碳酸盐岩储层作为一类重要的油气储集体类型，其形成和演化均与岩溶作用密切相关。岩溶作用往往形成规模不等的溶蚀孔、洞、缝，所以岩溶储层的储集空间以溶孔、溶洞及溶缝为主，非均质性极强^[1-2]。通常来讲，岩溶储层与明显的地表剥蚀、峰丘岩溶地貌或大型的角度不整合有关。岩溶缝洞一般沿大型不整合面或峰丘地貌呈准层状集中分布于不整合面之下0~50 m，最大深度可达200~300 m^[3-4]。塔北地区轮南低凸起和塔中东部垒带奥陶系鹰山组碳酸盐岩岩溶储层均属于传统意义上的岩溶储层，鹰山组灰岩上覆石炭系砂泥岩，其间缺失长达120 Ma的地层，峰丘岩溶地貌明显，最高可达数百米，分布于碳酸盐岩潜山区不整合面之下的岩溶缝洞是非常重要的油气储集空间^[5-7]。然而，近年来塔里木盆地奥陶系的勘探实践表明碳酸盐岩岩溶缝洞不仅分布在潜山区，而且在内幕区也有发育，是重要的油气储集空间。如塔北南斜坡哈拉哈塘—富满油田、塔河油田以及塔中北斜坡顺南油田等碳酸盐岩内幕区，这就使传统意义上的岩溶储层分类面临挑战^[8-10]。

塔里木盆地缝洞型碳酸盐岩储层的成因类型划分及相关理论的发展均与油田勘探发现的主要历程密切相关。塔里木盆地岩溶储层的勘探主要经历了4个阶段：①潜山岩溶勘探阶段。主要采用"潜山+岩溶残丘"的勘探思路沿断裂找残丘打高点，相继在轮南和塔中古潜山获得突破和发现^[5-7]，继承和发展了早期华北油田潜山岩溶成因模式^[11]，该阶段岩溶储层类型相对单一。②礁滩体岩溶勘探阶段。主要沿坡折带寻找礁滩相生物礁灰岩储层，在塔中Ⅰ号坡折带奥陶系良里塔格组发现了大型生物礁型碳酸盐岩凝析气田，进一步丰富了潜山岩溶储层类型，认为大型台地边缘相生物礁及颗粒滩复合体是勘探突破的重要方向^[12-13]。③层间岩溶及顺层岩溶勘探阶段。主要针对奥陶系一间房组平行不整合面之下的地震剖面为缝洞型"串珠"钻探，成功获得哈拉哈塘层间岩溶及顺层岩溶的突破。之后几年里在新垦、热普、齐满、金跃等区块也相继获得油气突破，探明原油储量达2.47×10¹²t，哈拉哈塘建成百万吨级大油田^[11]，这一勘探实践证实了大台地背景下层间岩溶储层大面积连片分布，英买力—哈拉哈塘—轮南是整体连片含油、局部富集的碳酸盐岩非均质准层状大油气田的认识^[14-16]。④断裂控制岩溶勘探阶段。随着勘探向塔里木盆地南部的金跃、跃满、富源等区块不断推进，勘探重点开始转向主要断裂带，一种深埋断控岩溶储层逐渐展现，目前的富满十亿吨储量规模的大油田被发现，揭开了缝洞型碳酸盐岩储层新的序幕，拓展了勘探领域^[17-19]。上述各阶段对缝洞型碳酸盐岩储层的分类及成因分析具有一定的历史局限性，也随着勘探的不断深入及理论的不断推进层层递进深化，但从以往的研究成果来看，这些研究成果缺乏历史沿革和系统性。

基于岩心、薄片、实验分析、钻录井、测井、地震等资料，对塔里木盆地奥陶系岩溶储层的类型重新进行梳理分类，并对其发育特征、成因进行分析，以期剖析岩溶储层发育规律，同时也为其他地区海相碳酸盐岩岩溶储层的油气勘探提供借鉴。

塔里木盆地地处天山山脉、昆仑山脉和阿尔金山脉之间，面积为56×10⁴ km²，是一个由古生代克拉通盆地和中生代—新生代前陆盆地组成的大型叠合复合盆地，可划分为7个一级构造单元和32个二级构造单元^[20-21] (图 1a)。塔北隆起、北部坳陷、中央隆起和东南隆起是盆地内克拉通区，即台盆区，也是目前发现的碳酸盐岩缝洞系统主力分布区^[20]。主力层系奥陶系自下而上依次为蓬莱坝组(O₁p)、鹰山组(O_1-2y)、一间房组(O₂yj)、吐木休克组(O₃t)、良里塔格组(O₃l)和桑塔木组(O₃s)，其中蓬莱坝组可细分为3段，鹰山组分为4段，良里塔格组细分为5段，均是由上而下划分小层段，如主力储层段鹰山组自上而下为鹰一段，鹰二段，鹰三段和鹰四段。塔里木盆地不同地区奥陶系碳酸盐岩在沉积期及其后的地质演化过程中，经历了多期复杂的构造运动，形成了多期规模不等的不整合面和大量的断裂及其伴生裂缝。时间长短不一地暴露于大气水溶蚀作用及受断裂控制的热液流体溶蚀改造形成了复杂多样的岩溶储层，其特征及成因差异明显，与构造背景及岩溶作用类型及发育期次密切相关。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 塔里木盆地塔中、塔北地区构造背景及岩溶作用 O3s. 桑塔木组；O3l. 良里塔格组；O3t. 吐木休克组；O2yj. 一间房组；O1-2y. 鹰山组；O1p. 蓬莱坝组。 Fig. 1 Comparison of tectonic background and karstification development in central and northern Tarim Basin

