塔里木盆地塔中北坡奥陶系一间房组储集层主控因素分析

尚凯，郭娜，曹自成，韩俊，徐勤琪

（1中国石化西北油田分公司勘探开发研究院；2中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院）

塔里木盆地塔中北坡奥陶系一间房组储集层主控因素分析

尚凯1，郭娜2，曹自成1，韩俊1，徐勤琪1

（1中国石化西北油田分公司勘探开发研究院；2中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院）

综合分析钻井岩心、岩石薄片、测井资料以及各种化验分析资料，认为塔里木盆地塔中北坡中奥陶统一间房组深层碳酸盐岩储集层主要发育在台内滩相颗粒灰岩中，储层类型主要为裂缝型、裂缝-孔洞型和孔洞型。沉积微相、断裂和溶蚀作用是储层形成的主控因素。其中，台内高能滩的发育为后期选择性溶蚀奠定了物质基础，大气淡水溶蚀作用和埋藏期岩溶作用在一定程度上改善了储集性能，多期次活动的北东向断裂带是优质储层形成的关键。

塔里木盆地；塔中北坡；奥陶系；一间房组；碳酸盐岩；储集层

1 前 言

塔里木盆地塔中北坡紧邻满加尔坳陷，油气成藏条件优越，勘探开发潜力巨大，一直是勘探家和研究者普遍关注的热点地区［1-5］。近年来，塔中北坡中石化矿权区内奥陶系深层碳酸盐岩油气勘探取得了可喜的成果，如：2005年部署的古隆1井（位置见图1）在中—下奥陶统鹰山组内幕获得低产天然气流，日产天然气10067m3，从而发现了塔中北坡鹰山组内幕白云岩储层［4］；2011年顺南1井又在中奥陶统一间房组测试获得突破，由此，塔中北坡奥陶系一间房组也引起了勘探工作者们的重视；2013年顺南4井和顺南5井均在鹰山组获得了高产气流，进一步展示了该区奥陶系岩溶缝洞储集体良好的勘探前景；近期钻探的顺南7井和顺托1井等多口探井在一间房组测试获得工业油气流，开拓了本区油气勘探的新领域。

塔中北坡一间房组顶面埋深5 700～7 600m，为典型的超深层海相碳酸盐岩储层。与鹰山组相比较，一间房组的岩性主要为石灰岩，储层类型较为简单。但前期由于勘探程度较低，基础资料不够丰富，对于本区一间房组储层的研究相对比较薄弱，相关研究报道也比较少。从目前的实钻情况来看，储层发育程度是决定塔中北坡一间房组油气成藏的关键因素，而塔中北坡一间房组储层的成因明显不同于勘探程度较高的塔北地区，因此对于这套储层的特征及主控因素的研究就显得至关重要。笔者在前人对塔里木盆地奥陶系研究的基础上，结合钻井、岩心、测井以及各种化验分析资料，对本区一间房组储层特征及主控因素进行了详细研究，以期为研究区进一步的勘探开发提供地质依据。

2 区域地质背景

塔中北坡位于卡塔克隆起以北、塔中Ⅰ号断裂带下盘（图1），南部以塔中Ⅰ号断裂带为界与卡塔克隆起相接，北至顺西2井区一线，东北方向毗邻满加尔坳陷，东南至古隆1井区，构造位置处于顺托果勒低隆东南部斜坡带和古城墟隆起西段的结合部位［1］。塔中北坡现今构造形态为一个由东南向西北倾没的单斜，在构造演化各个时期一直处于满加尔生烃坳陷的油气源向卡塔克隆起的运移路径上，构造位置十分有利。该区发育多组北东向走滑断裂带（图1），它们是储集层发育的有利区带，同时也是晚期油气充注富集的有利部位［4］。

图1 塔里木盆地塔中北坡构造位置图

研究区奥陶纪地层自下而上发育下奥陶统蓬莱坝组（O1p）、中—下奥陶统鹰山组（O1-2y）、中奥陶统一间房组（O2yj）、上奥陶统恰尔巴克组（O3q）和却尔却克组（O3qq），共五套地层。鹰山组—一间房组为本区目前最主要的勘探目的层系，近期已被钻井所证实。加里东中期Ⅰ幕构造运动对本区一间房组的地层展布具有一定的控制作用，南部卡塔克隆起的一间房组被剥蚀殆尽，而位于塔中Ⅰ号断裂带下盘的塔中北坡由于长期处于构造斜坡部位，因此受该期构造运动的影响相对较弱，使得一间房组地层保存较为齐全［5］。目前钻井揭示塔中北坡一间房组厚度在120～220m之间，地层分布较稳定，向南部的卡塔克隆起主体区方向，地层逐渐减薄直至剥蚀尖灭［6］。研究区一间房组岩性较纯，以颗粒灰岩、泥晶灰岩和藻粘结灰岩为主，属于开阔台地相沉积，颗粒滩储集体发育［7-8］，与上覆上奥陶统泥灰岩、灰质泥岩构成了良好储盖组合。

