岩石学报  2013, Vol. 29 Issue (9): 3213-3222   PDF    
碳酸盐岩岩溶储层类型研究及对勘探的指导意义——以塔里木盆地岩溶储层为例
赵文智1, 沈安江2,3, 潘文庆4, 张宝民5, 乔占峰2,3, 郑剑锋2,3     
1. 中国石油勘探与生产公司,北京 100007;
2. 中国石油杭州地质研究院,杭州 310023;
3. 中国石油天然气集团公司碳酸盐岩储层重点实验室,杭州 310023;
4. 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,库尔勒 841000;
5. 中国石油勘探开发研究院实验中心,北京 100083
摘要: 岩溶储层是中国海相含油气盆地重要的储层类型之一。本文基于塔里木盆地岩溶储层的实例研究,指出岩溶储层的储集空间以缝洞为主,缝洞可以发育于潜山区,也可以发育于内幕区,具不同的地质背景和成因。据此,将岩溶储层细分为四个亚类,其中,潜山(风化壳)岩溶储层又可根据围岩岩性的不同细分为灰岩潜山岩溶储层和白云岩风化壳储层两个次亚类。潜山(风化壳)岩溶储层发育于潜山区,与中长期的角度不整合面有关,准层状分布,峰丘地貌特征明显;层间岩溶储层和顺层岩溶储层发育于内幕区,前者与碳酸盐岩层系内部中短期的平行(微角度)不整合面有关,准层状分布,后者与潜山周缘的斜坡背景有关,环潜山周缘呈环带状分布,与不整合面无关;受断裂控制岩溶储层主要发育于内幕区,分布于断裂发育区,尤其是背斜的核部,与不整合面无关,受断裂控制导致缝洞发育跨度大,沿断裂呈栅状分布。岩溶储层的细分方案突破了岩溶储层只分布于潜山区的传统认识,使岩溶储层勘探由潜山区向内幕区拓展,对中国海相含油气盆地碳酸盐岩油气勘探具重要的指导作用。
关键词: 塔里木盆地     岩溶储层     潜山区     内幕区    
A research on carbonate karst reservoirs classification and its implication on hydrocarbon exploration: Cases studies from Tarim Basin
ZHAO WenZhi1, SHEN AnJiang2,3, PAN WenQing4, ZHANG BaoMin5, QIAO ZhanFeng2,3, ZHENG JianFeng2,3     
1. Petrochina Exploration and Production Company, Beijing 100007, China;
2. Petrochina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, China;
3. Petrochina Key Lab of Carbonate Reservoir, Hangzhou 310023, China;
4. Research Institute of Exploration and Development, Tarim Oil Company, Kurler 841000, China;
5. Petrochina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China
Abstract: Karst reservoirs were very important explorational target in China marine hydrocarbon-bearing basins. Based on the cases studies of karst reservoir from Tarim basin, it could be concluded that porespace, which was mainly composed of vug, cavern and solution fissure with different geological background and origins, could distributed in the area of carbonate hills and carbonate interstratum. According to the distribution of porespace, karst reservoirs could be divided into four types, in which, buried hill(weathering crust)karst reservoir could be divided into two subtypes as limestone buried hill karst reservoir and dolomite crust karst reservoir. Buried hill(weathering crust)karst reservoirs developed in area of buried carbonate hill which were related to mid-long term angle uncomformity with intensive terrain relief while interstratum karst reservoir and bedding karst reservoir developed in area of interstratum with minor terrain relief. Interstratum karst reservoir was related to short-mid disconformity within carbonate sequence with bedded distributional characteristics while bedding karst reservoir was related to slope geological background with circle-rimmed distributional characteristics around carbonate hill. Fault-related karst reservoir mainly developed in area of interstratum, especially in the core of anticline and porespace developed along fault. Tradditional karst reservoirs give the way to the subdivision of karst reservoirs which expand the explorational realm for karst reservoirs. The explorational realm has been stretched from carbonate hill into carbonate interstratum which would play important roles for hydrocarbon exploration in China marine carbonate basins.
Key words: Tarim Basin     Classification of Karst Reservoirs     Carbonate Hill reservoirs;Carbonate Interstratum reservoirs     Carbonate Interstratum reservoirs    
1 岩溶储层类型概述

“喀斯特(karst)”一词源于100多年前南斯拉夫碳酸盐岩特定的地貌和水文现象的地理区域。1966年在中国第二届“喀斯特”会议上,将“喀斯特”一词改为“岩溶”,“喀斯特作用(karstification)”则改称为“岩溶作用”。《岩溶学词典》对岩溶作用的定义为水对可溶性岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩等)的化学溶蚀、机械侵蚀、物质迁移和再沉积的综合地质作用及由此所产生现象的统称,为地质学和地貌学专门术语,特指地表剥蚀和峰丘地貌。

近几年,国内不少学者将岩溶作用定义作了无限的延伸,将同生期或准同生期水对碳酸盐沉积物的溶解作用及埋藏期热液对碳酸盐岩的溶解作用均纳入岩溶作用的范畴(Wang and Al-Aasm, 2002; 吴茂炳等, 2007; Lü et al., 2008; 张宝民和刘静江, 2009; 潘文庆等, 2009; 朱光有等, 2009)。本文所指的岩溶作用严格按照《岩溶学词典》的定义。

