塔里木盆地玉北地区奥陶系鹰山组储层特征及岩溶模式

乔桂林，钱一雄，曹自成，岳 勇，张永东，杨忠亮

(1.中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126;2.中国石化西北油田分公司石油勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011;3.广东煤炭地质局勘查院，广州 510440)

玉北地区位于塔里木盆地麦盖提斜坡东段，北部与巴楚隆起玛扎塔格断裂带为界，东部延伸到塘古孜巴斯凹陷，南部与塔西南坳陷的叶城—和田凹陷过渡接壤[1－10］。奥陶系地层分布复杂，以玉北1号NE向断裂带为界，可划分3个地层小单元，即西部玉北平台区、NE向构造带和玉东断洼区(图1)。区内发育多条NE、近EW向断裂及局部构造。其中玉北1井处在玉北1号NE向断裂上，该断裂呈“Y”字型、具分段性，在奥陶系鹰山组顶面发育多个断背斜圈闭，其圈闭主要形成期为加里东中、晚期和海西晚期[1－6］。该井于2010年9月钻探并在鹰山组风化壳获得高产工业油气流，实现奥陶系导向性油气勘探的重大突破，证实该区具备油气成藏条件[7－10］。几年来，玉北地区油气勘探虽有一定进展，但主要仍集中在玉北1号NE向构造带上，周缘钻井虽在鹰山组见到油气显示，但因储层致密，总体测试效果不理想。本文研究了玉北NE向构造带、平台区、玉东断洼区等3个不同构造带上鹰山组储层发育特点，探讨玉北地区奥陶系鹰山组储层形成、演化规律。

图1 塔里木盆地玉北地区构造位置Fig.1 Tectonic location of Yubei area in Tarim Basin

1 鹰山组储层发育特征

1.1 区域地质背景

受和田古隆起的影响，该区经历了前寒武纪基底古隆起、奥陶纪古隆起形成、志留—泥盆纪古隆起转向迁移、石炭—二叠纪区域稳定沉降、中生代区域隆升、新生代和田古隆起消失和麦盖提斜坡形成等演化阶段[1－4］;形成前寒武系顶前志留系顶、前上泥盆统顶、前中生界顶及古近系顶等5个一级不整合面以及下奥陶统蓬莱坝组顶和中—下奥陶统鹰山组顶等2个二级不整合面。鹰山组自下而上岩性可分4段:①含灰云岩段，GR呈小齿状(基值15 API)，较高电阻率(但比上覆地层要低)，以含灰质粉—粗晶云岩为主;②含云灰岩段，GR较低平，且与上覆地层有明显高值台阶(基值一般20 API)，局部见齿状、刺刀状和较高电阻率(比上覆地层略低)，以含云质灰岩为主;③含砂屑泥晶灰岩段，GR低平中偶见小齿状，高电阻率，以含砂屑泥晶灰岩、砂屑灰岩为主;④泥晶灰岩段，GR低且平直(＜10 API)，一般上覆地层(O3l，C1b)有明显台阶，以高电阻率、泥晶灰岩、藻纹层状泥晶灰岩为主，一般层理发育。

1.2 钻进过程中见井漏、放空现象

该地区钻井井漏、放空主要集中在玉北1号等NE向构造带上，且缝洞性储层与油气关系较亲密，鹰山组风化壳350 m以下仍发生泥浆漏失(表1)。

1.3 鹰山组储层发育特征

1.3.1 玉北NE向构造带上储层发育特征

玉北地区NE向构造带上鹰山组岩性主要以亮晶砂屑(藻)—含砂屑泥晶块状灰岩、含灰质粉—粗晶云岩为主。风化壳叠加多期岩溶(C1b/O1－2y)，发育有洞穴、孔洞、裂缝和裂缝—孔洞及孔洞—裂缝型等多种储集空间。对玉北1井鹰山组第5～9回次取心段孔洞缝统计，发现第6回次5 606.70～5 609.78 m段和第8回次5 714～5 718.2 m段孔洞较发育，且半充填方解石;裂缝具有从下部低角度缝(≤20°)、平缝向上变为高角度缝为主的特点(图2，表2)。在5 600.5～5 607 m段为Ⅰ类洞穴型储层，测井表现为很低的深浅侧向电阻率(6～200 Ω·m)、扩径(CAL由8 in↑11.5 in)、高GR、低DEN(2.72 g/cm3↓1.84 g/cm3)、较高AC(53 μs/m↑71 μs/m)，成像测井为暗色斑块状;而5 607～5 609.5 m段裂缝—孔洞型和5 710～5 740 m段孔洞—裂缝型储层同样以较低深浅侧向电阻率(100～2 000 Ω·m)、三孔隙度曲线表现为平、直特点(高DEN、低AC和低CNL)，差异在于前者成像测井表现为暗色斑点状，而后者表现为暗色正弦曲线状。利用不同类型储层测井响应差异性[11－18］，开展玉北地区鹰山组储层横向追踪，发现NE向构造带储层类型多样，储集空间最好，而断洼区、平台区储层相对较差(图3)。分析认为，玉北1井鹰山组裂缝以NE走向为主，且与加里东中晚期—海西早期断裂走向一致，说明鹰山组风化壳储层主要受加里东中晚期—海西早期构造活动控制[19－20］。

