滨里海盆地南缘石炭系孤立碳酸盐台地是中亚地区重要的含油气区^[1-2]，含沥青碳酸盐岩作为重要储层，其评价精度直接影响油气资源潜力评估与勘探靶区优选^[3-6]。沥青的存在不仅改变了储层孔隙度、渗透率等，而且通过次生封盖效应调控油气运聚成藏过程^[7]。近年来，随着深层—超深层油气勘探的进展，含沥青储层的双重意义（储集空间破坏者或是成藏保存关键要素）引发广泛争论，而定量表征沥青分布与重构热演化历史成为破解这一科学难题的核心。

滨里海盆地南缘石炭系孤立台地发育多期油气充注事件，为研究构造—热演化背景下沥青动态成储机制提供了理想载体。岩浆热液活动可诱发沥青热裂解，而断裂系统控制的差异充注则导致沥青空间分异。然而，现有评价方法多依赖实验分析中的T_max值等单一地球化学指标来推测沥青成因，缺乏对单井沥青含量精细定量表征的技术手段，更难以揭示油藏范围内多期次沥青充填与储层演化的时空耦合关系。本研究系统分析了含沥青储层中沥青分布、地球化学及测井响应特征，针对油藏沥青富集的瓶颈问题，提出利用多矿物反演模型对含沥青储层进行定量评价，以精细表征沥青含量，并深入探讨其形成机制及其对油气成藏过程与勘探潜力的指示意义，为相似地质条件的油气藏研究提供重要参考^[8-10]。

滨里海盆地南缘作为东欧克拉通与乌拉尔造山带的关键构造转换带，在海西期基底断裂活化与盐底辟构造联合控制下，形成独特的“盐下深埋、多期成藏”的碳酸盐岩成藏系统。K油藏位于盆地南缘地带，为埋深超过4000m的石炭系碳酸盐岩整装油藏，具有典型环状边底水特征。该油藏石炭系自下而上，由上维宪亚阶至谢尔普霍夫阶、巴什基尔阶构成完整海平面旋回，其中巴什基尔阶和谢尔普霍夫阶为沥青主要富集层位，上维宪亚阶沥青富集规模相对有限，其空间展布与古构造隆升背景下的油气调整事件密切相关，揭示了多期成藏—改造的动态演化过程。该区碳酸盐岩储层受控于孤立台地沉积模式，自西向东呈现“深水盆地—斜坡过渡—高能台缘—局限台内”的相带分异（图 1）。台缘带以生物礁滩复合体为主，于石炭纪末至二叠纪初发育多期暴露溶蚀形成的孔—缝网络；台内相带则以低能潟湖泥晶灰岩为基质，夹持生物丘^[11]。沥青主要赋存于台缘高能相带的溶蚀孔缝系统中，其形成经历了古油藏抬升破坏过程中的相态分异作用：早期原油在热演化与硫化流体耦合作用下发生裂解与蚀变，形成具有特殊地球化学响应的固态沥青。

图 1

图 1 滨里海盆地石炭系K油藏沉积相模式图 Fig. 1 Sedimentary facies model of the Carboniferous K oil reservoir in Pre-Caspian Basin

薄片观察表明，沥青的富集显著受控于储集空间类型及其连通性。构造缝、溶蚀缝及溶洞等开放型缝洞系统是沥青的主要赋存场所，其充填程度与孔隙系统的开放性呈正相关。以台缘XX-4井为例，溶洞（直径达毫米级）及构造缝（宽度大于50μm）内沥青呈连续块状或条带状分布，充填界面清晰（图 2a、b），而XXA-03井因断裂活动强烈，构造缝与溶洞中沥青形成大面积富集带；相比之下，铸模孔、生物体腔孔等孤立孔隙因缺乏有效输导通道，普遍未见沥青充填（图 2c），如XX-4井铸模孔及台内XXD-04井铸模孔均呈孤立状，沥青难以迁移至此类空间（图 2d、e）。台缘滩XXA-02井进一步印证了这一规律，其溶蚀缝（宽度为20~30μm）（图 2f）与溶洞内沥青充填密度高于台缘XX-4井（图 2b），但受限于溶蚀强度差异，未出现XXA-03井的极端富集现象（图 2c）。上述特征揭示，沥青充注效率受孔隙连通性主导，开放缝洞系统为优势运移通道，而孤立孔隙抑制沥青富集。

