张裂型褶皱下中和面顺层张裂区：一类有利储层发育区——兼谈塔里木盆地碳酸盐岩溶蚀储层的发育特征

余和中，钱玲，韩守华，傅瑾君，杨俊丰，吴建国

（1中国石油杭州地质研究院；2中国石油塔里木油田公司）

张裂型褶皱下中和面顺层张裂区：一类有利储层发育区
——兼谈塔里木盆地碳酸盐岩溶蚀储层的发育特征

余和中1，钱玲2，韩守华1，傅瑾君1，杨俊丰2，吴建国2

（1中国石油杭州地质研究院；2中国石油塔里木油田公司）

背斜上中和面和向斜下中和面（斜坡部位）是有利储层的发育区，进一步的分析认为，张裂型褶皱下中和面发育的顺层张裂区也可以是有利的储层发育区，尤其是碳酸盐岩（潜山）背斜。碳酸盐岩张裂型褶皱上中和面的扇形张裂区一般发育表层岩溶带和渗流岩溶带，发育溶蚀洞、孔，多表现为杂乱反射；下中和面的顺层张裂区一般发育渗流岩溶带和潜流岩溶带，发育溶蚀孔、缝，常表现为“串珠”状反射。塔里木盆地海相碳酸盐岩中发育同生期岩溶、风化壳岩溶（表生期）、埋藏岩溶三种不同类型的古岩溶。张裂型褶皱的扇形张裂区发育地表岩溶带、垂直渗流岩溶带，均有利于储层发育；顺层张裂区既发育风化壳岩溶（水平潜流带）又发育埋藏岩溶，其中的埋藏岩溶非常有利于储层发育。塔里木盆地寒武系和奥陶系碳酸盐岩在扇形张裂区和顺层张裂区多形成同生期岩溶储层和埋藏期岩溶储层，石炭系碳酸盐岩CⅡ油组在顺层张裂区主要形成埋藏期岩溶储层。

张裂型褶皱；中和面；碳酸盐岩储层；塔里木盆地

笔者曾发表一系列有关构造中和面与油气成藏关系的文章［1-4］，认为背斜构造的上中和面以及向斜构造（凹陷、洼槽等负向构造）的下中和面斜坡部位是油气聚集有利区，对背斜构造的下中和面多持否定观点。但是，张裂型褶皱背斜构造的下中和面由于受到强烈挤压而容易发育顺层的张裂，这种张裂发育区也是油气的有利聚集区，特别是对碳酸盐岩中的这种构造类型而言。

碳酸盐岩古岩溶与油气关系密切，其岩溶空间是油气储集的重要空间。为寻找与古岩溶有关的油气藏，需要了解古岩溶的成因和埋藏部位、古岩溶空间的分布与古岩溶类型的关系等等。根据岩溶发育时岩层的产状和岩石固结程度分析，碳酸盐岩古岩溶的分布还与褶皱作用关系密切，因而其储集空间的形成除了人们通常认识的溶蚀成因以外，还或多或少地包含了应力成因的因素。

本文在对一些勘探实例进行分析的基础上，试图阐明背斜构造（张裂型褶皱）下中和面顺层张裂区的储层发育机理及其油气成藏意义，藉以更加全面地认识涉及中和面的油气储层发育特征。

1 溶蚀优势发育的应力因素

笔者已经较完整地介绍了褶皱的发育发展过程［1-4］，现在让我们再来回顾一下其中张裂型构造的发育过程。在岩石褶皱过程中，随着变形的继续，在岩石韧性很小的情况下，褶皱外侧不断受拉伸而可形成垂直于层理的张裂隙（称垂直张裂隙），因而常形成正扇形排列的张裂隙发育区（图1顶部，中和面之上，以下简称扇形张裂区）。由于最外侧应变最强，所以张裂由外侧向内发展，形成尖端向内的楔形脉（裂隙）。褶皱内侧受到顺层挤压，可产生平行层面的张开而形成顺层的张裂隙发育区（图1下侧，中和面之下，以下简称顺层张裂区）。在岩层弯曲过程中，随着褶皱外侧的垂直张裂隙不断向内伸展，构造中和面的位置也会逐渐向内侧移动，最后甚至可形成切穿整个褶皱层的扇形张裂［5-7］。

余和中：1963年生，博士，高级工程师。1986年毕业于武汉地质学院，2005年获得中国地质大学（北京）矿产普查与勘探专业博士学位。主要从事油气构造、石油地质等研究。通讯地址：310023浙江省杭州市西溪路920号；电话：(0571)85224993

