韩长城，林承焰，鲁新便，任丽华，魏 婷，张宪国,段宏臻

[1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2.中国石化 西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011；3.中国石油 新疆油田分公司 石西采油厂，新疆 克拉玛依 834000； 4.中国石油集团测井有限公司 青海事业部，甘肃 敦煌 736202]



塔河油田奥陶系碳酸盐岩岩溶斜坡断控岩溶储层特征及形成机制

韩长城1，林承焰1，鲁新便2，任丽华1，魏 婷3，张宪国1,段宏臻4

[1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2.中国石化 西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011；3.中国石油 新疆油田分公司 石西采油厂，新疆 克拉玛依 834000； 4.中国石油集团测井有限公司 青海事业部，甘肃 敦煌 736202]

随着塔河油田主体区潜山风化壳岩溶勘探开发的不断深入，斜坡区的内幕岩溶储集层越来越受到人们的关注，断裂对岩溶储集层的形成和分布具有重要控制作用。综合利用岩心、薄片、测井、钻井和地震资料，在储集层类型基础上，分析了断裂对岩溶储集层发育的控制作用及断控岩溶储集层分布规律，探讨了断控岩溶储集层的形成机制和演化特征。断裂和岩溶储集层发育规模、期次存在着一定的耦合关系，多期次继承发育的Ⅱ级和Ⅲ-1级断裂对岩溶储集层控制作用明显。平面上岩溶储集层沿断裂呈条带状分布，垂向上储集层分布在距奥陶系一间房组顶面0～50和100 m～150 m范围内。深部岩溶储集层形成作用主要有大气淡水溶蚀作用、TSR(硫酸盐热化学还原反应)、热液溶蚀作用和混合溶蚀作用4种类型，海西早期是断控岩溶储集层发育的主要时期。

断控岩溶储集层；斜坡区；断裂带；奥陶系；塔河油田

碳酸盐岩储层是世界油气勘探的一个重要领域[1]。塔里木盆地古生界蕴藏着丰富的油气资源，其中奥陶系是重要的含油层位[2]。塔河油田是塔里木盆地已发现油气田中储量最大、产量最高的海相大型油田[3]。随着塔河油田主体区勘探程度的不断推进，前人对风化壳岩溶储集层开展了大量研究工作，并取得众多认识[4-7]。近几年，塔河油田西南斜坡区的内幕岩溶储层勘探取得重大发现，逐步意识到岩溶缝洞的发育不仅仅局限于潜山风化壳区，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[8]。塔河油田主体区奥陶系中、上统均已剥蚀殆尽，主要发生加里东期、海西期的表生岩溶作用[9-10]；而斜坡区主力产层之上覆盖了上奥陶统溶蚀性较差的泥岩与灰泥岩，一间房组(O2yj)只经历了非常短暂的暴露，未形成较大规模不整合，表生岩溶作用较弱，因而断控岩溶作用是斜坡区内幕岩溶储集层发育的主要控制因素。

断裂与油气的关系一直是国内外学者关注的热点。尤其是碳酸盐岩中的断裂，不仅影响油气运移和成藏，而且对岩溶缝洞储层的形成和分布具有重要的控制作用[11-12]。断裂作用贯穿了岩溶作用的整个过程[13]，断裂具有内部结构[14-16]，内部结构差异影响岩溶储层的形成和发育。认识岩溶储层的形成机制，对寻找斜坡区内幕岩溶储层发育带和高效的勘探开发具有重要指导作用。结合岩心、薄片分析、测井和钻井资料，对塔河油田斜坡区储层类型和特征进行研究，总结了斜坡区断控岩溶储层特征及分布规律，探讨碳酸盐岩断控岩溶储层的形成机制，建立了断控岩溶储层构造演化模式。

