塔里木板块处于持续会聚背景，碳酸盐岩克拉通消亡，盆地沉积深水浊流沉积物和陆棚沉积物。加里东中期Ⅲ幕隆升剥蚀程度低，残留的巨厚泥岩形成了优质的区域盖层（图 1c）。其中奥陶系碳酸盐岩油气藏主要发育礁滩岩溶储层、层间岩溶储层及断控岩溶储层等，储层原生孔隙几乎消失殆尽，次生溶蚀孔洞、裂缝组成了复杂的三重孔隙空间^[15-18]。断控储层非均质性极强，储层类型、物性纵横向变化极大，不受局部构造位置高低的控制，既不同于国内外典型的孔隙型碳酸盐岩储层，也不同于常规的地层岩性油气藏储层，而是由沉积相带—成岩作用—断裂改造三者耦合控制。

图 1

图 1 塔里木盆地塔北—塔中地区油气分布图（a）、综合柱状图（b）与南北向油藏模式图（c） Fig. 1 Oil and gas distribution map (a), comprehensive stratigraphic column (b) and N-S direction oil accumulation pattern (c) in Tabei-Tazhong area in Tarim Basin （a）底图为奥陶系碳酸盐岩顶面构造图，据文献[4]修改; （c）拉平石炭系底界，剖面位置见图（a）

鉴于富满油田目前勘探现状，为加快落实接替领域，实现富满油田持续上产，分别从构造古地理环境、烃源岩条件、油气运聚通道等方面开展了寒武系—奥陶系碳酸盐岩勘探潜力与方向的重新认识。

富东1井于2022年3月10日开钻，2022年9月6日完钻，完钻井深8359.05m（斜深）/8318.39m（垂深），完钻层位为奥陶系鹰山组2段。钻进过程中累计发生3次溢流：用密度1.45g/cm³钻井液钻进至井深8123.57m液面上涨0.5m³，密度1.47g/cm³钻井液钻进至井深8190.02m液面上涨0.5m³，用密度1.87g/cm³钻井液钻进至井深8359.05m液面上涨1.1m³。钻井过程中累计漏失1.20~2.35g/cm³钻井液6713.9m³，表明钻至优质储层。

富东1井在钻井过程中，在一间房组—鹰山组2段共见气测显示41.95m/13层，最好气测显示井段为8122~8123.57m，全烃由6.29%上升至99.9%，C1含量由2.94%上升至84.56%，组分全，良好气测显示主要分布于鹰山组2段。对富东1井一间房组—鹰山组7925~8359.05m常规测试，7mm油嘴，油压90.7MPa，折日产气40.5×10⁴m³、折日产油21.4m³（图 2）。根据放喷前、放喷后，关井套压与井筒钻井液组合计算地层压力系数为2.1，中深压力为175.21MPa，为超高压凝析气藏。

图 2

图 2 富东1井综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of Well Fudong 1

塔里木盆地寒武系底部玉尔吐斯组发育优质页岩烃源岩^[19-23]。通过对富东1井原油分析及与轮探1井玉尔吐斯组烃源岩对比认为，原油具有低γ-蜡烷、C₂₇、C₂₈、C₂₉甾烷呈不对称“V”形，低C₂₈规则甾烷和高重排甾烷的特征，与寒武系玉尔吐斯组烃源岩生标特征有明显的亲缘关系，表明该原油来自寒武系玉尔吐斯组（图 3）。

图 3

图 3 富东1井原油及轮探1井烃源岩生物标志化合物特征 Fig. 3 Characteristics of biomarkers of crude oil in Well Fudong 1 and source rock in Well Luntan 1

结合构造背景差异性分析与区域地震剖面追踪，对玉尔吐斯组进行精细刻画，发育两个烃源岩中心（图 4），分别位于阿满过渡带与满加尔凹陷的西部，寒武系玉尔吐斯组烃源岩平均厚度逾80m，分别向周边古隆起区减薄尖灭，其中东边盆地相区烃源岩R_o高达2.0%以上，生烃高峰期为奥陶纪末，西部阿满过渡带烃源岩在加里东晚期—海西期持续生烃。单井实钻证实，轮探1井黑色泥岩段厚度为18m，TOC为3.2%~18.4%，平均为12.4%。轮探1井R_o为1.3%~1.8%，表明隆起部位烃源岩仍处于高成熟阶段生烃期，是有效生烃灶^[24]。阿满过渡带在地温梯度降低的后期浅埋过程中，具有持续生烃的地质条件。

