深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層理論技術(shù)進(jìn)展與攻關(guān)方向

何治亮，馬永生，朱東亞，段太忠，耿建華，張軍濤，丁 茜，錢一雄，沃玉進(jìn)，高志前

[1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國(guó)石油化工股份有限公司，北京 100728；3. 中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；4.同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092；5.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083]

全球碳酸鹽巖地層中蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，是過去、也是未來(lái)油氣勘探開發(fā)重中之重的領(lǐng)域。中國(guó)幾代油氣工作者通過漫長(zhǎng)艱苦的探索與實(shí)踐，先后在塔里木、四川和鄂爾多斯盆地的古老海相碳酸鹽巖層系中取得了舉世矚目的成果。近年來(lái)，隨著勘探技術(shù)的日益進(jìn)步，碳酸鹽巖油氣勘探逐步向深層(埋深>4 500 m)和超深層(埋深>6 000 m)推進(jìn)，發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的油氣資源，成為世界超深層領(lǐng)域油氣勘探開發(fā)最活躍的地區(qū)。從20世紀(jì)90年代開始，中國(guó)分別在塔里木和四川盆地中發(fā)現(xiàn)了塔河、普光、龍崗、元壩、安岳以及川西等多個(gè)深層-超深層大型碳酸鹽巖油氣田。最近十多年來(lái)，相繼實(shí)施了一批超深井，如2006年完鉆的塔深1井深度為8 408 m，2018年完鉆的馬深1井深度達(dá)8 418 m，2020年完鉆的鷹1井和輪探1井深度分別為8 588和8 882 m，揭示了越來(lái)越多的碳酸鹽巖儲(chǔ)集體類型，獲得了油氣發(fā)現(xiàn)，為碳酸鹽巖儲(chǔ)層理論和技術(shù)進(jìn)步奠定了基礎(chǔ)。近幾年又在塔里木盆地腹部的順北和滿西地區(qū)、7 000 ～8 500 m的超深層奧陶系碳酸鹽巖中取得了規(guī)模性商業(yè)儲(chǔ)量的發(fā)現(xiàn)，建成油氣年產(chǎn)量超百萬(wàn)噸的油氣田。深層-超深層已成為中國(guó)油氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域，理論技術(shù)的系統(tǒng)創(chuàng)新和勘探開發(fā)實(shí)踐，促使中國(guó)在深層-超深層海相碳酸鹽巖油氣領(lǐng)域，特別是在深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體成因機(jī)理、地質(zhì)模式、地球物理表征預(yù)測(cè)和儲(chǔ)層精細(xì)建模等方面，走在了世界前列[1]。

1 深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究主要理論與技術(shù)進(jìn)展

深層-超深層碳酸鹽巖領(lǐng)域油氣勘探開發(fā)面臨著巨大的技術(shù)和商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，其中，能否找到并精細(xì)描述深層-超深層規(guī)模性優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體是甚為關(guān)鍵的理論技術(shù)瓶頸。國(guó)外前期研究認(rèn)為，受成巖壓實(shí)和膠結(jié)作用影響，隨埋藏深度增加和地層年代變老，碳酸鹽巖中的孔隙度逐漸降低，大于6 000 m的超深層很難再有有效儲(chǔ)層存在[2-3]，這種認(rèn)識(shí)一定程度上影響了對(duì)埋藏更深的碳酸鹽巖領(lǐng)域油氣的探索。近年來(lái)，中國(guó)油氣行業(yè)大膽實(shí)踐，不斷挑戰(zhàn)新深度，實(shí)施的一批超深探井揭示深層-超深層碳酸鹽巖地層中仍然發(fā)育多類型的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體，如鹽下的白云巖儲(chǔ)集體[4]、微生物巖儲(chǔ)集體[5]、斷裂-流體耦合作用下形成的斷溶體型儲(chǔ)集體等[6-7]。這些儲(chǔ)集體共同的特點(diǎn)是埋藏深度大，并普遍經(jīng)歷過復(fù)雜的成巖改造過程。

1.1 深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集體成因機(jī)理與模式

隨著塔里木盆地塔河油田和四川盆地普光氣田兩個(gè)大型深層碳酸鹽巖油氣田的發(fā)現(xiàn)和成功開發(fā)，針對(duì)不整合巖溶縫洞型[8]和礁灘型[9]碳酸鹽巖儲(chǔ)層的研究取得了一系列的理論和技術(shù)成果。馬永生等[10]提出三元控儲(chǔ)理論模型，認(rèn)為沉積和成巖環(huán)境控制早期孔隙發(fā)育，構(gòu)造-壓力耦合控制裂縫與溶蝕，流體與巖石相互作用控制深部溶蝕與孔隙的保存。何治亮等[11-12]提出構(gòu)造、層序、巖相、流體和時(shí)間等5個(gè)因素控儲(chǔ)的地質(zhì)成因模型。趙文智等[13]提出在沉積礁/灘的基礎(chǔ)上，白云石化、后生溶蝕-溶濾和深層埋藏-熱液等是碳酸鹽巖儲(chǔ)層大型化發(fā)育的關(guān)鍵地質(zhì)條件。沈安江等[14]認(rèn)為規(guī)模性優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體大多在沉積成巖早期形成。大量機(jī)構(gòu)和學(xué)者所開展的針對(duì)性模擬實(shí)驗(yàn)和典型解剖，初步達(dá)成了一些共識(shí)。

1.1.1 原始高能相帶和早期白云巖化作用是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體發(fā)育的基礎(chǔ)

國(guó)內(nèi)外各地區(qū)的研究實(shí)例表明，規(guī)模性碳酸鹽巖儲(chǔ)集體的分布大多表現(xiàn)出相控特征。早期高能臺(tái)緣(內(nèi))礁灘相帶中形成的礁灰?guī)r和顆粒灰?guī)r等建造是優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)[15-16]。高能相帶沉積物由于淘洗充分，顆粒含量高，粘土礦物含量較低，一般具有較高的原始物性，后期膠結(jié)物主要為亮晶，且由于礁灘體多發(fā)育在地形高部位，更易于遭受準(zhǔn)同生大氣降水溶蝕而形成大量次生孔隙，有利于后期流體的進(jìn)入和規(guī)模性白云石化作用的發(fā)生[17-20]。

地質(zhì)歷史上大規(guī)模白云石化一般都是在準(zhǔn)同生階段局限臺(tái)地蒸發(fā)海水環(huán)境或相鄰的高能相帶中形成的，主要發(fā)生薩布哈和滲透回流等白云石化過程，都與蒸發(fā)濃縮超高鹽度海水有密切的關(guān)系[21-3]。除此之外，還有埋藏白云石化[24]、熱液白云石化[25]和微生物白云石化[26]等作用機(jī)制。

