玉北地区下奥陶统蓬莱坝组白云岩储层特征及控制因素

林新，蒋海军，岳勇，吴礼明

（中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐830011）

玉北地区下奥陶统蓬莱坝组白云岩储层特征及控制因素

林新，蒋海军，岳勇，吴礼明

（中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐830011）

玉北地区下奥陶统蓬莱坝组为塔里木盆地海相碳酸盐岩油气勘探的目的层系，发育了大量白云岩储层。由于白云岩埋藏深、勘探程度低，对其储层方面的认识有待进一步研究。在野外地质观察、岩心观察、薄片及物性等资料分析的基础上，结合扫描电镜和碳、氧、锶同位素测定等结果，对蓬莱坝组白云岩储层特征进行了分析，并探讨了储层发育的控制因素。蓬莱坝组白云岩由交代白云岩和重结晶白云岩组成，按晶粒大小可分为粉细晶白云岩、中晶白云岩及粗晶白云岩，其中中晶白云岩为最重要的储集岩。白云岩储集空间可分为晶间孔、晶间溶孔、晶内溶孔、溶蚀孔洞及裂缝，其中溶蚀孔洞和裂缝为比较重要的储集空间，裂缝还能作为运移通道，储集空间组合类型以裂缝-孔洞型为主。断裂作用及其伴生裂缝以及岩溶作用是影响研究区蓬莱坝组储层发育的关键因素。断裂活动控制了伴生裂缝的发育，使得地表淡水或深部热液沿断裂和裂缝下渗或上涌，并发生溶蚀作用；大气淡水岩溶作用有效改善了蓬莱坝组上部白云岩储层的物性，而热液岩溶作用致使大多数孔洞和裂缝被硅质等充填，导致蓬莱坝组下部储层发育欠佳。

白云岩；储层特征；控制因素；蓬莱坝组；玉北地区

0 引言

白云岩储层研究一直是世界油气勘探的热点问题［1-2］。已有资料表明，世界上约有1/3的油气资源来自碳酸盐岩储层，其中又有一半来自白云岩储层［3-4］。加拿大西部盆地以及北美东北部密歇根盆地的白云岩储层油气产量占该区总产量的80%以上［5］。塔里木盆地下古生界发育了巨厚的碳酸盐岩，其中寒武系和奥陶系白云岩厚度达1 692 m［6］，目前已证实存在各种类型的白云岩储层［7］。许多学者对这些白云岩进行了深入研究，对其储层特征及控制因素均有了一定的认识。焦存礼等［8］认为塔里木盆地寒武系—奥陶系各类白云岩储层的储集空间主要为孔隙和裂缝，孔隙可进一步划分为晶间孔、晶间溶孔、晶内溶孔及溶蚀孔洞等，裂缝为主要的渗滤通道。黄文辉等［9］认为塔里木盆地寒武系—奥陶系碳酸盐岩储集层的储集空间可分为孔、洞、缝3大类，进一步又可划分为晶间孔、孔洞、洞穴、构造缝、压实-压溶缝和溶蚀缝等10小类，溶洞与裂缝为较有效的储集空间。王伟力等［10］把构造作用、沉积相类型和岩溶作用归结为塔里木盆地轮古东地区奥陶系储层发育的控制因素。丁文龙等［11］则认为玉北地区奥陶系储层发育模式主要受和田古隆起演化、断裂活动及裂缝发育所控制；不同期次岩溶作用的叠加区溶蚀条件好，岩溶-裂缝储层发育，是Ⅰ类储层。

玉北地区位于塔里木盆地塔西南坳陷麦盖提斜坡［12］，目前该区完钻26口井，其中6口井获得工业油气流，油气富集层段主要在奥陶系蓬莱坝组和鹰山组。鉴于该区蓬莱坝组白云岩储层具有埋藏深、后期成岩改造强及勘探程度尚浅等特点①余腾孝，岳勇，刘少杰，等.玉北地区勘探进展及目标研究报告.中国石化西北油田分公司，2013.，笔者以该区钻遇蓬莱坝组白云岩的玉北5和玉北7等2口井为研究对象（图1），利用岩心观察、薄片鉴定及同位素测定等手段，分析其储层发育特征及控制因素，以期为玉北地区油气勘探提供依据。