图 4

图 4 塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组烃源岩分布图 Fig. 4 Plane distribution of source rock in the Lower Cambrian Yuertus Formation in Tarim Basin

此外，在阿满过渡带新三维地震资料精细解释基础上，发现富满油田之下发育大型的南华系—震旦系裂陷，可能对富满油田的油气富集具有重要的贡献。

近年来的研究表明，早奥陶世继承了晚寒武世的构造沉积格局，早奥陶世晚期塔里木板块内部从伸展应力转变为挤压应力背景，塔里木板块的构造古地理格局发生巨变，伴随着台缘带挠曲下沉与台内地貌起伏，形成近南北向呈“S”形展布的轮南—古城台缘带，台缘整体南北窄中间宽，富满地区台缘宽度最大，通过地震资料解释，可识别台缘面积达6.9×10⁴km²。板块内部中—下奥陶统鹰山组沉积期继承早期的构造古地理格局，保持“两台一盆”的构造分区^[9]（图 5a、b）。随着中奥陶世原特提斯洋的闭合，板块南缘从被动大陆边缘转化为活动大陆边缘^[9]。鹰山组沉积晚期，在区域挤压过程中，塔中—巴楚地区开始隆升，造成台地内部隆升与地貌起伏，碳酸盐台地开始出现分异。整体而言，奥陶系蓬莱坝组至一间房组沉积期，为退积型台地（图 5c）。

图 5

图 5 塔里木盆地富东地区奥陶系鹰山组沉积期古地貌图（a）、台缘高能滩叠合图(b)与沉积微相模式图（c） Fig. 5 Paleogeomorphic map during the deposition period of the Ordovician Yingshan Formation (a), superposition of high-energy platform marginal beach (b) and sedimentary microfacies map (c) in Fudong area, Tarim Basin

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩经历多旋回构造演化，发育多期多种类型的岩溶作用^[7]，已在塔中鹰山组风化壳发现我国最大的碳酸盐岩凝析气田^[15]，哈拉哈塘地区发现层间岩溶储层控制的碳酸盐岩大油田^[16]，表明岩溶作用对鹰山组礁滩体储层发育具有重要的控制作用。通过铸体薄片分析，发现富满油田奥陶系鹰山组发育同生期—埋藏期的多种岩溶作用（图 6）。鹰山组滩体存在广泛的暴露，形成溶蚀孔隙（图 6）。部分颗粒灰岩仍保留少量的粒内溶孔，岩心物性统计分析也表明粒屑滩孔隙较为发育。

图 6

图 6 塔里木盆地富满油田奥陶系鹰山组铸体薄片 Fig. 6 Thin section of the Ordovician Yingshan Formation in Fuman Oilfield, Tarim Basin （a）哈得301井，鲕粒灰岩，粒间孔为方解石胶结；（b）塔中241井，粒内溶孔；(c) 满深8井，粒间溶孔；(d) 哈得27井，微裂缝及溶蚀孔；(e)塔中243井，构造缝内方解石溶蚀孔；(f) 哈得23井，断裂带碎裂岩溶蚀孔洞

受主干断裂差异活动影响，主干断裂间形成大量次级网状断裂，通过以分方位相干能量梯度扫描为核心的技术体系，可实现次级断裂有效刻画（图 7）。受次级断裂改造，台缘高能滩、台内滩与断裂叠合部位储层最为发育，地震上多表现为“串珠”状反射特征（图 7）。通过对主干断裂及断裂间取心井岩心的物性统计分析表明，裂缝可以提高渗透率最高达1个数量级，沿裂缝的溶蚀孔可提高孔隙度最高达2~5倍（表 1）。此外沿断层破碎带可能发育大型缝洞体储层，是最为有利的“甜点”储层。对于断裂间，岩心孔隙度大多小于2%，即使是粒屑滩孔隙度也多小于3%（图 8a），渗透率一般小于1mD，测井解释储层段孔隙度一般在1.2%~4%，为极低的低孔低渗基质储层。而局部钻遇大型缝洞体层段孔隙度在5%以上、渗透率多大于5mD。如哈得27井岩心孔隙度统计基质孔隙度多低于6%（图 8b），但台缘高能滩基质孔隙度高达5.4%，而台缘高能滩叠加断裂改造的高孔隙段的孔隙度高达9.2%，表明高能相带对储层的发育具有重要控制作用，断裂及其相关溶蚀作用控制了优质储层的发育与分布，这与地震储层预测结果一致。

