引言

塔中隆起奥陶系鹰山组岩溶碳酸盐岩储层是油气勘探的重点区域^[1-3]。塔中1井、中3井、中1井等多口井在鹰山组岩溶储层段获得高产工业油流，揭开了塔卡塔克古隆起的油气勘探序幕。通过10余年的勘探，塔中地区鹰山组尚未发现大规模连续性油藏，揭示了奥陶系含油的复杂性^[4]。20世纪90年代后期，中国石化在塔北隆起奥陶系碳酸盐岩地层发现十亿吨级岩溶缝洞型油田^[5]，对塔中隆起带奥陶系岩溶风化壳储层的勘探潜力评价再度引起地质学家的关注。随后，除了中1井在奥陶系鹰山组白云岩段见到工业性气流外，其他探井均未获得工业性油气流。由于奥陶系巨厚的碳酸盐岩地层经历了强烈的岩溶作用，中下奥陶统仍被认为是该区油气勘探最有希望的层系之一。

针对塔中卡塔克隆起区奥陶系鹰山组碳酸盐岩岩溶储层，前人已经做了大量的研究^[6-9]，由于受多期构造活动及幕式岩溶作用的影响，塔中隆起中下奥陶统鹰山组碳酸盐岩储层具有很强非均质性及储层类型多样性^[10-13]，这也给寻找规模型碳酸盐岩岩溶油气藏带来了巨大挑战。已有研究表明，鹰山组主要储层类型包括灰岩岩溶储层、白云岩溶蚀孔洞型储层和白云岩储层；由于岩溶古地貌背景及遭受岩溶改造的岩性剖面结构的差异性，使得塔中地区岩溶改造的特点明显不同于塔河奥陶系碳酸盐岩^[14-15]，岩溶洞穴型储层的发育状况明显较差，不同类型白云岩的不连续分布给岩溶储层成因解释增加了难度。因此，本次研究重点是精细刻画塔中地区中下奥陶统鹰山组岩溶储层裂缝-溶蚀孔洞的分布规律，深入研究岩溶碳酸盐岩储层发育的主控因素，探索塔中地区奥陶系岩溶储层发育展布规律，指出有利的储层区带，为该区奥陶系进一步油气勘探提供地质依据。

1 区域地质概况

塔中隆起，也称卡塔克隆起，北邻满加尔凹陷，南与塘古孜巴斯凹陷为界，西以吐木休克断裂与巴楚隆起相接，东与塔东古隆起相连。整个隆起呈北西向展布(图 1)。塔中隆起断裂整体近东西走向，发育向西撒开、向东收敛的扫帚状断裂体系^[16-18]。塔中地区中下奥陶统包括蓬莱坝组、鹰山组和一间房组，鹰山组和一间房组主要受加里东中期运动的影响，造成塔中隆起断裂体系极为发育，形成奥陶系中下统与上统的不整合界面，在塔中地区隆起高部位，一间房组和鹰山组上部遭受严重剥蚀，鹰山组经历了岩溶作用。

早奥陶世塔里木盆地处于拉张构造背景条件，塔中地区沉积古地理格局表现为盆地-斜坡-台地沉积体系组成的温暖海洋环境，蓬莱坝组主要发育局限台地相沉积，发育灰褐色中-厚层细-中晶白云岩、灰黑色细晶白云岩；鹰山组下部发育中厚层颗粒灰岩与薄层粉-细晶白云岩互层；鹰山组中上部与一间房组主要发育深灰色-灰色颗粒泥晶灰岩，反映了水体逐渐加深的过程。台地边缘主要表现为早期的缓坡型台地向中晚期的镶边型台地转型的过程。鹰山组部分层段碳酸盐岩受早期-埋藏成岩阶段白云石化作用的影响，整个鹰山组发育多套白云岩层段^[19]，后期构造抬升，整个鹰山组遭受强烈的岩溶剥蚀作用，上覆灰岩段削蚀殆尽，白云岩层段暴露遭受风化淋滤(卡3、卡4区块)，从而增加了岩溶储层的复杂性。