图2 玉北地区玉北1井鹰山组取心段裂缝特征综合柱状Fig.2 Composite histogram for fracture features of cored intervals of Yingshan Formation in well YB1，Yubei area

表2 玉北地区玉北1井鹰山组取心段孔洞统计Table 2 Statistics of pore and cave in cored intervals in Ordovician，Yubei area

图3 玉北地区PSB2－YB4－SH2－YB1－YB9井奥陶系鹰山组储集空间类型展布Fig.3 Distribution of reservoir space types of Ordovian Yingshan Formation in wells PSB2，YB4，SH2，YB1 and YB9，Yubei area

1.3.2 玉北平台区储层发育特征

玉北平台区的玉北4、PSB2、玉北8等井鹰山组之上覆盖上奥陶统良里塔格组(O3l/O1－2y)，仅发育加里东中期第一幕岩溶。取心证实鹰山组风化壳以藻纹层状泥晶灰岩、砂屑(藻)灰岩为主，层理发育;发育少量裂缝和溶蚀孔，孔洞多充填方解石;常规测井表现为大套高阻致密性储层中偶夹薄层低阻裂缝性储层;成像测井为高阻致密偶见黑色斑点状弱溶蚀孔且层理发育的特点。综合认为该套储层总体物性较差，储集空间以裂缝和弱溶蚀孔为主(图3)。但在鹰山组下部岩溶内幕发育大量顺层状溶蚀孔洞及裂缝且多未充填，如玉北8井7 174.02 ～7 180.10 m 第9 回次取心，岩性以灰、浅灰色含灰质细—中粗晶云岩为主，取心见小洞2 050个，中洞55个，大洞20个，洞密度397个/m;累计见中、平缝122条，裂缝密度23条/m。证实鹰山组内幕发育孔洞、裂缝性优质储层。

1.3.3 玉东断洼区储层发育特征

玉东断洼区位于玉北1号构造带以东，鹰山组风化壳也仅发育加里东中期第一幕岩溶(O2yj/O1－2y)。据玉北6A、玉北9井鹰山组取心研究，岩性以黄灰色泥晶灰岩、局部含少量砂屑泥晶灰岩等低能台内滩间海—潮坪相沉积。常规、成像测井响应为高阻致密中偶夹薄层低阻裂缝性储层和弱溶蚀孔，总体鹰山组风化壳储层较差(图3)。而鹰山组内幕在玉北6A井6 708～6 714.4 m 和玉北9 井6 844.63 ～6 851.07 m和6 878.73～6 885.50 m 取心，均见到大量溶蚀孔洞和裂缝。其中玉北6A井岩性以灰、浅灰色含灰质细—中晶云岩为主，共见522个小—大洞，孔洞率82个/m，孔洞顺层状发育且未充填;玉北9井6 844.63～6 851.07 m 及6 878.73 ～6 885.50 m 段岩性以为黄灰—灰色含藻屑泥晶灰岩、泥—亮晶内碎屑灰岩，取心分别见39个和140个呈孤立状、未—半充填油和方解石的小—大洞以及大量低角度、充填灰绿色泥的裂缝和缝合线。成像测井也证实玉北6A、玉北9井鹰山组岩溶内幕发育大量顺层溶蚀孔洞和裂缝，再次证实鹰山组岩溶内幕裂缝—孔洞性储层可能在玉北地区较发育。