目前，關(guān)于白云石化作用能否造成孔隙度的增加仍是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的話題。前人曾提出過等摩爾交代模式、殘余灰?guī)r溶解模式和白云石膠結(jié)模式等多個(gè)理論來(lái)解釋白云巖中孔隙的成因[27-30]，這主要取決于原始灰?guī)r的結(jié)構(gòu)、白云石化流體的性質(zhì)、成巖系統(tǒng)的溫壓條件和開放程度等多重因素的疊加。早期的白云巖化一般被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，在白云石化過程中原始的孔隙結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了重新調(diào)整-再分配過程，白云巖中的晶間孔、粒間孔及溶孔等多表現(xiàn)出對(duì)原始灰?guī)r中孔隙的繼承[28,30]，雖然此過程并非一定能貢獻(xiàn)新增的孔隙空間，但是所形成的具有晶粒-顆粒支撐結(jié)構(gòu)的白云巖具有更強(qiáng)的抗壓溶性[29,31-32]，特別是對(duì)于白云石化程度較高的儲(chǔ)層，隨著埋藏深度的增加，早期形成的孔隙更易于被保存下來(lái)，而不是被晚期化學(xué)壓溶所形成的膠結(jié)物充填，因此相比灰?guī)r，深層-超深層白云巖更有利于形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[29,33]。

1.1.2 構(gòu)造抬升導(dǎo)致與不整合面相關(guān)的大氣水巖溶作用形成巖溶縫洞型儲(chǔ)層

巖溶縫洞型儲(chǔ)層在海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層中占據(jù)著十分重要的地位，常形成大型-超大型油氣田，例如美國(guó)Puckett油氣田、意大利Rospo Mare 油氣田和中國(guó)塔河-輪南油田等[34]。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)古巖溶縫洞型儲(chǔ)集體的分布規(guī)律、主控因素和成因機(jī)理等做了深入研究，建立了一系列的碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)集體成因模式與理論[35]。這些碳酸鹽巖地層在構(gòu)造抬升作用或海平面下降的背景下暴露至地表，遭受地表淋濾作用形成不同級(jí)次和不同成因類型的層序界面[19]；層序界面之下的碳酸鹽巖儲(chǔ)層遭受(準(zhǔn))同生或表生期大氣淡水淋濾作用，含有CO2的酸性流體與碳酸鹽巖間發(fā)生水-巖相互作用，且溶蝕產(chǎn)物持續(xù)性被帶離，最終形成規(guī)模性巖溶縫洞型儲(chǔ)集體。

在多旋回盆地演化的宏觀背景下，中國(guó)塔里木、四川和鄂爾多斯等盆地內(nèi)多層系、大面積發(fā)育深層-超深層古巖溶縫洞型儲(chǔ)集層，具有良好的勘探前景。塔河油田是塔里木盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣田中儲(chǔ)量最大的油氣田，也是研究深層奧陶系巖溶縫洞型儲(chǔ)集體較早、較成熟的區(qū)域之一，具有多期巖溶疊加改造、縫洞儲(chǔ)層類型多樣和非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)[36]。研究表明，在塔河主體區(qū)，加里東中期(Ⅰ—Ⅲ幕)和海西早期構(gòu)造抬升剝蝕階段是古巖溶作用發(fā)生的主要時(shí)期[8]。受多期次復(fù)合構(gòu)造作用的影響[37]，中-上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層被差異性剝蝕，發(fā)生強(qiáng)烈的表生巖溶作用，形成了多期次、多形式疊加的古潛山型風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)集體。而在塔河南部桑塔木組覆蓋的斜坡區(qū)域，酸性流體沿多期構(gòu)造變形所形成的斷裂-裂隙體系運(yùn)移，在碳酸鹽巖地層中發(fā)生深循環(huán)溶蝕作用，形成不同規(guī)模的斷控型巖溶儲(chǔ)集體，是斜坡區(qū)內(nèi)幕巖溶碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的主要成因機(jī)制[6,38]。

1.1.3 早期物質(zhì)基礎(chǔ)與后期深埋構(gòu)造流體環(huán)境是深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成-保持的關(guān)鍵

近年來(lái)，相繼在四川盆地雷口坡組發(fā)現(xiàn)了早期沉積組構(gòu)控制的微生物巖儲(chǔ)層，在塔里木盆地超深層奧陶系中發(fā)現(xiàn)了順北地區(qū)“斷溶體”儲(chǔ)層和順南地區(qū)熱液硅化儲(chǔ)層等新類型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，盡管成儲(chǔ)機(jī)制不同于常見的表生巖溶、埋藏有機(jī)酸和TSR相關(guān)的溶蝕作用，但其儲(chǔ)層形成原理與 “三元控儲(chǔ)”和“五因素控儲(chǔ)”模式基本一致[1]。

1.2 成巖流體識(shí)別示蹤和成巖期次定年新技術(shù)

成巖流體的作用幾乎貫穿了碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育、形成、改造和保持的全部過程，尤其是某些對(duì)儲(chǔ)層形成具有建設(shè)性作用的溶蝕性流體和白云巖化流體等，在儲(chǔ)集空間的形成和演化、油氣的成藏和調(diào)整過程中都扮演了極為重要的角色。對(duì)于中國(guó)中西部3大盆地較古老的碳酸鹽巖層系而言，由于成巖流體的類型多樣、作用方式復(fù)雜，如何準(zhǔn)確判識(shí)流體的來(lái)源和期次、示蹤流體的運(yùn)移路徑、建立流體驅(qū)動(dòng)-循環(huán)機(jī)制，都是十分關(guān)鍵但也極富挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題與技術(shù)難題。

近年來(lái)，針對(duì)碳酸鹽巖成巖流體識(shí)別示蹤和成巖期次定年研究取得了重要進(jìn)展，涌現(xiàn)了許多新的技術(shù)和方法：碳酸鹽礦物通過LA-ICP-MS方法開展U-Pb同位素定年，使微米級(jí)尺度下的成巖年代學(xué)分析成為可能。近期對(duì)生物介殼、成巖孔隙和斷層脈體等位置產(chǎn)出的碳酸鹽礦物定年都取得了較為可信的結(jié)果[43-44]。進(jìn)一步結(jié)合陰極發(fā)光和微區(qū)微量元素特征展開具體分析，有助于更準(zhǔn)確地判斷成巖流體的來(lái)源、性質(zhì)和活動(dòng)期次[45-46]。碳酸鹽礦物的團(tuán)簇同位素(Δ47)與成巖溫度的直接關(guān)聯(lián)性使其可以作為一種有效的地質(zhì)溫度計(jì)，且不會(huì)受到成巖流體同位素組成的影響[47]。因此，通過Δ47-T的相關(guān)函數(shù)關(guān)系計(jì)算成巖溫度，結(jié)合碳酸鹽巖穩(wěn)定氧同位素(δ18O碳)，可以直接恢復(fù)成巖流體的性質(zhì)(δ18O水)。基于此，還可以進(jìn)一步討論團(tuán)簇同位素分布特征與成巖體系的開放程度的關(guān)系[48]。此外，鎂同位素(δ26Mg)、鈣同位素(δ44Ca)以及鹵族元素(Cl，Br，I)等新的測(cè)試方法和技術(shù)也應(yīng)用在碳酸鹽巖成巖流體來(lái)源判別、運(yùn)移模擬過程中，特別是在研究白云石化時(shí)得到了有效的應(yīng)用[49-50]。這些新興研究手段與傳統(tǒng)研究方法的結(jié)合，為碳酸鹽巖儲(chǔ)層高精度、高時(shí)空分辨率的成巖演化過程分析和成儲(chǔ)模式的建立，提供了新的思路和方向。