3 储集层特征

3.1 储层岩石学特征

依据钻井岩石薄片分析、岩心观察，对塔中北坡10口钻井的一间房组取心段共243块岩石薄片的统计结果表明，一间房组岩石类型主要有灰色、浅灰色（泥）亮晶砂屑灰岩（图2a）、泥晶灰岩和藻粘结灰岩，其次为少量泥晶极细砂屑灰岩、生物碎屑灰岩（图2b）、泥晶内碎屑灰岩。矿物成分主要为方解石，含量在90%以上，白云石含量小于5%。见少量硅质和黄铁矿，硅质为自形、半自形石英，晶粒大小0.03～0.18mm，主要沿缝合线分布。颗粒成分以砂屑、极细砂屑为主，含量在47%～66%之间，其次为粗粉屑，少量生物碎屑和藻屑等。生物碎屑主要为棘屑、三叶虫、介形虫、海绵骨针、腕足类等。充填构造发育，可见白云石化沿缝合线分布，呈自形、半自形粉晶。

3.2 储集空间类型

综合岩心、铸体薄片资料、常规测井和FMI成像测井资料分析，一间房组主要为裂缝型、裂缝—孔洞型和孔洞型储层，储集空间类型有裂缝和各种溶蚀孔洞（图2c—2h）。构造缝、溶蚀扩大缝和成岩缝均可见到（图2c，2d），以构造缝和缝合线最为常见。构造缝宽度主要为0.2～4mm，缝合线0.1～2mm。裂缝在常规测井上表现为电阻率值明显降低，且深、浅侧向电阻率曲线表现为正幅度差，FMI成像测井上表现为颜色较暗的正弦曲线或者连续的暗色条带特征（图3a，3b）。溶蚀孔洞主要发育在砂屑灰岩中，主要有各种粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔（图2e）和溶洞等，在藻粘结灰岩中也可见到微孔。大多数溶洞直径2～5mm，形状呈圆形或不规则状，分布不均匀，大多被方解石和有机质全充填—半充填（图2f）。大小不同的溶蚀孔洞在FMI图像上表现为高导闭合斑块状、斑点状或星点状特征，局部呈似层状（图3a，3c）。

图2 塔中北坡奥陶系一间房组岩石学特征及储集空间类型

图3 塔中北坡奥陶系一间房组裂缝孔洞成像测井响应特征

3.3 储层物性特征

通过对工区内8口钻井92块岩心的常规物性分析资料统计表明，研究区一间房组储层是以低孔低渗为主，基质孔隙发育较差。孔隙度主要分布在0.2%～5%之间，平均值1.51%。渗透率的分布范围（0.001 9～5.84）×10-3μm2，平均值0.56×10-3μm2。从孔隙度—渗透率交会图来看（图4），孔隙度和渗透率的相关性较差，孔隙度值在1%附近的区域，分布了一些渗透率相对比较高的值，这反映了微裂缝的影响。

图4 塔中北坡奥陶系一间房组岩心储层物性交会图

4 储层主控因素

塔中北坡一间房组储集层发育的控制因素主要有沉积相、断裂活动和溶蚀作用三种。

4.1 台内高能颗粒滩发育为后期选择性溶蚀奠定了物质基础

不同的沉积环境，由于水动力条件的差异，形成的岩石矿物成分和岩石组构也有一定的不同，从而导致岩石的储集性能存在明显差异。一间房组沉积期，塔里木盆地以发育碳酸盐岩台地沉积体系为主［7］，塔中北坡中石化矿权区内一间房组为开阔台地相沉积，受台内微地貌和海平面震荡变化的影响，纵向上发育多个台内滩—滩间海沉积旋回［8-9］。台内滩岩性主要为砂屑灰岩、生物碎屑灰岩，早期形成的粒内溶孔、铸模孔和粒间溶孔等孔隙比较发育。这些孔隙虽然后期大多被次生方解石、有机质和灰泥等物质充填，但依然会有一定数量的残余孔隙被保存了下来［8］，这为后期组构选择性溶蚀作用的发生及埋藏溶蚀作用的进一步改造奠定了物质基础。根据岩心观察、薄片鉴定和测井资料分析结果，一间房组储层溶蚀孔洞主要发育于台内滩的颗粒灰岩，而在滩间海的泥晶灰岩中则不发育（图5）。从图4也可以看出，物性相对较好的数据点主要对应于砂屑灰岩。如顺南7井第2回次岩心见到约1m厚的溶蚀孔洞发育段，岩性主要为亮晶砂屑灰岩（图2f），发育孔洞279个，最大20mm×30mm，被白色方解石或黑色有机质半充填—全充填，镜下可见渗滤灰泥结构（图2g）和微弱的粒内溶孔发育。这些现象均表明溶蚀孔洞的发育可能与沉积相带有一定的联系。

