塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系古溶洞的成像測(cè)井預(yù)測(cè)

摘 要

摘要：在巖心刻度和常規(guī)測(cè)井標(biāo)定基礎(chǔ)上，根據(jù)FMI、EMI成像測(cè)井資料研究了塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系良里塔格組和一間房組碳酸鹽巖儲(chǔ)層中溶洞的類型、特征及分布。將溶洞劃分為
摘要：在巖心刻度和常規(guī)測(cè)井標(biāo)定基礎(chǔ)上，根據(jù)FMI、EMI成像測(cè)井資料研究了塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系良里塔格組和一間房組碳酸鹽巖儲(chǔ)層中溶洞的類型、特征及分布。將溶洞劃分為斑點(diǎn)一斑塊狀溶洞、層狀大洞、片狀及網(wǎng)狀縫洞等類型，提出了各類溶洞的成像測(cè)井識(shí)別標(biāo)志。引入溶洞發(fā)育帶的厚度、相對(duì)于古巖溶面的埋藏深度及分布密度(即溶洞發(fā)育帶厚度占地層總厚度的百分?jǐn)?shù))等參數(shù)，研究了該區(qū)溶洞的空間分布。結(jié)果表明：90%左右的溶洞發(fā)育帶的厚度都小于10m，70%的溶洞發(fā)育帶分布于良里塔格組頂部古巖溶不整合面以下200m深度范圍內(nèi)；一間房組溶洞發(fā)育帶的分布密度明顯高于良里塔格組；總體上，自南東而北西，溶洞發(fā)育帶的分布密度增大，指示古巖溶作用的強(qiáng)度朝北西方向逐漸增強(qiáng)。
關(guān)鍵詞：碳酸鹽巖；溶洞；喀斯特；儲(chǔ)集層；預(yù)測(cè)；成像測(cè)井；奧陶紀(jì)；塔里木盆地
    溶洞是碳酸鹽巖最重要的儲(chǔ)集空間類型之一，其成因復(fù)雜，分布的非均質(zhì)性強(qiáng)烈，預(yù)測(cè)難度很大[1]。前人多從露頭、巖心、常規(guī)測(cè)井及三維地震等資料的分析開展溶洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)研究。筆者在巖心刻度和常規(guī)測(cè)井標(biāo)定基礎(chǔ)上，根據(jù)FMI、EMI電成像測(cè)井資料，研究了塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層中溶洞的類型、特征及分布。
電成像測(cè)井技術(shù)出現(xiàn)于1986年，是迄今分辨率最高的地球物理測(cè)井技術(shù)，已成功地應(yīng)用于裂縫識(shí)別、油藏描述、沉積學(xué)分析及成巖作用研究等方面[2～5]，在古巖溶研究方面雖亦有文獻(xiàn)涉及[6]，但以成像測(cè)井為主開展溶洞分布預(yù)測(cè)研究還很少見。
1 區(qū)域地質(zhì)背景及資料概況
    研究區(qū)位于塔里木盆地塔北隆起中部一個(gè)古生代大型斷背斜(或古潛山)東部斜坡帶上。該區(qū)奧陶系地層發(fā)育比較齊全，自下而上依次為：下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組、中-下奧陶統(tǒng)鷹山組、中奧陶統(tǒng)一間房組，以及上奧陶統(tǒng)吐木休克組、良里塔格組和桑塔木組。除桑塔木組以碎屑巖為主外，其余各組段主要為碳酸鹽巖。其中，蓬萊壩組以細(xì)粉晶-泥晶灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r為主；鷹山組主要由亮晶和泥晶砂屑灰?guī)r交替組成，下部含云質(zhì)；一間房組主要由亮晶生屑、鮞粒、砂屑灰?guī)r組成，夾泥-粉晶顆粒灰?guī)r及少量泥晶灰?guī)r；吐木休克組主要由褐灰色、紫紅色泥晶灰?guī)r組成，夾褐色泥巖和泥灰?guī)r；良里塔格組以瘤狀灰?guī)r為主，其中瘤體由泥晶顆?；?guī)r、顆粒泥晶灰?guī)r或泥晶灰?guī)r組成，瘤體間則被灰-深灰色泥巖、灰質(zhì)泥巖充填。良里塔格組、一間房組和鷹山組是主要的油氣勘探目的層系。受后期構(gòu)造抬升活動(dòng)影響，奧陶系上覆泥盆、志留系被剝?nèi)?，奧陶系內(nèi)部各組段自上而下亦遭到不同程度的剝蝕，剝蝕程度自東南而西北朝斷背斜或古潛山高部位方向加劇，至研究區(qū)西北部，僅殘存鷹山組及以下地層。
