岩溶古河道分为明河河道和暗河河道^[1]。明河河道主要发育在风化面表层，由岩溶水溶蚀下切形成，对碳酸盐岩岩溶地貌和近地表储层的改造作用明显；暗河河道由内幕潜流、径流的溶蚀作用形成，通常发育在古潜水面附近，对潜水面附近碳酸盐岩的溶蚀改造作用显著。基于此，越来越多的学者开始研究河流在碳酸盐岩岩溶和储层改造中的作用^[1-3]。

哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩是塔里木油田原油上产的重点层系^[4]，在良里塔格组沉积后发生了短暂暴露^[5]，大气淡水对碳酸盐岩的岩溶作用是该区储集体形成的主要机制。在北高南低的古地貌背景下，可溶性大气淡水汇聚成多条由北向南的明河，并沿明河附近的断裂、裂缝、天坑进入碳酸盐岩地层，形成管道状水流通道，即暗河系统。因可溶性水流量大，岩溶作用时间长，往往可形成体积巨大的溶洞或密集分布的孔洞，在潜山区—层间岩溶区形成了一系列地下暗河成因的大型岩溶缝洞体储层，油气含量丰富，是高产油气井勘探开发的重点对象。因此，刻画古河道系统展布对于在碳酸盐岩潜山暴露区及层间岩溶区选择有利储层和部署高产油气井井位均具有重要的现实意义。

前人通过地震储层反演、属性分析、相干、混频、古地貌恢复等多种技术手段对河道分布进行过预测^[6-8]，但仅限于二维平面的沿层地震切片或时间切片。由于暗河系统空间展布变化大及内部非均质性强等特征，难以实现对暗河系统的空间识别^[9-10]。这些均制约着对岩溶储层发育和油气成藏的深入认识。

以RGB混频三原色技术与基于地震波相似性原理的古河道河床侵蚀深度自动识别技术相结合对该区明河进行平面预测，进而以现代喀斯特岩溶发育实例为指导，采用振幅属性提取技术和地震反射结构分析技术相结合对该区暗河进行精细刻画，并进一步将暗河系统划分为流入型、流出型和含水层洞穴型等3种暗河河道^[11]；最终结合目前勘探开发效果，指明该区下一步勘探开发的有利暗河发育类型。

哈拉哈塘地区位于塔里木盆地塔北隆起中部，北接轮台凸起，南邻满加尔凹陷，西抵英买力低凸起，东临轮南低凸起，勘探面积达4 369 km²，本次研究区为面积1 918 km²的高分辨率三维地震区[图 1（a）]。该区奥陶系主要发育海相沉积地层，自下而上为蓬莱坝组、鹰山组、一间房组、吐木休克组、良里塔格组和桑塔木组。蓬莱坝组岩性主要为灰质白云岩；鹰山组以泥晶灰岩、砂屑灰岩、砂砾屑灰岩为主；早中奥陶世沉积期以开阔台地、滩间海沉积为主，间夹台内砂屑滩沉积，横向展布稳定；至中奥陶统一间房组沉积期海水变浅，沉积相演变为开阔台地台内滩间夹生物礁，横向展布稳定，滩体时常暴露，形成层间溶蚀孔洞，一间房组以砂砾屑灰岩、鲕粒灰岩为主，是研究区的主力储层段；吐木休克组为一套斜坡相薄层泥晶灰岩和含泥灰岩，可作为相对稳定的直接盖层；良里塔格组发育台缘礁滩相沉积^[12]，以砂屑灰岩、瘤状灰岩、砂砾屑灰岩为主；桑塔木组为灰质泥岩与含泥灰岩互层的稳定区域性盖层。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 哈拉哈塘区域构造位置及A59井综合测井图 Fig. 1 Structural location of Halahatang area and imaging logging of well A59