岩溶储层是指与岩溶作用相关的储层。岩溶作用往往形成规模不等的溶孔、溶洞及溶缝,所以岩溶储层的储集空间以溶孔、溶洞及溶缝为特征,具有极强的非均质性。传统意义上的岩溶储层都与明显的地表剥蚀和峰丘地貌有关,或与大型的角度不整合有关,岩溶缝洞沿大型不整合面或峰丘地貌呈准层状分布,集中分布在不整合面之下0~50m的范围内,最大分布深度可以达到200~300m(Lohmann,1988Kerans,1988James and Choquette, 1988郑兴平等,2009)。塔里木盆地塔北地区轮南低凸起奥陶系鹰山组岩溶储层就属于这类传统意义上的岩溶储层,奥陶系鹰山组灰岩为石炭系砂泥岩覆盖,之间代表长达120Myr的地层剥蚀和缺失,峰丘地貌特征明显,潜山高度可以达到数百米,不整合面之下的岩溶缝洞是非常重要的油气储集空间,分布于碳酸盐岩潜山区(顾家裕,1999张抗等,2004陈景山等,2007)。AAPG Bulletin近10年发表的与“喀斯特作用”相关的岩溶储层的论文均属这类。

近几年塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地的勘探实践表明,碳酸盐岩岩溶缝洞的分布不仅限于潜山区,内幕区同样发育有岩溶缝洞,而且是重要的油气储集空间,如塔北南斜坡和塔中北斜坡碳酸盐岩内幕区,这就使传统意义上的岩溶储层概念面临挑战(赵文智等,2012)。事实上,不整合面类型、斜坡背景和断裂均控制岩溶作用类型(层间岩溶作用、顺层岩溶作用、潜山岩溶作用和断裂诱导岩溶作用)和岩溶缝洞的发育,并可以根据主控因素的不同将岩溶储层细分为以下四个亚类(表 1),其中,潜山(风化壳)岩溶储层又可根据围岩岩性的不同细分为灰岩潜山岩溶储层和白云岩风化壳储层两个次亚类。

表 1 塔里木、四川和鄂尔多斯盆地岩溶储层分类 Table 1 Classification of karst reservoirs in Tarim, Sichuan and Ordos basins
2 岩溶储层实例解剖 2.1 层间岩溶储层

以塔里木盆地塔中北斜坡鹰山组为例阐述层间岩溶储层的特征和成因。

加里东中期构造运动第Ⅰ幕发生于中、晚奥陶世之间,与Tg5’不整合面相当。受控于昆仑岛弧与塔里木板块的弧-陆碰撞作用,区域构造应力场开始由张扭转变为压扭,塔中乃至巴楚台地整体强烈隆升,缺失了中奥陶统一间房组和上奥陶统吐木休克组沉积。鹰山组裸露区为灰云岩山地,其接触关系为上奥陶统良里塔格组与鹰山组主体呈微角度不整合接触(图 1),代表 10~16Ma年的地层缺失和层间岩溶作用,形成了塔中北斜坡鹰山组上部的层间岩溶储层。地层剥蚀程度由北东Ⅰ号构造带向南西中央高垒带增强,残存厚度200~700m不等。

图 1 塔中北斜坡奥陶系鹰山组地层剥蚀关系及沉积储层对比剖面图 Fig. 1 Correlated section showing facies and reservoir distribution within Yingshan Fm.(Ordovician)stratigraphic framework, located in the north slope of Tazhong area

在地震剖面上,与Tg5’不整合面相当的反射界面具明显的削截反射终止关系,不整合面之上奥陶系良里塔格组灰岩可见明显的上超充填特征。

不整合面之下鹰山组为较纯的灰岩或灰岩与白云岩互层,之上为良里塔格组含泥灰岩段泥质灰岩,测井响应特征截然不同。古岩溶面在部分井段上也有明显的测井响应特征,如塔中162井鹰山组古岩溶面(4900m)以下具GR、声波时差增大、深浅侧向电阻率差增大、Th/K比值向上增大的测井响应特征。取心见厚约20m的洞穴充填泥沙、方解石胶结物及灰岩角砾,还可见垂直发育的扩溶缝和溶沟,缝中充填灰绿色泥岩和角砾。

储集空间有基质孔、溶蚀孔洞、洞穴和裂缝(图版1-1)。基质孔不发育,但个别井却异常发育,如中古203井颗粒灰岩粒间孔、中古9井白云岩晶间孔,前者平均面孔率1.98%,后者平均面孔率2.43%。

大型洞穴较常见,主要表现为钻井过程中泥浆漏失、放空、岩心收获率低、岩心破碎、岩心中可见洞穴充填物等。塔中169井钻时由井深4449m的13min/m降至4450m的4min/m,岩心观察发现溶洞。塔中77井鹰山组最大洞穴高度33m,被灰质角砾和泥沙充填。中古5井鹰山组1.4m高洞穴被灰岩角砾和泥质半充填,溢流1.0m3。中古103井在鹰山组6233.00~6233.46m井段漏失泥浆1621.10m3。塔中北斜坡鹰山组钻录井和测井资料表明,超过三分之一的井大型缝洞系统发育,是主要的储集空间,钻井放空尺度从0.33m至4.3m,平均2.31m。岩溶缝洞发育的主体深度为0~50m,准层状分布。

