一种碳酸盐岩储层成因判识方法

摘要

本发明提供了一种碳酸盐岩储层成因判识方法。该方法包括以下步骤：步骤①：系统观察、采集碳酸盐岩储层目的层段的碳酸盐岩基质及缝洞充填物样品并制成分析测试样品；步骤②：对分析测试样品进行多参数地球化学分析；步骤③：根据分析数据建立Fe-Mn含量交会图、碳-氧同位素交会图、氧-锶同位素交会图；步骤④：根据步骤①得到的观察结果和步骤③得到的交会图，结合区域地质背景确定碳酸盐岩储层的成因类型；步骤⑤：根据步骤②得到的分析数据、步骤③得到的交会图、以及步骤④得到的成因类型建立地球化学判识图版。该方法可以快速准确的判识出储层成因，对于深层碳酸盐岩储层分布规律的研究及下一步的勘探部署具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳酸盐岩储层成因判识方法，属于石油天然气勘探技术领域。

背景技术

碳酸盐岩油气田在世界油气资源中占据重要地位，其常规储量约占全球油气储量 的一半以上。近年来我国针对海相碳酸盐岩的油气勘探已取得显著成果，相继在鄂尔 多斯盆地、塔里木盆地、四川盆地的海相碳酸盐岩地层中发现了多个大中型油气田， 显示出巨大的勘探潜力。由于碳酸盐岩储层类型多样、非均质性强，且极易受后期成 岩流体改造，形成复杂的孔-洞-缝系统，导致储层成因识别困难重重，进而影响对储 层主控因素的判断，并在一定程度上制约着勘探的部署。

传统的碳酸盐岩储层成因识别主要根据其岩相学特征，特别是孔隙是否具有组构 选择性以及胶结物形态特征等，如具有组构选择性孔隙的储层往往被认为是同生期大 气水选择性溶蚀作用的结果，可以确定其成因为同生岩溶储层。但对于由非组构选择 性孔隙或部分组构选择性孔隙组成的储层，例如溶蚀孔洞型储层或缝洞型储层，其成 因可以与层间岩溶、表生岩溶和热液岩溶等多种溶蚀作用有关，因而就不能仅仅依靠 岩相学特征判识其成因。由于碳酸盐岩储层中缝洞充填物和胶结物的地球化学特征 (如同位素和微量元素)与改造孔隙的成岩流体和成岩环境密切相关，因此可以利用 这些缝洞充填物的地球化学信息来判识碳酸盐岩储层形成机制。

近年来也有不少学者开始利用地球化学指标来判断碳酸盐岩储层成因，如 CN102071929A公开了一种白云岩储层地球化学图版生成方法，但该方法主要是针对 碳酸盐岩中的白云岩储层进行的研究，并没有包含所有碳酸盐岩储层的成因，特别是 以溶蚀成因为主的碳酸盐岩储层的识别；CN103776981A公开了一种岩溶期次的判别 方法，提出利用岩溶充填物的碳氧同位素和包裹体均一温度判别岩溶期次，但该方法 主要针对岩溶期次进行判断，并没有涉及不同成因类型碳酸盐岩储层的识别。

综上所述，现有技术主要是利用岩相学特征对碳酸盐岩储层特征进行描述，或是 利用地球化学参数针对某一种碳酸盐岩储层(如白云岩储层)或岩溶期次进行研究， 都存在适用条件苛刻、适用范围较窄或是对地球化学数据所包含地质信息的挖掘不够 深入、未能将多种地球化学数据与区域地质背景充分融合的问题，总体而言，缺乏一 套系统的针对不同成因类型碳酸盐岩储层的判识方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碳酸盐岩储层成因判识方法， 通过该方法能够更全面地认识碳酸盐岩储层的形成机制，并能够通过地球化学判识图 版快速而准确的分析出碳酸盐岩成因类型，为碳酸盐岩储层的分布及勘探提供有效依 据。

