随着油气勘探向深层发展，7 000 m以深的超深层成为勘探重点。超深层古老碳酸盐岩储层的形成、保存和预测是关键难题。通过分析中国塔里木盆地奥陶系7 000 m以深已钻井资料，表征超深层碳酸盐岩储层发育特征及形成演化过程，发现高能沉积相带、准同生期暴露岩溶作用和断裂改造等控制了超深层碳酸盐岩储层的形成。通过地震属性提取，发现“串珠”状反射，提出了沿断裂带顺岩溶层钻探的方法，钻井成功率提高到了75%。建立了缝洞体定量雕刻与表征技术，形成了缝洞型油藏油气富集规律与井点优选方法。建立断层与缝洞型碳酸盐岩储层中孔洞的力学模型，开展数值模拟和理论分析，结果表明：随与断层面距离的增加，裂缝发育能力减弱；8 500 m以浅为碳酸盐岩储层优势分布区，8 500~9 200 m为有效分布区，9 200~9 500 m为一般分布区，11 000 m以深大型孔洞逐渐消亡；台盆区超深碳酸盐岩储层中古溶洞顶部形成抛物面型压力拱，阻碍溶洞的完全垮塌，以高跨比为1、矢高为8 m的抛物面型溶洞为例，其完全闭合深度在50 000 m以深。因此，碳酸盐岩洞穴储层勘探深度下限远远超过目前可钻深度。
塔里木盆地巴楚地区永安坝剖面蓬莱坝组发育粉晶白云岩、细中晶白云岩和粗晶白云岩3类白云岩。结合研究区沉积背景、白云岩特征和XRD测试结果认为3种白云岩代表不同的形成环境和
粉晶白云岩具中等有序度，平均有序度为0.75，晶胞参数偏离理想白云石，为灰泥经准同生快速云化，在浅埋藏期发生重结晶而成；细中晶白云岩具中等有序度，平均有序度为0.79，晶胞参数接近理想白云石，原岩为孔隙型颗粒灰岩，在准同生期发生白云石化作用，后经埋藏期白云石化作用调整具有埋藏白云岩的特征；粗晶白云岩具高有序度，晶胞参数接近理想白云石，原岩为颗粒灰岩，在中埋藏期受持续、充足的云化流体供给，结晶速度较慢，云化时间较长。受云化发生时期差异的控制，细中晶白云岩最有利于孔隙保存，构成有效储层。
自古城6井获得突破以来，塔里木盆地奥陶系鹰山组业已成为主力勘探层系，鹰三段是重点产层之一。钻井证实，古城地区奥陶系硅质含量普遍偏高。利用三维地震和钻测井资料，引入地震沉积学基本理论与方法，井震结合，应用-90°相位旋转、频谱分解、属性提取、RGB三色融合、主因子分析、回归拟合等技术手段，定量计算了目的层高硅质含量岩石平面分布，定性刻画了储层和断裂的平面特征，探讨了硅质含量与两者的对应关系。为了实现对硅质含量的定量计算和断裂储层的定性表征，将以上技术手段整合成“八步法”研究流程。研究表明，在研究区钻井中奥陶系鹰三段（以鹰三下亚段为主）广泛发育硅质，井内统计显示高硅质含量岩石厚度介于7.13~89.50 m之间，平均厚度为55.02 m；地震计算的厚度最大可逾百米，主要分布在研究区的东部。断裂（特别是长期活动断裂）是硅质的主控因素，断裂发育的地区高硅质含量岩石厚度大。硅质与储层的对应关系较为复杂，有效储层往往发育在高硅质含量岩石由厚减薄的地区。
