塔里木盆地雅克拉断凸及周缘前中生界白云岩储层成因与勘探潜力

费剑炜，杨红彩，周芳芳, 李 晔，谷 茸

(中国石化 西北油田分公司 勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011)

塔里木盆地雅克拉断凸及周缘前中生界白云岩储层成因与勘探潜力

费剑炜，杨红彩，周芳芳, 李 晔，谷 茸

(中国石化 西北油田分公司 勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011)

钻井岩心、薄片观察和物性资料分析表明，塔北雅克拉断凸及周缘地区前中生界白云岩至少发育3种类型的白云岩储层：风化壳岩溶型、暴露浅滩型和埋藏岩溶型。风化壳岩溶型储层主要受控于古潜山形态，是本区勘探最主要的储层类型；暴露浅滩型储层主要受沉积微相控制，台内滩环境、早期大气淡水淋滤及埋藏成岩环境有机酸的溶蚀是这类储层形成的关键因素；埋藏岩溶型储层主要受埋藏期流体和成岩环境控制。本区白云岩储层形成具有多期次、多类型地质作用的特征，有利的古构造位置和原始沉积相带、建设性成岩作用(白云化作用、溶蚀作用)和断裂及裂缝的发育是白云岩储层形成的关键要素，上覆盖层特别是舒善河组的发育程度是本区白云岩储层油气成藏的关键因素。

储层特征；白云岩；前中生界；雅克拉断凸；塔里木盆地

塔里木盆地前中生界地层广泛发育白云岩储层[1-4]。塔北英买力—雅克拉地区、塔中主垒带和玛扎塔格构造带的白云岩潜山储层，阿克库勒和塔中地区的下奥陶统—上寒武统白云岩内幕储层，以及塔中和巴楚地区的中寒武统盐下白云岩储层，是塔里木盆地白云岩油气勘探的重要领域[5]。其中，雅克拉断凸作为塔里木海相勘探最早取得突破的地区，其长期处于构造高部位，南北双向供烃，特别是前中生界上部发育区域性舒善河组泥岩盖层，具有优良的油气成藏条件，长期以来是该区油气勘探的重点领域。

前期对于雅克拉断凸前中生界白云岩的油气勘探，主要集中在古潜山风化壳领域，但是，在现今有利潜山圈闭不多的情况下，有必要对雅克拉断凸白云岩储层形成过程和油气成藏进行再认识，以尝试探讨新的储层和圈闭类型，寻找新的勘探目标。通过对区内钻揭的前中生界碳酸盐岩岩心和薄片的分析，发现本区除整体发育古潜山风化壳型储层外，在牙哈—大涝坝—雅克拉一带还发育暴露浅滩型储层，在雅克拉西部斜坡发育埋藏岩溶型储层。本文对这3种储层类型的特征和油气勘探前景进行初步讨论。

1 区域地质背景

天山南地区位于塔里木盆地东北部, 横跨沙雅隆起和库车坳陷2大构造单元，包括属于库车坳陷的阳霞凹陷、拜城凹陷、秋里塔格冲断带，属于沙雅隆起体系的雅克拉断凸、阿克库勒凸起、哈拉哈塘凹陷、沙西低凸起等次级构造单元。而雅克拉断凸位于沙雅隆起北端，现今构造样式是沙雅—轮台断裂和亚南—二八台断裂所夹持的呈东西向展布的断垒带(图1)。自晚古生代以来，由于克拉通沉积作用及各地质历史构造运动的影响，相对南部沙雅隆起和北部库车坳陷，雅克拉断凸及其周缘处于构造高部位，古生界被大幅度剥蚀，中、上奥陶统、志留—泥盆系、中石炭统—二叠系几乎被剥蚀殆尽[6]，印支—燕山期中生界地层开始由南北向断凸高部位超覆沉积，至白垩系舒善河组沉积时断凸被全部覆盖。

断凸轴部主要出露前震旦系基底变质岩，周缘由外向内依次出露下奥陶统—震旦系碳酸盐岩地层，除亚南断裂北部和三道桥东—雅克拉西南部有少量石灰岩分布，断凸周缘以白云岩为主，主要发育上震旦统奇格布拉克组，下寒武统玉尔吐斯组、吾松格尔组、肖尔布拉克组，中寒武统沙依里克组、阿瓦塔格组，上寒武统下丘里塔格群[7]，下奥陶统蓬莱坝组，主要为一套局限台地—开阔台地相交互沉积体系(图2)。

