岩性油气藏  2018, Vol. 30 Issue (1): 63-74       PDF    
×
塔里木盆地中—上寒武统白云岩储层类型及发育模式
王晓丽1,2, 林畅松3, 焦存礼2, 黄理力4    
1. 中国地质大学(北京)能源学院, 北京 100083;
2. 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院, 北京 100083;
3. 中国地质大学(北京)海洋学院, 北京 100083;
4. 中国石油杭州地质研究院, 杭州 310023
摘要: 塔里木盆地中—上寒武统广泛发育白云岩储层,但对储层的主要类型、特征和成因机制均缺乏深入研究并存在争议。为了弄清该区储层发育特征和成因,综合利用野外露头、岩心、薄片、钻井、测井及地震资料,运用沉积学、储层沉积学、沉积地球化学等方法开展综合研究,探讨了中—上寒武统主要白云岩储层类型的储集空间特征及控制因素。研究表明,中—上寒武统主要发育有蒸发性潮坪泥—粉晶型、礁滩相-残余结构型、热液-裂缝中粗晶型、表生岩溶-热液叠加型及埋藏-细中晶型5种白云岩储层;各类储层的储集空间、发育演化和分布均受到了沉积环境、白云石化作用、岩溶作用和深部流体改造等多种因素的叠加控制。通过建立礁滩型、表生岩溶-热液叠加型及蒸发性潮坪型等3种有利白云岩储层发育模式,预测了有利发育区。研究成果对塔里木盆地中—上寒武统白云岩储层油气勘探具有借鉴意义。
关键词: 白云岩储层      储集空间      发育模式      中-上寒武统      塔里木盆地     
Dolomite reservoir types and development models of Middle-Upper Cambrian in Tarim Basin
WANG Xiaoli1,2, LIN Changsong3, JIAO Cunli2, HUANG Lili4     
1. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. SINOPEC Research Institute of Petroleum Exploration and Production, Beijing 100083, China;
3. School of Ocean Sciences, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
4. Hangzhou Institute of Geology, PetroChina, Hangzhou 310023, China
Abstract: Dolomite reservoirs are extensively developed in Tarim Basin, however, the types, characteristics and genesis have not been research thoroughly and are debated. Based on the data of outcrop, cores, loggings and seismic, the sedimentology, reservoir sedimentology and sedimentary geochemistry were applied to study the reservoir space characteristics and controlling factors of the main dolomite reservoirs in the Middle-Upper Cambrian. The result shows that there are five types of dolomite reservoirs are developed in the Middle-Upper Cambrian, including evaporative tidal flat, reef shoal, hydrothermal fluid fracture, epigenetic karst-hydrothermal superposition and burial type. The reservoir spaces, development and distribution were controlled by depositional setting, dolomitization, karstification, deep fluid reformation. Three favorable types of dolomite reservoir development models were established, such as reef shoal type, epigenetic karst-hydrothermal superposition type and evaporative tidal flat type, and the favorable developmental areas were predicted. The research results have reference significance for the oil and gas exploration of the Middle-Upper Cambrian dolomite reservoirs in Tarim Basin.
Key words: dolomite reservoirs      reservoir space      development model      Middle-Upper Cambrian      Tarim Basin     
0 引言

全球许多大型油气田产自碳酸盐岩储层,而其中一半以上为白云岩储层[1-2]。白云岩储层的形成机制和控制因素一直是石油地质学和沉积地质学的研究热点,就如同白云岩的成因一样,也是一个被长期争论的课题。塔里木盆地寒武系,尤其是中—上寒武统发育了巨厚的、分布广泛的白云岩系,在多个层位均发育白云岩储层。近年来,塔里木盆地的油气勘探揭示下古生界白云岩可能形成重要的油气藏[3-5],其中寒武系白云岩是重点勘探目标之一,其储层类型、成因及分布规律成为当前研究的重点[6-7]

多年来,针对塔里木盆地白云岩和白云岩储层的成因已开展过许多研究,但仍存在诸多争议[8-14]。部分学者认为塔里木盆地上寒武统主要发生混合水和埋藏白云石化作用,中寒武统主要发生准同生白云石化作用[6],而另有部分学者认为上寒武统主要发生回流渗透和埋藏白云石化作用,中寒武统主要发生萨布哈和埋藏白云石化作用[4, 10-11]。白云岩储层的成因问题相对更为复杂,不仅涉及到白云石化作用,还涉及到储集空间的发育过程、成因等问题,因此,需要对白云岩储层的类型、储集空间特征、控制因素及分布规律等进行深入探讨和系统研究。

综合利用野外露头、岩心、薄片、钻井、测井及地震资料,重点利用塔中—巴楚、塔北、塔东等地区钻穿(或钻遇)中—上寒武统的30余口井的钻井和测井资料、3条野外露头剖面及地震资料、200余块样品资料,运用沉积学、储层沉积学、沉积地球化学等方法开展综合研究,从沉积背景、白云石化作用、构造裂缝、深部流体等多因素叠加的角度揭示塔里木盆地中—上寒武统白云岩储层类型和发育模式,以期深化对塔里木盆地白云岩储层成因的研究并为盆内白云岩油气勘探提供依据。

1 地质背景和层序格架

塔里木盆地是我国规模最大且富含油气资源的叠合盆地,地质构造复杂,可划分为“三隆四坳”7个一级构造单元[15],即库车坳陷、塔北隆起、北部坳陷、中央隆起、西南坳陷、塔南隆起和东南坳陷(图 1)。本次研究以塔北隆起、中央隆起及其周缘为重点研究区域。

