基于FMI测井相的岩溶发育模式——以渤海湾盆地黄骅坳陷南堡凹陷古生界为例

王晔磊，邱隆伟，师　政，曹中宏，张红尘（.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛66580；.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北唐山063004）

基于FMI测井相的岩溶发育模式
——以渤海湾盆地黄骅坳陷南堡凹陷古生界为例

王晔磊1，邱隆伟1，师政1，曹中宏2，张红尘2
（1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580；2.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北唐山063004）

碳酸盐岩潜山油气藏是南堡凹陷最为重要的油气藏类型，岩溶作用对其具有控制作用。为了增强对南堡凹陷岩溶发育规律的认识，以FMI测井资料为主，结合常规测井、录井以及岩石薄片等地质资料，总结岩溶发育控制因素的FMI测井响应特征，建立了高阻裂缝相、高导裂缝相、溶蚀扩大缝相、溶蚀孔隙相和洞穴垮塌相5种FMI测井相。通过数据统计，建立了岩溶发育特征与FMI测井相的配置关系。研究结果表明，南堡凹陷发育上部表生岩溶带和下部埋藏岩溶带，表生岩溶带主要发育高导裂缝相、溶蚀孔隙相和洞穴垮塌相，其中，洞穴垮塌相是表生岩溶带特有；埋藏岩溶带主要发育高阻裂缝相、溶蚀扩大缝相、溶蚀孔隙相。岩性与断层是岩溶发育最主要的控制因素。

渤海湾盆地；黄骅坳陷；南堡凹陷；古生界；碳酸盐岩；古潜山；岩溶作用；微电阻率扫描成像测井

随着油气勘探的不断深入，碳酸盐岩潜山油气藏成为众多学者关注的重点。从西部的塔里木油田到东部的大港油田，先后在古生界潜山内幕油气勘探中获得重大发现，碳酸盐岩潜山因其优越的成藏条件和良好的勘探前景，成为油气勘探开发的重要领域。岩溶作用是影响碳酸盐岩储集层物性的重要因素，南堡凹陷古生界碳酸盐岩潜山岩溶发育规律与模式也成为了研究的热点。

受碳酸盐岩潜山岩性和非均质性的制约，常规的测井、录井方法具有很多不足，如测井曲线多解、地震资料串珠状反射较少等，而地层微电阻率扫描成像（FMI）测井主要是通过图像特征和几何形态的变化，来反映电阻率物理参数的差异，从而揭示地层的不同岩性和沉积构造的差异，具有很高的分辨率（约5 mm），可以清楚地反映地层岩性、结构、构造及井壁结构的变化，如裂缝、层理、结核、砾石颗粒、微断层和井壁崩落等。本文利用FMI测井技术，结合常规测井、录井和岩心资料，对南堡凹陷古生界碳酸盐岩潜山岩溶发育模式进行研究，为南堡地区古生界碳酸盐岩潜山油气藏的勘探开发提供帮助。

1　区域地质概况

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷北端，北靠西南庄—柏各庄凸起，西为北塘凹陷，南接沙垒田凸起，总体呈东西向，面积约1 932 km2（图1）［1-2］。研究区内分布有南堡1号、南堡2号、南堡3号、南堡4号和南堡5号5个潜山带，除南堡4号潜山构造带外，其余均为寒武系或奥陶系碳酸盐岩潜山，其上与中生界或古近系不整合接触［3-5］。其中奥陶系发育大套灰岩夹薄层泥灰岩，自然伽马在整体低值背景下出现高峰；寒武系上部发育大套灰岩，下部发育厚层泥灰岩，上部自然伽马值较下部低，泥灰岩发育段声波时差明显增大。