塔中16-12井区发现岩溶作用形成的溶蚀孔洞,部分被灰绿色泥质充填,溶蚀孔洞呈圆形、椭圆形及不规则状,溶蚀孔洞发育段岩石呈蜂窝状,面孔率最高可达10%,溶蚀孔洞发育段与不发育段呈层状间互分布。

塔中鹰山组裂缝主要有构造缝、溶蚀缝和成岩缝三类,分别与断裂活动、古岩溶作用和压溶作用相关。从产状看多为垂直缝、网状缝和斜交缝,少量水平缝,明显的扩溶现象,缝率1.5%,缝宽0.2~20mm,半充填-全充填。

根据孔洞缝组合特征,塔中北斜坡鹰山组层间岩溶储层可划分为孔洞型、裂缝型、裂缝-孔洞型和洞穴型,以洞穴型为主,次为裂缝-孔洞型和孔洞型。

储层成因可归纳为以下3个方面:①鹰山组与良里塔格组之间长达10~16Myr的地层剥蚀为表生期层间岩溶储层的发育提供了地质背景,形成的储集空间有非组构选择性溶蚀孔洞、洞穴及裂缝,构成储集空间的主体,准层状分布,距不整合面深度一般小于50m,非均质性强,缝洞充填程度不一;②埋藏溶蚀作用形成的非组构选择性基质溶孔是对岩溶缝洞的重要补充,大大增加了围岩的基质孔隙度,但分布局限,发育于邻近断裂及裂缝的颗粒灰岩中,成层性差,与有机酸、盆地热卤水及TSR有关,中古203井鹰山组颗粒灰岩中发育的非组构选择性粒间溶孔是最为典型的实例;③埋藏白云石化可形成很好的晶间孔及晶间溶孔,是对岩溶缝洞的重要补充,大大增加了围岩的基质孔隙度,白云岩呈斑块状或透镜状分布,中古1、中古9、中古432、中古461、中古451和塔中201C井鹰山组中粗晶白云岩是最为典型的实例。

另外,西克尔、一间房及硫磺沟露头剖面鹰山组顶部发育大量顺层或沿断层分布的大洞穴(图版1-2),大多为闪锌矿、萤石充填或半充填,可能与热液溶蚀作用有关,断裂是岩溶作用及热液溶蚀作用重要的流体通道。

2.2 顺层岩溶储层

以塔北南缘斜坡区奥陶系鹰山组为例阐述顺层岩溶储层的特征和成因。

以桑塔木组剥蚀线为界,塔北隆起被划分为潜山区和内幕区(图 2),内幕区位于塔北隆起的围斜部位,是轮南低凸起向外延伸的大型构造斜坡,向东进入草湖凹陷,向南进入满加尔坳陷,向西南进入哈拉哈塘凹陷。受中加里东-早海西期潜山区岩溶作用的影响,内幕区中下奥陶统一间房组-鹰山组Ⅰ段虽上覆吐木休克组区域性泥岩盖层,但大气淡水从潜山顶部的补给区由北至南向泄水区流动的过程中,在围斜部位发生大面积顺层岩溶作用,形成顺层岩溶储层。

图 2 塔北南缘奥陶系潜山区与内幕区分布图,底图为奥陶系碳酸盐岩顶面构造图(据塔里木油田分公司,2010) Fig. 2 Diagram illustrating the distribution of Ordovician carbonate hill and interstratum in the southern area of Tabei uplift, the tectonic contour of top Ordovician carbonate as background map

①塔里木油田分公司.2010.塔北地区寒武-奥陶系石油地质综合评价和目标优选

储集空间有基质孔、溶蚀孔洞、洞穴和裂缝,以溶蚀孔洞、洞穴和裂缝为主。

溶蚀孔洞孔径大于2mm,为塔北南缘中下奥陶统一间房组-鹰山组Ⅰ段重要的储集空间类型,大多顺层状或沿裂缝发育,常见方解石充填或半充填,偶见泥质充填。成像测井揭示溶蚀孔洞清晰,哈6C、哈9井和轮古391井最为典型。

大型洞穴较常见,尤其发育于断裂的交汇处,受断裂控制明显。常规测井和成像测井、洞穴角砾岩、地下暗河沉积物、巨晶方解石充填、钻井放空、泥浆漏失、钻时明显降低等标志能有效识别大型洞穴(表 2)。如哈9井在6693~6701m井段顶部发生1m放空,成像测井表现为大段暗色低阻层,显示为大型洞穴。

表 2 塔北南缘中下奥陶统一间房组-鹰山组Ⅰ段钻录井显示洞穴的发育 Table 2 Cavity identified from log data developed in Yijianfang Fm. and Member Ⅰof Yingshan Fm., southern area of Tabei uplift

