引用本文
郑剑锋, 潘文庆, 沈安江, 袁文芳, 黄理力, 倪新锋, 朱永进. 塔里木盆地柯坪露头区寒武系肖尔布拉克组储集层地质建模及其意义[J]. 石油勘探与开发, 2020,47(3): 499-511.
ZHENG Jianfeng, PAN Wenqing, SHEN Anjiang, YUAN Wenfang, HUANG Lili, NI Xinfeng, ZHU Yongjin. Reservoir geological modeling and significance of Cambrian Xiaoerblak Formation in Keping outcrop area, Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2020,47(3): 499-511.  
Doi: 10.11698/PED.2020.03.06
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塔里木盆地柯坪露头区寒武系肖尔布拉克组储集层地质建模及其意义
郑剑锋1,2, 潘文庆1,3, 沈安江1,2, 袁文芳3, 黄理力2, 倪新锋1,2, 朱永进2
1. 中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室,杭州 310023
2. 中国石油杭州地质研究院,杭州 310023
3. 中国石油塔里木油田公司,新疆库尔勒 841000
联系作者简介：沈安江（1965-）,男,浙江兰溪人,博士,中国石油杭州地质研究院教授级高级工程师,主要从事碳酸盐岩沉积储集层研究。地址：浙江省杭州市西湖区西溪路920号,中国石油杭州地质研究院,邮政编码：310023。E-mail：shenaj_hz@petrochina.com.cn

第一作者简介：郑剑锋（1977-）,男,浙江龙游人,硕士,中国石油杭州地质研究院高级工程师,主要从事碳酸盐岩沉积储集层研究。地址：浙江省杭州市西湖区西溪路920号,中国石油杭州地质研究院,邮政编码：310023。E-mail：zhengjf_hz@petrochina.com.cn

收稿日期: 2019-06-28
基金项目: 国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（2016ZX05004-002）; 中国石油科技重大专项“古老碳酸盐岩油气成藏分布规律与关键技术”（2019B-0405）和“深层油气储集层形成机理与分布规律”（2018A-0103）
摘要

通过对塔里木盆地柯坪露头区寒武系盐下肖尔布拉克组系统解剖,在实测7条剖面,观察超过1 000块薄片,分析556个样品物性及大量地球化学测试的基础上,建立了28 km长度范围油藏尺度的储集层地质模型。肖尔布拉克组厚度为158~178 m,可划分为3段5个亚段,主要发育层纹石、凝块石、泡沫绵层石、叠层石、核形石、藻砂屑/残余颗粒结构的晶粒白云岩和泥粒/粒泥/泥质白云岩,自下而上的相序组合构成碳酸盐缓坡背景下的以“微生物层-微生物丘滩-潮坪”为主的沉积体系。识别出微生物格架溶孔、溶蚀孔洞、粒间/内溶孔和晶间溶孔5种主要储集空间类型,认为孔隙发育具有明显的岩相选择性,泡沫绵层石白云岩平均孔隙度最高,凝块石、核形石和藻砂屑白云岩次之;储集层综合评价为中高孔、中低渗孔隙-孔洞型储集层。揭示肖尔布拉克组白云岩主要形成于准同生—早成岩期,白云石化流体为海源流体;储集层主要受沉积相、微生物类型、高频层序界面和早期白云石化作用共同控制;Ⅰ、Ⅱ类优质储集层平均厚度为41.2 m,平均储地比为25.6%,具有规模潜力,预测古隆起围斜部位的中缓坡丘滩带是储集层发育的有利区。图11表3参36

关键词: 塔里木盆地; 柯坪地区; 寒武系肖尔布拉克组; 白云岩; 微生物岩; 储集层成因; 地质建模
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2020)03-0499-13
Reservoir geological modeling and significance of Cambrian Xiaoerblak Formation in Keping outcrop area, Tarim Basin, NW China
ZHENG Jianfeng1,2, PAN Wenqing1,3, SHEN Anjiang1,2, YUAN Wenfang3, HUANG Lili2, NI Xinfeng1,2, ZHU Yongjin2
1. Key Laboratory of Carbonate Reservoir, CNPC, Hangzhou 310023, China
2. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, China
3. Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla 841000, China
Abstract

