天然气地球科学 >

2023 , Vol. 34 >Issue 5: 763 - 779

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.01.013

天然气地质学

塔西北地区寒武系肖尔布拉克组储层发育主控因素及成岩演化过程——以柯坪南1井为例

  • 刘丽红 , 1, 2 ,
  • 韩淼 , 1, 2 ,
  • 高永进 1, 2 ,
  • 张远银 1, 2 ,
  • 刘成鑫 3 ,
  • 段野 3 ,
  • 杨有星 1, 2 ,
  • 姜鹍鹏 1, 2
展开
  • 1. 中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083
  • 2. 中国地质调查局非常规油气重点实验室，北京 100083
  • 3. 申能石油天然气有限公司，上海 200041
韩淼（1988-），男，山东菏泽人，博士，高级工程师，主要从事石油地球物理研究. E-mail：.

刘丽红（1982-），女，黑龙江讷河人，博士，高级工程师，主要从事沉积学和石油地质学研究. E-mail：.

收稿日期: 2022-12-02

  修回日期: 2023-01-11

  网络出版日期: 2023-05-06

收起

Main reservoir controlling factors and diagenetic evolution of the Xiaoerbulak Formation of Tarim Basin， NW China： Case study of Well Kepingnan 1 in Keping area

  • Lihong LIU , 1, 2 ,
  • Miao HAN , 1, 2 ,
  • Yongjing GAO 1, 2 ,
  • Yuanyin ZHANG 1, 2 ,
  • Chengxin LIU 3 ,
  • Ye DUAN 3 ,
  • Youxing YANG 1, 2 ,
  • Kunpeng JIANG 1, 2
Expand
  • 1. Oil & Gas Survey，China Geological Survey，Beijing 100083，China
  • 2. Key Laboratory of Unconventional Oil and Gas，China Geological Survey，Beijing 100083，China
  • 3. Shenneng Petroleum Co. Ltd. ，Shanghai 200041，China

Received date: 2022-12-02

  Revised date: 2023-01-11

  Online published: 2023-05-06

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(41802173)

China Geological Survey Project(DD20221674)

Fold

摘要

塔里木盆地柯坪地区寒武系盐下白云岩作为重要的储量增长点和战略接替区已显示出巨大的勘探潜力和良好的勘探前景，但是优质储层形成机理认识不清制约了该区的油气勘探。通过对柯坪南1井井下样品的镜下观察、地球化学分析以及测井资料的解释，详细刻画了肖尔布拉克组岩石类型及其特征，并将其划分为4段，从下至上分别为肖一段、肖二段、肖三段、肖四段。肖尔布拉克组结晶白云岩较高的Mn含量［（87~137.7）×10-6］、高于同期海水的δ18O值（平均值为-6.37‰）和87Sr/86Sr值（平均值为0.710 9），说明肖尔布拉克组白云岩沉积于准同生—浅埋藏期，早期白云石化作用形成的增孔效应和抗压实能力是储层形成的基础。δ13C值在肖一段、肖二段呈现频繁变化的锯齿状，说明可能存在频繁的海进/海退过程，形成颗粒滩沉积是肖二段储层形成的关键，而肖三段发育裂缝和顺层溶蚀孔洞，储层发育主要受构造破裂作用和准同生岩溶作用控制。同时分析了成岩演化模式，认识了成岩改造过程对储层的制约机制。柯坪南1井井下数据的系统分析既为该地区其他钻井对比研究提供了基础数据，也能够为塔西北地区下一步勘探部署提供指导。

关键词： 柯坪南1井; 肖尔布拉克组; 测井响应; 储层形成机理; 成岩演化模式

本文引用格式

刘丽红 , 韩淼 , 高永进 , 张远银 , 刘成鑫 , 段野 , 杨有星 , 姜鹍鹏 . 塔西北地区寒武系肖尔布拉克组储层发育主控因素及成岩演化过程——以柯坪南1井为例[J]. 天然气地球科学, 2023 , 34(5) : 763 -779 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.01.013

Abstract

As an important reserve growth point and strategic replacement area， the Cambrian subsalt dolomite in Keping area of Tarim Basin has shown great exploration potential and good exploration prospect， but the unclear understanding of the formation mechanism of high-quality reservoir restricts the oil and gas exploration in this area. In this paper， the rock types and characteristics of the Xiaoerbulake Formation are described in detail by means of microscope observation， geochemical analysis and interpretation of well logging data of Well Kepingnan 1. The Xiaoerbulak Formation is divided into four members from downward to upward. The relative high Mn content （87-137.7）×10-6， δ18O （average of －6.37‰） and 87Sr/86Sr （average of 0.710 9） values indicate that the dolomitization of Xiaoerbulake Formation occured in penecontemporaneous-shallow burial period. The dolomite formed in the early period increases the porosity of the reservoir and resists the compaction in deep burial period， which is the basis for the reservoir formation. The δ13C values of the first and second members of Xiaoerbulake Formation show frequent zigzag curves， indicating frequent progression/regression process. The subsequent formed granular beach facies are key factors controlling the reservoir formation of the second member of Xiaoerbulake Formation. While the third member of Xiaoerbulake Formation is mainly controlled by tectonic fractures and perisomorphic karstification. The study analyzes the diagenetic evolution model of the well and studies the restriction mechanism of the diagenetic transformation process to the reservoir. The systematic analysis of downhole data of Well Kepingnan 1 provides basic data for the comparative study of other drilling in this area， and can provide guidance for the next exploration and deployment in the northwest Tarim Basin.