研究区为塔里木盆地中央古隆起、塔北古隆起以及围斜部位的阿满过渡带和满加尔凹陷区。两大古隆起5个方面的差异性构造背景对岩溶储层的发育具有重要的控制作用(图 1b—1d)：①保存状态不同。塔中古隆起是早奥陶世末开始形成的寒武—奥陶系背斜古隆起，长期继承性发展，形成弱向北倾斜的台型缓斜坡；塔北古隆起是一个长期发育的埋藏在喜马拉雅期山前凹陷(前陆盆地)之下的隆起，北部强烈抬升，遭受强烈地改造，形成向南倾斜的较陡斜坡。②形成与定型时期不同。塔中古隆起形成于早奥陶世末，定型于奥陶纪末期；塔北古隆起形成于奥陶纪末期，定型于二叠纪末期，形成晚、定型晚。③演化样式不同。受控于塔中Ⅰ号坡折带断裂带的强烈冲断作用，塔中古隆起为断隆，后期为继承性褶皱隆升，而塔北古隆起在加里东中期以褶皱隆升为主，在海西期—燕山期以断裂抬升为主。④遭受改造期次不同。塔中古隆起改造主要发生在加里东末期与海西早期，发育北东向走滑断裂与冲断构造，东部发生强烈抬升；塔北古隆起则经历海西晚期、印支期及燕山期共3期改造作用，形成明显的东西分块，发育多种类型、多方向的断裂系统，形成多期不整合岩溶及断裂控制岩溶。⑤构造作用强度不同。塔中古隆起在加里东中期隆升幅度较高，遭受剥蚀，而塔北古隆起在该时期整体仍是水下低隆，局部遭受剥蚀；塔中古隆起在加里东晚期抬升范围较广、剥蚀强度较大，而塔北古隆起在该时期抬升幅度较小、剥蚀强度较小；塔北古隆起在海西晚期以后构造活动强烈，北部形成潜山区，而塔中古隆起在该时期构造活动微弱，以整体隆升为主。

塔里木叠合盆地的多旋回构造演化特点形成了奥陶纪不同阶段、不同类型碳酸盐岩6期岩溶作用的叠加、改造关系^[11] (图 1)：①加里东早期可分2期岩溶作用，分别为鹰山组(O_1-2y)与蓬莱坝组(O₁p) 之间Ⅰ幕，一间房组(O₂yj)与鹰山组(O_1-2y)之间Ⅱ幕，以层间岩溶作用为主；②加里东中期分2期，分别为第Ⅰ幕的塔中良里塔格组(O₃l)与鹰山组(O_1-2y)之间的层间岩溶作用、塔北吐木休克组(O₃t) 与一间房组(O₂yj)之间的层间岩溶作用，以及第Ⅱ幕的桑塔木组(O₃s)与良里塔格组(O₃l)之间的层间岩溶作用，基础是礁滩体(准)同生岩溶作用；③加里东晚期共1期，桑塔木组(O₃s)和下志留统沉积之间层间岩溶作用；④海西早期叠加岩溶，以潜山区的潜山风化壳岩溶及内幕区的顺层岩溶作用为主。对研究区岩溶储层起重要作用的为加里东中期和海西早期以及加里东早期Ⅱ幕。简言之，塔中、塔北奥陶系岩溶最大的差异在于构造斜坡背景及暴露时间的不同，塔中北斜坡鹰山组顶面暴露时间为10~20 Ma，作用时间长，岩溶作用强烈，地貌平坦起伏不大，而塔北南缘一间房组—鹰山组一段(鹰一段)暴露时间为1~10 Ma，作用时间短，岩溶作用不如塔中强烈，地形由北向南倾。

在大量岩心和薄片观察的基础上，综合区域沉积和构造背景认识、录井、测井和地震资料，以储层成因机理和主控因素为主线，可将塔里木盆地奥陶系缝洞型岩溶储层划分为5类：(准)同生岩溶储层、层间岩溶储层、顺层岩溶储层、潜山(风化壳)岩溶储层及受断裂控制岩溶储层；根据围岩岩性，潜山(风化壳)岩溶储层又可细分为灰岩潜山岩溶储层和白云岩风化壳岩溶储层2个亚类(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 塔里木盆地奥陶系缝洞型碳酸盐岩岩溶储层分类特征 Table 1 Classification of Ordovician fracture-vuggy carbonate karst reservoirs in Tarim Basin 类型 分布区域 成因 典型特征 典型实例 大类 亚类 (准)同生岩溶储层 台缘或台内礁滩相 颗粒灰岩因海平面下降而短期暴露，受大气淡水淋溶形成 单层厚度数十厘米—数米，多层叠置分布，相对均质。储层的载体为礁滩体，也叫礁滩体岩溶储层 塔中、塔北良里塔格组礁滩体；塔北哈得地区一间房组礁滩体 层间岩溶储层 内幕区 与中—短期区域性平行不整合面有关，构造抬升、基准面相对下降，使可溶性岩层出露地表，受表生大气淡水淋滤而形成 准层状分布，垂向上可多套叠置 塔中北斜坡鹰山组、一间房组；麦盖提斜坡鹰山组 顺层岩溶储层 环潜山周缘具斜坡背景的内幕区呈环带状分布 受潜山区岩溶作用的影响，大气淡水从潜山顶部补给区向泄水区流动的过程中，对层间岩溶作用形成的储层进行优化性改造形成 顺层岩溶作用时间与上倾方向潜山区的岩溶作用时间一致，岩溶强度向下倾方向逐渐减弱 塔北南缘一间房组、鹰山组 潜山(风化壳)岩溶储层 灰岩潜山岩溶储层 潜山区 与中—长期角度不整合面有关，围岩为灰岩。构造抬升、基准面相对下降，使可溶性岩层长期出露地表，受表生大气淡水淋滤而形成 准层状分布，峰丘地貌特征明显，大型溶洞发育，常见暗河，上覆地层为碎屑岩 轮南低凸起下奥陶统灰岩潜山 白云岩风化壳岩溶储层 准层状分布，地貌相对平坦，峰丘特征不明显，较灰岩潜山岩溶储层均质，上覆地层为碎屑岩 牙哈—英买力地区下奥陶统白云岩潜山；塔中东部垒带下奥陶统白云岩潜山 受断裂控制岩溶储层 断裂发育区，尤其是背斜的核部 与不整合面及峰丘地貌无关，没有地层的剥蚀和缺失，受断裂控制导致缝洞发育跨度大 沿断裂及伴生裂缝呈栅状分布，常形成斑块状或花朵状非组构选择性孔洞。断裂控制岩溶作用时间发生于断裂形成之后 富满油气田一间房组、鹰山组；英买1-2井区一间房组、鹰山组；塔中北斜坡及塔北南缘蓬莱坝组