2 岩溶储层特征 2.1 储集空间类型 2.1.1 孔隙

(1) 粒间溶孔

主要发育于亮晶砂屑灰岩中，表现为颗粒间亮晶方解石胶结物被溶蚀形成孔隙(图 2a)，而泥晶基质并未受到溶蚀，说明颗粒灰岩沉积后，颗粒之间虽然被亮晶方解石胶结物充填，但是仍保留部分粒间孔隙，在后期抬升遭受暴露岩溶过程中，大气水对粒间孔隙进行溶蚀，形成大量的扩溶孔(图 2a)，而部分孔隙发育颗粒灰岩，加之裂缝改造，形成大量的裂缝-溶孔。溶蚀作用通常发生在第三期胶结物形成之后，孔隙直径变化较大，一般为0.10$\sim$0.50 mm(图 2a)。

(2) 非选择性溶孔

主要发育在白云岩层段和部分灰岩段中，白云岩暴露地表，岩溶作用导致白云岩易于破碎，形成大量微裂缝，加之埋藏过程中形成的缝合线开启，使得垂向裂缝和层面更易沟通，更加促进大气淡水对碳酸盐岩的溶蚀，因此，沿着扩溶缝形成大量串珠状、斑状孔隙(图 2b)。这种溶孔的形成和缝合线及微裂缝扩溶具有密切关系，孔径一般为0.10$\sim$2.00 mm，是研究区碳酸盐岩中的重要储集空间类型。

(3) 晶间孔及晶间溶孔

晶间孔隙主要发育在鹰山组中下部白云岩中，白云石为自形-半自形结构，晶间孔隙发育，其成因与白云石化作用密切相关，白云石结构越好，晶间孔隙越发育。另外，晶间溶孔可能是受溶蚀作用对晶间孔隙溶蚀改造而形成的，孔隙形态极不规则，呈港湾状(图 2c，图 2d)。该类孔隙可能受后期埋藏过程中的调整改造形成大量的密集型孔隙，在岩芯上表现为针孔状(图 2g)。局部孔隙度可达10%左右，孔隙连通性好，溶孔常见方解石、自生石英及鞍形白云石充填，也充分说明了在后期成岩阶段可能受到深埋藏、热液的改造。岩芯观察发现，这类孔隙具有层状分布特征，主要出现在含灰质细-中晶白云岩地层，尤其是鹰山组的中下部白云岩段较发育，例如，塔中地区中13井5 971.90$\sim$5 979.70 m井段、中15井5 477.10$\sim$5 483.20 m井段、中19井5 521.90$\sim$5 525.10 m、5 549.55$\sim$5 552.60 m井段、中3井3 939.70$\sim$3 940.10 m井段及中4井3 612.30$\sim$ 3 622.10 m井段。

2.1.2 裂缝

(1) 构造缝

塔中隆起受多期构造运动影响，埋藏晚期的印支-喜马拉雅期构造运动对研究区造成强烈地改造，形成大量的破裂缝隙，裂隙宽度多在0.01$\sim$50.00 mm，裂缝常被方解石或白云石胶结物充填(图 2e)。

(2) 溶蚀缝

研究区溶蚀缝主要为表生阶段大气淡水对构造缝、缝合线、成岩缝的扩溶，尤其是对缝合线的溶蚀改造，形成近似呈层面分布的溶缝-溶孔，缝宽通常在0.20$\sim$5.00 mm，且宽窄变化明显，局部还发育孔洞。中19井也见鹰山组沿裂缝扩溶的现象，部分溶孔未充填(图 2h)。

(3) 成岩缝

主要是缝合线。岩芯观察表明，部分缝合线可以作为有效渗滤通道，薄片显示，缝合线一般发育在颗粒灰岩与泥晶灰岩接触部位(图 2f)，后期构造作用造成底层抬升，缝合线有可能开启，作为油气运移的通道。