图1 塔里木盆地玉北地区东部钻井位置Fig.1Well location in eastern Yubei area of Tarim Basin

1 白云岩岩石学特征

玉北5井和玉北7井蓬莱坝组岩心观察和镜下薄片鉴定结果表明，玉北地区白云岩均由交代作用和重结晶作用产生的白云石晶体形成，可分为粉细晶白云岩、中晶白云岩及粗晶白云岩。

1.1 粉细晶白云岩

此类白云岩中的白云石晶径大多为0.005～0.250 mm，主要呈半自形—自形，部分呈镶嵌状，自形晶具雾心亮边结构。晶间隙较小，晶间可含极细陆源碎屑或黏土矿物，偶见沥青质（图版Ⅰ-1）。粉细晶白云岩在阴极射线下发昏暗红光或均一暗红光。研究区蓬莱坝组常见粉细晶灰质白云岩，此类白云岩由50%～90%的白云石和10%～50%的残余灰岩组成。岩心观察发现，由于交代白云石分布不均，岩石表面常呈现颜色深浅不一的条带状、斑块状等外貌［13］（图版Ⅰ-2）；在显微镜下，既可见灰岩组分的正残余结构，又可见交代白云石的负残余结构［14］（图版Ⅰ-3）。

1.2 中晶白云岩

此类白云岩中的白云石晶径为0.25～0.50 mm，主要呈半自形，少数为自形，晶体结构较为复杂，具有环带结构或雾心亮边结构（图版Ⅰ-4），有的晶体表面呈现浑浊状。晶体间一般呈镶嵌接触，晶间隙较发育，可见沥青质或硅质充填（图版Ⅰ-5），也可见轻质油侵染白云石或储存于白云石晶间隙中（图版Ⅰ-6）。在阴极射线下，亮边发暗红色光，雾心或呈混浊状并发昏暗红光。此类白云岩是研究区蓬莱坝组最重要的储集岩。

1.3 粗晶白云岩

此类白云岩中的白云石晶径多为0.5～1.0 mm，晶体表面一般较浑浊，主要呈半自形—它形，波状消光明显。晶体间多为线—凹凸接触，也见镶嵌接触（图版Ⅰ-7），晶间隙不发育。粗晶白云岩在阴极射线下发均一暗红光。研究区玉北5井底部粗晶硅质白云岩发育，主要由硅质交代部分白云岩或硅质充填所形成。在这种白云岩岩心表面见有顺层发育的硅质条带及团块等，裂缝和溶洞中也可见半—全充填的硅质，并且裂缝和溶洞发育处普遍有硅质存在；在显微镜下，白云石具幻影残余构造，见粗大鞍状白云石与硅质呈隐晶质、晶粒状或玛瑙状环带产出，局部可见斑状黄铁矿（图版Ⅰ-8）。

2 储层特征

2.1 储层物性

根据玉北地区下奥陶统蓬莱坝组钻井、取心及岩石样品全直径孔渗资料，分析玉北地区蓬莱坝组储层物性特征。从玉北5井和玉北7井蓬莱坝组岩心中共取18块岩样作全直径常规物性分析，结果表明下奥陶统碳酸盐岩孔隙度为1.1%～11.0%，平均为3.01%，主要集中在2%～4%；渗透率一般低于10 mD，平均为0.18 mD，主要集中在0.01～0.10 mD，约占样品总数的43%。反映出研究区蓬莱坝组储层基质具有特低孔、特低渗特征，同时孔隙度与渗透率关系比较复杂，不具有明显的线性关系。

图2 玉北5井蓬莱坝组白云岩储层发育特征Fig.2Developing characteristics of dolomite reservoirs of Penglaiba Formation in Yubei 5 well

测井解释结果显示玉北5井蓬莱坝组发育Ⅰ类储层14.5 m/1层，Ⅱ类储层123 m/14层，Ⅲ类储层137 m/13层（图2）；FMI解释蓬莱坝组上部发育中—高角度裂缝和局部溶蚀孔，下部发育中—低角度裂缝和局部溶蚀孔；岩心观察发现蓬莱坝组上部裂缝较发育，下部孔洞较发育。从玉北5井6 605.53～6 606.81 m，6 739.18～6 743.99 m及6 841.25～6 842.63 m井段储层物性数据分析（参见图2）发现，6 739.18～6 743.99 m井段储层物性较好，主要发育中晶白云岩，晶间隙发育；6 841.25～6 842.63 m井段主要发育粗晶和粉细晶白云岩，晶间隙不发育，但在该井段孔洞较多处，储层物性也较好；6 605.53～6 606.81 m井段主要发育粉细晶白云岩，晶间隙较少，孔隙度较前两者差，且该井段渗透率数据较少，不能反映其储集岩的渗滤情况。

