吉林大学学报·地球科学版杂志投稿格式参考范文：北部湾盆地涠西南凹陷灰岩潜山储层岩溶识别及发育模式

　　0 引言

　　涠西南凹陷位于北部湾盆地的东北部，是中国海域重要的石油和天然气资源区之一。在二十世纪八九十年代，涠西南凹陷在潜山的资源探测方面取得了诸多成就，成功发现了数个碳酸盐岩潜山油田及其相关的含油气构造。国内相关学者对碳酸盐岩岩溶储层的岩溶类型、岩溶环境以及岩溶储层发育控制因素等方面做了深入的研究并取得了重要的进展。

　　前人对涠西南一号断裂带做了大量研究，认为涠西南凹陷一号断裂带附近黄龙组潜山岩溶现象较为普遍，溶洞和裂缝发育，其中以构造缝和溶蚀缝最为显著。岩溶的普遍发育可能由白云石化的增孔作用及构造作用导致，构造作用使岩溶期潜水面波动及岩溶带厚度发生变化，形成多期渗流带潜流带，且岩溶作用强弱受古地貌的影响与控制，溶洞受地下水控制。涠西南凹陷的碳酸盐岩潜山岩溶储层在形成过程中先后经历了多个不同的地质作用阶段，包括准同生期至浅埋藏期的岩溶作用、抬升期的风化淋滤表生岩溶作用以及再埋藏期的断裂差异升降改造作用，岩溶储层还遭受了溶蚀、胶结、交代、重结晶和构造破裂化等多种复杂成岩作用的影响。

　　综合来看，涠西南凹陷碳酸盐岩潜山具有良好的勘探前景，前人在构造演化、油气来源、岩石学特征、一号断裂带储集空间、岩溶储层演化模式等方面有较多的认识。但关于二号断裂带碳酸盐岩潜山岩溶储层方面的研究，前人只停留在通过观察铸体薄片、钻录井识别、测井识别标志等手段分析该地区的岩溶储层特征，缺少运用成像测井资料对该地区岩溶储层特征进行识别，对二号断裂带灰岩潜山岩溶储层演化模式分析不够深入等。因此，笔者在收集整理前人研究成果的基础上，聚焦分析二号断裂带 X 构造，对二号断裂带 X 构造岩溶储层特征、X 构造岩溶测井响应特征、二号断裂带潜山成山过程与岩溶储层发育演化的关系、X 构造溶洞裂缝型灰岩潜山储层发育模式等进行系统深入的研究，旨在为二号断裂带碳酸盐岩潜山下一步的油气勘探提供启发。

　　1 区域地质概况

　　涠西南凹陷为北部湾盆地北部坳陷的一个二级构造单元，呈 NE 向展布，其北西部是近 NE 向的涠西南断裂，南东部为企西隆起。涠西南凹陷长约 135km，最宽处有 37km，整体面积约 3000km²，是在古生界碳酸盐岩基底上发育的新生代断陷，包括 NE 向一号断裂带、二号断裂带、三号断裂带、东南斜坡带和涠西南低凸起等构造单元，自古生代至今历经加里东期、海西期、印支 — 燕山早中期、燕山晚期 — 喜马拉雅早期、喜马拉雅期和现今等 6 个阶段。在涠西南凹陷的一号断裂带，潜山中的原油主要是由流沙港组二段底部的油页岩所生成;而在二号断裂带，潜山的原油则主要源自流沙港组二段下部的暗色泥岩。一号断裂带碳酸盐岩潜山主要地层为上石炭统黄龙组;二号断裂带潜山主要地层由下石炭统的下部地层构成，包括石磴子段和孟公拗段。本文的研究区 X 构造位于涠西南凹陷二号构造带南西部，包含 7 口井，但只有 X1 井和 X2 井具有成像测井资料，其中 X1 井成像测井资料最为清晰并且该井穿过 X 构造顶部，更具有代表性，因此本文主要通过分析 X1 井来进行岩溶储层特征的识别。