2.1.3 溶洞

塔中鹰山组的溶洞发育程度远不及塔河地区。塔北地区溶洞主要是岩溶潜流带形成的大规模连片的溶洞。鹰山组储集体发育溶洞，主要表现为密集型较小溶洞，局部层段较为发育。如中19井第7、8回次溶洞极为发育(图 2i)。井段5 520.97$\sim$5 521.46 m，见131个溶蚀孔洞，洞最大10.00 mm，一般为2.00$\sim$5.00 mm，未充填；井段5 548.56$\sim$5 553.60 m，见651个溶蚀孔洞，其中，直径1.00$\sim$5.00 mm的溶蚀孔480个，这也充分说明了塔中隆起岩溶储层规模远小于塔北隆起。

2.2 储集物性

塔中地区孔隙度与渗透率的关系见图 3，可以看出，鹰山组储集体具有孔隙度低、渗透率较低的特点。对鹰山组471块岩芯的孔隙度、渗透率进行测试分析，表明孔隙度为0.25%$\sim$8.64%，白云岩平均孔隙度为1.74%，灰岩平均孔隙度为1.09%。渗透率在0.008$\sim$84.100 mD，主要在1.000 mD以内。

塔中地区全部样品物性参数分析结果表明，鹰山组储集体属低孔低渗储集体，部分样品具有较好储集性，鹰山组储集体相对发育，白云岩的孔隙度相对较灰岩好。储集体有孔隙度低渗透率较高的特点，与岩石的微裂缝有关(表 1)。

3 岩溶储层精细刻画 3.1 单井岩溶储层孔洞、缝识别

通过对研究区鹰山组岩芯、钻井及成像测井分析解释，总结鹰山组岩溶储层的不同储集空间类型及组合关系，将鹰山组碳酸盐岩储集层划分为裂缝-孔隙型、裂缝型、溶蚀孔洞型及岩溶洞穴型。

3.1.1 岩溶洞穴型储集体

该类储集体以发育大型洞穴为特征，钻井过程中常有放空、钻井液大量漏失、钻时加快等现象。塔中地区卡4区块的中4井在3 608.00$\sim$3 609.91 m井段钻进时有放空、憋跳现象，钻时由41 min/m降低至19 min/m；此外，中古8井6 097.00$\sim$6 145.00 m井段也有放空现象。但是总体而言，这类储集体的发育规模不及塔北地区奥陶系。

3.1.2 溶蚀孔洞型储集体

溶蚀孔洞型储集体主要以地表水渗滤的层状溶蚀孔洞为特征，其岩性主要为白云岩，溶蚀孔洞段连续性较好，横向连续较远，一般发育在距不整合面100 m之内，多以白云岩层段一侧构造抬升暴露地表，由于白云岩段物性较灰岩段好，地表水沿白云岩地层顺层下渗可达数百米，形成规模较大的储集体。FMI成像测井显示，溶蚀孔洞呈分散-层状分布，局部可见叠加垂向的溶蚀缝洞，形成大规模的储集层段。钻井显示尤为明显，在中1井5 240.00$\sim$5 261.00 m井段、5 516.00$\sim$5 540.00 m井段、中19井5 537.00$\sim$ 5 556.00 m、5 609.00$\sim$5 613.00 m井段(图 4)，晶间孔及晶间溶孔、溶蚀孔洞极为发育，且孔洞段厚度较大(5$\sim$25 m)，其整体分布明显受岩性变化的控制，是研究区主要的储层类型。

3.1.3 裂缝-孔隙型储集体

裂缝-孔隙型储集体主要为大气淡水沿裂缝下渗，形成的溶孔-扩溶缝等储集空间。主要发育在垂直渗流带下部，裂缝分布以垂向为主，作为地表水渗滤的通道，储集空间以溶蚀孔隙为主。在FMI成像图显示，裂缝局部切割溶蚀孔，裂缝以高角度-垂直缝为主(图 5)，该类储层主要发育在颗粒灰岩中，加之裂缝的沟通作用，可以作为良好的储集体。

