在深层碳酸盐岩层系中,已陆续发现了塔河、普光、元坝、安岳等一系列大型油气田,并形成了碳酸盐岩“三元控储”等成储理论认识。近年来,四川和塔里木盆地相继在超过7 000 m甚至8 000 m的超深层中发现了优质碳酸盐岩储层。深层储层类型更加多样,控储因素中,相带、流体、压力和断裂,以及它们之间相互作用的内涵更为丰富。结合近期大量新的超深钻探资料,持续开展了深层-超深层碳酸盐岩成储机理的研究。通过塔里木盆地塔河-顺北地区奥陶系和四川盆地二叠系栖霞组、茅口组的深化研究,进一步揭示了构造破裂和多类型流体耦合改造储集体的成储机制;通过上震旦统四川盆地灯影组和塔里木盆地奇格布拉克组的系统分析,揭示了新元古代“白云石海”沉积环境、早期溶蚀和早期油气充注在成储与孔隙保持中的关键作用;通过开展含膏岩层系白云岩成储的物理模拟实验,揭示了膏盐岩封盖及超压、较为封闭的环境下,白云石重结晶作用显著改善了储集物性。深层-超深层储层发育机理新认识丰富了“三元控储”理论,有效引领了超深层,乃至特深层的油气勘探。断控和断-溶双控储集体、古老微生物丘滩相白云岩储层,尤其是寒武系厚层膏盐岩之下的微生物丘滩相白云岩储层,在中西部叠合盆地海相碳酸盐岩层系中广泛分布,有望成为万米特深层钻探的主要对象。

葡萄-花边结构是全球震旦系灯影组二段中发育的一种独特标志性沉积构造,其成因机制与沉积模式具广泛争议。四川盆地灯二段宏观-微观岩石学特征以及地球化学等研究表明:(1)四川盆地灯二段葡萄-花边结构是震旦纪“文石-白云石海”环境准同生期高频海平面波动下岩溶作用的产物,微生物岩在岩溶空间规模的非均质性最终决定着葡萄-花边结构形态分异特征,即形成不同形态的纤维状胶结物(FSD+FFD或FSD+RFD)。(2)葡萄状结构和花边状结构发育丰度与微生物岩组构(MM)之间存在明显相关性。其中葡萄状结构主要由束状正延性白云石(FSD)及束状负延性白云石(FFD)组成,通常发育在四级旋回基准面底部的颗粒白云岩和顶部的凝块石白云岩层段;花边状结构由束状正延性白云石和放射状负延性白云石(RFD)组成,主要发育在以四级旋回基准面中部的纹层-叠层石白云岩层段。因此,灯二段微生物岩组构纵向上多旋回特征和间歇性大气淡水溶蚀作用,共同形成了灯二段葡萄-花边优质白云岩储层的多级、立体结构。

本文以四川盆地川东北地区灯四段储层为研究对象,基于区内丰富的野外露头和钻井取心资料,结合扫描电镜、阴极发光和地化分析等测试手段,对灯四段储层成岩作用、成岩演化序列和储层孔隙演化进行了详细研究。结果表明:灯四段碳酸盐岩储层在沉积作用和成岩作用过程中广泛地受到孔隙流体和成岩变化的影响,依序经历海底胶结作用、同生-准同生大气淡水溶蚀作用、早成岩期相控岩溶作用、浅埋藏期胶结充填作用、中-深埋藏期溶蚀作用、重结晶作用和构造破裂作用等。其中,由于复杂的成岩流体影响,主要的胶结充填作用表现为五期白云石充填和两期与火山-热液活动相关的硅质充填,对储层破坏最为严重。而早成岩期相控岩溶作用则是灯四段储层形成的最关键建设性成岩作用,与典型表生岩溶作用表现出明显的差别。川东北地区灯四段储层在这些成岩作用的动态叠加中,最终形成现今的储集面貌。研究结果可为寻找区域优质储层提供更科学的地质依据。

近期川东南多口钻井在中二叠统茅口组白云岩储层获得了油气突破,但具有很强的非均质性,白云岩化机理不明确,难以预测优质白云岩储层的展布规律。本次研究基于区域地质背景和峨眉山大火成岩省热事件,通过岩石学和地球化学等综合分析,系统总结了不同类型白云岩的特征及成因机理。研究认为:川东南茅口组白云岩以细-中晶白云岩为主,泥-粉晶白云岩和白云石胶结物次之;綦江地区主要发育层状细-中晶白云岩,白云石呈自形-半自形晶,多具有雾心亮边结构和明显的颗粒幻影,阴极发光下晶体内部呈棕色-红色,由内向外过渡为暗红色,细-中晶白云石的δ¹⁸O_V-PDB、δ¹³C_V-PDB和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值均表明白云岩化流体主要为海水,白云石可能为浅埋藏期中等盐度回流渗透白云岩化作用生成,后期经历重结晶或海源流体的热调整改造;泰来地区主要发育斑块状泥-粉晶、细-中晶白云岩以及裂缝内充填的白云石胶结物,原始岩石较致密,晶粒结构不明显,白云石胶结物以具波状消光的鞍形白云石为主,阴极发光下可见多期环带状特征,δ¹⁸O_V-PDB、δ¹³C_V-PDB和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值表明泥-粉晶、细-中晶白云岩主要形成于浅埋藏期海水环境,后期经历了来自或穿碎屑岩层热流体的直接影响,在裂缝内沉淀白云石胶结物及方解石。总体而言,准同生期溶蚀作用、浅埋藏期白云岩化作用、热流体调整改造作用和岩溶作用是控制川东南地区茅口组储层的关键因素,其中浅埋藏期回流渗透白云岩化作用是该区白云岩的主要成因。