为达到上述目的，本发明提供了一种碳酸盐岩储层成因判识方法，其包括以下步 骤：

步骤①：系统观察、采集碳酸盐岩储层目的层段的碳酸盐岩基质及缝洞充填物样 品并制成分析测试样品；

步骤②：对所述分析测试样品进行多参数地球化学分析，包括电子探针、碳-氧 同位素、锶同位素，获得分析数据；

步骤③：根据分析数据建立Fe-Mn含量交会图、碳-氧同位素交会图、氧-锶同位 素交会图；

步骤④：根据步骤①得到的观察结果和步骤③得到的交会图，结合区域地质背景 确定碳酸盐岩储层的成因类型；

步骤⑤：根据步骤②得到的分析数据、步骤③得到的交会图以及步骤④得到的成 因类型建立地球化学判识图版。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，所述步骤①还包括对缝 洞充填物样品的特征的详细研究，该详细研究是指确定所采集的缝洞充填物样品的产 状、充填矿物类型以及作用期次等。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，在所述步骤①中，制成 分析测试样品是指将所采集的样品制备成电子探针薄片以及配对的副样。具体的样品 制备方式可以参考本领域的常规方式进行。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，所述步骤②还包括在电 子探针薄片上对需要测试的部位进行圈定，并利用微钻对副样上的相同位置实施微区 取样，然后分别进行电子探针、碳-氧同位素和锶同位素测试，其中，所述电子探针 分析生成的数据为Fe、Mn元素的含量；碳-氧同位素分析生成的数据为δ¹⁸O值和δ¹³C 值；锶同位素分析生成的数据为⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，步骤③所得到的Fe-Mn含量交 会图、碳-氧同位素交会图、氧-锶同位素交会图主要是对数据的展示，并未赋予其实 际地质意义，在后续的步骤中会根据这些交会图进行数据处理以得到相应的结果。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，步骤④主要是结合岩石特征及地 球化学分析结果，在区域地质背景的约束下确定碳酸盐岩储层成因类型。具体的确定 方式可以参考本领域的常规方式进行。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，在步骤⑤中，所制作的 地球化学图版包括Fe-Mn含量交会图、碳-氧同位素交会图、氧-锶同位素交会图。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，所述步骤⑤包括：

根据所述分析数据及所述碳酸盐岩储层成因类型建立对应关系表；

根据对应关系表对Fe-Mn含量交会图、碳-氧同位素交会图、氧-锶同位素交会图 进行标定，建立不同成因类型碳酸盐岩储层的地球化学判识图版。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，所述Fe-Mn含量交会 图、碳-氧同位素交会图、氧-锶同位素交会图均采用直角坐标系，所述Mn含量使用 对数坐标。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，所述步骤④包括：根据 步骤①中得到的岩心观察结果确定缝洞充填物类型及产状，根据步骤③中获得的 Fe-Mn含量识别成岩环境、碳-氧-锶同位素值确定成岩流体信息，根据地质背景信息， 综合确定所述碳酸盐岩储层的成因类型。其中，所述地质背景信息优选包括储层发育 段的沉积特征、与上覆地层接触关系以及与断裂的距离等。

在本发明提供的碳酸盐岩储层成因判识方法中，优选地，对碳酸盐岩储层成因进 行识别时按照以下步骤进行：

对待测碳酸盐岩储层进行地球化学数据分析；

将测试的地球化学数据投影到所述不同成因类型碳酸盐岩储层的地球化学判识 图版中，判别其所处的划定区域，然后辅以地质背景资料，进而判别出储层成因类型。

对于待测碳酸盐岩储层进行的地球化学数据分析可以按照常规方式进行，主要包 括电子探针、碳-氧同位素和锶同位素测试，其中，电子探针分析生成的数据为Fe、 Mn元素的含量；碳-氧同位素分析生成的数据为δ¹⁸O值和δ¹³C值；锶同位素分析生 成的数据为⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值。

本发明提出了一种地质与地球化学相结合的方法，根据井下岩心的系统观察，以 区域地质背景为约束，利用缝洞充填物的微量元素判别成岩环境、碳-氧-锶同位素判 断成岩流体，建立了不同成因类型碳酸盐岩储层的地球化学判识图板，充分挖掘出了 多种地球化学数据中所蕴含的地质信息，实现了深层碳酸盐岩储层形成机制的准确识 别；在深层钻井取心较少的情况下，辅以区域沉积、构造演化等地质背景资料，可以 快速准确的判识出储层成因，对于深层碳酸盐岩储层分布规律的研究及下一步的勘探 部署具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例1的碳酸盐岩储层成因判识方法流程图；

图2为本发明实施例1的碳酸盐岩储层成因判识方法的实施过程示意图；

图3为本发明实施例1的碳酸盐岩储层成因的Fe-Mn含量判识图版；

图4为本发明实施例1的碳酸盐岩储层成因的碳-氧同位素判识图版；

图5为本发明实施例1的碳酸盐岩储层成因的氧-锶同位素判识图版。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种碳酸盐岩储层成因判识方法，其目的在于更全面认识塔里木 盆地深层碳酸盐岩储层的形成机制(主要是Z3井、Z4井、TS1井、YQ6井、Z19井、 Z15井下古生界碳酸盐岩储层)，并通过地球化学图版进行较快速的碳酸盐岩储层成 因判识，结合沉积及构造演化背景分析不同成因类型储层的展布规律，进而有效指导 碳酸盐岩油气藏勘探。

