蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組儲層建模研究及其勘探意義

鄭劍鋒，陳永權，黃理力，嚴威，倪新鋒，李保華，郭曉燕

1.中國石油集團碳酸鹽巖儲層重點實驗室，杭州 310023 2.中國石油杭州地質研究院，杭州 310023 3.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000

0 引言

塔里木盆地寒武系鹽下白云巖領域雖然具有分布面積廣，資源量大的特點[1-4]，但近20年來的勘探一直沒有突破，直到2012年中深1井的突破(下寒武統肖爾布拉克組試油折合日產天然氣3×104m3、水34 m3)，揭示了該領域成藏條件優越、勘探前景廣闊[5]。但由于鉆井資料的限制，導致儲層認識深度不夠，尤其2016年完鉆的玉龍6和新和1井相繼失利，使得之前對于肖爾布拉克組儲層規模發育的認識受到了質疑，因此深化沉積、儲層研究，尤其是有利相帶、儲層特征及發育規律的精細刻畫，能為該領域的區帶、目標評價提供重要依據。

由于目前全盆地鉆遇肖爾布拉克組的井只有13口，且各井的巖芯資料較少，因此很難系統地開展沉積、儲層研究，而柯坪露頭區肖爾布拉克組地層出露完好，可以很好地彌補井點資料不足的問題。前人對不同剖面的肖爾布拉克組進行了研究：2008年塔里木油田在肖爾布拉克剖面建立了實習基地，對地層進行了分層與描述[6]；陳文玲等[7]通過對蘇蓋特布拉克剖面的研究認為其主要發育臺地相的顆粒白云巖，為孔洞—裂縫型儲層，沉積作用、白云石化作用、構造作用和巖溶作用是儲層的主控因素；宋金民等[8]從微生物巖的角度對多條剖面進行了研究，認為肖上段主要發育微生物礁、包殼凝塊石和泡沫綿層疊層石白云巖儲層，儲層受控于古地貌、成巖作用和微生物結構；王凱等[9]研究了露頭區7條剖面，認為微生物礁屬于特低孔特低滲型儲層，而微生物顆粒灘具有勘探潛力；黃擎宇等[10]對肖爾布拉克剖面和什艾日克剖面的研究，認為臺內微生物丘儲層是重要儲層類型。前人的研究成果存在較大差異，且對儲層缺乏系統地定量表征，未能刻畫出儲層的規模及分布規律，因此本次研究以蘇蓋特布拉克剖面為對象，開展儲層建模研究，以期從露頭角度明確肖爾布拉克組儲層的品質、規模及分布規律，從而指導塔里木盆地該領域的下一步油氣勘探。

研究共測制了4條測線，采集柱塞樣148件，薄片樣355件，并對主測線進行了GR實測，同時利用激光雷達對露頭進行了三維數字掃描，精細刻畫了丘灘相儲層特征及分布規律。

1 地質背景

塔里木盆地構造上可以劃分為“三隆四坳”7個構造單元，即塔北隆起、中央隆起、塔南隆起、庫車坳陷、北部坳陷、西南坳陷和東南坳陷[11]。蘇蓋特布拉克剖面位于塔里木盆地西北部，新疆烏什縣境內，東北距阿克蘇市約80 km，構造分區屬于塔北隆起柯坪斷隆東段。該剖面震旦—寒武系地層出露完整，自下而上出露上震旦統奇格布拉克組，下寒武統玉爾吐斯組、肖爾布拉克組和吾松格爾組，中寒武統沙依里克組和阿瓦塔格組，肖爾布拉克組與玉爾吐斯組及吾松格爾組呈平行不整合接觸。