Key words： Well Kepingnan 1; Xiaoerbulake Formation; Logging response; Reservoir forming mechanism; Diagenetic evolution model

0 引言

塔里木盆地寒武系盐下白云岩作为重要的储量增长点和战略接替区已显示出巨大的勘探潜力和良好的勘探前景，中寒武统膏盐岩“白被子”分布面积大于12×104 km2［1］，可以作为有效的区域盖层。然而寒武系盐下肖尔布拉克组至今未取得大的突破。中深1C井虽获得日产油15.4 m3，日产气4.1×104 m3的突破，但主力产层却是盐间层系阿瓦塔格组、沙依里克组和吾松格尔组［2］。京能集团2019年钻探的柯探1井获得日产气104×104 m3的突破，塔里木油田2020年钻探的轮探1井获得133.46 m3/d轻质油和4.6×104 m3/d天然气的发现，然而柯探1井和轮探1井取得突破的层位都是位于盐间的吾松格尔组，其累计厚度仅有数十米，而对于盐下数百米厚的肖尔布拉克组则未获得新的突破。柯坪南1井在寒武系肖尔布拉克组见油气异常25层，测试点火成功，证实了寒武系盐下的勘探潜力，但是优质储层的特征及其形成机制认识不清制约了该区的勘探评价。
塔里木盆地寒武系盐下储集空间类型包括微生物白云岩格架孔、中—粗晶白云岩的晶间孔、硬石膏溶解形成的铸模孔、深埋溶蚀作用形成的溶蚀扩大孔以及溶蚀垮塌作用形成的角砾间孔，局部地区发育缝合线和裂缝［3-6］。已有研究认为，寒武系盐下储层的发育主要受高能沉积相带、成岩改造作用、热液溶蚀作用、生物钻孔作用等因素控制［7-13］，而对于准同生岩溶作用和构造破裂作用对该区储层的改造作用并未引起足够的重视。由于京能集团柯探1井储层主要发育于吾松格尔组的裂缝型储层中，而且本文研究的柯坪南1井肖尔布拉克组也发育大量裂缝，能够为塔西北地区裂缝型白云岩储层提供新的研究实例。因此，本文拟通过对柯坪南1井井下样品的镜下观察、地球化学分析以及测井资料的解释，详细刻画肖尔布拉克组岩石类型及其特征，分析储层发育主控因素及其形成机制，为该地区其他钻井对比研究提供基础数据，同时为塔西北地区下一步勘探部署提供指导。

1 地质背景

柯坪南1井位于新疆柯坪县西南约30 km，构造位置位于塔里木盆地西北缘柯坪断隆阿合奇凸起（图1），主要目的层是寒武系吾松格尔组和肖尔布拉克组，兼探奥陶系及震旦系，完钻井深5 385.00 m，完钻层位为震旦系苏盖特布拉克组。
图1 塔里木盆地构造单元划分及柯坪南1井钻井地理位置［14］

Fig.1 The structural division of the Tarim Basin and the location of Well Kepingnan 1［14］

柯坪断隆处于塔里木盆地西北缘，表现为呈北东走向的多排断裂构造带的南天山构造域内大型断隆（图1）。北邻库车坳陷，东接西南坳陷，南部与阿瓦提凹陷、巴楚隆起、麦盖提斜坡相接，西部与喀什北南天山冲断带相接，面积约为2.53×104 km2。柯坪断隆被2条北西走向的逆冲走滑断裂——印干断裂与皮羌断裂划分为3个二级构造单元，东部为温宿鼻状凸起，中部为阿合奇凸起，西部为西克尔斜坡。柯坪南区块位于阿合奇凸起中部（图1）。
柯坪断隆及周缘目前有11口井钻揭寒武系盐下深层。分别为柯探1井（京能）、柯探1井（中石油）、乔探1井、同1井、舒探1井、夏河1井、博源1井、坪探1井、新柯地1井、新苏参1井以及柯坪南1井。柯坪南1井钻至寒武系沙依里克组后受逆断层影响出现地层重复，重复地层包括鹰山组、蓬莱坝组、下丘里塔格组、阿瓦塔格组和沙依里克组（图2）。因此，肖尔布拉克组仅在下盘出现，因此，本文重点对下盘地层进行详细解剖。其中，肖尔布拉克组主要由白云岩组成，发育少量的灰岩、泥岩和硅质沉积物，为碳酸盐岩台地或台地边缘环境。
图2 柯坪南1井地层综合柱状图

Fig.2 The stratigraphic column chart of Well Kepingnan 1

2 样品与方法

柯坪南1井寒武系盐下未取心，通过岩屑样品磨制薄片，基本可以反映井下岩石的岩性特征。本文共获取寒武系盐下样品132块，肖尔布拉克组磨制普通薄片92块，铸体薄片24个，通过Zeiss SCOPE AI显微镜观察岩石学特征、孔隙发育特征以及矿物共生关系等。电子探针通过EPMA-1600型电子探针能谱仪完成，加速电压15 kV，束电流20 nA，束斑直径20 μm，CO2含量为差值法计算获得。碳氧同位素分析采用磷酸法测定，通过稳定同位素质谱仪Finnigan MAT253 Plus完成，依据PDB标准，测试精度为±0.1‰，以上分析测试均由西南石油大学完成。测井方法采用自然伽马（GR）、自然电位（SP）、深浅电阻率（MLR）等测井曲线进行储层识别和地层对比，通过中子密度解释孔隙度判断储层物性特征，利用声电成像测井方法对裂缝和溶蚀孔洞进行识别。

3 结果

3.1　地层展布

通过同1井、柯探1井（中石油）、舒探1井、柯坪南1井、柯探1井（京能）和新苏参1井地层横向对比发现：①各井肖尔布拉克组自西向东厚度分别为73.8 m、212 m、214 m、125 m、161 m和322 m（图3），其中新苏参1井肖尔布拉克组厚度最厚，柯坪南1井厚度中等；②柯坪南1井与柯探1井（中石油）、舒探1井具有相似的自然伽马曲线特征，说明具有相似的岩性组合特征；③柯坪南1井向北东方向，白云岩含量减少，灰岩、泥岩含量增多，尤其是柯探1井（京能），以灰质泥岩为主，说明水体逐渐加深，白云石化作用减弱；③根据岩性、GR、电阻率、孔隙度发育情况将柯坪南1井寒武系肖尔布拉克组划分为4段，自下而上分别为肖一段、肖二段、肖三段和肖4段（图4）。下面分别对各段岩石类型、储层物性特征和测井曲线特征进行详细描述。
图3 塔西北地区同1井—柯探1井（中石油）—舒探1井—柯坪南1井—柯探1井（京能）—新苏参1井寒武系肖尔布拉克组地层对比