3.1.4 裂缝型储集体

裂缝型储集体在下奥陶统鹰山组广泛分布。研究区构造活动比较频繁，且遭受长期的暴露岩溶作用，发育大量的构造缝、溶蚀缝，例如中12井5 785.00$\sim$5 787.00 m、6 583.90$\sim$6 585.60 m、6 587.30$\sim$6 588.50 m、6 612.30$\sim$6 614.40 m、6 631.40$\sim$ 6 634.00 m等井段；古隆1井裂缝主要分布在6 354.00 m以下地层中，裂缝密度、宽度和视孔隙度较大的井段为6 357.00$\sim$6 424.00 m，中15井5 455.30$\sim$5 460.80 m(图 6)。

裂缝型储集体主要发育在距地表风化面50 m范围内，尤其在断裂带附近，发育大量的网状缝-高角度裂缝，早期的构造裂缝在受岩溶改造后，扩溶缝与层面缝互相交织，提高了储层的储渗性能(图 6)。

3.2 岩溶储层精细刻画

通过测井解释的溶蚀孔洞、裂缝等特征，结合岩芯、薄片及成像测井分析，总结了研究区鹰山组岩溶储层的识别方法，从而对岩溶储层进行精细刻画，以期找到优质储层发育规律。

鹰山组岩溶储层主要为溶孔、裂缝，物性分析表明，局部层位为低孔、高渗储层，说明裂缝对储层贡献巨大，连井对比分析发现，在靠近岩溶高部位(中1井-中19井附近)裂缝储层极为发育，尤其是上部灰岩段，这也说明大规模的挤压构造运动会导致大范围的地层破裂，产生大量的裂缝，增大了其垂向上的连通程度。相对于中2井，上部残留一间房组，上部地层岩溶作用相对较弱，裂缝发育较少。在含灰质白云岩、灰质白云岩段溶孔相对发育，呈旋回性发育，且溶孔段发育和古岩溶地貌关系较弱(低部位的中2井灰岩段也发育)，这可能和古岩溶背斜高部位的顺层岩溶作用有关^[20](图 7)。地表条件下，白云岩比灰岩难溶蚀，白云岩段溶孔相对发育，主要因为白云岩孔渗性能较好，且为骨架岩性，更易于地表水流经，溶蚀残余方解石，形成溶孔；鹰山组上部灰岩段发育含云质灰岩、云质灰岩，由于白云岩含量过高，降低了灰岩孔渗，这也可能是导致塔中地区溶洞型储层少于塔河地区的原因。

4 主控因素分析 4.1 岩溶期次

塔中地区中下奥陶统鹰山组碳酸盐岩沉积之后，下部地层经过了短暂的浅埋藏成岩作用后，受构造隆升影响经历多期岩溶作用的改造，主要有加里东中期、加里东晚期、海西早期构造运动^[21]。对中下奥陶统岩溶储集体影响最为深刻的是加里东中期和海西早期构造活动(表 2)。

(1) 加里东中期第Ⅰ幕

加里东中期第Ⅰ幕构造运动发生于一间房组沉积之后，大范围地层抬升导致塔中隆起高部位普遍缺失一间房组、鹰山组上部灰岩段地层。由于受逆断层的控制作用，出露鹰山组下部白云岩段地层，造成大面积的岩溶。在塔中地区范围内，隆起区构造挤压复杂，由于构造作用的隆升，形成一个大的宽缓的背斜构造，下伏碳酸盐岩地层普遍遭受淋滤、溶蚀。由于断层逆冲作用，部分地区地层呈高角度倾覆出露，暴露段造成严重剥蚀，如巴东2井和中13井区，剥蚀厚度相对较大^[22-23]，地表水沿层面渗滤，沿层进行大范围的溶蚀改造。此外，构造裂缝、成岩缝形成的裂缝系统(图 6)，增加了地表水溶蚀的渗滤通道，形成大量溶蚀孔、洞、缝，极大地改善了储集层的储集性能(图 7)。不整合面和顺层岩溶的层面可为油气的横向运移提供有利通道。