在前寒武紀，塔里木盆地的中央隆起區存在東西向古隆起帶，環繞古隆起帶的大部分地區可能為地勢平坦的濱淺海碳酸鹽臺地[12]；在早寒武世早期(玉爾吐斯組沉積期)，塔里木盆地經歷快速海侵，形成了優質烴源巖[13]；隨后，全盆地處于緩慢的海退期，肖爾布拉克組沉積期整體為弱鑲邊—鑲邊型臺地，塔西南古陸的發育對沉積相類型和相帶走向起重要的控制作用[14-18]。然而，2016年塔里木油田最新構造成圖重新落實了塔里木盆地早寒武世沉積期具有南北兩高隆夾一北東南西相低坳地貌的沉積格局，控制著肖爾布拉克組沉積期“三隆兩坳”的巖相古地理格局，“三隆”即盆地南北兩側相對較高，發育兩條高隆帶，南部稱之為塔西南隆起帶，北部隆起帶存在分異，分別稱為柯坪—溫宿低隆起區、輪南—牙哈低隆起區；“兩坳”即南北兩個隆起帶之間存在的北東南西向低坳區與盆地(圖1)。這種古地理格局控制了肖爾布拉克組碳酸鹽巖緩坡沉積體系的發育，沿古隆起向盆地依次發育混積坪、內緩坡(泥)云坪、中緩坡丘灘、中緩坡臺洼、中緩坡外帶、外緩坡/盆地等6種沉積相帶的發育。

2 地層與沉積特征

2.1 地層特征

通過對蘇蓋特布拉克剖面的精細測量、描述與橫向追蹤分析，肖爾布拉克組劃分出35個層，厚度144.5 m，并根據巖性、顏色和儲層發育情況，將其劃分為肖上和肖下段兩個段，其中肖上段又可細分為肖上1、肖上2和肖上3段三個亞段(圖2)。

肖下段(1～11層)主要發育灰黑色薄層狀泥—粉晶白云巖，對應下部較低的GR曲線段，厚約55.2 m；肖上1段(12～15層)以灰色薄紋層狀微生物巖和透鏡狀微生丘為主，對應中間的高伽馬段，厚約23.4 m；肖上2段(16～25層)主要為淺灰色中厚層狀灘相白云巖為主，對應最低的伽馬曲線段，是孔隙的最主要發育段，厚約45.8 m；肖上3段(26～35層)主要以深灰色含砂屑泥—粉晶白云巖為主，對應上部鋸齒狀的伽馬曲線段，厚約20.1 m。“上下低、中間高”的GR特征及巖相組合特征與柯坪地區舒探1井具有較好地對比性，可為井下地層劃分提供依據。

圖1 塔里木盆地下寒武統肖爾布拉克組沉積期巖相古地理圖(杭州地質研究院/塔里木油田，2017)Fig.1 Lithofacies paleogeographic map of the Xiaoerblak Formation stage in the Lower Cambrian of Tarim Basin

圖2 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組綜合柱狀圖Fig.2 Generalized column of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

2.2 巖相組合

根據沉積結構、巖石野外宏觀特征和鏡下薄片的觀察結果，認為蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組主要發育與藻(藍細菌)有關的微生物白云巖[19-23]、黏結藻屑白云巖、藻砂屑白云巖、泥—粉晶白云巖和含砂屑泥—粉晶白云巖，其中微生物白云巖又可細分為層紋石白云巖、凝塊石白云巖、疊層石白云巖、藻格架巖白云巖(圖3)。

8種巖性自下而上發育具有一定的規律性，構成5種巖相組合，分別指示不同沉積相帶及發育位置。1)薄層狀泥—粉晶白云巖組合：主要發育于肖下段，厚度較大，總體反映低能的外緩坡沉積環境；2)層紋石、凝塊石和微生物丘白云巖組合：主要發育于肖上1段，層紋石發育于丘前低能洼地，凝塊石發育于丘的翼部，厚度向上變厚，微生物丘呈點狀分布并具有一定的格架結構，總體反映了中緩坡不同微相由低能到高能的沉積環境；3)厚層狀凝塊石、黏結藻屑和藻砂屑白云巖組合：主要代表肖上2段下部特征，向上逐漸由凝塊石白云巖演變為黏結藻屑白云巖、藻砂屑白云巖，以微波狀平行層理為主，總體反映中緩坡中高能環境沉積；4)中薄層黏結藻屑—藻砂屑—疊層石白云巖組合：主要代表肖上2段上部特征，疊層石為層狀結構，出現在該段最頂部，總體反映中緩坡高能沉積環境；5)含砂屑泥—粉晶白云巖夾黏結藻屑白云巖組合：主要發育于肖上3段，單層地層厚度逐漸變小，總體反映內緩坡潮坪沉積環境。