塔里木盆地库车坳陷北部构造带具有巨大的油气勘探潜力，但储层物性平面差异性显著，控制因素不明确，制约了优质储层的预测。综合露头、岩心、薄片及成像测井资料，对库车坳陷北部构造带下侏罗统阿合组的储层特征进行了描述，分析了储层裂缝特征及形成期次，探讨了沉积、成岩和构造应力对储层的控制作用，明确了储层特征平面差异性的主控因素。结果表明：阿合组以灰白色中砂岩、粗砂岩和薄层砾岩为主，砂岩主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩；储集空间在露头区以粒内溶孔、裂缝和原生粒间孔为主，在井下以微孔隙和粒内溶孔为主；储层物性在平面上具有显著差异性。阿合组主要发育直立和高角度的剪切裂缝，充填程度较低；微观裂缝在露头区以粒缘缝为主，在井下以粒内缝为主；发育3期裂缝，形成于喜马拉雅晚期的裂缝有效性最好。沉积作用主控阿合组储层基质物性，压实作用是主要的减孔作用，溶蚀作用是主要的增孔作用，但都并非储层特征平面差异性的主导因素；古构造挤压应力具有减孔降渗和造缝增渗的双重效应，控制了阿合组储层特征的平面差异性。
奥陶系深层（鹰山组三、四段—蓬莱坝组）碳酸盐岩是塔里木台盆区重要勘探领域之一。2018年，塔中北斜坡G70井在奥陶系鹰四段测试获高产工业气流，塔中北斜坡奥陶系深层展示出广阔的勘探潜力。但目前对制约奥陶系深层勘探选区和目标优选的关键问题——深层优质储层特征尚不清楚，成储机制与储层分布也不明确。采用塔中北斜坡单井录井、测井、试油试井动态资料，综合利用地震资料开展塔中北斜坡鹰山组三、四段储层主控因素与优质储层分布。研究发现塔中北斜坡鹰山组三、四段岩石类型多样，包括石灰岩类、云灰过渡岩类、白云岩类，储集空间类型为洞穴、孔洞、裂缝，洞穴型、裂缝—孔洞型储层是研究区主要的储集类型；溶蚀组构选择性、岩溶地貌和走滑断裂作用共同控制了优质储层分布，并据此建立了层间岩溶叠加走滑断裂控储模式。依据优质储层地震反射特征，指出研究区鹰山组三、四段最有利储层发育区主要集中在塔中10号带以北岩溶斜坡叠加走滑断裂羽状破碎带发育区，为下步勘探优选区带。
轮南低凸起是塔里木台盆区油气勘探的重点地区，发育一系列受控于断裂的缝洞型油气藏。目前对该区断裂研究多是针对某一区块的研究，亟需进行全区系统梳理。基于轮南低凸起大量三维地震资料，采用断裂构造解析方法，开展研究区断裂类型、构造特征与形成演化分析。结果表明：轮南低凸起发育逆冲断裂、走滑断裂、张扭断裂3类断裂。逆冲断裂分布在研究区西北部、中部轮南地区，既有沿层滑脱型，也有基底卷入型逆冲断裂。走滑断裂是研究区主要的断裂类型，剖面上表现为高陡直立、正花状、半花状3种构造样式，平面上发育线性延伸、棋盘格式、辫状构造、马尾状构造4种构造样式，沿走向具有明显的分段性。张扭断裂主要分布在上古生界、中-新生界，断裂规模较小，剖面上呈阶梯状、堑垒式或负花状，平面上大多沿深层走滑断裂、逆断裂呈雁列式、斜列式展布。利用断层上下构造样式差异、卷入断裂构造变形地层时代、生长指数3种方法分别判定走滑断裂、逆冲断裂、张扭断裂活动期次，揭示研究区断裂演化主要经历中加里东期、早海西期、晚海西—印支期、燕山—早喜马拉雅期4期演化，断裂演化具有一定的继承性。
断裂是重要的油气储集空间和渗流通道，是油气地质研究的热点。塔里木盆地发育一系列NE向的走滑断层，其构造演化与形成机制有待深入研究。基于肖塘南地区三维地震资料开展走滑断裂构造特征、形成演化和成因分析。结果表明：①肖塘南地区发育深层走滑断裂、浅层张扭断裂2套断裂系统，深层走滑断裂剖面上为高陡直立或半花状、正花状构造，平面上多表现为线性延伸，断裂交会部分和弯曲部位发育一些分支断层。浅层张扭断裂剖面上为负花状构造，平面上分为NW20°、NE10°、NE30°共3组断层。②研究区断裂经历晚奥陶世走滑断裂、早石炭世张扭断裂2期活动。晚奥陶世走滑断裂为盆地西南缘强烈挤压作用下NE向先存基底薄弱带发生水平位移产生的压扭性走滑断裂。早石炭世张扭断裂是盆地东南缘阿尔金构造域斜向挤压作用下，深层走滑断裂活化产生的同向剪切断层、张性T破裂以及块体旋转产生的分支断层。研究认识对该区奥陶系缝洞型油气藏勘探具有一定的指导意义。
