塔中西部奥陶系鹰山组古岩溶特征及主控因素

熊良

摘  要：为明确塔中西部奥陶系鹰山组古岩溶储层发育及主控因素，总结鹰山组古岩溶特征及发育条件，划分了岩溶层组类型。在鹰山组古地貌恢复基础上，通过钻井、取心、测井等资料，分析丘状岩溶台地、上丘状岩溶缓坡地和下丘状岩溶缓坡地典型井岩溶缝洞特征。结合大量钻井资料分析了上述3类古地貌单元岩溶缝洞储层发育规律及主控因素。对岩溶缝洞储层发育深度分析表明，岩溶缝洞发育段主要在鹰山组顶面以下0～180 m，受3期海平面控制，发育多层缝洞。表层溶洞主要发育在0～50 m，泥质充填较强，测井GR值较高，溶洞规模多小于2 m。岩溶台地区岩溶缝洞形成受微地貌、水动力条件控制，以小规模溶洞、溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主，缝洞后期易充填。岩溶缓坡地岩溶缝洞形成受岩溶层组、水动力条件控制，以小溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主，后期不易充填。滨岸岩溶带及岩溶岛屿发育海水、混合水岩溶作用，溶蚀作用及冲蚀、侵蚀作用使该区域形成较大洞穴。

关键词：塔里木盆地;奥陶系;鹰山组;碳酸盐岩;岩溶缝洞

塔中古隆起位于塔里木盆地中部沙漠腹地，为塔里木盆地中央隆起一部分，西与巴楚断隆相接，东与塔东低隆相连，呈NW向，北部紧邻满加尔坳陷，南部为塘古孜巴斯坳陷[1-2]。塔中作为塔里木盆地油气勘探的3大主战场之一，近年来勘探重点从东部奥陶系海相礁滩体向西部层间岩溶转移。古岩溶为油气聚集的重要地质体。钻井证实，塔中奥陶系碳酸盐岩基质较致密，几乎无储集能力，只有古岩溶及裂缝为重要储集空间，是油气富集场所。因此，识别古岩溶发育规律及控制因素是分析塔中碳酸盐岩古岩溶储层的首要问题。

伊硕等针对塔里木盆地古岩溶差异性明显特征，划分出塔里木盆地奥陶系岩溶类型，阐明了塔北、塔中和塔西南岩溶发育区的古岩溶储层差异及其机理[3];傅恒等为识别塔中北坡奥陶系碳酸盐岩岩溶储层溶蚀机制，基于沉积、层序与储层综合研究，结合微观分析测试与宏观地震资料，将其划分为石灰岩溶蚀孔洞型、白云岩孔洞型和硅质岩裂缝孔洞型3种，并分别探讨了其形成机理[4];张庆玉等针对塔中北斜坡奥陶系鹰山组碳酸盐岩古岩溶发育特征，利用岩石化学分析、岩心钻井、地震测井及成像测井资料，研究了岩溶储层发育规律及岩溶缝洞发育模式，证明古岩溶作用是该区油气聚集的主要场所，其垂向岩溶缝洞系统主要发育在鹰山组顶面以下0～50 m及80～180 m[5];张艳萍等针对塔中走滑断裂对岩溶储层的控制作用，據均方根振幅属性，对奥陶系浅、中、深部岩溶储层进行预测，阐明裂缝提供的溶蚀流体运移通道，增加流体与岩石的接触面积，是塔中岩溶储层发育的控制因素之一[6];王招明等针对塔里木盆地碳酸盐岩岩溶分类等概念不清问题，分析了奥陶系不同地区、不同层位、不同时期岩溶储集层特征及岩溶发育程度的差异性，划分出风化岩溶、礁滩体岩溶和埋藏岩溶3大类，其中风化岩溶又分为潜山岩溶和层间岩溶2个亚类[7];郑剑等为识别塔中奥陶系埋藏岩溶期次及对储层发育的影响，利用岩心、薄片、测井及地化分析测试资料，阐明鹰山组共有3期不同发育规模、程度和缝洞发育特征的埋藏岩溶作用[8];熊润等为分析塔中奥陶统碳酸盐岩埋藏岩溶发育地质背景、识别标志和孔隙类型，从成岩环境特征、酸性流体、运移通道及运移动力等方面，观察埋藏期岩溶的形成机理[9];谢欣睿等为识别塔中北斜坡古岩溶与储层分布相关性，通过对岩心、薄片、阴极发光、测井及地化分析等资料综合研究，阐明鹰山组顶部不整合面剥蚀残留地层中存在风化壳岩溶和埋藏岩溶两种类型的古岩溶作用，风化壳岩溶作用是形成优质储层的关键因素，埋藏岩溶是储层优化改造的关键因素[10];吉云刚等为识别塔中奥陶系鹰山组岩溶储层发育特征及有利区域，通过古地貌恢复、地震属性分析和地震测井联合波阻抗反演识别溶洞发育带和断层裂缝发育带，阐明优质储层主要分布在鹰山组顶面以下120 m地层厚度范围内，横向具一定连通性，呈准层状展布[11];焦存礼等阐明了古地貌、古气候、沉积相带、层序界面、古断裂是控制里木盆地加里东中期古岩溶发育的主要因素[12]。

