阮 壯,于炳松,李朝暉,譚廣輝
(1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;3.吉林油田勘探開發(fā)研究院,吉林 松原138000)
塔北與塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層成因?qū)Ρ妊芯?/p>
阮 壯1,于炳松2,李朝暉3,譚廣輝1
(1.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;2.中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;3.吉林油田勘探開發(fā)研究院,吉林 松原138000)
通過儲(chǔ)層發(fā)育層段、儲(chǔ)層類型、沉積演化、巖溶作用等方面的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)塔北與塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層在發(fā)育層位、沉積演化及巖溶期次上既有相似性,也有差異性。在塔中地區(qū)的油氣勘探中,應(yīng)注意下奧陶統(tǒng)古風(fēng)化殼巖溶發(fā)育與塔北地區(qū)的差異性,加強(qiáng)對(duì)上奧陶統(tǒng)礁灘儲(chǔ)集體的勘探。
塔里木盆地;奧陶系;碳酸鹽巖儲(chǔ)層;巖溶作用
塔里木盆地海相碳酸鹽巖有巨大的油氣資源潛力[1~3]。但在塔中地區(qū),雖然早在 1989年和 1994年分別先后發(fā)現(xiàn)了塔中 1井下奧陶統(tǒng)白石巖潛山凝析氣藏和塔中 16井上奧陶統(tǒng)良里塔格組風(fēng)化殼巖溶型油藏,但塔中地區(qū)奧陶系巖溶儲(chǔ)層特征和分布規(guī)律目前尚存諸多疑問,制約了該區(qū)碳酸鹽巖油氣勘探的進(jìn)一步突破。近年來,塔中地區(qū)的勘探研究有了較大進(jìn)展。本文通過對(duì)塔中、塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的對(duì)比,分析兩者在發(fā)育特征上的異同點(diǎn),期望為塔中地區(qū)下一步油氣勘探提供參考。
塔里木盆地寒武系-奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要為石灰?guī)r和白云巖兩大類,其次是它們之間的過渡類型?;?guī)r主要分布在下奧陶統(tǒng)上部和上奧陶統(tǒng)下部,儲(chǔ)層巖石類型主要為亮晶粒屑灰?guī)r、泥晶粒屑灰?guī)r、生物灰?guī)r及粒屑泥晶灰?guī)r。白云巖在下奧陶統(tǒng)中相對(duì)發(fā)育,主要為不同成巖環(huán)境中形成的交代白云巖,并大多經(jīng)歷了埋藏期較高溫度的改造。
按儲(chǔ)層的成因與巖性,可將塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層劃分為白云巖溶蝕孔洞型儲(chǔ)層、白云巖巖溶縫洞型儲(chǔ)層、灰?guī)r巖溶縫洞型儲(chǔ)層、礁灘相溶蝕孔洞型儲(chǔ)層和裂隙型儲(chǔ)層 5種類型。塔北奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層分為洞穴型、風(fēng)化裂隙型、構(gòu)造裂隙型、臺(tái)緣灘相顆粒灰?guī)r溶蝕孔隙型、花斑狀灰?guī)r裂隙-孔隙型和地表殘積物裂隙孔隙 (洞)型等 6種類型。其儲(chǔ)滲空間包括溶蝕孔隙、溶蝕孔洞、大型洞穴、風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙 5種類型[4]。可見,無論是塔北地區(qū),還是塔中地區(qū),后期改造形成的孔、隙、縫、洞是造成碳酸鹽巖儲(chǔ)層儲(chǔ)油物性變好的直接原因[5,6]。
塔中地區(qū)儲(chǔ)層主要有兩個(gè)層段,分別為下奧陶統(tǒng)鷹山組和上奧陶統(tǒng)良里塔格組。鷹山組的巖性以灰質(zhì)白云巖及白云巖為主,其上缺失了中奧陶統(tǒng)的一間房組和卻爾卻克組,直接覆蓋上奧陶統(tǒng)的良里塔格組和桑塔木組地層。良里塔格組的巖性以生物屑泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r和生物礁灰?guī)r為主。
塔北地區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育層段為中奧陶統(tǒng)一間房組,巖性以一套開闊臺(tái)地相的生物屑泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r為主。大部分地區(qū)一間房組之上的中上奧陶統(tǒng)地層全部缺失,直接與志留系地層不整合接觸。
1.塔中地區(qū)