4.2 准同生期大气水岩溶与埋藏期溶蚀的叠加改善了储集性能

溶蚀作用在塔中北坡主要可识别出（准）同生暴露溶蚀作用和埋藏溶蚀作用两种。塔中北坡加里东期岩溶不发育，仅发育受短暂暴露大气水溶蚀作用控制的半充填—全充填溶蚀孔洞，并叠加埋藏期溶蚀改造。塔里木盆地中奥陶世海平面震荡变化比较频繁［8］，由于海平面的短暂下降，分布于台地内水下高地的颗粒滩沉积物露出水面，暴露于大气成岩环境中，接受大气淡水的选择性溶蚀，形成一定规模的溶蚀孔洞［10］。以顺南1、顺南2和古隆2井为例，岩心断面均可见到似窗格孔构造发育，镜下可见粒内溶孔和粒间溶孔，为较典型的选择性溶蚀产物。从目前的钻井取心来看，尽管大部分与（准）同生暴露溶蚀有关的孔洞均已被多期次的方解石全充填，但仍为后期溶蚀作用的发生奠定了基础。顺南1井和古隆2井一间房组碳、氧同位素分析表明，裂缝充填方解石的δ13C和δ18O均比周围泥晶灰岩全岩的背景值（样品编号5）偏负（表1），表明早期有大气淡水溶蚀作用的参与［5］。

图5 塔中北坡顺南5井一间房组沉积微相综合柱状图

塔中地区奥陶系碳酸盐岩储层至少经历了3期埋藏溶蚀作用［11］。由于研究区长期处于斜坡部位，构造运动影响的强度有限，埋藏环境较为稳定，因此具备埋藏溶蚀作用发生的条件。据前人研究，古隆1井和顺南4井在鹰山组均钻遇受热液流体改造的储集体［4］。本文通过对研究区一间房组岩心样品中方解石充填物的流体包裹体分析表明，部分方解石以单液相盐水包裹体为主，而以气液两相包裹体为主的粒状方解石的包裹体均一温度为149.6～166.8℃，盐度的变化较大，为1.1～14.8wt%NaCl。以气液两相包裹体为主的粒状方解石为埋藏期胶结的方解石，说明该溶蚀孔洞也遭受了埋藏期多期次热液流体的改造。此外，可见到细粒菱形巨晶方解石充填孔洞，早期缝合线及裂缝的溶蚀扩大（图2c，3a）、硅化作用（图2h），以及部分溶蚀孔隙比较干净、未充填有机质和沥青、而附近有沥青浸染等现象也说明了埋藏期溶蚀作用的存在。

表1 塔中北坡一间房组裂缝充填方解石与泥晶灰岩碳、氧同位素组成［5］

4.3 多期活动的北东向断裂促进了岩溶缝洞型储层发育

塔中北坡发育多期次活动的断裂系统，其中，多条加里东中期—海西期北东向走滑断裂及伴生的裂缝系统对本区奥陶系碳酸盐岩储集层的发育有着重要的控制作用。断裂系统的多期次活动能够促进构造裂缝的产生，形成广泛分布的断裂—裂缝体系，这不仅沟通了原有的孔、洞、缝系统，而且为后期流体的活动提供了有利的通道，促进了岩溶缝洞型储层的形成［12-14］。裂缝组构分析表明研究区发育多期裂缝，岩心及薄片中可以见到明显的裂缝期次（切割）关系（图2c）。早期裂缝多被亮晶方解石全充填，反映了准同生—早成岩期的胶结作用；后期裂缝多被粗大亮晶方解石全充填，阴极发光下呈现昏暗发光，代表富Fe的晚成岩期流体性质。而未完全充填的晚期构造缝和成岩缝，构成了现今有效的储集空间和油气运移通道，荧光下裂缝内赋存的油气发荧光。岩心、薄片和成像测井资料表明，北东向断裂带附近的钻井均发现有裂缝型储集空间，并且在断裂附近和褶曲轴部，岩溶缝洞型储层较发育，高产井大多分布在断裂带附近。如顺托1井第1回次岩心裂缝共发育112条，发育密度17条/m，其中立缝15条，斜缝34条，平缝63条，大多被黑色有机质全充填；溶蚀孔洞共计25个，孔径3～7mm，发育密度4个/m，被方解石晶体全充填。顺南1井、顺南5井等多口钻井成像测井资料表明，一间房组和鹰山组裂缝走向与北东向断裂关系密切，其间成平行或近似平行关系（图6），表明受到了SSE—NW、SE—NW向地质应力的作用，形成单向或共轭裂缝，由此可见，构造破裂作用对缝洞型储层的形成起到了积极作用。