Take the Cambrian Xiaoerblak Formation in the Keping outcrop area as an example, a 28 km reservoir scale geological model was built based on description of 7 profiles, observation of more than 1000 thin sections, petrophysical analysis of 556 samples and many geochemical tests. The Xiaoerblak Formation, 158-178 m thick, is divided into three members and 5 submembers, and is composed of laminated microbialite dolomite (LMD), thrombolite dolomite (TD), foamy-stromatolite dolomite (FSD), oncolite dolomite (OD), grain dolomite (GD)/crystalline dolomite with grain ghost and micritic dolomite (MD)/argillaceous dolomite. The petrology features show that its sediment sequence is micro-organism layer - microbial mound/shoal - tidal flat in carbonate ramp background from bottom up. The reservoir has 5 types of pores, namely, framework pore, dissolved vug, intergranular and intragranular dissolved pore and intercrystalline dissolved pore, as main reservoir space. It is found that the development of pore has high lithofacies selectivity, FSD has the highest average porosity, TD, OD and GD come second. The reservoir is pore-vug reservoir with medium-high porosity and medium-low permeability. The dolomite of Xiaoerblak Formation was formed in para-syngenetic to early diagenetic stage through dolomitization caused by seawater. The reservoir development is jointly controlled by sedimentary facies, micro-organism type, high frequency sequence interface and early dolomitization. The classⅠand Ⅱ reservoirs, with an average thickness of 41.2 m and average reservoir-stratum ratio of about 25.6%, have significant potential. It is predicted that the microbial mounds and shoals in the middle ramp around the ancient uplift are the favorable zones for reservoir development.

Keyword: Tarim Basin; Keping area; Xiaoerblak Formation; dolomite; microbialite; reservoir genesis; geological modeling
0 引言

塔里木盆地下古生界白云岩具有厚度大、范围广、油气资源量巨大的特点[1, 2], 但其勘探程度却较低, 与其发育规模及资源量极不相称, 尤其是寒武系盐下勘探领域, 自1997年和4井首次揭开寒武系盐下白云岩/ 膏盐岩储盖组合开始, 该领域勘探一直没有取得突破, 直到2012年中深1井获得成功, 揭示该领域成藏条件优越、勘探前景广阔[3, 4, 5]。然而随着玉龙6井、新和1井、楚探1井、和田2井相继失利, 使得其勘探方向及潜力受到了一定质疑。但是2020年轮探1井在8 200 m超深层获得工业油气流, 坚定了在塔里木盆地寒武系盐下寻找大油气田的信心和决心。目前, 该领域成藏条件认识仍然不足, 尤其储集层的规模、品质及发育规律认识不清是制约勘探进一步拓展的关键。

下寒武统肖尔布拉克组是寒武系盐下勘探的重要目的层, 也是当前研究的热点, 前人对该领域的研究取得了一定的认识：罗平、宋金民等通过对阿克苏地区的露头进行研究, 认为肖尔布拉克组上段主要发育微生物礁、包壳凝块石和泡沫绵层叠层石白云岩3种微生物岩储集层, 储集层发育受控于沉积古地貌、成岩作用和微生物结构[6, 7]; 李保华、王凯等在对柯坪地区7条露头剖面的储集层建模中认为台缘带储集层受沉积相控制, 微生物礁属于特低孔特低渗型储集层, 颗粒滩是最有利的相带[8, 9]; 沈安江等对12口井和两条露头剖面研究后, 认为肖尔布拉克组礁滩相沉积物中的沉积原生孔是储集层发育的关键, 台缘礁滩储集层既有规模, 又有品质[10]; 黄擎宇等对柯坪— 巴楚地区研究认为, 肖尔布拉克组主要发育微生物储集层, 沉积对微生物丘储集层的发育具有明显控制作用[11]; 白莹等通过对阿克苏地区5条露头剖面的研究, 认为肖尔布拉克组发育低— 中孔、低— 中渗的台缘微生物礁储集层, 古地貌、沉积相和同生/准同生期溶蚀作用是储集层发育的主控因素[12]; 严威等利用井和露头剖面资料, 认为肖尔布拉克组储集层主要受高能丘滩相的多孔沉积物、早表生期大气淡水溶蚀作用和晚期局部埋藏（热液）溶蚀改造作用3个因素控制[13]; 余浩元等通过对肖尔布拉克露头区两条剖面的研究, 认为微生物岩是主要的储集层岩相, 其结构与孔隙特征关系密切, 沉积作用通过控制微生物结构来控制微生物白云岩的孔隙特征[14]。综上所述, 前人的研究基本明确了塔里木盆地肖尔布拉克组主要发育微生物白云岩储集层, 储集层发育的主控因素主要为微生物礁滩相及早表生大气淡水溶蚀作用, 但由于钻井资料少, 且露头解剖不够系统等原因, 使得关于储集层规模及品质的研究或存在差异, 或缺乏系统、定量的表征。

本文以柯坪地区肖尔布拉克组露头区为研究对象, 其具有垂向上地层完整, 横向上分布连续的特点, 通过实测7条剖面, 在超过1 000块薄片、556个样品物性分析及大量地球化学分析的基础上, 系统研究了肖尔布拉克组的岩石类型、储集层特征, 建立了油藏尺度的露头储集层地质模型, 并阐明了储集层发育的主控因素, 为塔里木盆地寒武系盐下白云岩的勘探提供了依据。

