苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组储层建模研究及其勘探意义

2019-09-10郑剑锋陈永权黄理力严威倪新锋李保华郭晓燕

沉积学报 2019年3期

郑剑锋，陈永权，黄理力，严威，倪新锋，李保华，郭晓燕

1.中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室，杭州 310023 2.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023 3.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000

0 引言

塔里木盆地寒武系盐下白云岩领域虽然具有分布面积广，资源量大的特点[1-4]，但近20年来的勘探一直没有突破，直到2012年中深1井的突破(下寒武统肖尔布拉克组试油折合日产天然气3×104m3、水34 m3)，揭示了该领域成藏条件优越、勘探前景广阔[5]。但由于钻井资料的限制，导致储层认识深度不够，尤其2016年完钻的玉龙6和新和1井相继失利，使得之前对于肖尔布拉克组储层规模发育的认识受到了质疑，因此深化沉积、储层研究，尤其是有利相带、储层特征及发育规律的精细刻画，能为该领域的区带、目标评价提供重要依据。

由于目前全盆地钻遇肖尔布拉克组的井只有13口，且各井的岩芯资料较少，因此很难系统地开展沉积、储层研究，而柯坪露头区肖尔布拉克组地层出露完好，可以很好地弥补井点资料不足的问题。前人对不同剖面的肖尔布拉克组进行了研究：2008年塔里木油田在肖尔布拉克剖面建立了实习基地，对地层进行了分层与描述[6]；陈文玲等[7]通过对苏盖特布拉克剖面的研究认为其主要发育台地相的颗粒白云岩，为孔洞—裂缝型储层，沉积作用、白云石化作用、构造作用和岩溶作用是储层的主控因素；宋金民等[8]从微生物岩的角度对多条剖面进行了研究，认为肖上段主要发育微生物礁、包壳凝块石和泡沫绵层叠层石白云岩储层，储层受控于古地貌、成岩作用和微生物结构；王凯等[9]研究了露头区7条剖面，认为微生物礁属于特低孔特低渗型储层，而微生物颗粒滩具有勘探潜力；黄擎宇等[10]对肖尔布拉克剖面和什艾日克剖面的研究，认为台内微生物丘储层是重要储层类型。前人的研究成果存在较大差异，且对储层缺乏系统地定量表征，未能刻画出储层的规模及分布规律，因此本次研究以苏盖特布拉克剖面为对象，开展储层建模研究，以期从露头角度明确肖尔布拉克组储层的品质、规模及分布规律，从而指导塔里木盆地该领域的下一步油气勘探。

研究共测制了4条测线，采集柱塞样148件，薄片样355件，并对主测线进行了GR实测，同时利用激光雷达对露头进行了三维数字扫描，精细刻画了丘滩相储层特征及分布规律。

1 地质背景

塔里木盆地构造上可以划分为“三隆四坳”7个构造单元，即塔北隆起、中央隆起、塔南隆起、库车坳陷、北部坳陷、西南坳陷和东南坳陷[11]。苏盖特布拉克剖面位于塔里木盆地西北部，新疆乌什县境内，东北距阿克苏市约80 km，构造分区属于塔北隆起柯坪断隆东段。该剖面震旦—寒武系地层出露完整，自下而上出露上震旦统奇格布拉克组，下寒武统玉尔吐斯组、肖尔布拉克组和吾松格尔组，中寒武统沙依里克组和阿瓦塔格组，肖尔布拉克组与玉尔吐斯组及吾松格尔组呈平行不整合接触。

在前寒武纪，塔里木盆地的中央隆起区存在东西向古隆起带，环绕古隆起带的大部分地区可能为地势平坦的滨浅海碳酸盐台地[12]；在早寒武世早期(玉尔吐斯组沉积期)，塔里木盆地经历快速海侵，形成了优质烃源岩[13]；随后，全盆地处于缓慢的海退期，肖尔布拉克组沉积期整体为弱镶边—镶边型台地，塔西南古陆的发育对沉积相类型和相带走向起重要的控制作用[14-18]。然而，2016年塔里木油田最新构造成图重新落实了塔里木盆地早寒武世沉积期具有南北两高隆夹一北东南西相低坳地貌的沉积格局，控制着肖尔布拉克组沉积期“三隆两坳”的岩相古地理格局，“三隆”即盆地南北两侧相对较高，发育两条高隆带，南部称之为塔西南隆起带，北部隆起带存在分异，分别称为柯坪—温宿低隆起区、轮南—牙哈低隆起区；“两坳”即南北两个隆起带之间存在的北东南西向低坳区与盆地(图1)。这种古地理格局控制了肖尔布拉克组碳酸盐岩缓坡沉积体系的发育，沿古隆起向盆地依次发育混积坪、内缓坡(泥)云坪、中缓坡丘滩、中缓坡台洼、中缓坡外带、外缓坡/盆地等6种沉积相带的发育。

