塔里木盆地顺北地区奥陶系一间房组碳酸盐岩成岩相研究

程传捷，于炳松，武重阳，杨伟利，阮 壮

(1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083)

成岩相这一概念由美国学者RAILSBACK[1]于1984年提出，认为是由特征的成岩纹理所定义的岩石本身；随后学者们对其进行了相关研究，取得了一定的进展[2-13]。1994年由陈彦华等[14]把成岩相引入国内，将其定义为反映成岩环境的物质表现，即反映成岩环境的岩石学特征、地球化学特征和岩石物理特征的总和，并强调成岩相就是成岩环境与成岩产物的综合。对于成岩相的概念，不同学者的表述都不尽相同，虽然没有统一的定论，但基本上都认为其是对成岩环境、岩石颗粒、组构、胶结物和储集空间的综合反映[14-23]。

近年来，中国大部分油田已经进入岩性—地层油气藏的勘探阶段，尤其是在烃源岩和构造条件基本确定的盆地中，通过成岩相的研究开展有利储集带的预测，可为油气勘探开辟新的途径[24]，但这些研究多集中于碎屑岩[15-16,22,25-26]。本文尝试将该方法应用于塔里木盆地顺北地区奥陶系一间房组海相碳酸盐岩。前人研究发现，该区沿着断裂带附近的钻井具良好的油气显示，略远离断裂带的钻井油气显示不佳，表明储层物性与断裂作用有直接关系；有硅质、云质成分的亮晶砂屑灰岩段储层物性较好，经过云化作用改善后的亮晶砂屑灰岩和泥晶砂屑灰岩，孔隙度分别提高了102.7%和117.9%，且生屑灰岩孔隙度高于藻屑灰岩孔隙度。因此，储层的分布规律不仅与断裂有关，同时也与成岩过程有关。本文从成岩相的角度进行分析，探讨其与测井相的关系，并在层序与沉积相的控制作用下确定成岩相的展布，旨为该区碳酸盐岩储层的预测提供新的依据。

1 区域地质概况

顺北地区位于塔里木盆地中央隆起带的顺托果勒低隆，西邻阿瓦提坳陷，东接满加尔坳陷，南北方向上处于卡塔克隆起和沙雅隆起的过渡地带,呈马鞍状展布，同时具有隆中坳、坳中隆的特征。该区地层整体比较平缓，主要为低幅度背斜圈闭及地层岩性圈闭；受盆地多期构造运动影响，在寒武纪—早奥陶世位于台地内部，远离沉降中心，沉积序列完整。中奥陶世晚期发生区域性隆升，顺北地区中奥陶统一间房组遭受了不同程度的暴露剥蚀；至晚奥陶世，受盆地南、北板块边缘洋盆消减与块体碰撞的影响，形成顺托果勒南北两端的翘倾构造，沉积了良里塔格组台地相灰岩。顺北地区奥陶系地层发育齐全，自下而上分为下统蓬莱坝组，中—下统鹰山组，中统一间房组，上统恰尔巴克组、良里塔格组和桑塔木组[27](图1)。一间房组为一套开阔台地相沉积，主要发育台内滩及滩间海亚相沉积；根据岩电特征及前人研究成果，一间房组可划分为一个标准三级层序和4个四级层序[28-29](图1)。

研究区位于顺北区块东部，区内发育Ⅰ号断裂带(图1)，有三维地震工区分布,多口钻井具有连续取心及完整测井资料，具备较好的前期资料基础。一间房组顶界面位于恰尔巴克组稳定红色灰岩层之下[30]，以大套浅灰色灰岩发育为特征。灰岩的岩石类型主要为泥晶灰岩类和(含)颗粒灰岩以及二者之间的过渡类型，颗粒以生屑和砂屑、极细砂屑、粗粉屑等为主；生物灰岩也较为常见，主要以藻粘结灰岩多见，另可见极少量(含)云质灰岩类和(含)硅质灰岩类。生物组合特征上一间房组以棘皮类、腕足类、葛万藻等藻类为主，见少量介形虫、三叶虫及苔藓虫。