前人在塔里木盆地奥陶系古岩溶方面的研究，侧重于古岩溶类型、古岩溶发育特征及古地貌恢复等方面[13-14]。塔中鹰山组古岩溶发育规律及主控因素，特别是近年来随着大量井的部署，单井井下岩溶特征方面仍待进一步研究。因此，在前人研究基础上，针对性开展单井岩溶层组（岩性段）与岩溶储层关系;古地貌、古水动力条件与层间岩溶储层关系;层间岩溶储层形成机理及主控因素等方面研究，为后续鹰山组岩溶储层勘探提供借鉴。

1  塔中西部古岩溶地质背景

1.1  区域构造及地层特征

塔中I号构造带发育200多条断距不等的断裂，从断裂发育规模、发育时期、断开地层等方面，大致可分为两期断裂体系：加里东期发育的平行塔中I号坡折带的NW向逆冲断裂体系和早海西期发育的近NE向及NS向走滑断裂体系（图1）[15]。走滑断裂与逆冲断裂发育，形成多个断裂交汇点，两种断裂后期活动一方面促进了次生微断裂、裂缝系统、岩溶的发育，形成孔洞型、裂缝-孔洞型优质储层，奠定了下奥陶统鹰山组准层状气藏的基础。另一方面断裂系统是油气运移的主要输导体系，在多组走滑断裂与逆冲断裂系统的控制下，裂缝、微裂缝发育，形成良好的油气运移通道。塔中地区地层自上而下为新生界、中生界白垩系、三叠系、上古生界二叠系、石炭系、泥盆系、下古生界志留系、奥陶系、寒武系。奥陶系主要为下奥陶统蓬莱坝组、鹰山组及上奥陶统良里塔格组、桑塔木组（图2）。

1.2  鹰山组古岩溶特征及发育条件

碳酸盐岩矿物成分对岩溶发育具明显影响，自然界中石灰岩比白云岩易溶蚀，白云岩比硅质灰岩易溶蚀，硅质灰岩比泥灰岩易溶蚀。溶蚀程度：石灰岩>白云岩>硅质灰岩>泥灰岩，石灰岩成分以方解石为主。在裸露岩溶作用下，石灰岩连续型岩层由于岩石成分单一，结构均匀，构造裂隙的切层性强，延伸远，有利于岩溶发育。岩石中如矿物成分不均，将影响岩溶作用，特别是一些不可溶解杂质，如SiO2、Fe2O3、Al2O3等，在岩溶发育过程中，充填于岩石裂隙中，使地下水通过困难。岩溶发育程度减弱，会对岩溶地貌产生影响。据石灰岩、白云岩和不纯碳酸盐岩厚度比例及组合形式，层组结构类型可划分为连续型、夹层型、互层型、间层型等。据塔中奥陶系鹰山组碳酸盐岩岩性及化学测试和层组组合特征，奥陶系岩溶层组类型可划分为1类2型4个亚型（表1）。

1.3  古岩溶地貌恢复及类型划分

古地貌恢复及类型划分参考邓兴梁等利用“残厚趋势面与印模残差组合法”，将奥陶系鹰山组古地貌形态划分为3种二级地貌单元：岩溶台地、岩溶缓坡地和岩溶盆地[16]。本文将鹰山组古地貌划分为岩溶缓坡地、岩溶台地和岩溶槽谷。据地形坡度大小又将岩溶缓坡地分为丘状下岩溶缓坡地和丘状上岩溶缓坡地。建立古岩溶地貌类型划分指标体系（表2）。

