層間巖溶研究進展及塔中奧陶系層間巖溶井下特征

單永樂 馮毅 張瑞 黃忠勝 宋吉奎

摘要：油氣田勘探中，與不整合面有關的碳酸鹽巖古風化殼、古巖溶儲層普遍發育，為油氣富集的重點區域。塔里木盆地塔中地區層間巖溶儲層目前勘探已獲得較大突破，獲得了大規模的工業油氣流，奧陶系鷹山組層間巖溶儲層發育在距頂30-180m地層厚度范圍內。為進一步明確塔中地區層間巖溶發育模式及巖溶儲層特征，調研了國內外層間巖溶儲層研究經驗，基于野外露頭與井下地質、巖樣、測井分析成果，建立了適合塔里木盆地的層間巖溶概念，提出了兩種巖溶模式，即塔北潛山型巖溶和塔中層間巖溶型。并闡述了塔中層間巖溶發育特征，鷹山組上部層間巖溶被泥質充填，測井顯示為高伽馬值，鷹山組中下部高伽馬發育段下伏層間巖溶是勘探重點目標，為巖溶發育最有利部位。

關鍵詞：碳酸鹽巖;巖溶縫洞;奧陶系;鷹山組;塔里木盆地

中圖分類號：TEl22 文獻識別碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0112-05

塔里木盆地是我國最大的含油氣盆地，為早古生代以來發育成的一個大型疊合復合盆地，隸屬于特提斯構造域，海相地層發育，油氣資源豐富。奧陶系碳酸鹽巖地層是塔里木盆地重要的油氣儲層，經過長期的壓實與膠結作用，原生孔隙很難保存下來，現今儲集空間主要是后期各種流體溶蝕形成的次生孔隙。在次生孔隙成因上，目前受到廣泛關注且研究較多的為大氣降水相關的地表、近地表巖溶作用，奧陶系碳酸鹽巖分別在加里東中晚期、海西早期以及海西晚期發生了幾次大規模的巖溶作用，形成巖溶型儲層。

近年來塔里木盆地碳酸鹽巖油氣田的勘探突破得益于勘探技術的進步和研發力度的加強，在碳酸鹽巖儲層研究方面得到儲層理論研究新進展的指導和支撐，這些研究極大地拓展了油氣的勘探范圍和有效儲層的預測精度，有力地支持了近期碳酸鹽巖油氣勘探，特別是塔中地區奧陶系碳酸鹽巖大面積富含油氣的發現，得益于層間巖溶儲層研究的開拓性進展。前期在塔北地區針對風化殼巖溶模式已有成熟的研究成果且廣泛運用于生產，但隨著勘探精度的提高，單純的廣義風化殼模式已不能適應生產需要。層間巖溶模式及巖溶儲層特征需要進一步研究，從理論上對其進行深化，從而正確認識有效儲層，對保障油氣勘探持續突破具有重要意義。

1 層間巖溶定義及歸類

到目前為止，層間巖溶的確切定義尚未有較為統一的意見。不同的學者在研究不同地區巖溶現象時，分別提出了自己對層間巖溶的認識。下面從形成時期、流體來源、形成機制、與風化殼巖溶關系、規模、識別標志等方面進行闡述。

1.1形成時期

高宏亮等（2010）認為層間巖溶為準同生期的，其與剝蝕作用相伴生，在成巖狀態上，其發生在海底膠結作用后，甚至淺埋藏早期棱柱狀方解石膠結作用之后，呈半固結、固結狀態;吳孔友等（2010）等認為層間巖溶發生于同生期;嚴威（2001）、羅嘯泉等（2001）等在根據巖溶作用的形成機理和先后順序、持續時間、特征、影響因素以及與儲集空間的關系，對巖溶進行分類時，認為層間巖溶為同生一準同生期巖溶，該期巖溶的巖溶作用發生于沉積物形成之后不久，沉積物尚未完全脫離其沉積環境，成巖階段屬于同生——準同生期;吳熙純等（1997）則認為層間巖溶具多期繼承性，在成巖早期，成巖晚期淺埋、中埋、深埋階段均可發育。

1.2流體來源

代金友等（2011）認為層間巖溶為大氣淡水和混合水綜合作用的結果;羅嘯泉等（2001）、康沛泉（2000）、張寶民（2009）、李振宏等（2004）認為層間巖溶主要由大氣淡水淋濾形成;范承鈞（1993）在研究云南的巖溶礦床時認為形成層間巖溶的流體為地下水或熱水;吳熙純等（1997）在研究鄂爾多斯南部奧陶系古巖溶帶時認為層間巖溶可發育于成巖早期淡水滲流及潛流帶（由研究區北方慶陽古陸及生物礁灘中淡水透鏡體提供流休來源），成巖晚期淺埋、中埋環境（由層間及供水區泥質巖壓實排驅地下水、壓溶水及停滯孔隙水提供流體來源），成巖晚期深埋階段（由壓釋水提供流體來源）。