图 7

图 7 富满油田东部奥陶系鹰山组2段次级断裂预测剖面图 Fig. 7 Predicted section of the secondary faults in the second member of the Ordovician Yingshan Formation in the eastern Fuman Oilfield

表 1

表 1 富满油田储层物性统计表 Table 1 Statistics of reservoir physical properties in Fuman Oilfield 井号 层位 平均横向渗透率/mD 孔隙度/% 部位 果勒3 鹰山组 1.26 1.41 主干断裂 果勒2 一间房组 0.91 0.86 次级断裂 果勒1 一间房组 0.15 0.46 断裂间 富源1 鹰山组 1.56 0.68 断裂间 富源102 一间房组 0.43 — 断裂间 富源205 一间房组 0.28 1.13 断裂间 哈得23 一间房组 0.3 0.93 断裂间 哈得25 一间房组 0.05 0.62 断裂间 玉科101 一间房组 1.57 0.52 次级断裂 跃满1 一间房组 0.24 0.71 主干断裂 跃满2 一间房组 0.27 0.44 断裂间 富源216H 一间房组 0.38 1.96 次级断裂 跃满5 一间房组 3.85 0.98 主干断裂

表 1 富满油田储层物性统计表 Table 1 Statistics of reservoir physical properties in Fuman Oilfield

图 8

图 8 富满东部岩心孔隙度分布直方图 Fig. 8 Core porosity histogram in the eastern Fuman Oilfield

通过断裂方解石测年，获得方解石胶结U—Pb测年年龄分布在两个范围，分别为470Ma—450Ma、约270Ma^[25-26]。证实富满油田主干走滑断裂主要形成于加里东中期及海西晚期^[26]。结合主干断裂形成时期及次级断裂发育层位综合分析，次级断裂形成于鹰山组1段沉积期前。次级断裂改造鹰山组2段台缘高能滩体，形成规模优质储层，同时为油气运移提供有利输导条件。

塔中地区中古70井奥陶统鹰山组底部获得工业气流，证实致密碳酸盐岩也能成为较好的盖层。走滑断裂在不同构造时期的会聚（或拉伸）应力场中，多个构造层发育雁列构造，雁列构造以浅层被动撕裂形成为主，呈“V”形收敛，并隐没于构造层内^[24]。因此，走滑断裂无法断穿上覆泥质岩盖层，垂向上能够形成封盖而聚集油气（图 9）。

图 9

图 9 塔里木盆地阿满过渡带油气成藏模式图 Fig. 9 Hydrocarbon accumulation pattern in the transitional zone of Awati Sag-Manjiar Sag in Tarim Basin

鹰山组1段在地震剖面上表现为连续强反射特征，为低能致密碳酸盐岩且次级断裂未断穿，具有一定油气保存条件，易形成高能滩体的直接盖层。鹰山组2段广泛发育的高能滩体与上覆的鹰山组1段形成良好的储盖组合（图 9）。

通过对奥陶系碳酸盐岩成藏地质条件重新认识，跳出主干断裂带立式板状油气藏模式，针对富满油田奥陶系台缘高能滩，建立“寒武系供烃、次级网状断裂沟通油源、纵向输导、断控台缘高能滩复合油气成藏”模式（图 10）。通过成藏地质条件的综合评价，提出主攻阿满过渡带、“富满深层找富满”的部署方案，首选阿满过渡带北部平缓区作为勘探突破的重点方向。

图 10

图 10 富东1井断控高能滩气藏模式 Fig. 10 Gas accumulation pattern in fault-controlled high-energy beach in Well Fudong 1

勘探部署上，明确构造稳定的坳陷区碳酸盐岩致密盖层发育，保存条件是控藏关键，建立不同于主干断裂控储控藏的油气藏模式，从近主干断裂带转向远离主干断裂带，确立逼近烃源岩、寻找台缘高能滩+次级网状断裂的油气藏部署思路。在新的高精度三维地震资料基础上，开展地震属性与波阻抗反演，进行断控台缘高能滩碳酸盐岩储层的预测。通过地震储层预测，发现阿满过渡带富满油田奥陶系台缘高能滩储层发育（图 11）。通过区带与目标评价，优选富满油田东部鹰山组断控台缘高能滩部署了富东1井（图 12）。

图 11

图 11 富东1井区鹰山组高能滩缝洞体储层分布图 Fig. 11 Distribution of high-energy beach fractured-cavity reservoir in Yingshan Formation in Fudong 1 well block 红色斑点为串珠状缝洞体地震响应

