塔河油田七区奥陶系缝洞型储层成岩作用特征

徐守余， 路 研， 王淑萍， 栗 亮， 李 月

(中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院， 山东 青岛 266580)



塔河油田七区奥陶系缝洞型储层成岩作用特征

徐守余， 路 研， 王淑萍， 栗 亮， 李 月

(中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院， 山东 青岛 266580)

塔河油田奥陶系岩溶缝洞型储层受成岩作用影响较大。基于岩心录井、镜下分析、流体包裹体测温等资料，结合野外露头观察，探讨研究区碳酸盐岩基质及大型溶洞充填物的成岩作用特征。研究发现：塔河七区碳酸盐岩基质的成岩作用类型多样，以强压实、强溶蚀、弱胶结为特征；而溶洞充填物的成岩作用类型主要以弱压实、弱溶蚀、强胶结为特征。结合成岩环境、成岩作用、成岩矿物和地球化学等相关资料，推断塔河油田七区碳酸盐岩基质的成岩阶段处于晚成岩期；而溶洞充填物的成岩演化相对滞后，处于早成岩B期。可见，溶洞充填物在成岩演化中具有独特的成岩环境，明显不同于外围的碳酸盐岩基质。

塔河油田； 缝洞型储层； 成岩作用； 碳酸盐岩； 沉积充填物

岩溶缝洞型储层是塔河油田最主要的储层类型，经过长期的勘探开发，现已发现多套含油层系和多个油气田，展现出较大的含油气潜力[1-2]。成岩作用对碳酸盐储层的形成意义重大，是影响储层物性特征的决定性因素之一[3-5]。目前，对碳酸盐岩岩溶缝洞型储层成岩特征的研究多集中于碳酸盐岩基质，而对溶洞充填物的研究相对较少[6-8]。碳酸盐岩本身的成岩作用固然对溶洞的形成、分布、改造意义重大，但是溶洞一旦被充填，充填物的类型、成岩作用特征也会成为决定其能否成为有效储集空间的关键因素。因此，笔者基于岩心录井、镜下分析、流体包裹体测温等资料对研究区碳酸盐岩基质及溶洞充填物的成岩特征进行研究，分析不同成岩作用对储集物性的控制作用，以便更好地指导油气勘探和开发工作，发现有利储层，为后期油藏描述提供可靠的地质基础。

1 地质概况与储层特征

1.1 区域地质概况

塔河油田位于塔里木盆地北部、天山南麓、塔克拉玛干沙漠北缘的戈壁荒漠地带，地处新疆维吾尔自治区的库车县和轮台县境内，在构造上隶属阿克库勒凸起。阿克库勒凸起位于沙雅隆起中段,东接草湖凹陷，南邻顺托果勒隆起和满加尔坳陷，西靠哈拉哈塘凹陷。阿克库勒凸起经历了多期次构造运动，包括加里东中晚期运动、海西期运动、印支—燕山运动及喜马拉雅运动[9-10]。海西末期的构造抬升，导致该凸起长期处于隆起状态，多期断裂、不整合以及成岩作用的改造，导致该区岩溶缝洞型储层较为发育，且后期多被充填。

1.2 岩溶缝洞型储层基本特征

1.2.1 岩石学特征

碳酸盐岩基质的矿物成分主要包括方解石和白云石，其中，方解石体积分数占99%以上。岩石类型多样，包括泥微晶灰岩、亮晶颗粒灰岩、礁灰岩及白云岩四大类。其中，泥微晶灰岩和亮晶颗粒灰岩是该区主要岩石类型。