2  典型单井岩古溶缝洞储层特征

2.1  丘状岩溶台地单井缝洞

中古46-3H井于井深5 358 m进入鹰山组，完井深5 640 m，钻揭鹰山组厚282 m。奥陶系鹰山组共取心6回次，第一回次：5 571～5 579 m，为灰白色砂屑白云质灰岩，发育少量缝合线，偶见小型溶蚀孔，岩溶发育较弱;第二回次：5 579～5 586 m，上部为青灰色灰质白云岩，下部为浅灰色砂屑灰岩，岩溶不发育;第三回次：5 586～5 594 m，为浅灰-灰色砂屑灰质白云岩，岩溶以发育针状溶蚀孔为主，孔径约4 mm，未充填-半充填，充填物为方解石;第四回次：5 594～5 602.5 m，灰质白云岩，上部发育溶蚀孔，未充填或方解石或白云石不同程度充填，孔径小于8 mm，另发育一条构造缝，缝壁充填方解石;中部岩溶不发育，下部偶见溶蚀孔发育，方解石半充填，整体岩溶发育较弱。第五回次：5 602.5～5 610.5 m，下部发育灰褐色泥晶生屑灰岩，岩溶主要发育溶蚀孔，孔径2～4 mm，方解石、白云岩半充填-全充填，第六回次：浅灰色灰质白云岩，针状孔较发育，未充填，溶蚀孔发育2个，孔径3 mm，方解石全充填（图3）。据测井资料分析，5 449.5～5 454.0 m处，孔隙度2.5%，溶蚀孔较发育，Ⅱ类孔洞型储层;5 485～5 502 m，5 581～5 590 m，孔隙度3.4%～3.9%，溶蚀孔洞较发育，Ⅱ类孔洞型储层。

2.2  上丘状岩溶缓坡地单井缝洞

中古106井于井深6 080.7 m进入鹰山组，完井深6 250 m，钻揭鹰山组164 m。奥陶系鹰山组共取心3回次，第一回次：6 060～6 068.2 m，灰色含泥灰岩，该回次为鷹山组上部第一高GR段上部岩心，整段岩心呈长柱状或沿泥质层面断开，泥质条带发育，泥质含量较高，为弱岩溶层组，仅发育一条方解石细脉;第二回次：6 068.2～6 076.4 m，发育泥质条带，岩溶基本不发育，仅下部发育方解石晶孔8个;第三回次：6 076.4～6 085 m，其中6 080.7 m进入鹰山组，岩溶以发育溶蚀孔为主，方解石充填。局部发育生屑灰岩，生屑体腔被方解石交代成方解石晶孔（图4）。

2.3  下丘状岩溶缓坡地单井缝洞

中古5井奥陶系顶板深4 735 m，于井深6 189 m进入鹰山组，完井深6 460 m，钻揭鹰山组厚271 m。据测井资料分析，6 236～6 245 m，厚9 m，距鹰山组顶面深47 m，为溶蚀裂缝孔洞发育段，测井解释孔隙度5.3%，为Ⅱ类孔洞型储层，溶蚀孔洞较发育;6 275～6 279.5 m，厚4.5 m，距鹰山组顶面深86 m，为溶蚀裂缝孔洞发育段，孔隙度8.2%，为Ⅰ类裂缝孔洞型储层，溶蚀孔洞较发育，发育1条溶蚀裂缝;6 281.5～6 290 m，厚8.5 m，距鹰山组顶面深92.5 m，为溶蚀裂缝孔洞发育段，发育6条溶蚀裂缝，孔隙度10.5%，为Ⅰ类裂缝孔洞型储层，偶见溶蚀孔洞发育;6 295～6 303.5 m，厚8.5 m，距鹰山组顶面深106 m，溶蚀裂缝孔洞发育段，孔隙度6.4%，为Ⅱ类孔洞型储层，溶蚀孔较发育;6 303.5～6 307 m，厚3.5 m，距鹰山组顶面深114.5 m，溶蚀裂缝孔洞发育段，孔隙度11.7%，为Ⅰ类孔洞型储层，溶蚀孔较发育;6 319～6 325 m，6 365.5～6 372 m，6 373.5～6 376.5 m，溶蚀裂缝孔洞发育段，孔隙度2.3%～4.7%，为Ⅱ类孔洞型储层，溶蚀孔发育，Ⅱ类裂缝型、孔洞型储层。