根據上述相序組合特征，肖爾布拉克組整體可以劃分為一個三級層序，肖下段為海侵體系域，肖上段為高位體系域，凝縮段為11層，以黑灰色薄層狀含三葉蟲碎片的泥晶白云巖為標志。據此，在塔里木盆地早寒武世肖爾布拉克組沉積期緩坡型臺地的背景下，建立了研究區沉積模式圖(圖4)，其中肖上2段沉積期中高能丘灘體主要發育于高位體系域的中上部，是最主要的潛在儲集巖段[18,23-25]。

3 儲層特征

根據露頭宏觀孔隙分析及和320塊鑄體薄片分析，蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組主要發育溶蝕孔洞、粒(晶)間溶孔和藻格架溶孔。孔隙的發育與巖相具有較強的相關性，主要分布肖上1～2段的丘灘體中，溶蝕孔洞主要發育于藻砂屑白云巖中，粒(晶)間溶孔主要發育于凝塊石白云巖、黏結砂屑白云巖和藻屑白云巖中，藻格架溶孔主要發育于疊層石和藻格架白云巖中。

根據148個柱塞樣的孔隙度和滲透率測定結果，及對應樣品的薄片鑒定，分巖相進行孔滲統計(圖5a)，并根據不同巖相的平均孔隙度(圖5b)來評價儲層質量(塔里木油田碳酸鹽巖儲層評價標準：小于2%為非儲層，2%～4.5%為Ⅱ類儲層，大于4.5%為Ⅰ類儲層)。可以看出，層紋石白云巖、泥—粉晶白云巖的物性最差，呈現低孔低滲的特征，平均孔隙度分別為0.75%和1.10%，綜合評價為非儲層；含砂屑泥—粉晶白云巖發育少量溶孔和裂縫，平均孔隙度1.93%，最大孔隙度可達3.52%，綜合評價為非儲層，但局部可以發育儲層；凝塊石白云巖、黏結藻屑白云巖的平均孔隙度分別為2.74%和2.98%，平均滲透率在0.03×10-3μm2以上，綜合評價為Ⅱ類儲層；疊層石白云巖和藻砂屑白云巖的平均孔隙度分別為3.79%和4.39%，平均滲透率在0.22×10-3μm2以上，綜合評價為Ⅱ類較好儲層，其中藻砂屑白云巖的孔滲具有正相關性，最大孔隙度為10.8%，因此，局部可以形成Ⅰ類儲層；藻格架白云巖物性最好，平均孔隙度為5.5%，平均滲透率在0.37×10-3μm2以上，綜合評價為Ⅰ類儲層。

圖3 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組巖石類型及特征a.含生屑泥晶白云巖，生屑主要為三葉蟲碎片(a1)，肖下段，鑄體，單偏光；b.層紋石白云巖，由近水平的明暗紋層組成，肖上1段，手標本切片；c.凝塊石白云巖，藻凝塊(c1)間細晶白云石(c2)半充填，殘留部分孔隙(c3)，肖上2段，鑄體，單偏光；d.黏結藻屑白云巖，藻屑(d1)間/內溶孔發育(d2)，肖上2段，鑄體，單偏光；e.疊層石白云巖，層間格架孔(e1)被中晶白云石半充填(e2)，殘余孔隙邊緣見瀝青(e3)，肖上2段，鑄體，單偏光；f.硅化的藻格架白云巖，原巖結構被保留，殘留格架溶孔(f1)，肖上1段丘核部位，鑄體，單偏光；g.藻砂屑白云巖，粒間溶孔(g1)均勻發育，少量被粉晶白云石充填(g2)，肖上2段，鑄體，單偏光；h.藻砂屑白云巖，扁平狀溶蝕孔洞(i1)順層發育，肖上2段，露頭；i.含砂屑泥粉晶白云巖，砂屑顆粒(i1)相對較小，肖上3段，鑄體，單偏光Fig.3 Rock types and features of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