图1　研究区构造位置

2　岩溶发育特征的FMI测井响应

2.1受岩性影响的岩溶发育特征

南堡凹陷目的层包括寒武系府君山组到奥陶系马家沟组，岩石类型包括白云质灰岩、竹叶状灰岩、生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、泥晶灰岩、泥灰岩、泥质条带灰岩及粉砂质页岩等，其中泥晶灰岩、白云质灰岩与泥灰岩最为发育［5］。结合FMI测井相，发现对岩溶发育起到控制作用的岩石类型的FMI测井响应特征为:①致密灰岩，全区有FMI测井资料的井均有纯灰岩发育，统计发现，发育在纯灰岩段的储集层厚度占储集层总厚度的10%，致密灰岩在岩溶作用中起到遮挡层的作用，在一定程度上起到汇水作用，增强了其周边岩层的岩溶作用。致密灰岩自然伽马低，密度较高，中子孔隙度较低，电阻率较高，岩石光电截面指数高；FMI静态图像上表现为黄色到亮黄色，动态图像上呈块状（图2a）或层状（图2b），溶蚀发育较差，渗透性极差，可作为岩溶发育段的遮挡层，对岩溶发育范围与形态起到控制作用，其中动态图像上的块状灰岩反映相对高能的沉积环境，层状灰岩反映相对低能的沉积环境；②白云质灰岩，自然伽马低，密度高，中子孔隙度高，电阻率高；FMI静态图像上显示黄色到亮黄色，动态图像表现为块状层理（图2c）或层状层理（图2d），裂缝及缝合线发育，受岩性控制，白云质灰岩段多发育裂缝，部分裂缝受后期充填作用影响，不具有孔渗性；③白云岩，自然伽马低，密度、中子孔隙度均较纯灰岩高，岩石光电截面指数中等，电阻率较高（图2e）；FMI静态图像上一般为黄色到亮白色，动态图像上为块状构造发育，大部分层段裂缝密集发育或发育针孔状溶蚀；④泥灰岩，自然伽马中等，密度、中子孔隙度交会显示有一定的泥质含量，岩石光电截面指数中等，电阻率中等（图2f）；FMI静态图像上显示为黄色，动态图像上显示块状构造发育，高阻缝发育；⑤垮塌角砾岩，FMI静态图像上显示黄色到亮黄色，动态图像表现为角砾状砾石与泥质混杂堆积的特征（图2g），砾石分选磨圆一般较差，溶蚀孔隙较发育，垮塌角砾岩多为早期的地下溶洞或落水洞受外力作用垮塌，地下暗河携带的泥质沉积物胶结形成，孔隙度与渗透率一般较大；⑥玄武岩，自然伽马低，密度极高，中子孔隙度高，电阻率低（图2h）；FMI静态图像上显示为暗黄色到黄色，动态图像表现为块状构造，裂缝发育，部分层段发育高阻缝。

图2　研究区主要岩性的FMI测井响应特征

2.2断层对岩溶发育的控制作用

断层是岩溶发育的另一重要控制因素，强烈构造运动形成的断层改变了储集层的连通性，形成了地下流体的优势运移通道，增强了岩溶作用。通过对南堡地区FMI测井数据的统计发现，整个南堡地区发育大量断距小于10 cm的微型断层，这些微型断层对岩溶储集层同样具有重要作用。以南堡1-86井为例（图3），4179.5—4180.5m，4182.5—4183.5m，4264—4 265 m，4 343—4 344 m的4套岩溶特别发育段均与断层发育直接相关。南堡1-86井全井段平均孔隙度约2%，而断层处的平均孔隙度为11%.断层在FMI静态图像上可见岩性突变或者岩石构造等被切割的特征，在动态图像上往往表现为暗色较宽的正弦曲线，连续性较差。

图3　研究区南堡1-86井断层与岩溶发育关系

3　 FMI测井相类型

通过观察分析南堡凹陷及周边凸起33口井的FMI测井资料，运用FMI测井相的概念［6-7］，建立了表征岩溶发育程度的5种FMI测井相（图4）。

图4　典型FMI测井相类型

（1）高阻裂缝相在FMI动态图像上往往表现为黄色或亮黄色的正弦曲线，连续性较好，高阻裂缝的形成是早期的高导裂缝被方解石等高阻矿物充填（图4a），因此渗透能力差，一般不具有储集性能。但酸化压裂后，仍可作为有效通道，进而提高储集层渗透能力。

（2）高导裂缝相在FMI动态图像上表现为深色（黑色）的正弦曲线，连续性比较好，为钻井泥浆侵入或者泥质充填所致。按照裂缝发育特征，又可将其分为孤立型高导裂缝（图4b）、成组型高导裂缝（图4c）和网状高导裂缝（图4d）。

（3）溶蚀扩大缝相溶蚀扩大缝在FMI动态图像上可见宽度较大的深棕色至黑色的高导缝（图4e），此类FMI测井相多与断层相伴生，为早期构造缝受溶蚀作用扩大形成。

（4）溶蚀孔隙相在FMI动态图像上多呈高导异常体（图4f），按照形态可分为层状、串珠状和斑块状。裂缝沟通了这些溶蚀孔隙，形成了南堡地区古生界碳酸盐岩潜山油气藏最主要的储集空间。