1 地质概况

塔河油田位于阿克库勒凸起的西南部。阿克库勒凸起是在前震旦系变质岩基底上长期发育的一个向南倾伏的鼻状隆起。它经历了加里东期和海西期多次构造抬升运动和海平面变化，并受到后期构造运动的叠加改造作用。经历了震旦系-泥盆系的海相沉积期、石炭系—三叠系的海陆交替相沉积期、三叠系及之后的陆相沉积期[17]。奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层是主力储层，自下而上划分为下统蓬莱坝组(O1p)、中-下统鹰山组(O1-2y)、中统一间房组(O2yj)及上统恰尔巴克组(O3q)、良里塔格组(O3l)和桑塔木组(O3s)。

由于受到构造运动的不均衡抬升作用的影响，塔河地区形成了一个北东方向高，向南西方向倾伏的大型古生代鼻状隆起。东北部古生界受到强烈剥蚀，剥蚀厚度大。古生界各地层厚度大多向东北隆起区减薄，上奥陶统桑塔木组(O3s)、良里塔格组(O3l)和中奥陶统一间房组(O2yj)不整合尖灭线呈南西-北东向展布，西南斜坡区覆盖了较厚上奥陶统。断裂大量发育，在隆起部位的主体区，发育大量产状不规则、延伸较短的小断裂，而在斜坡覆盖区则发育大量北东与北西向中大型断裂，多成组成对发育，平面延伸长，断裂规模大，东西向断裂较少(图1)。

2 岩溶储集层类型及特征

塔河油田斜坡区奥陶系含油层系的储集岩主要为泥微晶灰岩、砂屑质泥微晶灰岩和亮晶颗粒灰岩。全直径样品的孔隙度为0.5%～2.5%，平均值为1.76%；渗透率为0.01×10-3～ 10×10-3μm2，属于低孔低渗储层。储层的非均质性极强，样品所测得的物性特征一般反映的是储层基质的特征。结合钻井、测井、岩心和薄片的资料观察和研究，该区储层的储集空间主要为孔、洞和缝3类，并根据其组合类型将储层分为裂缝型、溶蚀孔洞型、裂缝-孔洞型和洞穴型4类。

2.1 裂缝型

裂缝是碳酸盐岩的重要储集空间，也是主要的渗流通道之一[18]。根据裂缝成因，可以将裂缝分为构造缝、溶蚀缝和成岩缝3种主要类型[19]。研究区裂缝较发育，但以构造缝为主。经历多期构造运动，受到多个方位应力场作用，应力交汇处可见多组不同角度交叉形成的网络状裂缝系统。早期裂缝多被方解石充填，晚期半充填或未充填(图2a,b)。成像测井特征表现为深色的正弦曲线的高导特征(图2c)。

图1 塔河油田构造位置(a)及奥陶系顶面)断裂分布(b)Fig.1 Location map (a) and Distribution of faults on the top of the Ordovician ) (b) in Tahe oilfield

2.2 溶蚀孔洞型

主要由直径为0.15～1 cm，部分被泥质、方解石等半充填或未充填的孔洞组成，多密集、孤立发育(图2d,e)。常规测井表现出密度略低，声波时差、中子增大和伽马降低特征，成像测井为分散的星点状或串珠状，颜色为暗色高导特征(图2f)。一般是由碳酸盐岩原生孔隙经过次生溶蚀改造而形成的。

2.3 裂缝-孔洞型

孔洞和裂缝都发育，是该区常见的一种储层类型。孔洞是主要的储集空间(图2g)，裂缝不仅是储集空间同时还是流体的渗流通道。孔洞主要由沿裂缝溶蚀扩大的孔和小-中洞组成(图2h)。深、浅双侧向电阻差异明显，密度、中子及声波时差3个孔隙度曲线相比基质段降低，但幅度不如洞穴型储层明显。成像测井表现为暗色斑点呈准层状分布，被暗色正弦曲线切割(图2i)。