2 成岩相类型划分方案

本文按照MOU和 BENNER(1982)的分类[28]及术语体系[31]，通过对顺北2井、顺北1井、跃进1X井岩心及薄片、顺北1-3井的岩屑薄片鉴定，结合断裂体系发育特点，将研究区成岩相划分为溶蚀相、白云石化相、裂缝相、胶结相和热液相。同时，根据各个成岩相形成的环境不同，又划分出8种成岩亚相：大气淡水溶蚀亚相、埋藏溶蚀亚相、断裂溶蚀亚相、准同生云化亚相、埋藏云化亚相、海底胶结亚相、淡水胶结亚相和埋藏胶结亚相。一般情况下，成岩作用均不单独出现，而是在一定的环境条件下，由2种或2种以上的成岩作用综合作用的结果，因此研究区可划分出了5种复合成岩相：胶结—热液相、裂缝—溶蚀相、裂缝—胶结相、裂缝—热液相、云化—胶结相。

2.1 溶蚀相

(1)大气淡水溶蚀亚相:研究区以粒间溶孔、铸模孔为特征，但规模较小, 伴有少量的溶蚀缝，且多被淡水方解石充填，因此能够保存下来的有效储集空间很局部，非均质性也较强，储层连通性较差(图2a)。

(2)埋藏溶蚀亚相：多发育在生屑泥晶灰岩或者泥晶生屑灰岩中，溶蚀缝以缝合线形式出现，溶蚀孔多出现在缝合线边缘，内部多充填沥青质，零星分布白云石晶粒(图2b)。

(3)断裂溶蚀亚相：溶蚀缝多分布在未被方解石充填的裂缝边缘，且常见沥青质、泥质和石英等，表明后期沿着裂缝会有热流体、油气等的充注，通常与埋藏云化作用伴生(图2c)。

2.2 云化相

(1)准同生云化亚相：晶粒为泥—粉晶级别，呈自形—半自形，岩心中多可观察到鸟眼构造，基本不含生物化石(图2d)。

图1 塔里木盆地顺北地区位置与构造略图

(2)埋藏云化亚相：晶粒较细小，直面，呈自形—半自形，晶粒间点面接触、直面接触，为浅—中埋藏期交代成因为主，有泥质包壳，多沿着缝合线和压溶缝分布(图2c)。

2.3 裂缝相

通过岩心观察，一间房组的裂缝以高角度—近垂直裂缝为主，整体规模较小，长度主要为5～15 cm，裂缝开度变化较大，普遍大于0.2 cm；裂缝发育多期次，大部分被方解石、硅质、黄铁矿和沥青质充填，仅有少部分细小裂缝未被充填，多伴生断裂溶蚀亚相(图2e)。

2.4 胶结相

(1)海底胶结亚相：薄片中显示该期方解石胶结物多呈纤状或栉壳状，垂直于颗粒表面呈等厚环边生长，部分颗粒的周围因溶蚀作用而环边不完全(图2f)。

(2)大气淡水胶结亚相：研究区见到的大气淡水胶结多为方解石连晶胶结，围绕在纤状胶结物的外缘生长，显微镜下可以看到解理，波状消光，晶体边缘镶嵌接触。这类胶结物进一步破坏了残余的原生粒间孔隙和淡水溶孔产生的有效孔隙(图2g)。

(3)埋藏胶结亚相：以粗晶方解石为主，胶结物呈晶粒状，多切穿缝合线，或者充填于大气淡水胶结之后形成的残余粒间孔隙或者溶蚀孔洞中，大大降低了岩石中的原生孔隙度(图2h)。

2.5 复合成岩相

(1)裂缝—热液相：热液在破坏原先结构基础上，形成溶蚀孔隙，随后形成新的胶结物，具体胶结物种类由热流体的成分决定。研究区以硅质交代形成薄层状硅质岩为特征，充填有自形方解石、较多的粒状黄铁矿和少量的藻屑生屑颗粒(图2i)。

(2)胶结—热液相：胶结作用是导致研究区储层孔隙度降低的主要因素，随着热流体的侵入，在对已形成胶结物进行破坏的同时，又形成硅质团块、零星分布的黄铁矿颗粒等，岩心中观察到的硅质团块的直径约3～10 cm左右，黄铁矿颗粒呈现微米级，直径约3 μm (图2j,k)。

