塔河油田碳酸鹽巖小縫洞型儲層特征及成因演化

楊德彬，楊 敏，李新華，張 娟，汪 彥，王 明

（1.中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083；2.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）

自塔里木盆地“串珠狀”地震反射理論提出以來［1-4］，由大型溶洞及其復合體在地震剖面上形成的串珠狀地震反射，已經成為塔河油田奧陶系碳酸鹽巖勘探開發的主要對象。對于縫洞型儲層串珠狀地震反射的成因，很多學者做了大量的研究［5-11］，認為碳酸鹽巖巖層內大型溶洞與地層的強波阻抗界面會形成多次繞射，對這些繞射波進行疊前偏移成像，可在垂向上形成多個強能量團，即地震剖面意義上的“串珠”。塔河油田多年的勘探開發實踐表明，對70%以上的串珠狀地震反射特征進行實鉆能夠鉆遇規模溶洞，并獲得較高的產能。

隨著塔河油田奧陶系碳酸鹽巖勘探開發程度的日益深入，剩余“常規串珠”的數量和規模逐漸減少、能量減弱。在勘探開發過程中，逐步發現除“常規串珠”以外的其他縫洞型儲層也具有較大的潛力。塔河油田T443井、T740井和S48井等表現為雜亂弱反射、“弱小串珠”等地震反射特征，但測試均獲得高產，說明這2 類地震反射特征所對應的小縫洞型儲層也具有較大的開發潛力，擴大了塔河油田碳酸鹽巖勘探開發的類型和領域［12］。目前針對小縫洞型儲層存在研究基礎薄弱、可借鑒經驗不多等諸多問題，為此，筆者從小縫洞概念入手，厘定其儲層類型，開展地震反射類型描述和成因演化研究，以期為塔河油田奧陶系碳酸鹽巖勘探開發新領域提供借鑒。

1 小縫洞的概念

前人研究認為，塔河油田碳酸鹽巖儲集空間以巖溶形成的縫洞系統為主，包括溶洞、孔洞和裂縫［13-14］。筆者提出的小縫洞與前人論述的縫洞系統沒有本質上的不同，僅在尺度上存在差異。

小縫洞的概念有狹義和廣義之分。狹義的小縫洞是指單個的小縫洞，從實鉆或測井的尺度上來說，指直徑或寬度不大于100×103μm 的溶洞（孔洞）。廣義的小縫洞則是指在地球物理角度，小于10 m 的溶洞、孔洞、裂縫組成的縫洞系統或體系，目前在塔河油田只能定性預測分布范圍，在地震剖面上通常表現為雜亂弱反射、“弱小串珠”等反射特征［15-17］。雖然這些小縫洞單個體積小，但數量多，且相互之間通過斷裂、裂縫和溶道等相互連接，其總體規?？赡苓h大于單個常規串珠所表征的大型洞穴。從塔河油田勘探開發實踐出發，本文所涉及的小縫洞，不是指那些狹義概念中所講的孤立的、單個的小縫洞儲集體，而是指成因上有聯系、相互連通的各種尺度縫洞型儲集體或多個小縫洞集合體的總稱（表1）。

2 儲層類型及特征

在多期構造運動及巖溶疊加改造作用下，塔河油田奧陶系碳酸鹽巖地層中形成了大量的溶洞、溶蝕孔洞和裂縫，構成了中-下奧陶統一間房組、鷹山組主要的儲集空間［18-19］。結合小縫洞概念，根據巖心觀察資料以及前人研究成果，將塔河油田碳酸鹽巖小縫洞型儲層分為裂縫型、孔洞型（含小型溶洞）、裂縫-孔洞型（含洞間溶道）3大類。

表1 塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲集空間類型劃分Table1 Classification of Ordovician carbonate reservoir space types in Tahe Oilfield

裂縫型 裂縫主要包括構造縫、構造溶蝕縫和壓溶縫，在研究區普遍發育，以構造縫最為發育。從塔里木盆地柯坪地區野外露頭來看，裂縫寬度大小不一，長度亦有差別，主要表現為剪切縫，部分為張性縫。取心資料顯示，早期發育的裂縫大部分被方解石、泥質或瀝青充填，后期發育的裂縫常呈張開狀態。巖心上顯示的高角度縫在FMI成像測井上有所顯示，水平縫切過垂直縫，裂縫均無填充，且具有沿裂縫溶蝕擴大的特征（圖1）。裂縫是小縫洞型儲層的基本構架，不同沉積時期發育的裂縫相互切割呈網狀，裂縫網絡將小規?？p洞相互連接成縫洞群，極大地提高和改善了孔滲性。

圖1 塔河油田裂縫型儲層野外露頭、成像測井與巖心特征對比Fig.1 Comparisons of characterics of outcrop，electric image logging and core of fractured reservoirs in Tahe Oilfield