1.3 深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體地球物理有效預(yù)測(cè)技術(shù)

針對(duì)深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)面臨的諸多技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外開展持續(xù)攻關(guān)研究，已取得了一些實(shí)質(zhì)性進(jìn)展[51-54]，而前沿研究主要包括高壓條件下碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石骨架彈性變化規(guī)律與巖石物理模型，多相態(tài)混合孔隙流體彈性性質(zhì)變化規(guī)律，高精度、高分辨率儲(chǔ)層反演等幾個(gè)方面。

1.3.1 高壓條件下碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石骨架彈性變化規(guī)律與巖石物理模型

同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合美國(guó)休斯頓大學(xué)建立了高溫(200 ℃)、高壓(150 MPa)巖石彈性與各向異性測(cè)量系統(tǒng)。收集了塔里木盆地躍進(jìn)、順南以及順北地區(qū)深層-超深層(>6 000 m)碳酸鹽巖樣品，開展了不同壓力條件下干燥和水飽和巖石超聲縱橫波速度、密度與孔隙度測(cè)量。在高壓情況下，干燥巖石的孔隙度與縱波速度沒有相關(guān)性，說明縱波速度主要受巖石骨架彈性性質(zhì)的影響；而高壓干燥巖石與高壓水飽和巖石之間的速度差異與孔隙度之間存在良好的相關(guān)性，說明該區(qū)儲(chǔ)層的地震波傳播速度受到裂縫發(fā)育與孔隙流體的雙重影響。由此，可建立裂縫發(fā)育密度與孔隙流體飽和度雙重控制的巖石物理(彈性)模型，從而可實(shí)現(xiàn)基于地震彈性參數(shù)反演基礎(chǔ)上的裂縫預(yù)測(cè)與流體檢測(cè)。

1.3.2 高溫、高壓條件下多類型、多相態(tài)混合孔隙流體彈性性質(zhì)變化規(guī)律

美國(guó)休斯頓大學(xué)與科羅拉多礦業(yè)學(xué)院聯(lián)合成立的HDI(烴類直接檢測(cè))研究聯(lián)合體開展了大量的不同溫壓條件下多相流體混合彈性模量、速度與密度的測(cè)量，獲得了諸多規(guī)律性認(rèn)識(shí)[55-56]，形成了不同溫壓條件下多相流體混合彈性模量、速度與密度計(jì)算的FLASH軟件。通過取樣分析獲得孔隙流體類型及其飽和度參數(shù)，可利用FLASH軟件計(jì)算地層溫壓條件下多相混合孔隙流體的彈性參數(shù)，再基于巖石物理模型開展流體替代研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與流體檢測(cè)。FLASH軟件適用范圍是溫度小于200 ℃，壓力小于100 MPa。

1.3.3 模型與數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的高精度、高分辨率儲(chǔ)層反演

儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與描述需要有高分率地震彈性參數(shù)反演數(shù)據(jù)。常規(guī)基于模型驅(qū)動(dòng)的地震彈性參數(shù)反演，由于模型物理關(guān)系的不確定性(近似物理關(guān)系)帶來(lái)了反演結(jié)果的不確定性[57]。由于近似物理關(guān)系一般只是地震波動(dòng)現(xiàn)象的一階近似，近似物理模型算子比較光滑，不能刻畫深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層的強(qiáng)非均質(zhì)性，因此，地震彈性參數(shù)反演的分辨率較低。解決的方案是將實(shí)際測(cè)井獲得的儲(chǔ)層彈性參數(shù)作為已知數(shù)據(jù)，來(lái)修正用于地震彈性參數(shù)反演的近似物理關(guān)系，獲得一個(gè)更高精度的物理模型算子。由于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)含有高頻信息，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)構(gòu)建的物理模型算子就具備了刻畫儲(chǔ)層強(qiáng)非均質(zhì)性帶來(lái)的地震波場(chǎng)高頻擾動(dòng)能力。因此，利用修正的物理模型算子反演的彈性參數(shù)就具備了高精度、高分辨率反演能力。

1.4 深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體精細(xì)建模新方法

由于深層碳酸鹽巖埋深大、資料稀少且品質(zhì)較差，實(shí)現(xiàn)深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層的精細(xì)建模成為業(yè)界普遍關(guān)注的重大技術(shù)難題。以深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層成因機(jī)理和演化模式新認(rèn)識(shí)，以及地球物理預(yù)測(cè)新技術(shù)為基礎(chǔ)，近期在深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體精細(xì)建模方法及技術(shù)方面取得了較大進(jìn)展[58]。

1.4.1 結(jié)合多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)與沉積過程模擬的地質(zhì)建模技術(shù)

從兩點(diǎn)到多點(diǎn)再到沉積過程模擬，可以有效降低統(tǒng)計(jì)學(xué)建模對(duì)數(shù)據(jù)的嚴(yán)重依賴性。多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)通過訓(xùn)練圖像代替變差函數(shù)，可更好地捕捉地下儲(chǔ)層的三維空間結(jié)構(gòu)。采用類比或沉積模擬的方式建立訓(xùn)練圖像庫(kù)，可打破鉆井?dāng)?shù)據(jù)的限制，更有效地支撐深層儲(chǔ)層三維建模。

無(wú)人機(jī)掃描和野外觀測(cè)建立數(shù)字露頭，現(xiàn)代沉積考察結(jié)合淺鉆建立類比模型，基于已開發(fā)油氣藏海量資料建立精細(xì)模型，沉積過程正演模擬獲取地質(zhì)模型等，是獲取有效訓(xùn)練圖像的主要方法。其中，基于沉積過程模擬建立訓(xùn)練圖像的技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。沉積過程模擬通過較少的鉆井?dāng)?shù)據(jù)及三維地震數(shù)據(jù)，獲取地質(zhì)歷史時(shí)期的古地形、沉降速率、碳酸鹽巖生長(zhǎng)速率和古風(fēng)向等一系列環(huán)境參數(shù)，通過正演的方法再現(xiàn)碳酸鹽巖臺(tái)地的生長(zhǎng)演化過程[59-60]。該方法雖在鉆井?dāng)?shù)據(jù)條件化方面存在一定難度，但從宏觀結(jié)構(gòu)上可掌控不同沉積相帶的組合關(guān)系，體現(xiàn)了成因控制的特點(diǎn)，可實(shí)質(zhì)性反映真實(shí)的地層沉積過程，所建立的三維訓(xùn)練圖像具有“原位等尺度”特征，可有效降低因尺度差異等效作用而造成的模擬誤差。將沉積模擬結(jié)果作為三維訓(xùn)練圖像，通過多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)研究區(qū)進(jìn)一步模擬，模擬結(jié)果的精準(zhǔn)程度得到進(jìn)一步提升，且與鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息全部吻合。沉積模擬與多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了成因控制與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的有機(jī)融合，在深層儲(chǔ)層建模的適用性上優(yōu)勢(shì)明顯。

