塔河油田T738井區奧陶系碳酸鹽巖巖溶發育特征及儲層控制因素分析

金燕林，王金柱

（1.中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.中國石化西北油田分公司基地管理中心，新疆烏魯木齊 830011）

塔河油田T738井區位于上奧陶統淺覆蓋區，貫穿型規模斷裂呈“棋盤”式展布，區內發育一間房組、鷹山組兩套大型巖溶縫洞型儲層。前人從鉆井、巖心、成像測井及地震屬性等角度對井區的儲層發育類型、成因機制進行分析，認為儲層表現出明顯的層控性，巖溶和斷裂對儲層發育具有重要影響[1]，但關于儲層的發育特征及控制因素方面缺少詳細的論述。同時，隨著開發的深入，井區面臨產量遞減、井間產能差異大、措施增油效果差等一系列問題，表明對井區儲層結構特征及控制因素的認識仍不夠清晰。研究表明，古地貌通過影響與不整合面發育相伴的巖溶作用強度，控制碳酸鹽巖儲集空間的形成與展布[2–5]，而前人對塔河地區的古地貌恢復工作主要以巖溶高地的剝蝕區為主[6–8]，其方法和結果不能應用于淺覆蓋區。因此，本文對研究區海西運動早期的古地貌特征進行恢復，并結合古生物資料[9–10]、鍶同位素及流體包裹體等地球化學資料[11–19]，對井區巖溶發育特征及儲層發育的控制因素進行系統分析，為開發部署尋找有利方向。

1 地質概況

塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起阿克庫勒凸起西南部，西鄰哈拉哈塘凹陷，東靠草湖凹陷，南接滿加爾凹陷，呈向北東抬升、南西傾沒的鼻凸狀（圖1）。海西運動早期古地貌恢復結果顯示，井區位于巖溶高地向巖溶盆地過渡的斜坡帶，地形高差較大，在北西向隆起的封擋作用下，巖溶水系大量匯聚、溶蝕，為巖溶儲層的發育提供了有利的條件。由于加里東運動中期、海西運動早期構造抬升和海平面下降的影響，上奧陶統地層遭到了不同程度地剝蝕。研究區位于桑塔木組尖滅線與恰爾巴克組尖滅線之間，主要發育良里塔格組泥灰巖、恰爾巴克組含泥灰巖、鷹山組和一間房組灰巖。其中鷹山組和一間房組灰巖巖性較純，是重要的儲層發育段。

2 巖溶作用類型及特征

2.1 加里東運動中期巖溶作用特征

塔河地區在加里東運動中期發生的巖溶作用可分為3幕，主要發育中奧陶統和上奧陶統之間的第I幕巖溶作用。前人研究表明，加里東運動中期，研究區發生了一次較大規模的海退[20–21]，中下奧陶統碳酸鹽巖暴露于大氣水環境下，具有同生期巖溶的性質，地層抬升幅度不大，地形高差小，巖溶持續的時間較短[22]，不具備發育大規模巖溶洞穴的條件[1]。

圖1 研究區構造位置

較大規模海退及海平面的頻繁變化，對該時期的巖溶作用造成了一定的影響。TS1井方解石鍶同位素為 0.708 8～0.709 7，與早奧陶世海洋鍶同位素值（0.708 7～0.709 4）相近，是海水環境中沉淀作用而形成。區內共識別出三組牙形刺化石帶，集中于晚奧陶世近底部，其中兩組位于良里塔格組底部，一組位于恰爾巴克組上部，而中奧陶統與上奧陶統之間缺失牙形石帶，表明在中奧陶世末至早奧陶世初，即加里東運動中期第 I幕巖溶作用時期發生了沉積間斷。該時期巖溶作用時間較短，T738井、TS1井流體包裹體熒光顯示均為淡黃色、褐黃色，烴類成熟度較低。因此，該時期未發育大規模的洞穴，以局部小規模孔洞為主，區內有5口鉆井在上奧陶統泥灰巖覆蓋區鉆遇孔洞，如TH10214井、TH10243井、TS3井、T751CH等井均在良里塔格組鉆遇漏失，T751井在恰爾巴克組鉆遇漏失，洞體規模均不大。

2.2 海西運動早期巖溶作用特征

海西運動早期的構造運動在研究區表現為上奧陶統與上泥盆統東河塘組之間的不整合面， 該期構造運動的地層抬升幅度大，持續時間長，地層剝蝕厚度大，研究區中下泥盆統、志留系、上奧陶統桑塔木組地層被剝蝕殆盡，部分良里塔格組、恰爾巴克組地層也遭受不同程度地剝蝕。中下奧陶統長時間接受大氣淡水的巖溶改造，形成規模巨大的巖溶系統，裂縫、孔洞、大型洞穴等儲集空間發育程度高。

海西運動早期，研究區斷裂極其發育，主要受到早期北西–南東向的應力場作用[23–25]，共有北西、北東、近東西三組方向，呈“棋盤”式展布。區內斷距較小，斷裂的形成以平移應力為主，橫向延伸規模最大達7.3 km，縱向上斷至T76，少數斷至T78。廣泛發育的斷裂為巖溶水系的溶蝕改造、大型洞穴的形成提供了有利條件。52口鉆井中，放空、漏失井25口，占48%；37層放空漏失井段中，有32層發生在一間房組和鷹山組，占86.5%，放空漏失規模最大的溶洞達23.57 m（TH10299X井溶洞發育段6 126.53～6 150.10 m），測井資料解釋的最大未充填溶洞達17.00 m（TH10285井溶洞發育段5 979.50～5 996.50 m）。由于后期構造運動影響較弱，海西運動早期巖溶形成的儲集空間保存條件較好，未被充填。

