构造运动造成的地层变形、抬升剥蚀和断裂作用对研究区奥陶系碳酸盐岩储集层的储集性能起到了很好的改善作用。地层的变形, 使得应力释放部位成为岩溶发育的优势区域, 构造高部位则成为油气聚集的有利部位; 构造抬升造成地层直接受到大气淡水的淋滤溶蚀, 形成大量的溶洞、洞穴以及暗河等大型的储集空间; 断裂以及与断裂伴生的裂缝的发育增加了岩石与地表水系及地下水的接触面积和机率, 同时断裂和裂缝的破坏作用使岩石的抗变能力大大降低, 有利于后期溶蚀继续发育(刘传虎和徐国盛, 2006)。

图2

Fig.2

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	图2 塔里木盆地轮古东地区构造演化模式图Fig.2 Tectonic evolution model of Lungudong area in Tarim Basin

2.1.1 构造演化

加里东早中期, 在区域沉降的背景下出现过大面积的缓慢抬升(图 2-a)。奥陶系在此时期也遭受到一定程度的风化剥蚀, 吐木休克组与良里塔格组呈不整合接触, 风化壳岩溶发育; 加里东运动晚期, 由于北北西— 南南东向挤压作用(贾承造等, 1995; 徐杰等, 2002), 处于翼部的轮古东地区发育了一系列近北东— 南西向的Ⅲ 级走滑断裂, 断裂贯穿整个奥陶系, 并一直延伸至地表(图 2-b, 2-c)。此期断裂对碳酸盐岩岩溶作用具有明显的控制作用, 同时, 由于断裂的连通作用, 沿不整合面可能发育古河道。

早海西期, 基底抬升, 使得桑塔木组尖灭线以西泥盆系、志留系、奥陶系鹰山组及以上层位遭受强烈的风化剥蚀(图 2-d)。同时, 抬升作用也使轮古39井附近奥陶系发育了一系列近北东— 南西向的Ⅲ 级走滑断裂。晚海西— 印支期, 由于南北向区域应力的挤压作用, 加里东期形成的断裂被进一步改造, 部分断层延伸至三叠系底部, 轮古39井处的局部隆起也逐渐形成(图 2-e)。平面上发育了一条贯穿研究区南北的Ⅱ 级走滑断裂, 纵向上, 轮古38井区、轮古39井以及轮古35井附近的断层断至奥陶系。燕山— 喜马拉雅期构造活动趋向平缓, 奥陶系继续下降被埋藏, 整个轮古东地区随同轮南古潜山整体稳定下沉, 轮古东地区被厚度较均匀的中、新生界掩埋, 形成现今构造格局。

2.1.2 构造裂缝

裂缝的形成不仅改善了碳酸盐岩储集层的储集空间, 沟通了早期溶蚀孔和洞, 使储集层连片发育, 同时, 裂缝的存在还改变了周围地层的岩石物理性质和水文条件, 使溶蚀作用发育的可能性大大增加。前人对于控制裂缝发育的因素进行了大量研究(马永生等, 1999; 邬光辉等, 1999; 王彩丽等, 2001; 于红枫等, 2006; 周进松等, 2006; 刘明等, 2007; 赵立, 2007), 最常见和最有意义的裂缝主要是由构造作用形成的(马永生等, 1999)。

轮古东地区发育构造缝、压溶缝、溶蚀缝、构造溶蚀缝以及收缩缝等多种裂缝。其中, 构造缝一般缝壁平直, 组系分明, 延伸较远, 缝宽小于0.01~0.04, mm, 晚期构造缝切割早期构造缝或与早期构造缝平行排列, 局部呈枝叉状、雁行状, 多被方解石全充填, 占统计量的63.35%; 压溶缝呈锯齿状和肠状弯曲延伸, 常被泥、铁质半充填或全充填, 缝宽窄不等, 缝宽0.01~0.02, mm, 占21.01%。二者占总数的84.36%(图 3)。

图3

Fig.3

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	图3 塔里木盆地轮古东地区裂缝类型直方图Fig.3 Histogram of fracture types in Lungudong area, Tarim Basin