图1 张裂型褶皱裂隙发育与应力关系（据文献［4］修改）

图2 是在塔里木盆地发现的一个典型的张裂型褶皱实例，其顺层张裂隙、垂直张裂隙以及中和面位置等明显可辨。

图2 塔里木盆地巴楚隆起柯坪水泥厂剖面

在风化剥蚀作用下，上中和面扇形张裂区易产生塌陷，而下中和面的顺层张裂区是溶蚀作用的优先发育部位，这两个张裂隙发育区在发生溶蚀时还会产生相互影响，这一点将在后文中详细论述。分析可知，构造上中和面扇形张裂区易形成洞穴和孔隙，而构造下中和面顺层张裂区易发育孔隙和裂缝，孔、洞、缝的区分见表1。

根据表1，我们把岩体中的储集空间统称为孔隙，它可分为孔洞和裂缝两类，根据直径的大小，又把孔洞分成孔和洞两种。因此本文把孔隙分成两类（孔洞和裂缝）、三种（孔、洞、缝）。孔隙的长宽之比（d）为1：1≤d＜10：1时为孔洞，比值为d≥10：1时为裂缝。在孔洞中，孔隙尺寸（D）小于2mm的称孔，大于等于2mm的称洞。对孔、洞、缝的更精细分类方案详见表1，在孔隙尺寸中，D1（孔径）和D2（洞径）分别指孔或洞的长度，而D3（缝宽）则是指裂缝的宽度，与D1和D2是有一定区别的。

表1 碳酸盐岩孔隙空间特征分类方案

2 张裂型褶皱不同部位的岩溶特征及其地震响应特征

2.1 扇形张裂区

潜山，一般属于褶皱构造，其岩溶型储集层在纵向上可以分为表层岩溶带、渗流岩溶带和潜流岩溶带,这三个岩溶带呈准层状分布。张裂型褶皱的扇形张裂区一般发育表层岩溶带和渗流岩溶带。

表层岩溶带位于潜山顶部,裂缝、溶蚀孔洞是最主要的储集空间,横向连通性较好,储集性能最好。地震的振幅、能量、电阻率和频率等属性对这类岩溶型储集层较为敏感，表现为弱振幅、高相干(低相关)、低阻抗、低频率等特征。

渗流岩溶带发育在风化壳下部，地震上主要表现为强振幅、高能量、低频率、低阻抗等特征。内幕岩溶储层的发育,是引起地震绕射波振幅变化的主要原因。碳酸盐岩岩溶洞穴型油气藏具有强振幅、调谐性和低速度等特点。其中洞穴宽度是影响地震

波振幅的主要因素,而洞穴高度是影响调谐性的主要因素。

张裂型褶皱中的扇形张裂区由于垂直张裂隙发育，常形成地表岩溶带的塌陷覆盖角砾岩，因而易产生杂乱反射现象（图3）。

图3 塔里木盆地北部某油藏瞬时振幅剖面图示碳酸盐岩岩溶杂乱反射，反映张裂型褶皱扇形张裂区的岩溶塌陷特征

2.2 顺层张裂区

张裂型褶皱顺层张裂区一般发育渗流岩溶带和潜流岩溶带。渗流岩溶带的溶蚀裂缝、溶蚀孔洞等是重要的储集空间,沉积充填作用较弱,有效储集空间发育,顺层的断裂、裂缝是控制这个带储层发育的主要因素。潜流岩溶带位于渗流岩溶带下方,溶蚀裂缝、溶蚀孔洞是其重要的储集空间,但它们容易被砂泥质所充填,造成有效储集空间的减少,溶蚀和充填是控制这个带储层发育的一对矛盾的地质作用。

在地震剖面上“串珠”状现象的出现，一是需要溶洞散射波有一定的能量,二是需要有形成强烈多次波的条件。一般情况下,有一定宽度且呈上、下分布的多个溶洞容易在地震上形成“串珠”状现象，顺层张裂区平行层面的张裂易发育顺层溶蚀，形成“纵成串、横成排”的溶洞现象（图4）。

3 塔里木盆地岩溶型储层发育特征

3.1 古岩溶的类型及古地貌控制作用

3.1.1 发育三类古岩溶

塔里木盆地海相碳酸盐岩中发育同生期岩溶、风化壳岩溶（表生期）、埋藏岩溶等三种不同类型的古岩溶。

同生期岩溶大气淡水选择性地溶蚀颗粒碳酸盐岩所形成的粒内溶孔、铸模孔和粒间溶孔等,为储层提供了基质孔隙，这类岩溶储层在垂向上主要分布于地表垂直渗流岩溶带（扇形张裂区）。

风化壳岩溶（表生期）与表生期风化壳岩溶作用有关的碳酸盐岩储层在区域上主要展布于碳酸盐岩裸露的古潜山分布范围内,垂向上则局限于碳酸盐岩侵蚀不整合面以下200～300m深度范围内，这个范围对应于张裂型褶皱的上部扇形张裂区。根据风化壳岩溶的垂向与横向发育特征,这类岩溶储层在垂向上主要分布于地表岩溶带的覆盖角砾岩、垂直渗流岩溶带（扇形张裂区）和水平潜流岩溶带（顺层张裂区）内。