Fig.3 The strata comparison diagram of Cambrian Xiaoerbulake Formation of Wells Tong 1-Ketan 1（CNPC）-Shutan 1-Kepingnan 1-Ketan 1（Jingneng）-Xinsucan 1 in Northwest Tarim Basin

图4 柯坪南1井肖尔布拉克组层段划分

注：图中①，②，③，④仅代表地层编号

Fig.4 The division of Cambrian Xiaoerbulake Formation of Well Kepingnan 1

3.2　岩石学特征

3.2.1　肖一段

肖一段位于井深5 245.00~5 269.10 m，视厚度为24.10 m（图4），岩石类型主要以泥质泥微晶白云岩为主，岩石致密，泥质含量较高［图5（a），图5（b）］，孔隙不发育，阴极发光下呈暗红色［图5（c）］。经测试，该段样品有机碳含量明显较上部地层高，TOC含量介于0.5%~1.25%之间，且具有较强的荧光强度（表1），气测显示异常（图4）。前人［15-17］研究证实，塔里木盆地寒武系玉尔吐斯组发育良好的烃源岩，本文研究中的柯坪南1井玉尔吐斯组厚度仅为4~5 m，且有机质含量总体偏低，烃源岩发育中等。相比之下，寒武系底部肖一段有机质含量高，可作为好的烃源岩。
图5 柯坪南1井寒武系肖尔布拉克组岩石学特征

（a）泥质泥粉晶白云岩，5 248 m，（+）；（b）泥质藻砂屑白云岩，5 254 m，（+）；（c）泥质粉晶白云岩阴极发光特征，可见2期裂缝，5 260 m； （d）颗粒白云岩，5 207 m，（+）； （e）图片（d）的放大，可见颗粒内重结晶，5 207 m，（+）；（f）颗粒白云岩，重结晶作用强烈，可见颗粒幻影结构，5 245 m，（+）；（g）颗粒白云岩，发育粒间孔、粒内孔，蓝色为铸体，5 211 m，（+）；（h）颗粒白云岩，颗粒间亮晶白云石胶结，致密，5 213 m，（+）；（i）阴极发光照片，可见2期裂缝，5 225 m

Fig.5 The lithological characteristics of Cambrian Xiaoerbulake Formation of Well Kepingnan 1

表1 柯坪南1井三维荧光分析数据

Table 1 3D fluorescence analysis data of Well Kepingnan 1

井深

/m

 层位

样品

类型

 岩性 分析参数
激发波长/nm 发射波长/nm 荧光强度 相当油含量/（mg/L） 对比级别 油性指数
5 208 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 290 324 2.1 0 0 0
5 179 Є1 x 岩屑 浅灰色弱含气灰质白云岩 440 470 18.6 0.35 0.2 0
5 210 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 13.1 0.18 0.1 0.06
5 212 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 380 410 12.6 0.17 0.1 0.06
5 214 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 41.5 1.03 1.8 0.21
5 216 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气含泥灰质白云岩 450 480 60.3 1.6 2.4 0.25
5 218 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气含泥灰质白云岩 450 480 51.3 1.33 2.1 0.21
5 220 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气含泥灰质白云岩 450 480 38.8 0.95 1.6 0.18
5 224 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 24.7 0.53 0.8 0.12
5 226 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 78.9 2.15 2.8 0.45
5 228 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 56.5 1.48 2.3 0.32
5 230 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 30.9 0.72 1.2 0.16
5 232 Є1 x 岩屑 灰色弱含气灰质白云岩 430 460 46.8 1.19 2 0.18
5 234 Є1 x 岩屑 灰色弱含气灰质白云岩 430 460 61.2 1.63 2.4 0.35
5 236 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 94.2 2.61 3.1 0.66
5 238 Є1 x 岩屑 深灰色弱含气灰质白云岩 450 480 108.9 3.06 3.3 0.72
5 240 Є1 x 岩屑 灰黑色弱含气灰质白云岩 450 480 59.6 1.58 2.4 0.33
5 253 Є1 x 岩屑 灰黑色弱含气含泥灰质白云岩 450 480 106.8 2.99 3.3 0.86
肖一段具有高自然伽马、高电阻率、低中子孔隙度特征（图4）。柯坪南1井肖一段自然伽马值介于35~87 API之间，电阻率介于4 954~12 232 Ω·m 之间，根据中子密度解释的孔隙度几乎为0，说明岩石致密，储层不发育。

3.2.2　肖二段

肖二段位于井深5 203.00~5 245.00 m，视厚度为42.00 m，以颗粒白云岩为主，原始结构类型为颗粒灰岩，颗粒内部已被溶解，泥晶套保留了颗粒的形状，后被白云石充填，白云石晶体发生重结晶，将孔隙空间封堵殆尽［图5（d），图5（e）］。随着地层深度加大，重结晶更强烈，泥晶套已被破坏，但仍可见颗粒幻影结构，说明原始结构类型仍然为颗粒灰岩［图5（f）］。部分岩石中发育粒间孔和粒内孔［图5（g）］，孔隙形态不规则，呈港湾状、条带状分布［图5（g）］。个别岩石中发育裂缝［图5（h），图5（i）］，裂缝半充填或未被充填。但大部分被硅质胶结［图5（h）］，说明硅质胶结作用对储层起到严重的破坏作用。
肖二段具有高电阻率、中—低自然伽马、中—高中子孔隙度的测井曲线特征。自然伽马值介于16~58 API之间，电阻率较高，深浅电阻率具有一定的分异，浅侧向电阻率值介于1 210~11 000 Ω·m之间，而深侧向电阻率值介于1 400~14 000 Ω·m之间（图4），由于原岩和渗透带电阻率的差异，深浅电阻率会具有一定的幅度差。通常，地层孔隙度增大电阻率会减少，而在柯坪南1井颗粒白云岩发育的层段电阻率仍然较高，说明可能受含油性影响。通常，当地层含油气时，测得的地层电阻率也会增大。中子孔隙度值介于0.3%~1.9%之间，该段孔隙并不发育。
虽然肖二段孔隙不及肖三段发育，但是气测显示最强烈，且与颗粒白云岩发育层段对应。肖尔布拉克组（5 240~5 245 m）样品烃类组成含量少，甲烷含量介于58%~60%之间，CO2含量高达40%；吾松格尔组（5 102~5 110 m）含烃类物质浓度低，主要成分为CO2，可能受钻井过程中气举、酸蚀反应等作业的影响（表2）。肖二段较高的气测异常可能与该段靠近肖一段烃源岩有关。
表2 柯坪南1井天然气组分特征