根据孔洞缝组合特征,塔北南缘斜坡区鹰山组顺层岩溶储层可划分为孔洞型、裂缝型、裂缝-孔洞型和(裂缝-)洞穴型四种储层类型,以(裂缝-)洞穴型为主,次为裂缝-孔洞型。

储层成因可归纳为以下3个方面:

①古隆起及斜坡背景为顺层岩溶储层的发育提供了地质背景

中加里东晚期-早海西期,随着塔北隆起的大幅度抬升,轮南潜山区遭受强烈的潜山岩溶作用改造,围斜区中下奥陶统一间房组及鹰山组遭受强烈的顺层岩溶作用改造,均可形成大型的缝洞系统,在平面上分为2个带(图 3),一是潜山高部位的潜山岩溶储层发育区,二是围斜部位的顺层岩溶储层发育区。与早期潜山油气勘探理念相比,顺层岩溶储层的提出拓展了岩溶储层的勘探范围。

图 3 塔北南缘奥陶系一间房组-鹰山组顺层岩溶作用模式及储层形成机理示意图 Fig. 3 Diagram showing the bedding karstification and origin of carbonate reservoir in Yijianfang Fm. and Yingshan Fm.(Ordovician), located in southern area of Tabei uplift

②断裂及渗透性好的颗粒灰岩为顺层岩溶作用提供了成岩介质通道

塔北南缘各井奥陶系一间房组及鹰山组高能滩相沉积发育,层状大面积分布,围岩研究揭示溶蚀孔洞及洞穴主要发育于渗透性好的颗粒灰岩中,大型洞穴的发育还与断裂有关,尤其是两组断裂的交割部位。勘探实践证实,地震剖面上的“串珠”为岩溶缝洞的响应,其平面分布具有明显的规律性,90%以上的溶蚀孔洞及洞穴均与断裂有关,并通过断裂及裂缝相联通。

③顺层岩溶作用是各类储集空间形成的关键

轮东1井奥陶系一间房组-鹰山组溶洞(6791~6797m)中见石炭系腹足、腕足化石,地层水显示古大气水特征,岩溶强度平面上具分带性,向斜坡倾角方向岩溶强度逐渐减弱,这充分说明与潜山岩溶作用同期的顺层岩溶作用是潜山周缘内幕区岩溶缝洞发育的关键(张宝民和刘静江,2009)。

2.3 潜山(风化壳)岩溶储层

灰岩潜山岩溶储层 传统意义上的岩溶储层,以轮南低凸起奥陶系鹰山组为代表,碳酸盐岩地层主体被剥至鹰山组,地形起伏大,与上覆石炭系碎屑岩呈大型角度不整合接触,潜山岩溶作用的产物。潜山岩溶储层特征和成因与顺层岩溶储层相似,岩溶缝洞是主要的储集空间,发育少量的溶蚀孔洞,准层状分布,断裂及裂缝对潜山岩溶作用和顺层岩溶作用均起重要的控制作用,而且岩溶作用发生的时间一致。两者的区别主要有以下3个方面。

①潜山岩溶储层位于潜山区,顺层岩溶储层位于潜山周缘的内幕区。

②潜山岩溶储层与高地貌起伏的隆起背景及角度不整合面相关,顺层岩溶储层则与斜坡背景相关,没有地层的剥蚀和缺失,与不整合无关。

③潜山岩溶作用强度呈垂向分带(岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶盆地),而顺层岩溶作用强度呈侧向分带,向斜坡倾角方向岩溶强度逐渐减弱。

白云岩风化壳储层 非常重要的岩溶储层之一,与灰岩潜山岩溶储层的特征和成因相似,两者的区别主要有以下3个方面。

①古地貌:灰岩潜山的地貌起伏比白云岩风化壳的地貌起伏大,峰丘地貌特征明显,这也是为什么前者称为潜山,后者称为风化壳的原因。

鄂尔多斯盆地马家沟组及四川盆地雷口坡组白云岩风化壳地貌起伏均不大或平坦,无明显的峰丘地貌特征。塔里木盆地牙哈-英买力地区寒武系白云岩风化壳之所以地貌起伏较大,有时称为白云岩潜山,准确地说应该称为断块型潜山,这与白云岩风化壳形成之后的断块活动有关,形成一系列的断垒和断凹,并不代表当时的岩溶地貌。

②洞穴发育程度:灰岩潜山比白云岩风化壳的缝洞体系要发育得多

灰岩潜山岩溶储层的缝洞体系发育,洞穴及裂缝构成主要的储集空间类型(图版1-3),在地震剖面上表现为“串珠状”,据轮古西200km2岩溶储层的解剖,缝洞率可以达到6%~10%。