下载CSV 表 1 塔里木盆地奥陶系缝洞型碳酸盐岩岩溶储层分类特征 Table 1 Classification of Ordovician fracture-vuggy carbonate karst reservoirs in Tarim Basin

(准)同生岩溶储层形成于沉积同生期或准同生期的大气淡水环境中，因储层的载体为礁滩体，也被称作礁滩体岩溶储层。在海退和向上变浅的沉积序列中，碳酸盐潮坪、颗粒滩、生物礁等浅水沉积区，伴随着海平面的下降，时而出露海面或处于淡水透镜体内，在潮湿多雨的气候条件下，受到富含CO₂的大气淡水淋滤，既可以选择性地溶蚀由文石、高镁方解石等不稳定矿物组成的颗粒或第1期方解石胶结物，形成粒内溶孔、铸模孔和粒间溶孔，又可发生非选择性溶蚀作用形成溶缝和溶洞。在岩心上主要表现为泥晶生屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩、泥晶灰岩等形成的溶蚀孔、洞、缝(图 2a)。该类储层主要的识别标志包括：①选择性溶蚀形成的粒内溶孔、铸模孔、粒间孔和泥晶套等(图 2b—2d)；②粒间溶孔被渗流粉砂充填是大气淡水渗流带的典型标志之一(图 2e—2g)；③发育悬垂形或新月形等特征的方解石胶结物(图 2h)，常见于粒屑滩顶部。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 塔里木盆地奥陶系准同生岩溶储层特征 (a)棘屑灰岩，溶蚀孔洞发育，TZ62井，4 744.50 m，良里塔格组；(b)亮晶鲕粒灰岩，粒间见2期方解石胶结物，铸模孔和粒内溶孔发育，S2井，6 798.60 m，良里塔格组，正交偏光，加石膏试板；(c)亮晶藻砂屑灰岩，粒内溶孔和铸模孔，TZ161井，4 397.00 m，良里塔格组，单偏光；(d)亮晶藻砂屑-生屑灰岩，粒内孔隙为主，少量粒间孔隙，组构选择性，同生期大气淡水溶蚀作用形成，HD13井，6 650.25 m，一间房组，铸体，单偏光；(e)亮晶藻砂屑-生屑灰岩，多见颗粒藻包壳及泥晶套，藻包壳溶孔较发育，个别藻砂屑发育粒内溶孔，HD13井，6 646.06 m，一间房组，铸体，单偏光；(f)亮晶藻砂屑灰岩，同沉积期大气淡水溶蚀孔洞发育，见示顶底构造，在单偏光下底部渗流粉砂颜色较暗，顶部粒状方解石呈无色或白色，TZ161井，4 327.32 m，良里塔格组，单偏光；(g)颗粒泥晶灰岩，同沉积期大气淡水溶蚀孔洞，见示底构造，在单偏光下底部渗流粉砂颜色较暗，顶部粒状方解石颜色较浅，LG37井，6 242.92 m，良里塔格组，单偏光；(h)亮晶棘屑藻砂屑灰岩，在藻砂屑底部见悬垂形方解石胶结物，TZ161井，4 620.00 m，良里塔格组，单偏光；(i)在泥晶颗粒灰岩微裂隙和孔隙中充填较透明的方解石晶体和方解石细脉，在方解石晶体中发育有较多的水质包裹体和少量烃质包裹体，发荧光，溶孔方解石胶结物烃类两相均一温度为60~73 ℃，HD13井，6 649.84 m，一间房组。 Fig. 2 Characteristics of quasi-syngenetic karst reservoirs of Ordovician in Tarim Basin

包裹体成分及温度分析显示：在泥晶颗粒灰岩微裂隙和孔隙中充填较透明的方解石晶体和方解石细脉，在方解石晶体中发育较多的水质包裹体和少量烃质包裹体，有荧光现象；溶孔方解石胶结物烃类两相均一温度为60~73 ℃(图 2i)，指示浅—中等埋藏环境，溶孔形成早于储层样品的埋深。

该类规模储层以塔中Ⅰ号坡折带良里塔格组台缘礁滩体最为典型，在塔北哈得地区一间房组也有分布。据巴楚地区露头一间房组礁滩体储层地质建模结果^[13]，台缘礁滩体具有滩相沉积规模大，延伸远，有效储层连片发育，相对较均质的特点；台内礁滩体具有滩相沉积规模小，延伸距离小且有效储层零星分布的特点。

值得一提的是，同生岩溶储层一般不会单独存在，通常叠加后期的层间、潜山、顺层或断裂4种岩溶作用，形成复合型岩溶储层。同生期大气淡水淋滤溶蚀形成的次生溶孔虽大多被亮晶方解石充填，但残存的孔隙为后期埋藏成岩流体提供了优势通道，为后期岩溶作用和孔隙的建造奠定了基础^[22]。

层间岩溶储层的形成是由于中—短期构造运动的抬升，基准面下降使可溶性岩层出露地表接受表生大气淡水淋滤，常与区域性平行不整合面相关。主要发育在碳酸盐岩内幕区，如塔中北斜坡鹰山组、麦盖提斜坡鹰山组等^[23]。

加里东中期构造运动第Ⅰ幕发生于中、晚奥陶世之间，与Tg5' 不整合面的形成时期相当。受昆仑洋岛弧与塔里木板块弧-陆碰撞作用的控制，塔里木盆地构造应力场由张扭转变为压扭，塔中乃至巴楚隆起整体强烈抬升，中奥陶统一间房组和上奥陶统吐木休克组缺失^[9-11]。鹰山组裸露区为较纯的灰岩或灰岩与白云岩互层，与上覆上奥陶统良里塔格组泥质灰岩呈微角度不整合接触，期间缺失10~16 Ma地层，发育层间岩溶作用，形成了塔中北斜坡鹰山组上部的层间岩溶储层。地层剥蚀程度由塔中Ⅰ号坡折带向中央垒带逐渐增强，残存厚度为200~700 m^[10-11]。与Tg5' 不整合面相当的地震反射界面具有明显的削截反射终止特征，上覆的上奥陶统良里塔格组可见明显的上超特征(图 3a)。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 塔里木盆地塔中北斜坡奥陶系鹰山组层间岩溶储层特征及成因模式 Fig. 3 Characteristics and genesis model of interlayer karst reservoirs of Ordovician Yingshan Formation in north slope of central Tarim Basin