3  古岩溶缝洞发育规律及主控因素

3.1  丘状岩溶台地缝洞发育规律及主控因素

据区域地势展布及微地貌特征，该区可划分为丘状岩溶岛屿、滨岸丘状岩溶缓坡地、丘状岩溶台地与岩溶海槽4种岩溶地貌类型。

3.1.1  丘状岩溶台地

该区域多为鹰山组鹰2上亚段及少部分鹰2下亚段直接出露区，为中等-强岩溶化层组，地处岩溶高部位，在整个海平面变迁过程中以淡水岩溶作用为主，经历了强岩溶作用，岩溶缝洞系统发育。前期岩溶缝洞系统被后期岩溶剥蚀改造作用较强。岩溶缝洞系统主要发育在鹰山组顶面以下120 m，岩溶储层发育层位主要在鹰2上亚段。

3.1.2  丘状岩溶岛屿

受海水面控制，发育距鹰山组顶面深约60 m的溶洞系统，测井曲线显示高GR尖齿状，Ⅰ类洞穴型储层发育，发育优质储层，层位主要在鹰2上亚段地层。通过对丘状岩溶台地82口井缝洞发育段统计，共识别出82个缝洞系统发育段，缝洞发育段深度多在0～200 m，其中0～50 m浅部岩溶缝洞系统尤为发育，200 m深度以下局部发育岩溶缝洞系统，缝洞系统发育规模一般小于8 m（图5）。

3.2  上丘状岩溶缓坡地缝洞发育规律及主控因素

上丘状岩溶缓坡地呈SE向展布，地势呈NE向倾斜，地形相对高程为580～630 m，地势相对高差50～60 m，地形起伏较小，丘洼相对高差一般为10～15 m，属地下水径流、补给区，地表沟谷发育，地表水系不发育。岩溶微地貌主要有溶丘、洼地及岩溶沟谷，岩溶沟谷呈NE向倾斜。该区属奥陶系鹰山组鹰1下亚段碳酸盐岩裸露分布区，地表水系不发育，受区域排泄基准控制，岩溶地下水顺层向北径流，浅部以垂向渗滤溶蚀作用为主，下部发育NE向侧向径流岩溶作用。

3.2.1  滨岸丘状岩溶缓坡地

该区属奥陶系鹰山组鹰1下亚段厚层质灰岩分布区，属强岩溶化层组，为区域地下水径流、排泄区域，受上升稳定海平面控制，早期岩溶地下水位抬升，岩溶作用向上部发展，并沿海岸形成新的排泄基准，同时在滨岸地带，由于地下水径流与海水混合，形成新的岩溶动力机制，加强了岩溶作用，因此，沿滨岸地带多发育岩溶缝洞系统。

3.2.2  丘状岩溶岛屿

丘状岩溶岛屿形成的缝洞系统发育深度大多分布在鹰山组顶面以下68 m，局部达143 m，半数井发育有多层岩溶缝洞系统，有效储层类型以Ⅱ类裂缝孔洞及Ⅰ类洞穴型储层为主。缝洞系统发育段，缝洞发育段深度多在0～120 m，120 m深度以下，局部发育岩溶缝洞系统，缝洞发育段厚度一般小于9 m（表3）。

3.3  下丘状岩溶缓坡地缝洞发育规律及主控因素

奥陶系鹰山组岩溶缝洞系统及岩溶储层受岩溶地貌及古水动力条件控制，主要发育在鹰1下亚段，鹰1上亚段地层内储层分布不均。岩溶缝洞系统发育深度为鹰山组顶面以下150 m，其中0～30 m溶洞系统及宽缝发育，发育高GR段，溶洞及宽缝多为钙泥质全充填，在钻井过程中少见放空漏失现象;60～150 m岩溶发育，部分井在钻井过程中具放空漏失。受海平面上升后期充填影响，Ⅰ类储层多发育在鹰1下亚段地层，且单井发育多套岩溶缝洞系统及多层溶洞。如中古10井，距鹰山组顶面50 m和60 m处分别发育两套溶洞系统，常规测井显示呈高GR段，两段GR值均呈GR值单峰，成像测井显示两段均为泥质充填溶洞发育，且距离鹰山组顶面以下71.4 m放空0.33 m（图6）。