下载eps/tif图 图 1 塔里木盆地构造单元划分 Fig. 1 Tectonic unit division of Tarim Basin

塔里木盆地在前震旦纪陆壳基底上发展而来,震旦系不整合于前震旦系结晶变质基底之上,寒武系与下伏震旦系呈微角度不整合接触。寒武系以白云岩、泥晶灰岩及泥灰岩等碳酸盐台地沉积为主,厚度为1 600~2 000 m。依据区域性不整合面,可将寒武系划分为3个复合层序,大体相当于下寒武统、中寒武统和上寒武统[16]。3个复合层序的内部沉积特征大致相似,均反映了早期快速海侵、晚期缓慢海退,且向上逐渐变浅的台地生长序列。依据局部不整合和沉积旋回,可进一步划分出7个三级层序,每一层序都由海侵体系域和高位体系域构成(图 2)。复合层序CSQ1(下寒武统)底部含有磷质结核、燧石条带或团块,广泛超覆于震旦系或前震旦系基底之上,可划分为2个三级层序;复合层序CSQ2(中寒武统)主要由中厚层状的白云岩组成,并夹有大量石膏和盐岩层,可划分为2个三级层序,与下伏地层呈微角度不整合接触[17];复合层序CSQ3(上寒武统)主要发育厚层状白云岩,可划分为3个三级层序,与下伏地层呈平行不整合或局部微角度不整合接触。寒武纪塔里木盆地中西部以广泛发育碳酸盐台地为特征,东部则发育满加尔深海环境。早寒武世以开阔到半局限台地为主;中寒武世广泛发育蒸发台地和局限台地;晚寒武世基本继承了前期盆地特点,局限台地范围缩小;晚奥陶世早期,分化为塔中、塔北等孤立台地;晚奥陶世中期,台地被整体淹没,结束了古生代碳酸盐台地的演化历史[16]

下载eps/tif图 图 2 塔里木盆地寒武系层序序列 Fig. 2 Sequence classification of Cambrian in Tarim Basin
2 白云岩储层类型及储集空间特征

前人对塔里木盆地白云岩储层特征和类型的研究取得了一些成果,并主要体现在白云岩结构、成因及储集空间特征等方面[14, 17-20],白云岩储层类型主要是按照白云岩结构特征及其成因等划分的。综合考虑白云岩的岩石结构特征、储层的形成背景和条件,将塔里木盆地中—上寒武统白云岩储层划分为以下几类:蒸发性潮坪泥—粉晶型白云岩储层、礁滩相-残余结构型白云岩储层、热液-裂缝中粗晶型白云岩储层、表生岩溶-热液叠加型白云岩储层、埋藏-细中晶型白云岩储层(表 1)。

下载CSV 表 1 塔里木盆地中—上寒武统白云岩储层类型及特征 Table 1 Types and characteristics of Middle-Upper Cambrian dolomite reservoirs in Tarim Basin
2.1 蒸发性潮坪泥—粉晶型白云岩储层

蒸发性潮坪泥—粉晶型白云岩储层主要发育于含膏或膏质泥—粉晶白云岩和藻纹层白云岩中。露头、岩心观察可见这些白云岩发育藻纹层和鸟眼构造等原生沉积构造,层面显微波状水平层理[图 3(a)];泥—粉晶白云岩含石膏结核或膏质角砾岩[图 3(b)]。镜下观察可见薄层泥—粉晶白云岩与其下部的薄—中厚层状叠层石、藻凝块白云岩构成频繁互层,应形成于潮间带至潮上带环境。

下载eps/tif图 图 3 塔里木盆地寒武系白云岩储层储集空间特征 (a)藻纹层泥—粉晶白云岩,与膏泥岩等蒸发类沉积共生,TZ1井,4 219.70 m,∈2a,铸体薄片,单偏光;(b)条带状膏质藻云岩,BT5井,5 356.80 m,∈2a,普通薄片,单偏光;(c)泥晶白云岩的膏模孔呈密集针孔状分布,肖尔布拉克剖面,∈2a;(d)藻纹层泥—粉晶白云岩富屑亮层的晶间孔发育,TZ1井,4 109.50 m,∈3q,铸体薄片,单偏光;(e)藻纹层白云岩的晶间孔非常发育,连通性好,TZ1井,4 219.70 m,∈2a,铸体薄片,单偏光;(f)藻黏结白云岩发育的晶间溶孔、晶间孔,TS1井,7 461.20 m,∈2a,扫描电镜;(g)残余颗粒白云岩的粒内溶孔特征,HT1井,6 165.80 m,∈3q,铸体薄片,单偏光;(h)粉晶白云岩的溶洞外壁发育泥晶镶边,垂直洞壁生长的半自形细晶白云石,TS1井,7 463.20 m,∈3q,普通薄片,正交偏光;(i)粉晶白云岩中的港湾状溶孔、溶洞,无热液矿物,仅局部洞壁生长有少量半自形细晶白云石,沿孔、洞边缘发育少量自形中晶白云石,TS1井,7 874.30 m,∈2a,铸体薄片,正交偏光;(j)裂缝周边热液中粗晶白云岩与细晶白云岩基质的过渡特征,Z4井,5 969.22 m,∈3q,铸体薄片,单偏光;(k)粉晶白云岩发育溶洞,充填中粗晶白云岩,TS1井,8 406.50~8 406.70 m,∈1x,岩心照片;(l)早期裂缝局部溶蚀扩大成大溶洞,溶洞中充填自形石英和方解石,石灰窑剖面,∈3q,铸体薄片,单偏光;(m)粉细晶白云岩的孔隙内壁生长自形粗晶白云石,TS1井,7 874.30 m,∈2a,铸体薄片,单偏光;(n)泥—粉晶白云岩发育溶洞,内壁生长洁净半自形细晶白云石,XH2井,5 596.56 m,∈3q,铸体薄片,单偏光;(o)残余结构白云岩的裂缝充填自形中粗晶白云石,同时可见粒内溶孔充填石英,XH2井,5 352.01 m,∈3q,铸体薄片,正交偏光;(p)细晶白云岩的裂缝扩溶形成溶洞,后期沉淀自形石英和方解石,石灰窑剖面,∈3q,普通薄片,正交偏光,茜素红染色;(q)粉细晶白云岩被交叉裂缝切割形成破碎带,晶间孔连片发育,XH2井,5 354.01 m,∈3q,铸体薄片,单偏光;(r)残余砾屑白云岩发育裂缝,砾屑间胶结物有时沿裂缝溶蚀成较大的孔,XH2井,5 352.01 m,∈3q,铸体薄片,单偏光;(s)粉晶白云岩的晶间孔发育,XH2井,5 354.01 m,∈3q,铸体薄片,单偏光;(t)细晶白云岩的晶间孔发育,TS1井,7 267.06 m,∈3q,铸体薄片,单偏光 Fig. 3 Reservoir space characteristics of Cambrian dolomite reservoir in Tarim Basin

