塔河油田奥陶系古岩溶洞穴充填物时代鉴别特征及其储集意义

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.10.12

地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (4): 65-75.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.10.12

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塔河油田奥陶系古岩溶洞穴充填物时代鉴别特征及其储集意义

陈轩¹(), 刘王涵¹, 鲍典², 张利萍¹^,^*(), 陈立雄³, 杨敏², 张娟², 李英菊⁴, 李广业⁵, 加玉锋⁶

1.长江大学地球科学学院, 湖北武汉 430100
2.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司, 新疆乌鲁木齐 830011
3.中国石油集团测井有限公司天津分公司, 天津 300280
4.辽河油田勘探开发研究院, 辽宁盘锦 124010
5.新疆油田公司采油二厂, 新疆克拉玛依 834000
6.新疆油田重油公司油田地质研究所, 新疆克拉玛依 834000

收稿日期:2022-05-30 修回日期:2023-02-02 出版日期:2023-07-25 发布日期:2023-07-07
通讯作者: *张利萍(1982—),女,博士,讲师,主要从事储层地质学研究工作。E⁃mail: 83728599@qq.com
作者简介:陈轩(1983—),男,博士,教授,主要从事沉积学、储层地质学研究工作。E-mail: chenxuanwolf@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(41302119)

Ordovician palaeokarst caves in the Tahe oilfield: Burial age of cave fills and its implication for hydrocarbon reservoirs

CHEN Xuan¹(), LIU Wanghan¹, BAO Dian², ZHANG Liping¹^,^*(), CHEN Lixiong³, YANG Min², ZHANG Juan², LI Yingju⁴, LI Guangye⁵, JIA Yufeng⁶

1. School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan 430100, China
2. Northwest Oilfield, Sinopec, ürümqi 830011, China
3. Tianjin Branch, CNPC Logging Co., Ltd, Tianjin 300280, China
4. Research Institute of Exploration and Development, Liaohe Oilfield, CNPC, Panjin 124010, China
5. No.2 Oil Production Plant of Xinjiang OilField Company, Karamay 834000, China
6. Heavy Oil plant of Xinjiang OilField Company, Karamay 834000, China

Received:2022-05-30 Revised:2023-02-02 Online:2023-07-25 Published:2023-07-07

摘要/Abstract

摘要：

洞穴充填物的充填时代分析能够帮助认识洞穴的形成过程、充填结构序列和储集空间发育规律。塔河油田奥陶系岩溶洞穴受到物理充填作用的显著影响,其充填物的时代鉴别特征及其对储集空间发育的影响缺乏系统的分析。基于塔河油田奥陶系地质背景、岩心、测井、测年及产能资料的分析,认为:(1)灰绿色层理构造钙质砂岩和泥质粉砂岩为搬运充填成因,与裂缝共生的灰绿色泥质粉砂岩为渗流充填成因,它们的充填时代为海西早期,杂色砾岩的砾石成分复杂,磨圆分选较好,颗粒支撑,也为搬运充填成因,但充填时代为加里东晚期;(2)角砾岩的角砾成分一致,磨圆分选差且被灰绿色渗流泥充填,为海西早期洞穴掩埋时垮塌充填的结果,无渗流泥充填的角砾岩,裂纹化且多含方解石或沥青,多发育在洞穴顶部,为深埋藏阶段垮塌作用的结果;(3)岩溶洞穴缝洞储集体控制因素十分复杂,洞穴掩埋期的搬运、渗流与垮塌作用多产生泥质充填,储集性差;深埋藏期垮塌作用,产生次级裂缝且无泥质充填,储集性好,洞穴顶部及上部为有利储层发育位置。本研究为岩溶洞穴形成过程和油气藏高效开发提供有价值的参考。

关键词: 古岩溶洞穴, 缝洞储集体, 充填时代, 垮塌充填, 奥陶系, 塔河油田

Abstract:

The burial age of cave fills can provide valuable insights into the formation of ancient caves and the cave filling order and cave reservoir development. The Ordovician palaeokarst caves in the Tahe oilfield are significantly impacted by cave filling, but the burial age of cave fills and its implication for the hydrocarbon reservoir development in the oil field have not been systematically analyzed. Here we present findings on the cave deposits based on analyses of the geologic setting of the oil field as well as core, well-logging, burial history and productivity data. We found the layered, gray-green calcareous sandstone and argillaceous siltstone were deposited via transport filling in the Early Hercynian and fracture-associated, gray-green argillaceous siltstones via seepage filling in the same era; whilst well-rounded/sorted, multicolor conglomerate fills, with complex rock composition and sandy matrix, were deposited in the Late Caledonian by transport filling. Meanwhile, poorly-sorted collapse breccias, chemically homogeneous, mixed with grey-green mudstone via seepage filling, were deposited in the Early Hercynian during early burial; whilst fractured, calcite/oil-bearing collapse breccias, mainly on cave roof, without seepage filling, were deposited in the late burial stage. The reservoir controlling factors of fracture/cavity reservoirs of karst caves were very complex, where cave fills deposited in the early burial stage via transport, seepage and collapse filling were mostly mudstones, with poor reservoir quality; whereas secondary fractures formed during late burial from collapse settlement without mud fill greatly improved reservoir quality, and the upper/top parts of karst caves were favorable for reservoir development. This research provided a valuable reference for the understanding of karst cave formation and exploration of high-quality hydrocarbon reservoirs.

Key words: palaeo-karst caves, fracture-cave reservoirs, filling ages, collapsed fillings, Ordovician, Tahe oilfield

中图分类号:

陈轩, 刘王涵, 鲍典, 张利萍, 陈立雄, 杨敏, 张娟, 李英菊, 李广业, 加玉锋. 塔河油田奥陶系古岩溶洞穴充填物时代鉴别特征及其储集意义[J]. 地学前缘, 2023, 30(4): 65-75.

CHEN Xuan, LIU Wanghan, BAO Dian, ZHANG Liping, CHEN Lixiong, YANG Min, ZHANG Juan, LI Yingju, LI Guangye, JIA Yufeng. Ordovician palaeokarst caves in the Tahe oilfield: Burial age of cave fills and its implication for hydrocarbon reservoirs[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(4): 65-75.

图/表 13

图1 塔河油田地质背景图 A—塔河油田主要钻井分布图;B—塔河油田地层单元及构造期次综合柱状图;C—地层接触关系地震响应剖面,地震剖面位置见A中P1。

Fig.1 Geological setting of the Tahe Oilfield

图2 塔河油田奥陶系洞穴搬运充填物岩石学特征 A—灰绿色钙质细砂岩,小型平行层理(Pb)及正粒序（Hb）,T702,5 697.37 m；B—褐灰色粉砂岩,沙纹层理（Wb）,含油,T615,5 536 m；C—浅灰色钙质砂岩,块状构造(M),T615,5 556.76 m; D—钙质砂岩,石英颗粒(Qtz),少量暗色岩屑(Tg),颗粒间为方解石胶结（Cal）,T615,5 556.76 m；E—杂色细-中砾岩,砾石成分复杂（灰色、白色与暗色,表明不同的砾石成分）（P）,次圆状,颗粒支撑（Ss）,S47,5 441.4 m；F—灰绿色含砾泥质粉砂岩,砾石成分一致（灰岩角砾）,砾石大小不一,磨圆及分选差（P）,泥质杂基支撑（Ms）,T615,5 538 m。

Fig.2 Petrological characteristics of Ordovician cave fill deposited via transport in the Tahe oilfield

图3 塔河油田奥陶系洞穴充填特征柱状图

Fig.3 Stratigraphic column diagram of typical Ordovician karst cave in the Tahe oilfield