Table 2 The natural gas composition characteristics of Well Kepingnan 1

深度/m 层位 组分/%
N2 CO2 CH4 C2H6 C3H8 iC4H10 nC4H10 iC5H12 nC5H12
5 240~5 245 肖尔布拉克组 0.33 39.97 59.29 0.28 0.06 0.03 0.02 0.01 0.01
5 240~5 245 肖尔布拉克组 0.54 40.54 58.52 0.27 0.06 0.03 0.02 0.01 0.00
5 102~5 110 吾松格尔组 8.61 84.08 7.28 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

3.2.3　肖三段

肖三段位于井深5 169.75~5 203.00 m，视厚度为33.25 m，岩石类型以粉细晶白云岩为主，发育大量裂缝（图6），同时发育溶蚀孔洞，裂缝在阴极发光下大多不发光，充填物可能为泥质或沥青。荧光照射下显示亮绿色，说明裂缝充填物主要为沥青，证实发生过油气充注［图6（b），图6（e），图6（h）］。部分裂缝充填硅质和铁质，在荧光照射下不发光，铁质呈黑色［图6（d），图6（e）］。部分裂缝中充填方解石，在阴极发光下呈橙红色［图6（f），图6（i）］。
图6 柯坪南1井寒武系肖尔布拉克组肖三段岩石学特征

（a）细晶白云岩，被裂缝切割成透镜状，裂缝多被泥质和沥青充填，5 174 m，（-）；（b）图（a）荧光照片，可见裂缝充填物发亮绿色荧光，可能为沥青，5 174 m；（c）白云岩可见裂缝，阴极发光照片，5 235 m；（d）细晶白云岩，裂缝中充填有机质及硅质，5 182 m，（+）；（e）图（d）荧光照片，裂缝充填物中发光部分为烃类，黑色部分为黄铁矿，硅质不发光，5 182 m；（f）阴极发光照片，发育2期裂缝，5 225 m；（g）细晶白云岩，可见沥青缝，5 190 m，（+）；（h）图（f）荧光照片，可见裂缝中充填沥青发亮绿色荧光，5 190 m；（i）阴极发光照片，裂缝中充填方解石发橙红色阴极发光，充填有机质不发光，5 254 m

Fig.6 The lithological characteristics of the third member of Cambrian Xiaoerbulake Formation of Well Kepingnan 1

肖三段测井响应为低自然伽马值，范围为10~20 API；较低的电阻率值，范围为14~90 Ω·m，较高的中子孔隙度，范围为4.2%~8.9%（图4），肖三段是肖尔布拉克组孔隙最发育的层段，应引起足够重视。

3.2.4　肖四段

肖四段井深位于5 144.00~5 169.75 m，视厚度为25.75 m，岩石类型主要为粉晶白云岩、藻砂屑白云岩等，砂屑成分以泥晶白云石为主，较脏，含量较少，属于内缓坡泥云坪环境。
肖四段测井响应具有较高的自然伽马值、较高的电阻率值、较低的中子孔隙度特征。其自然伽马值介于22~154 API之间，最大可达178 API；电阻率较高，主要分布于220~16 000 Ω·m之间（图4），中子孔隙度较低，主要介于0.1%~1.8%之间，属于差—非储层。

3.3　地球化学特征

3.3.1　主微量元素特征

通过岩屑录井和电子探针测得各类岩石类型主微量元素见图7和表3。从表3可以看出，白云质泥岩具有最高的Fe和Sr含量，平均值分别为27 262×10-6和961×10-6，其次是砂屑白云岩，其Fe和Sr含量平均值分别为1 202×10-6和298×10-6，而Mn含量却较低，大部分样品Mn含量为0；结晶白云岩（包括微晶白云岩、粉晶白云岩、中晶白云岩）反而具有相对较低的Fe和Sr含量，平均值分别为368×10-6和112×10-6，但是却有相对较高的Mn含量，平均值为103×10-6（图7）。
图7 柯坪南1井不同岩石类型主量、微量元素特征

(a)肖尔布拉克组白云岩Fe—Mn含量关系图;(b)肖尔布拉克组白云岩Mn—Sr含量关系图

Fig.7 The main and trace elements characteristics of different rocks of Well Kepingnan 1

表3 电子探针测试不同岩石类型主量、微量元素含量

Table 3 The main and trace elements content of different types of rocks according to the electron probe test results