塔中、塔北地区寒武系泥—粉晶白云岩碳氧同位素分析表明,其具有准同生白云石化特征,δ18OPDB值为-8.41‰~-5.51‰(图 4),与寒武纪海水的δ18O值(-8‰~-3‰)相当[21],但δ13CPDB值为-2.210‰~ 2.005‰,相对较高,可能与其高盐度的形成环境有关。这些泥—粉晶白云岩的锶含量高,质量分数可达到175.99×10-6,说明其成岩介质盐度较高。这些白云岩的流体包裹体均一温度较低,为80.8~ 90.4 ℃,反映其形成于近地表准同生期或浅埋藏阶段。在塔中地区利用白云岩-水的关系公式推测也得出了与上述相同的结论[22]。另外,多数样品的阴极发光较暗,Fe和Mn含量均较低,表明所形成的环境为氧化性较强的蒸发性或萨布哈环境。

下载eps/tif图 图 4 塔中、塔北地区寒武系白云岩碳、氧同位素交会图 Fig. 4 Crossplot of carbon and oxygen isotope of Cambrian dolomites in middle and northern Tarim Basin

泥—粉晶白云岩储层的储集空间以膏模孔和膏溶坍塌孔为主,为白云岩中石膏、硬石膏、盐岩等在准同生期大气淡水溶蚀作用下溶解而形成。野外露头肖尔布拉克剖面和蓬莱坝剖面的阿瓦塔格组均可见蜂窝状膏溶孔顺层发育[图 3(c)]。膏模孔虽难以独立成为有效储集空间,但在与裂缝连通时可以形成好的储层。石膏层易溶解并发生垮塌而形成角砾岩,角砾岩间常形成棱角较分明的角砾孔。如塔北隆起TS1井岩心上可见膏溶角砾孔,孔隙大小不一,基本无充填(7 873.7~7 875.9 m井段)[19];后期遭受溶蚀作用,不规则形状的角砾孔边缘变得浑圆。这类膏溶垮塌形成的孔隙孔径较大,连通性好,较大规模发育时可构成优质白云岩储层。

另一种有效储层发育于藻纹层白云岩中,主要发育原生的窗格孔和晶间孔,孔隙度虽然较小,但渗透性好。准同生期的藻纹层白云岩主要由自形—半自形的泥—粉晶白云石构成,晶体间主要为点—线状接触,常常形成有效的晶间孔。镜下观察发现,藻纹层白云岩富屑亮层的晶间孔非常发育[图 3(d)~(e)],使层状发育的叠层石白云岩的孔隙性和渗透性都较好。值得指出的是,裂缝的发育会明显改善储层的孔渗性,特别是沿裂缝发生扩溶时,可形成蒸发性潮坪泥—粉晶型优质白云岩储层。

2.2 礁滩相-残余结构型白云岩储层

礁滩相-残余结构型白云岩储层是由残余颗粒结构白云岩、残余藻黏结结构白云岩组成,主要发育于台地边缘滩相或台内礁、滩相中,其原始沉积物应为台缘礁滩颗粒灰岩、藻黏结灰岩及共生的灰泥沉积物,在准同生期发生了白云石化作用,但仍保留了原岩的颗粒和生物礁结构,部分只能看到原始结构的幻影。塔中—巴楚地区HT1井、塔北地区TS1井等多口井的岩心薄片中均可观察到残余颗粒结构和藻黏结结构。

该类储层的储集空间主要为粒内溶孔(含铸模孔),粒间溶孔及短暂暴露表生岩溶形成的溶蚀孔、洞,另外还有构造裂缝和残余格架孔[图 3(f)]等。生物礁灰岩或颗粒灰岩中发育大量原生孔隙,包括粒间孔、粒内孔及藻间孔,在经历了多期白云石化作用和成岩作用之后,原生孔隙逐渐减少,储层孔隙度显著下降。

粒内溶孔是该类白云岩储层重要的储集空间,为残余颗粒白云岩的颗粒部分被溶解所形成,孔径为0.2~2.0 mm。如在HT1井等的岩心中可观察到大量的粒内溶孔[图 3(g)],有时颗粒完全被溶蚀形成铸模孔。残余颗粒白云岩的颗粒或骨架间的亮晶胶结物易于被溶蚀并形成粒间溶孔,孔径变化较大,一般为0.1~0.5 mm,最大可超过1 mm,较晶间溶孔大得多。

溶蚀孔、洞是该类白云岩储层的另一类重要的储集空间,有时为孔径介于0.01~2.00 mm的针状孔,有时为较大的溶蚀孔、洞(洞径多为1~10 mm,有时更大)。TS1井寒武系岩心样品镜下可见残余颗粒结构白云岩和残余藻黏结结构白云岩,岩心上普遍发育溶蚀孔、洞,有时密集发育并呈蜂窝状。孔、洞常被方解石、自形白云石充填,有时沿孔、洞壁可见泥晶镶边[图 3(h)],并可见半自形细晶白云石,它的出现反映了陆上暴露特征。部分溶洞呈港湾状,洞内仅局部洞壁生长有少量半自形细晶白云石[图 3(i)],反映了表生溶蚀特征。部分洞内可见石英和粗晶白云石环带发育,反映了热液叠加改造特征。