2 地层与沉积特征

2.1 地层特征

通过对苏盖特布拉克剖面的精细测量、描述与横向追踪分析，肖尔布拉克组划分出35个层，厚度144.5 m，并根据岩性、颜色和储层发育情况，将其划分为肖上和肖下段两个段，其中肖上段又可细分为肖上1、肖上2和肖上3段三个亚段(图2)。

肖下段(1～11层)主要发育灰黑色薄层状泥—粉晶白云岩，对应下部较低的GR曲线段，厚约55.2 m；肖上1段(12～15层)以灰色薄纹层状微生物岩和透镜状微生丘为主，对应中间的高伽马段，厚约23.4 m；肖上2段(16～25层)主要为浅灰色中厚层状滩相白云岩为主，对应最低的伽马曲线段，是孔隙的最主要发育段，厚约45.8 m；肖上3段(26～35层)主要以深灰色含砂屑泥—粉晶白云岩为主，对应上部锯齿状的伽马曲线段，厚约20.1 m。“上下低、中间高”的GR特征及岩相组合特征与柯坪地区舒探1井具有较好地对比性，可为井下地层划分提供依据。

图1 塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组沉积期岩相古地理图(杭州地质研究院/塔里木油田，2017)Fig.1 Lithofacies paleogeographic map of the Xiaoerblak Formation stage in the Lower Cambrian of Tarim Basin

图2 苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组综合柱状图Fig.2 Generalized column of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

2.2 岩相组合

根据沉积结构、岩石野外宏观特征和镜下薄片的观察结果，认为苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组主要发育与藻(蓝细菌)有关的微生物白云岩[19-23]、黏结藻屑白云岩、藻砂屑白云岩、泥—粉晶白云岩和含砂屑泥—粉晶白云岩，其中微生物白云岩又可细分为层纹石白云岩、凝块石白云岩、叠层石白云岩、藻格架岩白云岩(图3)。

8种岩性自下而上发育具有一定的规律性，构成5种岩相组合，分别指示不同沉积相带及发育位置。1)薄层状泥—粉晶白云岩组合：主要发育于肖下段，厚度较大，总体反映低能的外缓坡沉积环境；2)层纹石、凝块石和微生物丘白云岩组合：主要发育于肖上1段，层纹石发育于丘前低能洼地，凝块石发育于丘的翼部，厚度向上变厚，微生物丘呈点状分布并具有一定的格架结构，总体反映了中缓坡不同微相由低能到高能的沉积环境；3)厚层状凝块石、黏结藻屑和藻砂屑白云岩组合：主要代表肖上2段下部特征，向上逐渐由凝块石白云岩演变为黏结藻屑白云岩、藻砂屑白云岩，以微波状平行层理为主，总体反映中缓坡中高能环境沉积；4)中薄层黏结藻屑—藻砂屑—叠层石白云岩组合：主要代表肖上2段上部特征，叠层石为层状结构，出现在该段最顶部，总体反映中缓坡高能沉积环境；5)含砂屑泥—粉晶白云岩夹黏结藻屑白云岩组合：主要发育于肖上3段，单层地层厚度逐渐变小，总体反映内缓坡潮坪沉积环境。

根据上述相序组合特征，肖尔布拉克组整体可以划分为一个三级层序，肖下段为海侵体系域，肖上段为高位体系域，凝缩段为11层，以黑灰色薄层状含三叶虫碎片的泥晶白云岩为标志。据此，在塔里木盆地早寒武世肖尔布拉克组沉积期缓坡型台地的背景下，建立了研究区沉积模式图(图4)，其中肖上2段沉积期中高能丘滩体主要发育于高位体系域的中上部，是最主要的潜在储集岩段[18,23-25]。

3 储层特征

根据露头宏观孔隙分析及和320块铸体薄片分析，苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组主要发育溶蚀孔洞、粒(晶)间溶孔和藻格架溶孔。孔隙的发育与岩相具有较强的相关性，主要分布肖上1～2段的丘滩体中，溶蚀孔洞主要发育于藻砂屑白云岩中，粒(晶)间溶孔主要发育于凝块石白云岩、黏结砂屑白云岩和藻屑白云岩中，藻格架溶孔主要发育于叠层石和藻格架白云岩中。