图4 塔河油田奥陶系洞穴渗流充填物及垮塌充填物岩石学特征 A—浅灰色砂屑灰岩,不规则裂缝被灰绿色砂泥物质充填(Sm),T403, 5 497.9 m;B—角砾岩,角砾成分均为浅灰色砂屑灰岩(P),角砾大小不一、棱角状,被灰色砂泥物质充填(Sm),T615,5 557.45 m。

Fig.4 Petrological characteristics of Ordovician cave fill deposited via seepage and collapse settlement in the Tahe oilfield

图5 奥陶系洞穴充填物(A-E)及石炭系巴楚组(F)样品沉积学特征照片 A—灰绿色钙质粉砂砂岩夹浅灰色砾岩,砾石成分为灰岩,磨圆较好(P),T207,5 550.6 m;B—杂色中砾岩,砾石成分复杂,砾石磨圆分选较好,颗粒支撑,T403,5 540 m;C—灰绿色含细砾粉砂岩,S47,5 936 m; D—杂色砾岩,砾石成分多样,磨圆分选较好,TH12124,5 916.1 m ;E—含砾砂岩,砾石成分复杂,含油,TH12112,5 806.8 m;F—灰绿色粉砂质泥岩,T615,5 516.1 m。样品A-E为奥陶系洞穴充填物;F为石炭系巴楚组沉积物。

Fig.5 Photos of typical Ordovician cave-fill specimen (A-E) and sediment from the Carboniferous Bachu Formation used for burial age determination (F)

图6 灰绿色洞穴搬运充填物与巴楚组灰绿色沉积物稀土元素分配模式注:微量元素由长江大学测试完成,电感耦合等离子质谱仪(ICPMS-2030);T615-5 538 m对应井号和样品深度。

Fig.6 Rare earth element distribution patterns of gray-green cave fill deposited via transport and gray-green clastic rocks of the Bachu Formation

表1 塔河油田奥陶系洞穴充填物测年及充填时代分析表

Table 1 Ordovician cave-fill dating data for specimen A-E

样品照片	岩性	井号	深度/m	K-Ar测年	锆石测年/Ma	充填时代分析
图5A	灰绿色钙质砂岩	T207	5 550.6	晚泥盆世		海西早期
图5F	灰绿色含砾钙质砂岩	T615	5 540.7	晚泥盆世		海西早期
图5B	杂色砾岩	T403	5 540	晚奥陶世		加里东晚期
图5D	杂色砾岩	TH12124	5 916.1		490 (早奥陶世)	加里东期
图5E	含砾砂岩	TH12112	5 806.8		556 (元古宙—早寒武世)	加里东期

图7 锆石测年数据分布及结果图左—样品图5D,23个点,年龄(490±64 )Ma;右—样品图5E,19个点,年龄(556±100 )Ma。

Fig.7 Zircon age distribution graphs and dating results for specimen D and E

图8 塔河油田奥陶系T615井洞穴垮塌充填序列特征图 A—角砾岩,灰绿色渗流泥(Gs)不规则充填角砾间;B—裂纹化角砾岩,不规则裂缝间含油(Bt);C—灰绿色平行层理粉细砂岩;D—角砾岩,灰绿色渗流泥渗流泥(Gs)充填角砾间。

Fig.8 Composite well log for well T615 showing the order of collapse filling

图9 塔河油田奥陶系T615井岩溶洞穴垮塌形成过程模式图地震剖面位置见图1A中P2。

Fig.9 Model of paleokarst cave collapse filling in well T615

图10 搬运充填物及垮塌充填物孔隙度分布直方图

Fig.10 Porosity distribution histograms for cave fills via transport or collapse filling