2.3 热液-裂缝中粗晶型白云岩储层

国内许多学者对研究区热液白云岩储层进行过研究[8-9, 17, 23-24],中粗晶白云岩是热液白云岩的标型矿物之一[9]。塔北、塔中、塔东地区多口钻井均揭示,中粗晶白云岩储层的物性较好,常发育于断裂系统及其周边区域,有时可见与泥—粉晶基质白云岩有过渡现象[图 3(j)],主要为泥—粉晶白云岩基质经过热液重结晶作用和胶结作用所形成,常见与多种典型热液矿物相伴生。研究区中粗晶白云岩的碳、氧同位素均偏负,δ18 OPDB值为-13.01‰~-5.12‰,δ13CPDB值为-2.446‰~1.280‰,说明该类白云岩的形成也可能与高温作用有关(参见图 4)。白云石化流体中的氧同位素分馏受温度和盐度的影响,因而δ18 O值总体偏负。一些中粗晶白云岩的碳、氧同位素与泥—粉晶白云岩具有部分重叠现象,可能与其是由泥—粉晶白云岩交代或重结晶而形成有关,它们均继承了基质白云岩的氧同位素特征[22]

该类储层的储集空间主要是溶蚀孔、洞,通常呈不规则形态,无组构选择性[图 3(k)~(l)],岩心上呈稀疏或密集发育。溶蚀孔、洞、缝内常见自形中粗晶白云石部分充填,使孔、洞具有亮边特征[图 3(l)~(n)];有时被石英、萤石、玉髓等热液矿物充填[图 3(k)图 3(o)~(p)]。热液溶蚀孔、洞与裂缝的关系密切,常常沿裂缝发育或分布于裂缝周边[图 3(j)图 3(k)图 3(m)]。早期裂缝局部有时被热液溶蚀扩大并形成溶洞[图 3(l)]。

2.4 表生岩溶-热液叠加型白云岩储层

该类储层在研究区主要沿不整合面分布,发育于表生岩溶带内,目前主要见于塔北地区。储集岩石类型主要为泥—粉晶白云岩、粉细晶白云岩和残余结构白云岩,不整合面附近见有岩溶角砾白云岩充填于溶洞中。

研究表明,风化壳范围内的白云岩储层的孔隙度从不整合面向下具有迅速减小的趋势[25-26],储层主要分布于不整合面之下0~100 m。其储集空间主要为表生溶蚀孔洞、晶间溶孔、裂缝等,局部发育一些中、小型溶洞和风化裂隙,其中溶蚀孔洞是该类储层重要的储集空间类型之一。塔北地区多口钻井的岩心和薄片观察可见密集或稀疏发育的针状孔或孔洞[图 3(n)],这些孔洞内常常无充填,有时可见泥质、方解石等充填,或环孔壁充填少量粉细晶白云石;有时可见砾屑充填于孔洞内[图 3(o)],这些砾屑常常由颗粒灰岩的碎屑组成。

研究区该类储层的裂缝非常发育,沿裂缝或裂缝破碎带常发育溶蚀孔。XH2井、DG1井等多口钻井的岩心上可见不同产状的裂缝,有近水平缝、斜交缝,甚至高角度缝、垂直缝。粉细晶白云岩常被交叉裂缝切割形成一系列破碎带,晶间孔与裂缝破碎带连通[图 3(q)],大大改善了储层物性,可形成优质储层。沿裂缝有一定扩溶,砾屑间泥晶白云岩有时沿裂缝溶蚀并形成较大的孔;该区有些裂缝未被充填,但绝大部分裂缝内可见白云石、泥质、石英等充填。研究区该类储层的溶蚀孔、洞、缝内有时可见细中晶白云岩、石英等半充填—全充填[图 3(r)],反映了热液叠加特征。

晶间溶孔是该类储层另一类重要的储集空间[图 3(s)],岩心和薄片观察可见晶间孔常常连片形成更大的溶蚀孔洞,岩心上表现为蜂窝状针孔分布,薄片和岩心上均未见明显的热液溶蚀特征。

2.5 埋藏-细中晶型白云岩储层

该类储层主要发育于细中晶白云岩,孔隙度为1%~3%。研究区浅—中埋藏白云岩主要为自形—半自形粉细晶白云岩;进入深埋藏阶段后,白云岩结构主要为细中晶、半自形—他形,晶体间呈镶嵌接触,晶形曲面化明显[图 3(t)]。白云石晶面曲面化是埋藏白云石化的标志之一,而这类储层的白云岩具有埋藏白云石化的特征,应是随埋藏深度的增加,白云石化作用不断加强,灰岩被不断交代为白云岩而形成的[27-28]

浅—中埋藏砂糖状粉细晶白云岩的孔隙类型主要为晶间孔,同时少量的构造裂缝和压溶缝也对该类白云岩储层的孔隙度有所贡献;深埋藏白云岩储层的储集空间主要为残余晶间孔,有时裂缝作用可贡献部分孔隙度。粉细晶白云岩的晶间孔、晶间溶孔均较发育[图 3(t)],中粗晶白云岩的晶间孔不如粉细晶白云岩发育。埋藏白云岩内常见压溶缝,多呈锯齿状、波状和不规则状,沿缝合线溶蚀形成许多断续、串珠状溶孔,溶蚀作用强烈时形成溶缝,常被沥青充填或半充填。压溶缝不仅可以扩大空间,同时也可以改善油气运移的条件。

3 白云岩储层发育模式

塔里木盆地中—上寒武统白云岩储层的形成受原始沉积发育背景以及后期白云石化作用、构造裂缝、深部流体的叠加改造等因素的控制和影响。以下对该区几种主要白云岩储层的发育过程和制约因素进行讨论,并建立3种发育模式。

3.1 礁滩型白云岩储层发育模式

研究区寒武系的礁滩型白云岩储层以具有残余颗粒结构或生物黏结结构为特征,其形成显然与开阔台地或台地边缘高能环境的沉积相有关。高能的礁、滩相沉积(颗粒灰岩或生物黏结礁灰岩)为这类储层的发育提供了物质基础。研究表明,这类储层发育的主要储集空间类型均是由开阔台地或台缘高能沉积相约束下的准同生白云石化和岩溶作用所形成,并叠加了晚期深部热液溶蚀作用(图 5)。