根据148个柱塞样的孔隙度和渗透率测定结果，及对应样品的薄片鉴定，分岩相进行孔渗统计(图5a)，并根据不同岩相的平均孔隙度(图5b)来评价储层质量(塔里木油田碳酸盐岩储层评价标准：小于2%为非储层，2%～4.5%为Ⅱ类储层，大于4.5%为Ⅰ类储层)。可以看出，层纹石白云岩、泥—粉晶白云岩的物性最差，呈现低孔低渗的特征，平均孔隙度分别为0.75%和1.10%，综合评价为非储层；含砂屑泥—粉晶白云岩发育少量溶孔和裂缝，平均孔隙度1.93%，最大孔隙度可达3.52%，综合评价为非储层，但局部可以发育储层；凝块石白云岩、黏结藻屑白云岩的平均孔隙度分别为2.74%和2.98%，平均渗透率在0.03×10-3μm2以上，综合评价为Ⅱ类储层；叠层石白云岩和藻砂屑白云岩的平均孔隙度分别为3.79%和4.39%，平均渗透率在0.22×10-3μm2以上，综合评价为Ⅱ类较好储层，其中藻砂屑白云岩的孔渗具有正相关性，最大孔隙度为10.8%，因此，局部可以形成Ⅰ类储层；藻格架白云岩物性最好，平均孔隙度为5.5%，平均渗透率在0.37×10-3μm2以上，综合评价为Ⅰ类储层。

图3 苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组岩石类型及特征a.含生屑泥晶白云岩，生屑主要为三叶虫碎片(a1)，肖下段，铸体，单偏光；b.层纹石白云岩，由近水平的明暗纹层组成，肖上1段，手标本切片；c.凝块石白云岩，藻凝块(c1)间细晶白云石(c2)半充填，残留部分孔隙(c3)，肖上2段，铸体，单偏光；d.黏结藻屑白云岩，藻屑(d1)间/内溶孔发育(d2)，肖上2段，铸体，单偏光；e.叠层石白云岩，层间格架孔(e1)被中晶白云石半充填(e2)，残余孔隙边缘见沥青(e3)，肖上2段，铸体，单偏光；f.硅化的藻格架白云岩，原岩结构被保留，残留格架溶孔(f1)，肖上1段丘核部位，铸体，单偏光；g.藻砂屑白云岩，粒间溶孔(g1)均匀发育，少量被粉晶白云石充填(g2)，肖上2段，铸体，单偏光；h.藻砂屑白云岩，扁平状溶蚀孔洞(i1)顺层发育，肖上2段，露头；i.含砂屑泥粉晶白云岩，砂屑颗粒(i1)相对较小，肖上3段，铸体，单偏光Fig.3 Rock types and features of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

图4 研究区肖尔布拉克组沉积期沉积模式图Fig.4 Generalized sedimentary model of the Xiaoerblak Formation stage in the study area

图5 苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组白云岩储层物性特征Fig.5 Physical properties of the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir in the Sugaiteblk Section

为了表征肖尔布拉克组丘滩相储层的孔喉结构特征，优选藻砂屑白云岩、叠层石白云岩、黏结砂屑白云岩、凝块石白云岩4种主要岩相的5个样品进行了常规压汞分析(表1、图6)，可以看出这4种岩相的储层主要以单一的孔喉介质为主。孔喉特征与岩相之间同样具有良好的相关性：藻砂屑白云岩孔喉质量最好，以大孔喉为主，其具有孔喉分布范围较广且分选性、连通性较好及孔喉弯曲迂回程度弱的特征；叠层石白云岩的孔喉质量次之，其具有孔喉分布范围广、分选性一般和连通性较好及孔喉弯曲迂回程度较弱的特征；黏结藻屑白云岩表现为以“细歪”的小孔喉为主且分选较差的特征；而凝块石白云岩则表现为以“粗歪”的大孔喉为主及分选性一般的特征。

苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组储层的物性数据和孔喉特征反映了储层质量与岩相之间具有良好的相关性，这是由于高能相带中形成的藻砂屑滩和具有生长格架的藻格架岩、叠层石不但具有储层发育的物质基础，而且容易受到准同生期大气淡水溶蚀作用的改造[18,23]，使得这些岩相的物性普遍较好；相反，潮下低能带中形成的层纹石等微生物岩和泥—粉晶白云岩的物性则较差。

表1 苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组白云岩储层常规压汞分析结果Table 1 Conventional mercury injection analysis in the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir of the Sugaiteblk Section

