塔北奧陶系露頭區溶洞型儲集體內部結構模式及成因分析

(成都理工大學 四川 成都 610000)

一、前言

奧陶系是全球大規模陸表海碳酸鹽巖的主要建造期，伴生烴源巖的建造層序和構造圈閉的形成，有利于大型油氣藏的發育。隨著世界石油勘探的發展，在碳酸鹽巖油藏中得到的油、氣儲量和產量越來越大，因而越來越引起國內外專家的重視。

碳酸鹽巖儲層作為一類主要的油氣儲層類型，其形成、演化與碳酸鹽巖古巖溶密切相關。塔北輪南、英買力及哈拉哈塘等地區的奧陶系海相碳酸鹽巖古巖溶儲層較為發育，其具有發育層位眾多、分布面積廣，厚度大，巖溶作用類型復雜、期次多，溶洞內充填物復雜，儲層非均質性強的特點。現已成為目前塔里木盆地乃至國內海相碳酸鹽巖勘探開發的熱點和亮點，對其內部結構模式及成因的研究，有助于推動石油工業發展。

二、研究區域地質構造背景

塔里木盆地是位于中國西部含有豐富能源資源的一個大型的疊合盆地。從震旦紀到古、新近紀，盆地經歷過漫長的、多期構造變革和多個原盆地疊合、改造的地質演化史，發育一系列重要的不整合面及古隆起帶。

塔北地區構造格局總的表現為中新生界和古生界兩大構造層，構造特征有較大的差異性，古生界為長期繼承性發育，并逐層遭受剝蝕的殘余古隆起，斷裂及構造圈閉十分發育；中新生界結構整體上表現為南高北低的北傾斜坡形態，局部地區受下部斷裂重新活化發育構造圈閉。

由于塔北構造形態主要表現在古生界，中新生界為簡單的斜坡形態，目前主要以古生界構造特征認識塔北構造格局。受古生界大斷裂的控制，塔北構造單元由西向東劃分為英買力低凸起、輪臺低凸起、哈拉哈塘凹陷、輪南低凸起、草湖凹陷以及庫爾勒鼻隆，總體以“四隆兩凹”的形態分布(圖2-1)。

圖1 塔北地區奧陶系灰巖頂面立體顯示圖

三、露頭溶洞型儲集體類型及特征

(一)露頭溶洞型儲集體類型。塔北奧陶系露頭儲集空間類型分為：溶洞型儲集體、裂縫型儲集體、礁灘溶孔型儲集體、粒間孔型儲集體、晶間孔型儲集體等五類。本文重點對塔北奧陶系露頭溶洞型儲集體類型進行了劃分。

(二)露頭溶洞型儲集體內部結構模式。充填物類型可分為：物理充填、化學充填、垮塌角礫巖充填。物理充填包括砂泥充填、礫石充填；化學充填包括方解石充填、石膏充填、硫磺充填和螢石充填等。

巖溶在地表—近地表和埋藏演化階段會發生反復的溶蝕和充填作用，形成充填程度、充填物類型及組合特征各異的溶洞，當作為油氣儲層時則會表現出強烈的空間非均質性，是一種極為特殊和復雜的儲層類型[22]。塔里木盆地北部柯坪—巴楚地區廣泛出露奧陶系古溶洞，分布在沿314國道從柯坪向西至西克爾一帶，包括硫磺礦、硫磺溝、一間房、五道班和西克爾等地。近年來，有些學者開始對該區溶洞充填特征進行研究，劉偉認為西克爾溶洞以沉積和化學充填為主[24]，牛永斌認為硫磺溝和五道班地區存在鈣華沉積[25]。

四、露頭溶洞型儲集體成因分析

(一)古巖溶成因類型及特征。古巖溶的成因類型是碳酸鹽巖古巖溶研究的基礎。目前古巖溶的分類極不統一，因分類依據的不同，可有多種分類方案[6,14,13,37-40]?？v觀前人的分類，結合研究區奧陶系的實際情況，遵循科學性、勘探實用性、成因聯系性的原則將研究區碳酸鹽巖古巖溶劃分為三大類[17]：準同生巖溶、埋藏巖溶和風化殼巖溶(表4-1)。

表4-1 塔北地區古溶洞成因類型及特征

(二)古巖溶作用的期次及疊加、耦合關系

塔里木疊合盆地的多旋回構造演化特點，形成了塔北奧陶紀不同階段、不同類型碳酸鹽巖6期古巖溶作用的疊加、改造關系，其中最主要的是加里東中期和海西早期[43,44]，以及加里東早期II幕。多期同類型巖溶的疊加，或者是準同生巖溶、風化殼巖溶和埋藏巖溶三類巖溶的疊加或繼承性發育，都會使巖溶類型變的復雜，而難以辨識。從理論上來講，古巖溶作用的期次包括兩個方面：上述三種古巖溶作用中同一類型的古巖溶作用在不同階段的疊加、改造關系，以及不同類型古巖溶在同一階段和不同階段的疊加、改造次序。鑒于古巖溶期次研究的目的主要在于界定多期成因、多期改造及多期充填的古巖溶作用的關系及發育演化規律，并從一定程度上揭示各種成因類型、各期次巖溶作用對碳酸鹽巖儲層的有效貢獻量。限于目前的研究技術手段和勘探實際，對于古巖溶作用的期次和疊加關系只能落實到與構造運動密切相關的某一階段內哪類巖溶作用占主導以及對儲層的貢獻效應。