下载eps/tif图 图 5 礁滩型白云岩储层发育模式 Fig. 5 Development model of reef-shoal dolomite reservoir

准同生期频繁的短期性海平面下降可造成开阔台地或台地边缘的礁、滩相碳酸盐岩建隆不断暴露,遭受大气淡水溶蚀作用,导致藻格架结构和颗粒间的准稳定矿物溶解并形成大量的溶孔、粒内溶孔、铸模孔等组构选择性溶孔以及非选择性的表生溶蚀孔、洞[19]。开阔台地的礁、滩相碳酸盐岩建隆或台地边缘带是白云石化流体最容易进入,并发生准同生回流渗透白云石化作用的场所,以形成具有残余颗粒结构或生物黏结结构的白云岩为标志[29]。同时,该相带的颗粒灰岩或生物礁灰岩在构造作用下容易产生裂缝,这对改善储层的储集性能起到了非常重要的作用。经过准同生期白云石化作用和大气淡水溶蚀作用形成的孔隙与构造裂缝共同提供流体通道,为次生孔隙的进一步发育奠定了基础。因此,这类储层可能是盆地内广泛发育的最重要的白云岩储层类型。

除以上因素外,深部热液流体的叠加溶蚀作用,可能是促使优质礁、滩型白云岩储层形成的另一重要因素。在塔北隆起TS1井寒武系台地边缘相带的白云岩储层内,溶蚀孔、洞和裂缝中常发育鞍形白云石,同时可见石英共生。该井的岩心观察表明,随着深度增大,溶蚀孔、洞有逐渐增加的趋势,这可能与热液溶蚀作用随深度增大而不断变强有关。在地震剖面上可见TS1井深部发育有多条断裂,切穿寒武系到达基底。这些断裂活动对热液流体进入储层起到了重要的作用。

礁、滩沉积经白云石化形成的白云岩储层是一种重要的产油气白云岩储层,例如在Canning盆地上泥盆统Nullara组的高能碳酸盐岩和生物建造沉积中发现了重要的凝析气田。这类储层的发育和分布受生物礁、滩等高能沉积相带的控制。塔里木盆地寒武系礁、滩相沉积广泛发育,尤其塔北隆起东北缘—东南缘一带(图 6)、塔中隆起东缘中—上寒武统的斜坡与台缘叠加部位,以及塔中隆起中—上寒武统台内滩相带等都是此类储层的有利发育区带。

下载eps/tif图 图 6 塔里木盆地TS1井的沉积柱状图(a)和寒武系台缘礁滩相地震解释剖面(b) Fig. 6 Sedimentary column of well TS1(a)and seismic interpretation of Cambrian platform edge reef and shoal deposits(b)in Tarim Basin
3.2 表生岩溶-热液叠加型白云岩储层发育模式

沿不整合风化壳分布的该类白云岩储层,显然与不整合形成时的表生岩溶作用和后期沿不整合面叠加的深部热液溶蚀改造作用有关。大量资料分析表明,此类白云岩储层的发育程度主要受不整合分布、断裂作用、深部热液流体改造及岩性非均质性等因素的制约(图 7)。

下载eps/tif图 图 7 表生岩溶-热液叠加型白云岩储层发育模式 Fig. 7 Development model of epigenetic karsthydrothermal dolomite reservoir

在塔里木盆地,由于多期构造抬升和差异升降,形成了多期切割到寒武系的不整合,岩溶作用发育普遍。其中,加里东中期、海西期—印支期构造不整合对寒武系不整合白云岩储层的形成尤为重要[参见图 3(r)]。在塔北隆起,多口钻井的寒武系与三叠系、白垩系等不整合接触;在地震剖面上这些不整合面可见明显的削截特征。这些不整合面因遭受长期剥蚀或多期暴露淋滤而形成的各种中、小型的表生溶蚀孔洞和风化裂隙,构成了此类储层的主要储集空间。例如塔北隆起XH2,DG1等多口钻井的岩心观察和测井解释成果均表明,寒武系白云岩不整合面上的风化壳岩溶作用明显,该类岩溶储层主要发育于不整合面之下100 m的深度范围内,各种表生溶蚀孔、洞构成了这些储层的主要储集空间。YH7X1井资料分析还表明,在不整合面之下风化壳岩溶作用发生的有效深度范围内,岩性的不同也会导致岩溶作用程度的差异。该井风化壳发育地层为紫红色泥质白云岩、云质泥岩与灰色粉细晶白云岩互层,其中粉细晶白云岩段溶蚀作用明显强于泥质白云岩-泥岩段。

该类白云岩储层中广泛发育的裂缝型孔隙显然与不整合形成时的构造挤压、隆起以及溶洞崩塌等作用有关,这些裂缝起到了沟通孔洞型储集空间的作用,可明显改善此类白云岩储层的渗透性。另外,断裂、裂缝带的发育,为后期叠加的热液溶蚀作用提供了流体运移和溶蚀的良好通道,常常可观察到沿裂隙发育次生的扩溶孔、洞结构。例如在塔北XH2和DG1等井的岩心上可观察到白云岩、硅化白云岩内普遍发育构造裂缝,并伴随有强烈构造破裂形成的角砾状白云岩;沿裂缝和角砾间有强烈的扩溶现象和大量的溶蚀孔、洞[参见图 3(q)]。显然,构造破裂作用对此类储层的形成起到了重要的作用。