　　北部湾盆地涠西南凹陷内新生界发育齐全，自下而上分别为古新统长流组陆相沉积层、始新统流沙港组和渐新统涠洲组海相陆相沉积层、下中新统下洋组海相沉积层、中中新统角尾组海陆过渡相沉积层、上中新统灯楼角组、上新统 — 更新统望楼港组;第四系松散沉积层覆盖其上。早石炭世，该区主体为开阔碳酸盐岩台地相，在今海南岛西北侧、西南侧零星分布小的剥蚀古陆，古陆附近发育过渡相。中晚石炭世海侵范围空前扩大，大陆剥蚀区大规模缩小并准海岸平原化，该区主体为开阔碳酸盐岩台地相。

　　2 储层特征

　　2.1 岩石学特征

　　基于涠西南凹陷 X 潜山构造石炭系岩心、镜下薄片和 X 衍射矿物组成资料，碳酸盐岩矿物成分统计结果表明，潜山内部岩石类型以灰岩、白云岩为主。碳酸盐岩结构与岩石成因密切相关，是沉积环境的重要标志，由晶粒结构分布图可见，石炭系主要以泥晶灰岩为主，粉晶灰岩次之。下石炭统石磴子段主要为灰色、灰褐色角砾灰岩和生屑灰岩，局部泥质富集，形成泥质纹层或薄夹层，同时夹杂着薄层石英砂岩，底部为灰黑色白云岩;孟公拗段主要为生屑灰岩以及富含硅质的深灰色、灰黑色薄厚层灰岩，致密坚硬，同时夹杂着薄层细砂岩。

　　2.1.1 灰岩类

　　白云质灰岩：岩石经受白云石化、溶蚀、破裂、重结晶等一系列成岩作用，结构、构造发生较大改变，尤其是构造破裂作用，使岩石呈角砾状，溶蚀缝洞或裂缝中充填着不同结构的灰岩、白云岩碎块。岩石的主体碎块为泥粉晶云质灰岩(岩块)，以灰泥基质结构为主，并见生物与生物碎片，白云石呈粉晶粒状、星散状均匀分布，基质为粉晶方解石(重结晶)，残余部分为泥晶方解石。

　　泥晶灰岩：方解石为泥晶结构，局部偶见弱白云石化，构造微裂缝较发育，可见 X 型剪切缝，有机质沿纹层发育，网状缝合线被方解石脉切穿。

　　泥晶生屑灰岩：岩石呈生屑颗粒结构。内碎屑以砂屑为主，大小介于 0.10 - 0.30mm 之间，岩石含部分球粒。大量生屑颗粒以棘皮、腕足为主，粒间充填泥晶方解石，呈现星散状白云石化，白云石呈粉晶自形、半自形结构。

　　球粒灰岩：多见于 X7 井，岩石呈泥晶球粒结构。球粒呈泥晶结构，富含藻类，形态不规则，部分相互黏结，粒间充填泥晶方解石。生屑种类较多，以棘皮、苔藓虫、双壳类最为常见;另见少量有孔虫，保存完好。溶蚀缝亦发育，但均被方解石充填，见少量沥青条带。

　　2.1.2 白云岩类

　　细 - 中晶白云岩：白云石以自形至半自形为主，晶体形态良好，表现出波状消光特性。白云石晶体之间存在孔隙，但其中一部分孔隙已被有机物质所填充。细 - 中晶白云岩为热液白云石化产物，同时可见硅化、方解石化。

　　泥 - 粉晶灰质云岩：白云石经历了重结晶过程，并伴随着溶蚀作用。古沥青因溶蚀作用而遭到破坏，形成了斑块状的形态。此外，还存在少量的粗晶白云岩以及含有有机质的泥粉晶灰云岩。

　　残余细 - 粉晶内碎屑云岩：岩石具有残余白云质内碎屑结构，局部呈细粉晶结构。白云石以粉晶自形、半自形结构为主，个别具雾心亮边结构，颗粒与基质白云石大小相等。大量砂屑具有暗影，其轮廓大小介于 0.25 - 0.75mm 之间，部分颗粒暗影呈圆形。白云石晶粒致密镶嵌接触，晶间孔不发育。仅在个别视域中见到零星分布的晶间孔，部分被他形粉晶方解石充填，大部分被白云石充填。少量微裂缝未充填，少量构造溶蚀缝被方解石充填或被白云石半充填。

