塔北地区奥陶系地下河溶洞充填规律与储集性能

doi:10.11743/ogg20230619

摘要/Abstract

摘要：

基于野外露头、油田钻井、测井及地震资料，从溶洞充填物类型及旋回组合分析入手，开展古岩溶地下河溶洞充填序列及规律研究，同时探讨其油气地质意义。研究结果表明，塔河油田奥陶系岩溶地下河溶洞充填率达89.9 %，且以沉积砂泥岩和垮塌角砾岩充填为主，发育下粗上细多个组合旋回，构成多旋回沉积充填组合和多旋回垮塌-沉积充填组合2种类型。前者分布于岩溶斜坡下游地貌平坦区，放空漏失井比例小、低产井比例高；后者分布于地貌落差较大的岩溶斜坡上游区，放空漏失井比例大，出现大量高产井。分析认为，地下河迂回曲折的空间结构及其径流强搬运能力，使大量岩溶碎屑物质充填其中，导致其超高充填率；潜水面季节性升降使其充填物具旋回性及可对比性，加之水流冲蚀和构造活动，导致溶洞多期垮塌，构成了上游区多旋回垮塌-沉积充填组合，未充填空间发育；地下相对封闭的碳酸钙过饱和环境，使其充填物钙质胶结严重，孔隙度降低；未充填空间将是油气挖潜的重点靶区。

关键词: 地下河, 溶洞充填, 沉积旋回, 奥陶系, 塔河油田, 塔里木盆地

Abstract:

An integration of outcrop observations， as well as data from drilling， logging， and seismic surveys in an oilfield is applied to analyze the filling types and filling cycle assemblages of karst caves associated with paleokarst buried rivers； accordingly， the filling sequences and patterns of the paleokarst buried rivers， as well as the discussion on their petroleum geological implications. The results show that the Ordovician buried-river karst caves with a filling rate of 89.9 % in the Tahe oilfield， are predominantly filled with sandy mudstones and collapse breccias. These karst caves host multiple combination cycles featuring coarse-grained lower parts and fine-grained upper parts， which can be classified into polycyclic sedimentary assemblages and polycyclic collapse-sedimentary assemblages for filling. The former is distributed in the karst slope’s lower reaches of flat landform， where wells with lost circulation and stringers account for small and high proportions， respectively. In contrast， the latter is situated in the karst slope’s upper reaches featuring landform of great drops， where wells with lost circulation are of high proportion together with multiple high-yielding wells. The following conclusions can be reached through analysis：（1） The tortuous spatial structure of buried rivers， combined with their strong runoff transport capacity， facilitate the filling of large amounts of karst detrital materials， resulting in an extremely high filling rate；（2） The seasonal fluctuations in the phreatic surface lead to the formation of cyclic and comparable fillings. This， coupled with water erosion and tectonic activities， gives rise to multi-phase collapses of karst caves. Consequently， polycyclic collapse-sedimentary filling assemblages are formed in the upper reaches， with unfilled spaces developed；（3） The relatively closed underground environment supersaturated with calcium carbonate， results in severe calcareous cementation of fillings， decreasing the intergranular porosity；（4） The unfilled spaces serve as the major targets with potential for oil and gas exploitation.

Key words: buried river, karst cave filling, sedimentary cycle, Ordovician, Tahe oilfield, Tarim Basin

中图分类号:

TE121.3

张三,金强,史今雄,等. 塔北地区奥陶系地下河溶洞充填规律与储集性能[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(6): 1582-1594. doi: 10.11743/ogg20230619 San ZHANG,Qiang JIN,Jinxiong SHI,et al. Filling patterns and reservoir property of the Ordovician buried-river karst caves in the Tabei area， Tarim Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2023, 44(6): 1582-1594. doi: 10.11743/ogg20230619