图2 塔里木盆地顺北地区一间房组典型成岩作用及成岩相特征

a.顺北2井，7 442.45 m，泥粒岩，局部泥晶重结晶，缝合线发育，伴有大气淡水溶蚀形成的粒间孔，生屑以腕足、棘屑为主；b.顺北2井，7 444.94 m，颗粒岩，埋藏溶蚀作用，溶蚀孔缝中充填沥青质，零星分布白云石晶体，见腕足；c.顺北1-3井，7 466 m，裂缝溶蚀亚相，后期沿着溶蚀缝发育白云岩化作用，为埋藏云化；d.顺北1-3井，7 354 m，鸟眼构造，且白云石散布在泥晶基质中；e.顺北2井，7 362.80 m，生屑泥晶灰岩，裂缝相，裂缝内部未被充填；f.顺北2井，7 446.37 m，砂屑颗粒灰岩，纤状、栉壳状方解石胶结；g.顺北1-3井，7 308 m，颗粒岩，大气淡水溶蚀孔洞，后期被方解石胶结；h.顺北1-3井，7 358 m，颗粒岩，埋藏胶结作用；i.顺北1-3井，7 352 m，热液破坏方解石胶结物，随后形成石英胶结物；j.顺北2井，7 522.65 m,灰色砂屑灰岩，沿缝合线边缘发生强烈白云岩化，见到硅质结核；k.顺北2井，7 355.96 m，胶结热液相，黄铁矿呈现微米级别，少量亮晶方解石胶结；l.顺北1-3井，7 346 m，云化—胶结—热液相，形成石英胶结

Fig.2 Typical diagenesis and diagenetic facies characteristics of Yijianfang Formation, Shunbei area, Tarim Basin

(3)裂缝—溶蚀相：表现为裂缝的边缘模糊不清，常伴有未被完全溶蚀的围岩碎屑颗粒，此时的裂缝内基本未被充填，是研究区最有利于储层发育的成岩相类型(图2e)。

(4)裂缝—胶结相：研究区该相较常见，由于流体侵入或受到成岩环境影响，已形成的裂缝多被方解石胶结(图2h)。

(5)云化—胶结相：在埋藏环境条件下发生方解石胶结作用，形成缝合线，并沿着缝合线发生埋藏白云石化作用，随后有流体经过，形成石英胶结物。发生该类复合成岩相，表明所处位置较深，为埋藏环境条件下的产物(图2l)。

3 成岩相的测井响应识别依据

不同的成岩相在结构、矿物成分及物性上的差异，导致它们在测井曲线上具有不同的响应特征。虽然在碳酸盐岩地层中，测井曲线整体的反应较碎屑岩更弱，但曲线的密度、电阻率、声速、井径和中子等物理特性主要是岩石成岩强度的表现，即是对岩石胶结程度、压实程度和次生孔缝发育程度的反映[14，18]。因此本文根据此类测井曲线的特征来判定成岩作用的强度，选取声波时差(AC)、井径(CAL)、自然伽马(GR)、自然电位(SP)、中子测井(CNL)5条对成岩相敏感度较高的曲线，建立了不同成岩相的测井曲线识别标志。为了使成岩相直观的表达出来，本文通过蜘蛛网图实现成岩相与测井数据的结合，即以AC、CAL、GR、SP和CNL 5条测井曲线的参数为辐射轴，分别进行投点，用图形分区的方式来表征成岩相的测井响应特征(图3)。

4 讨论

李忠等[32]认为，塔里木盆地奥陶系储集空间的形成是构造—流体、沉积相、成岩三者综合作用的产物，而成岩相的形成直接受控于构造—流体及沉积相等因素。因此，通过优势成岩相的展布研究可以进行有效储集空间的预测。

4.1 成岩相平面展布的影响因素

4.1.1 构造对成岩相平面展布的影响

顺北及邻区主要发育受走滑断裂控制的裂缝。

图3 塔里木盆地顺北地区顺北2井一间房组成岩相的测井响应

在断裂带附近，岩心上表现为较大的高角度—近垂直裂缝，且多胶结方解石、硅质及黄铁矿，表明裂缝常与胶结作用相伴生；同时这些裂缝为成岩流体提供了良好的通道，从而较易发生白云石化、溶蚀及热液作用，形成裂缝—溶蚀亚相、云化相及构造热液相(图2j,3k)。在远离断裂带井的岩心上则发育较多的垂直节理缝，多未开启，而少量的低角度裂缝常充填方解石、白云石及沥青。综上，构造对成岩相的类型及分布具有较大的影响。