1.3形成機制

盛賢才等（2007）、張曉燕等（2010）在研究江漢平原及鄰區海相碳酸鹽巖古巖溶特征時，認為層間巖溶與高頻相對海平面下降有關，暴露時間短;張寶民等（2009）認為層間巖溶的形成受控于局地同沉積塊斷活動、高頻海平面下降（如臺地邊緣暴露，而臺地內部未暴露）和濕熱古氣候條件，也受控于暴露時間;楊威等（2002）、倪新鋒等（2010）認為層間巖溶的形成與古地形相關。

1.4與風化殼巖溶關系

高宏亮等（2010）在研究輪南地區奧陶系碳酸鹽巖巖溶時則認為層間巖溶一般包括2種，一種是內幕層間巖溶，另一種是準同生期層間巖溶，內幕層間巖溶指的是發育在局限——開闊臺地相的巨厚碳酸鹽巖層系內、由不同時間尺度暴露溶蝕作用所形成的古巖溶，小規模的與準同生期層間巖溶無異，大規模的則與不整合有關的風化殼巖溶無異，也即準同生期層間巖溶與風化殼巖溶呈并列關系。

倪新峰等（2010）在研究塔北地區奧陶系碳酸鹽儲層巖溶作用時認為其溶蝕作用沿不整合面形成非組構選擇性孔洞，規模小——中等，呈面狀展布，在臺內古地貌高部位尤其發育，孔洞或洞穴充填物為同期的碳酸鹽巖風化剝蝕或圍巖垮塌的產物。

從形成時期、流體來源、形成機制、發育規模以及與風化殼巖溶的關系五個方面歸納和梳理了前人對層間巖溶現象的認識與爭議，在此基礎上結合此次野外層間巖溶發育特征的實際觀察，厘定了層間巖溶的概念：層間巖溶是準同生——早成巖期碳酸鹽巖地層短暫暴露地表（對應地層為系內缺失）接受大氣淡水滲入淋濾所發生的巖溶作用。層間巖溶雖然溶蝕發育時間較短，但成因機理與傳統風化殼巖溶相近，即碳酸鹽巖暴露地表接受大氣淡水淋濾作用形成，由此提出廣義風化殼巖溶概念，而將傳統風化殼巖溶歸為狹義風化殼巖溶。認為廣義的風化殼巖溶泛指一切由于海平面的相對下降及區域構造運動的抬升，造成下伏碳酸鹽巖地層隆升暴露，遭受風化剝蝕和淋濾巖溶作用，發育大量溶蝕孔洞縫的巖溶現象。層間巖溶與傳統風化殼巖溶（狹義風化殼巖溶）都隸屬于廣義風化殼巖溶。

2 塔中層間巖溶井下特征分析

為了進一步了解塔里木盆地層間巖溶的發育及展布情況，實現野外考察與井下實踐的有機結合，在前期野外考察的基礎上，對塔中區塊鉆遇奧陶系地層的13口探井的巖心及測井曲線特征進行了詳細的描述觀察，以明確塔中區塊層間巖溶井下特征。

2.1層間巖溶巖心、巖屑特征

根據塔里木盆地層間巖溶發育特征可知典型的層間巖溶具有明顯的分帶性，從上到下依次為結核壚坶帶、風化裂隙帶和溶蝕孔洞帶。這種分帶性在井下同樣可以識別，但由于采樣范圍及方式的限制，分帶的特點在井下并不明顯，并不是所有探井的每個層間巖溶旋回均可劃分出三個帶。

2.1.1巖心中層間巖溶分帶特征

結核壚坶帶，由于其組成以殘積的泥質為主，所以在巖心中不易保存，在所有觀察的巖心中，只有中古106-1H井6025.6m處可見團塊狀壚坶如圖1所示，應該屬于結核壚坶帶中偏下的位置，風化程度較低，成分接近原巖。

風化裂隙帶，在巖心上風化裂隙帶表現為高角度裂縫的集中出現，且區別與構造縫，裂縫發育不規則，少見平直的裂縫，局部可見裂縫溶蝕擴大的溶孔，多為方解石或泥質充填如圖2所示。

溶蝕孔洞帶，由于規模較大的米級洞穴巖心無法取樣，所以巖心上所見的多為厘米級孔洞，部分被方解石充填，其中也可見裂縫，但明顯以孔洞為主，且孔洞的發育不受裂縫控制如圖3所示。

2.1.2巖屑中層間巖溶特征

在巖屑觀察中，層間巖溶的分帶特征不明顯，這主要與巖屑取樣的特點有關。首先，結核壚坶帶的發育往往較薄，多為10-30cm，極個別可達1m，所以在間隔1m取樣的巖屑樣品中很難識別。其次，風化裂隙帶的巖層主體與原巖并無太大差異，因此在巖屑中無法識別。

通過與測井曲線的對比，在巖屑觀察中發現，巖屑中具有明顯特征與原巖差異較大的部位，往往是溶蝕孔洞帶發育的部位，且從測井特征及發育規模上來看，具有多期疊加的特點。巖屑的顏色與圍巖具有明顯差異，同時可見洞穴中洞壁受地下水改造的特征。