在平面分布上, 轮古东地区奥陶系碳酸盐岩储集层裂缝密集发育部位沿区内2条主要走滑断裂分布(图 4), 断层对裂缝控制作用明显。断层的断穿和错动作用, 使得断层的交叉部位裂缝密度要高于相邻的其他区域, 全区在轮古39井、轮南631井以及桑塔木断垒带附近发育了高密度的裂缝, 同时, 在远离主干断层的次一级断层交叉部位, 也存在一些裂缝密度较高的区域, 如轮东1井、轮古32井和轮古392井等区域。裂缝发育的部位与工业油气流井分布位置具有较高的吻合性。据统计, 全区88.9%工业油气流井分布于裂缝密度高值区, 这主要是由于裂缝的发育改变了碳酸盐岩地层的储集性能, 连通了孤立的缝洞单元。同时, 由于岩石物性的改变, 使裂缝密集发育区成为溶蚀作用优先选择的区域。裂缝的发育成为良好的碳酸盐岩储集层形成的重要控制因素。

轮古东地区奥陶系沉积受控于塔里木盆地的基底变化, 加里东和海西期的构造运动对该区奥陶系产生了重要的影响。研究区奥陶系主要为一套以开阔台地相和台地边缘相为主的碳酸盐沉积, 主要储集层鹰山组、一间房组和良里塔格组在沉积相类型和平面分布上都存在着较大的差别。鹰山组(包括鹰1段和鹰2段)平面上发育了一套以开阔台地相台内滩亚相为主的沉积, 部分地区发育滩间海沉积, 岩性主要以亮晶颗粒灰岩、颗粒泥晶灰岩为主; 一间房组发育了一套以台内鲕粒砂屑滩亚相为主的沉积, 部分地区发育台内礁, 岩性主要以亮晶颗粒灰岩为主; 良里塔格组沉积相以台缘礁和台缘礁滩体亚相为主, 颗粒泥晶灰岩和粉晶颗粒灰岩在各种岩石类型中所占的比例较大, 而颗粒灰岩主要发育在良里塔格组上部。鹰山组上部、一间房组以及良里塔格组上部岩性比较纯, 颗粒含量比较高, 泥质含量较低(图 5), 岩石性脆, 这为后期裂缝及溶蚀作用发育提供了良好的条件。

图4

Fig.4

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	图4 塔里木盆地轮古东地区奥陶系裂缝密度分布图Fig.4 Distribution of the Ordovician fracture density in Lungudong area, Tarim Basin

图5

Fig.5

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	图5 塔里木盆地轮古东地区奥陶系岩性分布对比Fig.5 Distribution and correlation of the Ordovician lithology in Lungudong area, Tarim Basin

图6

Fig.6

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	图6 塔里木盆地轮古东地区各沉积环境工业油气流井日产量、孔隙度和渗透率分布对比Fig.6 Distribution and correlation of daily output of commercial hydrocarbon flow, porosity and permeability in every sedimentary environment of Lungudong area, Tarim Basin

通过对研究区25口井中的16口工业油气流井每日产量、孔隙度和渗透率的统计发现(图 6), 开阔台地相的台内滩以及台地边缘相中的礁和礁滩复合体是油气主要分布的沉积环境, 其中台内滩日产2208 m³油气当量, 占该地区每日油气总产量的55.9%; 台缘礁和台缘礁滩复合体合计日产1589 m³油气当量, 占每日油气总产量的40.2%。与之相对应, 在这些环境中所发育的储集层的孔隙度和渗透率较其他环境要好。台内洼地在该区平均孔隙度较大, 主要由于其分布区靠近桑塔木组尖灭线附近, 海西期岩溶作用对尖灭线附近的储集层进行了溶蚀改造, 导致储集层孔隙度增大。

图7

Fig.7

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	图7 塔里木盆地轮古东地区奥陶系岩溶柱状图Fig.7 Karst column of the Ordovician of Lungudong area, Tarim Basin

碳酸盐岩中的岩溶孔洞作为其主要储集空间, 与油气的富集具有密切关系, 古岩溶的发育与否, 很大程度上制约着碳酸盐岩地区油气产量的高低。因此, 研究古岩溶的发育, 寻找有利的勘探区带, 对于研究区在碳酸盐岩中找油具有重要的实际意义。前人(周兴熙等, 1998; 顾家裕, 1999; 顾家裕等, 1999; 陈学时等, 2004; 刘静江等, 2006, 2007; 陈景山等, 2007)针对轮南地区古岩溶发育研究做过大量工作, 普遍认为整个轮南地区古岩溶在垂向上具有很强的分带性, 风化壳岩溶是其古岩溶的主体。作者通过收集近几年勘探的成果, 恢复了研究区构造演化历史, 并观察了大量岩心, 认为轮古东地区存在的2套风化壳, 即发育于加里东期的良里塔格组岩溶系统和吐木休克组— 鹰山组风化壳岩溶系统(图 7)。海西期轮南地区岩溶作用对轮古东地区影响较小。