（5）洞穴垮塌相指原始地下溶洞暗河受重力或上覆压力等外力作用垮塌，形成的具有高孔高渗、储集性能极好的一类储集层。其自然伽马中等，密度高，中子孔隙度中等，岩石光电截面指数中等，电阻率中—高；FMI静态图像上显示黄色到亮黄色，动态图像上表现为角砾状砾石与泥质混杂堆积的特征（图4g），砾石分选性差，磨圆度差，溶蚀孔隙发育。

以上5种FMI测井相溶蚀孔隙与裂缝逐渐发育，溶蚀作用逐渐变强，储集空间从微裂缝到溶孔再到溶洞。

4　岩溶发育规律与配置关系

4.1不同岩性对应不同的岩溶发育强度

统计研究区的FMI测井资料发现，由于白云质灰岩、泥灰岩和白云岩的原始孔隙较纯灰岩发育［8］，受长期溶蚀作用影响，纯灰岩段岩溶储集层厚度仅占岩溶储集层总厚度的10%，白云质灰岩和白云岩中发育的岩溶储集层厚度占总储集层厚度的51%.因此不同岩性与不同FMI测井相的对应关系非常明显:①灰岩发育少量裂缝，且部分裂缝受后期充填作用不具有连通性，因此，与灰岩相对的FMI测井相为高阻裂缝相和高导裂缝相；②白云质灰岩或白云岩大量发育溶蚀孔与溶蚀缝，部分裂缝被后期岩溶作用溶蚀加大，且重结晶没有完全充填，连通性极好，与之对应的FMI测井相为高导裂缝相、溶蚀扩大缝相和溶蚀孔隙相；③泥灰岩中多发育网状裂缝与溶蚀孔，且互相连通，形成很好的岩溶储集层，与之对应的FMI测井相为高导裂缝相和溶蚀孔隙相。

4.2断层周边为岩溶发育密集区

整个南堡凹陷中，切断古生界碳酸盐岩潜山的大断层有西南庄断层和柏各庄断层，次一级断层包括南堡1号断层、南堡2号断层、南堡3号断层、南堡5号断层和蛤坨断层，小断裂更是不计其数［9］。这些断裂提高了储集层的渗流能力，增加了岩石与地下流体的反应强度，岩溶作用与岩石孔缝的发育程度密切相关，在断层发育层位，与之对应的FMI测井相为高导裂缝相、溶蚀扩大缝相或溶蚀孔隙相。

4.3岩溶发育垂向上具有分带性

南堡凹陷古生界碳酸盐岩潜山岩溶发育具有明显的分带性，整体上可分为上部的表生岩溶带和下部的埋藏岩溶带，与之对应的FMI测井相也不相同。

（1）表生岩溶带表生岩溶带溶蚀作用受古地形地貌控制明显，在古风化壳以下100 m范围内溶蚀作用强［10］。由于落水洞或地下暗河发育，后受上覆压力和重力影响坍塌，表生岩溶带发育有大量的垮塌角砾岩，其良好的孔隙性和渗透性，形成了极好的储集层。与表生岩溶带对应的FMI测井相为高导裂缝相、溶蚀孔隙相或洞穴垮塌相。

（2）埋藏岩溶带埋藏岩溶带受地下流体溶蚀［10］，多发育垂向或顺层的串珠状溶孔或小溶洞，这些溶孔和小溶洞被原始构造缝或溶蚀扩大缝连通起来，形成较好的储集层。与埋藏岩溶带对应的FMI测井相为高导裂缝相、溶蚀扩大缝相或溶蚀孔隙相。

以南堡1-86井为例探讨岩溶发育控制因素、岩溶发育位置与FMI测井相三者的关系（图5）。研究区奥陶系包含了由2套致密灰岩隔层区分的3套岩溶体系:①致密灰岩隔挡层分为上、下两部分，深度分别为4 230～4 265 m与4 310～4 330 m，溶蚀孔隙不发育；②在表生岩溶带，深度2 160 m处发育小断层，与之对应的岩性为灰质白云岩，发育垮塌角砾相、溶蚀孔缝相、溶蚀孔隙相，其下部被致密灰岩隔挡，岩溶作用发育终止；③在埋藏岩溶带，致密灰岩下部发育断层（深度4 260 m），岩性为泥质灰岩和白云质灰岩，发育高导裂缝相、溶蚀孔缝相；④在深度4 320 m和4 360 m处出现2套厚度较小的致密灰岩隔层，但其隔挡作用仍十分明显，在4 320 m隔层下部发育白云质灰岩与小断层，与之对应的是溶蚀扩大缝相和溶蚀孔隙相，在4 360 m小隔层下发育泥灰岩，与之对应的是高导裂缝相和溶蚀孔隙相。