层间岩溶储层岩性以亮晶砂屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩及白云岩为主，体积分数分别为41.3%，19.6% 和26.5%(图 3b)，其次为亮晶生屑-砂屑灰岩、泥晶颗粒灰岩及少量礁丘等。大量颗粒灰岩的发育为岩溶储层的形成奠定了良好的物质基础。

研究区层间岩溶储层的储集空间以溶蚀孔洞、洞穴和裂缝为主，见少量基质孔隙。

① 溶蚀孔洞。在地震剖面上常表现为"串珠" 状反射、片状强反射及杂乱反射特征；在测井曲线上表现为"三高两低"，即声波时差、密度、中子孔隙度增高，双侧向电阻率和密度降低；由于溶蚀孔洞及充填物电阻率低，静态电成像测井一般表现为黑色—棕色高导特征，而围岩因电阻率高，电成像测井颜色较浅，多呈浅棕色—亮黄色(图 3c)。

② 大型洞穴。主要表现为钻进发生钻时加快、泥浆漏失、钻具放空、岩心较破碎且收获率低，可见洞穴充填物等。以塔中地区为例，该地区钻井发生漏失、放空段主体位于鹰山组顶面0~150 m(图 3d)，岩溶缝洞发育的主体深度为0~150 m，呈准层状分布；TZ169井在井深4 449.00 m到4 450.00 m的钻时由13 min/m降至4 min/m，岩心中见溶洞充填物；ZG103井在鹰山组6 233.00~6 233.46 m井段泥浆漏失1621.10 m³；ZG5井鹰山组见1.40 m高洞穴，被灰岩角砾和泥质半充填，钻井溢流量达1.00 m³；TZ16-12井区见大量溶蚀孔洞，溶蚀孔洞呈圆形、椭圆形及不规则状，部分被灰绿色泥质充填，溶蚀孔洞发育段岩心呈蜂窝状，面孔率最高可达10.00%，与不发育段呈层状间互分布。塔中北斜坡鹰山组钻录井和测井资料表明，超过1/3的井发育大型缝洞系统，钻井放空段长度为0.33~4.30 m，平均2.31 m，是主要的油气储集空间。

③ 裂缝。塔中地区鹰山组裂缝主要有构造缝、溶蚀缝和成岩缝3类，分别与大型断裂、古岩溶作用和压溶作用密切相关。从产状来看，以垂直缝、网状缝和斜交缝为主，少量水平缝，缝宽为0.2~20.0 mm，有明显的扩溶现象，半充填—全充填，缝率达1.5%。在成像测井上常表现为近似拟合的正弦曲线(图 3c)。根据孔洞缝组合特征，塔中北斜坡鹰山组层间岩溶储层可划分为洞穴型、孔洞型、裂缝-孔洞型和裂缝型4类，以洞穴型为主，其次为裂缝-孔洞型和孔洞型。

研究区层间岩溶储层主要有以下3种成因。

① 鹰山组上部地层被剥蚀，与上覆良里塔格组之间长达10~16 Ma的间隔，有利于表生期层间岩溶储层的发育。储集空间以非组构选择性溶蚀孔洞、洞穴及裂缝为主，呈准层状分布，一般发育在不整合面150 m范围内，具有很强的非均质性，缝洞充填程度不一。

② 加里东中期第Ⅱ幕(良里塔格组沉积早—中期)—加里东晚期(志留纪)潜水面控制层间岩溶及浅埋藏溶蚀。良里塔格组沉积早—中期，三级海平面总体上升，塔中北斜坡大部分地区接受良里塔格组四段沉积，此时下伏鹰山组受层序界面控制的层间岩溶作用开始变弱，而区域上稳定的潜水面对于构造抬升后形成的鹰山组前期单面型储层进行优化改造，储层向源方向呈变好趋势(图 3e)。另外，埋藏溶蚀作用形成的非组构选择性基质溶孔大大增加了围岩的孔隙度，是对岩溶缝洞的重要补充，仅局限分布于邻近断裂及裂缝的颗粒灰岩中，成层性差，与有机酸、盆地热卤水及硫酸盐热化学还原反应(TSR)有关，典型实例之一就是ZG203井鹰山组颗粒灰岩中发育的非组构选择性粒间溶孔。

③ 海西早期浅埋藏白云石化及海西晚期热液岩溶及热液白云石化。二叠纪走滑断裂和富镁流体活动使其附近的鹰山组滩相颗粒灰岩中发生了强烈的白云石化作用，可规模形成晶间孔及晶间溶孔，增加了围岩的基质孔隙度，是对岩溶缝洞的重要补充。白云岩呈斑块状或透镜状分布，ZG1井、ZG9井、ZG432井、ZG461井、ZG451井和TZ201C井鹰山组中—粗晶白云岩是较为典型的实例。西克尔、一间房及硫磺沟等露头剖面在鹰山组顶部都发育了大量顺层或沿断层分布的大型洞穴，大多被萤石、闪锌矿充填或半充填，推测与热液溶蚀作用有关，断裂是重要的流体通道。

顺层岩溶储层主要发育在塔北南缘中下奥陶统一间房组—鹰山组。以桑塔木组剥蚀线为界，塔北隆起可划分为潜山区和内幕区^[9-11]，内幕区位于隆起区围斜部位，是轮南低凸起向外延伸的大型构造斜坡，向南进入满加尔坳陷，向东进入草湖凹陷，向西南则进入哈拉哈塘凹陷。该区域一间房组—鹰一段虽上覆吐木休克组区域性泥岩盖层，但受加里东中期—海西早期潜山区岩溶作用的影响，大气淡水从潜山顶部补给区由北至南向泄水区流动的过程中，对加里东中期层间岩溶作用形成的呈准层状分布的孔洞型储层进行了优化改造，发生大面积顺层岩溶作用，形成规模性缝洞型岩溶储层。顺层岩溶储层的形成须具备2个条件，一是围斜部位的碳酸盐岩层系内部存在层间岩溶作用形成的先存孔隙，可以为后期地下水的侧向顺层渗流和扩溶提供先决条件；二是受邻区构造高部位潜山岩溶水的巨大水头差的驱动形成了侧向顺层水流，循环深度可达几百—数千米，主要靠断裂泄水，沿断裂带上涌补给上覆岩层，或在地表形成承压泉(群)^[14]。