2 白云岩储层特征和成因类型

雅克拉断凸及周缘下奥陶统—震旦系白云岩分布受雅克拉断凸的控制，其构造演化复杂，储层成岩改造强烈，岩石类型复杂多样。通过岩心观察和岩石薄片鉴定，发现白云岩多具有残余结构，主要类型有藻砂屑白云岩、藻粘结白云岩、残余鲕粒白云岩、角砾白云岩等。白云岩主要以粉细晶白云岩为主，其次为泥晶白云岩，粗晶白云岩少见。按照白云岩储层形成的主要因素和特征，可分为3种类型：古潜山风化壳岩溶型、暴露浅滩型及埋藏岩溶型。

2.1 古潜山风化壳岩溶型

加里东晚期—印支期，研究区长期处于抬升暴露时期，古生界地层大量遭受剥蚀的同时，也大量发育这种类型的储层。其中以英买力、雅克拉、牙哈最为典型，在下奥陶统—震旦系均获得了工业油气流。

该类型储层位于古潜山面之下，是白云岩储层受表生暴露和大气淡水溶蚀而形成。由于在地表条件下，白云石可溶性远较石灰岩小，因而白云岩岩溶发育的程度和规模远小于灰岩[8-9]。风化壳岩溶型储层垂向上叠置发育，储层的发育受古潜山面控制，距古潜山顶面深度一般不超过60 m。此类储层非均质性大，属非基质孔型储层，导致岩心实测的物性不具代表性。

图1 塔里木盆地雅克拉断凸及周缘地区主要构造单元示意

图2 塔里木盆地雅克拉断凸及周缘前中生界碳酸盐岩地层沉积特征

根据岩心中揭示的碎裂缝及充填物和白云化的交互关系，初步判定碎裂化作用应发生在白云化之后，而碎裂化作用主要发生在加里东晚期—海西期的构造抬升阶段，推测雅克拉地区白云化时期主要为相对早期的白云化，在构造大规模抬升剥蚀之前就已经白云化。因此本区的岩溶作用主要为白云岩岩溶作用，岩性主要为局限和半局限台地相泥粉晶白云岩，大多含藻残余结构，其次为生屑白云岩和鲕粒白云岩。加里东晚期—海西期构造运动导致地层抬升暴露剥蚀，大气淡水淋溶是储层形成的关键成岩作用。

这种类型储层岩心常见不规则大小和杂乱分布的溶蚀孔隙和孔洞(图3a,b)，常见到表生期的泥质充填物和溶洞角砾岩(图3c)。这种类型的储层在泥晶—细晶白云岩中都可见到，如星火2井寒武系下丘里塔格群的泥晶藻砂屑白云岩和沙15井的含残余纹层细粉晶白云岩。镜下常见岩石裂缝中的渗流砂充填(图3d)，除砂屑白云岩、鲕粒白云岩等特殊类型的白云岩外，铸体薄片鉴定中基质孔隙往往不发育，但可通过岩心洞穴充填物或未被充填的孔洞缝、钻时加快、井漏、井喷、钻井放空、渗流粉砂等现象加以判断。

2.2 暴露浅滩型

暴露浅滩型储层是指各种亮晶颗粒灰岩形成的高能滩相沉积，早期暴露大气淡水溶蚀而形成。本区储集岩主要为亮晶鲕粒白云岩，镜下其多为细—中晶结构，为后期埋藏云化的结果。储集空间以粒间溶孔和粒内溶孔为主，局部发育铸模孔和粒内溶孔。这类储层在牙哈、雅克拉和大涝坝都可见到，层位为下奥陶统(图3f)和寒武系(图3e)，储集岩在早期经历了大气淡水溶蚀的基础上，后期又受到埋藏成岩环境中酸性流体的溶蚀改造。

图3 塔里木盆地雅克拉断凸及周缘地区不同储层类型白云岩储层特征

a.S15井，22-22/31，O1，角砾化白云岩，溶缝、溶洞似有定向性且多沿浅色斑分布； b.DG1井，第5～6回次，-C，浅灰色粉细晶白云岩，孔洞发育； c.DG1井，6 217.28 m，4-12/17，灰色溶洞角砾岩，裂缝发育，充填灰绿色泥质，泥质具有定向排列现象，红色为赤铁矿，为长期暴露产物，洞穴充填相； d.S15井, 5 447.44 m,细晶白云岩裂缝中的渗流砂充填，白云石呈半自形，正交偏光，50倍； e.DG1井, 5-15/44, 6 258.21 m,细晶颗粒白云岩，台内滩环境，藻鲕，粒间溶孔发育，单偏光，25倍； f.S15井, 5 390.75 m，残影藻鲕粒白云岩，发育溶蚀孔隙，25倍； g.Yh7x1井，5 833 m，亮晶鲕粒白云岩，溶蚀孔隙发育，正交偏光； h.Ya3，11-2/41，灰白色细中晶白云岩，近似水平层状溶蚀孔洞发育； i.Ya3井,5 687.2 m，中—细晶白云岩，白云石100%，目估面孔率3%，发育晶间孔、晶间溶孔