孔洞型（含小型溶洞） 溶蝕孔洞是指沿裂縫或含生物碎屑的巖層發生溶蝕而形成的孔洞，整體上表現為規模小、連通性差的特征，局部遭受溶蝕強烈或持續巖溶的部分，會發育為小型溶洞?？锥丛诔上駵y井上基本表現為團塊狀或云霧狀，鉆井過程中被泥漿充填，故呈現暗黑色（圖2）。受溶蝕的影響，在取心時巖心一般會發生破碎，取心率較低。隨著溶蝕作用的繼續，溶孔逐漸發育為溶洞，一般從數毫米級至數米級不等，無組構選擇、形狀各異，在鉆井過程中表現為鉆井液漏失或鉆遇放空。溶蝕孔洞是小縫洞型儲層重要的儲集空間，雖然單個規模較小、分布孤立，但通過裂縫將其串聯成群組，會大幅提高縫洞空間的有效性。

圖2 塔河油田孔洞型儲層成像測井與巖心特征對比Fig.2 Comparisons of characterics of electric image logging and cores of vuggy reservoirs in Tahe Oilfield

裂縫-孔洞型（含洞間溶道） 一般為地表水和地下水沿早期裂縫系統溶蝕擴大，表現為沿裂縫發育特征，屬于無組構溶蝕。與孔洞型儲層不同的是，裂縫-孔洞型儲層中裂縫更為發育，增加了儲層之間的連通性，局部強溶蝕段會形成連通大型溶洞間的溶道。成像測井上在裂縫周圍分布著溶孔，使儲集空間增大，巖心上表現為破碎特征（圖3）。這類儲層在鉆井過程中往往表現為鉆井液漏失。裂縫-孔洞型儲層（含洞間溶道）是小縫洞型儲層最為常見的一種類型，油氣富集程度高、單井產能高。

圖3 塔河油田裂縫-孔洞型儲層成像測井與巖心特征對比Fig.3 Comparisons of characterics of electric image logging and cores of fractured-vuggy reservoir in Tahe Oilfield

3 井-震綜合標定剖析

結合小縫洞概念及儲層特征，根據地震剖面特征，利用井-震標定，進行典型井縫洞發育特征解剖。

雜亂弱反射是小縫洞型儲層典型地震反射特征之一。以塔河油田T10-1 井為例（圖4），從測井解釋結果來看，該井以裂縫型儲層為主，局部井段發育裂縫-孔洞型儲層。其中，裂縫型儲層主要發育3 段，自中-下奧陶統頂面（T74頂面）深度6 155 m以下至6 187，6 188～6 269 和6 270～6 370 m，累積厚度為213 m。測井曲線上，密度無明顯波動，井徑相對穩定，中子孔隙度局部存在波動，雙側向電阻率為2 000～19 000 Ω·m，表明裂縫發育。裂縫-孔洞型儲層發育在6 187～6 188 和6 269～6 270 m 井段，累積厚度僅為2 m。地震剖面上與裂縫發育段無明顯差異。測井曲線上，密度和井徑均具有1 個明顯的低值波谷，中子孔隙度局部增大，表現為尖峰形態，雙側向電阻率表現為漏斗形減小特征。其中6 269～6 270 m 井段與成像測井資料對應較好，能較為明顯的看到狹長形暗色溶孔發育。T10-1井井周沒有可以形成“串珠狀”地震反射的規模溶洞，單井測井解釋也以單個體積小的小縫洞為主。但單井累積產量高，說明這種小縫洞數量多，形成了相互連通的小縫洞群，整體規模大。

圖4 塔河油田T10-1井井-震標定結果Fig.4 Results of well-seismic calibration in Well T10-1 in Tahe Oilfield

“弱小串珠”也是小縫洞型儲層典型地震反射特征之一。以塔河油田TH12-1井為例（圖5），從測井解釋結果來看，該井目的層以裂縫型儲層為主，局部發育裂縫-孔洞型儲層和致密基巖。裂縫型儲層發育在6 335～6 357 和6 370～6 381 m 井段，累積厚度為33 m，成像測井指示含中、高角度裂縫，局部含弱溶蝕孔；6 387～6 402 m 為溶孔發育段，成像測井指示含充填或半充填溶孔。測井曲線上表現為電阻率減小，為漏斗形態；中子孔隙度增大，為箱狀形態；井徑明顯減小，且相對光滑；密度減小，聲波時差增大。與T10-1 井雜亂弱反射特征相比，TH12-1 井鉆遇的“弱小串珠”儲層規模更小，但該井累積產油量達8×104t，表明形成了相互連通、規模較大的小縫洞群。

4 演化過程

塔河油田碳酸鹽巖地層經歷了加里東期和海西期構造運動，數次地表暴露使下奧陶統經歷了多次表生巖溶作用［13-14］。對于每一次構造運動，后期產生的斷裂與縫洞系統都會對前期的斷裂和縫洞系統進行再改造。新縫洞系統繼承之前縫洞系統的一些面貌，多期演化增加了縫洞系統的復雜性［20-23］?？p洞系統演化整體是復雜的，但是每一個獨立構造時期，縫洞系統演化過程卻是有據可循的。從時間尺度上看，縫洞系統的演化都會經歷幼年期、青年期、壯年期和老年期等4個時期。

