0 前言
塔里木盆地下古生界碳酸盐岩具有厚度大、分布范围广的特点，其厚度超过2 000 m，蕴含着丰富的油气资源[1-3]，其中，上寒武统下丘里塔格组广泛发育厚层白云岩，厚度近千米[4]。1995—2005年期间，位于塔北隆起牙哈断裂背斜带的牙哈5井和位于轮台凸起的英买32井在下丘里塔格组相继获得高产油气流，打开了潜山白云岩油气勘探的新局面，并一直开采至今；此后，针对下丘里塔格组白云岩的勘探未有大的突破。2023年，托探1井在库车坳陷南部斜坡带温宿—西秋地区的下丘里塔格组潜山白云岩中获得重大突破，7 mm油嘴放喷求产，折日产油167 m³，日产气3.86×104 m³[5]；同年，位于塔北隆起西部喀拉玉尔衮构造带的雄探1井在下丘里塔格组潜山内幕白云岩中取得了重大油气勘探突破，经酸压改造8 mm油嘴求产，折日产油249 m³，折日产气17.79×104 m³，首次在塔北西部地区获得海相高产油气流，揭示了该地区下丘里塔格组白云岩领域具备广阔的勘探前景，有望成为新的油气增储和上产的重要层系[6]。
本文以塔里木盆地西北缘柯坪露头区肖尔布拉克剖面为研究对象，在对上寒武统下丘里塔格组进行精细实测与描述的基础上，采集样品224块，制作铸体薄片223块，开展了物性测试、碳氧同位素、U-Pb同位素定年等微区多参数地球化学分析，系统分析了下丘里塔格组岩相特征、沉积演化序列、储层特征和储层发育的主控因素，以期为塔北西部寒武系白云岩领域有利勘探区带的评价及井位部署提供基础地质依据。
1 区域地质概况
塔里木盆地位于中国新疆维吾尔自治区的南部，是一个夹持于西北部天山山脉和昆仑山脉之间的大型含油气叠合盆地，盆地内部具南北分带、东西分块的构造特征，面积为56×104 km2。塔里木盆地在形成、演化过程中经历了多期构造变形，造就了如今高低起伏、地形复杂、“四隆五坳”的构造格局（图1a，1b）[11-12]。在早寒武世期间，塔里木板块总体处于拉张构造背景下，受震旦纪—寒武纪之交的柯坪运动的影响，塔里木盆地在寒武纪的沉积格局为“西台东盆、南隆北坳”，整体表现为较稳定的碳酸盐台地[13]。塔北隆起位于塔里木盆地北部，北邻库车坳陷，南接北部坳陷，东起柯坪断隆，西至库鲁克塔格断隆，是油气最富集的一级单元之一。在中寒武世期间，随着台地“桶状”结构的发育及古气候逐渐演变为干旱炎热的环境，开始广泛发育厚层蒸发膏盐岩[14-15]。在上寒武统下丘里塔格组沉积期，由于气候变得湿润，全球海平面逐渐升高，在塔北西部地区主要呈现出局限台地—台地边缘沉积特征，以发育白云岩组合为主。在早奥陶世沉积期，继承了寒武系下丘里塔格组沉积期的局限台地—台地边缘沉积格局，主要发育一套灰云岩组合[16-17]。
2 地层与沉积特征
2.1 地层特征
肖尔布拉克剖面下丘里塔格组出露完整，实测总厚度为350 m，依据颜色、岩性、构造、厚度及孔洞发育情况等特征，可将下丘里塔格组划分为6个段（图2）。
3段厚84.5 m，岩性以中层状—块状颗粒白云岩、丘状凝块石白云岩（图3d）、丘状叠层石白云岩为主，其中丘状凝块石白云岩占比较高，整体越往上颗粒白云岩的颜色越浅，层厚越大，局部夹灰色—深灰色薄—纹层状层纹石白云岩。颗粒白云岩的单层厚度为0.5~1.0 m，丘状凝块石白云岩的单层厚度为0.1~0.5 m，丘状叠层石白云岩的单层厚度为0.1~0.4 m。
4段厚103.1 m，岩性以灰色中层状—块状颗粒白云岩和丘状凝块石白云岩为主，丘状叠层石白云岩次之，其中颗粒白云岩和凝块石白云岩占比相当，中部夹一套灰色薄层状层纹石白云岩（图3e）。颗粒白云岩的单层厚度为0.5~1.0 m，丘状凝块石白云岩的单层厚度为0.1~0.4 m，丘状叠层石白云岩的单层厚度为0.1~0.3 m。
2.2 岩相组合