顺层岩溶储层在地震剖面上没有明显的剥蚀地层的特征，层序界面清晰，为一个连续性好的强振幅，全区易于对比追踪，界面之下常见强"串珠" (图 4a)。岩性以亮晶颗粒灰岩、泥晶颗粒灰岩、颗粒泥晶灰岩、泥晶灰岩为主，见少量藻黏结灰岩、托盘礁、绿藻礁、重结晶灰岩、含云(质)灰岩和硅化岩等^[23](图 4b)。其中一间房组以礁滩相亮晶颗粒灰岩、泥晶颗粒灰岩为主，局部夹托盘礁等生物礁灰岩，岩性条件最好；鹰山组为一大套颗粒灰岩、泥晶灰岩及其过渡岩性互层，灰岩厚度大、较纯净，也有利于发育岩溶缝洞储层^[23]。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 塔里木盆地塔北南缘奥陶系一间房组—鹰山组顺层岩溶储层特征及成因模式 Fig. 4 Characteristics and genesis model of bedding karst reservoirs of Ordovician Yijianfang-Yingshan Formation in southern margin of northern Tarim Basin

研究区顺层岩溶储层最典型的特点是其储集空间中充填物为异源的志留纪—石炭纪或更晚的碎屑岩，且水体性质为大气淡水。以LG1井一间房组—鹰山组溶洞取心样品为例，样品中(6 791.00~6 797.00 m)含有泥盆纪—石炭纪腕足、腹足化石，说明当时轮南古潜山发生过泥盆纪沉积，只是后期被剥蚀殆尽，上覆地层中的腕足、腹足类生物随着流体向轮南古潜山东围斜侧向渗流而进入储层段洞穴中^{[15, 23]}；粒间胶结充填的方解石包裹体均一温度为70~90 ℃，指示浅—中等埋藏环境下的孔洞方解石充填，方解石中同位素分析显示主要为淡水胶结，部分为咸水胶结，一间房组⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值为0.707 85~0.709 51，平均为0.708 95，大多数样品比中奥陶统沉积时重溶锶的分布区间(0.708 67~0.708 89，平均值为0.708 77)更大，明显受到壳源锶的影响^[23]。在LG1井的岩心中还发现了因发生淋溶而形成的古土壤—白浆土^[24]，其稀土元素分析表现为轻稀土富集型、重稀土亏损型，分析认为这是由于洞顶、洞壁在化学风化和水流运动过程中被强烈淋溶，最易被酸性水淋溶的重稀土滤失所致；δ¹³C为-3.01‰~6.03‰，平均为-0.34‰，δ¹⁸O为-17.46‰~-6.13‰，平均为-11.69‰，δ¹³C和δ¹⁸O值均较背景值偏负，这也说明了受大气淡水影响较大；在阴极发光实验时，绝大部分缝洞充填方解石发暗棕褐色光，少量残余孔隙中的方解石胶结物发橘黄色光，同样也指示了大气淡水影响非常强烈^[23]。

顺层岩溶储层的储集空间以溶蚀孔洞、洞穴和裂缝为主，见少量基质孔。

① 溶蚀孔洞。塔北南缘一间房组—鹰一段重要的储集空间类型，孔径较大，约2 mm，大多呈层状分布或沿裂缝发育，常被方解石充填或半充填，偶被泥质充填；在成像测井上，溶蚀孔洞呈黑色斑状，清晰可见(图 4c)，以H9井、H601井、LG391井和H803井等最为典型。

② 大型洞穴。在顺层岩溶储层中较常见，受断裂控制明显，多发育于断裂的交会处；主要表现为在钻井过程中钻时加快、泥浆漏失、钻具放空、岩心收获率低且多破碎，岩心中可见洞穴充填物或巨型方解石充填，成像测井见大段暗色层等。如H9井在6 693.00~6 701.00 m井段顶部发生1.00 m放空，成像测井表现为大段暗色低阻层，显示为大型洞穴(图 4d)；H803井鹰一段6 654.66~6 666.00 m钻具放空11.34 m，钻进过程中累计灌入较重泥浆577.50 m³，钻进至6 632.54 m时溢流量达0.80 m³，指示存在大型洞穴^[14]。

根据孔、洞、缝组合特征，塔北南缘围斜区一间房组—鹰山组顺层岩溶储层可划分为洞穴型、孔洞型、裂缝-孔洞型和裂缝型4类，以洞穴型和裂缝-孔洞型为主。

研究区顺层岩溶储层主要有以下3种成因。

① 古隆起及斜坡背景是顺层岩溶储层发育的基本地质条件。加里东中期末—海西早期，塔北隆起大幅抬升，轮南潜山区遭受了强烈的潜山岩溶作用改造，围斜区一间房组及鹰山组同样也遭受强烈的顺层岩溶作用改造，从而形成了大型岩溶缝洞系统，在平面上形成了呈环带状分布的潜山高部位潜山岩溶储层发育区和围斜部位的顺层岩溶储层发育区(图 4e)。

② 渗透性良好的颗粒灰岩及断裂为顺层岩溶作用提供了成岩流体通道。研究区一间房组及鹰山组高能颗粒滩相沉积发育，储层呈准层状大面积分布。溶蚀孔洞及洞穴主要发育于渗透性良好的颗粒灰岩中，大型洞穴的发育则与断裂伴生，尤其是2组断裂的交会处洞穴尤其发育。在地震剖面上表现为"串珠"状反射。从平面分布来看，90% 以上的溶蚀孔洞及洞穴都与断裂和裂缝相关，并通过断裂及裂缝互相连通。

③ 顺层岩溶作用是各类储集空间形成的关键。顺层岩溶作用的溶蚀水体属承压水，水势差形成的水动力强度大，具有强烈的侵蚀、溶蚀作用；断裂发挥导水和排泄作用，水循环条件好，因此在断裂带附近往往形成岩溶强烈发育带(图 4e)。从平面上看，岩溶作用强度呈明显的分带性，岩溶强度向斜坡下倾方向逐渐减弱，这充分说明了顺层岩溶作用与潜山岩溶作用同期，是潜山周缘内幕区岩溶缝洞系统发育的关键^{[11, 14-15, 23-24]}。