图 2

图 2 滨里海盆地含沥青储层微观赋存特征薄片照片 Fig. 2 Microscopic thin-section photos of bituminous reservoirs of Pre-Caspian Basin (a) XX-4井溶洞充填沥青，3985m，巴什基尔阶；(b) XX-4井构造缝充填沥青，3969m，巴什基尔阶；(c) XXA-03井构造缝充填沥青，5293m，谢尔普霍夫阶；(d) XX-4井铸模孔无沥青充填，3966m，巴什基尔阶；(e) XXD-04井铸模孔无沥青充填，4530m，巴什基尔阶；(f) XXA-02井溶蚀缝充填沥青，5303m，巴什基尔阶；(g) XXA-02井构造缝充填沥青，5302m，巴什基尔阶；(h) XX-5井构造缝未充填沥青，4068m，巴什基尔阶

沥青的分布特征在台缘、台缘滩及台内区域呈现显著空间分异，反映构造活动强度与储层非均质性的耦合效应。XXA-02井、XX-5井、XX-4井依次位于台内滩、台缘滩、台缘礁（图 3），并发育不同开度的构造缝，台缘区域（XX-4井、XXA-03井）因构造活动活跃，发育多期次构造缝及溶蚀扩大缝洞，为沥青充注提供高效通道，如XX-4井缝合线充填沥青指示早期断裂活动对孔隙网络的改造，薄片观察下呈高沥青含量密集充填特征；位于台内滩的XXA-02井以溶蚀作用为主导，溶蚀缝洞系统发育但构造缝规模较小，沥青充填密度介于台缘与台内之间，反映溶蚀强度对局部充填规模的控制（图 2g）。台内区域的XXD-04井、XX-5井构造活动较弱，储集空间以孤立铸模孔及狭窄裂缝为主，沥青充填程度最低，如XXD-04井狭窄构造缝（宽度小于20μm）仅见局部沥青充填（图 2e），而XX-5井构造缝因完全封闭未见沥青（图 2h）。且这一分异规律表明，构造活动通过调控裂缝发育与溶蚀强度，间接控制沥青运移路径与富集规模，进而塑造储层非均质性格局。

图 3

图 3 滨里海盆地K油藏各井沥青体积含量平面分布图 Fig. 3 Plane distribution of bitumen volume content of K reservoir in various wells of Pre-Caspian Basin

通过对XX-2井333个岩心样品的TOC、Rock-Eval热解及光学分析数据系统研究，揭示了沥青的分布规律、热成熟度及其与储层演化的内在联系。TOC分析显示，储层中沥青含量具有显著的非均质性，高丰度带（TOC > 1.0%）主要集中在巴什基尔阶3990.94m、3995.70~3996.71m、4047.22m及维宪阶4060.46~4061.15m等深度段，最高TOC达2.17%，表明这些深度经历了强烈的油气充注事件。Rock-Eval热解参数为沥青成因提供了关键证据，所有样品的氢指数（I_H）普遍低于130mg/g(HC/TOC)（图 4），该数值范围远低于Ⅰ、Ⅱ型原生干酪根的I_H值，排除了这些高TOC物质来源于原地未成熟或低成熟干酪根的可能性，结合其固态赋存特征，确认储层中的高TOC物质主要为次生固体沥青。

图 4

图 4 滨里海盆地XX-2井含沥青储层地球化学参数垂向分布特征图 Fig. 4 Vertical distribution of geochemical parameters of bituminous reservoirs in Well XX-2 of Pre-Caspian Basin