玉北7井钻井取心见150条裂缝，以小平缝为主，少量中缝，但充填严重，主要充填方解石。测井解释Ⅰ类储层2 m/1层，井段为6 202.5～6 204.5 m，分布于蓬莱坝组顶部，同时在FMI图像上可识别出该井段发育高角度裂缝，试油结论为高产水层。

2.2 储集空间类型

成岩作用的复杂性导致塔里木盆地白云岩储集体系也较为复杂，但有效的储集空间多为次生成因［15-17］。通过岩心观察、薄片鉴定及扫描电镜观察发现，研究区蓬莱坝组白云岩储集空间组合类型以裂缝-孔洞型为主，未充填的晶间孔、晶间溶孔、溶蚀孔洞及裂缝为该区主要的储集空间。

2.2.1 孔隙特征

研究区蓬莱坝组主要发育晶间孔、晶间溶孔、晶内溶孔及溶蚀孔洞。

（1）晶间孔

研究区晶间孔发育于粉细晶白云石和中晶白云石晶体之间，其大小和形态完全受白云石晶体大小、形态与排列方式的制约［18］。中晶白云石晶间孔较大，粗晶白云石中基本不发育晶间孔。这种孔隙往往与微裂缝相伴生（图版Ⅱ-1），是该区的有效储集空间。

（2）晶间溶孔

晶间溶孔是白云石晶间孔晶体边缘遭受大气淡水和热液溶蚀作用所形成的一类孔隙，其大小和形态不受原岩组分制约。这类孔隙在研究区主要发育于中晶白云岩中，常与晶间孔伴生，也是该区的有效储集空间。在显微镜下，中晶白云石晶体边界多呈港湾状，并有裂缝连通孔隙。在玉北5井中晶白云岩铸体薄片中可见晶间溶孔呈串珠状分布（图版Ⅱ-2），显示出其较好的储集性能。

（3）晶内溶孔

白云石遭受淋滤、溶蚀而形成晶内溶孔，大小一般数微米。扫描电镜下，区内该类孔隙多呈不规则菱面体。由于此类孔隙太小，多呈孤立状分布，且连通性差（图版Ⅱ-3），往往不能成为有效储集空间。

（4）溶蚀孔洞

溶蚀孔洞是白云石晶体经溶解作用而形成的孔隙，通常由多个白云石晶体部分或全部溶解而形成，形态不规则，其大小界定于可在岩心上识别［8］。区内溶蚀孔洞多发育于中晶和粗晶白云岩中，岩心上可见孤立存在，也可沿裂缝发育，呈稀疏或密集状分布，为该区最重要的孔隙类型和有效储集空间。在玉北5井6839.43～6 843.08 m井段溶蚀孔洞最为发育，洞径最大为50 mm，其内往往半—全充填硅质、自生石英、白云石及方解石（图版Ⅱ-4），少数未充填。

2.2.2 裂缝特征

研究区未充填的裂缝不仅可以作为储集空间，而且可以起到连通白云岩各种孔隙的作用，从而促进有效白云岩储层的形成。按其成因，可分为3类：构造缝、压溶缝和溶蚀缝。

（1）构造缝

构造缝是岩石在构造应力作用下发生破裂而形成的水平缝、斜缝及立缝等。此类裂缝在玉北5井和玉北7井蓬莱坝组中上部较发育，下部较少，缝宽为0.1～15.0 mm，缝壁平直，延伸较远，可见交叉发育。中上部的构造缝大多被方解石和黑色有机质等半—全充填（图版Ⅱ-5），下部的构造缝则主要被硅质半充填或全充填，少数未充填。