潜山岩溶储层是由于中—长期构造运动的抬升使可溶性岩层出露地表接受表生大气淡水淋滤而形成的，常与区域性角度不整合面相关，往往缺失中上奥陶统，志留系和泥盆系，对中下奥陶统大型洞穴、孔洞、裂缝等储集空间的形成、演化和分布影响最为强烈。根据潜山区围岩的岩性，潜山岩溶储层可细分为灰岩潜山岩溶储层和白云岩风化壳岩溶储层。

塔北轮南低凸起奥陶系鹰山组是传统意义上的灰岩潜山岩溶储层，整体被剥蚀至鹰山组碳酸盐岩地层，地形起伏大，与上覆石炭系碎屑岩地层呈大型角度不整合接触，缺失约120 Ma的地层。受潜山岩溶作用控制，形成了不同的岩溶古地貌和岩溶垂向分带。轮南潜山勘探实践已经证实：平面上主要为岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶盆地3种古地貌类型，溶洞、溶孔和溶缝在不同古地貌位置发育程度不同，岩溶斜坡最发育，岩溶高地次之，岩溶盆地几乎不发育。垂向上可划分为表层岩溶带、垂直渗流带、水平潜流带和深部缓流带4个岩溶作用带，水平潜流带的溶孔、溶洞和溶缝最发育，而且保存较好；垂直渗流带储集空间以垂直溶缝、小溶洞为主；表层岩溶带厚度较小且保存不均，储集空间发育有限；深部缓流带溶孔、溶洞和溶缝偶尔发育。

研究区在受岩溶地貌控制的水文地质条件下形成了多期不同充填特征的洞穴系统。在岩溶地貌高部位形成的洞穴往往未充填，这主要是由于喀斯特岩溶作用具有向源的特征，向源地层中的溶蚀流体沿着地下暗河或裂缝等侧向流动，携带走大量泥沙，在下游平缓处发生卸载，导致上游向源地层中溶蚀孔洞为空，如LG7井。水平潜流带的洞穴往往被异源砂泥岩、洞穴垮塌角砾或方解石等充填或半充填，以LG42井鹰山组二段(鹰二段)灰岩溶洞为例，取心样品中多充填粉砂岩、灰质粉砂岩、灰质细砂岩、角砾状灰质粉砂岩，为一套地下暗河沉积(图 5a)；充填物中具有较好的沉积序列，上部为灰绿色粉砂岩、泥质和灰质胶结，显示为平行层理(图 5b)，中部为灰绿色砂岩，钙泥质胶结，溶孔、小溶洞较发育，小溶洞可达3 mm×7 mm，部分孔洞条状顺层分布(图 5c)，而下部为洞穴充填砾岩，钙泥质胶结，灰绿色粉砂质角砾、灰岩砾粒径一般为3~10 mm，角砾间充填褐灰色粉砂质，砾间粉砂中零星见溶孔分布(图 5d)；溶洞深侧向电阻率曲线呈块齿状，电阻率为1.4~3.0 Ω·m，自然伽马曲线呈块状尖齿状，大小为57~109 API，声波时差曲线呈块齿状，大小为269~348 μs/m，成像测井上砂泥岩充填特征明显，洞穴上、下发育裂缝和沿裂缝溶蚀的扩大溶蚀孔，在地震剖面上表现为较强的"长串珠"反射体^{[9, 14]}。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 塔里木盆地轮南地区LG42井奥陶系鹰山组潜山灰岩岩溶储层特征 (a)储层沉积特征，洞穴多被充填；(b)平行层理灰绿色粉砂岩，洞 穴暗河沉积，5 826.50 m；(c)溶孔、小溶洞较发育，小溶洞可达 3 mm×7 mm，部分顺层分布，洞穴暗河沉积，5 826.00 m；(d)洞穴充填砾岩，角砾间充填褐灰色粉砂质，砾间粉砂 中见溶孔少量，5 829.20 m。 Fig. 5 Characteristics of buried hill limestone karst reservoirs of Ordovician Yingshan Formation of well LG 42 in Lunnan area, Tarim Basin

灰岩潜山岩溶储层的特征及成因均与顺层岩溶储层相似，储集空间都是以溶缝、溶洞为主，发育少量溶孔，呈准层状分布；两者岩溶作用发生的时间基本一致；断裂及其伴生的裂缝对潜山岩溶作用和顺层岩溶作用均起重要的控制作用。两者的区别主要在于：①发育位置不同，潜山岩溶储层位于潜山区，顺层岩溶储层位于潜山围斜部位的内幕区；②构造背景不同，潜山岩溶储层与高地貌起伏的隆起背景及角度不整合面相关，顺层岩溶储层则与斜坡背景相关，没有地层的剥蚀和缺失，与不整合面无关；③岩溶强度分带性不同，潜山岩溶作用强度呈垂向分带，而顺层岩溶作用强度呈侧向分带，向斜坡下倾方向逐渐减弱。

白云岩风化壳岩溶储层在塔里木盆地寒武—奥陶系局部发育，在奥陶系更局限。以牙哈地区和英买力地区YM32井区为代表，整体被剥蚀至下奥陶统蓬莱坝组或寒武系白云岩，地形起伏比灰岩潜山小，与上覆侏罗系—白垩系碎屑岩地层呈角度不整合接触，缺失近300 Ma的地层，为多期岩溶的叠加，以印支晚期的岩溶作用最为强烈，是非常重要的岩溶储层之一。与灰岩潜山不同，白云岩风化壳岩溶储层不发育大型洞穴，以小型溶蚀孔洞、裂缝为主，岩性主要为细晶白云岩和泥晶白云岩，且岩性对白云岩潜山储层的孔隙类型存在一定的影响，细晶白云岩受构造改造、大气水溶蚀、叠加热液改造后呈针孔状构造，储集空间以晶间溶孔、裂缝为主，具有高孔、高渗特征；泥晶白云岩抗溶蚀性强，储集空间以裂缝为主，具有低孔、高渗特征^{[8-11, 24]}。

白云岩风化壳岩溶储层的成因与灰岩潜山岩溶储层相似，主要有3个方面的区别。

① 古地貌不同。白云岩潜山的地貌起伏更小，峰丘地貌特征也没有灰岩潜山明显。牙哈—英买力地区下奥陶统—寒武系白云岩风化壳地貌起伏虽较大，但这主要是一系列的断垒和断堑，与白云岩风化壳形成之后的断块活动有关，并不能代表岩溶储层沉积时的岩溶地貌。