3 儲層特征及控制因素分析

3.1 儲層發育特征

（1）儲層垂向分帶性明顯。研究區位于巖溶斜坡帶，即連接巖溶高地與巖溶盆地的過渡帶，海西早期構造運動結束后，上奧陶統地層淺覆蓋，地層壓力較小。地表水系順地層尖滅帶側向補給，與廣泛發育的規模斷裂充分接觸，地表水、地下水的溶蝕范圍明顯擴大，溶蝕作用增強[26]。同時，由于地層承壓能力較弱，大部分水順貫穿型深大斷裂向上運移至地表，完成泄水，形成廣泛的巖溶區。區內巖溶儲層的發育在縱向上表現出明顯的分帶性，可劃分為垂向滲濾帶、徑流溶蝕帶，并在區域上具有成層性和對比性。綜合測井、鉆井、巖溶、巖溶水流方式、巖溶特征等要素，初步建立了T738井區古巖溶垂向結構判別標準（表1）。

表1 T738井區古巖溶垂向結構判別標準

（2）斷裂是儲層發育的主要控制因素。鉆井顯示，高產井主要集中于斷裂條帶，將振幅變化率與相干屬性相疊合，發現井區內異常能量體在平面上主要沿斷裂延伸方向發育，即斷裂走向控制巖溶帶的走向。這也表明，巖溶水系沿斷裂下滲、溶蝕、排泄的過程，正是儲層形成的過程（圖2）。

圖2 T738井區平面振幅變化率與相干疊合分析

3.2 儲層控制因素分析

研究區縱向上發育一間房組、鷹山組兩套儲層，除古地貌影響外，斷裂是最重要的儲層控制因素。本次研究借助張量屬性對北西、北東、近東西向三組斷裂進行對比分析，結果顯示，沿斷裂發育方向，近東西向、北東向的①、②、③號斷裂呈現層狀溶蝕特征，連續性好；北西向④、⑤、⑥號雁列式斷裂橫向溶蝕面連續性差（圖3）。分析認為，海西運動早期，地層在北西–南東向應力作用下形成北西、北東向斷裂，在后期的構造運動中，應力狀態發生調整，形成了近東西向斷裂，并對先期的北西向斷裂進行切割和錯斷。

北東向巖溶水系沿可溶性巖層面進入研究區后，在不同方向的斷裂發育部位溶蝕作用存在明顯差異。其中，北西向斷裂走向與主水流方向垂直，水動力條件強，流體沿層面和層間斷裂運動，進行“層間–斷裂網絡”型溶蝕，同時形成一間房組、鷹山組兩套地層溶蝕；北東向斷裂與主水流方向斜交，水動力條件轉弱，逐步過渡為靜水沉積環境，區域沉積相類型為開闊臺地相或臺內灘相，T738井取心資料中可見海綿、海藻及海百合等窄鹽度碎屑，與前人認識相符[27–28]，巖溶水沿多角度裂縫側向、垂向溶蝕，主要發育一間房組儲層；近東西向斷裂走向與主水流方向平行，由于其對北西向斷裂的錯斷與調整，部分水系改道并沿斷裂面下滲溶蝕，形成鷹山組地層溶蝕，但水動力條件相對較弱，TS3井在鷹山組的取心粒屑大小不均，呈棱角狀，顆粒分選磨圓度差，表明水流的沖刷改造作用較小，故在該方向上發育的儲層性能較差。綜上所述，斷裂發育方向的差異導致儲集空間發育不同，根據斷裂走向與主水系方向的交互關系，總結了三種儲層發育模式（圖 4）：即北西向斷裂走向與主水流方向垂直，水動力條件強，流體沿層面和層間斷裂運動，進行“層間–斷裂網絡”型溶蝕，同時形成一間房組、鷹山兩套地層溶蝕；北東向斷裂與主水流方向斜交，水動力條件轉弱，巖溶水沿多角度裂縫側向、垂向溶蝕，主要發育一間房組地層；近東西向斷裂與主水流方向平行，部分水系改道并順斷裂面下滲溶蝕，形成鷹山組地層溶蝕。

圖3 不同方向斷裂的張量屬性

圖4 T738井區儲層發育模式

4 結論及認識

（1）塔河油田T738井區主要發育加里東運動中期Ⅰ幕、海西運動早期兩期巖溶作用，加里東運動中期Ⅰ幕巖溶持續的時間較短，不具備發育大規模巖溶洞穴的條件，但該時期形成的溶蝕孔隙保存條件較好，為后期巖溶作用提供了較好的孔滲通道。海西運動早期構造運動幅度大，地層剝蝕厚度大，巖溶作用持續的時間長，形成規模巨大的巖溶系統，裂縫、孔洞、大型洞穴等儲集空間發育程度高，且儲集空間保存條件較好。

（2）巖溶水系順層溶蝕，同時沿斷裂面下滲，發育了垂向滲濾帶及水平徑流帶，在縱向上形成一間房組、鷹山組兩套儲層。平面上，儲層主要沿斷裂延伸方向呈條帶狀分布。根據斷裂走向與主水流方向的交互關系，總結了三種儲層發育模式。