油气田古岩溶与深岩溶研究新进展

项目来源：国家“九五”重点科技攻关项目“中国大中型气田勘探开发”研究专题 起止时间： 1996年—2000年 项目负责人：夏日元 主要完成人：夏日元唐健生罗伟权邓自强关碧珠 承担单位：中国地质科学院岩溶地质研究所 古岩溶是指地质历史时期而非现代营力环境下形成的岩溶；深岩溶则为不受地表侵蚀基准面控制环境条件下的深埋藏岩溶作用。近年来，鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地及塔里木盆地等深埋藏碳酸盐岩中的油气勘探相继取得了重大突破，在埋藏深度大于2000～3000m的碳酸盐岩中发现了高产古岩溶储集层。由于储集空间主要为岩溶孔洞、裂缝等，非均质性明显，空间分布规律复杂，加之碳酸盐岩储层经历了漫长的岩溶作用过程(既有地质历史时期近地表环境下的古岩溶作用，又经历了长期逐渐被埋藏过程中深岩溶作用的叠加与改造)，造成油气储集规律十分复杂，给勘探、开发带来了一定难度。为此，从1996年起，国家“九五”重点科技攻关项目“中国大中型气田勘探开发研究(96—110)”特设立了油气田碳酸盐岩古岩溶与深岩溶专题研究。 专题研究采用古水文地质综合方法、溶蚀作用地球化学物理和数学模拟、岩石地球化学测试、岩溶储层介质结构定量评价和预测等技术手段，系统研究了鄂尔多斯盆地和渤海湾盆地奥陶系碳酸盐岩古岩溶和深岩溶的形成条件、影响控制因素和发育特征，揭示了不同时期岩溶作用的机制、发育演化特征及其与油气富集关系，识别出多种多样的古岩溶成因类型： (1)鄂尔多斯盆地古岩溶包括早期“层状岩溶”、中期“膏溶”和晚期“断裂系统岩溶”三个发育演化阶段。“膏溶”作用起关键作用，古岩溶地貌形态对油气富集有明显的控制作用； (2)深岩溶包括压释水岩溶和热水岩溶两种类型。压释水岩溶是指在压力差驱动下，上覆煤系地层成岩压实过程中释放出来的酸性水，通过渗流窗口侵入古风化壳产生对流循环而形成的岩溶。具有“水平渗流”、“侧向渗流—对流循环”、“纵向对流循环”三种发育模式，与烃类运移、聚集的关系为：早期为烃类改善运移通道，中期改造贮存空间，晚期对储集体形成封闭； (3)热水岩溶为奥陶系古风化壳深埋藏后，受燕山运动构造热事件影响，古地温梯度明显增高，呈承压状态向上运移的具有溶蚀能力的深循环热水对可溶岩所产生的溶蚀作用。热水岩溶主要经历了深循环对流热水形成、溶蚀与白云岩化作用两大阶段，对油气藏的形成具有建设性作用； (4)渤海湾盆地黄骅坳陷奥陶系碳酸盐岩岩溶发育主要经历了三个演化阶段：①加里东晚期—海西早期裸露古岩溶；②印支—燕山早期裸露和浅埋藏古岩溶：③燕山晚期—喜山期埋藏深岩溶。通过研究，建立了向斜翼部侵蚀洼地排泄型、向斜轴部山间洼地排泄型、山前浅埋藏断陷盆地型等三种古岩溶发育模式，以及倾斜垒式断块压释水作用、深埋褶断凸起构造压释水作用、深大断裂带高位掀斜断块热水作用等三种深岩溶发育模式。 (5)建立了各类古岩溶和深岩溶发育演化模式，提出了岩溶型油气储层定量评价和预测的模拟勘探技术，预测了三处有利勘探块区，取得了一定社会经济效益。     