成熟度指标进一步佐证其热演化背景：T_max集中于452~461℃，沥青等效镜质组反射率（R_o）为1.08%~1.26%。正交偏光下的显微观察表明沥青存在各向异性，其机制可能与芳香烃和环烷烃在高温条件下发生定向排列有关，反映其为储层内运移烃类经历高温裂解的次生产物。可动烃含量（S₁）普遍低于1.0mg/g，产率指数[PI=S₁/(S₁+S₂)]多小于0.4，表明沥青以固态残留形式赋存，流动性极低。综合地球化学参数，该沥青体系形成于较高的热动力环境（T_max > 450℃, R_o > 1.0%），其低I_H值[小于130mg/g (HC/TOC)]、低S₁/PI特征与高TOC/S₂丰度形成鲜明对比，揭示烃类经历充分裂解后固化的产物属性。

XX-2井不同层位的储层地球化学特征呈现明显分异。巴什基尔阶是高沥青含量的主要赋存层段，TOC值频繁出现大于1.0%的高峰（最高达2.17%），T_max普遍高于450℃，I_H值多介于90~130mg/g(HC/TOC)之间，指示其经历了较强的热作用与油气充注—裂解过程。相比之下，谢尔普霍夫阶与维宪阶的TOC普遍偏低，多数样品低于0.5%，仅谢尔普霍夫阶顶部少量样品TOC有所升高。这种纵向差异揭示了研究区储层内烃类改造与沥青形成作用在巴什基尔阶沉积期最为强烈，为该层段作为主要沥青储层提供了地球化学依据。

沥青作为烃类有机物质在紫外光照射下会发出特有荧光的特性，对位于台内滩、紧邻台缘滩的XX-3井4067~4074m的岩心进行紫外光照射，可以观察到含沥青岩心在紫外光照射下显示出亮色荧光，呈现出一个个亮色光斑，且沥青的发光强度小于石油的发光强度。含沥青储层测井响应特征呈现明显的“三高一低”组合模式：电阻率值显著偏高，曲线形态呈锯齿状突变特征，电成像测井图像呈高阻，三孔隙度曲线高值，且中子密度曲线出现一定的包络面积，横向弛豫时间（T₂）谱集中分布于3ms以内，并且沥青越富集，T₂值越小。此外，含沥青储层岩心分析孔隙度与测井解释孔隙度表现出明显不匹配的现象：采用中子—密度孔隙度交会模型计算孔隙度，在4067~4074m，测井解释孔隙度明显大于岩心分析孔隙度，而在其他井段测井解释孔隙度很好地吻合岩心分析孔隙度（图 5）。

图 5

图 5 滨里海盆地含沥青储层典型测井响应特征图 Fig. 5 Typical well logging response of bituminous reservoirs of Pre-Caspian Basin

常规测井孔隙度计算是基于岩石骨架值的选取并进行泥岩校正，得到的是除骨架和泥岩外的孔隙体积，该体积包括沥青所占据的孔隙空间。该油田岩心孔隙分析方法为氦气岩心测试，该方法得到的孔隙为岩石的实际有效孔隙度，即油气和自由水所占据的孔隙体积。因此，常规测井解释孔隙度减去氦气岩心测试孔隙度，可真实反映沥青占据的孔隙体积（图 6）。基于该原理可以对具有岩心分析数据井含沥青储层的沥青含量进行计算，验证沥青定性识别效果，奠定非取心井段含沥青储层测井评价的基础。

图 6

图 6 含沥青储层微观岩石物理模型 Fig. 6 Microscopic petrophysical model of bituminous reservoirs

沥青的富集导致测井解释孔隙度与实测孔隙度不符。对于含沥青储层测井解释，传统测井解释模型将其当作储集空间中的一部分流体，无法反映储层中沥青含量。本次研究创新性地将沥青作为固态有机矿物组分加入传统的测井解释体积模型中，建立含沥青储层测井解释体积模型（图 7）。