哈拉哈塘地区的构造及其演化特征与塔北隆起具有一致性。受晚加里东运动强烈抬升的影响，哈拉哈塘地区北部奥陶系遭受强烈剥蚀，桑塔木组、良里塔格组、吐木休克组均局部缺失，一间房组局部暴露[图 1（b）]。在良里塔格组/桑塔木组沉积间断期内，地表河流开始发育并随着地貌形态的变化而形成多期、多种形态的河道系统，对奥陶系碳酸盐岩进行溶蚀，使之成为哈拉哈塘地区的主要储层之一^[13]。

三维地震数据体的广泛应用使古河流的刻画成为可能。地震属性体和三维透视技术是早期刻画河道的主要手段，近年来，随着地震分辨率的提高，分频技术得到了较好的应用。应用地震分频技术摆脱了仅依赖振幅类以及振幅衍生类地震属性信息的问题，可以极大限度地去除噪音以及其他无关信息的干扰。本次研究主要借助地震资料对古河道进行刻画和研究。

混频技术利用的是RGB三原色原理，将互不重叠的低频段、中频段、高频段能量属性的分频结果以RGB模式混合起来显示，形成一个具有宽频信息的彩色数据体，然后在该数据体上对古河道进行3D空间雕刻与分析^[7]。基于地震波相似性原理，利用古河道河床侵蚀深度自动识别技术^[8]对明河边界进行修饰，使河道边界更加清晰。该方法是在设置河床种子点的基础上，以地层倾角和地震波形相似性驱动种子点外推，同时采用多窗口旋转扫描精细识别河床边界，最终实现多条多期河道的侵蚀深度及形态预测。

对哈拉哈塘地区奥陶系地震数据体频谱分析的结果显示，低频（4~44 Hz）能更清晰地反映古河道的形态。优选9 Hz，24 Hz，39 Hz等3种频率体应用RGB混频技术生成地震混频数据体，获得古河道的清晰成像，并在奥陶系灰岩顶面识别出6组明河河道（图 2）。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 哈拉哈塘地区奥陶系岩溶区明河识别 Fig. 2 RGB mixing three primary slice diagram along limestone top in Halahatang area

岩溶地下河系统的发育通常分为3个阶段^[11]：① 含水层水文过程的初步有序化以及相对稳定的输入—输出位置形成，流入型洞穴初步形成并加速发展，而流出型洞穴处于岩溶泉状态；② 流入型洞穴加速发展，流出型洞穴初步形成，含水层洞穴强烈地选择性发展；③ 流入型和流出型洞穴连接在一起，成为含水层中的畅排通道，大部分含水层洞穴被遗弃，到成熟后期，沿地下主通道的行迹可出现地表天窗以及较多的塌陷现象，以致部分地下河道出露地表。

上述3个阶段对应形成3种类型的暗河或洞穴：① 流入型洞穴最早形成并迅速发展，可溶性水源来自明河，泄水区不明显，水量充足；② 流出型洞穴形成于流入型洞穴之后，无明显的水源，泄水区汇聚到明河中，水量受大气降水控制，所形成洞穴的规模也不如流入型洞穴大；③ 含水层洞穴最后形成，源自明河，汇入明河，是明河间水流在地下的一个管状通道，原始孔洞空间较大，但这种管状通道后期易塌陷堵塞，其规模通常最小。

地下河系统在地震剖面上多表现为连续强“串珠状”反射特征，多沿断裂、明河发育，明河在地震剖面上表现为强波峰，呈U形或V形下切下伏地层^[14]，但不同类型的暗河地震响应不一样：① 流入型暗河为地面水集中直接输入地下形成的暗河体系，没有明显的流出口，地震响应为“多峰多谷”特征，为强振幅[图 3（a）]，在该类型暗河上部署的A1井钻井过程中漏失钻井液107 m³；② 流出型暗河为地下水集中输出条件下形成的暗河体系，无集中输入口，地震响应为“多峰多谷”特征，也为强振幅[图 3（b）]，该类型暗河上部署的A59井在钻井过程中放空1.54 m，至试油累计漏失钻井液171.6 m³，从该井的成像测井资料上可以清楚地看到暗河管道系统的特征，层状充填物，具有冲刷面，局部充填垮塌角砾[参见图 1（b）]；③ 含水层洞穴型暗河具有完整的输入-输出系统，绝大多数单个通道得不到连续发展的机会，地震响应为“两峰一谷”特征，振幅相对较弱[图 3（c）]，在该类型暗河上部署的A8井钻井过程中未发生放空与漏失。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 哈拉哈塘地区流入型暗河（a）、流出型暗河（b）及含水层洞穴型暗河（c）系统地震响应特征（图中均为奥陶系顶面拉平后的地震剖面） Fig. 3 Seismic response characteristics of inflow(a), outflow(b)and aquifer cave(c)underground river system in Halahatang area

