冀中坳陷前第三系巖溶發(fā)育規(guī)律及其控制因素

吳孔友，王雨潔，張瑾琳，臧明峰

（1中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球資源與信息學(xué)院；2中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院）（3東方物探研究院大港分院）

冀中坳陷前第三系巖溶發(fā)育規(guī)律及其控制因素

吳孔友1，王雨潔1，張瑾琳2，臧明峰3

（1中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球資源與信息學(xué)院；2中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院）（3東方物探研究院大港分院）

冀中坳陷自薊縣紀(jì)楊莊運(yùn)動(dòng)以來(lái)經(jīng)歷了七次較大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，伴隨發(fā)育有七期巖溶，但只有最晚的發(fā)生于印支—燕山運(yùn)動(dòng)的第Ⅶ期巖溶被較多保存下來(lái)，它可劃分出三個(gè)次級(jí)巖溶期。從中元古界長(zhǎng)城系高于莊組到下古生界奧陶系峰峰組，潛山碳酸鹽巖的溶蝕作用發(fā)生在多個(gè)層位，尤其是薊縣系白云巖和奧陶系灰?guī)r巖溶現(xiàn)象普遍?？v向上可統(tǒng)計(jì)出第Ⅶ期巖溶中的全部三期次級(jí)巖溶，巖溶層位主要為薊縣系霧迷山組、寒武系及奧陶系。鉆井中泥漿漏失現(xiàn)象普遍，其中單井泥漿漏失量最大的層位是霧迷山組，其次是奧陶系，寒武系相對(duì)最小。冀中坳陷巖溶的總體展布特征表現(xiàn)為水平巖溶帶距古地表的深度由凹陷向凸起變大，而水平巖溶帶的厚度總體呈現(xiàn)由凹陷向凸起減小的趨勢(shì)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、多層系碳酸鹽巖的發(fā)育以及多套烴源巖的生烴演化，是影響冀中坳陷巖溶發(fā)育的三個(gè)主要控制因素。

古潛山油氣藏；巖溶作用；巖溶特征；泥漿漏失量；控制因素；冀中坳陷

吳孔友

胡孔友1971生，博士，副教授。1995年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)，2004年獲石油大學(xué)(華東)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位，現(xiàn)從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與油氣成藏研究。已發(fā)表論文《冀中饒陽(yáng)凹陷潛山演化類(lèi)型及成藏差異性分析》、《大南盤(pán)江地區(qū)構(gòu)造對(duì)油氣藏破壞作用研究》等30余篇。通訊地址：266555山東青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)；電話(huà)：(0546)7878593

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界油氣儲(chǔ)量的20%～30%與不整合有關(guān)，且主要與巖溶儲(chǔ)層有關(guān)［1］。這是因?yàn)閹r溶作用形成的溶蝕孔洞和裂縫作為油氣主要的儲(chǔ)集空間和滲流通道，它們極大地改善了碳酸鹽巖本身相對(duì)較差的孔洞縫儲(chǔ)集系統(tǒng)［2-6］。冀中坳陷是渤海灣盆地內(nèi)部一個(gè)一級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，中、上元古界至下古生界發(fā)育厚達(dá)4000～6000m的碳酸鹽巖，受華北地臺(tái)基巖隆升幅度大、侵蝕范圍廣、斷層活動(dòng)強(qiáng)烈的影響，巖溶作用廣泛發(fā)育［6］。自1975年與古巖溶密切相關(guān)的任丘潛山大油田發(fā)現(xiàn)以來(lái)，對(duì)冀中坳陷巖溶儲(chǔ)層的研究，已逐漸成為油氣藏勘探開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，至今坳陷內(nèi)潛山探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)5.254×108t。近年來(lái)鉆探的長(zhǎng)3、長(zhǎng)6、文古3、寧古8以及虎8等井在薊縣系、寒武系等先后獲得了高產(chǎn)工業(yè)油氣流，表明古潛山碳酸鹽巖油氣藏仍然是今后不可忽視的勘探領(lǐng)域。因此，研究前第三系巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育特征和分布規(guī)律，對(duì)冀中坳陷的油氣勘探仍具有十分重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