图6 塔中北坡奥陶系一间房组—鹰山组裂缝走向特征

5 储层发育演化模式

综合以上分析可知，塔中北坡一间房组储层的形成受到多种因素的控制，在此基础上建立了本区储集层发育演化模式（图7）。在一间房组沉积期（图7a），由于海平面的暂时性相对下降，古地貌高地上沉积的台内滩间歇性暴露于大气淡水的成岩环境中，在富含CO2的大气淡水的淋滤作用下，沉积物发生了选择性的溶蚀作用，形成了一定规模的粒内溶孔、粒间溶孔、铸模孔、裂缝及其充填物。进入埋藏阶段后（图7b），经过多期构造运动（尤其是加里东晚期—海西期北东向断裂活动）以及埋藏溶蚀作用的改造，产生了断裂－裂缝体系以及溶蚀孔洞，它们与早期的残余孔隙共同构成了新的储－渗组合系统，最终形成了现今的岩溶缝洞储集体。

根据对地震资料和钻井资料的综合分析，笔者编制了塔中北坡沉积微相和断裂分布叠合图（图8），认为本区开阔台地台内颗粒滩发育，而邻近北东向走滑断裂带的台内滩发育区是一间房组储层最有利的发育带，受断裂和溶蚀作用改造的裂缝型、孔洞型和裂缝-孔洞型储层共存且多分布在断裂带附近，如顺南5、顺南501和顺南7等多口井均已证实这一点。

图7 塔中北坡一间房组储层成因演化模式

图8 塔中北坡一间房组沉积微相及断裂分布叠合图

6 结 论

（1）中奥陶统一间房组海相碳酸盐岩是研究区最主要的储层之一，岩石类型主要有灰色、浅灰色（泥）亮晶砂屑灰岩、泥晶灰岩和藻粘结灰岩，储集空间主要为裂缝和溶蚀孔洞，以裂缝型、裂缝—孔洞型和孔洞型储层为主。

（2）储集层发育程度主要受沉积微相、断裂活动以及溶蚀作用控制，台内高能滩的发育为后期选择性溶蚀奠定了物质基础，大气淡水溶蚀作用和埋藏期岩溶作用在一定程度上改善了储集性能，多期次活动的北东向断裂带是优质储层形成的关键。北东向走滑断裂带附近的台内滩发育区是一间房组海相碳酸盐岩储层的最有利发育带。

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编辑：黄革萍

Main Controlling Factors of Reservoir in Ordovician Yijianfang Formation on the Northern Slope of Middle Tarim Basin

Shang Kai,Guo Na,Cao Zicheng,Han Jun,Xu Qinqi

Based on the analysis of core observation,rock thin sections,logging data and a variety of testing data of the M iddle Ordovician Yijianfang Formation on the northern slope of m iddle Tarim Basin,reservoirs are mainly distributed in grain limestone of intra-platform shoals.Themain reservoir types in this area are fractured reservoirs,fractured-vuggy reservoirs and pore-cave reservoirs.The controlling factors of reservoir genesis are sedimentary m icrofacies,faults and dissolution.The carbonate shoals provide the early material basis for the later selective dissolution.M eteoric-w ater dissolution and burial dissolution im proved the properties of reservoir to some extent.Themulti-period activities of the NE-trend faults played a key role in controlling the high quality reservoir.

Carbonate rock;Reservoir;Y ijianfang Formation;Ordovician;Tarim Basin

TE122.2

：A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.01.005

1672-9854(2017)-01-0039-08

2015-04-07；改回日期：2016-05-27

本文受国家科技重大专项专题 “塔里木盆地中央隆起区海相碳酸盐岩层系油气成藏主控因素与勘探突破目标评价”（编号：2011ZX05005-004）资助

尚凯：1982年生，工程师，2010年西安石油大学硕士毕业。主要从事石油地质综合研究。通讯地址：830011新疆乌鲁木齐市长春南路466号；E-mail:kaige925@163.com

Shang Kai：MSc.，Petroleum Geology Engineer.Add:Northw est Oilfield Branch Com pany,SINOPEC,466 Changchun Nan Rd.,Urumqi,Xinjiang,830011,China