　　2.2 储集空间类型

　　北部湾盆地潜山岩性复杂，储集空间类型多样，主要包括溶蚀孔 / 洞缝、裂缝、基质孔等。涠西南凹陷二号断裂带潜山 X 构造石炭系岩心显示，碳酸盐岩发育溶孔、溶洞、溶缝、裂缝等，不同层位发育的形态、展布、规模有所不同。碳酸盐岩储集空间的成因主要为风化淋滤作用(表生岩溶作用)和构造作用两种，前者影响岩溶储集空间，后者控制着裂缝储集空间以及对先存岩溶储集空间的进一步改造。

　　2.2.1 溶洞

　　按照高度划分，洞高小于 1m 的为小型溶洞，洞高介于 1 - 3m 之间的为中型溶洞，洞高大于 3m 的为大型溶洞。

　　大中型溶洞洞穴系统是涠西南灰岩潜山的主要储集空间。根据区域构造调研，涠西南凹陷灰岩潜山至少经历了早二叠世末、晚三叠世两期大规模构造抬升，上部地层遭受暴露剥蚀，石炭系碳酸盐岩被抬升到地表或近地表，古潜山形成，在经历大规模表层岩溶和顺层岩溶后，形成了厚层的风化壳和复杂的地下溶洞系统。

　　小型溶洞可以在岩心及镜下观察到，小型溶洞或溶缝常被晶簇状方解石、灰岩角砾、泥质等充填。

　　2.2.2 溶孔

　　溶孔可分为多种类型，例如粒间溶孔、粒内溶孔、晶间溶孔及脉溶孔等。粒间溶孔是由碎屑颗粒之间的填充物质受到侵蚀而形成，这类孔隙的直径一般为 30 - 250μm，而它们的孔隙率约为 2.5%。粒内溶孔通常位于生物骨骼的内部，这些孔隙被老化的生物框架包围。晶间溶孔主要生成于白云石晶体相互交错的区域，直径范围通常在 50 - 500μm 之间，形状多为多边形或菱形，面孔率可达 6.0%。后期的方解石脉中也存在溶孔，这些脉溶孔的直径范围为 25 - 120μm，通常呈现港湾状，其面孔率最高可达 5.0%。

　　2.2.3 裂缝

　　研究区内裂缝发育较好，以岩溶缝、构造缝为主。裂缝是碳酸盐岩储层的重要储集空间，是沟通溶蚀孔洞及洞穴之间的桥梁，为酸性流体溶蚀提供通道，为后期扩溶形成溶洞和洞穴提供条件。对于碳酸盐岩储层而言，裂缝的重要性甚至超过孔隙，许多致密碳酸盐岩由于裂缝的发育变得极具勘探潜力。

　　在涠西南凹陷二号断裂带的取心观察中发现，缝壁的两侧呈现出不规则的高低起伏，缝隙的宽度变化显著，且常伴有分支现象。晶间溶蚀缝的宽度范围为 20 - 120μm，延伸距离较短，主要存在于特定区域。另外，部分溶蚀缝是由原有的构造裂缝经过溶蚀作用演变而来，而大部分缝隙则被方解石完全或部分填充。

　　2.3 储层物性

　　通过收集整理涠西南凹陷二号断裂带 X 构造 6 口井中距潜山顶部 100m 处的孔隙度资料，并采取 1.25m 的深度间隔，对 6 口井的孔隙度进行了分段统计和计算，统计数据显示 X1 井孔隙度在 0.01% - 34.88% 之间变化，X2 井孔隙度在 0.01% - 35.61% 之间变化，X3 井孔隙度在 2.11% - 9.56% 之间变化，X4 井孔隙度在 0.16% - 18.25% 之间变化，X6 井孔隙度在 5.42% - 28.68% 之间变化，X7 井孔隙度在 0.01% - 35.88% 之间变化。综合来看，研究区储层孔隙度值分布在 0.01% - 35.88% 之间，平均值为 4.30%，平均孔隙度偏低，这是由于涠西南凹陷二号断裂带处于水系的汇聚区，水沿着前期裂缝进入碳酸盐岩并发生胶结作用，严重的胶结作用使得孔隙连通性变差。