1.4.2 孔隙型碳酸鹽巖油氣藏智能優(yōu)化地層沉積反演建模技術(shù)

沉積模擬結(jié)果與實(shí)鉆井的誤差越低，建立的地質(zhì)模型越接近于地下實(shí)際。傳統(tǒng)的基于手工調(diào)參方法尋優(yōu)效率低，且難以建立最優(yōu)模型的標(biāo)準(zhǔn)，智能優(yōu)化算法在模型優(yōu)化方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但需要正演模擬的效率高且收斂性強(qiáng)。

針對(duì)深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層，探索研發(fā)了基于生物能、動(dòng)能、勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的碳酸鹽巖地層沉積正演模擬新方法，模擬原理集成了經(jīng)典認(rèn)識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)[61-62]。碳酸鹽巖沉積一般是盆地內(nèi)源生物成因，該方法不考慮外源碳酸鹽和硅質(zhì)碎屑，認(rèn)為碳酸鹽巖地層的形成是生物能、勢(shì)能、動(dòng)能和構(gòu)造沉降相互作用的結(jié)果。生物能體現(xiàn)為碳酸鹽巖造巖生物的生長(zhǎng)，動(dòng)能表示為風(fēng)能和風(fēng)能引起的波浪能，勢(shì)能主要以古地形的樣式體現(xiàn)，構(gòu)造沉降包括構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的地層沉降和沉積物荷載引起的均衡沉降。該沉積正演數(shù)學(xué)模型總體包括沉積物生產(chǎn)模型、能量分布模型以及沉積物搬運(yùn)模型，是一種典型的拋物線方程，通過計(jì)算每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)中地形海拔、動(dòng)能和勢(shì)能分布，得到地形、動(dòng)能和勢(shì)能的演化過程。沉積正演模型可以確定一個(gè)較好的沉積條件和其對(duì)應(yīng)的可能區(qū)間，此時(shí)需要通過沉積反演技術(shù)快速找到在這個(gè)可能區(qū)間內(nèi)的最優(yōu)值，這個(gè)最優(yōu)組合更接近真實(shí)沉積過程。沉積反演模擬技術(shù)核心在于優(yōu)化算法及目標(biāo)函數(shù)的建立，優(yōu)化算法主要采用模擬退火及復(fù)形洗牌等，目標(biāo)函數(shù)主要基于沉積序列比較技術(shù)，將模擬結(jié)果與實(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)定量比較，并將其誤差最低作為最終標(biāo)準(zhǔn)。通過將沉積正演模擬技術(shù)與全局優(yōu)化技術(shù)的結(jié)合，形成了地層沉積反演模擬框架，其調(diào)用正演模擬運(yùn)算速度快，對(duì)于千萬(wàn)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格模型，實(shí)現(xiàn)了單次模擬時(shí)間控制在1分鐘內(nèi)。

1.4.3 多尺度數(shù)據(jù)融合巖石物理相建模技術(shù)

巖石物理相/巖石類型反映了碳酸鹽巖儲(chǔ)層質(zhì)量差異，為更精細(xì)地反映深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性，需要在少井資料條件下充分融合井、震及實(shí)驗(yàn)室測(cè)試巖石物性信息，建立三維巖石物理相模型。

針對(duì)深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層，形成了基于孔喉結(jié)構(gòu)的巖石類型劃分方法[63-64]：即通過對(duì)巖心薄片進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)分析，尋找到與孔、滲關(guān)系最敏感的主孔喉半徑(R30)，并通過對(duì)孔、滲分段性進(jìn)行巖石類型劃分，實(shí)現(xiàn)取心井巖石類型解釋。在取心井解釋基礎(chǔ)上，形成了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的巖石物理相測(cè)井識(shí)別技術(shù)：即以取心井巖石類型劃分結(jié)果為訓(xùn)練樣本，通過測(cè)井敏感曲線分析，采用決策樹/隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)了非取心井的巖石物理相解釋，解釋符合率超過90%，解釋精度達(dá)到了分米級(jí)別。從一維井眼到三維空間，巖石物理相建模需要三維地震資料進(jìn)行空間約束，實(shí)現(xiàn)了基于疊前地震資料預(yù)測(cè)的巖石物理相技術(shù)：即以巖石物理模型為橋梁，建立孔隙結(jié)構(gòu)與地震波場(chǎng)響應(yīng)關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)巖心-井眼-三維空間巖石物理相預(yù)測(cè)。將多維度、多尺度數(shù)據(jù)關(guān)系映射到三維地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)深層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層高精度三維建模。

1.4.4 細(xì)胞自動(dòng)機(jī)斷控巖溶過程數(shù)值模擬技術(shù)

“斷溶體”油氣藏是塔里木盆地深部油氣藏的一種重要類型?！皵嗳荏w”屬于碳酸鹽巖一種特殊類型儲(chǔ)集體，受控于強(qiáng)烈的走滑斷裂-流體溶蝕改造作用，平面上具有沿走滑斷裂分布的特點(diǎn)，空間上具有沿?cái)嗔褞С省翱v深”發(fā)育特征[65-68]。斷裂破碎程度差異和溶蝕作用強(qiáng)度差異造成斷溶體空間結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性極強(qiáng)，常規(guī)的基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的地質(zhì)建模技術(shù)難以準(zhǔn)確表征斷溶體空間分布及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，給斷溶體油氣藏評(píng)價(jià)及高效開發(fā)帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。

利用基于過程的建模技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從斷溶體地質(zhì)成因過程出發(fā)，探索了基于溶蝕過程的斷溶體分布預(yù)測(cè)技術(shù)。根據(jù)斷溶體地質(zhì)研究認(rèn)識(shí)，認(rèn)為斷控巖溶以斷裂破碎帶為核心發(fā)生溶蝕擴(kuò)大，其溶蝕程度的差異受斷裂分布、裂縫密度、地層巖性差異、大氣淡水或地層深部熱液接觸時(shí)間等綜合因素影響。本文提出了一種基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的斷控巖溶過程模擬方法，以走滑斷裂形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)為初始條件，以一定酸濃度的大氣水注入為作用條件，綜合考慮地層巖性差異、裂縫發(fā)育密度和重力作用，建立了基于酸擴(kuò)散、連通性和傳導(dǎo)率共同控制的模擬規(guī)則，并最終形成由酸累積溶蝕量定量表征溶蝕演化程度的模擬方法。與傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相比，該方法考慮了成因過程，對(duì)于井資料少、地震資料品質(zhì)低的斷溶體發(fā)育區(qū)，具有預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高的優(yōu)勢(shì)，通過塔河托甫臺(tái)某典型斷溶體單元測(cè)試，驗(yàn)證了該方法有較強(qiáng)的實(shí)用性。

值得注意的是，該方法應(yīng)用的初始條件及溶蝕參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果有重要影響，斷溶體的成因在學(xué)術(shù)界仍存在多種認(rèn)識(shí)，因此，地質(zhì)成因的研究是推動(dòng)該方法向前發(fā)展的重要基礎(chǔ)。另外，從條件化模擬的角度出發(fā)，為了使模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)吻合，下一步仍需要借助自動(dòng)反演或優(yōu)化的方法推動(dòng)該技術(shù)的智能化發(fā)展。