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参考文献 32

1	袁道先，朱德浩，翁金桃，等. 中国岩溶学［M］. 北京：地质出版社， 1994： 23-52.
	YUAN Daoxian， ZHU Dehao， WENG Jintao， et al. Karst in China［M］. Beijing： Geological Publishing House， 1994： 23-52.
2	FORD D C， WILLIAMS P W. Karst hydrogeology and geomorphology［M］. Chichester： John Wiley & Sons， 2007： 1-5.
3	LOUCKS R G. Paleocave carbonate reservoirs： Origins， burial-depth modifications， spatial complexity， and reservoir implications［J］. AAPG Bulletin， 1999， 83（11）： 1795-1834.
4	ESTEBAN M， KLAPPA C F. Subaerial exposure environment［M］//SCHOLLE P A， BEBOUT D G， MOORE C H. Carbonate Depositional Environments. Tulsa： American Association of Petroleum Geologists， 1983： 1-54.
5	何宇彬. 试论均匀状厚层灰岩水动力剖面及实际意义［J］. 中国岩溶， 1991， 10（1）： 4-15.
	HE Yubin. Hydrodynamic section of thick homogeneous limestone and its practical significance［J］. Carsologica Sinica， 1991， 10（1）： 4-15.
6	白国平. 世界碳酸盐岩大油气田分布特征［J］. 古地理学报， 2006， 8（2）： 241-250.
	BAI Guoping. Distribution patterns of giant carbonate fields in the world［J］. Journal of Palaeogeography， 2006， 8（2）： 241-250.
7	LØNØY B， PENNOS C， TVERANGER J， et al. Delimiting morphological and volumetric elements of cave surveys as analogues for paleokarst reservoir modelling-A case study from the Maaras cave system， northern Greece［J］. Marine and Petroleum Geology， 2021， 129： 105091.
8	钟建华，毛毳，李勇，等. 塔北硫磺沟奥陶系含油古溶洞的发现及意义［J］. 中国科学：地球科学， 2012， 42（11）： 1660-1680.
	ZHONG Jianhua， MAO Cui， LI Yong， et al. Discovery of the ancient Ordovician oil-bearing karst cave in Liuhuanggou， North Tarim Basin， and its significance［J］. Science China Earth Sciences， 2012， 42（11）： 1660-1680.
9	淡永，梁彬，易连兴，等. 现代岩溶地下河成因研究对塔北奥陶系大型岩溶缝洞体储层勘探的启示——以桂林寨底岩溶地下河系统的剖析为例［J］. 海相油气地质， 2015， 20（2）： 1-7.
	DAN Yong， LIANG Bin， YI Lianxing， et al. Revelation of research of modern karst subterranean streams to exploration of paleokarst fractured-caved reservoirs： An example of Zhaidi underground river in Guilin applied in Ordovician fractured-caved reservoirs in northern Tarim Basin［J］. Marine Origin Petroleum Geology， 2015， 20（2）： 1-7.
10	李阳，范智慧. 塔河奥陶系碳酸盐岩油藏缝洞系统发育模式与分布规律［J］. 石油学报， 2011， 32（1）： 101-106.
	LI Yang， FAN Zhihui. Developmental pattern and distribution rule of the fracture-cavity system of Ordovician carbonate reservoirs in the Tahe Oilfield［J］. Acta Petrolei Sinica， 2011， 32（1）： 101-106.
11	胡文革. 塔里木盆地塔河油田潜山区古岩溶缝洞类型及其改造作用［J］. 石油与天然气地质， 2022， 43（1）： 43-53.
	HU Wenge. Paleokarst fracture-vug types and their reconstruction in buried hill area， Tahe Oilfield， Tarim Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2022， 43（1）： 43-53.
12	何治亮，赵向原，张文彪，等. 深层-超深层碳酸盐岩储层精细地质建模技术进展与攻关方向［J］. 石油与天然气地质， 2023， 44（1）： 16-33.
	HE Zhiliang， ZHAO Xiangyuan， ZHANG Wenbiao， et al. Progress and direction of geological modeling for deep and ultra-deep carbonate reservoirs［J］. Oil & Gas Geology， 2023， 44（1）： 16-33.
13	李阳，金强，钟建华，等. 塔河油田奥陶系岩溶分带及缝洞结构特征［J］. 石油学报， 2016， 37（3）： 289-298.