图 7

图 7 含沥青储层测井解释体积模型图 Fig. 7 Well logging interpreted volumetric model for bituminous reservoirs

传统的测井解释方法采用经验公式计算储层参数，由于测井解释体积模型改变，测井解释计算方法也将随之改变。根据物质守恒原则，把含沥青储层看成是由均匀分布的骨架矿物、沥青和充满流体的储集空间组成的^[12-14]，各组分的体积之和为1，并赋予各组分以特定的测井响应值，用组合模型计算地层各矿物的含量和孔隙体积（式1、式2）：

式中L_i——测井曲线读值，无量纲；

P_ij——各组分测井响应参数，无量纲；

V_j——各组分的相对体积含量。

优选中子、密度、声波、深电导率、浅电导率共5条曲线，用组合模型计算得到沥青所占孔隙体积，并对XX-2井沥青密度、声波时差、中子响应值进行了岩石物理实验分析，得出其密度为1.30g/cm³，声波时差为357.5μs/m，中子响应值为43%，并且认为储层导电方式符合双水模型^[15-17]，最终实现对含沥青储层中沥青含量的精确定量评价（表 1）。

表 1

表 1 含沥青储层各组分测井响应参数表（据斯伦贝谢公司矿物测井值手册） Table 1 Logging response parameters of each component in bituminous reservoirs (According to Schlumberger Mineral Logging Value Manual) 矿物骨架 中子/% 密度/(g·cm-3) 声波时差/(μs·m-1) 深电导率/(mS·m-1) 浅电导率/(mS·m-1) 方解石 0 2.71 156.8 0 0 白云石 3 2.87 143 0 0 伊利石 24.7 2.78 280 0 0 高岭石 32.1 2.63 260 0 0 沥青 43 1.30 357.5 0 0 原油 97 0.79 620.1 0 0 地层水 97 0.99 620.1 62.34 7.267

表 1 含沥青储层各组分测井响应参数表（据斯伦贝谢公司矿物测井值手册） Table 1 Logging response parameters of each component in bituminous reservoirs (According to Schlumberger Mineral Logging Value Manual)

在XXD-04井4110~4140m巴什基尔阶含沥青储层段测井评价中，基于沥青、方解石、伊利石等各组分的测井响应特征值构建反演模型，对补偿中子、密度、声波时差、深电阻率、浅电阻率等测井曲线进行反演。结果显示，各类反演曲线（红色虚线）与实际测井曲线（黑色实线）一致性显著，验证了模型的可靠性。依据该反演成果，可精准计算沥青体积含量，明确其在4110~4140m含沥青储层段中的分布特征。传统测井解释中，沥青会干扰孔隙度等参数计算，导致孔隙度解释结果偏差较大。而去除沥青对孔隙度的影响后，新测井解释孔隙度与岩心分析孔隙度吻合度极高，测井解释精度得到显著提升（图 8）。为进一步验证新模型的适用性，对XX-2井、XX-4井及XXD-04共3口取心井进行了对比分析，分别绘制应用新模型前后测井解释孔隙度与岩心分析孔隙度的交会图。结果显示，新模型下数据点更集中于y=x曲线附近。误差分析表明，单井测井解释孔隙度与岩心分析孔隙度的标准差从2.49降至1.99，解释精度提升约20%（图 9）。

图 8

图 8 滨里海盆地XXD-04井沥青含量定量计算图 Fig. 8 Quantitative evaluation of bitumen content of Well XXD-04 of Pre-Caspian Basin

图 9

图 9 滨里海盆地应用新模型前后的孔隙度解释与岩心分析孔隙度交会图 Fig. 9 Cross plot between interpreted and core measured porosity before and after applying the new model of Pre-Caspian Basin