2 深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題

2.1 優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層成因機(jī)理問題

中國(guó)在深層-超深層碳酸鹽巖勘探領(lǐng)域先后發(fā)現(xiàn)了四川盆地的普光、元壩、龍崗、安岳、川西等氣田，以及塔里木盆地的塔河油田和塔中油氣田等，證實(shí)了以往認(rèn)為的生烴“死亡線”以下仍然具有巨大的勘探潛力[10,69-71]。針對(duì)這些儲(chǔ)層，眾多機(jī)構(gòu)和學(xué)者開展了深入的研究工作，取得了非常豐富的研究成果，學(xué)術(shù)觀點(diǎn)紛呈。大體可分為原生為主、次生為主和復(fù)合成因等3類。

例如，塔里木盆地塔中北坡地區(qū)中、下奧陶統(tǒng)不斷取得油氣新發(fā)現(xiàn)，有關(guān)其儲(chǔ)層的成因尚未統(tǒng)一觀點(diǎn)。

順南地區(qū)5口鉆井的連井剖面顯示一間房組碳酸鹽巖孔隙度呈現(xiàn)一定的旋回性。從一間房組底部到頂部可以識(shí)別出4個(gè)旋回，絕大部分旋回的聲波曲線從下到上逐漸升高，對(duì)應(yīng)孔隙度從下到上逐漸升高。云露和曹自成[72]、陳紅漢等[73]認(rèn)為塔中北坡地區(qū)中、下奧陶統(tǒng)發(fā)育的多期不整合造成的層間巖溶以及(準(zhǔn))同生巖溶作用促進(jìn)了有利儲(chǔ)層的發(fā)育。從旋回頂部樣品的SEM照片中可以看出方解石微晶大小不均一，較小的方解石微晶貼附于較大的方解石微晶而存在。國(guó)外在中東地區(qū)等也發(fā)現(xiàn)同樣的兩組粒徑不同的方解石微晶共存的現(xiàn)象[74]。多位學(xué)者給出了不同的原因去解釋粒徑較小的方解石微晶出現(xiàn)的原因，比如受鎂離子毒化[75]、受有機(jī)質(zhì)的影響[75]，遭受流體溶蝕[76]等。近些年來(lái)，很多地質(zhì)學(xué)家用奧斯特瓦爾德成熟作用(Ostwald ripening)去解釋低鎂方解石的形成及溶蝕[74,77]。Volery研究發(fā)現(xiàn)，Ostwald ripening現(xiàn)象在海平面短期下降形成的大氣淡水透鏡體上部更為明顯，而位于大氣淡水透鏡體之外的碳酸鹽巖沒有發(fā)生該過程[74]，因此認(rèn)為Ostwald ripening是造成塔中北坡地區(qū)奧陶系一間房組沉積旋回頂部?jī)?chǔ)層物性改善的主要原因之一。

也有學(xué)者認(rèn)為，碳酸鹽巖地層在沉積之后的埋藏過程中受多種成巖作用影響，原生孔隙已所剩無(wú)幾，失去儲(chǔ)層意義。膠結(jié)作用是造成碳酸鹽巖儲(chǔ)層、尤其是顆粒灰?guī)r孔隙破壞最主要的原因之一。氬離子拋光掃描電鏡顯示塔中北坡地區(qū)中、下奧陶統(tǒng)大部分巖石的儲(chǔ)集空間主要以分布于低鎂方解石晶體間的微孔為主，孔徑均在10 μm以下[78]。如此小的孔喉導(dǎo)致流經(jīng)的方解石飽和流體也較少，與之相比，存在于顆?；蚓w之間的大孔是流體運(yùn)移的主要通道，因此也更容易發(fā)生膠結(jié)作用而被充填[79]。并且方解石在較小孔隙內(nèi)發(fā)生沉淀所需要的臨界飽和度高于在大孔中沉淀所需要的[80]，因此微小的孔喉不易被方解石等膠結(jié)物充填，更易保存下來(lái)成為最終的有效儲(chǔ)集空間。后期不同類型流體溶蝕作用形成的次生孔隙、孔洞和洞穴才是主要的油氣儲(chǔ)集空間[81-82]。

形成深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層的溶蝕改造流體類型既可以有早期的混合水、大氣降水，也可以有后期的酸性熱液、油氣生成和轉(zhuǎn)化過程中的有機(jī)酸、TSR相關(guān)富含CO2和H2S流體等[1,12,83]，流體的性質(zhì)與活動(dòng)強(qiáng)度與盆地內(nèi)特定的構(gòu)造活動(dòng)和地質(zhì)體系的開放程度等密切相關(guān)[83]。

塔里木盆地奧陶系、鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組、四川盆地震旦系燈影組等碳酸鹽巖儲(chǔ)層都經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升-大氣降水巖溶改造作用，形成了大型的巖溶風(fēng)化殼型碳酸鹽巖油氣藏[84]。根據(jù)碳酸鹽巖溶蝕和沉淀的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制因素，大氣降水巖溶作用形成的巖溶孔洞多在巖溶不整合面之下有限深度內(nèi)形成，再往深處則會(huì)形成方解石的充填[85]。在隆起高部位的巖溶高地區(qū)域，大氣降水對(duì)碳酸鹽巖處于不飽和狀態(tài)，并且流量非常大，能對(duì)碳酸鹽巖產(chǎn)生強(qiáng)烈的溶蝕作用。大量鉆井揭示，巖溶孔洞發(fā)育多在不整合面下200 m深度范圍內(nèi)，局部可發(fā)育至1 100 m深度[86]。在巖溶斜坡-洼地區(qū)域，隨著大氣降水向下滲流，流量變小，溫度升高，逐漸達(dá)到對(duì)方解石的飽和狀態(tài)，會(huì)在已有裂縫或孔洞中形成方解石的充填[85,87]。

盡管多數(shù)學(xué)者更認(rèn)同埋藏溶蝕作用，認(rèn)為在逐漸沉降埋藏環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)生烴過程中伴生的富含有機(jī)酸的酸性流體會(huì)導(dǎo)致碳酸鹽巖發(fā)生埋藏溶蝕作用[88]，尤其強(qiáng)調(diào)TSR導(dǎo)致的富含H2S和CO2酸性流體對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成具有建設(shè)性作用。例如，四川盆地長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育與埋藏溶蝕 (有機(jī)酸和TSR溶蝕作用) 密切相關(guān)[10]，且隨著TSR相關(guān)H2S和CO2的逐漸升高，越來(lái)越強(qiáng)烈的酸性流體介質(zhì)環(huán)境非常有利于孔隙的持久保持[42]。也有學(xué)者提出酸性流體很難一直保持對(duì)碳酸鹽巖的欠飽和狀態(tài)，且在封閉體系下溶蝕與沉淀作用幾乎同時(shí)發(fā)生，總孔隙度基本保持不變[89-90]，因此認(rèn)為溶蝕作用產(chǎn)生次生孔隙的建設(shè)性效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及因埋藏壓實(shí)和膠結(jié)作用導(dǎo)致的孔隙破壞作用。