图2 塔河油田斜坡区奥陶统储层空间类型Fig.2 Reservoir space types in the slope zone of Tahe oilfielda. T737井，O2yj，埋深5 646.70 m，网状缝发育，充填-半充填；b. T710井，O2yj，埋深6 030.12 m，生屑泥晶灰岩，多期裂缝交错发育；c. T740井，O2yj，埋深6 173.48～6 175.61 m；d. T754井，O2yj，埋深5 898.91 m，溶蚀孔洞发育，未充填-半充填；e. T737，O2yj，埋深6 064.12 m，生物屑藻屑泥微晶灰岩溶蚀孔；f. T740井，O1-2yj，埋深6 341.20～6 345.80 m；g. T754井，O2yj，埋深5 896.48 m，溶蚀孔隙-裂缝发育，半充填-未充填；h. T737井，O2yj，埋深6 062.22 m，含生屑泥微晶灰岩，裂缝和溶蚀孔；i. T740井，O1-2yj，埋深6 360.91～6 362.68 m；j. T739井，O2yj，埋深6 082.80 m，破碎角砾岩；k. T707井，O2yj，埋深5 750.00～5 760.00 m

2.4 洞穴型

多为直径大于100×103μm的半充填或未充填溶蚀洞穴，可与裂缝组合，对储集空间的贡献最大。岩心多呈破碎状(图2j)，但在钻井、测井和地震上具有明显特征：钻井过程中常见放空和严重泥浆漏失；电阻率值明显降低，深浅电阻率的正负幅值差较大；成像测井的波形基本被衰减掉，无法得到真实的结果(图2k)，这种衰减也同时证明了大规模溶洞的存在；地震剖面上呈现“串珠状”反射特征。

3 断控岩溶储集层分布规律

塔河油田西南斜坡区处于构造低部位，一间房组(O2yj)发生的加里东中期一幕岩溶为准同生岩溶作用，作用时间短，强度弱。岩溶作用主要发育在不整合面附近，对内幕区储层的贡献很少。上奥陶统覆盖在中-下奥陶统一间房组(O2yj)和鹰山组(O1-2y)碳酸盐岩之上，岩性主要为泥岩、灰质泥岩和泥质灰岩等，泥质含量较高，溶蚀性差，厚度从几十米到数百米不等，最厚可达到500 m，阻挡了地表大气淡水的向下渗透。自加里东期运动到晚海西期运动，构造应力场方向发生了多次变换，斜坡区奥陶系发生了不同程度的变形，发育大量NNE-NNW向“X”型走滑断裂及其伴生断裂。

振幅变化率是一种只与振幅横向变化有关，而与振幅绝对值无关的地震属性[20]，在较纯的碳酸盐岩地层中，当有裂缝与溶洞发育时，其地震振幅值会发生变化。因此，振幅变化率大的地方是裂缝与溶洞等储集层的发育处，在属性图中表现为高亮颜色区。振幅变化率属性、断裂叠合图及钻井放空漏失叠合图中(图3)，储层发育区多沿断裂走向展布，钻井过程中多数井发生放空漏失。统计的312口钻井中有126口井发生了放空漏失，放空漏失井占比达到40.4%。这些井多分布在断裂两侧，其中漏失量最大的T708井，达到1 166 m3，因此该处岩溶储集层的发育明显受到断裂的控制。

断裂规模和期次对岩溶储集层的发育起着重要作用。较大规模断裂特别是多期次继承发育的断裂附近岩溶储集层发育。较小级别断裂其断裂带发育不完整，垂向延伸长度较短，对流体的运移较为不利；而断裂规模越大，破碎带越发育，有利于流体运移，岩溶储集层也越发育。断裂的不同部位位移量不同，其断裂带内部结构特征也发生变化，储集层发育情况也不同。断层的末端应力释放区发育一系列微裂隙，岩石破碎较弱，仅发育一些裂缝型储层，而在断裂中部断距最大处易发育大型溶洞，如Th10231井位于一条NW向断裂的中部，钻至5 750.76 m发生放空漏失，放空段长75.24 m，泥浆漏失量1 787 m3，发育大型溶洞。放空漏失井多分布在Ⅱ级和Ⅲ-1级断裂附近，断裂平面延伸长度较大，NE-NW走向，多形成于加里东中晚期，海西期继续活动，岩石受强烈挤压破碎，发育一定范围的断裂带，大型溶洞型储层发育，而延伸较短的Ⅲ-2级断裂很少有放空漏失井。因此，岩溶储集层多分布在NNE-NNW向断裂和少量近EW断裂附近，特别是一组NNE-NNW向大型“X”型走滑断裂(图4)，放空漏失井大量分布，储层沿着断裂呈条带状展布。