    筆者以FMI、EMI成像測(cè)井資料為主，結(jié)合巖心觀察及常規(guī)測(cè)井解釋開展溶洞的識(shí)別與分布研究。研究過程中，共觀察巖心28口，解釋成像測(cè)井資料29口(累計(jì)7863.89m)?？紤]到多數(shù)井未鉆穿鷹山組，故研究重點(diǎn)放在一間房組和良里塔格組。
2 溶洞的類型及成像測(cè)井特征
巖心觀察表明，研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖地層中溶洞比較發(fā)育。溶洞的大小懸殊，形態(tài)各異，小的似針孔，大的在數(shù)厘米甚至數(shù)米；既有等軸狀的或近圓形的溶洞，也有層狀或片狀溶洞。綜合形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)及產(chǎn)狀特征，將溶洞劃分為斑點(diǎn)一斑塊狀溶洞、層狀大洞、片狀或網(wǎng)狀縫洞等類型。
2.1 斑點(diǎn)-斑塊狀溶洞
    此類溶洞外形呈等軸狀，但尺寸較小，單個(gè)溶洞的直徑一般從2mm～20cm不等，其中規(guī)模較小者(2mm～2cm)在巖心或成像測(cè)井圖像上表現(xiàn)為小斑點(diǎn)；規(guī)模較大者(數(shù)厘米至20cm)則呈斑塊狀。未充填、半充填或充填溶洞均有分布，但多數(shù)溶洞被綠灰色巖溶泥質(zhì)沉積物等充填。一般成群、成帶產(chǎn)出，沿孔滲條件較好的顆粒灰?guī)r層內(nèi)發(fā)育(圖1-a)，或沿層理、裂縫、縫合線及方解石脈等呈線狀或串珠狀分布，表現(xiàn)出一定程度的組構(gòu)選擇性。在成像測(cè)井圖像上，未充填或泥質(zhì)充填的斑點(diǎn)一斑塊狀溶洞一般表現(xiàn)為暗色高導(dǎo)斑點(diǎn)或斑塊，與碳酸鹽圍巖亮色高阻顯示形成鮮明的反差，易于識(shí)別(圖1-a)。
2.2 層狀大洞
    指洞徑大于井簡直徑的等軸狀大溶洞或厚度大于10cm且在各極板圖像上連續(xù)分布的大型溶洞，因其在巖心或成像測(cè)井圖像上似層狀而得名，其頂、底界面多不規(guī)則，通常切割圍巖層理(圖1-b、c)。此類溶洞多被充填，充填物的成分以砂泥巖和巖溶角礫巖為主，前者在成像上表現(xiàn)為深色高導(dǎo)特征，有時(shí)還可見明顯的紋理構(gòu)造，相應(yīng)的常規(guī)測(cè)井曲線表現(xiàn)為高伽馬、低電阻率特點(diǎn)(圖1-b)；后者則呈斑塊狀，其中斑塊顏色較淺，與圍巖一致，為碳酸鹽角礫，與上、下碳酸鹽圍巖相比，相應(yīng)的常規(guī)測(cè)井表現(xiàn)為較高伽馬和較低電阻率特征(圖1-c)。此外，亦見有少數(shù)未充填的大型溶洞，在成像測(cè)井圖像上表現(xiàn)為黑色高導(dǎo)塊狀特征，相應(yīng)的常規(guī)測(cè)井曲線表現(xiàn)為擴(kuò)徑、低伽馬、低電阻率特點(diǎn)。
2.3 片狀或網(wǎng)狀縫洞
    單個(gè)溶洞的形態(tài)呈片狀，在巖心表面或展開的二維井壁成像測(cè)井圖像上呈線形，與裂縫類似，但其形狀多不規(guī)則，寬窄不一，局部膨大，解釋為被溶蝕作用改造的裂縫或?qū)永怼０串a(chǎn)狀可以進(jìn)一步細(xì)分為水平縫洞、傾斜縫洞和垂直縫洞等類型。水平縫洞平行于層面分布，多為溶蝕加寬的層理縫(圖2*a)；傾斜和垂直縫洞分別沿傾斜和垂直裂縫發(fā)育，主要是裂縫被溶蝕拓寬的產(chǎn)物(圖2-b、c)。不同產(chǎn)狀的縫洞彼此交織，可以構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)狀縫洞，其成因與溶解作用沿層面、縫合線和多期構(gòu)造裂縫發(fā)育有關(guān)，一般分布于巖溶風(fēng)化帶(圖2-d)。
3 溶洞的縱向分布