② 洞穴发育程度不同。白云岩风化壳岩溶储层缝洞系统欠发育，而灰岩潜山岩溶储层的主要储集空间是洞穴及裂缝，在地震剖面上表现为"串珠" 状反射。以轮古西200 km²岩溶储层的地震刻画为例，缝洞平面分布率可达6%~10%；白云岩风化壳储层的缝洞系统基本不发育，如牙哈—英买力地区下奥陶统—寒武系白云岩风化壳岩溶储层在地震剖面上基本见不到"串珠"反射特征，只在YM321井见到一个高为2.00 m且被陆源碎屑充填的洞穴^[24]。认为在表生环境下白云岩比灰岩难以被大气淡水溶解有关。

③ 围岩特征不同。轮南低凸起潜山油气藏勘探实践表明灰岩潜山岩溶储层缝洞系统十分发育，而围岩较为致密，其物性不具代表性；白云岩风化壳储层则相反，虽然岩溶缝洞系统不发育，但围岩大多是孔隙发育的白云岩储层，如牙哈—英买力地区下奥陶统—寒武系白云岩风化壳储层，以YM32井为代表，围岩为细—中晶白云岩，晶间孔和晶间溶孔发育，平均孔隙度达到8%~10%^[25]。

综上所述，白云岩风化壳岩溶储层的储集空间并非传统意义上的岩溶缝洞系统，而是不整合面之下多孔隙的白云岩储层。孔隙的形成可能与不整合面有关，如石膏的溶解形成膏模孔，有效储层的分布受不整合面控制；也有可能在地层抬升剥蚀前孔隙已经形成，如细—中晶白云岩和颗粒白云岩的晶间孔和粒内溶孔等储层，有效储层可以远离不整合面或比不整合面更大范围分布。

受断裂控制的岩溶储层是指分布在构造断块或背斜核部，断裂控制的非暴露型大气水岩溶作用形成的储层。没有地层的剥蚀和缺失，与不整合面及峰丘地貌无关，受断裂控制导致缝洞发育跨度大，常常沿断裂及其伴生的裂缝呈栅状分布，形成斑块状或花朵状非组构选择性孔洞，该类储层以塔北富满油田一间房组—鹰山组、英买1-2井区一间房组—鹰山组、塔中北斜坡及塔北南缘蓬莱坝组最为典型。近期比较热门的"断溶体"就是形成该类储层的主因^[26-29]，分析认为碳酸盐岩受多期构造挤压作用后，沿深断裂带发育一定规模的破碎带，多期岩溶水沿断裂下渗或局部热液上涌使破碎带内断裂、裂缝被溶蚀改造而形成柱状溶蚀孔、洞储集体，这些储集体在上覆泥灰岩、泥岩等盖层封堵以及侧向致密灰岩遮挡下，最终形成了不规则状岩溶缝洞体^[26-29]。以英买1-2井区奥陶系为例，具有完整的沉积序列，鹰山组和一间房组上覆吐木休克组、良里塔格组和桑塔木组，之间没有明显的地层缺失和不整合面；英买2号穹窿状构造面积为7 km²，构造幅度达560 m，总体发育3组断裂，一组为北北东向大型走滑断裂，延伸较远，切割中上寒武统—志留系；另2组分别为北北西、北西西向小型断裂，切割奥陶系，集中发育在穹窿高部位，呈花状(图 6a)。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 塔里木盆地英买力地区过YM101井地震剖面(a)及其奥陶系鹰山组二段岩性地层综合柱状图(b) Fig. 6 Seismic section across well YM101(a)and stratigraphic column of the second member of Ordovician Yingshan Formation(b)in Yingmai area, Tarim Basin

受断裂控制岩溶储层的储集空间以洞穴、溶蚀孔洞、断裂和裂缝为主，围岩基质孔不发育。

① 断裂和裂缝。断裂及裂缝带的发育有效地增加了大气水的下潜深度，断裂交叉处，多方位裂缝相互切割，裂缝系统沟通性好，有利于水体在其中流动而发生溶蚀作用，也导致受断裂控制岩溶型储层发育深度大。英买1-2井区不同走向的断裂发育，包括2条北东向大型走滑断裂和大量北西向小型断裂，2组断裂在英买2井区交叉，前者切割后者；英买1号构造储集空间以裂缝为主，与断裂相伴生，可分为构造缝、溶蚀缝和成岩缝3种类型，以高角度构造缝为主，占总裂缝比超过70%，并被溶蚀扩大成溶蚀缝；在多期构造运动作用下，英买2号构造发育大量的高角度构造缝，多被亮晶方解石充填，少量被白云石充填，岩溶储层发育深度可达鹰山组顶面以下300 m。

② 溶蚀孔洞。溶蚀孔洞往往与次级裂缝有关，多与裂缝伴生，是裂缝溶蚀扩大的产物，沿裂缝网发育，为英买1-2井区重要的储集空间类型。

③ 洞穴。英买1-2井区受断裂控制形成的洞穴远不如轮南低凸起灰岩潜山洞穴发育，主要沿大型断裂分布，大多被亮晶方解石全充填或半充填，渗流沉积物以灰质砂屑和生屑为主，垮塌角砾不多见，几乎见不到陆源碎屑充填物。如YM203井在一间房组—鹰山组6 084.81 m和6 131.50~6 139.10 m处钻遇了2个大型溶洞，在6 084.81 m处漏失泥浆25.78 m³，在6 131.50~6 139.10 m放空7.60 m，漏失泥浆2 22.64 m³，仅收获0.57 m亮晶方解石；YM101井钻至5 733.00 m，5 798.00 m和5 800.00 m分别漏失泥浆30.0 m³，35.0 m³及5.70 m³，反映存在3层缝洞，3期洞穴距鹰山组顶面分别为203.00 m，229.00 m和306.00 m，岩心上可见厚达7.00 m粗晶方解石(图 6b)；YM1井在5 368.00~5 371.00 m，YM10井在5 274.00 m处，YM101井5 452.00~5 466.00 m处均见大量的渗流沉积物，这些都充分说明洞穴是在深埋条件下原地溶蚀形成的。

