哈拉哈塘地區巖溶地貌特征及巖溶儲層綜合評價
“哈拉哈塘地區巖溶地貌特征及巖溶儲層綜合評價”為中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司科技項目，隸屬于“哈拉哈塘地區碳酸鹽巖勘探開發一體化研究”項目，是國家科技重大專項2011ZX05004-004課題。項目由中國地質科學院巖溶地質研究所承擔完成，起止時間為2012年9月至2013年11月，主要完成人有梁彬、張慶玉、淡永、曹建文、劉月紅、李景瑞、郝彥珍等。哈拉哈塘地區奧陶系碳酸鹽巖自下古生代沉積以來，經歷了沉積成巖(O1) –溶蝕破壞(O2-S1) –溶蝕充填(S)等漫長的多期巖溶地質作用，致使巖溶形態多種多樣、大小多變、組構復雜。本次研究從地球系統科學的觀念出發，運用巖溶動力系統流體–巖石相互作用和巖溶形態成因組合分析等新理論方法，在古地質、古構造、古地形、古水文地質條件恢復以及巖溶環境標志分析的基礎上，系統研究了古巖溶縫洞系統形成條件、發育特征和影響控制因素，恢復了不同巖溶期次水動力條件與古巖溶地貌形態，建立了不同地貌單元與水動力條件下的古巖溶發育結構模式。
一、巖溶作用地質背景
哈拉哈塘凹陷位于塔北隆起中部–輪南潛山背斜西翼斜坡地帶，北為輪臺凸起，南鄰滿加爾凹陷，西接南喀–英買力低凸起，東為輪南低凸起。根據石灰巖、白云巖和不純碳酸鹽巖的厚度比例及其組合形式，層組結構類型可以劃分為連續型、夾層型、互層型、間層型等。根據哈拉哈塘地區早古生代奧陶系碳酸鹽巖巖性、地球化學特征和層組組合特征，奧陶系巖溶層組類型可劃分為3類4型6個亞型。根據地震層位解釋、勘探成果及構造演化分析，存在3期沉積間斷的古巖溶作用。
二、不同巖溶期次古巖溶地貌恢復與刻畫
1．針對不同期次沉積間斷特征，選取不同古地貌恢復方法，對不同巖溶期次的古巖溶地貌進行了恢復與刻畫，并對各巖溶地貌的巖溶發育條件進行了分析。
（1）利用印模法恢復前志留紀古巖溶地貌，根據前志留紀古地勢、地形展布特征，結合奧陶系頂面至志留系塔塔埃爾塔格組底的厚度，潛山區二級地貌單元劃分指標體系為：Ⅰ.巖溶緩坡地，至志留系塔塔埃爾塔格組底標志層厚度30～100m；Ⅱ.巖溶臺地，至志留系塔塔埃爾塔格組底標志層厚度約為100～130m；Ⅲ.丘叢谷地，至志留系塔塔埃爾塔格組底標志層厚度約為130～150m。三級地貌單元主要有微丘洼地、微峰洼地、微丘叢谷地、巖溶谷地等4種古巖溶地貌類型。前志留紀巖溶期，主要位于潛山區，此區域經歷良里塔格組頂面巖溶作用與前志留紀巖溶作用，由于受南部非碳酸鹽巖及吐木休克組弱巖溶層組的影響，不同巖溶期不同地貌單元的巖溶作用方式、作用強度具有明顯的差異。
（2）利用相對殘厚與古地層構造趨勢面方法恢復良里塔格組頂面古地貌，結合古地理環境、古水動力分析，劃分為巖溶緩坡、巖溶盆地等2類二級地貌類型；結合哈拉哈塘良里塔格組頂面古巖溶地貌的微地貌組合形態，三級地貌單元主要有丘峰洼地、丘叢洼地、丘叢壟脊溝谷、巖溶谷地、巖溶陡坡、丘叢谷地、巖溶盆地等7種古巖溶地貌類型。對不同地貌單元的巖溶發育條件進行了分析，不同地貌單元，由于不同古水動力條件不同，巖溶主要方式、作用強度具有一定的差異。