Fig.3 Characteristics of various dolomite reservoirs in Yakela fault arch and surrounding areas, Tarim Basin

这类储层在牙哈地区已获高产油气流，与雅克拉—大涝坝地区的滩相储层不同的是，牙哈地区亮晶颗粒白云岩颗粒组分呈泥粉晶结构(图3g)，为准同生期白云化作用的结果，粒间充填的亮晶方解石已白云化并呈细、中晶结构，自形程度差，为早期大气淡水成岩环境溶解后期埋藏成岩环境白云化的结果。虽然目前揭示滩相储层的探井都位于潜山构造上，滩相储层也为表生期风化壳岩溶作用的发育提供了良好的条件。但不可否认，寒武—奥陶纪本区牙哈—雅克拉—大涝坝一带可能是滩相储层的发育区，这类储层相对较为均质，多为基质孔型储层，储层规模受滩体发育规模的控制，垂向上可多套叠置，其横向分布不受潜山控制，在早期大气淡水溶蚀或后期埋藏岩溶作用的改造下有可能会形成非潜山圈闭。

2.3 埋藏岩溶型

埋藏岩溶型储层以细—中晶白云岩为主，白云石洁净明亮或具雾心亮边，半自形—自形晶，基质物性好，储集空间以晶间孔、晶间溶孔和裂缝为主；未见亮晶颗粒结构残余，原岩为泥晶灰岩、藻泥晶灰岩、准同生期粉晶白云岩。本区最典型的埋藏岩溶型储层为雅克拉构造西北斜坡上的雅3井钻遇，岩心观察为灰白色细中晶白云岩，发育近似水平层状溶蚀孔洞(图3h)，孔隙可能为流体横向运移溶蚀而形成，镜下可见中—细晶白云岩晶间孔，晶间溶孔非常发育(图3i)，储层物性好。

此类储层不同于古潜山风化壳型储层，其成因与大气淡水淋滤溶蚀及表生暴露溶蚀无关，主要与深埋藏成岩环境下富Mg2+成岩介质导致的白云化和有机酸的溶蚀作用密切相关。原岩在准同生期因白云化作用已成粉晶白云岩或深埋藏成岩环境细中晶白云岩形成了晶间孔隙，以及沿缝合线分布的扩大的次生溶孔、裂缝为高温富Mg2+成岩介质提供了通道，为后期埋藏流体的溶蚀作用提供了良好的基础条件。

3 储层发育控制因素与勘探潜力

白云岩储层的形成往往具有多期次、多类型地质作用的特征，一般认为：白云岩储集体的基质孔隙发育程度由原岩类型和白云化作用机理控制，而最终能否形成优质储层往往取决于后期各类岩溶作用的改造程度。有利的原始沉积相带和中等程度的白云化作用往往有相对较好的基质孔隙度，而良好的基质孔隙度也为后期岩溶作用的发育提供了良好的条件。同时，断裂及裂缝的发育程度及保存程度对白云岩岩溶作用及储层发育有重要的控制作用。如沙15井上部(19～29回次)裂缝发育，岩溶作用发育，整体发育裂缝—孔洞型储层，下部(30～34回次)裂缝不发育，储层发育较差。

3.1 古潜山风化壳岩溶型储层

这种类型的储层是由碳酸盐岩地层表生暴露和大气淡水淋滤溶蚀而成，其形成主要是晚期大气淡水渗流带溶蚀作用及由此导致的溶蚀角砾岩，以及断裂及裂隙作用导致的角砾化，形成不同级别的溶孔、溶洞和溶缝，并在随后的再埋藏成岩环境中得以保存。其储层发育主要受岩相、古地貌、断裂及裂缝和古气候的控制。粉细晶白云岩、滩相白云岩、埋藏岩溶作用白云岩是表生岩溶作用最有利的岩相；岩溶作用相对高部位(不是最高部位)和断裂发育区是岩溶作用的有利区；潮湿气候对岩溶储层发育有利。