（2）压溶缝

压溶缝指沿缝合线溶蚀而形成的裂缝，缝两边可见许多断续的串珠状溶孔。玉北5井6 605.23～6 605.95 m和6 605.95～6 610.76 m井段缝合线均较发育，其岩心上见压溶缝多为锯齿状、波状和不规则状，常被方解石或黑色有机质、硅质等半充填或全充填（图版Ⅱ-5）。

（3）溶蚀缝

溶蚀缝由早期构造裂缝被溶蚀改造而形成。玉北7井蓬莱坝组岩心上可见溶蚀缝连通孔洞（图版Ⅱ-6），缝中见方解石等半—全充填。溶蚀缝的形成扩大了大气淡水和热液的流动空间，进一步促进了溶蚀作用的发育。如玉北5井6 741.61～6 741.86 m井段溶蚀缝与溶蚀孔洞连通处，溶蚀作用表现最为强烈。

3 储层发育的控制因素

断裂作用及其伴生裂缝以及岩溶作用是控制研究区蓬莱坝组白云岩有效储层发育的主要因素。断裂及其伴生裂缝的形成不但能够改善储层物性，而且其本身也能够作为地层中流体渗流的通道，为岩溶作用的发生创造有利条件。岩溶作用可促进孔洞和裂缝发育及进一步溶蚀，从而增大储集空间和流体运移通道。

3.1 断裂及裂缝

韩革华等［19］研究证实，断裂及其伴生裂缝是岩溶作用的先期通道，增加了水与碳酸盐岩的接触面积，增大了地表水及地下水的溶蚀范围，使溶蚀作用增强，并使溶蚀速度加快。深大断裂作为流体运移的通道促进了溶蚀作用的发生，一方面它可以作为深部热液上涌的通道，另一方面断裂断至地表，又可以加大表生岩溶的深度，从而进一步改善储层［20］。裂缝具有控制和促进岩溶作用发育的特点，其自身可以溶蚀扩大或与溶蚀孔洞配置，构成各类缝洞型储层，成为油气储集的主要空间，因此是提高碳酸盐岩储层储渗性质的重要因素之一［21］。

研究区加里东中晚期—海西早期的断裂活动时期与奥陶系碳酸盐岩暴露时期相匹配，断裂活动控制了伴生裂缝的发育，使得地表淡水或深部热液能够沿断裂和裂缝下渗或上涌，并发生溶蚀作用，从而促进了蓬莱坝组裂缝-孔洞型储集空间的发育。测井解释表明，玉北7井蓬莱坝组发育Ⅰ类储层2 m/1层，Ⅱ类储层15 m/4层，Ⅲ类储层106 m/9层，其中Ⅰ类和Ⅱ类储层发育区主要集中在北东向玉北7断裂带上；钻井显示，玉北7井在蓬莱坝组上部6 380.9 m出现井漏，这与沿断裂溶蚀扩大的溶洞和裂缝有关；断洼区的玉北5井由于靠近北东向玉北1断裂带，在蓬莱坝组上部主要发育中—高角度平行裂缝及微裂缝，部分裂缝沟通早期溶蚀孔洞，使溶蚀作用发育的可能性大大增加。可见，断裂及裂缝的发育是研究区蓬莱坝组白云岩储层形成的重要控制因素。

3.2 岩溶作用

碳酸盐岩中的岩溶孔洞作为其主要的储集空间，与油气的富集具有密切关系，古岩溶的发育与否，在很大程度上制约着碳酸盐岩地区油气的产量［10］。因此，古岩溶的研究对在该区寻找有利勘探区块具有重要的意义。从野外剖面，地震剖面，薄片鉴定及碳、氧、锶同位素测定等发现，研究区存在大气淡水岩溶作用和热液岩溶作用。

3.2.1 大气淡水岩溶

大气淡水岩溶指碳酸盐岩地层主要受大气淡水的淋滤、溶蚀而形成缝、洞的现象［22］。在鹰山北坡、达板塔格及铁热克阿瓦提剖面均可看到蓬莱坝组与鹰山组之间存在较为明显的不整合面［23］；地震剖面特征也表明，玉北地区蓬莱坝组顶面存在削截不整合特征，T78界面表现为弱连续相位特征，呈微角度不整合，蓬莱坝组的厚度整体由东西两翼向西南减薄（图3）；同时钻井取心显示，玉北5井和玉北7井蓬莱坝组顶部发育大量溶蚀孔洞及中—高角度裂缝。上述现象均证实蓬莱坝组上部存在大气淡水岩溶作用。