黄骅盆地奥陶系古岩溶特征、演化及其对潜山油气聚集的控制作用

按照岩溶化特点,黄骅盆地奥陶系碳酸盐岩古岩溶可分为三种不同的类型:由大气水溶解形成的岩溶、有机酸溶蚀古岩溶及埋藏热液古岩溶。其中,控制古生界碳酸盐岩储层物性的大气水岩溶对潜山油气聚集起着显著的作用,它的形成与黄骅盆地演化过程中三期(加里东、印支—燕山及喜马拉雅期)重要的碳酸盐岩暴露事件有关。这三期与古抬升相关的岩溶作用相互叠置在一起形成古岩溶复合系统,在黄骅盆地中,由加里东、印支—燕山期岩溶叠置的古岩溶复合体拥有较多的有效孔隙及缝洞,有利于油气的储集,是黄骅盆地中最好的碳酸盐岩储层。同时,古岩溶复合体的形成时间对潜山油气运聚起着决定性作用,发育于中新生代的大气水岩溶是“新生古储”油气聚集的有利因素,但对古生界原生油气聚集不利。加里东期岩溶、埋藏热液古岩溶及有机酸溶蚀古岩溶则对古生界原生油气聚集有利。     

黄骅盆地奥陶系古岩溶特征、演化及其对潜山敢聚集的控制作用

按照岩溶化特点，黄骅盆地奥陶系碳酸盐岩古岩溶可分为上不同的类型：由大气水溶解形成的岩溶、有机酸溶蚀古岩溶及埋藏热液古岩溶。其中，控制古生界碳酸盐岩储层物性的大气水岩溶对潜同气聚集起着显著的作用，它的形成与黄骅盆地演化过程中三期（加里东、印支－燕山及喜马拉雅期）重要的碳桎卤岩暴露事件有关。这三期与古抬升相关的岩溶作用相互叠置在一起形成古岩溶复合系统，在黄骅盆地中，由加里东、印支－燕山期岩溶叠置的古岩溶复合体拥有较多的有忆隙及缝洞，有利于油气的储集，是黄骅盆地中最好的碳酸盐岩储层。同时，古岩溶复合体的形成时间对潜山油气运聚起着决定性作用，发育于中新生代的大气水岩溶是“新生古储”油气聚集的有利因素，但对古生界原重油一气聚集不利。加里东期岩溶、埋藏热液古岩溶及有机酸溶蚀古岩溶则对古生界原生油气聚集有利。     

古岩溶油气储层研究进展

古岩溶对可溶性岩石的改造作用表现为形成溶蚀孔洞等储集空间,特别是对于碳酸盐岩地层,古岩溶发育会极大地改善了地层的储集性能,形成具有良好孔渗性的岩溶储层。作为碳酸盐岩地层中重要储层类型之一,岩溶储层的发育与分布对于碳酸盐岩油气藏的形成具有重要意义。文章系统地总结了前人在不同类型岩溶储层以及断溶体等方面的研究成果,并对古岩溶油气储层研究的最新进展进行了梳理归纳,这对于认识我国含油气盆地中岩溶储层的发育与分布具有重要参考价值。总结认为古岩溶油气储层研究主要存在以下问题:（1）早成岩岩溶储层研究实例较少,且利用测井、地震资料对该类型储层的分布进行预测缺少相应实践;（2）表生岩溶储层的研究主要集中于古地貌恢复以及垂向分带方面。但目前的古地貌恢复方法,均具有一定的局限性,无法对古地貌实现定量恢复。垂向分带的方案众多,尚未形成一个统一的分类方案,且在垂向上带与带之间的界线不明确,无法进行准确地划分;（3）埋藏岩溶储层的研究主要集中在硫酸盐热还原作用以及热液溶蚀方面,对于受有机酸影响的埋藏岩溶储层缺少相应的研究;（4）断溶体的识别、刻画与预测主要依赖于地震资料,受地震资料分辨率影响显著;（5）岩溶储层发育的影响因素众多,仅靠单一地质或者地震资料无法实现对岩溶储层的精准预测。      