1 地质背景

柯坪地区肖尔布拉克组露头区位于塔里木盆地西北部（见图1）, 阿克苏市西南约45 km处, 为一长约28 km、近北东向的条带状露头区, 构造分区属于塔北隆起柯坪断隆东段, 地层区划亦属柯坪地层分区[15]。该露头区寒武系出露完整, 自下而上出露下寒武统玉尔吐斯组（与上震旦统齐格布拉克组呈平行不整合接触）、肖尔布拉克组和吾松格尔组, 中寒武统沙依里克组、阿瓦塔格组, 以及上寒武统下丘里塔格组。2008年塔里木油田公司在采石场蓬莱坝北侧建立了寒武系考察基地剖面, 称之为肖尔布拉克剖面（也称肖尔布拉克东沟剖面）。包含东沟剖面, 研究区主要有7条剖面可对肖尔布拉克组进行实测, 自东向西分别为什艾日克、东3沟、东2沟、东1沟、东沟、西沟和西1沟剖面。

图1 塔里木盆地早寒武世肖尔布拉克组沉积期岩相古地理图

南华纪— 震旦纪, 塔里木盆地北部发育近东西向的弧后裂谷盆地, 在裂谷南部和北部分别形成塔里木盆地中部和北部古隆起[16]。震旦纪末期柯坪运动导致塔里木板块内部强烈构造隆升, 震旦系与寒武系之间广泛发育不整合, 其中平行不整合主要分布在盆地北部, 但在寒武系沉积前, 盆地大部分地区已被夷平, 形成了非常平缓的古地形地貌, 大面积发育滨海环境[17]。早寒武世海侵期塔里木板块具有宽阔的陆表浅海环境, 并在肖尔布拉克组沉积期形成缓坡型碳酸盐台地[18, 19], 沿塔西南隆起、柯坪— 温宿低隆和轮南— 牙哈低隆向盆地依次发育混积坪、内缓坡泥云坪、中缓坡丘滩、台洼、外缓坡和盆地等沉积相带（见图1）。

2 地层与沉积特征
2.1 地层特征

研究区肖尔布拉克组平均厚度约168.1 m, 其中东沟最厚为178.2 m, 东3沟最薄为158.2 m, 总体厚度相对稳定。依据颜色、岩性、单层厚度、沉积结构、孔洞发育情况等特征, 可以将肖尔布拉克组划分为肖上、肖中、肖下3段, 其中肖中段又可分为肖中1、肖中2、肖中3共3个亚段（见图2）。

图2 东3沟剖面肖尔布拉克组综合柱状图

肖下段平均厚度约为22.1 m, 以灰黑色纹— 薄层状微生物白云岩为主; 肖中1亚段平均厚度约为30.4m, 以深灰色薄层状微生物白云岩为主, 发育较多顺层扁平状厘米级溶蚀孔洞; 肖中2亚段平均厚度约为34.6 m, 以灰色中层状微生物白云岩为主, 同样见较多顺层发育厘米级溶蚀孔洞, 但顶部主要以毫米级溶孔为主; 肖中3亚段平均厚度约为36.1 m, 以浅灰— 灰白色厚层— 块状滩相、微生物白云岩为主, 其中中部微生物白云岩相中顺层的毫米级近圆形溶孔非常发育, 而滩相白云岩中溶孔则不均匀发育; 肖上段平均厚度约为34.1 m, 以黄灰色薄层状泥质白云岩、灰色中层状微生物白云岩和灰色、褐灰色薄层状泥粒、粒泥白云岩互层为主。实测自然伽马测井曲线显示肖上段值较高, 且呈锯齿状, 而肖下段、肖中段则表现为低值且幅度变化小特征。

2.2 沉积特征

研究区肖尔布拉克组主要发育微生物白云岩、藻砂屑/残余颗粒结构的晶粒白云岩和粒泥/泥粒/泥质白云岩, 其中微生物岩是最主要岩类[20, 21, 22], 主要包括层纹石、凝块石、泡沫绵层石、叠层石和少量核形石（见图3a— 3i）。不同岩相发育于特定层段, 构成了碳酸盐缓坡背景下以“ 微生物层-微生物丘滩-潮坪” 为主的沉积序列。

图3 柯坪露头区肖尔布拉克组岩石类型及其特征
（a）层纹石白云岩, 肖下段, 东3沟剖面, 露头; （b）层状凝块石白云岩, 顺层发育格架溶孔, 肖中1亚段, 东1沟剖面, 露头; （c）格架状凝块石白云岩, 溶蚀孔洞非常发育, 肖中2亚段, 东沟剖面, 露头; （d）泡沫绵层石白云岩, 溶孔均匀发育, 肖中3亚段, 东3沟剖面, 露头; （e）泡沫绵层石白云岩, 窗格孔较均匀发育, 东3沟剖面, 肖中3亚段, 铸体薄片, 单偏光; （f）核形石白云岩, 粒内溶孔发育, 肖中3亚段, 西沟剖面, 露头; （g）叠层石白云岩, 肖中3亚段, 西1沟剖面, 手标本; （h）残余藻砂屑粉晶白云岩, 粒内/晶间溶孔发育, 肖中3亚段, 西沟剖面, 铸体薄片, 单偏光; （i）泥粒白云岩, 肖上段, 东3沟剖面, 铸体薄片, 单偏光; （j）帐篷构造, 肖上段, 什艾日克剖面, 露头; （k）泥裂, 肖上段, 东3沟剖面, 露头; （l）石英质粉晶白云岩, 肖上段, 东3沟剖面, 铸体薄片, 正交光