4.1.2 层序对成岩相平面展布的影响

4.1.3 沉积相对成岩相平面展布的影响

顺北地区一间房组整体处于弱镶边碳酸盐岩开阔台地环境，在其内部可识别出台内滩、滩间海和台内礁3种沉积亚相。受局部地貌控制，台内滩亚相的发育呈北西走向的条带状分布，面积较鹰山组沉积期更大。台内礁亚相形成于台地内部地形较高部位，以波浪、潮汐作用为主，水动力条件较强，可受到风暴作用影响。结合研究区的岩心及薄片特征可知，台内滩亚相多发育大气淡水溶蚀亚相、大气淡水胶结亚相及少量的构造—热液相。滩间海亚相形成于正常浪基面之下，但一般不超过50 m，海底水动力条件弱，岩性以泥晶灰岩、云质粉屑灰岩为主，发育埋藏云化亚相、溶蚀相和胶结相。台内礁亚相多在岩心和薄片尺度上反映，以含生屑灰岩、生物格架灰岩、藻粘结灰岩、含生屑藻粘结灰岩为主，一般在水体相对较深的环境中形成，发育大气淡水溶蚀和大气淡水胶结亚相(表1)。

4.2 成岩相平面展布的确定方法

4.2.1 点成岩相的建立

将顺北1-3井、顺北1井和顺北2井一间房组进行层序格架内的成岩相划分，形成成岩相在点上的特征识别。本文以顺北1-3井为例(图4)，该井一间房组7 366～7 378 m段以泥晶灰岩为主，发育云化—胶结相、胶结—热液相；7 301～7 366 m发育台内礁相的颗粒灰岩，成岩相为裂缝—热液相、胶结—热液相、云化—胶结相；7 256～7 301 m岩性多为含生屑泥—微晶灰岩、泥晶灰岩，内部多含黄铁矿及石英，表明有热液流体对其进行改造。成岩相也以构造热液相为主，同时发育有裂缝—热液相、裂缝—胶结相。

图4 塔里木盆地顺北地区顺北1-3井一间房组成岩相综合柱状图

图5 塔里木盆地顺北地区顺北1-3井一间房组层序控制下的成岩作用特征

a.7 360 m，砂屑颗粒灰岩，溶蚀缝孔洞，及沿裂缝的溶蚀；b.7 358 m，颗粒灰岩，淡水溶蚀缝；c.7 358 m，颗粒灰岩，溶蚀孔洞发育，两处保存完好的腕足类生物；d.7 354 m，藻粘结灰岩，白云石散布在泥晶基质中，交代泥晶质点；e.7 352 m，藻粘结灰岩，热液破坏方解石胶结物，并形成石英胶结；f.7 350 m，藻粘结颗粒灰岩，缝合线较发育，且多见于块状亮晶方解石不发育的部位，表明缝合线的形成晚于方解石

Fig.5 Diagenetic characteristics under sequence control in Yijianfang Formation, well Shunbei 1-3, Shunbei area, Tarim Basin

表1 塔里木盆地顺北地区一间房组沉积微相与成岩相对比

4.2.2 线成岩相的建立

将研究区典型单井成岩相进行层序格架控制下的连井对比分析，并与古地貌结合，可更直观地从线上对成岩相横向展布特征进行分析。从图6中可以看到，在层序界面附近，溶蚀相、裂缝—溶蚀相及裂缝—热液相等有利成岩相比较发育，且连通性较好，在海泛面附近，多发育厚层的胶结相、裂缝—胶结相，表明层序界面对成岩相发育具有较强的控制作用[36-37]，因此可将层序地层格架中成岩相的连井对比作为成岩相展布的一项重要依据。

4.2.3 面成岩相的建立

面成岩相建立的基础是确定研究区的古地貌，一般说来，构造高部位水体较浅，碳酸盐岩沉积较厚，多受准同生期大气淡水影响；而在构造低部位水体较深，沉积较薄，受大气淡水影响较弱。研究区自西南向东北方向地势逐渐升高，这一特征与顺北2—顺北1—顺北1-3井成岩相连井分布特征吻合较好。其中顺北1-3井、顺北1井位于构造高部位，水体较浅，沉积较厚，受准同生期大气淡水影响明显，发育溶蚀相及准同生白云石化相；而顺北2井位于构造低部位，水体较深，沉积较薄，受大气淡水影响较弱，多发育胶结相及热液相。因此，将成岩相与层序、构造古地貌相结合，可有效提高成岩相展布预测识别的准确性。

图6 塔里木盆地顺北地区顺北2—顺北1—顺北1-3井成岩相连井剖面

图7 塔里木盆地顺北地区一号断裂带一间房组均方根振幅属性(RMS)

均方根属性(RMS)可以很好地反映出有效储集空间及有利物性分布，包括微裂缝与溶蚀孔等多种储集空间。如图7中红色和黄色表示有利物性的分布区域，绿色和白色处表示储集性能相对较弱。因此在前文对由点到线研究的基础上，成岩相的平面展布还需借助于地震属性对储层的敏感性特征，将其沿层序界面进行平面投影，得到各层序界面的成岩相分布，进而结合RMS属性，将这一分布展开到没有井控制的范围内，得到研究区的成岩相展布特征。