利用上述测井评价方法对K油藏各井的沥青含量进行计算，并在该油藏沉积相展布图基础上绘制了沥青体积含量平面分布图（图 3）。可以看出台缘井沥青含量要远高于台内井，垂向上，沥青富集层集中分布于巴什基尔阶（TOC > 2%），向下至维宪阶TOC值降至小于0.5%，呈现出自上而下逐渐减弱的趋势。这种空间分异与溶蚀孔—缝网络的发育程度密切相关：台缘带发育多期构造缝与溶蚀扩大的缝洞系统，为沥青充注提供了优势运移通道和储集空间；而台内区域以孤立孔隙为主，缝洞连通性差，限制了沥青的运移与富集。沥青的形成受控于多期油气充注与热演化事件的耦合作用，高温热裂解与可能的TSR蚀变是其核心成因，沥青的T_max > 450℃及普遍发育的各向异性结构表明其经历高温改造。原油物性数据提供关键佐证：XX-1井、XX-04井原油具有低密度（0.6g/cm³）、低黏度（0.21mPa·s）、高H₂S含量（15.07%）及异常气油比（513m³/m³），符合原油裂解和TSR产物的典型特征。热事件驱动机制上，可能与海西期区域性构造—热事件背景下的局部热异常有关（T_max > 450℃），导致早期充注的原油裂解为沥青、天然气及H₂S。

现今油水界面（-4570m）与沥青赋存最深垂深（-4587m）存在约17m的深度差，沥青底深大致对应古油藏的油水界面，明确指示出沥青形成时的古油水界面深于现今界面（图 10）。若考虑储层倾角与构造形态未发生显著改变，古油藏实际规模可能比现今油藏规模更大：古油藏形成时上覆的二叠系区域性膏盐盖层尚未发生破裂、封闭性更强，而现今油藏形成时盖层因裂解事件微裂隙发育，封闭能力减弱。并且，古原油裂解生成大量天然气和H₂S，导致流体相态膨胀，古油水界面下移。目前K油藏仅XX-5-02井钻遇油水界面（-4570m），据此初步推断油藏具有统一油水界面。但由于油藏底部发育沥青垫，不能排除油水界面存在倾斜特征^{[9, 18]}。

图 10

图 10 含沥青油藏连井剖面及古今油水界面对比图 Fig. 10 Well-connected correlation section of bituminous oil reservoir and comparison between paleo and current oil-water contacts

对油田XX-1井、XX-04井原油物性、组分进行了实验分析验证，原油表现为低密度（地层0.6g/cm³）、低黏度（0.21mPa·s）、高气油比（513m³/m³）、高H₂S含量(15.07%)，结合沥青地球化学特征，推断出沥青是由古油藏裂解形成的残留产物，具体成藏过程如下。K油藏存在两期主要油气充注事件，第一期充注主要形成巴什基尔阶沥青富集层，其烃源岩为中泥盆统碎屑岩，分布在孤立台地侧翼。受限于生烃能力及早期台缘储层物性优势，第一期油气主要沿裂缝、溶洞等通道充注于孤立碳酸盐台地边缘，仅少量进入台内。随着埋深增加至4500m以深，区域性热事件导致温度压力升高，早期原油发生热裂解，生成天然气、固态沥青及H₂S。此过程在台缘高孔渗带形成了现今观测到的巴什基尔阶高丰度沥青富集带。第二期充注则主要影响谢尔普霍夫阶及部分维宪阶，主力烃源岩为孤立台地两侧的石炭系和泥盆系泥页岩，随着盆地持续沉降，该套烃源岩成熟生烃，形成现今的石油。此期原油充注范围为台内及台缘更广区域，但因其有机质演化程度处于热催化生油气阶段，因未达裂解条件而没有形成大量新沥青。现今油藏中的高H₂S含量和异常高气油比，是第一期裂解产生的天然气、H₂S与第二期充注原油混合的结果（图 11）。因此，沥青的富集主要指示了第一期古油藏的位置及其经历的高温热裂解历史，受控于烃源岩分布、古油藏热演化程度及储层原始孔渗通道的发育情况。