白云岩风化壳储层的缝洞体系欠发育,这可能与表生环境白云岩比灰岩难以被大气淡水溶解有关。牙哈-英买力地区寒武系白云岩风化壳的缝洞体系极不发育,地震剖面上的“串珠状”特征不明显,只在英买321井见到一个2m高的洞穴,被陆源碎屑充填,洞穴充填物孔隙较发育(图版1-4)(沈安江等,2007)。鄂尔多斯盆地马家沟组白云岩风化壳储层的岩溶洞穴也不发育,在米11井、米21井、统11井、双2井、神7井、榆138井见到的岩溶角砾岩不一定代表洞穴充填物,很可能是膏溶角砾岩或风化壳上的残留角砾岩,因角砾成份为白云岩角砾,与围岩成份一致,缺陆源物质,地震剖面上的“串珠状”特征不明显。四川盆地雷口坡组白云岩风化壳视剥蚀程度的不同,出露的地层可从雷一段至雷四段,洞穴不发育,地震剖面上的“串珠状”特征不明显,龙岗19井雷四3取心段的岩溶角砾岩和鄂尔多斯盆地马家沟组的岩溶角砾岩特征一样,不一定代表洞穴充填物。

③围岩特征:灰岩潜山的围岩致密,白云岩风化壳的围岩往往为多孔白云岩

轮南低凸起潜山油气藏勘探实践证实,灰岩潜山岩溶储层的岩溶缝洞很发育,构成主要的储集空间,而围岩很致密,导致储层非均质性强,围岩物性没有代表性。而白云岩风化壳储层恰恰相反,虽然岩溶缝洞不发育,但围岩往往是多孔的白云岩储层,构成主要的储集空间。牙哈-英买力地区寒武系白云岩风化壳储层的围岩为细中晶白云岩,以英买32井为代表,晶间孔和晶间溶孔发育(图版1-5),平均孔隙度达到8%~10%,而紧邻的英买321井发育一个2m高的洞穴(沈安江等,2007)。鄂尔多斯盆地靖边气田马家沟组白云岩风化壳储层的围岩为膏云岩,石膏斑块、结核或针状、板状石膏零星散布于泥粉晶白云岩中,石膏溶解形成的膏模孔构成主要的储集空间(图版1-6)(侯方浩等,2003郑聪斌等,1997)。四川盆地雷口坡组白云岩风化壳储层的围岩可分为两类,一类为颗粒白云岩,主要见于雷三段出露区,粒间孔发育(图版1-7),另一类为膏云岩,主要见于雷一段出露区,膏模孔发育,粒间孔和膏模孔构成主要的储集空间(沈安江等,2008)。

综上所述,白云岩风化壳储层的储集空间并不是传统意义上的岩溶缝洞,而是不整合面之下多孔的白云岩储层,孔隙的形成可能与不整合面有关,如石膏的溶解和膏模孔的形成,也有可能在抬升剥蚀前孔隙已经形成,如细中晶白云岩和颗粒白云岩储层。对于前者,有效储层的分布受不整合面控制,对于后者,有效储层可以远离不整合面分布或分布范围比不整合面分布范围大。

2.4 受断裂控制岩溶储层

以塔里木盆地英买1-2区块的一间房组和鹰山组为例阐述受断裂控制岩溶储层的特征和成因。英买1-2区块奥陶系沉积序列完整,鹰山组和一间房组被吐木休克组、良里塔格组和桑塔木组覆盖,之间没有明显的地层缺失和不整合。

英买2号构造具穹窿状构造特征,构造面积7km2,构造幅度560m。发育三组断裂,一组为NNE大型走滑断裂,延伸较远,切割中上寒武统-志留系;另两组为NNW和NWW小型断裂,切割奥陶系,集中发育在穹窿高部位。

储集空间有溶蚀孔洞、洞穴、断裂和裂缝(图版1-8),围岩基质孔不发育。

断裂和裂缝 英买1-2井区的断裂和裂缝可分为构造缝、溶蚀缝和成岩缝,以高角度构造缝为主,占70%以上,并被溶蚀扩大成溶蚀缝。英买2号构造经历了多期构造运动,发育大量高角度构造缝,多被亮晶方解石充填,偶见白云石充填。大的洞穴往往与断裂有关,而溶蚀孔洞往往与次级的裂缝有关。

溶蚀孔洞 溶蚀孔洞多与裂缝相伴生,是裂缝溶蚀扩大的产物,沿裂缝网发育,为英买1-2区块重要的储集空间类型。

洞穴 英买1-2区块的洞穴远不如轮南低凸起灰岩潜山的洞穴发育,而且主要沿大的断裂分布,大多被亮晶方解石充填-半充填,几乎见不到陆源碎屑充填物,垮塌角砾也不多见,渗流沉积物以灰质砂屑和生屑为主。这些都说明洞穴是在深埋条件下原地溶蚀形成的。英买203井6131.50~6139.10m钻遇一间房组和鹰山组的洞穴,放空7.6m,漏失泥浆222.64m3,只收获0.57m的亮晶方解石,6084.81m漏失泥浆25.78m3,为两个大型溶洞;英买11井钻至5733.00m、5798.00m、5800.00m分别漏失泥浆30m3、35m3及5.70m3,反映三层缝洞的存在;英买1井 5368.00~5371.00m、英买10井5274.00m、英买101井5452.00~5466.00m见大量的渗流沉积物。

根据孔洞缝组合特征,英买1-2区块奥陶系一间房组和鹰山组受断裂控制岩溶储层可划分为裂缝型、裂缝-孔洞型、断裂-洞穴型三种类型,英买1井区以裂缝型为主,英买2井区以裂缝-孔洞型为主,少量断裂-洞穴型。