圖4 研究區肖爾布拉克組沉積期沉積模式圖Fig.4 Generalized sedimentary model of the Xiaoerblak Formation stage in the study area

圖5 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組白云巖儲層物性特征Fig.5 Physical properties of the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir in the Sugaiteblk Section

為了表征肖爾布拉克組丘灘相儲層的孔喉結構特征，優選藻砂屑白云巖、疊層石白云巖、黏結砂屑白云巖、凝塊石白云巖4種主要巖相的5個樣品進行了常規壓汞分析(表1、圖6)，可以看出這4種巖相的儲層主要以單一的孔喉介質為主。孔喉特征與巖相之間同樣具有良好的相關性：藻砂屑白云巖孔喉質量最好，以大孔喉為主，其具有孔喉分布范圍較廣且分選性、連通性較好及孔喉彎曲迂回程度弱的特征；疊層石白云巖的孔喉質量次之，其具有孔喉分布范圍廣、分選性一般和連通性較好及孔喉彎曲迂回程度較弱的特征；黏結藻屑白云巖表現為以“細歪”的小孔喉為主且分選較差的特征；而凝塊石白云巖則表現為以“粗歪”的大孔喉為主及分選性一般的特征。

蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組儲層的物性數據和孔喉特征反映了儲層質量與巖相之間具有良好的相關性，這是由于高能相帶中形成的藻砂屑灘和具有生長格架的藻格架巖、疊層石不但具有儲層發育的物質基礎，而且容易受到準同生期大氣淡水溶蝕作用的改造[18,23]，使得這些巖相的物性普遍較好；相反，潮下低能帶中形成的層紋石等微生物巖和泥—粉晶白云巖的物性則較差。

表1 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組白云巖儲層常規壓汞分析結果Table 1 Conventional mercury injection analysis in the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir of the Sugaiteblk Section

圖6 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組白云巖儲層常規壓汞曲線特征Fig.6 Conventional mercury injection curves from the Xiaoerblak Formation dolomite reservoir of the Sugaiteblk Section

4 儲層建模

為了更好地刻畫肖爾布拉克組丘灘體的內部結構，及其在橫、縱向上的分布規律，在蘇蓋特布拉克剖面近1 km范圍內實測了4條測線(圖7)，其中測線2是主測線，其頂、底出露最好，并且樣品采集相對容易。根據測線2中的巖相標志層可以較好地向兩側進行地層追蹤，因此4條側線可以采用統一的分層編號。為了進一步表征肖爾布拉克組儲層在三維空間中的分布規律，研究在二維露頭沉積微相模型的基礎上，引入了基于數字露頭的三維儲層建模技術，即利用ILRIS-3D型激光雷達，對剖面進行三維數字掃描，經過數據處理，輸出露頭三維點云圖像，其分辨率為2 cm，然后在Petrel中進行三維建模。

4.1 二維模型

綜合4條測線的巖相剖面及橫向追蹤對比分析，建立了沉積微相模型(圖8)。肖下段主要發育潮下低能帶泥—粉晶白云巖，肖上3段則主要發育潮坪—潟湖相的含砂屑泥—粉晶白云巖。肖上1段和肖上2段是丘灘的主要發育段：肖上1段可識別出3期藻(微生物)丘灘復合體建隆，累計厚度近35 m，其中第1期建隆的核部為藻屑黏結巖，翼部為凝塊石，側向上主要沉積潮下帶低能泥晶沉積物；第2期建隆的核部同第1期相似，為黏結藻屑巖，翼部為凝塊石，但其側向上延伸范圍相對較遠，最終演變為潮下帶低能層紋石；第3期建隆的核部為藻格架巖，厚度達20 m，翼部為凝塊石，側向上下部主要發育層紋石，上部演變為凝塊石，整體反映了海水逐漸變淺的沉積序列。