塔河油田下奥陶统碳酸盐岩储层对比及储层剖面模型

塔河油田奥陶系储层为岩溶缝洞型的碳酸盐岩储层，缝洞储层的形成与古岩溶作用密切相关，风化壳期岩溶作用对储集空间的发育程度有明显的控制作用。不同的储集空间类型受控于不同的岩溶古地貌单元。裂缝性储层主要分布于风化壳型岩溶不发育地区，或褶皱和断裂构造较发育的变化强烈部位；裂缝-孔洞型储层的分布与古岩溶发育带和岩溶斜坡地区密切相关；裂缝-溶洞型储层其分布与裂缝及古岩溶发育带密切相关，常常是在古岩溶高地边缘或部分岩溶斜坡区，多位于多组构造线的交汇处及褶皱的轴部等。为进一步探讨研究区缝洞型碳酸盐岩储层的空间展布规律，根据暴露区淡水岩溶作用发育特点，依据碳酸盐岩储层的波阻抗响应特征、测井曲线、测试成果及开发动态资料，在恢复古岩溶地貌的基础上，对塔河油田（6区）的岩溶值得层进行了划分与对比。研究结果显示高产井多位于古岩溶地貌相对较高部位，而产量较少或没有出油气的井，则位于岩溶地貌相对较低部位。表明早期的古地貌形态对奥陶系碳酸盐岩溶蚀孔洞的发育具有明显的控制作用。岩溶储层的垂向发育和分布主要受碳酸盐岩古岩溶风化壳垂向分带性的影响，纵向上由风化壳顶面向下储层发育逐渐变差。以奥陶系古风化壳顶面为界，向下每60m为单位，对深度0-60m、60-120m、120-180m、180-240m岩溶储层的纵横向分布特征进行了分析，并建立了相应的储层剖面结构模型。     

碳酸盐岩早成岩岩溶作用及油气地质意义

碳酸盐岩早成岩岩溶作用可发育溶蚀孔洞或具有规模的溶洞,这对于认识我国塔里木盆地、四川盆地碳酸盐岩内幕岩溶区孔洞成因与分布具有重要参考价值。然而碳酸盐岩早成岩岩溶在我国现代岩溶发育较少,研究程度低。文章通过总结国外在碳酸盐岩早成岩岩溶形成机理及孔洞发育特征的研究成果,探讨早成岩岩溶的油气地质意义:（1）成岩早期碳酸盐岩胶结程度差,岩石疏松,孔隙度、渗透率极高,介质空间较均匀;（2）早成岩岩溶作用与海平面升降具有明显的关系,尤其海岛或滨岸地区的淡水-海水交互带,以混合水岩溶为特征的岩溶作用较强烈;（3）早成岩岩溶孔洞发育分布具有一定特点,岛屿岩溶以发育侧面边缘洞穴为特征,而滨海岩溶以发育混合带管道为特征;（4）孔洞的发育主要受淡水中CO2含量、水流通过混合过渡带的水动力及海平面变化速率控制;（5）早成岩岩溶为研究我国地质历史时期碳酸盐岩短期暴露岩溶作用提供借鉴,对其孔洞发育分布特征的认识,将促进碳酸盐岩内幕区孔洞型油气储层形成机理研究,指导内幕区孔洞储层分布预测和油气勘探。      

塔北哈拉哈塘地区奥陶系鹰山组—一间房组岩溶储层特征及成因模式

塔里木盆地北部哈拉哈塘地区奥陶系岩溶型储层油气勘探近年来获得了重大突破,其主要勘探目的层系为鹰山组—一间房组碳酸盐岩,进一步深化碳酸盐岩岩溶储层认识对于加快塔里木盆地海相油气勘探具有重要意义。在分析区域地质背景的基础上,结合钻井、岩心、测井、地震等资料,对研究区鹰山组—一间房组岩溶储层特征以及储层发育主控因素和成因演化模式进行了深入研究。研究认为,鹰山组—一间房组岩溶储层基质孔渗条件差,基质孔隙不能单独成为有利的油气储集空间,储层储集空间主要为溶蚀孔洞以及裂缝系统。储层经历的岩溶作用类型主要有(准)同生岩溶作用、风化岩溶作用以及埋藏热液岩溶作用等,各种岩溶作用的多期叠加改造使得鹰山组—一间房组岩溶储层极为发育。通过对储层成因过程的研究分析,认为构造隆升为岩溶储层的发育提供了有利条件并控制了储层发育格局;多期岩溶作用是形成岩溶储层的关键因素;断裂及裂缝的发育促进了岩溶储层的形成并改善了储层的储集性能。     

古环境对河北古岩溶发育影响

碳酸盐岩的岩溶发育过程是诸多因素综合作用的结果。古气候环境对河北古岩溶发育起到控制作用。喜山期早第三纪河北南部显示了热带—亚热带气候特征,根据古地磁测得的磁矢量值推算河北邢台内邱一带古纬度值为20.6°,要比现今纬度靠南16°左右。早第三纪是河北古岩溶发育形成的主要时期,该期形成的数层溶洞分布于太行山,燕山区和河北平原几千米深的古潜山。河北存在古岩溶而且发育的还很强烈,因此,不能用现代气候去否认北方曾有过古岩溶的事实,也不能把古岩溶与现代岩溶混为一谈。      