(2) 加里东中期第Ⅲ幕

加里东中期第Ⅲ幕构造运动和塔中Ⅱ号构造带的形成和演化有密切的关系，构造作用致使塔中Ⅱ号断裂带地层隆升，地层遭受长期的强烈剥蚀，形成大面积的岩溶风化壳分布带。从地层接触关系看，在塔中Ⅱ号断裂隆升带，奥陶系抬升遭受长期、强烈的剥蚀，志留系直接与鹰山组接触，说明构造高部位一直处于岩溶高地(图 7，表 2)。此外，受构造运动的影响，鹰山组受到强烈挤压作用，形成褶皱，地层抬升并遭受了淋滤、剥蚀，形成了岩溶风化壳，有利于地层接受风化淋滤改造。

(3) 海西构造运动

海西期构造活动较为强烈，在加里东构造挤压运动基础上，塔中隆起大面积抬升，遭受溶蚀，尤其是在塔中隆起东南部一带(中3井-中4井地区)，经历了多期构造挤压、抬升暴露溶蚀作用，石炭系直接覆盖在鹰山组灰岩和白云岩之上(图 7，表 2)，石炭纪温暖潮湿的气候，富含CO$_2$的地表水向下渗滤，增加了岩溶的强度，对垂直渗流带、水平潜流带溶蚀孔洞的形成具有重要作用，虽然地表岩溶带容易形成机械充填，但对岩溶构造背景条件，具有形成岩溶储层的基础。由于构造抬升较为强烈，该区鹰山组中下部灰质细晶白云岩、细晶白云岩暴露地表，白云岩本来具有较好的储渗性能，致使地表水沿白云岩段顺层下渗，增加了岩溶强度，中3井井深3 837.47$\sim$3845.67 m段灰岩及白云岩互层段，溶蚀孔洞缝极为发育，见不规则风化裂隙发育；可见高角度缝合线裂开扩大形成风化裂缝(图 7)。受海西构造抬升改造，鹰山组上部灰岩段剥蚀殆尽，构造推覆作用使得碳酸盐岩地层倾斜暴露，构造裂缝匹配岩溶地貌，更易于使地层水顺层发生岩溶。该期岩溶作用叠加于加里东期构造-岩溶复合地质条件，溶蚀孔洞极为发育，是研究区优质岩溶储层发育区。

4.2 岩性对溶蚀作用的控制

很多学者对灰岩和白云岩在地表条件下的溶蚀差异做过大量的研究，普遍认为灰岩地层更容易形成溶洞、溶孔，白云岩则不易溶蚀，但更能形成抗压地层，保留大量的溶孔及晶间孔隙。正是这种溶蚀的差异性，导致了鹰山组储层严重的非均质性。塔中地区碳酸盐岩储层可以大体分为两类，一是发育于灰岩层序中的孔-洞-缝体系，主要由地表水溶蚀作用形成；一是微孔储集体系，主要发育于白云岩地层，且由于不同成因的白云岩储层具有很强的非均质性，使得白云岩也通常具有不同的孔隙度^[24-28]。塔中地区白云岩溶孔分布广泛，然而很不均匀，规律性不强，成因复杂。显微镜下溶孔多为圆形-次圆形，直径只有十几至几十微米，呈不均匀状散布在白云岩中(图 2c，图 2g)。如中1井5 367.00$\sim$5 373.00 m层段和中3井3 937.00$\sim$3 943.00 m层段(图 7)。