图 12

图 12 富满地区高能滩体分布图 Fig. 12 Distribution of high-energy beach body in Fuman area

塔里木盆地超深层古老碳酸盐岩油气藏的勘探经历艰辛探索历程，富东1井的发现对类似复杂油气藏的勘探具有启示意义。富东1井的成功勘探突破了早期的两大勘探禁区：一是8000m以深碳酸盐岩高能滩勘探禁区；二是富满油田非断控油气储层的勘探禁区。

塔里木盆地古生界碳酸盐岩油气勘探经历4次勘探思维革命。第一次思维革命从古潜山勘探到古隆起勘探，以构造—储层控藏认识为指导，发现了轮古与塔河油田、塔中Ⅰ号断裂带礁滩体气田。第二次思维革命从古隆起勘探到古斜坡勘探，以层间岩溶认识为指导，发现了塔中鹰山组风化壳气田、哈拉哈塘油田。第三次思维革命从古斜坡勘探到古坳陷勘探，以断控岩溶认识为指导，发现了富满油田、顺北油田等走滑断控油气田。第四次思维革命则从古坳陷断控型碳酸盐岩油气勘探到古坳陷多层系多类型立体勘探，实现富东1井碳酸盐岩台缘高能滩勘探的突破。

近年来，勘探开发实践证实走滑断裂具有控储控藏作用，超深层坳陷区可以形成断控规模储层与油气聚集^[27-28]。通过深化认识，优选了奥陶系碳酸盐岩台缘高能滩发育，并叠加次级网状断裂的富满油田东部作为勘探的突破口。富东1井的钻探证实8000m以深碳酸盐岩高能滩仍有优质储层发育。

由于塔里木盆地超深层面临其他地区前所未有的极为复杂的油气成藏地质条件，古老海相碳酸盐岩储层非均质性极强，油气水分布异常复杂，面临储层预测难、井点优选难、油气稳产难的世界级难题。现有的勘探开发技术难以准确地指导与预测超深层油气分布，不足以支撑碳酸盐岩台缘高能滩的勘探。通过不断的技术攻关，形成了超深层复杂碳酸盐岩油气藏勘探的配套技术，包括超深层走滑断裂带碳酸盐岩高密度三维地震采集处理技术、板内弱走滑断裂与及其相关储层雕刻与评价的方法技术、超深层碳酸盐岩差异布井技术、深层碳酸盐岩钻井技术与酸压改造配套技术。

实践证明，以“地震、钻井、试油”三大技术为核心的勘探配套技术进步，逐步突破了超深层复杂碳酸盐岩井位优选难等技术难关，支撑了超深层复杂碳酸盐岩油气藏的不断发现。

前期主要围绕隆起部位的礁滩体与风化壳开展油气勘探，形成了“古隆起控油、斜坡富集”的基本地质认识，并建立了大型“准层状”的相控/溶控的规模储层与油气藏模式，在勘探实践中也取得良好的效果。

通过重新认识发现，富满油田走滑断裂系统对奥陶系碳酸盐岩储层与油气分布具有重要的控制作用，呈现明显“断控”特征，不同于风化壳与礁滩体控制的大型“准层状”油气藏及国内外常规“断控”油气藏。在此基础上，研究发现台缘高能滩叠加次级网状断裂也能形成规模储层，逐步建立碳酸盐岩断控台缘高能滩的油气藏模型，突破了“古隆起控油”与“准层状”的相控规模储层理论模型，进而形成了寻找台缘高能滩叠加次级网状断裂的勘探思路，引领了深层—超深层复杂海相碳酸盐岩的勘探。

（1）富东1井目的层为鹰山组，虽距主干断裂远，但台缘高能滩+次级网状断裂溶蚀改造可形成优质储层且能有效沟通油源，上覆致密灰岩可形成直接盖层，以及寒武系烃源岩供烃，是该井获高产重要原因。

（2）针对富满油田奥陶系台缘高能滩，建立的“寒武系供烃、次级网状断裂沟通油源、纵向输导、断控台缘高能滩复合油气成藏”新模式，丰富了断控碳酸盐岩成藏模式。

（3）阿满过渡带富满油田上寒武统下丘里塔格组—鹰山组断控台缘高能滩体有利勘探面积可达6200km²。富东1井区台缘高能滩面积约为400km²，预测天然气资源量超1000×10⁸m³。勘探潜力巨大，有望推动富满油田下一步天然气规模增储。