雅克拉断凸及周缘这种类型的储层总体较为发育，目前在下奥陶统—震旦系多个层位都获得了工业气流。新和地区上寒武统下丘里塔格群、震旦系奇格布拉克组的藻砂屑云岩和角砾白云岩，以及雅克拉—大涝坝一带的寒武—奥陶系的粉细晶白云岩、滩相白云岩是最为有利的岩相；亚南断裂和轮台断裂一线是断裂及断裂的发育带。勘探实践表明：潜山背景形态和上覆盖层的发育程度是本区白云岩储层油气成藏的关键因素。前期钻探的星火2井上寒武统下丘里塔格群藻砂屑白云岩段，溶蚀孔隙发育，储层物性好，但上覆直接盖层为亚格列木组砾岩；大古1井和大古2井钻遇寒武系白云岩，上覆盖层分别为杂砾岩和角砾白云岩，盖层封盖性差是失利的主要原因。星火1井钻揭了下寒武统肖尔布拉克泥晶白云岩和震旦系白云岩，虽然有舒善河组泥岩直接覆盖，但肖尔布拉克泥晶白云岩储层不发育，储盖组合差；震旦系奇格布拉克组藻粘结角砾白云岩物性较差，直接盖层不发育，但潜山北部为白垩系舒善河组泥岩覆盖，盖层封盖性能良好。此外，古构造研究表明，新和地区的西南角为古隆起高部位，英买32—星火1井一线是早期古岩溶发育的有利地区，值得进一步探索。

亚南断裂北部碳酸盐岩储层受加里东—海西期隆起控制，长期处于隆起斜坡的高部位，至三叠纪，断凸形成之后北侧残留碳酸盐岩地层被深埋，从早期的构造高部位演变为现今的低部位，构造变化较小，有利于圈闭保存，表明断凸北侧和南侧塔河碳酸盐岩地层具有同等勘探意义。虽受后期快速深埋影响，北侧碳酸盐岩地层埋深较大。但前人研究表明，白云岩有效储集空间的发育不完全受埋藏深度的制约，深埋的白云岩仍可具备优越的储集物性而成为优质储集层[10]。如塔深1井在超过8 000 m以下溶蚀孔、洞、缝等储集空间发育；又如加拿大新斯科舍省Abenaki台地上侏罗统Deep Panuke基质孔隙和溶蚀孔洞深埋复合型优质白云岩储集层，发育晶间孔和溶孔，储集层局部测井解释孔隙度可高达40%[11]。因此，断凸北侧紧邻亚南断裂一带值得进一步探索。

盖层的发育程度是本区前中生界白云岩油气成藏的重要因素。舒善河组泥岩的发育程度在很大程度上决定了前中生界(有时包括T-K1y)的油气成藏，英买力和牙哈油气藏都是舒善河组泥岩的直接覆盖，因此，区域上整体评价舒善河组的封盖性能是本区盖层评价的重要因素。

3.2 暴露浅滩型储层

暴露浅滩型储层分布受早期沉积微相控制，台地边缘障壁滩或台内滩是有利的沉积相带，早期大气淡水淋滤及埋藏成岩环境有机酸的溶蚀是这类储层形成的关键因素。储层发育主要受相对海平面的控制，相对海平面下降，导致碳酸盐台地暴露、混合水白云化、淡水渗流带亮晶方解石或颗粒组分的溶解、台地被快速淹没是这类储层形成的重要控制因素。

本区寒武—奥陶系总体上为一套局限—半局限台地交互相沉积，根据地震剖面上时间域厚度分布，结合钻井岩心薄片观察，对研究区寒武纪—早奥陶世沉积相图进行了初步分析(图4)，发现台内滩主要分布于研究区中部地区，寒武纪总体上为海退沉积体系，滩相沉积相在奥陶纪较为发育。因此，研究区寻找滩相储层的可能分布，应该在牙哈—雅克拉—大涝坝一带地区。

图4 天山南地区寒武纪—早奥陶世沉积相分布

此外，鉴于研究区震旦系和寒武系在区域上呈平行不整合接触(图2)，且存在长时期暴露，奇格布拉克组上部藻云岩段和下部灰岩存在发育准同生岩溶叠加后期埋藏岩溶或风化壳岩溶改造型储层的可能性。这类储层与古潜山风化面无关，非均质性大，属非基质孔型储层，裂缝发育带可能控制了储层分布。

3.3 埋藏岩溶型储层

埋藏岩溶型储层主要受流体和成岩环境控制，构造演化控制下的沉积—成岩背景控制了埋藏岩溶型储层的分布。构造背景控制成岩相宏观分布规律，断裂带控制成岩流体输导通道和成岩体系分布，不同温—压史控制成岩演化的进程和模式，水—岩作用系统控制成岩相类型和分布，沉积环境和沉积相控制成岩环境和成岩相类型[12]。