塔中地區(qū)晚寒武世—早奧陶世早中期發(fā)育厚層狀灰質(zhì)白云巖,晚期發(fā)育泥晶灰?guī)r。中奧陶世末,由于海平面迅速下降,致使中下奧陶統(tǒng)頂部遭受侵蝕[7]。在地層結(jié)構(gòu)中,由于上寒武統(tǒng)以上奧陶統(tǒng)內(nèi)部地層巖性較均一,缺乏好的巖性界面,地震反射以平行、弱反射為主,甚至認(rèn)空白反射為主。在經(jīng)歷了中奧陶世末海平面大規(guī)模下降之后,晚奧陶世海平面快速回升。在旋回的早期,發(fā)育良里塔格組局限臺(tái)地相生物屑泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r和生物礁灰?guī)r。向上灰?guī)r層逐漸減小,而碎屑巖沉積增多,發(fā)育混積內(nèi)陸棚環(huán)境下的巨厚層暗色泥巖沉積(圖 1)。
圖 1 塔中地區(qū)寒武 -奧陶系層序結(jié)構(gòu)與沉積模式1.白云巖;2.膏巖;3.灰?guī)r;4.礁灰?guī)r;5.粒屑長巖;6.砂巖;7.粉砂巖;8.泥巖;9.上超;10.削截;11.丘形體Fig.1 Internal structures and sedimentarymodel for the Cambrian-Ordovician stratigraphic sequences in central Tarim Basin1=dolostone;2=gypsolith;3=limestone;4=reef limestone;5=grainstone;6=sandstone;7=siltstone;8=mudstone;9=onlap;10=truncation;11=mound
塔北地區(qū)下中奧陶統(tǒng)厚度由臺(tái)地相區(qū)向斜坡-盆地相區(qū)迅速減薄,并在其頂部形成視削截型式的退積結(jié)構(gòu),代表著海平面的快速上升而引發(fā)的臺(tái)地邊緣向陸地方向遷移。上奧陶統(tǒng)地層?xùn)|厚西薄,為一個(gè)巨大的楔狀體,由東向西呈超覆結(jié)構(gòu),巖性以泥巖為主變?yōu)槟嗷規(guī)r與泥巖互層沉積,顯示為混積陸棚環(huán)境 (圖 2)。
開展跨城鄉(xiāng)“文化走親”和文化旅游。近年來,隨著農(nóng)村居民文化消費(fèi)需求提升和審美喜好習(xí)慣的變化,他們已不再滿足于“文化下鄉(xiāng)”的老節(jié)目、老面孔,產(chǎn)生了從“單一性”向“多樣化”、從“普泛性”向“特色化”、從“原居地”向“跨區(qū)域”、從
由此可見,塔中、塔北地區(qū)在沉積演化特征上有著很大的相似性,沉積相的縱向展布上也有一致性。但是在塔中地區(qū),T74不整合面使下奧陶統(tǒng)頂部的地層遭受剝蝕,T74界面下巖溶儲(chǔ)層為下奧陶統(tǒng)鷹山組局限臺(tái)地相白云巖、灰質(zhì)白云巖。而在塔北地區(qū),T74不整合面造成的剝蝕程度相對(duì)較低,中奧陶統(tǒng)沉積整體發(fā)育。因此,T74界面控制的巖溶儲(chǔ)層是中奧陶統(tǒng)一間房組臺(tái)緣高能相帶的顆?;?guī)r類。塔北和塔中地區(qū)晚奧陶世地層均發(fā)育,但加里東晚期與海西期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的 T70不整合面使塔北地區(qū)大面積暴露遭受長時(shí)間剝蝕,整個(gè)上奧陶統(tǒng)及中奧陶統(tǒng)頂部沉積被剝蝕,部分地區(qū)甚至直接與T7
4不整合面疊加,直接剝蝕至下奧陶統(tǒng),在上奧陶統(tǒng)依然保留的地區(qū)則發(fā)育混積陸棚相,沒有形成良好儲(chǔ)層的基本條件。在塔中地區(qū),上奧陶統(tǒng)發(fā)育相對(duì)完整,良里塔格組為一套高能礁灘相帶灰?guī)r,構(gòu)成了一套質(zhì)量較好的儲(chǔ)集體。
圖 2 塔北地區(qū)寒武 -奧陶系層序結(jié)構(gòu) (a)與沉積模式 (b)Fig.2 Internal structures(a)and sedimentary model(b)for the Cambrian-Ordovician stratigraphic sequences in northern Tar im Basin
雖然塔北、塔中地區(qū)沉積演化相似,但控制儲(chǔ)層發(fā)育的因素還包括了其它許多方面,其中臺(tái)地結(jié)構(gòu)對(duì)于儲(chǔ)層的影響很大。在中奧陶世時(shí),塔中、塔北兩地的臺(tái)地沉積形態(tài)有很大的差異。
經(jīng)典層序地層學(xué)理論指出:碳酸鹽巖的坡折帶通常是由臺(tái)地邊緣礁灘相發(fā)育形成的。當(dāng)然,構(gòu)造斷裂系統(tǒng)也可以成為控制坡折帶發(fā)育的主要因素。這兩種不同因素所控制的臺(tái)緣形態(tài)在中上奧陶統(tǒng)中塔北地區(qū)得到了典型的體現(xiàn),塔中地區(qū)主要受 I號(hào)斷裂帶的控制,發(fā)育斷崖型臺(tái)地邊緣結(jié)構(gòu) (圖 3);而塔北地區(qū)地形平坦,臺(tái)地邊緣發(fā)育的礁灘成為了控制臺(tái)緣形態(tài)的主要因素,可將其稱為陡坡型臺(tái)地邊緣結(jié)構(gòu) (圖 4)[8]。