编号 样号 岩石类型 MgO/% CaO/% Sr/10-6 Ba/10-6 Al/10-6 Si/10-6 Fe/10-6 Mn/10-6
1 5213-1-27 硅质岩 0.052 0.17 1 266.67 0.00 291.62 318 509.13 55.71 149.12
2 5215-2-40 硅质岩 0.01 0.014 1 900.00 334.44 75.54 322 094.35 247.62 0.00
3 5216-1-43 硅质岩 0.031 0.004 1 041.48 38.89 122.97 321 436.96 160.95 140.35
4 5216-1-45 硅质岩 0 0.029 1 393.33 840.00 101.89 319 613.91 489.05 0.00
5 5211-1-21 白云质泥岩 0.008 0.063 872.59 443.33 32 840.81 192 326.52 0.00 0.00
6 5215-2-37 白云质泥岩 1.824 0.16 942.96 0.00 19 965.54 229 980.43 15 612.38 0.00
7 5215-2-38 白云质泥岩 2.811 0.374 1 294.81 70.00 31 718.24 171 241.30 47 610.95 0.00
8 5215-2-39 白云质泥岩 2.095 0.147 513.70 1 788.89 30 613.24 182 444.35 17 389.05 48.25
9 5215-2-41 白云质泥岩 4.845 0.278 1 337.04 653.33 36 877.84 150 883.48 43 686.19 184.21
10 5216-1-44 白云质泥岩 5.343 0.324 844.44 396.67 29 870.14 158 190.87 52 321.90 315.79
11 5216-1-46 白云质泥岩 0.558 1.113 1 287.78 0.00 3 950.95 272 059.57 20 515.24 0.00
12 5217-1-57 白云质泥岩 0.354 1.124 598.15 0.00 3 662.84 265 817.39 20 967.14 0.00
13 5227-2-67 叠层石亮层 21.147 30.999 182.96 381.11 0.00 0.00 61.90 43.86
14 5227-2-68 叠层石亮层 21.082 29.735 49.26 178.89 52.70 76.09 829.52 0.00
15 5233-1-79 沥青 17.028 23.658 0.00 0.00 49.19 483.91 30.95 0.00
16 5233-1-80 沥青 21.203 29.605 161.85 38.89 43.92 0.00 55.71 109.65
17 5233-1-81 沥青 20.044 30.184 0.00 264.44 35.14 0.00 61.90 166.67
18 5235-1-82 沥青 22.166 30.475 471.48 0.00 0.00 0.00 0.00 206.14
19 5235-1-83 沥青 21.489 30.313 0.00 0.00 0.00 0.00 130.00 70.18
20 5235-1-84 沥青 21.619 30.65 0.00 420.00 47.43 0.00 0.00 0.00
21 5233-1-69 裂缝沥青 16.012 24.474 0.00 0.00 61.49 493.04 37.14 0.00
22 5233-1-70 裂缝沥青 10.821 19.799 0.00 0.00 21.08 54.78 303.33 144.74
23 5233-1-72 裂缝沥青 17.003 27.307 0.00 225.56 65.00 897.83 229.05 157.89
24 5233-1-73 裂缝沥青 18.643 27.927 0.00 264.44 124.73 289.13 117.62 166.67
25 5233-1-74 裂缝沥青 21.548 29.438 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 114.04
26 5216-1-42 泥质白云岩 18.691 28.557 0.00 186.67 381.22 2 121.30 19 617.62 1 346.49
27 5208-1-4 泥质白云岩 20.599 28.912 323.70 0.00 583.24 3 834.78 2 061.43 122.81
28 5207-1-2 泥质白云岩 16.996 24.098 197.04 0.00 6 485.95 35 532.61 1 919.05 57.02
29 5209-2-13 微晶白云岩 20.215 29.362 211.11 0.00 228.38 648.26 2 983.81 100.88
30 5209-2-14 微晶白云岩 20.546 29.84 225.19 591.11 372.43 2 084.78 43.33 57.02
31 5209-2-15 微晶白云岩 21.135 28.56 0.00 0.00 3.51 0.00 111.43 214.91
32 5216-1-47 微晶白云岩 20.636 30.537 14.07 0.00 80.81 0.00 55.71 74.56
33 5216-1-48 微晶白云岩 21.473 30.037 429.26 0.00 17.57 0.00 0.00 171.05
34 5216-1-49 微晶白云岩 21.792 30.5 788.15 0.00 0.00 0.00 92.86 100.88
35 5216-1-50 微晶白云岩 21.714 30.353 0.00 0.00 8.78 0.00 0.00 57.02
36 5216-1-51 微晶白云岩 20.696 30.33 0.00 0.00 17.57 0.00 167.14 135.96
37 5217-2-60 微晶白云岩 21.865 30.53 717.78 0.00 0.00 0.00 80.48 122.81
38 5217-2-61 微晶白云岩 21.642 30.98 0.00 0.00 7.03 0.00 0.00 48.25
39 5217-2-62 微晶白云岩 20.587 30.28 0.00 0.00 35.14 0.00 154.76 157.89
40 5208-1-5 粉晶白云岩 21.05 29.984 0.00 0.00 65.00 0.00 817.14 293.86
41 5208-1-6 粉晶白云岩 20.82 29.617 14.07 801.11 12.30 0.00 3 150.95 70.18
42 5209-1-7 粉晶白云岩 20.957 29.761 246.30 155.56 68.51 39.57 854.29 0.00
43 5214-1-31 粉晶白云岩 21.55 30.33 0.00 186.67 43.92 0.00 0.00 0.00
44 5214-1-32 粉晶白云岩 21.04 29.788 358.89 0.00 0.00 0.00 80.48 197.37
45 5214-1-33 粉晶白云岩 21.521 30.395 14.07 77.78 0.00 0.00 18.57 175.44
46 5215-1-34 粉晶白云岩 21.332 30.478 0.00 0.00 0.00 0.00 92.86 175.44
表3 电子探针测试不同岩石类型主量、微量元素含量（续）

Table 3 The main and trace elements content of different types of rocks according to the electron probe test results（continue）