储层成因可归纳为以下2个方面:

①断裂和裂缝控制了岩溶缝洞的发育

英买1-2区块奥陶系一间房组和鹰山组溶蚀孔洞和洞穴的发育受断裂和裂缝控制,溶蚀孔洞及洞穴发育的深度跨度大,最大可以达到250m,导致单井油柱高度大,英买201、202、203、204、206井一间房组和鹰山组溶蚀孔洞和洞穴发育的深度跨度和油柱高度都在200~250m之间(乔占峰等,2011)。而灰岩潜山岩溶储层溶蚀孔洞及洞穴的发育受不整合面控制,主要分布在不整合面之下0~50m的范围内,准层状分布。英买2构造的断裂和裂缝比英买1构造发育,导致英买2构造的溶蚀孔洞和洞穴也更发育,单井试油产能高,而且比英买1井区稳产。

②沿断裂及裂缝的大气淡水溶蚀作用导致溶蚀孔洞和洞穴的发育,热液溶蚀作用形成的溶蚀孔洞及洞穴是对储集空间重要的补充

英买1-2井区构造演化有两个关键事件:一是早海西期构造抬升和伴生张性断裂的强烈活动,这为沿断裂及裂缝的大气淡水溶蚀作用提供了条件;二是晚海西期大规模火山喷发而导致的热液活动,钻井过程中发现辉绿岩较为发育,岩心和薄片中鞍状白云石、天青石、重晶石等热液矿物常见。溶蚀孔洞充填两种产状的亮晶方解石:一是位于裂缝及溶蚀孔洞周缘的巨亮晶方解石,当裂缝或溶蚀孔洞比较小时,可以完全为这期亮晶方解石充填,δ18O值偏负,约-10‰PDB,可能代表与早海西期构造抬升伴生张性断裂有关的大气淡水成因的亮晶方解石;二是位于裂缝及溶蚀孔洞中央的巨亮晶方解石,往往与鞍状白云石、天青石、重晶石等热液矿物伴生,与早期的巨亮晶方解石呈溶蚀不整合接触,由于受高温效应的控制,δ18O值明显偏负,小于-15‰PDB,可能代表与晚海西期大规模火山喷发而导致的热液活动有关的热液成因的亮晶方解石。

总之,这类储层缝洞的发育与断裂相关,与不整合面无关,没有地层的剥蚀和缺失。断裂和裂缝是岩溶作用及热液溶蚀作用重要的成岩流体通道,孔洞及洞穴可以是大气淡水沿断裂下渗和溶蚀的产物,也可以是热液沿断裂上涌和溶蚀的产物,溶蚀孔洞及洞穴沿断裂呈栅状分布。

3 岩溶储层研究的意义

1974年华北任丘油田的发现,1989年鄂尔多斯靖边气田的发现,其储层都是传统意义上的潜山(风化壳)岩溶储层,前者为奥陶系-元古界潜山(韩宝平等,1998金振奎等,2001),后者为奥陶系马家沟组风化壳,勘探领域离不开潜山,离不开代表地层长期剥蚀和缺失的不整合面,并没有意识到碳酸盐岩内幕也是非常重要的勘探领域。

“十一五”以来随着塔里木盆地塔北南斜坡及塔中北斜坡碳酸盐岩内幕勘探的重大发现,逐步意识到岩溶缝洞的发育不仅仅限于潜山区,内幕区在特定的地质背景下同样可以发育大规模的岩溶缝洞,白云岩风化壳储层的储集空间也不完全是传统认识上的缝洞,主要是与白云岩相关的各类孔隙,如晶间孔和晶间溶孔、铸模孔、膏模孔和粒间孔等。白云岩潜山实际上是白云岩风化壳形成之后,受后期断块作用再改造的产物。这催生了本文岩溶储层细分方案的出台(表 1),该分类方案既是对近几年中国海相碳酸盐岩岩溶储层勘探实践的总结,同时,将会对“十二五”中国海相碳酸盐岩岩溶储层勘探发挥重要的指导作用,因该分类方案突破了传统岩溶储层的认识,拓展了岩溶储层的勘探领域。

表 3揭示塔里木盆地不同类型岩溶储层发育,塔北轮南低凸起鹰山组灰岩潜山岩溶储层、牙哈-英买力地区寒武系断隆区白云岩风化壳储层、塔中北斜坡鹰山组层间岩溶储层、塔北南缘斜坡区一间房组及鹰山组顺层岩溶储层、英买1-2井区一间房组及鹰山组受断裂控制岩溶储层已经成为重要的勘探对象,并取得了重大勘探发现,中国石油在上述领域探明油近2.25亿吨,气近3000亿方,2010年产油近100万吨,气5.30亿方。

表 3 中国海相含油气盆地岩溶储层类型及分布 Table 3 Types and distribution of karst reservoir of hydrocarbon-bearing basins, China