4.2.4 成岩相平面展布特征

综合上述对层序格架内单井、连井成岩相特征及构造古地貌、均方根振幅属性分布特征的分析，可以得到研究区有利成岩相的平面展布图(图8)。A代表sq1底界面7 378 m处，从成岩相连井剖面中了解到这一时期普遍发育云化相，因此认为该界面处RMS属性中有利储集物性的分布范围全部是云化相(图8A)。B代表sq1的顶界面，深度为7360.45 m，该时期全区物性普遍较好，沉积厚度变化不大，且溶蚀作用发育，表明该时期水体较浅，受大气淡水影响明显；结合RMS中该时期有利物性的分布范围，得到这一界面位置溶蚀相的展布(图8B)。C代表sq2的海泛面，深度为7 376 m，该时期水体较深，受大气淡水影响作用弱，溶蚀作用不发育，有利储集物性较差。从连井成岩相剖面中得出，该时期主要发育胶结及胶结—热液相，同时在顺北2井附近普遍发育溶蚀相，而向东北方向依次变为胶结相、胶结—热液相；结合RMS属性中有利储集物性的分布由西南部相对较发育到东北部的不发育，得到图8C这一界面的成岩相展布。D代表sq4的顶界面，深度为7 287 m，该时期发育较强的海退，且在构造地势的控制下，呈现出西南低、东北高的地貌特征，表明该区域的水体相对较浅，但向西南方向水体有加深趋势。在成岩相连井中，顺北1-3井发育溶蚀相，成片发育，向顺北1井所在区域逐渐过渡为云化相，均为有利储集空间发育的相带，而顺北2井所处区域均方根振幅能量较弱，表现为胶结相；结合RMS中有利物性分布在区块的中部与东北部特征，得出图8D的成岩相展布。

图8 塔里木盆地顺北地区一号断裂带三维工区内一间房组成岩相平面展布

通过4个时期的成岩相展布，得知研究区的有利成岩相主要为云化相、裂缝—溶蚀相及溶蚀相，其中裂缝—溶蚀相最有利于储集层发育，在图8D中表现为集中分布在研究区的中部到东北部；其次为溶蚀相，在图8B中表现为发育面积最大，且连续性好，沿着顺北一号断裂带呈南西—北东方向。有利成岩相的分布是从南西方向逐渐向北东方向过渡，一间房组沉积晚期，有利成岩相带已基本集中于研究区的中部和东北部，且面积较大，可作为未来进一步勘探的重点区域。

5 结论

(1)研究区成岩相可划分为溶蚀相、白云石化相、裂缝相，胶结相和热液相。同时，根据溶蚀相、白云石化相及胶结相形成的环境不同，可进一步划分为大气淡水溶蚀亚相、埋藏溶蚀亚相、断裂溶蚀亚相、准同生云化亚相、埋藏云化亚相、海水胶结亚相、淡水胶结亚相、埋藏胶结亚相8类成岩亚相及胶结—热液相、裂缝—溶蚀相、裂缝—胶结相、裂缝—热液相、云化—胶结相5类复合成岩相。

(2)结合岩心、薄片及测井、地震资料，综合层序地层格架及沉积相对成岩相展布的控制作用，认为海侵体系域发育海底胶结成岩亚相；高位域时为构造热液相、裂缝热液相、胶结相等。台内滩亚相多发育大气淡水溶蚀亚相、大气淡水胶结亚相及少量的构造—热液相。滩间海亚相发育埋藏云化亚相、溶蚀相和胶结相。台内礁亚相发育大气淡水溶蚀和大气淡水胶结亚相。

(3)综合单井、连井成岩相特征、构造古地貌、均方根振幅属性分析，可以对研究区有利成岩相的平面展布进行有效识别，且sq1-sq4时期有利成岩相主要为云化相、裂缝—溶蚀相及溶蚀相，其中裂缝—溶蚀相最有利于储集层发育，且呈现出由西南向东北方迁移的趋势。有利成岩相带在一间房组沉积晚期基本集中于研究区的中部和东北部，可作为未来进一步勘探的重点研究区域。

致谢：本文得到了中国石化石油勘探开发研究院西北中心专家老师的指导和帮助，审稿专家及编辑老师提出了宝贵的修改意见，在此一并致以衷心感谢！