	LI Yang， JIN Qiang， ZHONG Jianhua， et al. Karst zonings and fracture-cave structure characteristics of Ordovician reservoirs in Tahe Oilfield， Tarim Basin［J］. Acta Petrolei Sinica， 2016， 37（3）： 289-298.
14	鲁新便，何成江，邓光校，等. 塔河油田奥陶系油藏喀斯特古河道发育特征描述［J］. 石油实验地质， 2014， 36（3）： 268-274.
	LU Xinbian， HE Chengjiang， DENG Guangxiao， et al. Development features of karst ancient river system in Ordovician reservoirs， Tahe Oil Field［J］. Petroleum Geology and Experiment， 2014， 36（3）： 268-274.
15	李源，鲁新便，王莹莹，等. 塔河油田海西早期岩溶水文地貌特征及其演化［J］. 石油与天然气地质， 2016， 37（5）： 674-683.
	LI Yuan， LU Xinbian， WANG Yingying， et al. Hydrogeomorphologic characterization and evolution of the Early Hercynian karstification in Tahe Oilfield， the Tarim Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2016， 37（5）： 674-683.
16	徐微，蔡忠贤，贾振远，等. 塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏溶洞充填物特征［J］. 现代地质， 2010， 24（2）： 287-293.
	XU Wei， CAI Zhongxian， JIA Zhenyuan， et al. The study on Ordovician carbonate reservoir karst cavern fillings characterization in Tahe Oilfield［J］. Geoscience， 2010， 24（2）： 287-293.
17	金强，田飞. 塔河油田岩溶型碳酸盐岩缝洞结构研究［J］. 中国石油大学学报（自然科学版）， 2013， 37（5）： 15-21.
	JIN Qiang， TIAN Fei. Investigation of fracture-cave constructions of karsted cabonate reservoirs of Ordovician in Tahe Oilfield， Tarim Basin［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2013， 37（5）： 15-21.
18	杨晓兰. 基于正演模型的地震相识别溶洞充填技术——以塔河油田12区东奥陶系储层为例［J］. 复杂油气藏， 2019， 12（2）： 17-21.
	YANG Xiaolan. Cavern filling identification technique of seismic facies based on forward modeling： A case study on the Ordovician reservoirs in eastern Block 12 of Tahe Oilfield［J］. Complex Hydrocarbon Reservoirs， 2019， 12（2）： 17-21.
19	田亮，李佳玲，焦保雷. 塔河油田12区奥陶系油藏溶洞充填机理及挖潜方向［J］. 岩性油气藏， 2018， 30（3）： 52-60.
	TIAN Liang， LI Jialing， JIAO Baolei. Filling mechanism and potential tapping direction of Ordovician karst reservoirs in Block-12 of Tahe Oilfield［J］. Lithologic Reservoirs， 2018， 30（3）： 52-60.
20	张慧涛，王金柱，杨敏，等. 塔河奥陶系岩溶古暗河充填特征研究［J］. 新疆石油天然气， 2020， 16（1）： 4-10.
	ZHANG Huitao， WANG Jinzhu， YANG Min， et al. Description of filling characteristics of karst ancient river in Tahe Oilfield［J］. Xinjiang Oil & Gas， 2020， 16（1）： 4-10.
21	吕心瑞，孙建芳，邬兴威，等. 缝洞型碳酸盐岩油藏储层结构表征方法——以塔里木盆地塔河S67单元奥陶系油藏为例［J］. 石油与天然气地质， 2021， 42（3）： 728-737.
	Xinrui LYU， SUN Jianfang， WU Xingwei， et al. Internal architecture characterization of fractured-vuggy carbonate reservoirs： A case study on the Ordovician reservoirs， Tahe Unit S67， Tarim Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2021， 42（3）： 728-737.
22	张三，金强，胡明毅，等. 塔河地区奥陶系不同地貌岩溶带结构组合差异与油气富集［J］. 石油勘探与开发， 2021， 48（5）： 962-973.
	ZHANG San， JIN Qiang， HU Mingyi， et al. Differential structure of Ordovician karst zone and hydrocarbon enrichment in paleogeomorphic units in Tahe area， Tarim Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development， 2021， 48（5）： 962-973.
23	张文博，邵珠福，张英敏，等. 塔河油田奥陶系古溶洞充填砂岩发育特征及成因——以塔河七区T615井为例［J］. 海相油气地质， 2014， 19（1）： 51-59.