研究发现，鹰山组储层段岩性主要为与灰岩互层的含灰质白云岩和灰质白云岩，发育晶间孔隙及溶蚀孔洞，其成因为白云石化作用过程中形成晶间孔隙和溶蚀作用形成的溶蚀孔洞。部分学者认为，溶孔的成因主要为在埋藏过程中方解石与白云石的差异溶蚀形成或改善储集空间，即埋藏过程中的热液活动^[29-30]、烃源岩演化^[31-32]都被认为对储层的形成与改造具有重要意义。通过鹰山组溶蚀孔洞段岩性分析发现，在灰岩、含云灰岩段主要发育裂缝、溶孔-扩溶缝，在含灰质白云岩和灰质云岩段则主要为溶蚀孔隙，且溶孔的发育和白云岩地层具有旋回性特征(图 7)。这说明由于灰岩、含云灰岩、云质灰岩在地表抬升岩溶过程中，由于岩性较为致密，只能沿裂缝发育溶蚀作用形成溶孔-扩溶缝，在渗透性较好的灰岩段发生溶蚀，形成部分溶洞。相对于白云岩地层，由于白云石化作用增加了含灰质白云岩和灰质白云岩的渗滤性，地表水相对更容易流经渗滤性较好的白云岩地层，从而增加了对白云岩残余灰质的溶蚀作用，而白云岩溶孔段的旋回性更加充分说明地表水更易溶蚀白云岩地层，在这个过程中，抗压性更好的白云石作为骨架颗粒，有助于溶蚀作用的进行，形成大量微孔。当然，后期的热液活动和烃源岩演化对溶蚀孔隙形成具有一定影响，因为在白云岩孔洞发现了沥青质、热液矿物以及方解石充填物^[33]，因此，对储层的贡献具有不确定性。

4.3 白云石化作用

鹰山组中下部发育中-厚层白云岩段，在纵向上与亮晶砂屑灰岩呈旋回分布，白云岩主要交代泥晶灰岩和砂屑泥晶灰岩，可见斑状灰质白云岩。白云石化一般沿缝合线或裂隙发育，白云石大部分呈自形-半自形，以粉晶-细晶-中晶为主，常形成网脉状，局部白云岩化较强则变成斑团状(图 2g)。其分布具有强烈的非均质性，然而，白云岩段溶孔相对发育，该岩性段发育大量晶间孔及溶孔，其成因和白云石化作用密切相关。

前人对白云岩储层的研究，认为白云岩储层孔隙度与渗透率的变化受控于原始沉积结构、岩相古地理、碳酸盐岩成分与结构、构造作用等^[34-37]。白云岩的储集空间受白云石晶体大小、自形程度以及与方解石的赋存状态关系等结构因素的制约。白云石晶体结构及白云石含量对晶间孔隙具有一定的影响。根据对研究区大量薄片观察，晶间孔在泥-粉晶白云岩中基本不发育，在粉-细晶白云岩中却极为发育，且在含灰质白云岩和灰质白云岩中储集空间较好。此外，鹰山段白云岩分布在纵向上具有规律性的变化：白云岩主要交代泥晶灰岩和含砂屑泥晶灰岩，总体向上递减；白云岩普遍晶粒为粉-细晶，局部可见细-中晶白云石；可能为浅埋藏-埋藏阶段产物。因此，白云石化作用普遍提高了白云岩地层(晶体结构好、白云石含量高)的孔渗性能，为岩溶作用提供了基础。另外，由于构造挤压隆升，鹰山组总体呈背斜，且逆断层发育，大量白云岩地层抬升一端出露地表，更加有利于地表水的顺层溶蚀，增加了储集空间。

5 结论

(1) 加里东期中期第Ⅰ幕致使地层隆升，形成一个大的宽缓背斜构造，下伏碳酸盐岩地层普遍遭受淋滤、溶蚀。多期构造活动的挤压褶皱及断裂作用可形成许多构造裂缝，增加了灰岩地层渗透性和地层连通性；加里东期中期第Ⅲ幕和海西运动造成局部隆升成为岩溶高地，增加了裂缝发育程度。

(2) 通过鹰山组溶蚀孔洞段岩性分析发现，由于岩性较为致密，灰岩、含云灰岩、云质灰岩在岩溶过程中，只能沿裂缝发育溶蚀作用形成溶孔-扩溶缝。含灰质白云岩和灰质白云岩具有较好孔渗性能，地表水相对更容易流经渗滤性较好的白云岩地层，在这个过程中，抗压性更好的白云岩作为骨架晶粒，增加了对白云岩残余灰质的溶蚀作用形成大量微孔。

(3) 白云石化作用普遍提高了白云岩地层(晶体结构好、白云石含量高)的孔渗性能，为岩溶作用提供了基础，白云岩地层抬升一端出露地表，更加有利于地表水的顺层溶蚀，增加了储集空间。