编号 样号 岩石类型 MgO/% CaO/% Sr/10-6 Ba/10-6 Al/10-6 Si/10-6 Fe/10-6 Mn/10-6
47 5215-1-35 粉晶白云岩 21.618 29.901 0.00 0.00 29.86 0.00 0.00 0.00
48 5215-1-36 粉晶白云岩 21.029 30.742 0.00 303.33 47.43 0.00 24.76 0.00
49 5212-1-23 细晶白云岩 20.811 29.738 0.00 0.00 19.32 6.09 1 578.57 105.26
50 5212-1-24 细晶白云岩 20.725 29.38 0.00 0.00 223.11 934.35 1 751.90 122.81
51 5212-1-25 细晶白云岩 21.096 30.791 225.19 0.00 0.00 0.00 74.29 184.21
52 5212-1-26 细晶白云岩 20.607 30.932 619.26 0.00 293.38 928.26 656.19 241.23
53 5213-1-28 细晶白云岩 0.051 0 14.07 731.11 237.16 599.57 378 584.76 0.00
54 5213-1-29 细晶白云岩 21.021 30.046 0.00 186.67 31.62 185.65 80.48 43.86
55 5213-1-30 细晶白云岩 21.136 31.025 0.00 241.11 26.35 176.52 68.10 87.72
56 5217-1-52 细晶白云岩 21.404 29.703 0.00 0.00 0.00 0.00 148.57 135.96
57 5217-1-53 细晶白云岩 21.176 30.808 394.07 497.78 0.00 0.00 74.29 21.93
58 5217-1-54 细晶白云岩 21.283 30.388 0.00 77.78 0.00 0.00 0.00 0.00
59 5217-1-55 细晶白云岩 20.69 29.339 0.00 155.56 52.70 0.00 229.05 8.77
60 5217-1-56 细晶白云岩 20.636 30.537 14.07 0.00 80.81 0.00 55.71 74.56
61 5217-1-58 细晶白云岩 20.568 30.458 21.11 0.00 68.51 0.00 49.52 65.79
62 5217-1-59 细晶白云岩 21.854 30.065 408.15 0.00 35.14 0.00 0.00 135.96
63 5233-1-71 细晶白云岩 17.721 26.242 0.00 0.00 14.05 490.00 136.19 0.00
64 5233-1-75 细晶白云岩 21.5 29.974 147.78 116.67 52.70 0.00 204.29 70.18
65 5233-1-76 细晶白云岩 20.356 28.638 0.00 684.44 110.68 12.17 37.14 92.11
66 5233-1-77 细晶白云岩 19.986 27.439 182.96 381.11 19.32 0.00 266.19 48.25
67 5233-1-78 细晶白云岩 21.493 29.016 0.00 0.00 0.00 0.00 61.90 127.19
68 5210-1-16 中晶白云岩 21.006 30.515 0.00 0.00 0.00 0.00 24.76 271.93
69 5210-1-17 中晶白云岩 21.137 30.527 0.00 0.00 0.00 0.00 18.57 92.11
70 5210-1-18 中晶白云岩 21.214 30.445 14.07 0.00 79.05 0.00 99.05 35.09
71 5210-1-19 中晶白云岩 21.07 30.313 0.00 684.44 221.35 581.30 0.00 228.07
72 5211-1-20 中晶白云岩 20.755 30.741 0.00 0.00 0.00 0.00 74.29 65.79
73 5211-1-22 中晶白云岩 20.698 30.252 0.00 0.00 80.81 0.00 1 801.43 127.19
74 5207-1-3 砂屑白云岩 20.637 29.766 640.37 0.00 86.08 0.00 1 962.38 100.88
75 5209-1-8 砂屑白云岩 21.044 29.793 555.93 0.00 19.32 0.00 1 417.62 0.00
76 5209-1-9 砂屑白云岩 21.185 29.746 281.48 0.00 1.76 0.00 1 504.29 280.70
77 5209-1-10 砂屑白云岩 20.621 29.431 0.00 0.00 193.24 611.74 3 089.05 144.74
78 5209-1-11 砂屑白云岩 20.811 29.834 295.56 645.56 395.27 2 106.09 55.71 70.18
79 5209-1-12 砂屑白云岩 21.434 29.479 0.00 0.00 7.03 0.00 136.19 245.61
80 5227-1-63 砂屑白云岩 20.958 30.466 295.56 0.00 0.00 0.00 1 652.86 0.00
81 5227-1-64 砂屑白云岩 21.332 29.775 63.33 186.67 70.27 88.26 965.71 0.00
82 5227-1-65 砂屑白云岩 21.057 30.06 492.59 567.78 17.57 0.00 761.43 149.12
83 5227-1-66 砂屑白云岩 20.569 29.878 358.89 116.67 68.51 0.00 482.86 127.19

3.3.2　碳氧同位素特征

柯坪南1井寒武系岩屑样品碳同位素δ13C值分布范围为-2.52‰~2.66‰，平均值为0.39‰（图8），其中玉尔吐斯组δ13C同位素并未出现明显的负偏，这可能与该层沉积厚度较薄有关。然而，肖一段、肖二段出现了明显的δ13C值负偏现象，氧同位素δ18O值介于-10.1‰~-4.08‰之间，平均值为-6.37‰，在δ13C、δ18O值纵向演化曲线上呈现频繁变化的锯齿状特征（图8）。
图8 柯坪南1井寒武系碳氧同位素演化曲线

Fig.8 The Cambrian δ13C，δ18O isotope evolution curves of Well Kepingnan 1

3.3.3　锶同位素组成特征

柯坪南1井肖尔布拉克组共获得3个样品的 87Sr/86Sr值，分别为0.710 324、0.711 242和0.711 183，显著高于同期全球海水的87Sr/86Sr值（约0.709）。说明柯坪南1井白云岩样品可能受壳源锶影响。

4 讨论

4.1　储层发育的主要控制因素

4.1.1　准同生期白云石化作用是储层发育的基础

柯坪南1井肖尔布拉克组具有较高Fe和Sr含量的白云质泥岩和砂屑白云岩，其Mn含量却相对较低（图7），而结晶白云岩具有较高的Mn含量和相对较低的Fe、Sr含量，说明结晶白云岩的白云石化作用可能发生在准同生—浅埋藏阶段。根据白云岩—水体的分离系数，从正常海水中沉淀的白云岩Sr含量的理论值为（470~550）×10-6［18］，白云石化过程是一个Sr的丢失过程，结晶白云岩中较低的Sr含量说明肖尔布拉克组白云岩已经发生了强烈的重结晶作用，原始结构不保存。而砂屑白云岩相对较高的Sr含量（平均为298×10-6）说明其白云石化作用不彻底，保留了一定的原始结构。从表4可以看出，白云质泥岩除具有较高的Fe含量外，还具有较高Al和Si含量，说明其较高的Fe含量［（1 890.2~3 315.1）×10-6］主要由陆源碎屑组分造成。
表4 柯坪南1井肖三段钻时信息