四川盆地中部及北部发育多条北西向隐伏走滑断裂带,近年的油气勘探实践逐渐揭示出走滑断裂带对海相碳酸盐岩储层有一定的控制作用。为进一步深化对此类断层几何学、运动学特征及演化过程的研究,本文以川东涪陵地区15号走滑断裂带为例,基于最新处理的三维地震资料,分析不同构造层的变形特征及断裂-构造样式。基于断裂带两侧地层厚度变化规律及时间切片技术分析走滑作用方向、厘定走滑位移量,最终联系构造变形事件阐述隐伏走滑断裂带演化过程。研究表明:15号走滑断裂带在基底-寒武系盐下构造层主要为近于直立的单条断裂,平面上呈线状展布;在中下寒武统—奥陶系构造层表现为弱压扭性质,分支断裂在顶部发育,压隆段宽度较窄;志留系—下三叠统盐下构造层分支断裂最为发育,表现出正、负花状构造样式,平面上为雁列式展布。根据运动学分析结果,走滑断裂带经历了加里东中晚期右行走滑、海西晚期同沉积活动及晚燕山—早喜山期左行走滑3个主要的演化阶段。研究成果对深化川东涪陵地区走滑断裂带研究具有重要指导意义,同时可为四川盆地范围内走滑断裂带发育区储层影响因素及油气成藏条件等相关研究提供借鉴。

塔里木盆地阿-满过渡带是断控规模储集体发育的重要领域,断裂带内的流体事件是研究对象之一。通过对塔深6、跃进1-1x、顺北1-3x与顺北蓬1井地质与地球化学的综合分析,进一步阐述了深循环岩溶作用的范围与机制。塔深6井蓬莱坝组细晶白云岩经过去白云石化作用形成的“次生”灰岩、云质灰岩与巨晶方解石胶结物具有典型贫¹³C、贫¹⁸O特征,证实沙雅隆起岩溶流体作用在纵向上可达约1 200 m的深度(距$\mathrm{T}_{7}^{4}$不整合面)。跃进1-1x井发育4层洞穴并被泥质粉砂岩和粉砂质泥岩充填,具有褐铁矿等特征矿物,指示侧向岩溶流体的存在及较弱的水动力条件。顺北1-3x井3层洞穴内具有泥质充填物及火山岩岩屑,其方解石与褐铁矿的次生充填结构特征揭示地下暗河的搬运沉积作用。跃进1-1x井距桑塔木组剥蚀线附近塔深3井约76 km,顺北1-3x井与塔深3井的直线距离达90 km,表明岩溶流体在侧向上长距离迁移。顺北蓬1井鹰山组白云岩储层具有断裂-流体改造特征且自下而上储集性能连续性变差。白云岩中次生巨晶方解石胶结物呈明显的贫¹³C、贫¹⁸O与富⁸⁷Sr特征,与塔河地区岩溶成因方解石具有强烈的可对比性,揭示其可能来源于深循环岩溶流体自下而上的侵入。深循环流体作用地质模式及顺北鹰1井鹰山组中次火山岩的存在表明流体迁移的驱动力可能来源于地层增温和/或地质热事件。岩溶流体深循环过程中的水-岩相互作用在一定条件下有利于阿-满过渡带深层、超深层碳酸盐岩储层的发育。

综合利用地震属性、常规/成像测井、取心标定以及生产动态资料,通过对顺北4号断裂带内部核带结构综合厘定与统计分析,开展走滑断裂断控型储层发育特征研究。研究结果表明,走滑断裂带核带结构决定了主要储层类型,分段构造样式控制了核带结构及其对应优势缝洞的发育部位。断裂带内部并非“连片”发育均质储集体,在单个断面的控制范围内,角砾带与裂缝带通常呈组系展布,规模储层之间夹持致密的基岩,整体构成簇状发育特征。不同类型分段内部,断面控制的核带结构也有各自的特点。压隆段活动强度大,内部钻井揭示的角砾带和裂缝带从数量和宽度上均具有明显优势,呈现出“多破碎带+多裂缝带”的特征。拉分段核带结构多发育在边界断面附近,内部核带结构欠发育,活动强度仅次于压隆段。平移段活动强度为3类分段中最弱,核带结构规模相对最小,单断面控制的裂缝带个数最少且间距最大。为了最大限度地动用有效储层以获得更高的单井产能,应根据不同分段类型各自核带结构的发育特点,有针对性地设计井轨迹,确保尽可能多地钻揭断裂带内部核带结构。结合单井单位压降产能分析表明,储集体规模并非控制单井产能的唯一因素,不同性质分段的储集体连通性可能是控制单井产能的另一个关键因素。