溶洞充填物的岩石类型主要包括垮塌角砾岩、机械沉积充填物、化学沉积充填物[2]，其中，机械沉积充填物约占溶洞充填物的88%，特征如下：

(1)垮塌角砾岩是由洞顶、洞壁的碳酸盐岩基质发生破裂垮塌后原地堆积并经过固结成岩作用形成，成分与围岩一致，但是储集层物性高于相邻的碳酸盐岩基质。

(2)机械沉积充填物是碎屑物质在水流搬运作用下进入缝洞沉积形成的。前人研究发现，机械沉积充填物主要来源是塔里木盆地上泥盆统东河塘组“东河砂岩”[11]。

(3)化学充填物体积分数较低，仅占4%，成分以方解石为主，物质来源为周围的碳酸盐岩基质。

1.2.2 储集空间特征

碳酸盐岩储层的储集空间类型多样，主要包括裂缝型、孔洞型、裂缝-孔洞型及孔洞缝复合型，其中，裂缝-孔洞型是该区碳酸盐岩基质最主要的储集空间类型，开发实践证明裂缝-孔洞型具有较高的油气产能。充填作用使得溶洞大部分被充填，通过分析该区溶洞充填物发现，研究区机械沉积充填物的储集空间类型主要为残余的原生孔；垮塌角砾岩的储集空间类型有砾间孔，砾间、砾内溶蚀孔；化学沉积充填物物性较差，接近周围的碳酸盐岩基质，储集空间类型主要为晶间孔。

2 碳酸盐岩基质的成岩作用特征

塔河七区碳酸盐岩基质的成岩作用类型多样，按照对储层物性的影响作用不同，可将其划分为建设性成岩作用及破坏性成岩作用两种。建设性成岩作用可划分为溶解、溶蚀作用，压溶作用，重结晶作用，破裂作用；破坏性成岩作用可划分为压实作用和胶结作用。各成岩作用主要特征如下：

(1)溶解、溶蚀作用。该区溶蚀作用十分发育，极大地改善了储层的储集性能，岩心和铸体薄片上均能观察到溶蚀形成的溶孔、溶洞，后期多被充填(图1a)。

(2)压溶作用。研究区碳酸盐岩储层缝合线构造发育广泛，后期多被方解石、泥质、沥青充填(图1b)。

(3)重结晶作用。该区发育多期重结晶作用，晶体粗大、晶型完好、表面光洁的方解石多充填在中间部位，而晶型较差、表面污浊的方解石多充填在周围(图1c)。

(4)破裂作用。该区共发育五期破裂作用，构造裂缝十分常见，后期多被充填，充填物以方解石为主(图1d)，物质来源为附近的碳酸盐岩基质，结晶程度较高，局部可见粒状亮晶方解石。

(5)压实作用。该区压实作用十分强烈，颗粒之间主要为点接触、线接触，甚至有些地区表现为凹凸接触(图1e)，压实作用导致原生孔隙几乎全部消失。

(6)胶结作用。胶结作用相对较弱，发育有微晶方解石和亮晶方解石胶结(图1f)两种类型。

a 方解石、泥质充填岩溶孔洞 b 沥青充填缝合线 c 粒状亮晶方解石充填微构造裂隙

d 微晶方解石重结晶 e 压实作用 f 粒间微晶方解石胶结

总体来看，碳酸盐岩基质的成岩作用以强压实、强溶蚀、弱胶结为特征。对塔河七区碳酸盐岩裂缝中充填物方解石进行流体包裹体测温，结果显示，包裹体形成的温度分布范围为50～70 ℃、75～100 ℃、110～125 ℃、130～160 ℃、170～200 ℃[12]，这五种温度分布范围代表五种成岩环境和不同的成岩演化阶段。该区裂缝较为发育，且形成大量溶孔、溶洞，溶洞多被充填。根据构造运动和环境变化可将岩溶期次划分为三期，分别为同生期、表生期、埋藏期。薄片观察可见方解石胶结物和交代白云石。另外，碳酸盐岩基质的储集空间主要是溶蚀形成的次生孔隙，原生孔隙几乎消失。综合流体包裹体测温、成岩环境、孔隙类型及分布规律推断可知，塔河七区碳酸盐岩基质的成岩作用阶段为晚成岩期。

