塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系古溶洞的成像測井預測

摘 要

摘要：在巖心刻度和常規(guī)測井標定基礎上，根據(jù)FMI、EMI成像測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)測井標定基礎上，根據(jù)FMI、EMI成像測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層中溶洞的類型、特征及分布。將溶洞劃分為斑點一斑塊狀溶洞、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井識別標志。引入溶洞發(fā)育帶的厚度、相對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數(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度朝北西方向逐漸增強。
關鍵詞：碳酸鹽巖；溶洞；喀斯特；儲集層；預測；成像測井；奧陶紀；塔里木盆地
    溶洞是碳酸鹽巖最重要的儲集空間類型之一，其成因復雜，分布的非均質(zhì)性強烈，預測難度很大[1]。前人多從露頭、巖心、常規(guī)測井及三維地震等資料的分析開展溶洞型碳酸鹽巖儲層的預測研究。筆者在巖心刻度和常規(guī)測井標定基礎上，根據(jù)FMI、EMI電成像測井資料，研究了塔里木盆地輪古東地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層中溶洞的類型、特征及分布。
電成像測井技術出現(xiàn)于1986年，是迄今分辨率最高的地球物理測井技術，已成功地應用于裂縫識別、油藏描述、沉積學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涉及[6]，但以成像測井為主開展溶洞分布預測研究還很少見。
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?；?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，其中瘤體由泥晶顆粒灰?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。受后期構造抬升活動影響，奧陶系上覆泥盆、志留系被剝?nèi)保瑠W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成像測井資料為主，結(jié)合巖心觀察及常規(guī)測井解釋開展溶洞的識別與分布研究。研究過程中，共觀察巖心28口，解釋成像測井資料29口(累計7863.89m)?？紤]到多數(shù)井未鉆穿鷹山組，故研究重點放在一間房組和良里塔格組。
2 溶洞的類型及成像測井特征
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)構及產(chǎn)狀特征，將溶洞劃分為斑點一斑塊狀溶洞、層狀大洞、片狀或網(wǎng)狀縫洞等類型。
2.1 斑點-斑塊狀溶洞
    此類溶洞外形呈等軸狀，但尺寸較小，單個溶洞的直徑一般從2mm～20cm不等，其中規(guī)模較小者(2mm～2cm)在巖心或成像測井圖像上表現(xiàn)為小斑點；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?；?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)出一定程度的組構選擇性。在成像測井圖像上，未充填或泥質(zhì)充填的斑點一斑塊狀溶洞一般表現(xiàn)為暗色高導斑點或斑塊，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)為深色高導特征，有時還可見明顯的紋理構造，相應的常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為高伽馬、低電阻率特點(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，相應的常規(guī)測井表現(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，在成像測井圖像上表現(xiàn)為黑色高導塊狀特征，相應的常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為擴徑、低伽馬、低電阻率特點。
2.3 片狀或網(wǎng)狀縫洞
    單個溶洞的形態(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)狀可以進一步細分為水平縫洞、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，可以構成復雜的網(wǎng)狀縫洞，其成因與溶解作用沿層面、縫合線和多期構造裂縫發(fā)育有關，一般分布于巖溶風化帶(圖2-d)。
3 溶洞的縱向分布
    在巖心刻度和常規(guī)測井標定基礎上，根據(jù)FMI、EMI成像測井資料，逐井對溶洞發(fā)育帶進行了解釋，共識別溶洞發(fā)育帶261個，它們主要分布于良里塔格組、一間房組及鷹山組等儲集層段中。為了定量地刻畫溶洞發(fā)育帶的縱向分布特點，對溶洞發(fā)育帶的厚度和分布深度進行了統(tǒng)計。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)育帶的底界相對于該參考面的埋藏深度。統(tǒng)計結(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有關；約70%的溶洞發(fā)育帶分布于良里塔格組頂部古巖溶風化不整合面以下200m深度范圍內(nèi)。
4 溶洞的平面分布及有利溶洞發(fā)育帶預測
    引入“溶洞密度”參數(shù)對各組段溶洞的發(fā)育程度進行描述，定義為溶洞發(fā)育帶厚度占地層總厚度的百分數(shù)。以地層組段為單位，逐井對主要目的層段(良里塔格組、一間房組)溶洞發(fā)育帶厚度進行統(tǒng)計，計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及變化趨勢。統(tǒng)計表明，一間房組溶洞較發(fā)育，其溶}同密度值最大可達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)此可以對溶洞的平面分布進行預測：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)奧陶系碳酸鹽巖儲層主要的儲集空間類型之一，按其形態(tài)及產(chǎn)狀可以劃分為斑點-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，良里塔格組相對較差?？傮w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。本項研究為利用高分辨率成像測井資料預測古巖溶儲層的分布提供了新的途徑。
參考文獻
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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.同濟大學海洋地質(zhì)國家重點實驗室；2.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院)