肖下段主要发育黑灰色纹— 薄层状层纹石白云岩, 局部夹中层状藻砂屑白云岩, 反映其沉积时整体处于外缓坡风暴浪基面之下, 水体较深、安静、能量弱的沉积环境; 肖中1、肖中2亚段主要由深灰— 灰色层状-格架状凝块石白云岩组成, 反映其沉积时为中缓坡浪基面之下中等能量的沉积环境; 肖中3亚段主要由浅灰色厚层状藻砂屑白云岩和灰白色泡沫绵层石丘组成, 局部滩体具有交错层理, 反映其沉积时为中缓坡浪基面附近, 水体较浅、水动力较强的相对高能沉积环境; 肖上段主要由灰色中— 薄层状叠层石、灰色— 浅褐灰色— 黄灰色泥粒/粒泥/泥质白云岩互层组成, 构成潮坪环境的藻云坪、泥云坪和低能滩, 并见帐篷构造、泥裂、石英颗粒混积等暴露标志（见图3j— 3l）。自下而上的相序组合及自然伽马测井曲线特征综合反映了肖尔布拉克组沉积期海水向上逐渐变浅的特征。

3 储集层特征
3.1 储集空间特征

根据露头宏观孔洞特征及铸体薄片鉴定综合分析, 研究区肖尔布拉克组的储集空间类型主要为微生物格架（溶）孔（见图3c）、窗格孔（见图3d— 3e）、粒间（内）溶孔（见图3f— 3i）和晶间溶孔。

微生物格架（溶）孔主要发育于肖中1、肖中2亚段的凝块石白云岩中, 孔径为1~3 cm, 呈不规则扁平状, 以顺层分布为主; 此外, 肖上段的部分叠层石白云岩也见该类孔隙, 但是多为被细粒白云石半胶结的残余格架孔, 形态呈不规则条带状; 窗格孔主要发育于肖中3亚段的泡沫绵层石白云岩中, 溶孔孔径通常为0.2~5.0 mm, 呈孤立状均匀分布; 粒间（内）溶孔主要发育于藻砂屑白云岩中, 露头上可见大小、分布不均的毫米级溶孔; 晶间溶孔主要发育于肖中3亚段的晶粒白云岩中, 大小和形态不规则。

为了分析不同类型储集层的微观孔喉结构特征, 从而判断储集层的有效性[23], 优选基质孔相对发育的凝块石、泡沫绵层石和藻砂屑白云岩的25 mm柱塞样进行CT定量表征（见图4）, 实验测试仪器为德国产的定制化工业CT装置VtomeX, 由中国石油碳酸盐岩储层重点实验室完成。凝块石白云岩在8 μ m扫描分辨率下, CT三维成像显示孔隙具有方向性, 与微生物的生长结构具有明显相关性; 其定量表征的孔隙度为2.49%, 孔隙连通体积为52.53%, 孔喉半径具有分异小的特征, 孔隙半径为30~100 μ m, 结合该类岩相主要以厘米级溶蚀孔洞为主的特征, 认为孔洞间基质具有一定的连通性和孔隙度, 综合评价该类储集层为具有中高孔隙度、中等渗透率特征的孔隙-孔洞型储集层。窗格孔均匀发育的泡沫绵层石白云岩在8 μ m扫描分辨率下, CT三维成像显示孔隙呈椭球状均匀分布, 但相对孤立; 其定量表征的孔隙度为10.05%, 孔隙连通体积占比39.54%, 孔喉半径具有分异大的特征, 大孔隙（孔隙半径大于200 μ m）、小孔隙（孔隙半径为50~100 μ m）都占有一定比例, 综合评价该类储集层为具有高孔隙度、中低渗透率特征的孔隙-孔洞型储集层。粒间溶孔均匀发育的藻砂屑白云岩在8 μ m扫描分辨率下, CT三维成像显示孔隙呈不规则网状分布; 其定量表征的孔隙度为4.45%, 孔隙连通体积占比64.24%, 孔喉半径具有分异小的特征, 除少量溶蚀较大的溶孔外, 大量的晶间溶孔半径为30~120 μ m, 综合评价该类储集层为具有中等孔隙度、中等渗透率特征的孔隙-孔洞型储集层。