图6 苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组白云岩储层常规压汞曲线特征Fig.6 Conventional mercury injection curves from the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir of the Sugaiteblk Section

4 储层建模

为了更好地刻画肖尔布拉克组丘滩体的内部结构，及其在横、纵向上的分布规律，在苏盖特布拉克剖面近1 km范围内实测了4条测线(图7)，其中测线2是主测线，其顶、底出露最好，并且样品采集相对容易。根据测线2中的岩相标志层可以较好地向两侧进行地层追踪，因此4条侧线可以采用统一的分层编号。为了进一步表征肖尔布拉克组储层在三维空间中的分布规律，研究在二维露头沉积微相模型的基础上，引入了基于数字露头的三维储层建模技术，即利用ILRIS-3D型激光雷达，对剖面进行三维数字扫描，经过数据处理，输出露头三维点云图像，其分辨率为2 cm，然后在Petrel中进行三维建模。

4.1 二维模型

综合4条测线的岩相剖面及横向追踪对比分析，建立了沉积微相模型(图8)。肖下段主要发育潮下低能带泥—粉晶白云岩，肖上3段则主要发育潮坪—潟湖相的含砂屑泥—粉晶白云岩。肖上1段和肖上2段是丘滩的主要发育段：肖上1段可识别出3期藻(微生物)丘滩复合体建隆，累计厚度近35 m，其中第1期建隆的核部为藻屑黏结岩，翼部为凝块石，侧向上主要沉积潮下带低能泥晶沉积物；第2期建隆的核部同第1期相似，为黏结藻屑岩，翼部为凝块石，但其侧向上延伸范围相对较远，最终演变为潮下带低能层纹石；第3期建隆的核部为藻格架岩，厚度达20 m，翼部为凝块石，侧向上下部主要发育层纹石，上部演变为凝块石，整体反映了海水逐渐变浅的沉积序列。

图7 苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组露头宏观特征Fig.7 Macro-features of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

图8 苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组沉积微相模型Fig.8 Microfacies model of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

肖上2段下部主要发育层状的黏结藻屑滩，及黏结藻屑丘，丘为点丘，规模相对较小，缺乏丘翼，点丘间为低能台洼沉积；向上逐渐过渡到高能藻屑滩，滩体侧向上连续分布，厚度稳定；该段上部发育层状叠层石，在区域内分布相对稳定。

前文所述，岩相与储层物性具有很好的相关性，因此肖尔布拉克组肖上1～2段的中—高能丘滩体是储层发育的有利载体，其厚度约65～75 m，丘滩地比44%～51%，指示了中缓坡丘滩体具有规模勘探潜力。

4.2 三维模型

根据二维露头地质模型信息，在露头三维点云图像中进行地层追踪、解释，并标记采样位置、特殊沉积与构造现象，从而构建完成三维数字露头，把数字露头的信息加载在Petrel中用于进行三维地质建模。

建模按照相控储层的思路，以实测剖面(虚拟井)中的岩相信息为约束，分别对每个地层单元进行三维定量随机建模，建立三维沉积微相模型，继而在每个相单元内进行孔隙度、渗透率模拟，建立孔隙度模型和渗透率模型(图9)。三维沉积微相模型及其切片清晰刻画了各沉积微相的展布规律，丘滩主要发育于肖尔布拉克组中上部，整体表现为“小丘大滩”的特征，滩在横向上连续分布。三维孔隙度模型、渗透率模型及其切片则直观的反映了储层垂向上具有较好的层位性、相控性和旋回性特征，横向上具有相同微相单元的物性相对均质的特点。

总体而言，苏盖特布拉克剖面肖尔布拉克组肖上1～2段丘滩体是储层有利载体，Ⅰ、Ⅱ类有效储层厚度约45 m，储地比约31%，储滩比约64%，其中肖上2段的滩相储层品质最好。露头的岩相组合、储层发育位置和储层品质与柯坪地区舒探1井具有一定的可对比性，舒探1井的储层同样主要发育于肖尔布拉克组中上段的丘滩体中，其Ⅰ、Ⅱ类优质储层厚度达61.5 m，储地比达39.2%。综上所述，露头和井下都可以反映肖尔布拉克组丘滩相储层具有勘探潜力，研究成果可为该领域有利区带评价和目标优选提供依据。根据古隆起控滩原理，中缓坡丘滩沿隆起区的围斜部位大面积发育，围绕前文所述的塔里木盆地发育三大古隆区，可以明确塔中—巴东颗粒滩发育区、柯坪—巴楚丘滩发育区和轮南—牙哈丘滩发育区为肖尔布拉克组的有利勘探区带。