综上所述，岩性和断层控制岩溶作用的强度，断层周围的岩溶作用明显增强，岩溶发育在垂向上分为上部表生岩溶带和下部埋藏岩溶带。

5　 FMI测井岩溶相模式

对南堡凹陷岩溶发育的控制因素进行深入研究，明确了岩性、断层等对表生岩溶发育的影响。在此基础上，提出南堡地区岩溶发育模式（图6）。

研究表明，岩溶发育具垂向分带性，包括上部表生岩溶带和下部埋藏岩溶带，其FMI测井相组合存在差异性；表生岩溶带发育有高导裂缝相、溶蚀扩大缝相、溶蚀孔隙相与洞穴垮塌相，其中洞穴垮塌相为表生岩溶带特有的FMI测井相，可作为表生岩溶带的特征相。埋藏岩溶带发育有高阻裂缝相、高导裂缝相、溶蚀扩大缝相与溶蚀孔隙相。相比埋藏岩溶带，表生岩溶带岩溶作用更强烈，储集层储集性能更好［11-18］。

断层的发育有利于岩溶作用发生。构造应力一方面制造了原始的断层或裂缝系统，连通了原有溶蚀孔缝，增加了储集层的渗透性［19-21］；另一方面，制造的原始断层和裂缝再次受到地下流体的扩溶，这种扩溶对储集层储集性能起到改善作用。在FMI测井响应中，可常见断层与溶蚀扩大缝相伴生［22-23］。

岩石致密程度是控制岩溶发育强度的另一个重要因素［24-26］。对整个研究区的FMI测井资料统计得出:致密的纯灰岩不利于岩溶作用发生；裂缝发育的泥灰岩、白云质灰岩或白云岩，是岩溶作用的有利地层。

图5　研究区南堡1-86井岩溶发育规律与FMI测井相关系

图6　岩溶发育FMI测井相模式

6　结论

（1）建立了高阻裂缝相、高导裂缝相、溶蚀扩大缝相、溶蚀孔隙相和洞穴垮塌相5种FMI测井相，可以较全面地表征南堡地区岩溶作用强度。

（2）岩溶作用的控制因素包括岩性与断层。不同岩性的FMI测井响应不同，其内部岩溶发育程度也不同，总体上，裂缝发育的白云岩或泥灰岩段中的岩溶作用，明显强于致密的纯灰岩段。断层的发育有利于岩溶作用的发生，断层周围的岩溶作用明显加强。

（3）岩溶发育具有垂向上的分带性，上部的表生岩溶带比下部埋藏岩溶带岩溶作用强。

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（编辑顾新元）

Study on Karst Development Pattern Based on FM I Logging Facies:
A Case Study of Paleozoic Strata in Nanpu Sag of Huanghua Depression，Bohai Bay Basin

WANG Yelei1，QIU Longwei1，SHI Zheng1，CAO Zhonghong2，ZHANG Hongchen2
（1.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Jidong Oilfield Company，PetroChina，Tangshan，Hebei 063004，China）

Carbonate buried-hill reservoir is the most important reservoir type in the Nanpu sag with controlling effect of karstification on it.In order to further understand the pattern of karst development in Nanpu sag，based on formation microlog imaging（FMI）logging data integrated with geological data such as conventional logging data，log data and thin section analysis of rocks，this paper summarizes the characteristics of FMI logging response controlled by karst development，and establishes 5 logging facies such as high-resistance fracture facies，high-conductivity fracture facies，enlarged dissolution fracture facies，dissolved pore facies and cave collapse facies.A relationship between karst development characteristics and FMI logging facies is established on the basis of data statistics.The result shows that epigenetic karst belt is developed in the upper part of Nanpu sag and the buried karst belt in the lower part，and high-conductivity fracture facies，dissolved pore facies and cave collapsse facies are mainly found in the epigenetic karst belt，and the cave collapse facies is a unique feature for this belt；while high-resistivity fracture facies，enlarged dissolution fracture facies and dissolved pore facies are mainly found in the burial karst belt.Lithology and fault are the dominant controlling factors for karst development.

Bohai Bay basin；Huanghua depression；Nanpu sag；Palaeozoic；carbonate rock；buried hill；karstification；formation microlog imaging logging

TE122

A

1001-3873（2016）03-0301-06

10.7657/XJPG20160310

2016-01-25

2016-03-30

国家油气重大专项（2011ZX05009-002）

王晔磊（1989-），男，河北辛集人，硕士，石油工程，（Tel）15610046181（E-mail）15610046181@163.com