塔里木盆地塔东地区寒武系烃源岩是近年来诸多学者研究的热点，对其分布及认识还存在一定的分歧，已成为制约寒武系勘探及区带优选的重要因素。基于野外露头及盆地内钻井资料的认识，分析塔里木盆地寒武系烃源岩的沉积环境；根据沉积环境和形成年代，将塔东地区寒武系烃源岩分为缓坡型烃源岩和陡坡型烃源岩。缓坡型烃源岩是玉尔吐斯组同时期沉积的烃源岩，该类型烃源岩沉积主要受控于前寒武系古地貌，厚度中心位于满加尔坳陷西北侧，烃源岩厚度约为20~40 m；陡坡型烃源岩是早寒武世晚期—晚寒武世台缘斜坡—盆地沉积环境发育的烃源岩，主要发育在满西地区轮南—古城弧形条带内，最大厚度约为150 m。结合塔东地区2类烃源岩的分布特征，优选轮南地区盐下白云岩及古城低凸起北部中上寒武统台缘带为塔东地区有利勘探区带。
利用野外露头、钻井资料结合震旦系—寒武系展布与岩相组合特征，提出鄂西—渝东地区发育“城口—巴东—五峰”克拉通内裂陷：①裂陷呈“沙漏”状近南北向展布，东西宽为60~280 km，南北长约为400 km；②裂陷形成于震旦纪陡山沱期，灯影期裂陷继承性发育，早寒武世早期为裂陷发育的鼎盛期，衰退于早寒武世中晚期，消亡于中寒武世；③受裂陷演化控制，裂陷内发育陡山陀组、筇竹寺组厚层优质烃源岩，其两侧发育灯影组、龙王庙组优质丘滩相及颗粒滩相白云岩储层，其中灯影组储层厚55~100 m，龙王庙组储层厚22~57 m。指出巫溪—奉节地区位于灯影组、龙王庙组丘滩相储集体叠合发育区，毗邻生烃中心，易形成旁生侧储、下生上储的有效成藏组合，应作为川东地区下步勘探的靶区。
马五41a小层是鄂尔多斯盆地奥陶系天然气勘探新层系，有望成为继马五1+2风化壳气藏后又一个储量产量规模增长区。为此，依据钻井岩心、微观薄片、阴极发光、物性数据和地球化学特征等资料，研究鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马五41a储层特征及成因。结果表明：①马五41a储层岩性为含硬石膏细粉晶白云岩，储集空间主要为硬石膏结核溶模孔，含少量硬石膏晶体铸模孔和微裂缝，平均孔隙度为5.54%，平均渗透率为1.53×10-3 μm2；②储层孔隙经历了硬石膏沉淀，大气淡水溶蚀作用，中晶方解石、石英、中—粗晶白云石和巨晶方解石充填作用和破裂作用；③古地貌控制的差异溶蚀作用与差异充填作用控制了储层的平面分布。综合分析认为，榆林—靖边—延安以西的沉积古地貌高部位与岩溶斜坡叠合区域和红墩界—青阳岔地区储层溶蚀作用强，充填程度低，是优质储层的分布区，为下一步勘探部署提供了理论依据。
下寒武统肖尔布拉克组是塔里木盆地寒武系盐下领域主要勘探目的层之一，然而当前沉积相及储层成因认识不深制约了勘探的突破。以柯坪地区肖尔布拉克剖面为对象，在野外实测描述的基础上，优选样品开展了碳氧稳定同位素、锶同位素、白云石有序度、微量元素、稀土元素、U-Pb同位素定年和团簇同位素分析。