3 溶洞充填物的成岩作用特征

3.1 溶洞充填物的成岩作用类型

充填物的成岩作用类型主要有弱压实、胶结、交代作用三种，溶蚀作用相对较弱。

3.1.1 弱压实作用

塔河七区的溶洞充填物由于洞壁刚性格架的支撑作用主要处于弱压实状态，弱压实作用主要表现在以下两方面：

(1)观察储层岩心薄片可以看到，沉积充填物的碎屑颗粒之间主要是点接触或点-线接触，而且原始孔隙保存较好(图2a)。研究发现，与溶洞充填物同源的塔北地区东河砂岩储层埋藏深度约4 000 m，原生孔隙度一般为10%～15%，次生孔隙发育时期孔隙度达到20%～28%，最高可达30%[12]；充填物的埋深为5 300～5 400 m。以T615井为例，溶洞砂岩充填物的孔隙以原生孔隙为主，孔隙度大于10.0%，最高达23.4%，渗透率大于5×10-3μm2，最高达60×10-3μm2。对比可知，溶洞充填物与同源的东河砂岩在埋深相差1 500 m的情况下，原生孔隙度却相差不大，故溶洞充填物可能存在弱压实作用。

(2)该区沉积充填物的胶结物主要是方解石，晶型保存较好。岩心观察可知，粒间方解石胶结物晶粒粗大，晶型完好；薄片观察可以清楚地看到完整的方解石颗粒(图2b、2c)。原因是，一方面，方解石物质来源比较丰富；另一方面，方解石晶体具有足够的生长空间，原生孔隙保存较好，故推断压实作用并不十分强烈。

3.1.2 溶蚀作用

因溶洞半封闭-半开放的成岩环境，流体交换受阻，溶蚀作用产物不能有效排出，物质交换不畅通，故塔河油田溶洞充填物溶解、溶蚀作用并不强烈，镜下可见沿方解石颗粒边缘砾缘缝、砾内缝、砾内溶孔发育(图2d、2e)。碳酸盐基质的溶解、溶蚀作用产生大量的溶洞、溶孔，是储层的主要次生孔隙，对储层的储集空间具有较大的贡献作用。但由于溶洞充填物溶蚀作用较弱，对孔隙度的贡献较小，故溶洞充填物孔隙度的主要贡献者是弱压实状态下保留的残余原生孔，不是溶蚀形成的次生孔隙。

a 粒间粗亮晶方解石胶结 b 粒间原生孔隙发育 c 砾间方解石胶结

d 砾间缘缝 e 砾内溶孔 f 方解石晶粒胶结、交代颗粒

溶蚀作用的发生需要一个相对开放的成岩体体系。溶洞半封闭-半开放的成岩环境，流体进来容易出去难，交换不畅通，随着溶蚀作用的进行，溶蚀作用的产物由于无法排出而不断累积，使得溶蚀作用的化学平衡被打破，进而抑制了成岩作用的进一步进行。因此，独特的成岩环境导致溶洞充填物的溶蚀作用发育较弱。

3.1.3 胶结作用与交代作用

由于溶洞周围碳酸盐流体非常充足，故溶洞中常见方解石胶结、交代作用，方解石物质来源于周围的碳酸盐岩基质。胶结作用贯穿于溶洞充填沉积的始终，早于碎屑颗粒压实作用发生之前，胶结作用便已经发生，溶洞充填物顶部胶结作用最为发育，常见基底式胶结。另外，方解石胶结孔隙，交代颗粒现象明显，常见砂岩颗粒间孔隙被方解石胶结(图2f)。由于溶洞内半开放-半封闭的成岩环境，流体交换并不十分畅通，故胶结、交代作用发育普遍，而溶解作用相对微弱。胶结作用会破坏储集层的储集物性，是具破坏性的成岩作用。