圖 3 塔中地區(qū)斷崖型臺(tái)緣結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of the cliff-type platform-margin in central Tarim Basin
圖 4 塔北地區(qū)陡坡型臺(tái)緣Fig.4 Schematic diagram of the scarp-type platform-margin in northern Tarim Basin
塔中地區(qū)在中晚奧陶世的地層中發(fā)育大量斷裂系統(tǒng),這有利于晚奧陶世該地區(qū)的同生期巖溶作用發(fā)育,沿著斷裂帶在良里塔格組的臺(tái)緣礁灘相中往往發(fā)育淡水淋濾作用,淡水透鏡體發(fā)育[10]。但斷層所造成的古地貌落差導(dǎo)致塔中地區(qū)的暴露面積小,往往斷層上盤才得以暴露。塔北地區(qū)的平坦古地貌導(dǎo)致了地層的整體抬升暴露。因此,塔中地區(qū)接受風(fēng)化殼巖溶改造的面積、時(shí)間遠(yuǎn)不如塔北,且均一性也比塔北地區(qū)差。
塔北與塔中地區(qū)的巖溶作用按發(fā)生的成巖環(huán)境,可劃分為同生巖溶、風(fēng)化殼巖溶和埋藏巖溶等 3種類型。這 3種不同類型的巖溶在塔中、塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖中發(fā)育良好,是儲(chǔ)層形成的主控因素之一。
同生巖溶作用發(fā)生于同生期大氣成巖環(huán)境中。受次級(jí)沉積旋回和海平面變化的控制,尤其在海退沉積序列中,伴隨海平面周期性相對(duì)下降,粒屑灘、骨架礁等淺水沉積體,時(shí)而出露海面或處于淡水透鏡體內(nèi),在潮濕多雨的氣候下,受到富含 CO2的大氣淡水的淋濾,發(fā)生選擇性和非選擇性的淋濾、溶蝕作用,形成大小不一、形態(tài)各異的各種孔隙。同生期巖溶產(chǎn)生的孔隙通常難以保存,塔中與塔北地區(qū)同生巖溶作用所產(chǎn)生的孔隙往往都被后期充填[9]。
塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖熱水溶蝕作用明顯。雅克拉地區(qū)的晶洞石英溶洞充填礦物中的異形白云石及高嶺石充填物中六方板柱狀的迪開石都證明了塔北熱水溶蝕作用的存在[10]。塔中 12井 4654m處縫洞充填物的礦物學(xué)和地球化學(xué)分析表明,不同類型、期次和生長環(huán)帶的礦物微量元素含量雖然有不同程度的變化,但總體上具有高含量 Mg、Ba、Mn、Fe、Ti、Ni和 Zn的特點(diǎn)。其相對(duì)高的 Zn、Ni含量指示其形成時(shí)的流體介質(zhì)有深部流體的加入。
1.巖溶發(fā)育條件
風(fēng)化殼巖溶受不整合面的控制。對(duì)于風(fēng)化殼巖溶,可主要通過與剝蝕面伴生的風(fēng)化殘積層、高角度溶溝和溶縫、大型溶洞、中小型溶蝕孔洞、鉆井過程中的鉆具放空以及泥漿的大量漏失、電測井曲線上表現(xiàn)出高自然伽瑪和低電阻等標(biāo)志加以識(shí)別。在不整合界面之下,裂縫與溶孔具有伴生的特點(diǎn) (圖 5)。在塔中與塔北地區(qū)的奧陶系中,風(fēng)化殼巖溶是控制儲(chǔ)層發(fā)育的最重要因素。儲(chǔ)油空間最大的溶洞、溶孔通常都是風(fēng)化殼巖溶的結(jié)果。
圖5 T74不整合面下裂縫與溶孔發(fā)育特征Fig.5 Characteristics of the fissures and solution openings beneath T74unconformity
2.巖溶期次
巖溶期次是評(píng)價(jià)風(fēng)化殼巖溶的重要因素,一般而言,疊加了多期次巖溶作用的儲(chǔ)層質(zhì)量要好于發(fā)生單期次巖溶作用的儲(chǔ)層[11,12]。
塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)歷了中奧陶世末、奧陶紀(jì)末 -志留紀(jì)初、志留紀(jì)末 -泥盆紀(jì)初、晚泥盆世中期四個(gè)期次巖溶作用的改造,各期巖溶作用發(fā)生的強(qiáng)度在不同構(gòu)造上存在差異,對(duì)儲(chǔ)層的影響也不盡相同 (表 1)。
加里東中期巖溶主要表現(xiàn)為早中奧陶世與晚奧陶世之間、中晚奧陶世內(nèi)部及晚奧陶世末發(fā)生的巖溶作用。該期巖溶可分為 3幕:
加里東中期第一幕:為下奧陶統(tǒng)與中下奧陶統(tǒng)之間的古巖溶。沙西地區(qū)表現(xiàn)較弱,該區(qū)英買 1井下奧陶統(tǒng)頂部顆?;?guī)r中顆粒周圍發(fā)育氧化鐵環(huán)邊,并有星散分布的褐鐵礦化黃鐵礦;下奧陶統(tǒng)頂部為灰綠色至暗紫紅色的雜色灰?guī)r,與上覆中奧陶統(tǒng)底部的深灰色鈣質(zhì)泥巖在巖性和色調(diào)上明顯突變,表明前者遭受過地表風(fēng)化。此外據(jù)地震資料,阿克庫勒凸起圍斜及滿加爾坳陷下奧陶統(tǒng)與中上奧陶統(tǒng)上超明顯,表明其間有間斷,塔中地區(qū)表現(xiàn)為下奧陶統(tǒng)與中上奧陶統(tǒng)之間的平行不整合接觸。因此,該期運(yùn)動(dòng)影響范圍較大,造成下奧陶統(tǒng)頂部較強(qiáng)的巖溶。
加里東中期第二幕:為中上奧陶統(tǒng)內(nèi)部良里塔格組與桑塔木組之間的古巖溶。在阿克庫勒凸起表現(xiàn)明顯。塔中地區(qū)不發(fā)育。
加里東晚期第三幕:為奧陶系與志留系間的古巖溶,在塔北地區(qū)表現(xiàn)明顯。地震資料表明,在碳酸鹽巖臺(tái)地沉積區(qū),志留系上超明顯,可見下伏地層被切削,表明志留系與奧陶系間多為假整合到微角度不整合接觸。該幕在塔中地區(qū)表現(xiàn)強(qiáng)烈,造成中央壘帶和塔中東部地區(qū)缺失中上奧陶統(tǒng),導(dǎo)致下奧陶統(tǒng)較強(qiáng)的溶蝕作用。
海西早期巖溶以阿克庫勒地區(qū)最為顯著,該區(qū)鉆井普遍見下石炭統(tǒng)與下奧陶統(tǒng)呈假整合或角度不整合接觸,下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖受到強(qiáng)烈的古巖溶作用 (可能疊加了加里東中期等二幕)。此外,雅克拉部分地區(qū) (如沙 5井區(qū))亦受該期巖溶作用。該期巖溶作用在塔中東部表現(xiàn)強(qiáng)烈,導(dǎo)致塔中東部地區(qū)石炭系直接覆蓋在下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖之上。
海西晚期巖溶以雅克拉至沙西凸起中部及北部最顯著,表現(xiàn)為三疊系與下伏下奧陶統(tǒng)以及寒武系-震旦系碳酸鹽巖呈不整合接觸,該區(qū)碳酸鹽巖受到強(qiáng)烈的古巖溶作用 (可能疊加前期古巖溶作用)。
印支-燕山期巖溶僅在局部地區(qū)有所表現(xiàn),如沙西凸起北部,表現(xiàn)為侏羅系或白堊系與下奧陶統(tǒng)不整合接觸,使后者受到較強(qiáng)的古巖溶作用。該期巖溶在塔中隆起也不發(fā)育。
表 1 塔北、塔中地區(qū)奧陶系巖溶期次對(duì)比表Table1 Comparison of the karstification phases of the Ordovician strata in northern and central Tar im Basin
在塔中與塔北地區(qū)的奧陶系中,同生巖溶及埋藏巖溶都屬于相對(duì)次要巖溶作用,同生巖溶幾乎都得不到保存。塔中、塔北兩地區(qū)最大的區(qū)別體現(xiàn)在遭受風(fēng)化殼巖溶的面積與期次上。塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖主要接受海西早期、海西晚期的巖溶改造,其次是加里東中期;塔中地區(qū)則是加里東中期第一幕、加里東晚期和海西早期三期巖溶作用最強(qiáng)烈。相對(duì)而言,塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖所經(jīng)受的巖溶期次多、暴露時(shí)間長,且由于臺(tái)地結(jié)構(gòu)特征暴露面積廣。這也是塔北地區(qū)能形成塔河-輪南這樣億噸級(jí)大油田的原因。當(dāng)然,塔中地區(qū)比塔北多了良里塔格組儲(chǔ)層,其勘探潛力還有待進(jìn)一步論證。
(1)塔中與塔北地區(qū)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層的發(fā)育層段不同,塔中地區(qū)儲(chǔ)層主要為下奧陶統(tǒng)鷹山組局限臺(tái)地相白云巖以及上奧陶統(tǒng)良里塔格組高能礁灘相生物屑泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r和生物礁灰?guī)r。塔北地區(qū)儲(chǔ)層主要為中奧陶統(tǒng)一間房組開闊臺(tái)地相生物屑泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r。
(2)塔中與塔北地區(qū)奧陶系的沉積演化特征的相似性造成它們在沉積相的縱向展布上也有很大的相似性。
(3)在塔中地區(qū),斷裂帶控制的臺(tái)緣形態(tài)導(dǎo)致該地區(qū)遭受風(fēng)化殼巖溶面積較小;塔北地區(qū)奧陶世的平坦古地貌造成塔北接受風(fēng)化殼巖溶改造的面積大。