油气储层的深岩溶作用

碳酸盐岩和砂岩是重要的油气储层,埋藏期深岩溶作用形成的次生孔隙是油气运移和聚集的有效空间。笔者通过多个油田研究,总结了深岩溶发育特征,并且首次运用多种有机酸对碳酸盐岩和砂岩溶孔的形成进行了模拟试验研究,揭示了有机溶蚀化学机理和深溶作用的温度、压力效应      

冀中坳陷前第三系碳酸盐岩岩溶发育模式

冀中坳陷前第三系碳酸盐岩沉积演化经历了多期岩溶地质作用,根据古岩溶形成的时间、成因以及形态特征共识别出5种模式,即同生期层间岩溶、暴露期不整合岩溶、暴露期断裂岩溶、压释水岩溶和热液岩溶。前三者属于表生期岩溶,受构造运动及相对海平面变化控制,是岩溶储集层发育的基础;后两者属于埋藏期岩溶,与酸性流体和地下热液的溶蚀作用有关,该两期岩溶作用对前期古风化壳岩溶的残余孔洞进行了进一步改造,是储层建设的主导和直接因素。多期次岩溶作用的叠加控制了区内岩溶缝洞系统的发育与分布,对碳酸盐岩储集物性的改造有着重要的地质意义。      

Palaeo-karst collapse pillars in northern China and their damage to the geological environments

According to statistics, there are a total of 39 sites of palaeo-karst collapse pillars in Northern China, as well as 3,650 palaeo-karst collapse pillars. Through an overall survey and analysis of the distribution regularities and formation mechanisms of palaeo-karst collapse pillars in the northern coal mine regions, this paper found that the rock formation structures, geological structures, karst characters, underground hydrodynamic conditions of karst and neotectonic movement conditions are basic geological bases for the formation of karst collapse pillars and rule the distribution of them. Karst collapse pillars apparently have three south–north regularities in terms of distribution, and they have resulted in severe damages to geological resources and environment in their distribution areas: mine water inrush causing and coal resources damage and influencing the impounding of reservoirs as well as the stability of dam sites. Based on the basic geological features of palaeo-karst collapse pillars in northern China, this paper also introduces the new methods of integrated prospecting of successive approximation to determine hydraulic conductivity of palaeo-karst collapse pillars.     

塔中隆起碳酸盐岩叠合复合岩溶模式与油气勘探

塔里木盆地大型碳酸盐岩台地形成与构造演化过程中,发育了台缘礁、台内滩与深层白云岩等巨厚的碳酸盐岩建造,经过多期构造运动形成了种类繁多、规模巨大的岩溶缝洞系统,是台盆区海相碳酸盐岩油气勘探开发的重要领域.基于野外露头与井下地质、岩样分析、地球物理预测及岩溶地质刻画,静态特征与生产动态等多学科动静态一体化研究,阐明了洞穴、溶蚀孔洞、裂缝等储集空间发育特征及大型岩溶缝洞系统的形成机理;创建了与不整合暴露、断裂破碎相关的岩溶叠合复合发育模式;揭示了不整合面相关岩溶横向广泛分布、断层相关岩溶纵向局部拓展及其三维展布规律;提出叠合复合岩溶缝洞系统是油气复式成藏的关键,亦是复式油气聚集区立体勘探开发的基础,叠合复合岩溶模式的建立有效指导了塔中隆起碳酸盐岩凝析气田的重大发现与高效开发.      

歧口凹陷古近纪构造演化及其对油气成藏的影响

歧口凹陷古近纪构造活动以断陷为主,演化形成的NW-SE方向多次凹复式箕状断陷结构和N-S方向歧口主凹双断复式地堑结构。通过分析其演化趋势和伸展断裂过程,发现歧口凹陷古近纪受伸展旋转走滑的双重构造作用影响,沧东伸展断裂系统对其的影响大于歧口伸展断裂系统,形成一个菱形或多边形的断陷湖盆,断陷边缘及内部发育一系列构造带。断陷湖盆的持续性沉降,使得烃源岩大量发育。主干断层切割生油层,为油气运移提供输导通道。歧口凹陷古近系断陷构造形成多凸多凹、多物源、近物源的古地理背景,在断陷演化的不同阶段,有多种类型砂岩储集体发育。在断陷湖盆的陡坡带、缓坡带、断阶带、盆内坡折带形成4种油气成藏模式。针对歧口凹陷古近系断陷构造演化的特点,优选勘探目标区,经钻探实例验证,取得良好效果。     