2 鹰山组储层成岩作用

据玉北地区成岩作用综合研究发现[21－22］，NE构造带鹰山组风化壳岩性以亮晶砂屑(藻屑)灰岩、含砂屑泥晶灰岩等块状灰岩及含灰质粉—粗晶云岩为主;而平台区、玉东断洼区以含(藻)砂屑泥晶灰岩、泥晶灰岩等纹层状灰岩为主。胶结作用强烈，至少可见3期不同胶结(第一期海底胶结、第二期大气水胶结、埋藏期胶结);可见3期溶蚀(准同生期大气水溶蚀、表生期溶蚀和埋藏溶蚀)、多期硅化充填、多期重结晶和白云化作用;其中白云岩化作用在NE向构造带以及鹰山组内幕表现为较强烈重结晶和压实作用，且形成细—中粗晶及镶嵌式接触，同时也见大量晶间孔、晶间溶孔。据玉北地区8口井47块铸体面孔率统计，灰岩(泥晶砂屑灰岩、藻黏结灰岩、亮晶砂屑灰岩)中的面孔率较低，一般小于1%;而白云岩化形成的细—粗晶云岩面孔率高达4%，显示出白云岩化大大改善了储集层性能。

3 鹰山组储层岩溶模式

通过玉北地区奥陶系鹰山组储层综合研究，认为鹰山组储层横向发育非均质性强，纵向具有多期岩溶叠置的特点。表现为鹰山组风化壳在平台区、玉东断洼区以裂缝和弱溶蚀孔为主的储集空间，储层物性较差;而玉北NE向构造带则发育多种类型储集空间，储层物性较好;鹰山组岩溶内幕储层同样发育大量裂缝—孔洞型储层，但孔洞多呈孤立状，连通性较差。区域构造沉积演化研究认为(图4):①自晚寒武世—早中奥陶世，玉北地区为克拉通稳定碳酸盐岩台地，地形平缓、沉积稳定;②中奥陶世末期和晚奥陶世末期(加里东中期Ⅰ幕、Ⅲ幕)，受塔里木盆地西南部的西昆仑洋闭合及向北大规模逆冲、南北向挤压，玉北地区整体抬升，奥陶系遭受不同程度的剥蚀;③加里东晚期(S)，玉北地区受和田古隆起影响，上奥陶统地层抬升遭受剥蚀;④海西早期(D)，和田古隆起演化达鼎盛，强烈褶皱隆升，导致玛扎塔格断裂带以南的玉北平台区—玉东断洼区广泛缺失S－D地层，上奥陶统也遭受不同程度强烈剥蚀，而玉北1号等NE向构造逐级抬升，形成多个岩溶高地，叠加多期溶蚀孔洞和裂缝;⑤到海西中期早石炭世末期，除玉北地区部分高陡构造部位缺失巴楚组下部地层外，区内总体为整体沉降。

根据玉北地区加里东中期—海西早期构造演化特点，认为玉北地区鹰山组风化壳储层具有如下岩溶演化模式:玉北1井等高陡构造带具有“加里东中晚期的抬升暴露古隆起—缓坡—海西早期强烈褶曲裂隙叠加—垂向渗潜流残留(分)带”的模式;玉北平台区、玉东断洼区为“加里东中晚期的抬升暴露古隆起—淹没不整合—埋藏溶蚀—海西早期小幅隆升剥蚀形成裂隙叠加—垂向渗潜流残留(分)带”的模式。

4 结论

图4 玉北地区加里东中期—海西早期构造演化与岩溶模式Fig.4 Tectonic evolution and karst model from middle Caledonian to early Hercynian in Yubei area

(1)玉北地区NE向构造带鹰山组风化壳叠加多期岩溶，发育洞穴型、孔洞型、裂缝型、孔洞—裂缝型和裂缝—孔洞型等多种储层空间，储集性能较好;玉北平台区、玉东断洼区鹰山组风化壳储层仅发育加里东中期Ⅰ幕岩溶，储层性能较差且多以裂缝+弱溶蚀孔为主;而玉北地区鹰山组岩溶内幕储层发育大量顺层溶蚀孔洞和裂缝，孔洞呈孤立状，未—半充填(油或方解石)，但连通性较差。

(2)玉北1井鹰山组风化壳上部表现以高角度缝，而下部则以低角度缝(＜20°)、平缝为主的特点，裂缝走向呈NE向，与加里东中晚—海西早期断裂走向一致，说明鹰山组风化壳储层主要受加里东中晚—海西早期构造活动控制。

(3)玉北地区NE向等构造带具有“加里东中晚期抬升暴露古隆起—缓坡—海西早期褶曲裂隙叠加—垂向渗潜流残留(分)带”的模式;平台区、玉东断洼区为“加里东中晚期的抬升暴露古隆起—淹没不整合—埋藏溶蚀—海西早期小幅隆升剥蚀形成裂隙叠加—垂向渗潜流残留(分)带”的模式。

致谢:本文在研究过程中得到中国石化西北油田分公司研究院云露、李忠杰、吕海涛、余腾孝等领导及中国石化石油勘探开发研究院陈元壮等同事的大力支持，在此表示诚挚的感谢。

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