结果表明：①肖尔布拉克组主要发育层纹石、凝块石、黏结颗粒、泡沫绵层石和叠层石5种微生物白云岩，自下而上的岩相组合特征可将其分为3个段5个亚段，整体构成一个三级层序；②柯坪地区早寒武世肖尔布拉克组沉积期整体处于温热—干热气候，相对正常—较高海水盐度、水体向上逐渐变浅和氧含量逐渐增加的海洋环境，发育碳酸盐缓坡背景下的外缓坡微生物层—中缓坡微生物丘—内缓坡微生物丘滩—潮坪沉积序列；③白云岩形成于准同生—浅埋藏期相对较低温度环境，白云石化流体为具有较高盐度的海水；④储层储集空间类型主要为原生微生物格架孔和受早表生期大气淡水溶蚀作用改造的溶蚀孔洞，沉积微相、高频层序界面和早期白云石化作用是控制储层发育的主要因素。研究成果可以为该领域岩相古地理编图和储层分布预测提供依据。
奥陶系鹰三段是塔里木盆地古城地区的主力储集层段，但硅质岩发育，导致储层变差。镜下观察揭示研究区硅质岩主要为残余结构硅质岩；地球化学分析结果显示硅质岩在Al—Fe—Mn三角图中位于热液沉积区域，且Al/(Fe+Mn+Al)值、(Fe+Mn)/Ti值、Y/Ho—Th/U关系、ΣREE值、LREE/HREE值、δCe值及δEu值均与热液成因的硅质岩地球化学指标相吻合；同时Si同位素、O同位素及其相关关系与交代成因的硅质岩和成岩石英的地球化学指标相吻合。以上特征表明，研究区硅质岩为成岩后的热液交代成因。结合区域地质资料，研究区早加里东期发育断穿基底的NE向断裂，为热液流体提供了运移通道。二叠纪末期，塔里木盆地发生大规模的火山活动，为碳酸盐岩的硅化提供了热液和硅质来源。硅质热液沿NE向断裂及其伴生裂缝广泛进入鹰三段与碳酸盐岩发生反应，硅质热液交代碳酸盐岩沉积物并沉淀形成硅质岩。
烃源岩是油气勘探的物质基础，其质量和规模决定了油气资源潜力。沉积环境是原始生产力、营养物质供应、水体氧化还原条件及古气候等信息的综合反映，对优质烃源岩形成与分布起着重要的控制作用。然而，随着油气勘探不断向深层和超深层领域拓展，烃源岩经历的埋深和热演化程度随之增加，导致生物标志物及干酪根显微组分等反映成烃母质信息及沉积环境的常规地球化学指标失去指示意义。氮稳定同位素记录了氮循环的原始信息，是重建古海洋环境，探讨地史时期环境与生物演化关系，以及指示气候变化的可靠指标，在重建古老烃源岩形成环境、油源对比等方面也具有很好应用前景。在充分调研基础上，系统总结了海洋中的氮循环过程及氮同位素分馏效应，分析了沉积岩中氮同位素组成分布特征及其控制因素。
为了更好地表征塔里木盆地肖尔布拉克组碳酸盐岩丘滩复合体的地质地震特征，为预测提供依据，以塔里木盆地西北部柯坪地区28 km长的大尺度露头区为研究对象，通过实测7条剖面，在超过1 000块薄片及56个样品岩石物理采集分析基础上，系统研究了丘滩复合体的岩石类型、内部结构及纵横向展布特征，建立了地震尺度的露头地质模型;以露头地质模型为基础开展地震正演模拟研究，模拟不同频率下丘滩复合体的地震响应，并系统总结其地震反射特征。结果表明:肖尔布拉克组丘滩复合体主要发育于碳酸盐岩缓坡沉积体系的内缓坡，丘主要以黏结结构藻丘和泡沫绵层石丘为主，滩主要以藻砂屑滩为主。地震正演模拟研究结果揭示地震资料的高频成分能表征丘滩体的内部结构及外部形态，丘表现为高频、强振幅、较连续反射，丘状外形，充填结构；滩表现为中—高频，中—强振幅，连续席状反射，内部斜交叠置。通过基于露头地质模型的地震正演模拟揭示的丘滩体地震反射特征，在塔中三维地震区肖尔布拉克组丘滩体地震刻画中取得了较好的效果。
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