表2 塔河油田奥陶系洞穴充填物特征及与产能统计表

Table 2 Characteristics of Ordovician cave fills and well productivity data

井名	洞穴顶深/m	洞穴底深/m	洞穴高度/m	充填特征			射孔深度/m		射孔段位置	产液量/万吨
井名	洞穴顶深/m	洞穴底深/m	洞穴高度/m	掩埋期垮塌充填厚度/m	埋藏期垮塌充填厚度/m	搬运充填厚度/m	顶深	底深	射孔段位置	产液量/万吨
Tk409	5 589.9	5 659.4	69.5	18.5	10.4	51	5 500	5 580	洞穴上部	33.51
TK476	5 518.6	5 559.5	40.9	12.3	3.2	25.6	5 465	5 502	洞穴上部	6.8
TK419	5 531	5 559.5	28.45	2	6	26.45	5 528	5 538	洞穴下部	15.3
TK422	5 620.7	5 651.8	31.1	10.9	1.1	4	5 602	5 652	洞穴上部	3.5
TK464	5 418.1	5 443.5	20	3	2.4	17	5 407.5	5 490	整个洞穴	9.03
T615	5 529.8	5 574.2	44.4	14.4	4.5	30	5 521	5 580	整个洞穴	4.54
TK602	5 588.1	5 624.2	36.1	3	15.6	33.1	5 626	5 634	洞穴上部	46.74
TK6112	5 651.3	5 675	23.7	6	1.5	17.7	5 651	5 671	整个洞穴	0.74
TK647	5 560.2	5 573.6	13.4	7	3.6	6.4	5 521.3	5 585	洞穴顶部	11.42
TK730	5 589	5 591.9	2.9	0	0.8	2.9	5 523	5 560.8	洞穴上部	2.37
TK604	5 522	5 616.2	94.2	20	8.5	65.2	5 512	5 549.83	洞穴顶部	17.01
T403	5 485	5 548.8	63.8	17.8	8.5	41	5 405	5 459.61	洞穴上部	28.8

图11 塔河油田奥陶系洞穴充填特征与产能关系直方图 A—埋藏期垮塌充填;B—搬运充填;C—掩埋期垮塌充填。

Fig.11 Relationship between Ordovician cave-fill thickness and well productivity under different cave filling conditions