本实施例提供的判识方法的流程如图1所示，其包括以下步骤：

①系统观察、采集碳酸盐岩储层目的层段基质及缝洞充填物样品并制样；

②对上述样品进行多参数地球化学分析，包括电子探针、碳-氧同位素、锶同位 素，生成分析数据包；

③根据测试结果(即分析数据包)建立Fe-Mn交会图、碳-氧同位素交会图、氧- 锶同位素交会图；

④根据步骤①得到的观察结果和步骤③得到的交会图，再结合区域地质背景确定 碳酸盐岩储层成因类型；

⑤根据分析数据及成因类型建立地球化学判识图版。

本实施例的详细步骤如图2所示，其包括：

1、系统的岩心观察，对典型现象进行取样制样：

岩心观察主要是对岩石类型、岩石结构、沉积构造、各种成岩现象、储集层特征 以及孔洞充填物类型和产状等进行描述记录；在此基础上，对不同区域、不同类型碳 酸盐岩储层的基质和缝洞充填物进行系统取样，随后将所采集样品制备成电子探针薄 片并保留配对副样，以供其他分析测试使用。

2、对上述样品进行多参数地球化学分析，包括电子探针、碳-氧同位素、锶同位 素等，获得分析数据：

对样品进行地球化学分析测试，首先利用显微镜对薄片样品进行微观观察，进一 步识别缝洞充填物的产状和类型(如裂缝方解石、溶洞嵌晶方解石、裂缝鞍形白云石 等)，然后在薄片上对需要分析的缝洞充填物进行圈定，同时圈定缝洞充填物周围未 经明显改造的基质部分，进行电子探针分析，获得Fe、Mn元素的含量；其次，利用 微钻对副样上的相同位置实施微区取样，进行碳-氧同位素和锶同位素分析，其中， 碳、氧同位素分析生成δ¹⁸O值和δ¹³C值；锶同位素分析生成⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值。

3、根据分析结果建立Fe-Mn元素交会图、碳-氧同位素交会图和氧-锶同位素交 会图：

上述交会图中，Fe含量和Mn含量、δ¹⁸O值和δ¹³C值、δ¹⁸O值和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值均 为直角坐标系，其中，Mn含量使用对数坐标作图；另外，这些交会图仅仅是对数据 的展示，并没有将其赋予实际地质意义。

4、根据步骤①和步骤③，再结合区域地质背景确定碳酸盐岩储层成因类型，其 中，步骤①中对岩心的直接观察主要是确定缝洞充填物类型及产状等特征；步骤③的 地化分析结果中，主要利用Fe-Mn含量识别成岩环境、利用碳-氧-锶同位素确定成岩 流体信息；

步骤4中的区域地质背景包括储层发育段的沉积特征、与上覆地层接触关系以及 与断裂的距离等因素。根据步骤4对取心段碳酸盐岩储层成因进行综合分析，主要识 别出以下三类储层成因类型：

Z3井、Z4井目的层取心段发育大量高角度溶蚀缝和非组构选择性中-大型溶蚀孔 洞，还可见岩溶角砾化、风化裂隙、砂泥质充填孔洞等岩溶现象，初步认为其储层成 因与表生岩溶有关；Fe、Mn含量分析发现(Fe含量218～1128μg/g，平均461μg/g； Mn含量93～1193μg/g，平均492μg/g)，该区缝洞方解石的具有明显较高的Mn含量 和相对较高的Fe含量，由于锰比铁在氧化条件下更易进入方解石晶格，因此判断其 形成环境为表生阶段的氧化环境；另外，Z3、Z4井缝洞方解石的碳-氧-锶同位素组 成明显有别于基质碳酸盐岩，具有极低的δ¹⁸O值(-15.2～-8.9‰，平均-11.2‰)和δ¹³C 值(-4.4～-0.9‰，平均-3.1‰)，尤其是明显偏轻的碳同位素值直接反映了大气淡水 作用过程中大量有机碳的参与；同时，较高的锶同位素值(0.71598～0.70971，平均 0.71081)预示着富⁸⁷Sr壳源锶的混入，是大气淡水长期流经上覆碎屑岩地层的响应； 结合该区目的层段(下奥陶统碳酸盐岩)与上覆石炭系碎屑岩呈角度不整合接触、其 间缺失上奥陶统和志留-泥盆系沉积物的宏观地质背景，进一步证实该区储层经历了 长期的暴露溶蚀改造，应属于表生岩溶型储层。