　　基于现有的岩心、铸体薄片等统计资料分析，根据不同尺度裂缝分类标准，将该区的裂缝分为微尺度裂缝、小尺度裂缝、中尺度裂缝、大尺度裂缝，其中微尺度及小尺度裂缝占比较多。通过镜下观察不同深度的铸体薄片发现，该区以构造裂缝为主、溶蚀裂缝为辅，且裂缝全充填占比较高。

　　3 岩溶测井识别成像测井解释

　　成像测井的基本原理是测量井筒中环井壁的微电阻率，然后在数据处理中将电阻变化配以一定的颜色。一般情况下用浅色代表高电阻率，深色代表低电阻率，这样电阻率曲线就被转换成合成的彩色图像，其具有高覆盖率、高分辨率、高直观性的特点。前人已在各油田做了大量应用，在对沉积和储层特征的识别等方面取得了诸多成果。由于该区仅 X1 井成像测井资料最为齐全与清晰，因此本文结合微电阻率成像测井、岩心和常规测井资料，对 X1 井岩溶特征进行精细识别。

　　3.1 岩溶要素响应特征

　　本文较多采用了动态标准化微电阻成像测井技术来识别研究区的岩溶特征，其优势在于能够有效地识别出研究区内非均质性较强的表生岩溶储层特征。同时本文也较少使用了静态标准化微电阻成像测井进行识别，它通过测量岩石的电阻率来生成图像，从而提供岩石的结构和性质信息，更适合观察较大的电阻率变化和进行岩性对比，具有高分辨率、快速成像、多参数测量和适应性强等特点。基于此，笔者综合动态图像、静态图像、常规测井及岩心对岩溶特征进行判别，识别多种表生岩溶要素：线状构造(扩溶构造缝、未扩溶构造缝、风化缝、层间缝等)、体状构造(如洞穴、角砾等)、斑状构造(如溶蚀孔洞)等。涠西南凹陷二号断裂带潜山储层的一些典型成像测井响应如图 6 所示。

　　3.1.1 裂缝

　　按裂缝倾角可将裂缝分为垂直缝(75° - 90°)、高角度斜交缝(45° - 75°)、低角度斜交缝(15° - 45°)、水平缝(0° - 15°)。

　　扩溶构造缝：垂直和高角度的构造导致扩溶构造缝(扩溶缝)呈现出不规则的高角度正弦状暗线特征。部分溶解的缝隙中填充了化学胶结物，这些胶结物呈现出明亮的纵向条带。在水平潜流带，低角度且水平的溶缝一般呈现出较小的裂缝倾斜度，并在成像测井中展示为不规则、低角度的正弦状暗线。经过化学胶结物沉淀的部分溶缝在成像测井图像中显示为与裂缝形状相似的明亮带状特征。

　　未扩溶构造缝：未扩溶构造缝形成于岩溶地质体在埋藏之后的构造改造作用，表现为规则的组合暗色正弦线。

　　纵向风化缝：纵向风化缝表现为不规则的组合纵向暗线，多发育于垂直淋滤带。

　　层间缝：现代岩溶学认为层间缝是表生岩溶系统中十分重要的地下水疏导通道，地下水沿其扩溶初期形成层状孔洞，晚期形成洞穴，表现为较为平直的暗线。

　　3.1.2 溶孔

　　层状溶孔：在该研究区域内，经常可以观察到成层分布的溶蚀孔洞，在成像测井中表现为较为规则的、水平排列的组合暗斑。

　　分散溶孔：分散溶孔分布较为杂乱，在成像测井上表现为杂乱或孤立分布的暗斑。

　　3.1.3 洞穴

　　未充填洞穴一般会在钻井过程中出现放空、漏液等，易于识别。二号断裂带石磴子段、孟公拗段潜山钻井未见大型溶洞，钻、测井响应均不明显，X1 井成像测井资料未见明显的洞穴响应特征。

　　3.1.4 古土壤层

　　不整合表面的古土壤层泥质含量较高，在成像测井图像上表现为不规则暗色条带状，相比于上、下基岩具有较高的 GR 值，且上、下地层差异较大截切关系在成像测井上清晰可见。

　　3.2 X1 井储层分带及岩溶特征

　　受岩溶、风化淋滤等地质作用的影响，潜山储层的储集空间类型多样、孔隙分布复杂，多期构造运动为潜山型储层裂缝发育提供了条件，这些地质作用对储层的差异改造导致潜山型储层在纵向上呈现出明显的分带性，极强的储层非均质性导致储层空间展布预测难度较大。纵向上，潜山经受的地质作用不同，致使潜山在垂向上形成了具有不同储层性质的相带。