(三)埋藏巖溶及風化殼巖溶與準同生巖溶耦合關系

準同生巖溶作用受到海平面升降的控制，一般發育于相對海平面下降期；同時受沉積環境控制，主要發育于潮坪相、潟湖相以及臺地內的灘相。

埋藏巖溶作用受埋藏期深部成巖作用的影響，其分布受深埋熱液的活動范圍控制。埋藏巖溶作用總是沿著前期古風化殼殘余孔洞縫系統發生，并往往優先溶蝕各種孔洞和裂縫充填物，使儲層孔隙表現出某種繼承性。與此同時，這類溶蝕孔洞的形成與烴類的快速及時注入和定位是密切配合的。因而，埋藏巖溶作用是儲層形成的最主要作用和直接因素[6]。在平面上，這類儲層的分布范圍與白云巖型風化殼巖溶儲層的分布大致是一致的。這類儲層往往有較高的孔隙度和滲透率，以基質準同生巖溶孔疊加后期再溶蝕空洞為特征，均質性相對較好。熱液巖溶多發生在深埋階段和后期盆地反轉以及造山過程，在兩個構造部位極為發育：一是受斷裂控制的臺緣前斜坡，在盆地反轉過程轉為逆沖斷層并與殼源基底斷裂相連，構成深部熱水通道；二是海西期造山階段，殼源火山熱活動上涌攜帶深部熱水，沿著斷裂和裂隙溶蝕交代碳酸鹽圍巖。

風化殼巖溶作用主要受古潛山范圍的控制，是后期構造運動導致地層抬升接受晚期大氣淡水的淋濾而發育的，其形成的儲層一般分布在古潛山面之下。長期隆升風化殼巖溶主要發育于古潛山的核部，而短期暴露不整合面巖溶主要發育于古潛山的斜坡帶。塔北地區石灰巖型風化殼巖溶儲層主要分布在輪南地區及英買力的英買4井、玉東2井和紅旗2井等井區，其原始沉積環境包括局限臺地、臺內灘和障壁灘相；白云巖型風化殼巖溶主要分布在牙哈地區和英買力的東部地區，其原始沉積環境為臺地灘、障蔽灘或局限臺地[13,42]，在這些石灰巖型巖溶儲層及白云巖型巖溶儲層中，均發育強烈的準同生溶蝕作用和準同生后溶蝕作用的印跡。

五、結論

(1)塔北地區構造演化大致經歷了三大階段：穩定抬升剝蝕期、擠壓抬升期、調整定型期；而決定構造格局的古生界構造形態主要形成于海西期，定型于早印支期。塔里木疊合盆地的多旋回構造演化特點，形成了塔北奧陶紀不同階段、不同類型碳酸鹽巖6期古巖溶作用的疊加、改造關系。其中對于塔北地區奧陶系古巖溶儲層起重要作用的為加里東中期和海西早期以及早加里東期II幕。

(2)塔北奧陶系露頭大型溶洞可劃分為：地下河、豎井、孤立溶洞和廊道型溶洞等四類。根據充填程度將溶洞分成3種類型：充填型、部分充填型和未充填型，絕大部分溶洞屬于充填型。充填物類型可分為：物理充填、化學充填、垮塌角礫巖充填。物理充填包括砂泥充填、礫石充填；化學充填包括方解石、石膏、硫磺、螢石等。巖溶在地表—近地表和埋藏演化階段會發生反復的溶蝕和充填作用，形成充填程度、充填物類型及組合特征各異的溶洞。研究區絕大多數溶洞發育多種充填物，主要存在兩種溶洞復合充填模式：物理沉積物——垮塌角礫巖充填模式和物理沉積物——化學充填物充填模式。

(3)古巖溶作用是塔北地區奧陶系海相碳酸鹽巖儲層形成的關鍵要素之一，巖溶發生在中低緯度的熱帶和亞熱帶氣候條件下，主要包括準同生巖溶、埋藏巖溶、風化殼巖溶3種不同成因的巖溶類型。塔北地區奧陶系各類巖溶具有復雜而顯著的耦合關系。準同生期巖溶為后期的埋藏巖溶準備了基礎通道；隨后發育的埋藏及風化殼巖溶則是繼承并疊加早期準同生巖溶通道的發育，最終成為潛在的優質儲層。

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