4段整体以“丘状凝块石-丘状叠层石”（4e）和“丘状凝块石-颗粒白云岩-丘状叠层石”（图4g）组合为主，单旋回厚约3~8 m，总厚约110 m；该段整体发育的沉积环境与3段相似，包括4种岩性，高频旋回多由2种岩性组成，叠层石厚度仍占据一定比例。
2.3 相序特征
前人在综合地震、钻井、测井、野外露头及碳同位素年代地层等资料分析的基础上，将塔里木盆地下丘里塔格组划分为3个三级层序[8]或4个三级层序[19-22]。不同学者所采用的层序级别划分标准及利用的主要资料（露头剖面、地震资料等）不同，造成三级层序划分存在差异。根据杭州地质研究院井震结合的层序地层研究新认识，将塔北地区上寒武统划分为4个三级层序（SQ7、SQ8、SQ9、SQ10）[23]，塔北西部发育寒武系继承性古隆起，自东向西逐渐缺失SQ10和SQ9层序。依据区域不整合、地层岩性界面转换关系，并结合相序组合特征，露头区可划分为SQ7和SQ8两个三级层序，其中SQ7对应1段和2段，SQ8对应3段至6段（图2）。
SQ8层序主要发育岩相组合C、E、F和G，与SQ7层序相比其溶蚀孔洞发育相对减少，泥质白云岩已不可见，层纹石白云岩仅在下部发育；SQ8下部以发育凝块石丘和叠层石丘微相为主，至SQ8上部，颗粒白云岩含量逐渐增多，以发育丘状凝块石丘和颗粒滩为主；SQ8顶界面以下发育8~10 m厚层风化壳，见明显的溶蚀孔洞被充填，地层破碎严重，而上覆的蓬莱坝组分层性明显（图2e，2f）。总体上，SQ8层序反映了由潮坪亚相逐渐过渡为台内滩亚相的沉积演化特征，主要发育潮下带（凝块石丘）、台内滩（颗粒滩）和潮间带（叠层石丘）微相。
总而言之，SQ7层序的沉积环境为潮坪亚相，主要发育叠层石丘、凝块石丘和少量的滩体；SQ8层序的沉积环境为潮坪亚相和台内滩亚相，相较于SQ7，颗粒滩含量逐渐增多；SQ7—SQ8自下而上整体反映了潮坪亚相向台内滩亚相转换的演化特征。
3 储层特征
3.1 储集空间类型
肖尔布拉克剖面下丘里塔格组的储集空间类型主要为基质溶孔、溶蚀孔洞及角砾间孔缝（图6）。
角砾间孔缝主要包括溶蚀作用形成的垮塌裂缝、溶缝以及构造缝和溶蚀缝（图6h，6i），在研究区它们既可以作为储集空间，又可以作为流体运移的通道。
3.2 储层物性特征
3.3 储层垂向分布特征
按不同层段对物性测试结果进行统计分析，结果表明（图7a）：1段储层的孔隙度范围为1.76%~12.75%，平均值为5.37%；2段储层的孔隙度范围为0.99%~9.49%，平均值为4.62%；3段储层的孔隙度范围为1.18%~6.81%，平均值为3.53%；4段储层的孔隙度范围为1.37%~5.13%，平均值为2.76%；5段储层的孔隙度范围为2.11%~8.92%、平均值为4.22%；6段储层的孔隙度范围为1.77%~6.31%，平均值为2.93%，但由于柱塞取样不能反映角砾白云岩的真实物性，因此6段储层的真实物性要比测试数据更高。从频率直方图来看（图7b），1段、2段的孔隙度≥2.5%的样品占比分别高达39%和42%，孔隙度≥4.5%的样品占比分别为48%和46%；此外，5段储层孔隙度≥4.5%的样品占比也较高，Ⅱ类储层品质以上的样品占比最高，反映了肖尔布拉克剖面下丘里塔格组白云岩储层整体具中高孔隙度、中低渗透率的特征。综合分析，1段、2段和6段物性最好，5段次之（图2）。
基于上述研究，根据储层发育位置，可将肖尔布拉克剖面下丘里塔格组白云岩储层划分为不整合岩溶储层与内幕丘滩相储层2种。不整合岩溶储层的形成主要受控于风化壳岩溶作用，其识别标志为白云岩与上覆地层之间大型地层角度不整合面；而内幕丘滩相储层无明显的地层角度不整合面，主要受沉积微相和高频层序界面控制。
4 白云岩成因
白云石化作用对储层孔隙的保存具有两面性，发生在准同生期—浅埋藏期的白云石化作用对孔隙保存起到建设性作用，而在中—晚埋藏期的白云石化作用则可能破坏孔隙[26]。本文基于阴极发光、碳氧稳定同位素分析和U-Pb同位素年龄探讨白云岩成因。