图4 塔里木盆地东部古城台缘带某瞬时振幅剖面

埋藏岩溶这一岩溶常与有机质热演化过程中伴生的有机酸溶蚀碳酸盐矿物有关,往往沿原有的孔隙系统进行,具有期次多、规模不等的特点,是碳酸

盐岩储层优化改造的关键因素之一，它一般仅发育在张裂型褶皱的顺层张裂区（图1）。风化壳岩溶中的水平潜流岩溶带与埋藏岩溶作用都基本发育于这种顺层张裂区。

3.1.2 古地貌对岩溶发育的控制作用

岩溶型储集层的发育明显受古地貌的控制,从岩溶的角度可以划分为岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶洼地三种古地貌单元。

岩溶高地主要遭受大气降水、风化和剥蚀等作用，岩溶型储集层欠发育。

岩溶斜坡这是最有利于岩溶型储层发育的古地貌单元,它主要遭受大气降水、风化剥蚀、地表径流的侵蚀、溶蚀等作用,易于形成溶蚀性的裂缝和孔洞，在岩溶斜坡比较容易形成大型洞穴（巨洞）。

岩溶洼地位于古地貌的缓坡或低洼部位,是水流汇集的地方,易于被砂泥所充填，岩溶型储层一般欠发育。

综合以上分析，张裂型褶皱的扇形张裂区发育地表岩溶带（覆盖角砾岩）、垂直渗流岩溶带，它们均是有利的储层发育区；顺层张裂区既发育风化壳岩溶（水平潜流带）又发育埋藏岩溶，其中的埋藏岩溶是碳酸盐岩储层优化改造的关键因素之一，非常有利于储层发育。岩溶斜坡是岩溶型储层最发育的古地貌单元，它同时跨越张裂型褶皱的上中和面、下中和面，既发育垂直张裂隙，又发育顺层张裂隙［4］。

3.2 不同地层的岩溶发育特征

3.2.1 寒武系碳酸盐岩

塔里木盆地寒武系在纵向上的储盖组合可分为两套：一是潜山（岩溶）为储层，上覆中—新生界泥岩为盖层；二是内幕孔渗带为储层系统，上覆膏盐岩或致密碳酸盐岩为盖层。寒武系潜山岩溶储层系统主要发育在区域构造不整合面之下300m厚的地层之内，对应于张裂型褶皱的扇形张裂区。内幕孔渗带储层系统则发育在距不整合面300 m之下的地层，对应于张裂型褶皱的顺层张裂区。

塔里木盆地寒武系碳酸盐岩储层的储集空间类型均以裂缝-孔洞型为主。

3.2.2 奥陶系碳酸盐岩

除塔南隆起外，奥陶系几乎遍及塔里木盆地全区，沉积巨厚，上部为碳酸盐岩，下部为泥岩，最大残余厚度为5 000 m，平均残余厚度为2 000 m左右。

塔里木盆地奥陶系储层以碳酸盐岩风化壳为主，它可与奥陶系内部的泥岩或上覆的石炭系泥岩、中生界泥岩以及中—新生界泥岩等形成储盖组合，其中以与石炭系泥岩组成的储盖组合最为典型，其次是与奥陶系内部泥岩组成的内幕储盖组合。塔中西部上奥陶统良里塔格组石灰岩中主要发育同生期岩溶（扇形张裂区）+埋藏期岩溶（顺层张裂区）的叠加型古岩溶；中—下奥陶统鹰山组碳酸盐岩中主要发育表生期岩溶（扇形张裂区）+埋藏期岩溶（顺层张裂区）的叠加型古岩溶。

对塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层的发育而言，岩性、古构造、古地形、古水文体系、古气候及海平面变化等多方面对表生期岩溶（扇形张裂区）具明显的控制作用，而埋藏期岩溶（顺层张裂区）主要受温度、压力、地层酸性水的运移规模和进入储层的时间及构造运动等因素的控制和影响。

3.2.3 石炭系碳酸盐岩

塔里木盆地石炭系按储盖组合和储层的含油性被划分为3个油组，CⅠ油组对应砂泥岩段，CⅡ油组对应生物碎屑灰岩段，CⅢ油组对应东河砂岩段。CⅠ、CⅢ油组属碎屑岩已有大量文献阐述，本文重点关注CⅡ油组生物碎屑灰岩段。