（3）利用殘厚與殘厚趨勢面方法恢復一間房組頂面古地貌，根據所恢復的古地貌，一間房組巖溶面地勢平坦，巖溶地貌以溶丘洼地、丘叢谷地為主，南北相對高差較小，反映古水動力徑流條件緩慢、地下水位較淺，巖溶作用主要位于地下水位附近（即一間房組頂面下20～30m范圍），巖溶縫洞系統以溶蝕孔洞、小規模溶洞為主，巖溶管道系統不發育。
2．根據不同巖溶期次古巖溶地貌恢復，構建了不同巖溶期次古水動力場。前志留紀巖溶期，潛山巖溶區自西向東劃分為6條地表水系；前良里塔格組巖溶期，自西向東發育6條地表水系；一間房組巖溶期，自西向東發育4條水系。
3．根據構建的古水動力場，對不同巖溶期次古水動力條件與巖溶作用關系進行了較深入分析與研究。
前志留紀潛山巖溶區，前志留紀巖溶面地勢平坦、地形起伏較小，受南部桑塔木組碎屑巖阻隔的作用，沿碳酸鹽巖與碎屑巖邊界附近形成了一系列巖溶湖及古水系，構成潛山巖溶區巖溶地下水的排泄基準，由于巖溶湖、古水系與潛山巖溶地貌相對高差約為30～50m，因而此時期巖溶作用主要位于淺部50～60m范圍。
良里塔格組巖溶面，各水系均具有自北向南或南偏東方向徑流匯入古海洋的特點。一間房組巖溶期，各水系均自北向南延伸徑流，支河流較多，河流彎曲程度大、河道較窄，多呈“V”字型，切深程度較小，河流連續性較差，水系多與巖溶洼地或巖溶湖相通，體現古巖溶地貌地勢平坦、地形起伏較小，地下水位較淺、水力坡度較小、水徑流相對緩慢，因而巖溶作用主要位于地下水面附近及上方，巖溶縫洞規模較小，巖溶管道系統不發育。
三、哈拉哈塘地區巖溶儲層發育規律及主控因素研究
1．潛山巖溶區巖溶儲層發育規律及主控因素研究
（1）巖溶區帶劃分。在前人研究基礎上依據良里塔格組巖溶期古地貌形態及古水動力場特征、巖溶層組特征，結合明河切割深度及暗河發育特征對巖溶區帶進行了重新劃分，巖溶四區帶名稱仍然沿用潛山巖溶區、層間巖溶–順層改造區、層間巖溶臺緣疊加區、層間巖溶–斷裂控儲區。
（2）潛山巖溶區巖溶縫洞系統主要位于一間房組上部及鷹山組上部、中部，具規模的巖溶縫洞系統主要發育于鷹山組（距奧陶系頂面約80～120m）；一間房組以發育溶蝕裂縫、小溶蝕孔洞為主，鷹山組以發育溶洞、巖溶管道為主。根據鉆井、錄井、測井解釋等信息對潛山巖溶區單井縫洞系統發育特征及巖溶儲層進行統計分析，巖溶縫洞系統發育具有潛山垂向分帶性，自地表往下分為表層巖溶帶、垂向滲濾溶蝕帶、徑流溶蝕帶和潛流溶蝕帶。表層巖溶帶位于奧陶系頂面下0～15m范圍，巖溶以溶蝕孔洞、溶蝕裂縫為主，溶蝕孔洞（0.2～30mm）部分為方解石充填，巖溶發育較強；垂向滲濾溶蝕帶位于奧陶系頂面下15～80m范圍，巖溶以溶蝕孔洞、順層溶蝕裂縫及垂向溶蝕裂縫為主，巖溶發育中等，無規模的溶洞系統，溶蝕孔洞多為鈣泥質、方解石充填；徑流溶蝕帶位于奧陶系頂面下80～100m范圍，巖溶以溶洞或巖溶管道為主，發育極不均勻，縫洞系統充填程度較低。