構(gòu)造變形和斷裂作用能直接形成儲(chǔ)集空間，作為流體運(yùn)移通道，會(huì)導(dǎo)致深部熱液流體對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行溶蝕改造。最具特色的一類儲(chǔ)層是，斷裂-熱液作用使碳酸鹽巖發(fā)生顯著的熱液白云石化，形成熱液白云巖儲(chǔ)層[91]。熱液白云巖型油氣藏目前是北美和中東等地區(qū)油氣勘探的重要目標(biāo)[92]。四川盆地二疊系茅口組和棲霞組也發(fā)現(xiàn)熱液白云石化儲(chǔ)集層[93-94]。在塔里木盆地塔深1井和順南4井等碳酸鹽巖儲(chǔ)層中也發(fā)育有與熱液活動(dòng)有關(guān)高孔隙度規(guī)模性儲(chǔ)層[6,96]。也有許多學(xué)者提出，熱液會(huì)導(dǎo)致大量的沉淀和膠結(jié)作用，減少儲(chǔ)集空間，因而更多表現(xiàn)為一種負(fù)面因素。

2.2 碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)存在重大技術(shù)瓶頸

中國(guó)深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層沉積類型多樣，經(jīng)歷過多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，非均質(zhì)性極強(qiáng)[51]，通過地球物理方法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與流體檢測(cè)面臨巨大挑戰(zhàn)，主要包括以下科學(xué)與技術(shù)難題。

1) 深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石骨架彈性性質(zhì)變化規(guī)律不清。以中國(guó)塔里木盆地為例，深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層一般在6 000 m深度以下，儲(chǔ)層處在高溫(150～200 ℃)、高壓(150～220 MPa)環(huán)境，與中淺層相比，儲(chǔ)層巖石骨架的彈性性質(zhì)在溫度與壓力變化共同影響下會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，這種變化規(guī)律尚不清楚。

2) 深層-超深層多類型、多相態(tài)混合孔隙流體彈性性質(zhì)變化規(guī)律不清。多類型、多相態(tài)混合孔隙流體在上述高溫高壓條件下的彈性模量、地震波傳波速度、密度和粘度等基本物理參數(shù)變化規(guī)律認(rèn)識(shí)更不清楚。目前尚無(wú)實(shí)驗(yàn)手段來(lái)直接測(cè)量如此高溫高壓條件下多類型多相態(tài)混合流體的彈性模量以及地震波傳播速度，而孔隙流體的彈性性質(zhì)直接影響著儲(chǔ)集巖地震縱、橫波傳播速度與衰減等地震參數(shù)的變化[97-98]。

3) 多尺度孔隙與裂縫、多類型儲(chǔ)集空間以及孔隙流體與固體骨架耦合條件下地震響應(yīng)機(jī)理不清。以塔里木盆地深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層為例，由于其沉積類型多樣，并且受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，儲(chǔ)層孔隙幾何形狀十分復(fù)雜，如溶解作用形成的溶蝕“硬”孔隙和應(yīng)力作用形成的裂縫“軟”孔隙[99]，在相同基質(zhì)條件下，“硬”孔和“軟”孔的孔隙剛度可能相差10～103數(shù)量級(jí)，對(duì)儲(chǔ)層巖石地震波傳播速度的影響則可達(dá)到20%～100%；如果同時(shí)存在多尺度孔隙與裂縫，孔隙與裂縫尺度變化可達(dá)105數(shù)量級(jí)，非均質(zhì)性極強(qiáng)，由此帶來(lái)地震波傳播誘導(dǎo)孔隙流體與固體骨架發(fā)生相互作用，導(dǎo)致地震巖石物理響應(yīng)機(jī)理十分復(fù)雜。

4) 基于傳統(tǒng)模型驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)層刻畫具有很大的不確定性[57]，導(dǎo)致深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層上覆巨厚復(fù)雜介質(zhì)。深層-超深層地震反射能量弱，信噪比低，地震成像質(zhì)量差。由于深層-超深層反射地震信號(hào)高頻吸收衰減嚴(yán)重，從而導(dǎo)致深層-超深層儲(chǔ)層地震垂向分辨率很低?；趥鹘y(tǒng)模型驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)層刻畫技術(shù)，由于物理模型只是實(shí)際介質(zhì)不同程度的近似描述，因此，用于儲(chǔ)層反演的物理理論具有不確定性，同時(shí)，用于儲(chǔ)層反演的實(shí)際地震數(shù)據(jù)頻帶有限并且數(shù)據(jù)中含有噪音，從而給儲(chǔ)層刻畫帶來(lái)了很大的不確定性。

5) 儲(chǔ)層刻畫存在多尺度數(shù)據(jù)融合問題。儲(chǔ)層刻畫需要綜合利用巖心、測(cè)井和地面反射地震多尺度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)尺度變化達(dá)到106數(shù)量級(jí)。如何融合多尺度數(shù)據(jù)是儲(chǔ)層精細(xì)刻畫的關(guān)鍵問題。

綜上所述，深層-超深層儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和描述需要從巖石物理理論與建模、高分辨儲(chǔ)層反演、多尺度數(shù)據(jù)融合以及反演結(jié)果的不確定評(píng)估等多個(gè)方面開展研究，以期提高深層-超深層儲(chǔ)層刻畫的能力。

2.3 缺乏成熟有效的深層儲(chǔ)層精細(xì)表征與建模技術(shù)

儲(chǔ)層表征與建模是定量化認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層特征的重要內(nèi)容，其中三維精細(xì)地質(zhì)模型是定量表征儲(chǔ)層的終極表現(xiàn)形式。定量地質(zhì)建模技術(shù)在過去近四十年的發(fā)展歷程中，呈現(xiàn)出從傳統(tǒng)的確定性建模、兩點(diǎn)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模、基于目標(biāo)建模，向多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模、沉積過程建模、以及智能化地質(zhì)建模等較新的建模技術(shù)發(fā)展的總體趨勢(shì)[58,100-102]。傳統(tǒng)建模技術(shù)依賴于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，由于淺層油氣藏通常具有較多的鉆井?dāng)?shù)據(jù)、品質(zhì)較高的地震數(shù)據(jù)，一定程度上保障了傳統(tǒng)建模技術(shù)在業(yè)界的應(yīng)用和發(fā)展。隨著油氣藏儲(chǔ)層研究逐步走向深層，高昂的鉆井成本制約了數(shù)據(jù)的采集，加之地震品質(zhì)的降低，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型建模技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)，適用于深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層的建模技術(shù)存在一系列難題。