　　通过对 X1 井各井段成像测井响应特征和薄片岩石学特征的深入研究，发现该井的成像测井特征在纵向上呈现一定的分布规律，根据前人的研究成果并以 X1 井的实际情况为基础建立适用于本次研究的潜山储层分带依据，并以此依据将 X1 井潜山储层部分由上至下划分为：表层风化带、垂直渗流带、水平潜流带、深部缓流带 4 个部分。

　　表层风化带(古土壤层)是岩石风化残积物，多为黏土状皮壳层，厚数十厘米，表面凹凸，上下地层岩性差异大，依岩石结构成像及高自然伽马、中低孔隙度、中高电阻率等特征进行识别，多数井此相带缺失或特征不明。垂直渗流带又称包气带，是地表下段潜水面上的地质介质，地表水沿裂缝孔隙下淋，水体因富含

　　CO2呈酸性溶蚀碳酸盐岩，可依低自然伽马，低密度值进行识别。水平潜流带也称饱水带，在潜水面下，岩石空隙满是液态水，暗河发育，是地下河排泄主通道和岩溶作用中心，上下地层经断裂裂缝获得补给而发生岩溶作用，通过成像测井精细解析岩溶要素进行识别。深部缓流带在水平潜流带下部，地下水流缓，局部停滞，古岩溶作用弱，地层完整，低自然伽马且曲线平滑，主要有裂纹角砾、裂纹镶嵌角砾岩，角砾未位移棱角明显，溶蚀缝洞被亮晶方解石充填。

　　X1 井的取心段为 900 - 3600m，成像测井分析的井段为 3040 - 3600m，在岩心资料分析和岩溶要素识别的基础上，对响应特征明显的井段进行了岩溶特征的识别分析，并发现岩溶特征与分带情况耦合关系良好。现以 X1 井为例，3180 - 3200、3200 - 3220、3260 - 3280、3410 - 3430、3445 - 3465、3570 - 3590m 成像测井的细致化分析结果表明：

　　3180 - 3200m 为岩溶大量发育段，属于垂直渗流带，推测现今潜水面位于 3200m 附近。

　　3200 - 3220m 为岩溶发育段，属于水平潜流带。

　　3260 - 3280m 为岩溶较发育段，上下部分为水平潜流带，中部为垂直渗流带，推测古潜水面位于 3270m 附近。

　　3410 - 3430m 为岩溶较发育段，属于水平潜流带。

　　3445 - 3465m 为岩溶发育段，属于水平潜流带。

　　3570 - 3590m 岩溶发育一般，属于深部缓流带。

　　通过对成像测井响应特征的细致分析，推测认为古潜水面位于 3270m 附近，现今潜水面位于 3200m 附近，由此认为涠西南二号断裂带古潜山至少发育了两期潜水面。第一期潜水面之下的水平潜流带的岩溶组构类型较单一，随着喜山期的拉张作用，形成了第二期潜水面。综合分析上述 6 段的裂缝发育特征可以看出，X1 井自浅至深溶蚀裂缝的发育程度呈减少趋势，溶洞溶孔发育程度呈增长趋势，该井自浅至深可分为表层风化带、垂直渗流带、水平潜流带和深部缓流带。

　　4 岩溶储层演化模式

　　4.1 潜山成山过程与岩溶储层演化的关系

　　北部湾盆地主要经历了加里东期、印支期和喜马拉雅期多期构造应力作用，形成了多组裂缝，导致基底岩石顶面形成高角度网状裂缝带。在潜山成山演化过程中，涠西南凹陷主要经历以下 3 个构造演化阶段：

　　晚古生代 - 中生代的潜山初见雏形：在石炭纪末期，海西运动引发碳酸盐岩地层褶皱、抬升并暴露于地表，出现风化剥蚀现象。在二叠纪 - 白垩纪期间，受印支运动影响，涠西南凹陷经历褶皱和推覆作用，碳酸盐岩潜山初步形成。