	ZHANG Wenbo， SHAO Zhufu， ZHANG Yingmin， et al. Development characteristics and genesis of filling sandstone in Ordovician paleocaves in Tahe Oil Field， Tarim Basin： A typical case of filling sandstone in Well T615 in Tahe Block 7［J］. Marine Origin Petroleum Geology， 2014， 19（1）： 51-59.
24	张娟，杨敏，谢润成，等. 塔里木盆地塔河油田4区和6区奥陶系小尺度缝洞储集体概率识别方法［J］. 石油与天然气地质， 2022， 43（1）： 219-228.
	ZHANG Juan， YANG Min， XIE Runcheng， et al. Probability-constrained identification of Ordovician small-scale fractured-vuggy reservoirs in blocks 4-6， Tahe Oilfield， Tarim Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2022， 43（1）： 219-228.
25	唐磊，王建峰，曹敬华，等. 塔里木盆地顺北地区超深断溶体油藏地质工程一体化模式探索［J］. 油气藏评价与开发， 2021， 11（3）： 329-339.
	TANG Lei， WANG Jianfeng， CAO Jinghua， et al. Geology-engineering integration mode of ultra-deep fault-karst reservoir in Shunbei area， Tarim Basin［J］. Petroleum Reservoir Evaluation and Development， 2021， 11（3）： 329-339.
26	张三，金强，孙建芳，等. 塔河地区奥陶系岩溶斜坡峰丘高地的形成及油气地质意义［J］. 石油勘探与开发， 2021， 48（2）： 303-313.
	ZHANG San， JIN Qiang， SUN Jianfang， et al. Formation of hoodoo-upland on Ordovician karst slope and its significance in petroleum geology in Tahe area， Tarim Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development， 2021， 48（2）： 303-313.
27	姜应兵，李兴娟. 塔里木盆地塔河油田TH12402井区中下奥陶统古岩溶洞穴发育模式［J］. 古地理学报， 2021， 23（4）： 824-836.
	JIANG Yingbing， LI Xingjuan. Development model of paleokarst caves in the Middle-Lower Ordovician of TH12402 Well area in Tahe Oilfield， Tarim Basin［J］. Journal of Palaeogeography， 2021， 23（4）： 824-836.
28	鲁新便，杨敏，汪彦，等. 塔里木盆地北部 “层控” 与 “断控” 型油藏特征——以塔河油田奥陶系油藏为例［J］. 石油实验地质， 2018， 40（4）： 461-469.
	LU Xinbian， YANG Min， WANG Yan， et al. Geological characteristics of “strata-bound” and “fault-controlled” reservoirs in the northern Tarim Basin： Taking the Ordovician reservoirs in the Tahe Oil Field as an example［J］. Petroleum Geology and Experiment， 2018， 40（4）： 461-469.
29	张三，金强，程付启，等. 古岩溶流域内地表河与地下河成因联系与储层特征——以塔河油田奥陶系岩溶为例［J］. 中国岩溶， 2020， 39（6）： 900-910.
	ZHANG San， JIN Qiang， CHENG Fuqi， et al. Genesis relation of surface and underground rivers and reservoir characteristics in paleokarst drainage systems： A case study of Ordovician karst in the Tahe Oilfield［J］. Carsologica Sinica， 2020， 39（6）： 900-910.
30	金强，康迅，荣元帅，等. 塔河油田奥陶系古岩溶地表河和地下河沉积和地球化学特征［J］. 中国石油大学学报（自然科学版）， 2015， 39（6）： 1-10.
	JIN Qiang， KANG Xun， RONG Yuanshuai， et al. Sedimentary and geochemical characteristics of sandstones and mudstones deposited in surface rivers and subsurface rivers in Ordovician karsted carbonates， Tahe Oilfield［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science）， 2015， 39（6）： 1-10.
31	刘晶晶，毛毳，魏荷花，等. 塔河油田奥陶系缝洞充填序列及其测井响应［J］. 新疆石油地质， 2021， 42（1）： 46-52.
	LIU Jingjing， MAO Cui， WEI Hehua， et al. Ordovician fracture-cavity filling sequence and its logging responses in Tahe Oilfield［J］. Xinjiang Petroleum Geology， 2021， 42（1）： 46-52.
32	彭军，夏梦，曹飞，等. 塔里木盆地顺北一区奥陶系鹰山组与一间房组沉积特征［J］. 岩性油气藏， 2022， 34（2）： 17-30.
	PENG Jun， XIA Meng， CAO Fei， et al. Sedimentary characteristics of Ordovician Yingshan Formation and Yijianfang Formation in Shunbei-1 area， Tarim Basin［J］. Lithologic Reservoirs， 2022， 34（2）： 17-30.