不整合面及不整合岩溶带是深部有利流体侵入并发生热液作用的场所。研究表明,热液流体的广泛侵入,可能促进深埋藏后的风化壳岩溶型白云岩储层发生了强烈的重结晶、硅质交代、白云石化以及溶蚀作用,从而明显改善了储层物性。热液侵入白云岩地层一方面可能发生溶蚀作用,形成溶洞,另一方面也可能发生硅质充填作用,破坏储层。在塔北YM32井5 409~5 432 m不整合岩溶带的取心段都见有大量溶洞、溶孔发育,较大的溶洞内可见自形石英晶体沿洞壁生长;XH2井的白云岩溶孔中往往有硅质充填,可能是硅质热液充填的结果[参见图 3(o)]。塔北地区这类储层孔洞中充填的白云石和石英中的包裹体均一温度较高,为100~120 ℃;在新生界之前该区地质埋藏史中最大深度不超过2 500 m,估算最大地层温度不超过95 ℃;在未经过压力校正的情况下,包裹体均一温度超过最大地层温度5~25 ℃(表 2)。鞍形白云石及其孔隙中自形石英的存在也表明受到深部热液流体的叠加改造作用。

下载CSV 表 2 塔北地区风化壳岩溶区流体包裹体均一温度测量结果 Table 2 Homogenization temperature measurement results of fluid inclusions in weathering crust karst area in northern Tarim Basin

该类储层的分布与不整合风化壳的发育有关(图 8)。寒武系表生岩溶-热液叠加型白云岩储层主要受晚海西期抬升形成的高部位的不整合面控制,同时考虑到构造断裂作用和热液作用的有利叠加区带,确定这类有利储层的发育范围主要包括中二叠世末期、侏罗纪末期等多期不整合造成的寒武系出露范围(牙哈—英买力等地区)和寒武系顶局部不整合范围(阿克库勒和古城等地区)。综上所述,塔北隆起北部雅克拉断凸及其周缘地区的中—上寒武统是这类储层的有利发育区带。

下载eps/tif图 图 8 风化壳岩溶-热液型白云岩储层分布 Fig. 8 Distribution of karst-hydrothermal dolomite reservoir
3.3 蒸发性潮坪型白云岩储层发育模式

该类白云岩储层具有与蒸发性的潮坪、泻湖沉积共生的特征。研究表明,此类白云岩储层的形成主要与蒸发性泻湖-潮坪环境中发生的准同生白云岩和大气淡水淋滤作用有关,同时还叠加了后期埋藏溶蚀改造作用(图 9)。全球很多产油气的白云岩储层都与蒸发性潮坪沉积有关[18, 26]。近年来,ZS1井在中寒武统钻遇油气藏(图 10),MB1井在中—下寒武统具有良好油气显示,均揭示了该类储层在塔里木盆地具有良好的勘探前景。

下载eps/tif图 图 9 Distribution of karst-hydrothermal dolomite reservoir Fig. 9 Development model of evaporative tidal flat dolomite reservoir
下载eps/tif图 图 10 塔里木盆地ZS1井沉积柱状图 Fig. 10 Sedimentary column of well ZS1 in Tarim Basin

塔里木盆地中—下寒武统广泛发育白云岩潮坪和蒸发性泻湖沉积,包括与石膏共生的泥—粉晶白云岩、藻纹层白云岩等岩石类型。在蒸发性的泻湖-潮坪环境(萨布哈环境)下,可发生广泛的渗滤回流白云石化作用[30]。这种沉积环境中发生的准同生期白云石化作用为此类白云岩储层的形成提供了物质基础。这种环境经常遭受到的大气淡水淋滤作用,可导致共生的(硬)石膏发生溶解、垮塌,从而形成该类储层中常常发育的膏模孔及膏溶坍塌孔等储集空间[参见图 3(d)]。同时,埋藏白云石化和埋藏溶蚀作用对该类储层的形成也起到了重要作用。镜下观察表明,泥—粉晶级别的藻纹层白云岩变为较粗晶的粉细晶白云岩或细中晶白云岩时,晶间孔和晶间溶孔更加发育。在埋藏过程中,这类储层中的膏盐岩溶解并与烃类发生热化学还原作用(TSR),促进溶蚀的发生,从而改善储层物性。资料分析表明,良好的含膏质白云岩储层的发育,同样需要有构造裂缝和埋藏岩溶等作用的叠加。

塔里木盆地下寒武统吾松格尔组、部分肖尔布拉克组,中寒武统阿瓦塔格组,上寒武统下丘里塔格组下部都广泛发育有膏云坪沉积,形成了大面积成层分布的含膏或膏质泥—粉晶白云岩和藻纹层白云岩储层,特别是塔中—巴楚隆起区中寒武统的潮坪相带更是该类储层的有利发育区带。

4 结论

(1)塔里木盆地中—上寒武统白云岩储层类型主要包括蒸发性潮坪泥—粉晶型、礁滩相-残余结构型、热液-裂缝中粗晶型、表生岩溶-热液叠加型及埋藏-细中晶型等5种,各种类型的白云岩储层均具有特定的储集空间组合特征,与其形成过程均密切相关。如表生岩溶-热液叠加型白云岩储层以发育表生溶蚀孔洞、晶间溶孔、裂缝为主,蒸发性潮坪泥—粉晶型白云岩储层以发育膏模孔、膏溶角砾孔和晶间孔为主。优质白云岩储层往往是由多种有利沉积-成岩因素叠加所形成。

(2)塔里木盆地中—上寒武统礁滩型白云岩储层的形成与开阔台地或台地边缘高能环境的沉积相有关,高能的礁、滩相为这类储层的发育提供了物质基础。这类储层主要是由开阔台地或台缘高能沉积相约束下的准同生白云石化和岩溶作用所形成,并叠加了晚期深部热液溶蚀作用,其分布受生物礁、滩等高能沉积相的控制。研究区塔北隆起的东北缘—东南缘一带及塔中隆起区东缘中—上寒武统的斜坡与台缘叠加部位均是这类储层的有利发育区带。

(3)塔里木盆地中—上寒武统表生岩溶-热液叠加型白云岩储层的形成与不整合形成时的表生岩溶作用和后期沿不整合面叠加的深部热液溶蚀改造有关。这类白云岩储层的发育程度主要受不整合分布、断裂作用、深部热液流体改造及岩性非均质性等因素的制约。这类储层主要沿不整合风化壳分布,塔北隆起北部雅克拉断凸及周缘地区的中—上寒武统是这类储层的有利发育区带。