辽宁阜新盆地油气勘探方向

阜新盆地经历了近30年的油气勘探活动,一直没有重大油气发现.为了进一步评价该区的资源潜力,探索新的勘探思路,通过油气地质条件综合研究和油气成藏主控因素分析,认为阜新盆地具备常规油气和非常规油气成藏的基本条件,提出主要勘探层系为九佛堂组、沙海组和阜新组.根据九佛堂组、沙海组和阜新组烃源岩条件的差异,指出九佛堂组上段和沙海组下段为常规油气勘探目的层;沙海组上段为页岩气勘探目的层;阜新组为煤层气勘探目的层.油气成藏条件分析结果表明,阜新盆地油气成藏主控因素为保存条件和储集条件,构造油气藏不应做为勘探选区的重点,寻找近洼陷的构造-岩性、岩性油气藏是本区油气勘探的方向.     

准噶尔盆地车排子地区新村油田石炭系构造特征与成藏条件

通过对准噶尔盆地车排子地区新村油田石炭系构造特征、储层、油气分布特征、主要油藏类型及其成藏条件的研究,建立了该区成藏综合模式。结果表明,研究区总体上处于构造斜坡带,具有北高南低、西高东低、南北分块的构造特征,地层产状平缓;研究区在石炭纪处于区域拉张构造应力背景,并在拉张应力作用下形成以北东—南西向展布为主的拉张型断裂组合样式;研究区大部分地区地层等高线平直,不利于形成背斜构造圈闭,但各级断裂发育,为形成断层遮挡圈闭提供了有利条件,同时也可作为油气运移的通道。依据石炭系断裂分布、断裂模式及其组合,将研究区的断裂划分为复合地垒系统、复合地堑系统和零星断裂系统。控制研究区油气运聚成藏的主要地质因素是断裂、裂缝及岩性变化或物性封堵。     

古潜山Z油田下古生界碳酸盐岩主控因素及储层发育模式

碳酸盐岩潜山是渤海重要的油气藏类型之一.以渤海区域重点开发目标Z油田为例,应用钻测井、岩心、微观薄片及地震等基础资料,对碳酸盐岩储层特征、形成机制及地质发育模式进行综合分析.明确了碳酸盐岩潜山储层岩性以白云岩为主,储集空间为晶间孔、裂缝和溶蚀孔隙.碳酸盐岩潜山储层主要受沉积、成岩及构造因素控制.结合单井特征及垂向岩溶分带性,将潜山纵向分为表层风化带、垂直渗流带和顺层溶蚀带.受成岩、构造等多因素影响,上油组较下油组储层发育,上油组储层全区发育,下油组储层局限发育.明确了岩溶分带及储层展布地质模式,为油田的下步调整和挖潜方向提供依据.     

塔河油田碳酸盐岩油藏古岩溶洞穴层状结构与形成机理

随着岩溶型碳酸盐岩油藏开发实践的不断深入,层状洞穴储层结构特征和流体同层连通特点逐渐被学者重视。层控岩溶结构、形成要素和过程等是本类油藏有效开发的关键。通过原始地层组构对比和野外溶洞特点,认为:塔河奥陶系岩溶层具较好的对比标志层和岩性差异,为层状岩溶洞穴发育奠定了物质基础;野外顺水平层理多层溶洞和受控于层理缝的管道型古暗河等地质现象,证实了层控岩溶普遍存在。在岩溶洞穴单井识别、连井测井对比、单井动态及地震波形特征的基础上,以典型溶洞带为例,识别出3个主要洞穴层,建立了全新的3层洞穴储集体地质结构剖面:第1层洞穴以砂砾岩充填为主要特点,第2层洞穴呈现洞穴规模大且泥质充填严重,第3层规模较小,主要发育于岩溶地貌高地。运用现代岩溶理论,探讨了层控岩溶的形成机制:碳酸盐岩原岩组构差异是岩溶作用的物质基础和主控因素之一;潜流带岩溶水(饱含CO₂)控制着岩溶洞穴的横向发育,岩溶古地貌控制同层洞穴的横向差异;平缓地层条件下的潜水面水位垂向带迁移控制洞穴的岩溶期次及层状结构。基于各岩溶要素认识,构建了层状岩溶储层发育模式。