基于塔里木盆地岩溶储层勘探实践提出的岩溶储层细分方案对四川盆地及鄂尔多斯盆地岩溶储层勘探具重要的指导意义。

四川盆地加里东期的乐山-龙女寺古隆起、印支期的开江古隆起和泸州古隆起及周缘具备潜山(风化壳)岩溶储层及顺层岩溶储层发育的地质条件;川东高陡构造带石炭系及川西南地区茅口组和嘉陵江组具备受断裂控制岩溶储层发育的地质条件;根据海平面升降研究,四川盆地震旦纪末、寒武纪末和奥陶纪末均发生大规模的海平面下降,为层间岩溶储层的发育提供了地质背景。

鄂尔多斯盆地除马家沟组顶发育白云岩风化壳储层外,盆地西缘奥陶系与塔北南斜坡奥陶系具相似的地质背景,有利于顺层岩溶储层的发育,天1井、天深1井、李1井、鄂6井、鄂8井及鄂9井在奥陶系克里摩里组、桌子山组均见不同程度的泥浆漏失和放空,揭示顺层岩溶作用的存在。

总之,基于塔里木盆地岩溶储层的实例研究,指出岩溶储层的储集空间以缝洞为主,缝洞可以发育于潜山区,也可以发育于内幕区,具不同的地质背景和成因。据此,将岩溶储层细分为四个亚类,其中,潜山(风化壳)岩溶储层又可根据围岩岩性的不同细分为灰岩潜山岩溶储层和白云岩风化壳储层两个次亚类。岩溶储层的细分方案突破了岩溶储层只分布于潜山区的传统认识,使岩溶储层勘探由潜山区向内幕区拓展,对中国海相含油气盆地碳酸盐岩油气勘探具重要的指导作用。