巖溶縫洞系統與巖溶儲層主要發育在表層巖溶帶和水平徑流溶蝕帶。表層巖溶帶以孔洞型及裂縫型儲層為主，主要發育Ⅱ、Ⅲ類儲層。發育深度主要位于風化殼面附近一間房組頂部以下10～15m范圍；徑流溶蝕帶以洞穴型、裂縫–孔洞型儲層為主，儲層評級一般為Ⅰ類–Ⅱ類儲層，一般發育于風化殼面以下55～85m，鉆井過程中常有漏失或放空。而垂向滲濾溶蝕帶以發育裂縫型儲層為主，儲層一般為Ⅲ類，少有Ⅱ類，儲集性相對較差。潛流溶蝕帶巖溶作用較弱，縫洞一般欠發育，儲集性較差。
據統計潛山區在鉆井過程中伴有放空漏失井共13口，結合地震響應特征，對潛山區地下暗河展布特征進行了識別與刻畫，共識別出18條暗河管道系統，暗河管道類別豐富，可分為流入型、流出型、暗河中段型及孤立洞穴性，不同類型地下暗河系統具有不同的充填特征。暗河發育的地方，串珠通常呈條帶狀展布�？傊瑤r溶古地貌、古水系、及古構造共同制約著潛山區巖溶儲層的發育。
2．層間巖溶區巖溶儲層發育規律
（1）層間巖溶–順層改造區
緊鄰潛山巖溶補給區水動力條件較強，為順層改造最強烈地區。據統計，哈拉哈塘層間巖溶順層改造區放空漏失井共33口，其發生層位主要發育在一間房組，少數發育在鷹山組地層。通過地表水系發育特征、深淺串珠展布特征、地震剖面反射特征，結合兩個巖溶期不同古地貌對地下暗河分別進行了研究，良里塔格組巖溶期共刻畫出5個暗河管道系統、29條暗河管道組合，暗河管道發育不完整，同一巖溶系統，中部巖溶管道系統不發育。多屬流入型或流出型巖溶管道，僅局部發育中部巖溶管道系統。暗河形態不規則，多為枝狀、單管道狀，所識別的單條暗河管道發育規模多集中在3～4km左右。
（2）層間巖溶–臺緣疊加區
巖溶縫洞系統垂向特征：奧陶系碳酸鹽巖發育三套主要儲層，從上到下分別是良里塔格組礁灘體疊加巖溶儲層、一間房組層間巖溶疊加顆粒灘儲層及鷹山組一段大型巖溶洞穴型儲層；良里塔格組礁灘體儲層在地震反射上對應強反射，層狀分布特征明顯，鉆井均鉆遇該套儲層，多為孔洞型儲層，儲層主要分布于良一段與良三段；加里東中期Ⅰ幕近層狀的巖溶作用造就了一間房組儲層具有明顯層狀特征，多為孔洞–裂縫型儲層，一般位于一間房組頂面及以下40m；鷹山組儲層一般為裂縫–孔洞型，為多期巖溶作用形成，一般形成大型縫洞，非均質性強，儲層位于一間房組頂面以下40～80m。
（3）層間巖溶–斷裂控儲區
巖溶縫洞系統垂向特征：儲層主要發育于一間房組地層，少量鷹山組，良里塔格組儲層不發育，主要儲層類型為孔洞–裂縫型儲層，儲層級別主要為Ⅱ–Ⅲ類，鉆孔放空漏失段為Ⅰ類；儲層垂向上一般發育于一間房組頂面及以下30m范圍，儲層厚度變化大，3m～30m不等；鷹山組儲層由于埋藏深、儲層易出水等原因，斷裂控儲區鉆遇該套儲層鉆井較少。
巖溶縫洞系統平面分布特征：斷裂控儲區良里塔格組地層為泥灰巖為主，巖溶儲層不發育；一間房組地層分布較穩定，巖性為顆�；規r，較純，整體上北–南方向上越遠離臺緣坡折帶一間房組縫洞發育更少，一間房組儲層以孔洞型儲層為主，儲層分布于一間房組頂面及以下30m；鷹山組儲層也較發育，只是鉆井一般鉆至一間房組儲層就停鉆，但從鷹山組廣泛分布串珠表明鷹山組縫洞也是較發育的；一間房組與鷹山組串珠東西分布看，與臺緣區類似斷裂控儲區西–中部兩條“S”大斷裂帶間發育較多加里東期北西向小斷裂，此帶是串珠集中發育地區，也是斷裂控儲區主要放空、漏失井，油氣井分布地區，過“S”形斷裂帶從中部往東部串珠分布明顯減少，僅集中發育于幾條北西向斷裂附近。