幼年期 構造運動使脆性的碳酸鹽巖地層產生錯綜復雜的裂縫、斷裂系統。地表水或地下熱液沿裂縫或斷裂進行溶蝕，形成各種溶蝕孔洞，這是縫洞系統演化的早期或幼年期，是后續縫洞系統演化的基礎。在第1階段（圖6a），地層處于埋藏狀態，尚未經歷大的構造運動和表生巖溶溶蝕作用。除繼承前期構造運動形成的儲集空間，其他儲集空間類型尚不發育；進入第2階段后（圖6b），碳酸鹽巖地層由埋藏狀態逐漸抬升，隨著上部地層的風化剝蝕，地表水開始在斷層、裂縫發育的位置形成水道，并發育溶蝕孔縫。此階段的斷裂、裂縫及沿這些裂縫發育的溶蝕孔縫，為后期縫洞發育奠定了基礎。如果縫洞系統就此終止，所形成的小縫洞型儲層類型為裂縫型、經巖溶水改造的裂縫-孔洞型。

青年期 隨著地層繼續抬升，地層內部斷層、裂縫遭受溶蝕形成小規模溶洞，溶洞之間開始向外沿裂縫、孔洞溶蝕擴大。與其他小溶洞相互溝通的溶道也開始形成，這些小型溶洞和洞間溶道在后期不被充填的情況下，形成有利的儲集空間。這一時期形成的小縫洞型儲層類型以孔洞型為主，主要包括洞間溶道及小型溶洞（圖6c）。

壯年期 在第4階段，地層抬升達到最大高度，隨著巖溶作用的進行，小型溶洞持續擴大，相鄰的溶洞通過溶道或管道連接在一起，形成大型溶洞。同時，此階段發育的小型溶洞在后期埋藏過程中不容易發生坍塌，可以提供有效的縫洞儲集空間（圖6d）。進入第5 階段后，地層開始下降，逐漸由暴露期向埋藏期轉變。溶洞的溶蝕程度達到最大，相鄰溶洞進一步連通形成大的廳堂洞穴。落水洞向下發育新的溶洞。隨著地層的下降，碳酸鹽巖逐漸被淺埋，上部地層開始通過落水洞、豎井等向洞穴充填碎屑巖沉積物（圖6e）。這是塔河油田碳酸鹽巖縫洞系統最重要的發展階段，也是目前塔河地區最重要的常規串珠狀大型縫洞系統發育的階段。該階段形成的小縫洞型儲層以孔洞型、裂縫-孔洞型為主，包括小型溶洞、洞間溶道及沿裂縫溶蝕擴大的孔洞，是開發潛力較大的一種類型。

圖5 塔河油田TH12-1井井-震標定結果Fig.5 Results of well-seismic calibration in Well TH12-1 in Tahe Oilfield

圖6 塔河油田小縫洞系統發育演化模式Fig.6 Evolution models of small-scale fracture-cavity system in Tahe Oilfield

老年期 在第6 階段（圖6f—6h），碳酸鹽巖埋藏深度繼續加大，當上覆地層壓力大于溶洞頂部巖石所能承受的壓力時，溶洞發生垮塌，上覆地層巖石對垮塌的空間進行部分充填。垮塌體周圍形成大量次生的裂縫和斷層，這些裂縫與斷層大多呈現環形和放射狀的形態；而溶蝕體積較小的溶洞和小型管道，不容易發生垮塌。因此該階段以形成孔洞型儲層為主，主要包括殘余的小型溶洞和洞間溶道。

5 結論

塔河油田碳酸鹽巖小縫洞是除巨洞（即地球物理尺度上能夠產生串珠狀地震反射、實鉆/測井尺度上直徑或寬度大于100×103μm）之外的、所有其他不同尺度的孔洞、裂縫和孔隙組成的縫洞系統或體系，其規?？赡苓h大于所謂的單個串珠狀大型洞穴型儲集體，是繼串珠型儲集體之后又一個潛力巨大的勘探開發目標，通常表現為雜亂弱和弱小串珠等地震反射特征。小縫洞型儲層類型分為裂縫型、孔洞型、裂縫-孔洞型。雖然單井測井解釋的小縫洞體積較小，但數量多，形成了相互連通的小縫洞群，整體規模大。

結合塔河油田縫洞發育演化過程，從時間尺度上，將小縫洞型儲層演化過程劃分為幼年期、青年期、壯年期和老年期。不同演化時期形成的儲層類型存在差異。裂縫、裂縫伴生孔洞主要形成于幼年期?？锥葱?、裂縫-孔洞型儲層主要形成于青年期和壯年期，包括洞間溶道及小型溶洞。老年期以發育孔洞型儲層為主，主要包括各種規模溶洞垮塌體殘留的小型溶洞、殘余洞間溶道。其中，形成于青、壯年期的小型洞穴、洞間溶道及沿裂縫溶蝕擴大的孔洞，是開發潛力較大的對象，是未來可能形成高產井的最主要類型。