    在巖心刻度和常規(guī)測(cè)井標(biāo)定基礎(chǔ)上，根據(jù)FMI、EMI成像測(cè)井資料，逐井對(duì)溶洞發(fā)育帶進(jìn)行了解釋，共識(shí)別溶洞發(fā)育帶261個(gè)，它們主要分布于良里塔格組、一間房組及鷹山組等儲(chǔ)集層段中。為了定量地刻畫溶洞發(fā)育帶的縱向分布特點(diǎn)，對(duì)溶洞發(fā)育帶的厚度和分布深度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。其中，溶洞發(fā)育帶的厚度用其底、頂深度差表示；溶洞發(fā)育帶的深度則以良里塔格組頂部不整合(古巖溶面)為參考面，定義為溶洞發(fā)育帶的底界相對(duì)于該參考面的埋藏深度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，溶洞發(fā)育帶的厚度變化很大，從5cm～100m，平均為4.60m。溶洞發(fā)育帶的厚度大致服從負(fù)指數(shù)分布，即溶洞發(fā)育帶的厚度越大，其分布頻率越小。此外，90%左右的溶洞發(fā)育帶其厚度都小于10m，說明本區(qū)古巖溶作用的強(qiáng)度比較弱，可能與區(qū)域上距離西側(cè)古巖溶潛山高部位較遠(yuǎn)有關(guān)；約70%的溶洞發(fā)育帶分布于良里塔格組頂部古巖溶風(fēng)化不整合面以下200m深度范圍內(nèi)。
4 溶洞的平面分布及有利溶洞發(fā)育帶預(yù)測(cè)
    引入“溶洞密度”參數(shù)對(duì)各組段溶洞的發(fā)育程度進(jìn)行描述，定義為溶洞發(fā)育帶厚度占地層總厚度的百分?jǐn)?shù)。以地層組段為單位，逐井對(duì)主要目的層段(良里塔格組、一間房組)溶洞發(fā)育帶厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到各組段溶洞密度，并編制其平面等值線圖(圖3-a、b)，它們直觀地展示了各組段溶洞發(fā)育帶的平面分布特點(diǎn)及變化趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)表明，一間房組溶洞較發(fā)育，其溶}同密度值最大可達(dá)81.76%，平均為24.49%；良里塔格組溶洞發(fā)育較差，溶洞密度值介于0～42.9%之間，平均為12.39%。圖3顯示，無論一間房組，還是良里塔格組，其溶洞密度值的井間變化均很大，表明溶洞分布的橫向非均質(zhì)性強(qiáng)烈(圖3-a、b)。根據(jù)溶洞密度值的大小，將溶洞的平面發(fā)育程度劃分為以下3類區(qū)域：Ⅰ類為溶洞發(fā)育區(qū)，其溶洞密度值大于30%0；Ⅱ類為溶洞較發(fā)育區(qū)，其溶洞密度值介于10%～30%之間；Ⅲ類為溶洞欠發(fā)育區(qū)，其溶洞密度值小于10%。據(jù)此可以對(duì)溶洞的平面分布進(jìn)行預(yù)測(cè)：圖3-c表明，良里塔格組溶洞總體不發(fā)育，Ⅰ類區(qū)很少，以Ⅱ類和Ⅲ類區(qū)為主，其中Ⅰ、區(qū)主要分布于西部靠近良里塔格組尖滅線附近；圖3-d表明，一間房組溶洞較發(fā)育，Ⅰ類和Ⅱ類區(qū)主要分布于研究區(qū)西部和北部靠近一間房組地層尖滅線附近的弧形地帶內(nèi)，研究區(qū)東南部溶洞不發(fā)育。
5 結(jié)論
    溶洞是塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間類型之一，按其形態(tài)及產(chǎn)狀可以劃分為斑點(diǎn)-斑塊狀溶洞、層狀大洞及片狀和網(wǎng)狀縫洞等類型。70%左右的溶洞發(fā)育集中帶分布在良里塔格組頂部古巖溶不整合面以下200m深度范圍內(nèi)。主要目的層段中，一間房組溶洞較發(fā)育，良里塔格組相對(duì)較差。總體上，西部及北部靠近地層尖滅線附近，溶洞較發(fā)育，自此往東南方向，溶洞發(fā)育程度變差。本項(xiàng)研究為利用高分辨率成像測(cè)井資料預(yù)測(cè)古巖溶儲(chǔ)層的分布提供了新的途徑。
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(本文作者：鐘廣法1 惠冠軍1 楊海軍2 肖承文2 祁興中2 郭秀麗2 1.同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院)