2.2層間巖溶常規及成像測井特征

在常規測井和成像測井中，層間巖溶也有很好的識別性，在各井中均有明顯特征。但單期層間巖溶的分帶性體現的并不明顯，這與單期層間巖溶中的結合壚坶帶與風化裂隙帶的規模有關，在測井上響應并不明顯。

2.2.1常規測井中層間巖溶識別

結核壚坶帶內發育風化殘余物質，泥質含量較高，對應在測井曲線上表現為自然伽馬曲線上存在典型的尖峰。但由于層間巖溶發育時間短，其規模有限，特別是結合壚坶帶，野外觀察在某些剖面只有0.1m厚，相對于測井0.125m的采樣間隔容易被跳過或沒有明顯異常，故結合壚坶帶的GR峰通常為中等幅度異常。

風化裂隙帶由于裂隙內充填物質以方解石為主，因其成分與原巖相近，在測井曲線上并無明顯表征，局部可見泥質充填風化裂隙，對應于自然伽馬曲線上的小幅正異常，但異常的幅度較低不易識別。

溶蝕孔洞帶通常有兩種情況，一種是溶孔被方解石充填或未被充填，在測井曲線上表征并不明顯，但如果達到小型溶洞的規模（0.5m以上）在深淺側向電阻率上存在明顯表征，即深淺電阻率存在明顯差異;另一種是被泥質充填的較大規模的孔洞，由于其泥質的厚度遠大于結合壚坶帶，故在該處出現最明顯的GR尖，構成整個層間巖溶型儲層帶中幅度最高的GR正異常，同時也可見明顯分異的深淺電阻率。

2.2.2成像測井中層間巖溶識別

結合壚坶帶由于發育規模所限，只有在個別井某些發育程度較高的層間巖溶旋回中可以識別。以中古201C井為例，可見有薄層的高阻層，且層中電阻率還有細微差別，與該帶中的團塊狀結合壚坶有關，對應的GR值也有中低幅正向波動如圖4所示。

風化裂隙帶以明顯的裂縫集中發育為特征，局部有裂縫溶蝕擴大形成孔洞的現象，但規模明顯小于溶蝕孔洞帶，多為厘米級溶孔。

溶蝕孔洞帶可見明顯的低阻孔洞特征，被泥質充填的孔洞往往與整個層間巖溶帶中GR正異常最高值相對應。泥質在洞穴內部的分布特征一般與圍巖產狀有所差異，洞穴下部泥質沉積成層性較好，上部常見礫石。

2.3層間巖溶儲層綜合特征

由于層間巖溶規模不一，因此規模較小的層間巖溶，其風化壚坶帶只有10cm左右，測井很難識別，或很難引起較大幅度的GR異常。此外，層間巖溶常為多期疊加，所以當結核壚坶帶和風化裂隙帶發育程度不高的情況下，在成像測井上容易出現大段溶洞連續出現的現象。

而風化裂隙帶的風化裂隙寬度一般為0.5-2cm，在常規測井識別中也很困難，而在成像測井中，在未遭受改造溶蝕擴大的情況下也很難識別，與原巖很難區分。

通過對多口井的綜合分析，認識到在層間巖溶型儲層中，只有溶蝕孔洞帶在常規測井和成像測井中有明顯特征。通過巖心觀察和測井曲線對應，發現在測井識別的溶蝕孔洞帶中，可在巖心的觀察中識別出層間巖溶的3個帶。因此認為測井識別的溶蝕孔洞帶實為多套層間巖溶的疊加，而高GR段與測井解釋的優質儲層段并不對應，可以看出儲層發育最佳的部位，是在高GR段之間，或對應了中等幅度的GR異常，這種情況是由于高GR部位往往對應了已被泥質完全充填的溶蝕洞穴所致。基于儲層發育的特點，在塔中區塊進行井間對比時也主要關注溶蝕孔洞帶的橫向展布，將溶蝕孔洞的集中發育帶作為層間巖溶型儲層發育的重點層位。

3 結論

①通過對國內外層間巖溶相關文獻調研，建立了適合塔里木盆地的層間巖溶概念，認為層間巖溶是準同生一早成巖期碳酸鹽巖地層短暫暴露地表接受大氣淡水滲入淋濾所發生的巖溶作用。符合這一定義闡述的層間巖溶現象在塔北南部、塔中北部斜坡大面積分布。并依據這一概念，將塔里木盆地的巖溶型儲層分為潛山型巖溶型和層間巖溶型兩類，其代表分別為在塔北表現為串珠的潛山型巖溶和塔中高CR異常下伏地層中成層分布的層間巖溶。

②塔中區塊測井識別的溶蝕孔洞帶實為多套層間巖溶的疊加，而鷹山組共有三套這樣的層間巖溶集中發育帶。通常第一個層間巖溶發育帶常具有高CR的特點，這種情況是由于高CR部位往往對應了已被泥質完全充填的溶蝕洞穴所致。基于儲層發育的特點，認為鷹山組中下部高CR集中發育段的下伏地層為層間巖溶型儲層發育的有利層位，而其中高CR峰值間的中低CR段為儲層最發育部位。