图3 玉北地区蓬莱坝组白云岩储层地震剖面Fig.3Seismic section of dolomite reservoirs of Penglaiba Formation in Yubei area

大气淡水岩溶作用有效地改善了研究区蓬莱坝组白云岩储层的物性，同时造成风化壳型储层主要分布在蓬莱坝组上部。

3.2.2 热液岩溶

热液流体携带大量的CO2，H2S，SO2及有机酸等，沿断裂、裂缝、层理、不整合面和其他孔隙进入储层，并沿热液通道两侧进行溶蚀改造，形成油气聚集的新场所［24］。因此，热液对碳酸盐岩储层的溶蚀改造应引起足够的重视［25］。研究区玉北5井第七回次到第十回次取心发现大量溶蚀孔洞，部分孔洞被硅质充填，且见黄铁矿；在显微镜下，蓬莱坝组下部中、粗晶白云岩中可见鞍状白云石与硅质呈隐晶质、晶粒状或玛瑙状环带产出［26］，晶间见沥青，由此可见蓬莱坝组下部存在热液岩溶作用。

从玉北5井下部6726～6733m和6739～6744m井段FMI图像上可见裂缝与溶蚀特征，说明裂缝为热液提供了通道，促进了原有孔洞进一步溶蚀或者白云岩溶蚀。玉北5井第七回次与第八回次裂隙和孔洞中充填物碳氧同位素数值对比分析表明，随着埋深增大，温度升高，δ18O出现异常偏负现象（图4），说明热液由底部向上对白云岩储层进行改造［27］。该井锶同位素比值由深到浅呈现由大到小的特征（图5），也进一步佐证热液活动自下而上带来高放射性锶同位素。

图4 玉北5井蓬莱坝组碳氧同位素分布特征Fig.4Distribution characteristics of carbon and oxygen isotope of Penglaiba Formation in Yubei 5 well

图5 玉北5井蓬莱坝组锶同位素分布特征Fig.5Distribution characteristics of strontium isotopeof Penglaiba Formation in Yubei 5 well

热液对研究区蓬莱坝组深部白云岩储层的改造，一方面可以促进孔洞的发育，增加储集空间，如玉北5井底部半充填、未充填的溶蚀孔洞；另一方面，热液矿物如硅质、黄铁矿等充填孔洞和裂缝，不利于形成良好的白云岩储层。该区大多数孔洞和裂缝被硅质等充填，因此蓬莱坝组下部储层发育欠佳。

4 结论

（1）玉北地区下奥陶统蓬莱坝组有效储集空间以次生孔隙和裂缝为主，次生孔隙主要发育于中、粗晶白云岩中，裂缝则起到沟通孔隙的作用，较好地改善了储层物性。

（2）玉北地区蓬莱坝组储层发育受断裂作用及其伴生裂缝以及岩溶作用的控制。断裂活动控制了伴生裂缝的发育，使得大气淡水或深部热液沿断裂和裂缝下渗或上涌，促进了孔洞和裂缝的溶蚀，增大了储集空间。其中，蓬莱坝组上部储层好于下部储层，主要由于下部储层中大多数孔洞和裂缝被热液矿物充填所致，但下部未充填的孔洞和裂缝处储集性能较好。