1) 如何實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模向過程驅(qū)動(dòng)建模的有效轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)建模技術(shù)中確定性建模需要地質(zhì)信息與井震信息具有較明確的相關(guān)關(guān)系，兩點(diǎn)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模需要足夠的直接觀察數(shù)據(jù)(鉆井?dāng)?shù)據(jù))來(lái)約束建模過程(計(jì)算變差函數(shù)和作為條件數(shù)據(jù)點(diǎn))，基于目標(biāo)建模需要對(duì)儲(chǔ)層的形態(tài)、規(guī)模、組合關(guān)系具備大量的先驗(yàn)認(rèn)識(shí)及定量數(shù)據(jù)。鉆井少、地震資料質(zhì)量差的深層儲(chǔ)層地質(zhì)建模顯然難以滿足以上建模方法的條件。充分利用各領(lǐng)域知識(shí)來(lái)彌補(bǔ)觀察資料之不足，是可能的解決途徑。因此，通過綜合集成儲(chǔ)層形成過程及演化的最新領(lǐng)域知識(shí)，形成地層沉積正演模擬模型，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)過程驅(qū)動(dòng)的建模技術(shù)，可以彌補(bǔ)條件數(shù)據(jù)的不足，進(jìn)一步提升資料稀缺條件下儲(chǔ)層建模和預(yù)測(cè)的合理性。如何量化碳酸鹽巖沉積過程、如何建立合理的數(shù)字化模型是擺在面前的重要難題。

2) 如何通過智能優(yōu)化技術(shù)提升深層建模的效率和準(zhǔn)確性。在深層資料稀疏的條件下，儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的不確定性必然增大，尋找合理和最優(yōu)的模型面臨挑戰(zhàn)。在基于地質(zhì)過程的油氣藏建模方法中，傳統(tǒng)的基于專家經(jīng)驗(yàn)法則進(jìn)行手動(dòng)調(diào)參，工作量巨大、隨機(jī)性強(qiáng)、尋優(yōu)困難，難以滿足深層儲(chǔ)層勘探開發(fā)的快速節(jié)奏和對(duì)地質(zhì)模型精準(zhǔn)度的高要求。智能優(yōu)化算法在不同行業(yè)領(lǐng)域得到快速發(fā)展和應(yīng)用[103-104]，能否將其引入到深層儲(chǔ)層地質(zhì)建模領(lǐng)域，以及如何通過緊密結(jié)合，取得更優(yōu)實(shí)用效果，需要深入探索。

3) 如何將多維度、多尺度信息進(jìn)行高效融合以保障深層地質(zhì)模型精度。深層碳酸鹽巖油氣藏開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)于地質(zhì)模型的精準(zhǔn)度要求高，多信息源跨尺度數(shù)據(jù)的高效融合更加重要。深入挖掘三維地震信息，如何將微納米級(jí)的巖心孔喉嫁接到數(shù)米至數(shù)百米級(jí)精度的測(cè)井和三維地震，如何將單點(diǎn)信息映射到三維空間，均面臨一系列難題。地質(zhì)建模的發(fā)展有賴于測(cè)井及地震技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步攻關(guān)多維度、多尺度信息融合方法，才能實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)模型“深度更深、精度不減”的技術(shù)指標(biāo)。

3 未來(lái)攻關(guān)方向

3.1 深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)理

與國(guó)外大多為中生代中淺層碳酸鹽巖儲(chǔ)層相比，中國(guó)古老層系深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體普遍經(jīng)歷過長(zhǎng)期復(fù)雜的埋藏成巖演化過程，其孔隙發(fā)育和保持機(jī)理的研究更為重要。深埋藏過程中，多種類型流體的溶蝕、膠結(jié)等改造作用對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙形成和破壞起著至關(guān)重要的作用。因此，需要在詳細(xì)的巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)研究基礎(chǔ)上，明確成巖流體類型(大氣降水、富Si/Mg熱液、成巖成烴流體、有機(jī)演化與TSR相關(guān)流體等)，通過高溫高壓溶蝕實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法來(lái)揭示構(gòu)造-流體耦合作用過程和機(jī)制，探索復(fù)雜流體作用下，特別是有機(jī)成巖流體作用下的儲(chǔ)集空間形成與保持機(jī)制。

通過碳、氧、鍶同位素、微量和稀土元素、流體包裹體等綜合地球化學(xué)方法，開展成巖流體作用類型識(shí)別與示蹤，是常用方法。由于深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖演化過程，需要對(duì)成巖流體類型和過程進(jìn)行精細(xì)解析，因此亟需在微米甚至納米尺度上開展原位微區(qū)的地球化學(xué)分析。明確成巖流體活動(dòng)時(shí)代和期次是開展溶蝕過程和機(jī)理研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。方解石和白云石是主要的成巖膠結(jié)礦物，因此需要針對(duì)性地借助高分辨率等離子質(zhì)譜儀或多接收質(zhì)譜儀發(fā)展完善碳酸鹽巖礦物U-Pb定年技術(shù)，進(jìn)一步與Ar-Ar，Rb-Sr，Re-Os等測(cè)年方法聯(lián)合，準(zhǔn)確測(cè)定不同類型流體活動(dòng)時(shí)代。

除了不整合面巖溶型以及礁灘相儲(chǔ)集體之外，超深鉆井揭示深層-超深層碳酸鹽巖中的主要儲(chǔ)集體類型還常見有微生物巖儲(chǔ)集體、鹽下白云巖儲(chǔ)集體和斷控儲(chǔ)集體等。開展詳細(xì)多尺度表征是明確不同類型儲(chǔ)集體特征、展布和規(guī)模的重要手段。宏觀尺度上，主要針對(duì)野外露頭開展沉積相和層序地層研究，采用無(wú)人機(jī)和激光雷達(dá)掃描，進(jìn)行三維測(cè)量與建模。中觀尺度上，主要借助鉆井巖心和成像測(cè)井等資料，明確儲(chǔ)集空間特征和類型。微觀尺度上，主要借助薄片、掃描電鏡和巖石CT等資料，開展幾何參數(shù)與數(shù)學(xué)參數(shù)綜合表征，詳細(xì)研究?jī)?chǔ)層巖石組構(gòu)、孔隙類型與孔隙度、滲透率的定量關(guān)系。

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成與保持過程就是碳酸鹽巖在不同巖石組構(gòu)、地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造應(yīng)力和熱體制背景下，以及溫度、壓力、 pH 值和孔隙流體動(dòng)力學(xué)條件下，發(fā)生的破裂、溶解、蝕變、交代、重結(jié)晶和沉淀等過程。水-巖反應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)是探索碳酸鹽巖溶蝕、沉淀規(guī)律的一種重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)，也是重建碳酸鹽巖儲(chǔ)層演化機(jī)理和模式的重要手段。分析實(shí)際地層環(huán)境提煉關(guān)鍵反應(yīng)參數(shù)，如溫度、壓力、流體、水巖比等，借助水-巖模擬實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬計(jì)算，可以查明不同條件下流體-碳酸鹽巖的相互作用過程，明確影響礦物溶解沉淀的因素，探索碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間形成的機(jī)制。在以往的工作中，范明等[39]通過溶蝕實(shí)驗(yàn)，揭示了碳酸鹽巖“溶蝕窗”的存在；丁茜等[105]通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，證實(shí)了生烴伴生流體對(duì)碳酸鹽巖能產(chǎn)生顯著的溶蝕改造作用，已為進(jìn)一步開展相關(guān)研究奠定了很好的基礎(chǔ)。

3.2 深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)