以现代喀斯特岩溶发育模式为指导，结合本区断裂、裂缝展布特征，采用振幅属性提取技术和地震反射结构分析技术预测暗河，在研究区共识别出暗河47条，其中流入型暗河8条，流出型暗河29条，含水层洞穴型暗河10条（图 4）。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 哈拉哈塘地区明河与暗河平面展布 Fig. 4 Plane distribution of river and underground river in Halahatang area

哈拉哈塘油田暗河能量分布稳定，连片性较好，地震反射特征表现为高低起伏及强振幅。以A10井区为例，提取振幅属性，并结合该井区裂缝分布，刻画出A10井区暗河展布（图 5）。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 哈拉哈塘地区A10井区暗河解剖 Fig. 5 Underground river anatomy of well A10 in Halahatang area

流入型暗河对于岩溶作用来讲占有物理、化学和生物化学等方面的能量优势，因此其处于率先发展的地位，发育最早，经历时间最长，延伸和洞体扩大速度均相对较快，形成的洞穴规模最大；流出型暗河主要分布于喀斯特含水层的排泄区，水流化学溶蚀能力减弱，其成洞作用的能力则通常较其流域补给区的某个或多个流入型洞穴弱；含水层洞穴型暗河具有完整的输入-输出系统，绝大多数单个通道得不到连续发展的机会，河流改道或潜水面变化导致通道被废弃或充填，通常规模较小。分析暗河洞穴发育类型的阶段和成因可以看出，不同类型暗河的成洞规模从大到小依次为流入型暗河、流出型暗河和含水层洞穴型暗河。

通过对不同类型暗河上单井缝洞3D雕刻^[15]体积统计发现（表 1），流入型暗河上缝洞雕刻体积普遍大于100万m³，部署在流入型暗河上的A3井雕刻体积达到103万m³；流出型暗河上多数雕刻缝洞体积为（50~100）万m³，少数雕刻缝洞体积大于100万m³，部署在流出型暗河上的A4与A5井雕刻体积分别为91.6万m³与112.4万m³；含水层洞穴型暗河上缝洞雕刻体积普遍小于50万m³，部署在含水层洞穴型暗河上的A8C井单井雕刻体积只有10万m³（图 6）。

表 1(Table 1)