参考文献
[] Chen JS, Li Z, Wang ZY, Tan XC, Li L, Ma Q. 2007. Paleokarstification and reservoir distribution of Ordovician carbonate in Tarim Basin. Acta Sedimentologica Sinica, 25(6): 858–868.
[] Gu JY. 1999. Characteristics and evolutional model of karst reservoirs of Lower Ordovician carbonate rocks in Lunnan area of Tarim Basin. Journal of Palaeogeography, 1(1): 54–60.
[] Han BP, Liu RD, Luo CJ, Yu JJ, Yu LS. 1998. Study on control of karstification to buried carbonate hill reservoir in Renqiu oilfield. Carsologica Sinica, 17(1): 75–80.
[] Hou FH, Fang SX, Dong ZX, Zhao JS, Lu SX, Wu Y, Chen YN. 2003. The sedimentary environment and facies of Majiagou Fm., Lower Ordovician, Ordos Basin. Acta Sedimentologica Sinica, 20(1): 106–112.
[] James NP, Choquette PW. 1988. Paleokarst. New York: Springer-Verlag.
[] Jin ZK, Zou YR, Jiang CL, You WF. 2001. Distribution and controlling factors of Ordovician karst reservoirs in Dagang region. Acta Sedimentologica Sinica, 19(4): 530–535.
[] Kerans C. 1988. Karst-controlled reservoir heterogeneity in Ellenburger Group carbonates of west Texas. AAPG Bulletin, 72(10): 1160–1183.
[] Lohmann KC. 1988. Geochemical patterns of meteoric diagenetic systems and their application to studies of paleokarst Paleokarst. In: James NP and Choquette PW(eds.). Paleokarst. New York: Springer: 58-80.
[] Lü XX, Yang N, Zhou XY, Yang HJ, Li JJ. 2008. Influence of Ordovician carbonate reservoir beds in Tarim Basin by faulting. Science in China(Series D), 51(2): 53–60.
[] Pan WQ, Liu YF, Dickson JAD, Shen AJ, Han J, Ye Y, Gao HL, Guan P, Zhang LJ, Zheng XP. 2009. Characteristics and geological model of hydrothermal karstification from Palaeozoic carbonate rocks, Tarim Basin, China. Acta Sedimentologica Sinica, 27(5): 983–994.
[] Qiao ZF, Shen AJ, Zou WH, Zhang LJ, Ni XF, Zhu YF. 2011. A fault-controlled non-exposed meteoric karstification: A case study of ordovician carbonate reservoir at structure YM2 in northern Tarim Basin, northwestern China. Acta Geologica Sinica, 85(12): 2070–2083.
[] Shen AJ, Wang ZM, Zheng XP, He XS, Zheng DM. 2007. Genesis classification and characteristics of Cambrian-Ordovician carbonate reservoirs and petroleum exploration potential in Yaka-Yengimahalla area, Tarim basin. Marine Origin Petroleum Geology, 12(2): 23–32.
[] Shen AJ, Zhou JG, Xin YG, Luo XY. 2008. Origin of Triassic Leikoupo dolostone reservoirs in Sichuan Basin. Marine Origin Petroleum Geology, 13(4): 19–28.
[] Wang BQ, Al-Aasm IS. 2002. Karst-controlled diagenesis and reservoir development: Example from the Ordovician main-reservoir carbonate rocks on the eastern margin of the Ordos basin, China. AAPG Bulletin, 86(9): 1639–1658.
[] Wu MB, Wang Y, Zheng ML, Zhang WB, Liu CY. 2007. Hydrothermal fluid Karst and influence to reservoir in Ordovician carbonate rocks of Tazhong area. Science in China(Series D), 37(S1): 83–92.
[] Zhang BM, Liu JJ. 2009. Classification and characteristics of karst reservoirs in China and related theories. Petroleum Exploration and Development, 36(1): 12–29. DOI:10.1016/S1876-3804(09)60107-5
[] Zhang K, Wang DR, Huff BG. 2004. Reservoir characterization of the Ordovician oil and gas pools in the Tahe oilfield, Tarim Basin, Northwest China. Petroleum Exploration and Development, 31(1): 123–126.
[] Zhao WZ, Shen AJ, Hu SY, Zhang BM, Pan WQ, Zhou JG, Wang ZC. 2012. Geological conditions and distributional features of large-scale carbonate reservoirs onshore China. Petroleum Exploration and Development, 39(1): 1–12. DOI:10.1016/S1876-3804(12)60010-X
[] Zheng CB, Wang FY, Jia SY. 1997. Karst rock of weathered crust of Ordovician and its karstification mode in Central Shanganning basin. Carsologica Sinica, 16(4): 351–361.
[] Zheng XP, Shen AJ, Shou JF, Pan WQ. 2009. A quantitative plate of collapsed karst cave depth and its application in geological prediction and evaluation of carbonate reservoir. Marine Origin Petroleum Geology, 14(4): 55–59.
[] Zhu GY, Zhang SC, Wang HH, Yang HJ, Meng SC, Gu QY, Zhang B, Su J. 2009. The formation and distribution of deep weathering crust in north Tarim basin. Acta Petrologica Sinica, 25(10): 2384–2398.
[] 陈景山, 李忠, 王振宇, 谭秀成, 李凌, 马青. 2007. 塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩古岩溶作用与储层分布. 沉积学报, 25(6): 858–868.
[] 顾家裕. 1999. 塔里木盆地轮南地区下奥陶统碳酸盐岩岩溶储层特征及形成模式. 古地理学报, 1(1): 54–60.
[] 韩宝平, 刘仁达, 罗承建, 于俊吉, 于礼山. 1998. 岩溶作用对任丘古潜山碳酸盐岩油藏赋存的控制作用. 中国岩溶, 17(1): 75–80.
[] 侯方浩, 方少仙, 董兆雄, 赵敬松, 卢蜀秀, 吴诒, 陈娅娜. 2003. 鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组沉积环境与岩相发育特征. 沉积学报, 20(1): 106–112.
[] 金振奎, 邹元荣, 蒋春雷, 由伟丰. 2001. 大港探区奥陶系岩溶储层发育分布控制因素. 沉积学报, 19(4): 530–535.
[] 潘文庆, 刘永福, DicksonJAD, 沈安江, 韩杰, 叶瑛, 高宏亮, 关平, 张丽娟, 郑兴平. 2009. 塔里木盆地下古生界碳酸盐岩热液岩溶的特征及地质模型. 沉积学报, 27(5): 983–994.
[] 乔占峰, 沈安江, 邹伟宏, 张丽娟, 倪新锋, 朱永峰. 2011. 断裂控制的非暴露型大气水岩溶作用模式——以塔北英买2构造奥陶系碳酸盐岩储层为例. 地质学报, 85(12): 2070–2083.
[] 沈安江, 王招明, 郑兴平, 贺晓苏, 郑多明. 2007. 塔里木盆地牙哈-英买力地区寒武-奥陶系碳酸盐岩储层成因类型、特征及油气勘探潜力. 海相油气地质, 12(2): 23–32.
[] 沈安江, 周进高, 辛勇光, 罗宪婴. 2008. 四川盆地雷口坡组白云岩储层类型及成因. 海相油气地质, 13(4): 19–28.
[] 吴茂炳, 王毅, 郑孟林, 张卫彪, 刘春燕. 2007. 塔中地区奥陶纪碳酸盐岩热液岩溶及其对储层的影响. 中国科学(D辑), 37(增刊Ⅰ): 83–92.
[] 张宝民, 刘静江. 2009. 中国岩溶储集层分类与特征及相关的理论问题. 石油勘探与开发, 36(1): 12–29.
[] 张抗, 王大锐, HuffBG. 2004. 塔里木盆地塔河油田奥陶系油气藏储集层特征. 石油勘探与开发, 31(1): 123–126.
[] 赵文智, 沈安江, 胡素云, 张宝民, 潘文庆, 周进高, 汪泽成. 2012. 中国碳酸盐岩储集层大型化发育的地质条件与分布特征. 石油勘探与开发, 39(1): 1–12.
[] 郑聪斌, 王飞雁, 贾疏源. 1997. 陕甘宁盆地中部奥陶系风化壳岩溶岩及岩溶相模式. 中国岩溶, 16(4): 351–361.
[] 郑兴平, 沈安江, 寿建峰, 潘文庆. 2009. 埋藏岩溶洞穴垮塌深度定量图版及其在碳酸盐岩缝洞型储层地质评价预测中的意义. 海相油气地质, 14(4): 55–59.
[] 朱光有, 张水昌, 王欢欢, 杨海军, 孟书翠, 顾乔元, 张斌, 苏劲. 2009. 塔里木盆地北部深层风化壳储层的形成与分布. 岩石学报, 25(10): 2384–2398.