图4 肖尔布拉克组白云岩储集层CT表征
（a）凝块石白云岩, 肖中2亚段, 东1沟剖面, 25 mm柱塞样; （b）图a的CT三维成像图（不同颜色代表不同级别孔隙体积）; （c）图a的铸体薄片照片; （d）泡沫绵层石白云岩, 肖中3亚段, 什艾日克剖面, 25 mm柱塞样; （e）图d的CT三维成像图; （f）图d的铸体薄片照片; （g）残余藻砂屑细晶白云岩, 肖中3亚段, 西1沟剖面, 25 mm柱塞样; （h）图g的CT三维成像图; （i）图g的铸体薄片照片

3.2 储集层物性特征

野外共采集了556个柱塞样, 涵盖了肖尔布拉克组的各个层段, 其中什艾日克剖面128个, 东3沟剖面91个, 东2沟剖面25个, 东1沟剖面77个, 东沟剖面49个, 西沟剖面122个, 西1沟剖面64个, 并对所有柱塞样进行物性分析（测试仪器为覆压气体孔渗联合测试仪, 中国石油碳酸盐岩储层重点实验室完成）。为了更好地分析储集层垂向上的分布规律, 按层段对物性测试结果进行统计分析（见图5）：肖下段最大、最小孔隙度分别为3.78%和0.54%, 平均孔隙度为1.33%; 肖中1亚段最大、最小孔隙度分别为8.90%和0.86%, 平均孔隙度为3.07%; 肖中2亚段最大、最小孔隙度分别为8.06%和0.61%, 平均孔隙度为2.80%; 肖中3亚段最大、最小孔隙度分别为10.92%和0.70%, 平均孔隙度为3.39%; 肖上段最大、最小孔隙度分别为7.81%和0.64%, 平均孔隙度为1.53%。可以看出, 肖中段总体物性较好, 是储集层的主要发育层段。为了更好地分析储集层横向上的分布规律, 按剖面分别统计孔隙度大于4.5%、2.5%~4.5%、1.8%~2.5%和小于1.8%样品的数量。从统计的频率直方图（见图6）可以看出, 研究区东部什艾日克、东3沟和东2沟剖面孔隙度大于2.5%的优质储集层比例比其他剖面高。总体而言, 孔隙度大于2.5%的样品个数占总样品量的45.8%, 渗透率大于0.1× 10-3 μ m2的样品个数占总样品数的23.9%, 该结果很好地反映了肖尔布拉克组储集层总体具有中高孔隙度、中低渗透率的特征。

图5 肖尔布拉克组储集层孔隙度-渗透率交会图

图6 肖尔布拉克组储集层孔隙度统计图

4 储集层成因
4.1 白云岩成因

根据白云岩的地球化学特征可以较好地分析白云岩成因, 因此本次研究优选了不同岩相的白云岩进行了多参数地球化学分析, 并利用牙钻获取组分单一的样品, 所有测试分析都由中国石油碳酸盐岩储层重点实验室完成。有序度值分析仪器为PANalytical X’ Pert PRO X射线衍射仪; 微量元素和稀土元素值分析仪器为PANalytical Axios XRF X射线荧光光谱仪; 碳氧同位素分析仪器为DELTA V Advantage同位素质谱仪; 锶同位素值分析仪器为TRITON PLUS热电离同位素质谱仪。

4.1.1 白云石有序度

通常白云岩结晶速度越慢、温度越高, 则其有序度越高, 反之, 有序度越低[24]。根据有序度统计直方图（见图7）可以看出, 层纹石白云岩、凝块石白云岩、泡沫绵层石白云岩、叠层石白云岩和具有残余颗粒结构的细— 中白云岩5种发育于不同层段的主要岩相白云岩总体表现为低有序度特征, 最大值为0.77, 最小值为0.45, 平均值为0.60。有序度特征反映了肖尔布拉克组白云岩形成时的温度较低, 晶体生长速度快, 为成岩早期的产物。

图7 肖尔布拉克组白云岩有序度直方图

4.1.2 微量元素

通过微量元素Sr、Na、Fe和Mn的含量能较好的判断白云石化流体的性质、成岩环境。古生代海水中的Sr、Na含量通常与海水盐度呈正比关系[25], 因此, 早成岩期白云石化作用的流体为海水, 其具有相对较高的Sr、Na含量, 而晚期埋藏成因的白云岩Sr含量通常低于50× 10-3 mg/g, Na含量通常低于100× 10-3 mg/g。相反, 地表或者早埋藏期形成的白云石的Fe、Mn含量相对较低, 而晚埋藏期形成的白云石的Fe、Mn含量则相对较高, Fe含量通常大于2 000× 10-3 mg/g, Mn含量通常大于500× 10-3 mg/g[26, 27]。12个不同岩相白云岩样品的Sr、Na含量分别为（59.8~135.2）× 10-3 mg/g和（237.45~1 049.7）× 10-3 mg/g, Fe、Mn含量分别主要为（206.45~1 339.40）× 10-3 mg/g和（90.4~373.0）× 10-3 mg/g, 其中11和12号样品Fe含量异常高主要是受潮上带氧化环境中泥质的影响（见表1）。很明显, 研究区肖尔布拉克组白云岩具有高Sr、Na和低Fe、Mn含量特征, 整体反映出白云石化流体为海水, 白云石化作用发生在早成岩期, 晚期埋藏热液作用影响弱。