TS1和YQ6井缝洞充填物均取自寒武系地层中，储层发育段未见明显的角度不 整合接触，推测成因可能与短期暴露形成的层间岩溶或是埋藏热液岩溶有关，岩心观 察缝洞充填物中有大量鞍形白云石存在，初步判识热液岩溶可能性更大；Fe、Mn含 量分析发现，缝洞充填物较基质部分具有明显较高的Fe、Mn含量(其中Fe含量490～ 2543μg/g，平均1195μg/g；Mn含量23～418μg/g，平均125μg/g)，应属于埋藏阶段还 原环境下的产物；另外，这两口井缝洞充填物δ¹⁸O值(-14.3～-7.9‰，平均-10.9‰) 为明显的负值，但δ¹³C值(-2.0～0.1‰，平均-1.7‰)变化不明显，说明成岩流体具 有高温的特征；同时，相对较高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值(0.71216～0.70883，平均0.70957)进 一步说明成岩流体来自于深部，并流经下寒武统或前寒武系碎屑岩；再结合地震剖面 上储层发育段与近直立的走滑断层距离较近的现象，综合分析认为该套储层成因为断 裂控制的热液岩溶型储层。

Z19和Z15井储层段为中下奥陶统灰质白云岩，岩心观察储集空间以非组构选择 性的中-小型溶蚀孔洞为主，伴随不规则状或网状溶蚀缝，常见亮晶方解石半充填， 偶见灰绿色泥质；微量元素方面，缝洞充填物Fe、Mn含量(其中Fe含量202～747μg/g， 平均520μg/g；Mn含量15～178μg/g，平均71μg/g)相对基质而言并未明显增加，说 明溶蚀作用主要发生于近地表氧化条件下；碳氧同位素方面，缝洞方解石的δ¹⁸O值 (-11.6～-6.0‰，平均-8.9‰)偏负而δ¹³C值(-2.0～0.1‰，平均-1.0‰)仅略微偏负， 应与岩溶作用时间较短、未能形成大面积地表土壤层、有机碳供给有限有关；另外， 该区大部分缝洞方解石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值(0.70970～0.70835，平均0.70871)也与基质相 似，仅个别样品⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值略有升高，说明缝洞方解石的Sr同位素组成主要继承自 下奥陶统碳酸盐岩地层的重溶锶，成岩流体并未流经碎屑岩地层；再结合该区储层发 育段与上覆碳酸盐岩地层为平行不整合接触的宏观地质背景，认为其储层形成过程主 要与相对短期的大气淡水溶蚀有关，因此属于一套层间岩溶储层。

根据碳酸盐岩储层段岩心特征、Fe、Mn含量、碳-氧-锶同位素以及区域地质背 景的综合分析，确立了塔里木盆地下古生界碳酸盐岩储层的三类主要成因类型，包括 I-表生岩溶储层、II-热液岩溶储层、III-层间岩溶储层，并通过地球化学数据与不同成 因类型储层中缝洞充填物之间的映射关系，建立了碳酸盐岩储层成因类型与地球化学 参数之间的对应关系表(表1)。

表1碳酸盐岩储层成因类型与地球化学参数对应关系表

储层成因 Fe(μg/g) Mn(μg/g) δ¹⁸O_PDB(‰) δ¹³C _PDB(‰) ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr I-表生岩溶 218～1128 93～1193 -15.2～-8.9 -4.4～-0.9 0.71598-0.70971 II-热液岩溶 490～2543 23～418 -14.3～-7.9 -2.9～-0.3 0.71216-0.70883 III-层间岩溶 202～747 15～178 -11.6～-6.0 -2.0～0.1 0.70970-0.70835 IV-基质 56～492 10～108 -8.8～-4.5 -1.9～0 0.70910-0.70788

(1)与表生岩溶有关的缝洞充填物的Fe、Mn含量范围分别为218～1128μg/g、 93～1193μg/g，δ¹⁸O值和δ¹³C值分布范围分别为-15.2～-8.9‰、-4.4～-0.9‰；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值范围为0.71598～0.70971；

(2)与热液岩溶有关的缝洞充填物的Fe、Mn含量范围分别为490～2543μg/g、 23～418μg/g，δ¹⁸O值和δ¹³C值分布范围分别为-14.3～-7.9‰、-2.9～-0.3‰；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值范围为0.71216～0.70883；

(3)与层间岩溶有关的缝洞充填物的Fe、Mn含量范围分别为202～747μg/g、 15～178μg/g，δ¹⁸O值和δ¹³C值分布范围分别为-11.6～-6.0‰、-2.0～0.1‰；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值范围为0.70970～0.70835；

根据对应关系表对Fe-Mn含量交会图、碳-氧同位素交会图、氧-锶同位素交会图 进行标定，建立不同成因类型碳酸盐岩储层的地球化学判识图版，包括Fe-Mn含量 判识图版(图3)、碳-氧同位素判识图版(图4)、氧-锶同位素判识图版(图5)。

根据本发明的具体实施方案，本发明的碳酸盐岩储层成因判识方法在具体实施 时，应用地球化学图版对储层成因判别首先通过地球化学数据标定，将测试的样品值 投影到图版中，然后辅以地质背景资料，进而判别出碳酸盐岩储层的成因类型。