塔里木克拉通盆地内部走滑断裂体系滑移距小、变形弱、埋深大,其成因机制一直以来是构造领域研究的热点和难点问题。基于高密度三维地震新资料,开展了顺北及邻区系统编图和走滑断裂精细解析工作,对比解剖和明确了顺北东区和顺北西区走滑断裂体系的差异发育特征及活动规律,并探讨了其成因机制。结果表明:顺北东区发育约NE30°走向近平行主次级走滑断裂体系,深部主干走滑断裂变形强于次级走滑断裂且自西向东挤压程度增强,上覆雁列断层活动整体呈现自西向东增强的变化;顺北西区走滑断裂体系南北差异明显,北部以一组由塔北隆起向南延伸减弱的NW向断裂体系发育为主,南部以一组数量多、密度大、多期活动的约NE15°走向断裂发育为主。顺北地区走滑断裂体系“南北分区展布、东西差异活动、多段拼接生长”的发育特征,揭示其由多套形成于不同区域应力场下的走滑断裂体系分区差异展布并向腹部延伸对接而成,推测这与晚奥陶世盆缘受到多方向挤压的构造事件有关。

通过对北京西山下苇甸剖面中典型风暴成因竹叶状灰岩的野外实测和镜下薄片分析,明确了59套风暴沉积特征,确定了风暴沉积序列并建立了陆表海风暴作用沉积模式,主要取得如下认识:(1)北京西山下苇甸寒武系共有泥晶灰岩相、含砾屑泥晶灰岩相、颗粒泥晶灰岩相和泥晶颗粒灰岩相4种岩相类型。(2)鲕粒灰岩-砾屑灰岩型序列发育原地型风暴岩,泥岩和粉砂岩-砾屑灰岩型序列发育近源型风暴岩,泥晶灰岩-砾屑灰岩型序列发育远源型风暴岩。(3)原地型风暴岩发育侵蚀面,砾屑含量高,长短轴比大;近源型风暴岩砾屑定向性好,可见递变层理;远源型风暴岩基质含量高。(4)竹叶状灰岩沉积在陆表海背景下的潮下带,原地型、近源型和远源型风暴岩沉积范围以正常浪基面和风暴浪基面为界,距风暴中心距离和搬运距离依次增加。本次研究不仅补充了下苇甸寒武系的风暴沉积记录,而且为该时期的古环境研究提供了证据。

塔河油田开发实践揭示储集体空间连通程度决定了油井产能。识别、描述顺层岩溶储集体的发育特征,阐述该类岩溶垂向分带性和岩溶机制对于塔河全区油气勘探开发意义重大。本文基于野外露头、岩心/岩石薄片、钻/测井和三维地震等资料,以岩溶水循环理论为指导,结合地震属性提取技术,初步将塔河地区层控岩溶定义为受有利相带、初始层、次级界面和层内断裂等几个因素单独或者联合控制,形成了一套呈层状展布且岩性、物性以及油气生产等方面均有别于上下地层的储集体的一种溶蚀作用。明确了层序界面、断裂和沉积环境共同作用控制了层控岩溶型储集体的发育,并总结了岩溶峡谷区向斜汇流型和局部宽缓平台区单支水系渗流型两种岩溶模式。这两类模式体现了塔河油田不同构造背景、水系条件和断裂规模等储层控制因素的差异性,对于合理辨析层控岩溶在储层形成过程中所发挥的作用至关重要。

温度场是制约有效储层发育的关键因素之一,然而关于塔里木盆地超深层储层热演化及其对储层有效性的影响研究还很少。本文选取塔里木盆地台盆区近几年新钻井作为研究对象,通过实测等效镜质体反射率参数热史模拟揭示了台盆区显生宙时期以来的古热流演化史。台盆区大地热流从早古生代的45~65 mW/m²逐渐降至现今的32~45 mW/m²,仅局部地区在早二叠世受岩浆活动影响出现短暂的热流高峰,为46~62 mW/m²。在此基础上,结合沉积埋藏史明确了超深层碳酸盐岩储层古温度史和关键变革时期古温度平面分布特征,并对比分析了不同构造单元碳酸盐岩储层温度场差异演化特征及主控因素。奥陶系储层受控于大地热流和地层埋深影响,经历了早期缓慢升温和晚期快速升温的过程,除局部地区在早二叠世存在高异常外,塔里木盆地奥陶系储层在关键构造时期均表现出由中部向南北两侧降温的平面展布特征,与现今油气相态特征匹配。通过建立温度场与储层孔隙演化模式,深入讨论了台盆区有效储层发育的温度场条件。超深层碳酸盐岩储层的溶蚀-沉淀作用和油气相态与温压密切相关,温度不仅可以通过改善储层物性间接为油气充注提供储集空间,而且长期低温高压背景有利于液态烃的保存。本研究有助于厘清塔里木盆地台盆区超深层碳酸盐岩储层的热演化过程,并通过探讨对储层有效性的影响为下一步油气勘探提供参考。