(4)塔里木盆地寒武系蒸发性潮坪型白云岩储层的形成主要与蒸发性泻湖-潮坪环境中发生的准同生白云石化和大气淡水淋滤作用有关,同时也叠加了后期埋藏溶蚀改造作用。这类储层的发育和分布受原始沉积相带、白云石化作用、大气淡水淋滤、溶蚀作用和裂缝等因素的制约,主要发育于塔中—巴楚隆起区中寒武统的潮坪相带。

参考文献
[1]
EHRENBERG S N, NADEAU P H. Sandstone vs. carbonate petroleum reservoirs:a global perspective on porosity-depth and porosity-permeability relations hips. AAPG Bulletin, 2005, 89(4): 435-445. DOI:10.1306/11230404071
[2]
王勇. "白云岩问题"与"前寒武纪之谜"研究进展. 地球科学进展, 2006, 21(8): 857-862.
WANG Y. Dolomite problem and Precambrian enigma. Advances in Earth Science, 2006, 21(8): 857-862.
[3]
王招明, 谢会文, 陈永权, 等. 塔里木盆地中深1井寒武系盐下白云岩原生油气藏的发现与勘探意义. 中国石油勘探, 2014, 19(2): 1-13.
WANG Z M, XIE H W, CHEN Y Q, et al. Discovery and exploration of Cambrian subsalt dolomite original hydrocarbon reservoir at Zhongshen-1 well in Tarim Basin. China Petroleum Exploration, 2014, 19(2): 1-13.
[4]
倪新锋, 陈永权, 朱永进, 等. 塔北地区寒武纪深层白云岩构造-岩相古地理特征及勘探方向. 岩性油气藏, 2015, 27(5): 135-143.
NI X F, CHEN Y Q, ZHU Y J, et al. Tectonic-lithofacies palaeogeography characteristics of Cambrian deep dolomite and exploration prospects in northern Tarim Basin. Lithologic Reservoirs, 2015, 27(5): 135-143.
[5]
林新, 蒋海军, 岳勇, 等. 玉北地区下奥陶统蓬莱坝组白云岩储层特征及控制因素. 岩性油气藏, 2014, 26(3): 59-66.
LIN X, JIANG H J, YUE Y, et al. Characteristics and controlling factors of dolomite reservoirs of Lower Ordovician Penglaiba Formation in Yubei area. Lithologic Reservoirs, 2014, 26(3): 59-66.
[6]
郑和荣, 吴茂炳, 邬兴威, 等. 塔里木盆地下古生界白云岩储层油气勘探前景. 石油学报, 2007, 28(2): 1-8.
ZHENG H R, WU M B, WU X W, et al. Oil-gas exploration prospect of dolomite reservoir in the Lower Paleozoic of Tarim Basin. Acta Petrolei Sinica, 2007, 28(2): 1-8. DOI:10.7623/syxb200702001
[7]
孟祥豪, 张哨楠, 蔺军, 等. 中国陆上最深井塔深1井寒武系优质储集空间主控因素分析. 断块油气田, 2011, 18(1): 1-5.
MENG X H, ZHANG S N, LIN J, et al. Analysis on main controlling factors of Cambrian reservoir space with high quality for well Tashen 1, the deepest subaerial well in China. FaultBlock Oil & Gas Field, 2011, 18(1): 1-5.
[8]
朱东亚, 金之钧, 胡文瑄. 塔中地区热液改造型白云岩储层. 石油学报, 2009, 30(5): 698-704.
ZHU D Y, JIN Z J, HU W X. Hydrothermal alteration dolomite reservoir in Tazhong area. Acta Petrolei Sinica, 2009, 30(5): 698-704. DOI:10.7623/syxb200905011
[9]
焦存礼, 何治亮, 邢秀娟, 等. 塔里木盆地构造热液白云岩及其储层意义. 岩石学报, 2011, 27(1): 277-284.
JIAO C L, HE Z L, XING X J, et al. Tectonic hydrothermal dolomite and its significance of reservoirs in Tarim Basin. Acta Petrologica Sinica, 2011, 27(1): 277-284.
[10]
吴仕强, 朱井泉, 王国学, 等. 塔里木盆地寒武-奥陶系白云岩结构构造类型及其形成机理. 岩石学报, 2008, 24(6): 1390-1400.
WU S Q, ZHU J Q, WANG G X, et al. Types and origin of Cambrian-Ordovician dolomites in Tarim Basin. Acta Petrologica Sinica, 2008, 24(6): 1390-1400.
[11]
邢秀娟, 焦存礼, 王毅, 等. 塔北地区寒武系白云岩特征与成因研究. 石油实验地质, 2011, 33(2): 130-136.
XING X J, JIAO C L, WANG Y, et al. Characteristics and origin of Cambrian dolomite, northern Tarim Basin. Petroleum Geology & Experiment, 2011, 33(2): 130-136. DOI:10.11781/sysydz201102130
[12]
由雪莲, 孙枢, 朱井泉. 塔里木盆地中上寒武统叠层石白云岩中微生物矿化组构特征及其成因意义. 中国科学:D辑地球科学, 2014, 44(8): 1777-1790.
YOU X L, SUN S, ZHU J Q. Significance of fossilized microbes from the Cambrian stromatolites in the Tarim Basin, Northwest China. Science China:Series D Earth Sciences, 2014, 44(8): 1777-1790.
[13]
马锋, 许怀先, 顾家裕, 等. 塔东寒武系白云岩成因及储集层演化特征. 石油勘探与开发, 2009, 36(2): 144-155.
MA F, XU H X, GU J Y, et al. Cambrian dolomite origin and reservoir evolution in east Tarim Basin. Petroleum Exploration and Development, 2009, 36(2): 144-155.
[14]
沈安江, 郑剑锋, 潘文庆, 等. 塔里木盆地下古生界白云岩储层类型及特征. 海相油气地质, 2009, 14(4): 1-9.
SHEN A J, ZHENG J F, PAN W Q, et al. Types and the characteristics of Lower Paleozoic dolostone reservoirs in Tarim Basin. Marine Origin Petroleum Geology, 2009, 14(4): 1-9.
[15]