通过对25口井缝洞发育段统计，共识别出59个缝洞系统发育段，缝洞发育段深度多在0～150 m，150 m深度以下局部发育岩溶缝洞系统，缝洞发育段厚度一般小于7 m。下丘状缓坡地岩溶发育主要在第一期海平面（Ⅰ号坡折带以下）稳定期，受一期海平面排泄基准控制，表层发育淡水岩溶作用，表层以下接受岩溶台地、上丘状岩溶缓坡地顺层渗流岩溶水，主要发育层间岩溶作用，由于该区无大型河流发育，表层岩溶缝洞系统及岩溶储层发育较弱，以径流区发育溶蚀孔洞及浅层溶洞系统为主。

3.4  缝洞储层发育规律及主控因素

通过对塔中西部奥陶系鹰山组岩溶缝洞系统发育段统计分析，塔中西部奥陶系鹰山组岩溶缝洞发育段主要发育在鹰山组顶面以下0～50 m，溶蚀孔洞、构造溶蚀裂缝及溶洞系统发育，50～180 m为缝洞发育主要层位，受3期海平面控制，多发育2～3套缝洞系统，构造断裂及白云岩化作用形成有效储集空间（图7）。

据放空漏失井、充填溶洞及岩溶储层平面分布特征分析，下丘状岩溶缓坡地放空漏失井主要受断裂作用影响，岩溶岛屿地区受岛屿岩溶作用的溶洞系统影响为主要因素。从全区不同规模溶洞发育深度统计分析，表层溶洞主要发育在0～50 m，测井曲线一般为GR值，具低电阻率，成像测井显示为泥质半充填或全充填，局部伴有角砾岩充填，溶洞规模大小不一，多以小于2 m为主。第二溶洞发育段为鹰山组顶面以下80～130 m，各溶洞规模不均。

4  结语

（1） 通过大量地球化学资料分析，认识鹰山组各段岩石成分、岩石类型及可溶性。在此基础上，对岩溶层组进行划分，O1-2y1上、O1-2y2、O1-2y1下及O1-2y2上为厚层质纯藻砂屑灰岩、微晶灰岩、连续型亮晶颗粒灰岩亚型，属强岩溶层组;O1-2y2下为白云质灰岩、白云岩亚型属中-强岩溶层组。

（2） 系统分析塔中西部鹰山组古岩溶缝洞系统发育特征，认为岩溶缝洞发育段主要在鹰山组顶面以下0～180 m，溶蚀孔洞、构造溶蚀裂缝及溶洞系统发育，受3期海平面控制，发育多层缝洞系统。表层溶洞主要发育在0～50 m，泥质充填，测井GR值高，溶洞规模多小于2 m。结合岩溶层组、古岩溶地貌、3期海岸线及断裂等主控因素，分析不同岩溶地貌单元岩溶作用机理，认为岩溶台地区岩溶缝洞形成受微地貌、水动力条件控制，岩溶缝洞以小规模溶洞、溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主，缝洞后期易充填;岩溶缓坡地岩溶缝洞形成受岩溶层组、水动力条件控制，岩溶缝洞以小溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主，后期不易充填。滨岸岩溶带及岩溶岛屿发育海水、及混合水岩溶作用，溶蚀作用及冲蚀、侵蚀作用使该区域易形成較大洞穴。

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Abstract：In order to clarify the development of karst reservoirs and the main controlling factors in the Yingshan Formation of Ordovician in the central and Western Tarim Basin， the characteristics of the development of the ancient karst fracture-cave system in the Yingshan Formation in the central and Western Tarim Basin are analyzed.Control the development of multi-layer fracture and cave system.The surface caves are mainly developed in the 0～50 m range，muddy fill，logging GR value is high，and the size of the cave is much less than 2 m.The main controlling factors include karst formation，palaeo karst landform，three stage shoreline and fault.The karst mechanism of different karst geomorphic units is analyzed.The formation of karst fracture and cave in Karst platform area is controlled by micro-geomorphology and hydrodynamic conditions.The karst fracture and cave mainly consist of small-scale karst cave， karst cave as well as karst fracture and cave，which are easy to fill in the later stage of fracture and cave.The karst cave is mainly composed of small dissolution pores and corrosion cracks，and is not easy to fill in later stage. Coastal karst zone and karst islands develop seawater karstification and mixed water karstification. The karstification，erosion and erosion make the area easy to form larger caves.

Key words： Tarim Basin;Ordovician;Yingshan formation;Carbonate rock;Karst crack-cavity