表1 肖尔布拉克组微量元素分析数据表

4.1.3 稀土元素

碳酸盐岩矿物中稀土元素受成岩作用的影响非常弱, 故利用稀土元素分析可以判断白云石化流体的来源, 通常寒武系海水来源白云岩的∑ REE值（稀土元素总量）一般小于30× 10-6, 且具有轻稀土元素较重稀土元素富集的特征[28]。根据实验结果（见图8）, 除了肖上段两个含泥质云岩样品的∑ REE值由于受陆源泥岩的影响而呈现高值外（（90.2~99.3）× 10-6）, 其余不同岩相白云岩的∑ REE值为（1.8~31.3）× 10-6, 平均为8.7× 10-6, 且稀土元素配分曲线都表现为轻稀土元素含量大于重稀土元素含量的配分模式, 与寒武系泥晶灰岩的稀土元素配分模式一致[29]。显然, 研究区肖尔布拉克组白云岩形成时的白云石化流体为海水, 晚埋藏期成岩作用没有明显改变稀土的分配。

图8 白云岩稀土元素配分图

4.1.4 稳定碳氧同位素组成

通常海水蒸发作用使海水的碳、氧同位素组成向偏正方向迁移, 相反, 埋藏条件下混合地下卤水与高温作用使氧同位素组成向偏负方向迁移[30]。利用牙钻钻取不同岩相白云岩的基质和胶结物进行稳定碳氧同位素组成分析, 不同层段、不同岩相白云岩基质的δ 18O值为-8.24‰ ~-5.41‰ , δ 13C值为-3.39‰ ~-0.78‰ ; 孔洞中的白云石胶结物的δ 18O值为-12.02‰ ~-10.14‰ , δ 13C值为0.32‰ ~0.52‰ , 孔洞中方解石胶结物的δ 18O值为-15.27‰ ~-11.14‰ , δ 13C值为-4.28‰ ~-1.69‰ 。从δ 18O-δ 13C交会图（见图9）可以看出, δ 18O和δ 13C呈非线性关系, 说明测试数据可靠。Veizer通过统计全球δ 18O数据, 认为早— 中寒武世全球海水的δ 18O值为-8‰ ~-6‰ [31], 因此研究区肖尔布拉克组δ 18O值范围或与同期海水相当, 说明白云岩主要形成于低温环境, 白云石化流体为正常海水; 而孔洞中白云石胶结物的δ 18O值则小于-10‰ , 明显偏负, 说明其形成于高温环境, 为晚埋藏期的成岩产物, 但方解石胶结物的δ 13C值偏负则反映其为大气水成因。

图9 白云岩δ 18O-δ 13C交会图

4.1.5 锶同位素组成

水的蒸发作用不会对Sr同位素组成有较大影响, 所以蒸发环境形成的白云岩一般将保持着海水的Sr同位素特征, 87Sr的相对丰度可用87Sr/86Sr值来表征。Denison通过统计全球87Sr/86Sr分析数据, 认为早— 中寒武世全球海水的87Sr/86Sr值在0.709 0附近[32]。根据实验结果（见表2）, 不同层段、不同岩相白云岩的87Sr/86Sr值主体范围为0.708 8~0.709 8, 指示研究区肖尔布拉克组白云岩的87Sr/86Sr值总体与同期海水值相近, 反映白云石化流体为海水, 白云岩形成于早成岩期; 肖上段两个含泥质样品87Sr/86Sr值大于0.713 2, 说明白云岩在形成过程受到了壳源锶干扰[25], 反映白云岩形成于早表生期暴露氧化环境。

表2 肖尔布拉克组锶同位素组成分析数据表

由于研究区肖尔布拉克组主要发育微生物白云岩, 所以有人提出是微生物作用导致了白云石化, 但本次研究结合早期塔里木盆地寒武系白云岩成因研究认识, 认为这种观点的证据是不充分的：①研究区肖尔布拉克组不管是微生物岩相还是滩相沉积物都发生了白云石化, 如果将其视为微生物白云石化作用的产物, 则很难合理解释其他岩相沉积物同时发生白云石化的原因; ②全球范围下寒武统白云岩的比例非常高, 前人研究多数也认为在早寒武世古海水、古气候背景下, 浅水碳酸盐台地受到蒸发作用, 可以发生大规模白云石化作用[33, 34]。因此, 结合岩石特征、地球化学特征, 认为肖尔布拉克组白云岩主要形成于准同生或早埋藏期, 白云石化流体主要为海源流体, 在早寒武世碳酸盐缓坡背景下, 可以用蒸发白云石化和渗透回流白云石化两种模式解释其成因。