針對(duì)深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，雖然取得了較大的進(jìn)步，但目前仍有諸多技術(shù)難題有待攻關(guān)探索。在深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石骨架與多類型、多相態(tài)孔隙流體混合彈性性質(zhì)變化規(guī)律方面，塔里木盆地輪探1井的鉆探深度已達(dá)8 882 m，而目前的高溫高壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備還達(dá)不到8 000 m以上深度的溫壓條件，因此，需要開發(fā)更高溫壓條件下的巖石彈性測(cè)量系統(tǒng)，以便通過實(shí)驗(yàn)更好地理解溫度壓力對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石骨架以及孔隙流體彈性性質(zhì)的影響規(guī)律。

深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層多尺度、多類型儲(chǔ)集空間決定了儲(chǔ)層的強(qiáng)非均質(zhì)性，這種強(qiáng)非均質(zhì)性帶來(lái)了地震波傳播的尺度效應(yīng)，相關(guān)的巖石物理模型以及地震波傳播模型需要深入開展研究，其中，對(duì)尺度效應(yīng)的認(rèn)識(shí)就可以用來(lái)更好地解釋測(cè)井與地震數(shù)據(jù)。

深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)需要綜合利用好巖心、測(cè)井和地面反射地震多尺度數(shù)據(jù)，因此，如何將模型驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行多尺度數(shù)據(jù)融合，從而降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的不確定性是關(guān)鍵。近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的人工智能與深度學(xué)習(xí)技術(shù)有望在深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層刻畫中發(fā)揮重要作用。

深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的前提是要有高保真與高分辨率的地震數(shù)據(jù)以及高質(zhì)量的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，同時(shí)，也要結(jié)合實(shí)際儲(chǔ)層的地質(zhì)特征，通過試驗(yàn)與分析，建立以地質(zhì)目標(biāo)模型為導(dǎo)向，不斷優(yōu)化的儲(chǔ)層刻畫技術(shù)流程，力求取得實(shí)際效果。

3.3 深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層地質(zhì)建模

探索攻關(guān)多場(chǎng)耦合下的儲(chǔ)層沉積、成巖正反演數(shù)值模擬技術(shù)?；谶^程的建模技術(shù)是深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模的重要技術(shù)發(fā)展方向。沉積過程和后期的成巖改造聯(lián)合控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的基本格架和最終的分布。在明確深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層成因機(jī)理的基礎(chǔ)上，量化其沉積成巖改造條件，進(jìn)一步探索建立其數(shù)學(xué)方程，發(fā)展沉積過程與成巖過程一體化模擬技術(shù)，才能提高深層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)與描述能力。

發(fā)展多尺度數(shù)據(jù)融合、多方法協(xié)同的儲(chǔ)層智能建模技術(shù)。深層儲(chǔ)層智能地質(zhì)建模是未來(lái)重要研究方向，多元多尺度數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，是提升深層儲(chǔ)層建模精度的必由之路?？绯叨葦?shù)據(jù)之間在等效過程中必然存在一定的誤差，因此要探索更高效的融合方法。智能建模技術(shù)除算法研究之外，更需要大量的訓(xùn)練樣本作為積累，因此，深入開展深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層的知識(shí)庫(kù)的建設(shè)就成為緊迫而重要的基礎(chǔ)工作。

4 結(jié)論

通過眾多機(jī)構(gòu)和學(xué)者的艱苦探索和“產(chǎn)-學(xué)-研-用”的有效結(jié)合，中國(guó)在深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體成因機(jī)理、地質(zhì)模式、地球物理預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層精細(xì)建模等方面，取得了重要進(jìn)展，也面臨一系列的重大理論技術(shù)難題，亟待深入攻關(guān)。

1) 在深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集體的成因研究上初步形成了一些共識(shí)：原始高能相帶和早期白云巖化作用是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體發(fā)育的基礎(chǔ)；構(gòu)造抬升導(dǎo)致與不整合面相關(guān)的大氣水巖溶作用，形成巖溶縫洞型儲(chǔ)層；早期物質(zhì)基礎(chǔ)與后期深埋的構(gòu)造流體環(huán)境是深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成-保持的關(guān)鍵。針對(duì)碳酸鹽巖成巖流體識(shí)別示蹤和成巖期次定年研究取得了重要進(jìn)展，為碳酸鹽巖儲(chǔ)層高精度、高時(shí)空分辨率的成巖演化過程分析和成儲(chǔ)模式的建立，提供了新的思路和方向。未來(lái)需要在巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)研究基礎(chǔ)上，明確成巖流體類型，通過高溫高壓溶蝕實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法，探索復(fù)雜流體作用下，特別是有機(jī)成巖流體作用下的儲(chǔ)集空間形成與保持機(jī)制。

2) 深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)技術(shù)，分別在高壓條件下碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石骨架彈性變化規(guī)律與巖石物理模型、多相態(tài)混合孔隙流體彈性性質(zhì)變化規(guī)律和高分辨率儲(chǔ)層反演等幾個(gè)方面，取得了一些實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。未來(lái)需要開發(fā)更高溫壓條件下的巖石彈性測(cè)量系統(tǒng)，分析強(qiáng)非均質(zhì)性帶來(lái)的地震波傳播的尺度效應(yīng)，以地質(zhì)目標(biāo)模型為導(dǎo)向來(lái)不斷優(yōu)化儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)與描述技術(shù)流程。

3) 在深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集體精細(xì)建模方法上，分別形成了結(jié)合多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)與沉積過程模擬的地質(zhì)建模技術(shù)、孔隙型碳酸鹽巖油氣藏智能優(yōu)化地層沉積反演建模技術(shù)、多尺度數(shù)據(jù)融合巖石物理相建模技術(shù)和細(xì)胞自動(dòng)機(jī)斷控巖溶過程數(shù)值模擬技術(shù)。未來(lái)需要攻關(guān)多場(chǎng)耦合下的儲(chǔ)層沉積和成巖正反演數(shù)值模擬技術(shù)，發(fā)展多尺度數(shù)據(jù)融合、多方法協(xié)同的儲(chǔ)層智能建模技術(shù)，提升深層儲(chǔ)層建模精度。

致謝：深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究具有重大的理論與應(yīng)用價(jià)值，正在引起越來(lái)越多的關(guān)注，通過大家共同的努力，相信會(huì)有更多、更有分量的理論技術(shù)成果涌現(xiàn)出來(lái)。本文是在近期相關(guān)工作基礎(chǔ)上所做的粗淺思考和總結(jié)，受筆者學(xué)識(shí)和閱歷限制，難免掛一漏萬(wàn)，部分觀點(diǎn)尚不成熟，謹(jǐn)為引玉之磚，以期得到同行的討論和指正。相關(guān)研究工作得到了朱日祥、金之鈞、賈承造、王成善和郝芳等學(xué)者的關(guān)心和指導(dǎo)，研究過程中與油氣企業(yè)和科學(xué)院所的諸多學(xué)者所做的深入討論，獲益良多。文中引用了中國(guó)石油、中國(guó)石化相關(guān)單位寶貴資料，在此一并表示衷心感謝。