图3 塔河油田之下30 ms)振幅变化率属性和断裂叠合图Fig.3 Overlay map of amplitude change rate attributes of Tahe oilfield (30 ms under ) and faults

图4 塔河油田之下30 ms)相干属性Fig.4 Coherence attributes of Tahe oilfileld (30 ms under )

4 断控岩溶形成机制及演化

4.1 断控岩溶形成机制

碳酸盐岩断裂带是一个复杂的空间结构体，具有较好的孔隙度和渗透率，其物性特征对流体运移及岩溶作用发生具有重要的作用。国内外学者已经对断层包络体特征进行了大量研究，断层核根据断层岩的固结和非固结的特征，可划分为有粘结力的断层岩带和无粘结力的断层岩带两部分[21]。Graham[22]通过分析Venere盆地的一条断层的断裂带结构和物性的变化关系，从围岩-破碎带-断层核，裂缝密度逐渐增加，岩石破碎强度增强，孔隙度和渗透率呈先增高再降低的趋势。断裂产生大量伴生裂缝，断裂和裂缝不仅是流体重要的储集空间[23]，而且为大气淡水透过隔水层垂直下渗创造了有利条件。断裂破碎带增加了水-岩的接触面积，增大了地下水的溶蚀范围，改善了碳酸盐岩的渗流作用，使溶蚀作用增强[24]。

图5 塔河油田连井解释和地震属性剖面(平面见图4)Fig.5 Well-tie interpretation and seismic attributes profiles of Tahe oilfield (see Fig 4 for the plain view)a.测井储层解释连井剖面；b.均方根振幅属性连井剖面

图6 塔河油田西南斜坡区溶洞、放空漏失井段与不整合面关系Fig.6 Relationship between leakage well intervals penetrating caverns and unconformity surfaces in the southwest slope zone of Tahe oilfield

断裂延伸至地表，成为流体运移通道。地表大气淡水顺着断裂带透过上奥陶统向下运移，外界CO2和大气淡水不断补充，致使岩溶作用持续进行。断裂交叉部位受到多期不同方向的应力作用，岩石破碎强烈，裂缝更为发育，水体流动更顺畅，岩溶作用强烈，因此多发育较大规模的溶蚀洞穴型储层，如厅堂洞穴等。岩层界面是流体横向运移的有利路径，可以形成横向溶洞。

在前人研究的基础上，将断控岩溶储集层溶蚀作用划分为4种类型(图7)。第一种是地表大气淡水在重力作用下，沿着高孔渗的断裂破碎带快速下渗，透过隔水层，进入奥陶系碳酸盐岩地层中，酸性的CO2-H2O溶液与周围碳酸盐岩发生溶蚀作用。由于断裂的沟通，外界有机质氧化和生物呼吸产生的CO2不断补充，流体中的H2CO3维持平衡，溶解作用可以持续进行，裂缝溶蚀扩大，进而形成大型溶洞。这类溶洞较为常见。第二种是热液溶蚀作用。火山活动产生大量热液，富含CO2的热液沿断裂上升过程中逐渐冷却，CO2溶解其中提高了碳酸盐岩的溶解作用。通过流体包裹体测温和地球化学证据证明了塔里木盆地热液流体活动普遍存在[25]。二叠纪末的海西晚期运动，整个塔里木盆地广泛存在岩浆火山活动[26]，热液对碳酸盐岩储层具有改造作用[27]。第三种是烃类与硫酸盐岩在热动力条件驱动下发生化学反应(TSR)，产生酸性流体进行的溶蚀改造作用。TSR产生大量CO2和H2S，硫化氢溶于水中形成氢硫酸，具有强烈的腐蚀性，加速了碳酸盐岩的溶蚀，形成孔隙性的海绵状孔洞体系。塔河油田天然气中高含硫与TSR有关。四川盆地普光气田深部碳酸盐岩优质储层是H2S与CO2等酸性流体对碳酸盐岩强烈的溶蚀改造作用形成的[28]。第四种是混合溶蚀作用。大气淡水下渗，热液、H2S与CO2等上移，深成的CO2-H2S-承压水与大气淡水混合后溶蚀作用增强。断裂作用使碳酸盐岩岩层发生破碎，深部流体沿着破碎岩间裂缝网络运移，并对裂缝不断溶蚀，裂缝宽度明显增加，往往会扩大至原始宽度的几倍甚至几十倍；随着溶蚀的进行，裂缝相互沟通，形成一个纵向连通的溶蚀孔洞。两条或多条断裂交汇部位岩石破碎严重，流体流通较畅，溶蚀作用较强，形成溶蚀扩大缝或小型溶蚀孔洞。地层流体纵向运移，在遇到岩性界面、不整合面、低角度裂缝和断裂时会发生横向溶蚀，随着溶蚀的进行，会形成较大的横向溶洞。

