我国深层海相碳酸盐具有埋藏深度大、地质时代老、地质演化过程复杂等特点,其储层形成和分布受到众多因素制约,是海相油气勘探面临的关键问题之一。本文总结了团队在塔里木盆地长期研究成果,从深层碳酸盐岩建造和改造作用出发,揭示塔里木盆地多类型碳酸盐岩储层的主要发育条件和有序性分布。(1)塔里木盆地台地格局、地层发育演化及后期的埋藏与改造,均是盆缘构造事件在盆内的构造-沉积作用响应。早古生代盆地经历了地貌张裂分化与小型裂陷群形成、地貌挤压分化与层间不整合发育、古隆起与大型不整合作用、多期不整合叠加与古隆起埋藏改造等演化过程。(2)碳酸盐岩台地沉积过程中存在着不同尺度、不同类型的分异演化作用,可分为雏形期、建造期、鼎盛期和分解-消亡期,相应的台地边缘演化经历了缓斜坡、进积镶边、加积镶边和退积陡坡等建造过程,控制着台缘礁滩、台内滩、早期白云岩化潮坪等有利于规模化储集岩发育的沉积相带分布。(3)多级次不整合和断裂-流体改造是优质储层形成的重要机制。多期区域构造活动和周期性海平面变化控制了不同级别的不整合面发育,海平面下降主导的层序界面导致碳酸盐岩周期性暴露,形成了不同规模的层间岩溶和同沉积岩溶,区域构造运动所对应的大型不整合控制了大规模表生岩溶储层发育,不同规模的断裂和裂缝既是储层发育带,也是流体活动和改造的主要区带。(4)塔北-顺北地区不整合发育强度和断裂活动强度由北向南有序变化,控制了碳酸盐岩储层类型与分布的有序性变化,自北向南依次发育雅克拉断凸潜山型白云岩储层、塔河主体区古风化壳型岩溶储层、塔河斜坡区层控型岩溶储层、塔河覆盖区断溶型储层和顺北断控型储层,反映出由剥蚀区至覆盖区不整合控储作用逐渐变弱,而断裂控储作用增强。

塔里木盆地新元古代构造-沉积发育对于了解克拉通初始发育及超深层油气勘探至关重要,因其埋深大,资料稀少,在盆地深埋区的研究极为困难,资料也存在一定的多解性。通过采用盆-山结合、地质-地球物理多种方法联合研究发现,新元古代塔里木盆地至少经历了3期构造旋回,形成3个沉积超层序和7~9个层序。盆地与盆缘新元古代沉积相带分布受断陷控制而变化差异较大,发育有陆棚相、冰川相、盆地相、碳酸盐岩台地相、潮坪相、扇三角洲相、滨浅海相和冲积扇-河流相等不同的沉积相,还发育有火成岩相。对南华纪-早寒武世之间主要的不整合结构构造及空间分布研究表明,盆缘及盆地内深埋区构造-沉积格架反映了伸展环境下的不整合结构构造特征,主要类型包括单斜低角度不整合、渐进角度不整合、断控角度不整合和平行不整合,它们进一步揭示了不同部位的构造作用过程。根据层序地层特征、新元古代断裂活动、不整合三元结构构造、震旦系及南华系地震地层学特征及波阻抗属性特征综合分析,重建了塔里木盆地深埋区震旦系、寒武系沉积前的构造古地理,各沉积相带的分布与南华纪晚期、震旦纪晚期断陷分布、沉降中心的分布和构造变形差异等有关。与Rodinia超大陆外向生长与裂解、Gondwana拼合响应,塔里木新元古代构造古地理演化经历了3个旋回:第一旋回为盆地内深裂陷启动期(900~760 Ma),第二旋回为深裂陷发育期(ca.750~630 Ma),第三旋回为裂陷快速扩张期及衰退期(630~520 Ma),3个旋回分别与塔里木陆块周缘新元古代早期俯冲相关的弧后伸展、中期裂谷盆地和晚期被动大陆边缘等大地构造环境转换相关。广盆存在的寒武系与震旦系或前震旦系不整合,揭示了震旦纪、寒武纪之交是塔里木地块由多个裂谷-断陷盆地向统一克拉通盆地的重要转换期。本研究形成了结构-多属性构造古地理重建恢复深埋区古构造、古地理的重要方法;根据相控条件预测了盆地内下寒武统及南华系有利烃源岩的发育区,对深层油气资源潜力评价有重要的意义。