CⅡ油组的沉积体系主要为半封闭碳酸盐岩台地体系、潮坪体系、生物碎屑滩和蒸发潟湖体系，它们在平面上由西向东依次展布［8-9］。该油组的储层为石炭系小海子组的碳酸盐岩，储集空间类型主要为裂缝型、溶孔型。由于上部覆盖了石炭系碎屑岩段地层，碳酸盐岩发育于石炭系中部，所以主要发育埋藏期岩溶，形成顺层张裂区储层。在CⅡ油组可能不发育同生期岩溶，未能形成扇形张裂区储层。

4 结论

（1）张裂型褶皱上中和面发育的扇形张裂区和下中和面发育的顺层张裂区均是碳酸盐岩溶蚀储层

发育的有利区。

（2）张裂型褶皱的扇形张裂区一般发育表层岩溶带和渗流岩溶带，顺层张裂区一般发育渗流岩溶带和潜流岩溶带。

（3）在地震响应上，扇形张裂区溶蚀洞、孔多表现为杂乱反射，而顺层张裂区溶蚀孔、缝常表现为“串珠”状反射。

（4）塔里木盆地寒武系和奥陶系碳酸盐岩的岩溶储层在张裂型褶皱的扇形张裂区和顺层张裂区均有发育，发育同生期、表生期和埋藏期岩溶。

（5）塔里木盆地石炭系碳酸盐岩中的CⅡ油组主要发育埋藏期岩溶，形成顺层张裂区储层。

［1］余和中，韩守华，斯春松，等.向斜轴部中和面以下层段油气勘探［J］.中国石油勘探，2008，13(3)：23-26.

［2］余和中，韩守华，赵庆军，等.向斜下中和面构造油气藏——中国南方海相中—古生界油气勘探新方向［J］.海相油气地质，2008，13(4)：49-52.

［3］钱玲，余和中，丁成豪，等.塔里木盆地褶皱中和面与油气成藏关系初探［J］.海相油气地质，2011，16(4)：62-65.

［4］余和中，钱玲，韩守华，等.塔东地区褶皱构造精细分析与油气勘探方向［J］.海相油气地质，2012，17(2)：8-13.

［5］Nicolas A.构造地质学原理［M］//嵇少丞，译.北京：石油工业出版社，1989.

［6］Ramsay J G.岩石褶皱作用和断裂作用［M］//单文琅，等，译.北京：地质出版社，1985.

［7］Billings M P.Structural Geology［M］.3rd ed.New Jersey：Prenfice-Hall，Inc.Englewood Cliffs，1972.

［8］周新源，杨海军，邬光辉，等.塔中大油气田的勘探实践与勘探方向(为庆祝塔里木油田石油会战20周年而作)［J］.新疆石油地质，2009，30(2)：149-152.

［9］杜金虎，周新源，李启明，等.塔里木盆地碳酸盐岩大油气区特征与主控因素［J］.石油勘探与开发，2011，38(6)：652-661.

编辑：吴厚松

Bedding Tensional Zone of the Lower Neutral Plane in Tensional Fold: A Favorable Reservoir Development Area, Also on Development Characteristics of Karst Reservoirs Tarim Basin

Yu Hezhong,Qian Ling,Han Shouhua,Fu Jinjun,Yang Junfeng,Wu Jianguo

It is known that not only the upper neutral plane in an anticline but also the lower neutral plane in a syncline (the slope part)can be the area favorable to development of reservoir.A further analysis through exploration practice has indicated that the bedding tensional zone developing in the lower neutral plane in a tensional fold,especially in a carbonate anticline(a buried-hill),can be also the area favorable to developing reservoir.Surface and seepage karst belts generally develop in the fan-shaped tensional zone of the upper neutral plane in a carbonate tensional fold,where developing solution pores and holes commonly show the clutter reflection in seismic feature,and seepage and subsurface karst belts generally develop in the bedding tensional zone of the lower neutral plane in the tensional fold,where developing solution pores and fractures commonly show"beads"reflection.It is indicated that in Tarim Basin, palaeokarst that include contemporaneous karst,weathering-crust karst and burial karst develop in carbonate rock, where surface and seepage karst belts develop in the fan-shaped tensional zones and weathering-crust karst and burial karst develop in the bedding tensional zones,all of which are favourable to reservoir development.The contemporaneous karst and burial karst reservoirs generally develop in the fan-shaped zones and the bedding tensional zones of Cambrian and Ordovician carbonate rocks and the Burial karst reservoir commonly develops in the bedding tensional zone of Carboniferous CⅡ-Oil Group carbonate rock.

Tensional fold;Fold neutral plane;Carbonate reservoir;Tarim Basin

TE111.2；TE112.23

A

2012-06-05；改回日期：2013-03-25

10.3969/j.issn.1672-9854.2013.02.007

1672-9854(2013)-02-0051-05

Yu Hezhong：male,Ph.D.,Senior Geology Engineer.Add:PetroChina Hangzhou Institute of Geology,920 Xixi Rd., Hangzhou,Zhejiang,310023,China