溶洞充填物的胶结、交代作用十分发育，一方面，溶洞外围的碳酸盐岩基质为胶结作用的进行提供了充足的物质来源；另一方面，由于溶洞充填物的压实作用较弱，为粒间方解石胶结提供了充足的空间；此外，半封闭-半开放的成岩环境为胶结、交代作用的发生创造了良好的环境条件。溶洞充填物的胶结作用还表现出较强的规律性，一般溶洞充填物顶部胶结作用较强，自顶部向底部依次变弱。

总体来看，由于溶洞特殊的成岩环境，溶洞充填物的成岩作用类型发育较少，主要发育有弱压实作用、胶结交代作用及溶蚀作用，以弱压实、弱溶蚀、强胶结为特征。

3.2 溶洞充填物的成岩阶段划分

由于溶洞特殊的成岩环境，溶洞充填物的成岩演化与外围碳酸盐岩基质存在较大不同，研究发现，该区碳酸盐岩基质的成岩演化阶段为晚成岩期，而溶洞充填物由于洞壁刚性格架的支撑以及溶洞半封闭-半开放的成岩环境的限制，成岩演化阶段相对滞后。溶洞充填物的成岩演化阶段划分如图3所示。

图3 溶洞充填物的成岩演化

分析溶洞充填物的矿物岩石资料可知，充填物方解石胶结物中可见粗亮晶方解石和镶嵌方解石；白云石胶结物中可见交代白云石和分散交代白云石；溶蚀孔隙发育，可见溶模孔、溶孔；另外，还发育有白云石晶间孔隙、裂隙；薄片中颗粒间接触关系以点接触为主，可见点-线接触，原生孔隙发育，现今孔隙度残留约为15%，发育有晶型较好的方解石胶结物，充填于粒间孔。综合矿物岩石资料及孔隙演化特征，判断充填物的成岩阶段为早成岩B期。

4 结 论

(1)碳酸盐岩基质与溶洞充填物的成岩作用及成岩演化几乎同时开始，但两者在成岩特征上却存在较大差异。

(2)碳酸盐岩基质的成岩作用类型多样，以强压实、强溶蚀、弱胶结为特征，而溶洞充填物的成岩作用相对较弱，主要以弱压实、弱溶蚀、强胶结为特征。

(3)碳酸盐岩基质现今所处的成岩阶段为晚成岩期，而溶洞充填物的成岩阶段处于早成岩B期。碳酸盐岩基质的原生孔隙几乎全部消失，而溶洞充填物的原生孔隙保留较好。

(4)溶洞充填物在成岩演化中具有独特的成岩环境，明显不同于外围的碳酸盐岩基质。

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(编校 荀海鑫)

Diagenesis characteristics of ordovician carbonate reservoir in 7th zone of Tahe Oilfield

XuShouyu，LuYan，WangShuping，LiLiang，LiYue

(School of Geosciences, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, China)

The ordovician carbonate reservoirs in Tahe Oilfield are subjected to a greater influence by diagenesis. This paper discusses a systematic study of the diagenetic characteristics of carbonate reservoir and cave fillings, based on casting thin sections and the outcrop observation, core logging, thermometry of fluid inclusions. The results show that the diagenesis of carbonate rocks are of varying types, characterized by strong compaction, strong dissolution and weak cementation, while the dominant diagenesis types of cave fillings are characterized by weak compaction, weak dissolution and strong cementation. The combination of the diagenetic environment, diagenesis, core logging, geochemical, and related information points to the inference that the diagenesis stage of ordovician carbonate rock in 7th zone of Tahe Oilfield is in late diagenesis stage, while the diagenesis stage of cave fillings is B period of early diagenesis, suggesting that the cave fillings has a unique diagenetic environment, significantly different from the carbonate reservoir.

Tahe Oilfield; fracture-vug reservoir; diagenesis; carbonate; sedimentary fillings

2016-07-12

国家油气重大专项(2011ZX05009-003)

徐守余(1968-)，男，江苏省东台人，教授，博士，研究方向：油气储层地质学、油藏描述，E-mail：wangyayifan@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2016.05.004

P618.13

2095-7262(2016)05-0485-05

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