图 11

图 11 滨里海盆地K油藏两期油气充注成藏模式图 Fig. 11 Two-stage hydrocarbon charging model of K oil reservoir of Pre-Caspian Basin

基于K油藏的沥青分布特征及地球化学参数，研究明确了沥青的核心指示意义。首先，沥青是古油藏裂解产物标志^[19-21]，巴什基尔阶台缘相带的高丰度沥青带（TOC > 1.0%）是早期古油藏经历高温裂解的直接证据。其较高的热成熟特征（T_max为452~461℃）、低I_H值[ < 130mg/g（HC/TOC）]及各向异性结构（大于90%）具有明确的成因指示性。其次，沥青对储层非均质性具有指示作用^[22]，沥青在XX-4井、XXA-03井等台缘高能相带开放缝洞系统中的富集，与台内XXD-04井、XX-5井等孤立孔隙中沥青的缺失形成鲜明对比，清晰地刻画了储层原始孔渗性及后期流体活动的空间差异。这种非均质性直接影响着古油藏的分布和后期油气的调整。地球化学证据显示，现今油藏的高H₂S含量（15.07%）及异常原始气油比（513m³/m³）反映了天然气、H₂S等古油藏裂解产物与二期充注原油的混合过程。沥青本身作为裂解残留物，其空间分布是解析这一混合过程的重要线索。

K油藏原始气油比（513m³/m³）远高于滨里海盆地其他碳酸盐岩油田（202~336m³/m³），这主要源于第一期原油裂解产生的大量天然气与第二期原油的混合。原油裂解过程释放的能量可能导致古油藏温压短暂升高，在一定程度上影响当时流体的运移趋势^[23]。更重要的是，区域上广泛发育的二叠系泥岩、膏盐和盐岩构成了本区优质的区域性盖层，对油气起到了有效的封闭作用。对于维宪阶以深的深层目标，封盖条件主要依赖于石炭系层内致密灰岩、成岩胶结带的局部封堵。沥青垫的存在进一步增强了层内封盖能力，阻止了油气的逸散。在优质盖层背景下，维宪阶以下的深层—超深层原生孔隙系统未受古裂解事件严重破坏。油藏北部台缘带沥青垂深最大，一方面印证了它是第一期油气充注的主汇聚区，另一方面也表明其下伏的深层背斜、断块等构造圈闭，最有可能富集第二期原油或早期残余烃（图 11）。这些圈闭可能捕获了早期运移的烃类或后期调整的油气，而沥青主要分布在上覆巴什基尔阶台缘带可作为识别古油藏位置和热演化历史的参考，帮助圈定深层有利区带。古油水界面下移现象进一步佐证了深部圈闭封闭的有效性，未受裂解影响的维宪阶储层单元底界深度以深的深层—超深层构造圈闭具备较大勘探潜力。

（1）滨里海盆地石炭系储层沥青富集主要受沉积相与构造—成岩作用联合控制，其中台缘高能相带的开放缝洞系统是优势赋存空间，台内孤立孔隙因流体输导受限基本无沥青充填。

（2）创新建立基于沥青物理相态约束的多矿物定量反演模型，将沥青作为固态有机矿物组分纳入体积模型，有效解决了孔隙度的高估问题，孔隙度解释精度提升近20%。

（3）高成熟特征的沥青[T_max介于452~461℃、I_H低于130mg/g（HC/TOC）]，为高温热裂解以及在可能发生的TSR蚀变作用下的共同产物。沥青底界揭示古油水界面深于现今油水界面；受沥青垫影响，现今油水界面存在倾斜可能性。

（4）巴什基尔阶台缘高丰度沥青带是古油藏裂解的确切标志，其空间分布揭示了古油藏的位置及储层非均质性。沥青分布特征揭示研究区存在两期成藏过程：早期原油在台缘形成古油藏并裂解，晚期原油在区域性盖层封闭下充注成藏。深层—超深层未受裂解影响的构造圈闭是重要的勘探目标，其成藏有效性主要受控于区域性盖层和圈闭条件。