贾承造, 魏国奇, 姚慧君, 等. 盆地构造演化与区域构造地质. 北京: 石油工业出版社, 1995, 118-130.
JIA C Z, WEI G Q, YAO H J, et al. Tectonic evolution and regional structural geology. Beijing: Petroleum Industry Press, 1995, 118-130.
[16]
林畅松, 于炳松, 刘景彦, 等. 叠合盆地层序地层与构造古地理——以塔里木盆地为例. 北京: 科学出版社, 2011, 126-150.
LIN C S, YU B S, LIU JY, et al. Sequence stratigraphy and tectonogeography of superimposed basins, case study on the Tarim Basin in Northwest China. Beijing: Science Press, 2011, 126-150.
[17]
LIN C S, YANG H J, LIU J Y, et al. Paleostructural geomorphology of the Paleozoic central uplift belt and its constraint on the development of depositional facies in Tarim Basin. Science in China Series D:Earth Science, 2009, 52(6): 823-834. DOI:10.1007/s11430-009-0061-8
[18]
郑剑锋, 沈安江, 潘文庆, 等. 塔里木盆地下古生界热液白云岩储层的主控因素及识别特征. 海相油气地质, 2011, 16(4): 47-56.
ZHENG J F, SHEN A J, PAN W Q, et al. Key controlling factors and identification characteristics of Lower Paleozoic hydrothermal dolostone reservoirs in Tarim Basin. Marine Origin Petroleum Geology, 2011, 16(4): 47-56.
[19]
郑剑锋, 沈安江, 刘永福, 等. 塔里木盆地寒武系与蒸发岩相关的白云岩储层特征及主控因素. 沉积学报, 2013, 31(1): 89-98.
ZHENG J F, SHEN A J, LIU Y F, et al. Main controlling factors and characteristics of Cambrian dolomite reservoirs related to evaporite in Tarim Basin. Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(1): 89-98.
[20]
朱东亚, 孟庆强, 胡文瑄, 等. 塔里木盆地深层寒武系地表岩溶型白云岩储层及后期流体改造作用. 地质论评, 2012, 58(4): 691-701.
ZHU D Y, MENG Q Q, HU W X, et al. Deep Cambrian surfacekarst dolomite reservoir and its alteration by later fluid in Tarim Basin. Geological Review, 2012, 58(4): 691-701.
[21]
VEIZER J, ALA D, AMZY K, et al. 87Sr/86Sr, δ13C and δ18 O evolution of Paleozoic seawater. Chemical Geology, 1999, 161(1): 59-88.
[22]
赵闯, 于炳松, 张聪, 等. 塔中地区与热液有关白云岩的形成机理探讨. 岩石矿物学杂志, 2012, 31(2): 164-172.
ZHAO C, YU B S, ZHANG C, et al. A discussion on the formation mechanism of dolomite associated with hydrothermal solution in Tazhong area. Acta Petrologica et Mineralogica, 2012, 31(2): 164-172.
[23]
焦存礼, 邢秀娟, 何碧竹, 等. 塔里木盆地下古生界白云岩储层特征与成因类型. 中国地质, 2011, 38(4): 1008-1015.
JIAO C L, XING X J, HE B Z, et al. Characteristics and genetic types of Cambrian-Ordovician dolomite reservoirs in Tarim Basin. Geology in China, 2011, 38(4): 1008-1015.
[24]
朱松柏, 王洪峰, 王胜军, 等. 玉北地区深部热液活动的发现及其储层改造意义. 岩性油气藏, 2016, 28(3): 42-47.
ZHU S B, WANG H F, WANG S J, et al. Hydrothermal activities of Ordovician and its significance for alteration to carbonate reservoirs in Yubei area. Lithologic Reservoirs, 2016, 28(3): 42-47.
[25]
朱光有, 张水昌, 王欢欢, 等. 塔里木盆地北部深层风化壳储层的形成与分布. 岩石学报, 2009, 25(10): 2384-2398.
ZHU G Y, ZHANG S C, WANG H H, et al. The formation and distribution of deep weathering crust in north Tarim Basin. Acta Petrologica Sinica, 2009, 25(10): 2384-2398.
[26]
闫相宾, 李铁军, 张涛, 等. 塔中与塔河地区奥陶系岩溶储层形成条件的差异. 石油与天然气地质, 2005, 26(2): 202-207.
YAN X B, LI T J, ZHANG T, et al. Differences between formation conditions of Ordovician karstic reservoirs in Tazhong and Tahe areas. Oil & Gas Geology, 2005, 26(2): 202-207. DOI:10.11743/ogg20050211
[27]
李朋威, 罗平, 宋金民, 等. 塔里木盆地西北缘上震旦统白云岩储层特征. 海相油气地质, 2015, 20(4): 1-12.
LI P W, LUO P, SONG J M, et al. Characteristics of Upper Sinian dolostone reservoirs in northwestern margin of Tarim Basin. Marine Origin Petroleum Geology, 2015, 20(4): 1-12.
[28]
ADAMS J F, RHODES M L. Dolomitization by seepage refluxion. AAPG Bulletin, 1960, 44(12): 1912-1920.
[29]
WARREN J. Evaporites:their evolution and economics. Oxford:Blackwell Science, 1999, 226-260.
[30]
马锋, 杨柳明, 顾家裕, 等. 世界白云岩油气田勘探综述. 沉积学报, 2011, 29(5): 1010-1021.
MA F, YANG L M, GU J Y, et al. The summary on exploration of the dolomite oilfields in the world. Acta Sedimentologica Sinica, 2011, 29(5): 1010-1021.