图7 断控岩溶储集层形成机制Fig.7 Forming mechanism of fault-controlled karst reservoirs

4.2 断控岩溶演化模式

加里东中期一幕岩溶作用发生于一间房组(O2yj)沉积末期[29]，塔里木盆地发生区域性挤压构造运动[30]，阿克库勒凸起距板块碰撞边缘较远，受构造运动影响相对较弱，断裂发育较少，发生短暂的准同生岩溶作用，作用时间短，储层规模较小(图8a)。

良里塔格组为缓坡-台地碳酸盐沉积，发育砂屑滩、鲕粒滩、砾屑滩、生屑滩、泥晶灰岩、泥灰岩和粒屑泥晶灰岩七种沉积微相。随着海平面的波动，较高地貌的礁滩复合体暴露在大气淡水环境中，发生选择性溶蚀，形成溶蚀孔隙。礁滩复合体在经历了较弱的压实与固结等成岩作用后，于加里东中期二幕时期整体抬升暴露地表，发生非选择性溶蚀和充填作用，形成大量溶蚀孔洞。

加里东中期三幕岩溶作用发生于桑塔木组(O3s)沉积末期[30]，阿克库勒凸起雏形形成。受N-S向的区域应力场作用，NE向，NW向与近E-W向断裂形成。东北剥蚀区暴露发生表生岩溶作用，西南部的构造低部位，一间房组(O2yj)上覆上奥陶统溶蚀性较差，表生岩溶作用不发育。但大气淡水通过断裂下渗到碳酸盐岩地层中进行溶蚀，断控岩溶储集层初步形成。发育程度较低，为一些小型孤立溶蚀洞穴和溶缝，顺断裂走向分布(图8b)。

海西早期岩溶作用发生在泥盆纪(S)沉积末期。区域应力场为NW-SE向，断裂活动强烈，形成了一系列NNW向，NW向和NE向断裂和褶皱。塔河主体区强烈抬升，泥盆系、志留系、上奥陶统及部分中下奥陶统遭受快速剥蚀[10]。东北部隆起区发育表生岩溶储集层及部分断控储层。西南覆盖区发育大量大型断裂，断裂沟通地表，地表水通过断裂及裂缝进入中-下奥陶统灰岩地层进行溶蚀。断裂发育深度加深，岩溶储集层在断裂附近发育，岩溶作用强度增强，主要溶蚀作用类型为第一、第三和第四种。发育保存较好的大型溶蚀洞穴型、溶蚀孔洞型和裂缝型储层，顺断裂带分布，受断裂控制作用明显。该期是断控岩溶储集层形成的最主要时期[31](图8c)。

二叠纪末的海西晚期，研究区继续抬升，断裂规模较大，切割深度加大，部分断裂继续活动，上穿地表。该时期整个塔里木盆地广泛存在火山岩浆活动。岩溶作用对上两期的储层进行溶蚀扩张改造，储层规模变大，同时该时期发育由岩浆热液溶蚀作用形成的缝洞储层(图8d)。