2.3.1 吐木休克组— 鹰山组岩溶风化壳系统

加里东运动中期, 在轮南地区整体抬升背景的控制下, 轮古东地区奥陶系吐木休克组抬升并出露地表遭受剥蚀(图 2), 钻井取心显示(图 7), 轮古391井和轮南621等井在吐木休克组顶部发现大型的溶洞充填沉积物及风化壳铝土泥岩, 表生岩溶作用明显; 轮南63等井在一间房组顶部发现灰绿色钙质泥岩, 同样表现出表层岩溶的特征; 一间房组中部至底部钻井取心发现大量的溶蚀孔洞、高角度充填裂缝、溶蚀缝和水平潜流带的大型溶洞; 鹰山组也发现了充填的溶蚀孔洞。由于该地区吐木休克组厚度很薄(10.5~53.5, m), 基本上可以确定吐木休克组、一间房组以及鹰山组是一套完整的风化壳岩溶系统(刘静江等, 2007)。

2.3.2 良里塔格组岩溶风化壳系统

加里东末期轮古东地区奥陶系继续缓慢抬升, 良里塔格组出露地表遭受剥蚀(图 2)。在地震剖面上, 良里塔格组顶部为古风化壳杂乱、不连续地震相(Moldovanyi et al., 1995)。钻井取心发现(图 7), 轮古381等井良里塔格组顶部发育风化角砾岩沉积; 中上部垂直渗流岩溶带发育小型溶蚀的孔洞和溶蚀缝等储集空间; 中下部水平潜流岩溶带溶洞较发育。轮南63等井发现被灰绿色钙质泥岩、围岩角砾充填的大型洞穴。

该地区海西期岩溶普遍不发育, 主要是由于奥陶系顶部广泛发育桑塔木组泥质灰岩、灰质泥岩盖层, 使海西期岩溶仅仅发育于桑塔木组尖灭线附近及以西的区域。轮古东地区所发育的两套风化壳岩溶, 改造了区内奥陶系的储集空间, 同时也进一步制约了与岩溶有关的储集层主要分布在不整合面至水平潜流带区域。

良里塔格组储集层发育良好(图 8), Ⅰ 类储集层分布在轮古39和轮古391井附近区域, 以台缘礁滩体沉积相为主, 裂缝密度超过30条/m, 处于岩溶残丘的古地貌单元内(轮古39井)。Ⅱ 类储集层除在近南北向走滑断裂附近分布外, 在轮南621井— 轮南48井— 轮古13井— 轮古19井地区以及轮古38井、轮南633井和轮南634井等井附近也有发育, 一般分布在台缘礁滩体边缘以及台缘礁附近, 裂缝密度10~30条/m。轮古38井附近良里塔格组储集层发育主要受海西期岩溶作用改造。Ⅲ 类储集层在雀马1井— 轮古38井、轮古351井附近以及轮古32井以东等区域发育, 沉积相主要为台缘礁, 裂缝密度6~10条/m。Ⅳ 类储集层在全区广泛发育, 裂缝不发育, 沉积相以台内洼地以及台缘斜坡为主。

一间房组储集层横向上连片性较好, Ⅰ 类和Ⅱ 类储集层分布面积较广(图 9)。Ⅰ 类储集层沿研究区近南北向走滑断裂分布, 以台内高能鲕粒砂屑滩沉积为主, 裂缝密度大于30条/m。Ⅱ 类储集层分布在区域内的南北向走滑断裂和桑塔木断垒带附近, 以台内高能鲕粒砂屑滩沉积为主, 裂缝密度10~30条/m。Ⅲ 类储集层在区域内零散分布。Ⅳ 类储集层遍布整个区域。

鹰山组储集层与良里塔格组和一间房组储集层相比, 在优质储集层的连片性和分布面积上都远不如前面2个组(图 10)。由于埋藏深, 受溶蚀改造以及裂缝发育程度等因素影响, 鹰山组储集层主要发育在该组的鹰1段, 部分地区鹰2段也可以作为储集层。Ⅰ 类储集层在近南北向走滑断层与东西向断层交叉处以及轮古35井附近区域发育, Ⅱ 类储集层沿近南北向走滑断层、近东西向断层、桑塔木断垒带以及在轮东1井等地区发育, 两类储集层主要为台内砂屑滩沉积。Ⅲ 类储集层围绕Ⅱ 类储集层周边发育, 分布面积亦有限。该区鹰山组主要发育Ⅳ 类储集层, 遍布整个区域。