4.2 早期白云石化作用对储集层的控制作用

众所周知, 白云石化作用能使灰岩完全白云石化, 并改变了原岩的成分和结构组成。由于白云岩相对灰岩更抗压实、压溶, 故准同生期或早埋藏期白云石化作用可以使原岩中原生孔隙和早期次生溶蚀孔隙得以保存。此外, 高温高压溶蚀模拟实验证实, 在埋藏较深的条件下, 白云岩要比灰岩易溶, 此白云岩在继承先存孔隙的基础上, 晚期还可能得到进一步改造[10]。研究区肖尔布拉克组的白云岩形成于早成岩期, 因此沉积期微生物堆积过程中形成的格架孔、藻屑粒间孔及准同生期受大气淡水溶蚀形成的窗格孔、粒间（内）溶孔在经历漫长的埋藏过程后仍能部分保留。

4.3 岩相对储集层的控制作用

肖尔布拉克组不但岩相发育具有层段性, 而且储集层孔隙发育也具有层段性, 即肖中段总体物性较好, 而肖上段和肖下段储集层物性相对较差, 因此不同岩相与储集层孔隙之间也具有很好的相关性。为了进一步明确储集层孔隙与岩相的相关性, 对所有物性样品按岩相分类统计（见图10）, 其中肖下亚段层纹石白云岩的最大、平均孔隙度分别为2.74%和1.41%; 肖中1亚段层状凝块石白云岩的最大、平均孔隙度分别为8.90%和3.07%; 肖中2亚段格架状凝块石白云岩的最大、平均孔隙度分别为8.06%和2.80%; 肖中3亚段藻砂屑白云岩的最大、平均孔隙度分别为9.52%和2.58%, 泡沫绵层石白云岩的最大、平均孔隙分别为10.92%和4.70%, 核形石白云岩的最大、平均孔隙分别为5.25%和3.02%, 叠层石白云岩的最大、平均孔隙分别为4.15%和2.21%, 泥粒/粒泥白云岩的最大、平均孔隙分别为1.54%和1.02%。显然, 研究区肖尔布拉克组储集层孔隙度和岩相具有较好的相关性, 泡沫绵层石白云岩孔隙度最高, 凝块石、核形石、藻砂屑白云岩次之, 因此岩相是储集层发育的控制因素之一。

图10 肖尔布拉克组不同岩相白云岩储集层孔隙度统计图

4.4 高频层序界面对储集层的控制作用

肖尔布拉克组储集层孔隙在横向上具有顺层分布的特征, 在垂向上则具有层段性, 表现出一定旋回性特征。整体而言, 海侵体系域储集层差, 其与海平面旋回相关性弱; 高位体系域水体向上逐渐变浅的过程中, 沉积的微生物岩和滩体经常会暴露水面, 并受到大气淡水的淋滤, 形成孔隙发育层[35], 因此储集层发育与海平面旋回是具有相关性的。具体到肖中1、肖中2亚段, 岩性虽然都以凝块石白云岩为主, 但格架溶孔并不是均匀发育, 而是孔洞层和致密层互层发育; 肖中3亚段藻砂屑和泡沫绵层石白云岩中孔隙发育特征同样并不是无规律或是均匀分布的, 而是孔隙层和非隙层具有间互发育的特征, 因此可以说明相同岩相不同孔隙发育程度的原因与高频层序界面有关。

虽然肖中段发育大量孔洞段, 但露头上几乎找不到典型的沉积间断面或暴露面标志。通常δ 13C值负偏特征可以被认为是沉积暴露标志, 因此, 对东3沟剖面的89个样品分析了δ 13C值, 建立了δ 13C剖面（见图2）。由图2可以看出, 肖中段在相对平直的δ 13C曲线背景下, 出现多处δ 13C值负偏点, 而这些负偏点又恰好与孔隙发育段对应关系良好, 因此可将其视为准同生期地层中受到短暂暴露的间接依据, 从而反映高频层序界面是储集层发育的控制因素之一。

综上所述, 优势岩相是研究区肖尔布拉克组储集层发育的物质基础, 受高频层序界面控制的早表生大气淡水溶蚀作用是储集层发育的关键, 早期白云石化作用使原岩孔隙得到继承和保留。