构造运动产生的断裂期次和断控岩溶储集层发育的规模与期次存在着一定的耦合关系。加里东中期断控岩溶储集层发育相对较弱，海西早期是岩溶储集层发育的主要时期，海西晚期构造运动对前期岩溶进行了改造。随着构造演化的进行，断裂逐渐增多，规模增大，垂向延伸加深，相应地，断控岩溶储集层发育增强，多期断裂导致多期岩溶储集层形成，后期岩溶对前期储层进行扩大与改造，形成了现今复杂的断控岩溶储集层系统。

图8 塔河油田斜坡区断控岩溶演化模式Fig.8 Evolution model of fault-controlled karst reservoirs in the slope area of Tahe oilfield

5 结论

1) 结合岩心、薄片分析、测井和钻井资料，将塔河油田斜坡区储层分为裂缝型、溶蚀孔洞型、裂缝-孔洞型和洞穴型4类，以裂缝-孔洞型和洞穴型储层为主。

2) 断裂的规模、期次及断裂是否断至地表是断控岩溶储集层发育的主要影响因素。溶蚀孔洞和洞穴均与断裂和裂缝有关，特别是大型洞穴均分布在断裂附近，并通过断裂和裂缝相互连通。岩溶储集层的垂向发育深度加深，主要分布距一间房组(O2yj)顶面250 m范围内。断裂交叉部位受到多期不同方向的应力作用，岩溶作用强烈，多发育较大规模的溶蚀洞穴。

3) 深部岩溶储集层溶蚀作用主要有大气淡水溶蚀作用、TSR(硫酸盐热化学还原反应)、热液溶蚀作用和混合溶蚀作用4种类型。加里东中期断控岩溶储集层发育相对较弱，海西早期是断控岩溶储集层形成的最主要时期，海西晚期构造运动对前期岩溶进行了溶蚀改造。

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(编辑 董 立)

Characterization and genesis of fault-controlled karst reservoirs in Ordovician carbonate karst slope of Tahe oilfield,Tarim Basin

Han Changcheng1,Lin Chengyan1,Lu Xinbian2,Ren Lihua1,Wei Ting3,Zhang Xianguo1，Duan Hongzhen4

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China; 2.NorthwestOilfieldCompany,SINOPEC,Urumqi,Xinjiang830011,China; 3.ShixiOilProductionPlant,XinjiangOilfieldCompany,PetroChina,Karamay,Xinjiang834000,China；4.CNPCLoggingQinghaiBusinessDivision，Dunhuang,Gansu736202，China)

The internal karst reservoirs in the slope area of Tahe oilfield,Tarim Basin have attracted more and more attention as further exploration and development were carried out in the weathering crust karst reservoirs in the buried hills of the main blocks in the field.It is generally agreed that faults control the formation and distribution of karst reservoirs.Based on reservoir classification,the paper analyzed control effect of faults upon karst reservoirs and their distribution and discussed forming mechanism and evolving characteristics of the reservoirs through study of core,thin sections,logging and drilling as well as seismic data.A coupling relationship between extent and phases of development of faults and karst reservoirs was revealed during the analyses.Multi-phased and inherited faults of gradeⅡand Ⅲ-1 seemed to have a more prominent controlling effect upon the karst reservoirs.Horizontally,the reservoirs distributed as belts along faults; and vertically,they were observed to occur within intervals 0-50 m or 100-150 m below the top of the Ordovician Yijianfang Formation.The paper also suggested that these reservoirs were formed mainly by meteoric water dissolution,TSR (Thermochemical Sulfate Reduction),hydrothermal dissolution,and hybrid dissolution.The Early Hercynian was believed to be the main stage for the development of the fault-controlled karst reservoirs in the field.

fault-controlled karst reservoir,slope zone,fault zone,Ordovician,Tahe oilfield

0253-9985(2016)05-0644-09

10.11743/ogg20160504

2015-11-09;

2016-05-07。

韩长城(1984—)，男，博士研究生，碳酸盐岩油藏精细描述。E-mail:517892849@qq.com。

国家科技重大专项(2011ZX05009-003)；国家自然科学基金项目(NO.41602135)；中国石油大学(华东)研究生创新工程项目(YCXJ2016003)。

TE122.2

A