根据塔北地区海相碳酸盐岩油藏勘探开发实践,基于对断裂破碎作用、岩溶作用及溶蚀断裂带的控储、控藏特征研究,创新提出的“断溶体”圈闭(油藏)概念,业已成为碳酸盐岩油气勘探开发的新目标、新类型,丰富了海相碳酸盐岩油气藏理论认识。断溶体油藏宏观上具有“断溶控储、深断控藏、物性圈闭、垂向疏导、复式聚集、分段成藏”的成藏特征。断溶体油气藏沿断裂破碎带呈条带状分布,其宏观展布不受局部构造控制,油气藏无统一油水界面。基于以上地质条件的耦合,受断裂带结构特征差异的影响,同一断裂带的不同段,其富集、含水及连通特征具有明显差异,具有“一断裂段一单元,一单元一油藏”的特征,与传统的碳酸盐岩构造型、复合型等油藏类型具有显著差别。针对不同的断溶体油藏特征,需有针对性地制定开发治理对策。国内外油气田开发实践证实,包括碳酸盐岩、白云岩和砂岩在内的多种岩性地层中,均发育规模不等的断裂带、裂缝带,重视和深化研究深层海相碳酸盐岩断溶体圈闭(油藏)对油气勘探开发具有重要意义。

塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层的开发方向已逐渐从地震反射的“串珠型”缝洞储层转移到“非串珠”型的小缝洞储层,确定小尺度缝洞的形成机制和发育规律是提高此类储量动用率的关键。本次研究对塔河油田主体区岩心和薄片开展了缝洞描述,确定了小尺度缝洞的裂缝成因类型、缝洞参数和充填性质等特征。研究区裂缝划分为构造裂缝和非构造成因裂缝,呈高角度或垂直产状,构造裂缝充填程度弱于风化裂缝;孔洞的充填程度相对较高,但仍存在残留的孔隙空间。基于古岩溶地貌、局部残丘构造幅度的刻画、断裂特征分析和构造应力场模拟,确定了小尺度缝洞体的形成机制。小尺度缝洞的形成受古岩溶地貌、局部残丘构造幅度、断裂和构造应力场综合控制。地貌相对高部位利于岩溶的发生,主体东区地貌整体较主体西区高,缝洞相对西区更发育。残丘构造幅度也影响了岩溶储层的分布差异,残丘缓翼构造坡度相对较缓,利于水岩充分反应,更利于岩溶储层形成。主大断裂控制大尺度溶洞的形成,同时大溶洞和断裂又控制着小尺度缝洞的发育,深部小尺度缝洞受断裂控制的发育深度可达T₇⁴界面以下200 m深度。构造应力场影响着构造裂缝的分布,构造裂缝的形成又为孔洞的形成提供了溶蚀通道,间接控制着小尺度缝洞体的分布。在小尺度缝洞形成机制分析的基础上,建立了基于非线性神经网络深度学习算法的小尺度缝洞预测方法,确定了小尺度缝洞平面分布,预测结果与单井缝洞发育情况和初期产液能力相匹配。研究成果为油田整体动用小尺度缝洞储量奠定了技术基础。

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。

塔中—顺托果勒地区油气勘探不断取得重大突破已表明该区域蕴藏着丰富的油气资源,而颗粒滩沉积刻画对于沉积环境分析和储层预测具有理论和实践意义。本文通过大量的岩心薄片分析,发现该地区颗粒滩类型主要为内碎屑滩,生物礁体不发育,岩性主要以亮晶碎屑灰岩为主,部分发生白云岩化作用,并且随着深度增加其作用增强。内碎屑滩通常含有一些鲕粒、藻粒和少量生物碎屑,其中鲕粒较小,见低能环境放射鲕。连井对比分析显示:鹰山组可以划分为两个三级层序,并且能在整个塔中地区进行对比,上升半旋回期间颗粒滩沉积以薄层退积为主,下降半旋回期间则以厚层加积为主,而最大海泛面时期颗粒滩发育规模较小。鹰山组沉积时期,颗粒滩在开阔台地和局限台地广泛发育,但两者沉积特征不同,开阔台地颗粒滩沉积厚度较大,呈团块状沿开阔台地外围分布,而局限台地内颗粒滩一般厚度较小,呈小团块或条带状分布。