此外，通过对下丘里塔格组细晶白云岩样品进行激光U-Pb定年（样品为基质部分，未受重结晶作用和硅化作用的影响）。测试在中国石油碳酸盐岩储层重点实验室完成，检测仪器型号为Element XR扇形场等离子体质谱仪(SF-ICP-MS)，得出样品的年龄为461.5±6.5 Ma（图9b），对应早奥陶世—中奥陶世。
该剖面除了晶粒白云岩外，各类保留原始结构的（残余）颗粒白云岩、藻纹层白云岩、叠层石白云岩和凝块石白云岩也普遍发育，综合分析认为下丘里塔格组白云石化作用发生在早成岩期的浅埋藏环境。由于白云岩相对石灰岩更抗压实、压溶，故早期白云石化作用可使微生物丘滩相储层中的原生格架孔、准同生溶蚀孔在经历漫长的埋藏过程后仍得以保存。
5 储层发育主控因素
5.1 沉积微相是储层发育的物质基础
5.2 受多级层序界面控制的大气水溶蚀作用是储层发育的关键
层间岩溶作用形成的溶蚀孔洞型储层主要发育于不整合界面之下。 下丘里塔格组和上覆蓬莱坝组为风化壳不整合面接触。下丘里塔格组顶部风化壳厚约8~10 m，颜色偏褐红色，岩溶现象发育；由于地层长期暴露在表生大气水环境下，溶蚀作用比准同生期频繁的短期暴露更高效更稳定，导致储层中形成各类裂缝、溶蚀孔洞，甚至溶蚀垮塌形成垮塌角砾岩。另外，在中低温条件下白云岩较石灰岩更难溶，因此白云岩相较于石灰岩储层而言，大型洞穴发育较少，小型的裂缝、溶蚀孔洞、角砾间溶孔是主要的储集空间。风化壳之下以发育内幕丘滩白云岩储层为主，基质孔顺层发育，少量裂缝发育。
根据野外剖面分析可知，溶蚀孔隙具有顺层均匀分布、旋回性发育的特征，在相同岩相层段上，上部孔隙较下部更发育，且台内丘滩相储层也往往位于高频旋回或三级旋回向上变浅序列的上部。通过这些分析，指示了该类储层的普遍发育受高频旋回控制的准同生大气淡水溶蚀作用所控制（图6f），这主要是由于高频海平面下降导致浅水碳酸盐台地的周期性暴露，高能滩相沉积物由于处于浅水和地貌高部位的有利位置，最易受到富含CO2的大气淡水淋滤作用，从而形成与高频层序相对应的多孔发育段。
5.3 与断裂相关的埋藏（热液）作用加剧了局部储层的非均质性
综上所述，建立肖尔布拉克剖面下丘里塔格组白云岩储层发育模式（图11），明确了沉积微相、不整合面和高频层序界面共同控制不整合岩溶和内幕丘滩相2类白云岩储层规模发育，后期与断裂相关的多期埋藏（热液）流体作用加剧了局部白云岩储层的非均质性。该认识认为下丘里塔格组发育2种类型的白云岩，不仅仅是不整合岩溶白云岩储层为主，这也很好解释雄探1井和托探1井不整合面之下仍发育多层优质白云岩储层；其次也证实了塔北西部下丘里塔格组白云岩领域的储层品质好、有规模，可以为雄英地区探井部署及油藏评价提供可靠依据。
6 结论
（1）塔里木盆地肖尔布拉克剖面上寒武统下丘里塔格组厚度约350 m，可划分为6个段，主要发育颗粒白云岩、凝块石白云岩、叠层石白云岩和藻纹层白云岩；可识别出7种岩相组合，划分为2个三级层序（SQ7和SQ8），自下而上整体反映潮坪亚相向台内丘滩亚相的转换。
（2）下丘里塔格组的储集空间主要为基质溶孔（晶间溶孔、粒间溶孔和微生物格架溶孔）、溶蚀孔洞及角砾间孔缝，前两者占比最大，平均孔隙度为3.9%，最大孔隙度达12.75%，整体具中高孔隙度、中低渗透率的特征。储层的发育与岩相具有明显的相关性，柱状叠层石白云岩和凝块石白云岩的储层物性最好；垂向上，下丘里塔格组的1段、2段和6段储层物性最好，5段次之。
（3）下丘里塔格组白云岩形成于早埋藏期，白云石化流体为海水，发育不整合岩溶和内幕丘滩相2类白云岩储层。沉积微相、高频层序界面和不整合面共同控制储层的发育：高能礁滩是储层发育的基础，高频层序界面控制准同生岩溶作用，不整合面控制白云岩风化壳储层规模发育。储层多套叠置、旋回性发育，后期多期次埋藏热液流体作用加剧了白云岩储层的非均质性。