研究区可能发育3种埋藏岩溶作用类型：热液溶解型、有机酸溶解作用(CO2、H2S)控制的埋藏溶蚀型、受白云岩化作用控制的埋藏溶蚀型。英买力—牙哈地区细—中粗晶白云岩包裹体均一化温度在97～129 ℃之间[13]，与轮南及塔中地区同深度的包体温度相比，平均高出约20～25 ℃，这一异常可能与东南方向花岗岩侵入体有关[14]，推测研究区牙哈构造系往西均可能存在深埋热液岩溶分布区。研究区的有机酸溶解作用可能更多与CO2有关，薄片镜下常见藻残余结构和干沥青，随着埋藏深度的增加，温度升高，富含有机质的碳酸盐岩进入热成熟阶段，脱羧作用产生大量的CO2和H2O而形成对碳酸盐矿物具溶蚀性的酸性水。塔北地区白云化流体以准同生和埋藏为主[15]，埋藏白云化作用产生的晶间孔和晶间溶孔也可为埋藏岩溶发育提供条件。雅3井的优质储层可能属于这种类型，推测雅克拉地区西北部发育这种类型储层，其长期处于隆起和斜坡位置，水—岩作用活跃，容易发育这种类型的储层。

雅克拉断凸及其周缘地区白云岩储层发育具有多期次、多类型复合的特征，与白云岩本身的基质物性相比，后期改造作用显得尤为重要。对于较致密的白云岩，岩溶改造对储层形成起着决定性作用；而对于基质物性本身较好的白云岩，岩溶改造则可进一步改善其储集物性，所形成的孔洞在深层仍可得以保存。因此，早期为相对高能相带形成，或经历埋藏岩溶作用并最终由表生岩溶作用改造的白云岩是本区最有利的储集层。

4 结论和建议

(1)天山南地区前中生界白云岩至少发育3种类型的储层：风化壳岩溶型、暴露浅滩型和埋藏岩溶型，古风化壳岩溶型储层是最重要的储层类型。

(2)风化壳岩溶型储层主要受控于古潜山形态，全区发育；暴露浅滩型储层主要受沉积微相控制，台内滩环境、早期大气淡水淋滤及埋藏成岩环境有机酸的溶蚀是这类储层形成的关键因素，主要发育在雅克拉—大涝坝一线；埋藏岩溶型储层主要受流体和成岩环境控制，可能在雅克拉西北斜坡发育。

(3)白云岩储层形成具有多期次、多类型地质作用复合的特征，滩相沉积、或经历埋藏岩溶作用并最终由表生岩溶作用改造的白云岩是本区最有利的储集层。

(4)盖层条件是本区油气成藏的关键，区域上整体评价舒善河组的封盖性能是本区盖层评价的重要因素。

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(编辑 徐文明)

Genetic types and exploration potential of pre-Mesozoic dolomite reservoirs in Yakela fault arch and its surrounding areas, Tarim Basin

Fei Jianwei, Yang Hongcai, Zhou Fangfang, Li Ye, Gu Rong

(SINOPECNorthwestOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang830011,China)

The analyses of drilling cores, thin sections and physical properties show that there are at least three types of pre-Mesozoic dolomite reservoirs in the Yakela fault arch and its surrounding areas, including weathering crust, exposed shoal and buried karst. The weathering crust reservoirs are mainly controlled by ancient buried hills, and serve as the most important reservoir type in the study area. The exposed shoal reservoirs are controlled by sedimentary microfacies, and the environments like platform shoal, atmospheric fresh-water leaching and organic acid corrosion play important roles during reservoir formation. The buried karst reservoirs are controlled by the fluid during the burial period and the diagenetic environment. The dolomite reservoirs in the study area are formed under various geological processes during different stages. Ancient tectonic location, favorable facies, constructive diagenetic effects (dolomitization, dissolution) as well as faults and fissures are the key elements for dolomite reservoir formation. The covering formations, especially the Shushanhe Formation, are decisive for hydrocarbon accumulation in dolomite reservoirs.

reservoir characteristics; dolomite; pre-Mesozoic; Yakela fault arch; Tarim Basin

1001-6112(2015)03-0286-07

10.11781/sysydz201503286

2014-05-21；

2015-04-09。

费剑炜(1980—)，男，工程师，从事碳酸盐岩沉积储层研究。 E-mail：thorpe_fei@126.com。

中国石化西北油田分公司科研项目“雅克拉断凸中西段前中生界目标落实与评价方法技术研究”(KJ2011-07)资助。

TE122.2+2

A