Table 4 The drilling time of the third member of Xiaoerbulake Formation of Well Kepingnan 1

井深/m 钻时/h 全烃/% 泥浆密度/（g/cm3） 泥浆黏度/（Pa·s）
5 171 26 0.05 1.45 126
5 172 25 0.052 1.45 126
5 173 33 0.052 1.45 126
5 174 16 0.055 1.45 126
5 175 15 0.095 1.45 126
5 176 14 0.126 1.45 126
5 177 13 0.132 1.45 126
5 178 22 0.122 1.45 126
5 179 25 0.279 1.45 126
5 180 19 0.103 1.45 126
5 181 18 0.092 1.45 126
5 182 20 0.098 1.45 126
5 183 20 0.095 1.45 126
5 184 21 0.099 1.45 126
5 185 21 0.089 1.45 126
5 186 17 0.103 1.45 126
5 187 21 0.103 1.45 126
5 188 21 0.094 1.45 126
5 189 18 0.095 1.45 126
5 190 23 0.1 1.45 126
5 191 21 0.104 1.45 126
5 192 21 0.1 1.45 126
正常海水中沉淀的白云岩Mn含量平均为1×10-6 ［19］。通常大气水中含有较高的Mn含量，并通过成岩蚀变进入到岩石中，有研究表明，海相碳酸盐岩成岩蚀变是一个Mn的获取过程和Sr的丢失过程［20-21］，柯坪南1井寒武系底部样品Mn含量较高［（87~137.7）×10-6］，反映出样品可能受大气淡水影响。
δ18O同位素主要受温度和大气淡水影响［22］，寒武纪海水δ18O值约为-9‰~-7‰，平均值为-8‰［19］（图9）。柯坪南1井肖尔布拉克组白云岩δ18O值分布范围为-10.1‰~-4.08‰，平均值为-6.37‰，δ18O值大多高于早中寒武世同期海水的δ18O值（图9），说明这些白云岩主要是在低温环境下形成并受到大气淡水的影响，其白云石化作用主要发生于准同生—浅埋藏阶段。
图9 柯坪南1井寒武系肖尔布拉克组白云岩δ13C、δ18O同位素交会图

Fig.9 The crossplot of δ13C，δ18O isotope of Cambrian dolomite in Xiaoerbulake Formation of Well Kepingnan 1

地质历史中未经成岩蚀变的、代表原始海水组成的海相碳酸盐的锶同位素组成及其演化是研究全球事件和进行全球对比的重要手段。海水中的锶同位素组成主要受壳源和幔源2个锶来源的控制：壳源锶主要由大陆古老岩石风化提供，87Sr/86Sr的全球平均值为0.711 9；幔源锶主要由洋中脊热液系统提供，87Sr/86Sr平均值为0.703 5［23］。新元古代早期海水87Sr/86Sr值非常低（<0.706 0），到中期逐渐上升，到埃迪卡拉纪时该值大于0.708 5。DENISON等［24］通过统计全球的实验数据，认为早—中寒武世全球海水的87Sr/86Sr值在0.709附近。柯坪南1井肖尔布拉克组共获得3个样品的87Sr/86Sr值显著高于同期全球海水的87Sr/86Sr值。说明柯坪南1井白云岩样品可能受壳源锶影响，进一步证明了肖尔布拉克组白云岩形成于准同生—浅埋藏期。
早期白云石化作用可以有效改善储层的储集性能：一是因为在CO3 2-来源局限的成岩背景下，白云石化实际可形成新的孔隙增量。有研究认为，灰岩发生白云石化作用时，2个方解石可以生成1个白云石晶体，由于1个白云石的摩尔体积（64.4 cm3）小于2个方解石的摩尔体积（73.9 cm3），因此在灰岩发生白云石化过程中可增加约13%的孔隙［25］，故发生白云石化的地层通常都能成为较好的储层。二是因为白云岩比灰岩具有更强的抗压实和抗压溶能力，随埋深增大，白云岩比灰岩更抗压实压溶，白云石化作用在孔隙保存中的作用可能更为显著［26］（图10）。白云石中Mg—O的离子间距小，链强度大，晶格能大，结晶力强，离子间链不易破坏，晶体的稳定性大；白云石晶胞体积小于方解石，单位体积内白云石的晶胞数比方解石多［27］，白云石的硬度也比方解石大。王振峰等［28］在研究西沙群岛西科1井白云岩特征时发现，在相似埋深情况下，灰岩普遍比白云岩疏松，甚至未固结，白云石稳定性高于方解石，因此在相同外界因素的作用下，白云石较方解石更不容易被压实，通过胶结作用和重结晶作用而使孔隙保存下来。
图10 灰岩、白云岩受压实作用变化模式（修编自文献［26］）

注：图中①②③④⑤仅代表地层编号

Fig.10 Change modes of compaction of limestone and dolomite （modified from Ref.［26］）