(4)塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖巖溶期次以海西早期、海西晚期最為強(qiáng)烈,其次是加里東中期。塔中地區(qū)則以加里東中期第一幕、加里東晚期和海西早期三期巖溶作用最強(qiáng)烈。塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖所經(jīng)受的巖溶期次多、暴露時(shí)間長,而塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖的巖溶期次少,暴露時(shí)間相對(duì)較短。
(5)根據(jù)塔北與塔中地區(qū)奧陶系儲(chǔ)層的對(duì)比研究,可以預(yù)測塔中地區(qū)也有著優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的條件。但鑒于兩者在構(gòu)造演化和儲(chǔ)層發(fā)育上的差異性,在塔中地區(qū)奧陶系儲(chǔ)層研究中,應(yīng)注意下奧陶統(tǒng)古風(fēng)化殼巖溶發(fā)育與塔北地區(qū)的區(qū)別,重視在不整合面下伏地層中尋找與斷裂作用密切關(guān)聯(lián)的巖溶。同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)上奧陶統(tǒng)礁灘相儲(chǔ)集體的勘探。
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Comparative study of the genesis of the Ordovician carbonate reservoir rocks in northern and central Tarim Bas in,X injiang
RUAN Zhuang1,YU Bing-song2,L I Zhao-hui3,TAN Guang-hui1
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Exploration,China University of Petroleum,B eijing102249,China;2.State Key Laboratory of Geological Processes and M ineral Resources,China University of Geosciences,Beijing100083,China;3.Research Institute of O il Field Exploration and Developm ent,Songyuan138000,Jilin,China)
The comparative study of reservoir horizons,reservoir types,sedimentary evolution and karstification phases indicates that there are both similarities and differences in reservoir horizons,sedimentary evolution and karstification phases of the Ordovician carbonate reservoir rocks in northern and central Tar im Basin,Xinjiang.In the petroleum exploration in central Tar im Basin,particular attention should be drawn to the UpperOrdovician reef reservoirs due to their differences in the development of palaeo-weathering crust karsts in the Lower Ordovician strata in northern Tarim Basin.
Tarim Basin;Ordovician;carbonate rock reservoir;karstification
1009-3850(2010)03-0084-06
2010-01-20;改回日期2010-08-05
阮壯 (1983-),男,博士研究生,巖石學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)
受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (40472064、40672079)和中國地質(zhì)大學(xué) (北京)海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2008-01)
TE122.2+21
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