充填类型	充填物类型	测井识别标志	解释厚度/m	充填程度/%
沉积充填	泥岩、粉砂岩、砂砾岩	V_sh>15 %， NEN<2.68 g/cm³， R_LLD<50 Ω·m	681.5	57.2
垮塌充填	角砾岩	V_sh<15 %， NEN>2.71 g/cm³， R_LLD>100 Ω·m	312.4	26.2
化学充填	巨晶方解石、燧石	V_sh<10 %， R_LLD>1 000 Ω·m	76.8	6.4
未充填	钻井放空或松散堆积	V_sh<15 %，NEN<2.61 g/cm³， R_LLD<50 Ω·m	120.5	10.1

[1]	康志江, 张冬梅, 张振坤, 王睿奇, 姜文斌, 刘坤岩. 深层缝洞型油藏井间连通路径智能预测技术[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(5): 1290-1299.
[2]	胡伟, 徐婷, 杨阳, 伦增珉, 李宗宇, 康志江, 赵瑞明, 梅胜文. 塔里木盆地超深油气藏流体相行为变化特征[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(4): 1044-1053.
[3]	张坦, 姚威, 赵永强, 周雨双, 黄继文, 范昕禹, 罗宇. 塔里木盆地巴麦地区石炭系卡拉沙依组年代标尺及地层剥蚀厚度精细计算[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(4): 1054-1066.
[4]	郭宏辉, 冯建伟, 赵力彬. 塔里木盆地博孜—大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(4): 962-975.
[5]	何发岐, 张威, 丁晓琪, 祁壮壮, 李春堂, 孙涵静. 鄂尔多斯盆地乌审旗古隆起对岩溶气藏的控制机理[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(2): 276-291.
[6]	李斌, 赵星星, 邬光辉, 韩剑发, 关宝珠, 沈春光. 塔里木盆地塔中Ⅱ区奥陶系油气差异富集模式[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(2): 308-320.
[7]	张红波, 周雨双, 沙旭光, 邓尚, 沈向存, 姜忠正. 塔里木盆地顺北5号走滑断裂隆起段发育特征与演化机制[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(2): 321-334.
[8]	宋兴国, 陈石, 谢舟, 康鹏飞, 李婷, 杨明慧, 梁鑫鑫, 彭梓俊, 史绪凯. 塔里木盆地富满油田东部走滑断裂发育特征与油气成藏[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(2): 335-349.
[9]	邹才能, 谢增业, 李剑, 张璐, 杨春龙, 崔会英, 王晓波, 郭泽清, 潘松圻. 典型碳酸盐岩大气田规模聚集差异性及其主控因素[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 1-15.
[10]	张涛, 张亚雄, 金晓辉, 周雁, 张军涛, 谷宁, 张威, 王濡岳, 鲁锴. 鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组碳酸盐岩-蒸发岩层系层序地层模式及其对源-储的控制作用[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 110-124.
[11]	刘建章, 蔡忠贤, 滕长宇, 张恒, 陈诚. 塔里木盆地顺北地区克拉通内走滑断裂带中-下奥陶统储集体方解石脉形成及其与油气充注耦合关系[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 125-137.
[12]	黄越义, 廖玉宏, 陈承声, 史树勇, 王云鹏, 彭平安. 塔里木盆地顺南1井和顺南4井油气相态演化的数值模拟与预测[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 138-149.
[13]	丁茜, 王静彬, 杨磊磊, 朱东亚, 江文滨, 何治亮. 基于模拟实验探讨断裂-流体-岩石体系中的矿物溶解-沉淀过程[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 164-177.
[14]	段太忠, 张文彪, 何治亮, 刘彦锋, 马琦琦, 李蒙, 廉培庆, 黄渊. 塔里木盆地顺北油田超深断溶体深度学习地质建模方法[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 203-212.
[15]	王鸣川, 段太忠. 基于相序的多点地质统计学相建模方法及其应用[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 238-246.