3．層間巖溶區巖溶儲層發育控制因素
分析了巖溶層組與巖溶作用關系、沉積間斷與層間巖溶關系、良里塔格組頂面古巖溶地貌與層間巖溶儲層關系以及斷裂構造對巖溶縫洞系統的控制，認為層間巖溶區經歷了一間房組、良里塔格組巖溶作用的影響，一間房組巖溶期巖溶作用主要位于淺部，巖溶縫洞系統的形成主要與古地貌、古水系具有明顯的關系，斷裂構造對巖溶縫洞系統形成控制不明顯；良里塔格組巖溶期，巖溶地下水徑流自潛山區入滲后，受吐木休克組弱巖溶層組的影響，入滲后的巖溶地下水主要沿一間房組或鷹山組層間向南部徑流，因而古地貌對巖溶縫洞系統形成的控制作用不明顯，巖溶層組、斷裂對巖溶縫洞系統形成成為關鍵因素，地震強反射“串珠”具有沿斷裂分布的特征，沿斷裂鉆井放空、漏失明顯�？梢姡瑪嗔咽菐r溶地下水徑流、巖溶作用主要通道，在層間巖溶區成為巖溶縫洞系統形成的主要控制因素。
4．巖溶縫洞系統充填特征
一間房組及鷹山組潛山區泥質充填物為主、化學充填物為輔；順層改造區、臺緣區化學充填物為主，斷裂控儲區由于未取芯不做判斷；良里塔格組改造區及臺緣區均為泥質、方解石充填，泥質主要來自良里塔格組泥灰巖本身。碳氧同位素測試結果顯示：潛山區方解石充填屬大氣淡水成因；哈803井桑塔木組與吐木休克組、熱普1良里塔格組方解石為鹽度較高海洋環境中形成；新墾8H、熱普4、哈601-18井充填的方解石為高溫熱液成因。熱普4井方解石充填物中發現高溫熱液成因礦物螢石，佐證了同位素判斷方解石成巖環境的準確性。
鹽水包裹體特征分析顯示可分為低溫低鹽度包裹體、中溫低鹽度包裹體、中溫中鹽度包裹體、中溫高鹽度包裹體、高溫高鹽度包裹體五類鹽水包裹體。包裹體特征分析與埋藏史圖結合分析發現除加里東期的淡水巖溶充填外，還存在晚海西期早埋藏充填、印支–燕山期中埋藏充填及喜山早期的晚埋藏充填，巖溶縫洞系統具有四次較大規模方解石充填作用期，碳氧同位素分析結果一定程度證明了這點。對于高溫熱液巖溶，僅局部（如哈601-18井、熱普4井）可能受此影響，但不具普遍性。
5．哈拉哈塘地區不同巖溶期巖溶儲層形成地質建模
根據潛哈拉哈塘地區的巖溶地質背景、巖溶作用期次、巖溶地貌特征及古水動力條件，分別建立了潛山巖溶區、層間巖溶區（順層改造區、臺緣疊加區、斷裂控儲區）巖溶儲層形成地質模型。在各巖溶區帶巖溶儲層形成地質模型建立基礎上，建立了不同巖溶期次巖溶作用演化模型，為油氣勘探與開發提供了科學依據。
整體來看，通過項目的實施基本研究清楚哈拉哈塘地區古地貌、古水系的基本特征及巖溶縫洞系統發育規律，為哈拉哈塘地區縫洞單元劃分、不同巖溶儲層地質模型建立及儲層預測提供了依據，為碳酸鹽巖高效勘探開發提供了指導。利用殘厚與古構造趨勢面結合方法，對良里塔格組巖溶期古巖溶地貌恢復與精細刻畫，認為哈拉哈塘地區大型巖溶縫洞系統主要形成于良里塔格組巖溶期，為哈拉哈塘地區奧陶系巖溶儲層形成與控制因素分析提供了現代巖溶理論基礎。通過巖溶地下河刻畫與描述，結合巖溶縫洞系統地震響應特征，建立的巖溶儲層形成地質模型已應用于開發井位的部署，對碳酸鹽巖油氣藏高效開發具有實際指導作用。