5 储集层地质建模及意义
5.1 沉积微相模型

根据露头区7条剖面垂向上的微相发育特征及各剖面间横向对比追踪分析, 建立研究区肖尔布拉克组沉积微相模型, 外缓坡主要发育层纹石微生物层, 中缓坡外带主要发育凝块石丘, 中缓坡主要发育藻砂屑滩和泡沫绵层石丘, 内缓坡主要发育叠层石坪和泥云坪。显然, 各微相具有厚度相对稳定性、横向展布连续性特征, 反映了缓坡型台地沉积相对稳定的特征。但也存在差异, 主要表现在西1沟剖面藻砂屑滩的比例比其他剖面大, 并且肖中3亚段不发育泡沫绵层石丘。由于露头区西北部存在温宿古隆起, 结合盆地内部井资料可以推断由古隆向台地内部, 中缓坡由以微生物丘为主导相的沉积体系逐渐变为由藻砂屑滩为主导相的沉积体系[36]。

5.2 储集层模型

根据7条剖面的物性资料, 结合铸体薄片信息及野外孔洞段发育位置, 刻画了研究区肖尔布拉克组储集层发育规律, 建立了储集层地质模型（见图11）。很明显, 储集层主要发育于肖中段凝块石、藻砂屑和泡沫绵层石白云岩中, 具有相控性、成层性和旋回性的特征, 反映其主要受沉积相、微生物类型和高频层序界面控制。以储集层物性为主要评价依据, 根据塔里木油田碳酸盐岩储集层评价标准（孔隙度大于4.5%、渗透率大于3× 10-3 μ m2为Ⅰ 类储集层; 孔隙度为2.5%~4.5%、渗透率为（0.1~3.0）× 10-3 μ m2为Ⅱ 类储集层; 孔隙度为1.8%~2.5%、渗透率为（0.01~0.10）× 10-3 μ m2为Ⅲ 类储集层; 孔隙度小于1.8%、渗透率小于0.01× 10-3 μ m2为非储集层）, 对各储集层段进行评价并统计厚度（见表3）, 可看出什艾日克剖面Ⅰ 、Ⅱ 类优质储集层厚度最大, 为65.6 m, 储地比为41.2%; 东3沟剖面次之, 为51.5 m, 储地比为32.5%; 西1沟剖面最小, 为16.1 m, 储地比为12.2%。7条剖面平均优质储集层厚度为41.2 m, 平均储地比为25.6%。

图11 柯坪露头区肖尔布拉克组储集层地质模型（剖面位置见图1）

表3 肖尔布拉克组储集层厚度统计表
5.3 对勘探的意义

通过露头区储集层地质建模, 可以明确塔里木盆地肖尔布拉克组发育优质储集层, 并且储集层具有规模潜力及可预测性, 古隆起围斜部位的中缓坡丘滩带是储集层发育的有利区。基于此, 评价了塔中— 巴东地区的颗粒滩型储集层发育带、柯坪— 巴楚地区的丘滩型储集层发育带和轮南牙哈地区丘滩型储集层发育带3个有利勘探区带。储集层特征、成因认识及量化的储集层地质模型为寒武系盐下领域的风险目标优选提供了可靠的沉积、储集层依据, 基于此部署的楚探1井、和田2井和中寒1井最终证实了肖尔布拉克组发育规模优质储集层, 其优质储集层厚度分别为54.0 m、47.0 m和32.0 m, 因此该认识同时为塔里木油田把寒武系盐下领域作为3大主攻风险勘探领域之一提供了重要依据。

6 结论

塔里木盆地柯坪露头区肖尔布拉克组可划分为3个段5个亚段, 主要发育层纹石、凝块石、泡沫绵层石、叠层石、核形石、藻砂屑/残余颗粒结构的晶粒白云岩和泥粒/粒泥/泥质白云岩, 自下而上的相序组合构成碳酸盐缓坡背景下的以“ 微生物层-微生物丘滩-潮坪” 为主的沉积体系。肖尔布拉克组储集层的储集空间类型主要为微生物格架溶孔、溶蚀孔洞、粒间/内溶孔和晶间溶孔; 孔隙发育具有明显的岩相选择性, 泡沫绵层石白云岩平均孔隙度最高为4.7%, 凝块石、核形石和藻砂屑白云岩次之, 平均孔隙度为2.58%~3.07%; 储集层综合评价为中高孔、中低渗孔隙-孔洞型储集层。低白云石有序度, 高Sr、高Na、低Fe、低Mn含量, 与寒武系泥晶灰岩具有相同的稀土配分模式, 以及与寒武纪海水相似的δ 18O、87Sr/86Sr值等地球化学特征, 表明肖尔布拉克组白云岩主要形成于准同生— 早成岩期, 白云石化流体为海源流体, 偏负的δ 13C值特征表明准同生期地层受到短暂暴露, 储集层主要受沉积相、微生物类型、高频层序界面和早期白云石化作用共同控制。Ⅰ 、Ⅱ 类优质储集层平均厚度为41.2 m, 储地比平均为25.6%, 具有一定规模潜力, 预测古隆起围斜部位的中缓坡丘滩带是储集层发育的有利区。

（编辑 黄昌武）

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