表 1 不同类型暗河上单井雕刻体积及累积产量 Table 1 Carving volume and cumulative production of single well with different types of underground river 序号 井名 暗河类型 雕刻体积/万m3 累积产量/万t 1 A11 流入型暗河 134.0 ＜1 2 A23 流入型暗河 98.4 ＜1 3 A26 流入型暗河 164.0 ＜1 4 A2 流入型暗河 103.0 ＜1 5 A10 流入型暗河 132.0 ＞3 6 A12 流入型暗河 127.0 ＞3 7 A13 流入型暗河 100.0 ＞3 8 A3 流入型暗河 103.3 ＞3 9 A54 流入型暗河 224.6 ＞3 10 A55 流入型暗河 530.0 ＞3 11 A51 流入型暗河 675.2 1~2 12 A44 流入型暗河 87.0 2~3 13 A9 流出型暗河 51.6 ＜1 14 A66 流出型暗河 40.0 ＜1 15 A4 流出型暗河 91.6 ＞3 16 A6 流出型暗河 113.0 ＞3 17 A57 流出型暗河 93.0 ＞3 18 A59 流出型暗河 85.0 ＞3 19 A43 流出型暗河 78.6 1~2 20 A48 流出型暗河 72.0 1~2 21 A49 流出型暗河 75.0 1~2 22 A52 流出型暗河 89.3 1~2 23 A36 流出型暗河 104.0 2~3 24 A41 流出型暗河 64.0 2~3 25 A45 流出型暗河 60.0 2~3 26 A5 流出型暗河 112.4 2~3 27 A63 流出型暗河 31.0 2~3 28 A70 流出型暗河 40.0 失利 29 A71 流出型暗河 80.0 失利 30 A72 流出型暗河 70.0 失利 31 A61 含水层洞穴型暗河 23.1 ＜1 32 A47 含水层洞穴型暗河 23.3 1~2 33 A67 含水层洞穴型暗河 56.3 1~2 34 A73 含水层洞穴型暗河 62.1 失利 35 A8 含水层洞穴型暗河 5.3 失利 36 A82 含水层洞穴型暗河 30.2 失利 37 A8C 含水层洞穴型暗河 10.3 失利 38 A84 含水层洞穴型暗河 12.5 失利 39 A88 含水层洞穴型暗河 19.4 失利 40 A90 含水层洞穴型暗河 15.0 失利

下载CSV 表 1 不同类型暗河上单井雕刻体积及累积产量 Table 1 Carving volume and cumulative production of single well with different types of underground river

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 哈拉哈塘地区单井缝洞3D雕刻图 Fig. 6 Single well carving in Halahatang area

明、暗河发育区均形成于短暂暴露期，不整合面及近地表准层状孔缝洞岩溶发育，油气沿准层状输导体系调整聚集，准层状储层整体含油，在局部储层高部位汇集成藏，因此储层发育规模对油气富集程度影响巨大。钻遇明河的井储层均十分发育，但明河容易被泥质充填。暗河河道通常可形成优于其他孔洞缝储集体的大型洞穴型储集体，易于富集油气。

不同类型暗河油气藏油水分布存在差异，通过实钻发现，钻遇暗河型油藏上的井获得工业油气流的概率大，该区目前打在流入型暗河上的井成功率达到87%，打在流出型暗河上的井成功率可达77%。通过统计不同类型暗河油气藏单井累积产量可以发现，累积产量大于3万t的比率依次为流入型暗河、流出型暗河和含水层洞穴型暗河，这与不同类型暗河发育形成的洞穴规模一致，但是，就算打在同一条暗河系统上，累积产量也有高低之分，图 3（b）所示，A4，A5，A6与A7井均获得工业油气流，尽管A7井原井眼没打在缝洞体最高部位，直接失利，但原井侧钻缝洞体高部位后累积产量超过1万t。暗河系统主要影响“生、储、盖、圈、运、保”中“储”这一因素，主要影响缝洞储集体规模大小，而油气成藏还受到其他5个因素的控制。通过哈拉哈塘油田实际开发效果来看，储集体规模大的暗河油藏累积产量较高，储集体规模大是暗河油藏获得高产的一个重要控制因素。流入型暗河油气藏和流出型暗河油气藏均是下一步勘探与开发的重要目标区。

（1）优化古河道河床侵蚀深度自动识别、RGB混频三原色、振幅属性提取及地震反射结构分析技术，在哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩中识别出6组明河河道和47条暗河河道。

（2）哈拉哈塘地区奥陶系暗河河道分为流入型、流出型、含水层洞穴型3种类型，其中流入型、流出型暗河河道均有利于储层发育，储集体规模大，含水层洞穴型暗河河道后期充填严重，储集体规模较小。

（3）3种类型暗河河道对油气富集程度的影响不同，含水层洞穴型暗河成因的储集体连通性差，有效储集空间小，不利于油气聚集；流入型、流出型暗河成因的储集体有效储集空间大，油气易规模聚集，均是下一步勘探开发的重点目标。