参考文献 31

[1]	LOUCKS R G. Paleocave carbonate reservoirs: origins, burial-depth modifications, spatial complexity, and reservoir implications[J]. AAPG Bulletin, 1999, 83(11): 1795-1834.
[2]	李阳, 金强, 钟建华, 等. 塔河油田奥陶系岩溶分带及缝洞结构特征[J]. 石油学报, 2016, 37(3):289-298. DOI
[3]	何登发, 马永生, 刘波, 等. 中国含油气盆地深层勘探的主要进展与科学问题[J]. 地学前缘, 2019, 26(1): 1-12. DOI
[4]	张宝民, 刘静江. 中国岩溶储集层分类与特征及相关的理论问题[J]. 石油勘探与开发, 2009, 36(1):12-29.
[5]	LI Y Q, SUN J F, WEI H H, et al. Architectural features of fault-controlled Karst Reservoirs in the Tahe oilfield[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2019, 181: 106208. DOI URL
[6]	TIAN F, JIN Q, LU X B, et al. Multi-layered Ordovician paleokarst reservoir detection and spatial delineation: a case study in the Tahe Oilfield, Tarim Basin, Western China[J]. Marine and Petroleum Geology, 2016, 69: 53-73. DOI URL
[7]	LU X B, WANG Y, YANG D B, et al. Characterization of paleo-Karst reservoir and faulted Karst Reservoir in Tahe Oilfield, Tarim Basin, China[J]. Advances in Geo-Energy Research, 2020, 4(3): 339-348. DOI URL
[8]	WANG C, ZHANG Q Y, XIANG W. Physical and numerical modeling of the stability of deep Caverns in Tahe oilfield in China[J]. Energies, 2017, 10(6): 769. DOI URL
[9]	张文博, 金强, 徐守余, 等. 塔北奥陶系露头古溶洞充填特征及其油气储层意义[J]. 特种油气藏, 2012, 19(3):50-54, 153.
[10]	刘晶晶, 毛毳, 魏荷花, 等. 塔河油田奥陶系缝洞充填序列及其测井响应[J]. 新疆石油地质, 2021, 42(1):46-52.
[11]	徐微, 蔡忠贤, 贾振远, 等. 塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏溶洞充填物特征[J]. 现代地质, 2010, 24(2):287-293.
[12]	徐嘉宏, 康志宏, 蓝茜茜. 塔河奥陶系油藏岩溶储层类型、洞穴结构和发育模式: 以塔河油田7区T615缝洞单元为例[J]. 现代地质, 2020, 34(6):1181-1192.
[13]	邹胜章, 夏日元, 刘莉, 等. 塔河油田奥陶系岩溶储层垂向带发育特征及其识别标准[J]. 地质学报, 2016, 90(9): 2490-2501.
[14]	张瑜, 彭守涛, 汲生珍. 塔河油田于奇西地区奥陶系洞穴充填程度预测与应用[J]. 新疆地质, 2017, 35(1): 89-93.
[15]	孙萌思, 刘池洋, 杨阳, 等. 塔里木盆地塔中地区鹰山组碳酸盐岩缝洞型储层地震正演模拟研究[J]. 地学前缘, 2017, 24(5):339-349. DOI
[16]	焦方正, 窦之林. 塔河碳酸盐岩缝洞型油藏开发研究与实践[M]. 北京: 石油工业出版社, 2008.
[17]	孙枢, 赵文智, 张宝民, 等. 塔里木盆地轮东1井奥陶系洞穴沉积物的发现与意义[J]. 中国科学: 地球科学, 2013, 43(3): 414-422.
[18]	刘显凤, 蔡忠贤, 云露, 等. 塔河油田岩溶作用元素地球化学的特征响应[J]. 石油实验地质, 2009, 31(3):270-274.
[19]	刘存革, 张钰, 吕海涛. 塔河油田中-下奥陶统古岩溶洞穴巨晶方解石成因及演化[J]. 地质科技情报, 2008, 27(4):33-38.
[20]	张涛, 云露, 邬兴威, 等. 锶同位素在塔河古岩溶期次划分中的应用[J]. 石油实验地质, 2005, 27(3):299-303.
[21]	张恒. 塔里木盆地中下奥陶统岩溶储层形成机制及其与二叠盆地相似储层对比[D]. 武汉: 中国地质大学(武汉), 2020.
[22]	佟秀秀. 塔河油田奥陶系碳酸盐岩古岩溶塌陷体特征研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.
[23]	徐微, 蔡忠贤, 林忠民, 等. 塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏油藏岩溶成因类型[J]. 海相油气地质, 2012, 17(1): 66-72.
[24]	雷川, 陈红汉, 苏奥, 等. 方解石充填物对于深层古岩溶洞穴保存的独特意义: 以塔河地区奥陶系为例[J]. 沉积学报, 2016, 34(5):842-852.
[25]	李新华, 康志宏, 刘洁, 等. 塔河油田奥陶系岩溶塌陷体结构识别及成因分析[J]. 现代地质, 2021, 35(6):1830-1843.
[26]	王建峰, 邓光校, 李涛, 等. 塔河油田奥陶系碳酸盐岩古岩溶塌陷体特征及成因[J]. 新疆石油地质, 2017, 38(4):385-391.
[27]	田飞. 塔河油田碳酸盐岩岩溶缝洞结构和充填模式研究[D]. 青岛: 中国石油大学(华东), 2014.
[28]	冉毅凤. 塔河奥陶系油藏岩溶塌陷结构特征及开发潜力研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2014.
[29]	张三, 金强, 孙建芳, 等. 塔河地区奥陶系岩溶斜坡峰丘高地的形成及油气地质意义[J]. 石油勘探与开发, 2021, 48(2):303-313. DOI
[30]	LOUCKS R G, MESCHER P K, MCMECHAN G A. Three-dimensional architecture of a coalesced, collapsed-paleocave system in the Lower Ordovician Ellenburger Group, central Texas[J]. AAPG Bulletin, 2004, 88(5): 545-564. DOI URL
[31]	陈轩, 刘银河, 林年添, 等. 塔中低凸起北斜坡奥陶系碳酸盐岩储层特征及其勘探意义[J]. 石油地球物理勘探, 2011, 46(3):463-470.