圖7 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組露頭宏觀特征Fig.7 Macro-features of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

圖8 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組沉積微相模型Fig.8 Microfacies model of the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

肖上2段下部主要發育層狀的黏結藻屑灘，及黏結藻屑丘，丘為點丘，規模相對較小，缺乏丘翼，點丘間為低能臺洼沉積；向上逐漸過渡到高能藻屑灘，灘體側向上連續分布，厚度穩定；該段上部發育層狀疊層石，在區域內分布相對穩定。

前文所述，巖相與儲層物性具有很好的相關性，因此肖爾布拉克組肖上1～2段的中—高能丘灘體是儲層發育的有利載體，其厚度約65～75 m，丘灘地比44%～51%，指示了中緩坡丘灘體具有規?？碧綕摿?。

4.2 三維模型

根據二維露頭地質模型信息，在露頭三維點云圖像中進行地層追蹤、解釋，并標記采樣位置、特殊沉積與構造現象，從而構建完成三維數字露頭，把數字露頭的信息加載在Petrel中用于進行三維地質建模。

建模按照相控儲層的思路，以實測剖面(虛擬井)中的巖相信息為約束，分別對每個地層單元進行三維定量隨機建模，建立三維沉積微相模型，繼而在每個相單元內進行孔隙度、滲透率模擬，建立孔隙度模型和滲透率模型(圖9)。三維沉積微相模型及其切片清晰刻畫了各沉積微相的展布規律，丘灘主要發育于肖爾布拉克組中上部，整體表現為“小丘大灘”的特征，灘在橫向上連續分布。三維孔隙度模型、滲透率模型及其切片則直觀的反映了儲層垂向上具有較好的層位性、相控性和旋回性特征，橫向上具有相同微相單元的物性相對均質的特點。

總體而言，蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組肖上1～2段丘灘體是儲層有利載體，Ⅰ、Ⅱ類有效儲層厚度約45 m，儲地比約31%，儲灘比約64%，其中肖上2段的灘相儲層品質最好。露頭的巖相組合、儲層發育位置和儲層品質與柯坪地區舒探1井具有一定的可對比性，舒探1井的儲層同樣主要發育于肖爾布拉克組中上段的丘灘體中，其Ⅰ、Ⅱ類優質儲層厚度達61.5 m，儲地比達39.2%。綜上所述，露頭和井下都可以反映肖爾布拉克組丘灘相儲層具有勘探潛力，研究成果可為該領域有利區帶評價和目標優選提供依據。根據古隆起控灘原理，中緩坡丘灘沿隆起區的圍斜部位大面積發育，圍繞前文所述的塔里木盆地發育三大古隆區，可以明確塔中—巴東顆粒灘發育區、柯坪—巴楚丘灘發育區和輪南—牙哈丘灘發育區為肖爾布拉克組的有利勘探區帶。

5 結論

(1) 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組主要發育與藻(藍細菌)有關的微生物白云巖(層紋石白云巖、凝塊石白云巖、疊層石白云巖和藻格架白云巖)、黏結藻屑白云巖、藻砂屑白云巖、泥—粉晶白云巖和含砂屑泥—粉晶白云巖，自下而上的巖相組合指示緩坡型臺地沉積特征，可劃分為一個三級層序。

圖9 蘇蓋特布拉克剖面肖爾布拉克組三維地質模型Fig.9 3D geologic model and slices from the Xiaoerblak Formation in the Sugaiteblak Section

(2) 肖爾布拉克組主要發育溶蝕孔洞，粒(晶)間溶孔和藻格架溶孔，總體具有中高孔—中低滲的特征，儲層的發育與巖相具有明顯的相關性，其中藻砂屑白云巖和藻格架白云巖儲層物性最好，為Ⅰ類優質儲層。

(3) 肖爾布拉克組儲層厚度約40～50 m，具有較好的層位性、相控性和規模性，古隆起圍斜部位的中緩坡丘灘體是儲層發育的有利相帶。