根据孔洞缝组合特征，英买1-2井区一间房组和鹰山组受断裂控制的岩溶储层可划分为裂缝-孔洞型、断裂-洞穴型及裂缝型3种，其中英买2井区以裂缝-孔洞型为主，少量断裂-洞穴型，英买1井区以裂缝型为主。

受断裂控制岩溶储层主要有以下2种成因。

(1) 断裂及其伴生的裂缝控制了岩溶缝洞的发育。溶蚀孔洞及洞穴储层的发育深度跨度大，最大可达250 m，从而导致单井油柱高度很大，如YM201井、YM202井、YM203井、YM204井和YM206井一间房组和鹰山组溶蚀孔洞和洞穴发育的深度跨度和油柱高度都为200~250 m^[29]；英买2构造比英买1构造的断裂和裂缝更发育，溶蚀孔洞和洞穴也更发育，单井产量更高，且比英买1区块更稳产。

(2) 热液溶蚀作用形成的溶蚀孔洞及洞穴进一步改善了储层特性。英买1-2井区构造演化存在2个关键性地质事件，一是海西早期构造抬升和伴生张性断裂的强烈活动；二是海西晚期大规模火山喷发导致的热液活动。前者为沿断裂及裂缝的大气淡水溶蚀作用提供了通道；后者形成热液溶蚀作用及热液矿物充填。辉绿岩较为发育，岩心和薄片中鞍状白云石、天青石、重晶石等热液矿物常见。溶蚀孔洞中见2种产状不同的亮晶方解石充填，其一是位于裂缝及溶蚀孔洞周缘的巨型亮晶方解石充填，部分裂缝或小型溶蚀孔洞几乎被这期亮晶方解石完全充填，δ¹⁸O_PDB值偏负，约-10‰，是海西早期构造抬升伴生张性断裂相关的大气淡水成因；二是位于裂缝及溶蚀孔洞中央的巨型亮晶方解石充填，通常与鞍状白云石、重晶石、天青石等热液矿物伴生，与早期的亮晶方解石呈溶蚀不整合接触，由于受高温效应的控制，δ¹⁸O_PDB值明显偏负，小于-15‰，是海西晚期大规模火山喷发所致热液活动相关的热液成因^[9]。

塔里木盆地塔北南斜坡及塔中北斜坡内幕碳酸盐岩储层勘探的规模发现和转采，尤其是勘探开发方向从以残丘、"串珠"状地震反射特征为主的点状溶洞向沿深断裂带溶蚀面、以杂乱地震反射为特征的裂缝-孔洞型"断溶体"储层转变后取得了较好成效。如目前塔里木盆地富满油田10×10¹²t规模的储量区就是断裂控制岩溶储层的重要分布区块，如位于F₁16断裂带的MS7井以10 mm油嘴试油，油压39.90 MPa，折日产油782.00 m³，日产气21.41×10⁴m³；FY3井以12 mm油嘴试油，油压37.12 MPa，折日产油869.00 m³，日产气39.84×10⁴ m³。这些勘探成果证实富满油气田发育向下切入烃源岩的走滑断裂，可形成断控型油气藏，同时得到3点启示。

(1) 内幕区在特定的地质背景下也可以发育大规模的岩溶缝洞，其类型包括层间岩溶储层、顺层岩溶储层和受断裂控制岩溶储层。

(2) 白云岩潜山岩溶储层实际上是白云岩风化壳形成之后，受后期断块作用再改造的产物，储集空间并非传统意义上的岩溶缝洞系统，而是与白云岩相关的各类孔隙，主要为晶间孔、晶间溶孔、膏模孔、铸模孔和粒间孔等。

(3) 为四川盆地和鄂尔多斯盆地海相碳酸盐岩岩溶储层的勘探开发提供借鉴。层序地层学研究发现，四川盆地加里东期形成的乐山—龙女寺古隆起、印支期形成的开江古隆起和泸州古隆起及周缘具备潜山(风化壳)岩溶储层及顺层岩溶储层发育的地质条件；震旦纪末期、寒武纪末期和奥陶纪末期均发生了大规模的海平面下降，为层间岩溶储层的发育提供了地质条件；川东高陡构造带石炭系及川西南地区二叠系茅口组和三叠系嘉陵江组可形成受断裂控制岩溶储层。鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组顶部发育白云岩风化壳储层，盆地西缘奥陶系则与塔北南斜坡奥陶系地质背景相似，有利于顺层岩溶储层及断控型岩溶储层的发育，区域内T1井、TS1井、L1井、E6井、E8井及E9井在奥陶系克里摩里组、桌子山组钻井过程中均见不同程度的泥浆漏失和钻具放空，均表明存在顺层岩溶及断裂控制作用。

(1) 塔里木盆地岩溶储层可分为(准)同生岩溶储层、层间岩溶储层、顺层岩溶储层、潜山(风化壳) 岩溶储层及受断裂控制岩溶储层等5类。

(2) 塔里木盆地(准)同生岩溶储层也称礁滩体岩溶储层，是台缘或台内礁滩相颗粒灰岩因海平面下降而短期(短暂)暴露淋溶形成的储层，通常叠加后期的层间岩溶作用或潜山岩溶作用，形成复合型岩溶储层；层间岩溶储层和顺层岩溶储层发育于潜山内幕区，前者与碳酸盐岩层系内部中—短期的平行(微角度)不整合面有关，呈准层状分布，后者与潜山周缘的斜坡背景有关，环潜山周缘呈环带状分布，主要受先存孔隙和裂缝控制；潜山(风化壳)岩溶储层发育于潜山区，与中—长期的角度不整合面有关，呈准层状分布，具有明显的峰丘岩溶地貌特征，根据围岩岩性可细分为灰岩潜山岩溶储层和白云岩风化壳岩溶储层2种成因；受断裂控制岩溶储层主要发育于内幕断裂发育区，缝洞系统发育规模大、跨度长，沿断裂呈栅状分布。

(3) 塔里木盆地岩溶储层不仅仅分布于潜山区，内幕顺层岩溶及断裂控制岩溶储层发育区也是重要的勘探领域，是目前重要的建产区，且受断裂控制岩溶储层是目前规模缝洞型碳酸盐岩岩溶储层的非常重要的勘探类型。