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[1]	李茜, 朱光有, 李婷婷, 艾依飞, 张岩, 王珊, 陈志勇, 田连杰. 塔里木盆地鹰山组白云岩成因与Mg同位素证据[J]. 地学前缘, 2023, 30(4): 352-375.
[2]	张娟, 谢润成, 杨敏, 高志前, 王明, 张长建, 王虹. 塔河油田主体区下奥陶统小尺度缝洞体形成机制与分布预测[J]. 地学前缘, 2023, 30(4): 51-64.
[3]	包洪平, 王前平, 闫伟, 蔡郑红, 郑杰, 魏柳斌, 黄正良, 郭玮. 鄂尔多斯盆地中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系沉积特征与天然气成藏潜力[J]. 地学前缘, 2023, 30(1): 30-44.
[4]	张锐锋, 田建章, 黄远鑫, 田然, 任艺, 边滢滢, 王元杰, 陈令, 卢山. 冀中坳陷奥陶系潜山油气藏形成条件与成藏模式[J]. 地学前缘, 2023, 30(1): 45-54.
[5]	张智礼, 李慧莉, 焦存礼, 高晓鹏. 塔里木盆地顺托果勒地区奥陶系鹰山组—恰尔巴克组地层划分对比研究[J]. 地学前缘, 2021, 28(1): 90-103.
[6]	郑宁，李廷栋，程木伟. 湘赣中、上奥陶统烟溪组、对耳石组硅质岩成因[J]. 地学前缘, 2018, 25(4): 86-98.
[7]	刘金侠，毛翔，季汉成，李海泉. 东濮凹陷奥陶系岩溶型热储分布特征及成因研究[J]. 地学前缘, 2017, 24(3): 180-189.
[8]	何治亮, 聂海宽, 张钰莹. 四川盆地及其周缘奥陶系五峰组志留系龙马溪组页岩气富集主控因素分析[J]. 地学前缘, 2016, 23(2): 8-17.
[9]	谭聪，于炳松，阮壮. 利用流体包裹体评价碳酸盐岩储层埋藏孔洞充填强度的新方法：以塔里木盆地为例[J]. 地学前缘, 2016, 23(1): 253-263.
[10]	张保涛, 于炳松, 朱光有, 王宇, 苏劲, 王凯, 刘星旺. 塔中北斜坡富油气区油气分布规律与富集主控因素研究[J]. 地学前缘, 2015, 22(1): 271-280.
[11]	钱一雄, 沙旭光, 李慧莉, 沈向存, 李玉兰, 夏永涛, 刘忠宝. 塔里木盆地塔中西部加里东中、晚期构造-层序结构与奥陶系碳酸盐岩储集体分布[J]. 地学前缘, 2013, 20(1): 260-274.
[12]	康志宏, 陈琳, 鲁新便, 杨敏. 塔河岩溶型碳酸盐岩缝洞系统流体动态连通性研究[J]. 地学前缘, 2012, 19(2): 110-120.
[13]	崔洁, 朱光有, 薛海涛, 苏劲, 卢玉红, 张斌, 王晓梅, 费安国. 塔里木盆地轮南地区碳酸盐岩油气藏原油酸值的分布特征及其形成机制[J]. 地学前缘, 2010, 17(1): 361-372.
[14]	李斌程长青. 空间数据库技术实现定量古地理研究——以鄂尔多斯盆地中奥陶统一个三级层序的形成时间为例[J]. 地学前缘, 2009, 16(5): 251-263.
[15]	韩剑发梅廉夫杨海军张海祖徐志明顾乔元于红枫. 塔里木盆地塔中奥陶系天然气的非烃成因及其成藏意义[J]. 地学前缘, 2009, 16(1): 314-325.