　　中生代晚期 - 新生代的早期，潜山经历了改造阶段：喜马拉雅运动初期，研究区域内出现近 EW 方向的张性断裂。这些断裂的活动影响凹陷形成，断裂下降盘沉积长流组，上升盘发生抬升并出现部分地层缺失。

　　新生代晚期，潜山进入形成定型阶段：随着喜山运动结束，断裂活动逐渐减弱，碳酸盐岩潜山趋于稳定。涠西南凹陷整体下沉，形成广泛分布的海相沉积层。

　　在构造演化过程中，涠西南二号断裂带受到多期次的构造作用，经历复杂成岩作用。涠西南凹陷的碳酸盐潜山岩溶储层在沉降并被覆盖之前，经历风化、剥蚀、地下水溶蚀等地质作用，以及胶结、交代、重结晶等作用，提高了下伏碳酸盐岩的孔隙度和渗透率，形成较大的孔隙、裂缝甚至溶洞，在合适条件下成为优良的储集层，对油气资源的形成和保存具有重要意义。结合前人研究，阐述 X 构造潜山岩溶储层的演化模式：

　　海西期，局部高部位受同生准同生溶蚀作用，形成早期溶蚀孔洞。

　　印支运动期间，NW 向强烈挤压，构造活动剧烈，形成风化壳表成岩溶带，早期风化淋滤初步改造储层形成垂直渗流带和水平潜流带，断裂活动导致垂直渗流带与水平潜流带差异分布。

　　燕山期，地层整体抬升，接受表生岩溶作用，岩溶程度进一步增加，而后地层整体沉降，进入埋藏阶段。该阶段发育破裂作用、表生岩溶作用、白云石化作用等建设性成岩作用，以及压实压溶作用、胶结作用、重结晶作用和交代作用等破坏性成岩作用。

　　喜马拉雅山期，涠西南凹陷受到 SE 向拉张应力，产生大量正断层，张性裂缝持续发育增大。受块体差异沉降影响，水体通过断层向基岩进行横向溶蚀，埋藏岩溶作用持续发生。随着新近纪到来，全区进入坳陷的埋藏阶段，埋藏岩溶过程持续至今。

　　4.2 X 构造溶洞裂缝型灰岩潜山储层发育模式

　　X 构造溶洞裂缝型灰岩潜山储层的发育程度主要受原生岩性岩相、构造运动、古地貌 3 个方面影响。原生岩性岩相控制储层基质;构造运动使地层产生大量裂缝，为后期岩溶作用奠定空间基础;古地貌控制古潜水面相对位置，影响岩溶作用的发育程度。研究区受到溶蚀、白云化等建设性成岩后期作用对储层改造也有显著影响。

　　在 X 构造区，岩性与构造活动是影响溶洞裂缝型灰岩潜山储层形成的关键因素。结合岩石特性、构造特征与古地貌因素，构建了 “岩性筑基裂缝拓容岩溶改造” 的三维互动模式。在这种模式下，X 构造区域的灰岩等有利岩石组合为溶蚀储层生成奠定基础;构造应力的积累和构造挤压抬升促使裂缝生成和多期溶蚀作用实现;X 构造区域古地貌呈现岩溶斜坡带的高地特征，水动力充沛，溶蚀和淋滤作用显著，有利于储层形成。

　　5 结论

　　涠西南凹陷 X 构造潜山主要发育多种岩石类型，溶蚀孔洞 / 缝、裂缝、基质孔等是主要的储集空间。

　　成像测井技术能够识别多种潜山岩溶特征性要素，利用这些要素可分析出不同储层带的分布情况。

　　涠西南凹陷在潜山成山演化中主要经历雏形、改造、定型 3 个构造演化阶段，二号断裂带受到多期次应力叠加影响和复杂成岩作用，包括建设性和破坏性成岩作用。

　　X 构造溶洞裂缝型灰岩潜山储层发育程度受岩相、古地貌及后期构造运动控制，其中岩相和构造作用影响显著。综合 3 个控制因素建立了 “岩性筑基裂缝拓容岩溶改造” 的三元联控碳酸盐岩缝洞型储层发育模式。

谢 兵;徐昉昊;范彩伟;满 勇;江 凡;徐国盛;张喜淳;李安然,油气藏地质及开发工程全国重点实验室(成都理工大学);中海石油(中国)有限公司湛江分公司,202406