4.1.2　颗粒滩沉积微相是肖二段储层发育的关键

肖二段和肖三段是肖尔布拉克组储层发育的主要层段，其中肖二段气测显示最好，其主要岩石类型为颗粒白云岩，储集空间类型主要为粒间孔和粒内孔，为原生残余孔隙。大部分原生孔被硅质和白云石胶结充填，仅有部分孔隙空间保留［图5（g）］。肖二段储层主要受沉积环境控制，台缘颗粒滩是储层形成的关键。孔隙发育主要有3个原因：①颗粒灰岩原始孔隙较发育，后期发生白云石化后残余孔隙较多；②由于较好的原生孔，白云岩化流体更容易渗透到地层中使其发生白云石化作用，因此，由白云石化作用产生的增孔效应更明显；③颗粒滩形成的部位会形成古地貌建隆，而这些地貌高点更容易受到大气淡水淋滤而产生次生溶孔［29-30］。肖一段、肖二段出现了明显的δ13C值负偏现象，在δ13C、δ18O纵向演化曲线上也呈现频繁变化的锯齿状特征（图8），说明可能存在频繁的海进/海退过程，在这个过程中，海浪和风暴作用强烈，形成颗粒滩沉积。

4.1.3　构造破裂作用和准同生岩溶作用控制了肖三段储层发育

从柯坪南1井测井曲线上看，肖三段孔隙度最高，储层物性最好（图4）。镜下薄片观察发现，虽然肖三段颗粒白云岩不及肖二段发育，但其发育大量裂缝，且裂缝多充填沥青［图6（b），图6（e），图6（h）］，说明发生过油气充注作用。因此，肖三段储层主要受构造破裂作用控制。
从柯坪南1井肖尔布拉克组成像测井图上可以看出，肖三段还发育顺层溶蚀孔洞（图11）［31］，钻井过程中出现井漏，钻时迅速降低（表4）。从常规测井曲线上看，从肖二段到肖三段，深浅电阻率迅速降低、自然伽马值降低、中子孔隙度快速增大（图4），推测认为这些测井曲线变化由溶蚀孔洞和裂缝增加产生。在塔西北地区肖尔布拉克组野外露头上也发现了一套32 m厚的古喀斯特岩溶角砾岩［32］，发育大量溶蚀孔洞，就与层序界面附近的大气水溶蚀作用有关。同时，肖尔布拉克组结晶白云岩较高的Mn含量［（87~137.7）×10-6］、高于同期海水的δ18O同位素值（平均值为-6.37‰）和87Sr/86Sr值（平均值0.710 9），也说明准同生期受到大气淡水影响，可能发生准同生岩溶作用。由于肖三段白云岩含量较高，又发育溶蚀孔洞，因此，在印支期和喜马拉雅期构造运动过程中易于发生破裂形成裂缝型白云岩储层。同时，在印支期和喜马拉雅期，寒武系底部油气已经达到高—过成熟演化阶段，充注到裂缝中，形成沥青。
图11 柯坪南1井肖三段成像测井

Fig.11 The imaging well logging map of the third member of Xiaoerbulake Formation of Well Kepingnan 1

4.2　柯坪南1井成岩演化模式

根据岩石学特征和矿物的共生关系，重建了柯坪南1井肖尔布拉克组岩石的成岩序列（图12）。根据其成岩阶段划分为准同生阶段、早成岩阶段、中成岩阶段和晚成岩阶段，所对应的流体性质分别为大气淡水以及同生期海水、封存的卤水、深循环卤水和构造热卤水。在准同生阶段，发生准同生溶蚀作用和白云石化作用，形成铸模孔，同时，海底形成的泥晶套对铸模孔具有一定的保护作用［图5（e）］。随着地层埋藏加深，原生孔隙和准同生孔隙大幅度减少，准同生期形成的白云石具有一定的抗压实能力，减少孔隙的降低，是一种建设性成岩作用。当地层由浅埋藏转换为中、深埋藏成岩阶段，残余在孔隙中的卤水随着地层温度的增加而逐渐沉淀，发生埋藏胶结作用，堵塞孔隙空间，使大部分孔隙空间消失殆尽。
图12 柯坪南1井寒武系碳酸盐岩成岩历史及孔隙演化模式

Fig.12 The Cambrian carbonate diagenetic history and porosity evolution model of Well Kepingnan 1

印支期和喜马拉雅期2期构造运动造成地层抬升，岩石发生破裂形成裂缝型储层。同时由于地层抬升造成地层温度降低，原来对碳酸盐饱和或过饱和的流体变得不饱和而发生溶解，即倒退溶解［33］，也是造成储层孔隙增加的又一重要因素。无论从横向上与柯探1井、新苏参1井对比，还是纵向上与肖一段和肖四段对比，肖三段白云岩都更发育，灰岩和泥岩含量低，由于白云岩比灰岩脆性大，同时发育溶蚀孔洞，随着埋深加大，更易发生破碎而产生裂缝，从而形成裂缝型储层。因此，肖三段主要发育裂缝型储层。地球化学分析结果表明，寒武系共经历3期储层形成阶段，对应3次油气成藏期，分别是加里东晚期、晚海西期—印支期和喜马拉雅期［34］。

5 结论

通过塔西北地区柯坪南1井井下样品镜下观察、地球化学分析以及测井资料解释，详细刻画了塔西北地区寒武系肖尔布拉克组岩石学特征，并得出以下结论：
（1）肖尔布拉克组白云岩具有较高的Mn含量［（87~137.7）×10-6］、高于同期海水的δ18O值（平均值为-6.37‰）和87Sr/86Sr值（平均值为0.710 9），说明肖尔布拉克组白云岩发生于准同生—浅埋藏期。早期白云石化作用具有增孔效应，同时白云岩较强的抗压实能力有利于早期孔隙的保存。
（2）肖二段发育原始结构保留的颗粒白云岩，气测显示最好，储层发育主要受颗粒滩沉积环境控制；肖三段发育裂缝型白云岩储层，储层受构造破裂作用和准同生溶蚀作用控制。
（3）根据柯坪南1井成岩演化序列，其寒武系肖尔布拉克组储层主要受准同生岩溶作用、白云石化作用、构造破裂作用、埋藏胶结作用和硅质胶结作用等成岩作用控制，其中前三者为建设性成岩作用，后二者为破坏性成岩作用。

感谢新疆申能石油天然气有限公司提供井下样品及钻井资料，感谢西南石油大学完成了样品分析测试工作，感谢审稿专家提出的宝贵意见！

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