（3）玉北地区蓬莱坝组储层发育控制因素分析表明，断裂带发育区及其附近区域有利于断裂及其伴生裂缝的形成以及岩溶作用的发生，因此为有利储层分布区。

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图版Ⅰ说明：玉北地区下奥陶统蓬莱坝组白云岩显微照片和岩心照片。1.粉细晶白云岩，见少量晶间隙充填沥青质，玉北5井，6 606.29 m，单偏光，×50；2.粉细晶灰质白云岩，岩石表面见深浅不一的条带和斑块，玉北7井，6 231.04～6 231.14 m，岩心照片；3.粉细晶灰质白云岩，见残余砂屑灰岩，砂屑颗粒周围有硅质充填，玉北5井，6 605.95 m，正交偏光，×50；4.中晶白云岩，白云石晶粒具雾心亮边结构，玉北5井，6 607.55 m，单偏光，×25；5.中晶白云岩，白云石上见方解石化，晶间充填隐晶状硅质，玉北7井，6 230.35 m，单偏光，×56；6.中晶白云岩，见沥青质充填晶间隙，白云石被黄褐色轻质油侵染，玉北5井，6 744.4 m，单偏光，×50；7.粗晶白云岩，见粗晶白云石呈镶嵌接触，多表现为线—凹凸接触，玉北5井，6 739.18 m，正交偏光，×25；8.粗晶硅质白云岩，白云石呈鞍状，硅质呈玛瑙状，玉北5井，6 742.24 m，正交偏光，×50

图版Ⅱ说明：玉北地区蓬莱坝组孔隙、裂缝特征。1.中晶白云岩，见晶间孔、晶间溶孔，微裂缝发育，玉北5井，6 739.18 m，单偏光，×28；2.中晶白云岩，见晶间溶孔呈串珠状分布，玉北5井，6 741.93 m，单偏光，×25；3.粉细晶灰质白云岩，白云石中见孤立晶内溶孔，玉北5井，6 605.84 m，扫描电镜，×6 000；4.粗晶白云岩，洞内被硅质半充填，玉北5井，6 842.14～6 842.28 m，岩心照片；5.粉细晶灰质白云岩，见立缝、斜缝及缝合线，见斜缝被方解石全充填，缝合线呈锯齿状切过岩心，被黑色有机质及方解石充填，玉北5井，6 605.95～6 606.15 m，岩心照片；6.粉细晶灰质白云岩，斜缝被溶蚀扩大，方解石半充填，玉北7井，6 231.52～6 231.71 m，岩心照片

（本文编辑：于惠宇）

Characteristics and controlling factors of dolomite reservoirs of Lower Ordovician Penglaiba Formation in Yubei area

LIN Xin，JIANG Haijun，YUE Yong，WU Liming
（Research Institute of Exploration and Development，Northwest Oilfield Company，Sinopec，Urumqi 830011，China）

Penglaiba Formation of Lower Ordovician in Yubei area becomes the target stratum for oil and gas exploration of marine carbonate rocks in Tarim Basin,and it developed large amounts of dolomite reservoirs.Due to the deep burial and low degree of exploration of dolomite,the cognition of its origin is not perfect and need further studying.Based on field geological inspection,core observation,identification of thin section,physical properties analysis,combined with SEM and the results of isotope geochemistry of carbon,oxygen and strontium,this paper analyzed the characteristics and controlling factors of dolomite reservoirs of Penglaiba Formation in Yubei area.The dolomites of Penglaiba Formation consist of replacement dolomite and recrystallization dolomite,which can be further subdivided into three categories,silty crystalline dolomite,medium grained dolomite and coarse crystalline dolomite in terms of grain size, and the most important reservoir rock is medium grained dolomite.The reservoir space in dolomites is subject to intercrystal pores,intercrystal dissolved pores,intracrystal dissolve pores,dissolved pores and fractures as migration channels.Dissolved pores and fractures are the most important reservoir space.The most common reservoir space ismainly the overlapped complex of cracks and cavities.Fracturing and its associated fractures and karstification are the keys for the development of dolomite reservoir of Lower Ordovician Penglaiba Formation.Fault activities control the development of associated fractures,which makes fresh surface water or deep hydrothermal infiltrate or upwell along faults and fractures,and then dissolution occurs.Atmospheric fresh water karstification effectively improves the dolomite reservoir properties at the top of Penglaiba Formation,while the hydrothermal karstification results in poor development of the lower reservoir of Penglaiba Formation,owing to filling with silica in the most holes and crakes.

dolostones；reservoir characteristics；controllingfactors；Penglaiba Formation；Yubei area

TE122.2

A

1673-8926（2014）03-0059-08

2013-12-18；

2014-02-05

中国石油化工股份有限公司重大先导项目“玉北地区奥陶系储层发育规律与目标优选”（编号：2012KTXD04）资助

林新（1986-），女，硕士，助理工程师，主要从事碳酸盐岩沉积和储层研究工作。地址：（830011）新疆乌鲁木齐市新市区中国石化西北油田分公司勘探开发研究院。E-mail：girllinxin163@.com。