冀中坳陷東鄰滄縣隆起，西以太行山東緣斷裂為界，北至燕山臺(tái)褶帶，南抵邢衡隆起［6］。區(qū)內(nèi)劃分為22個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，以無(wú)極—藁城低凸起、高陽(yáng)低凸起以及牛駝鎮(zhèn)凸起等正向單元為中央構(gòu)造帶（圖1）。該坳陷前第三系經(jīng)歷了從元古宙到新生代近20億年的地質(zhì)演化，期間發(fā)生了呂梁、晉寧、加里東、海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，地層分布復(fù)雜，但總體上保存較全，從太古宇到中、上元古界再到中生界均有分布。但中生界不太發(fā)育、分布范圍小、地層厚度較薄，且目前尚未見(jiàn)到其中有油氣顯示。中、上元古界及下古生界為穩(wěn)定開(kāi)闊的淺海相，其巨厚碳酸鹽巖為潛山形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。加里東運(yùn)動(dòng)使華北地臺(tái)整體抬升遭受剝蝕，研究區(qū)內(nèi)缺失中—上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及下石炭統(tǒng)，寒武系、奧陶系及薊縣系霧迷山組碳酸鹽巖孔洞成為潛山油氣藏的主要儲(chǔ)集空間。寒武系、奧陶系主要分布于凹陷區(qū)內(nèi)，如廊固凹陷、霸縣凹陷、饒陽(yáng)凹陷南部、束鹿凹陷等。霧迷山組是中、上元古界鉆遇最多的一套地層，整體上呈北西向和北東向組合而成“T”型展布，集中分布于饒陽(yáng)凹陷中北部、牛駝鎮(zhèn)凸起南部、蠡縣斜坡北部、高陽(yáng)低凸起中北部等地區(qū)?？傮w上看，中、上元古界主要分布于構(gòu)造相對(duì)較高的部位，上覆的中生界、古生界等中上部地層遭受了強(qiáng)烈剝蝕，甚至被剝蝕殆盡，從而使大部分地區(qū)的霧迷山組直接與新生界接觸，進(jìn)而成為該區(qū)溶蝕孔、洞、縫最為發(fā)育的層位之一。

圖1 冀中坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨肮艓r溶平面分布圖

2 巖溶發(fā)育特征

冀中坳陷前第三系碳酸鹽巖成巖之后，經(jīng)歷了多次抬升和頻繁暴露,發(fā)生了多期巖溶作用,溶蝕現(xiàn)象明顯。

2.1 野外露頭特征

巖溶現(xiàn)象在野外露頭有清晰顯示。從中元古界長(zhǎng)城系高于莊組到下古生界奧陶系峰峰組，潛山碳酸鹽巖的溶蝕作用在冀中坳陷的多個(gè)層位均有發(fā)生，尤其薊縣系和奧陶系灰?guī)r巖溶現(xiàn)象普遍（圖2a）。

圖2 冀中坳陷巖溶發(fā)育特征

2.2 室內(nèi)巖心特征

巖心是研究地下信息最直觀的資料。根據(jù)區(qū)內(nèi)167口井取心資料，巖心溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，多見(jiàn)溶孔、溶穴，沿裂隙多見(jiàn)港灣狀溶蝕現(xiàn)象或見(jiàn)有淺小溶洞。這種數(shù)量多、體積小的孔縫是冀中坳陷碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)主要的儲(chǔ)集空間，它們常被泥質(zhì)、白云質(zhì)、瀝青及硅質(zhì)充填或半充填。任28井巖心（圖2b）不規(guī)則分布的溶蝕孔洞和根須狀裂縫在多個(gè)深度段可見(jiàn)；掃描電鏡（圖2c）分析，晶間孔、晶間微孔發(fā)育，巖石中原生孔隙多被后期成巖作用破壞或溶蝕改造。

2.3 鉆井泥漿漏失特征

鉆井錄井過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重井漏和放空現(xiàn)象，是未被充填洞穴層或部分充填洞穴層存在的重要特征，放空為鉆遇巖溶洞穴的直接標(biāo)志［2］。

對(duì)研究區(qū)400多口潛山井資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)井漏現(xiàn)象普遍，漏失層段達(dá)237處，單井單層位的漏失量對(duì)該巖溶層位總漏失量的貢獻(xiàn)率如圖3所示。其中單井漏失量最大的層位是薊縣系霧迷山組，淀6井在該地層的泥漿漏失量達(dá)3986.72m3，其次是奧陶系和寒武系。單井單層泥漿漏失程度大致可分為三個(gè)區(qū)間：1～50 m3、50～150 m3、＞150 m3，其中以單井單層泥漿漏失量小于50m3的占主體，它對(duì)各自層位的總泥漿漏失量貢獻(xiàn)率均達(dá)到60%以上，奧陶系甚至達(dá)到了80%，這表明各層位的地下巖溶主要為中小溶孔或溶洞。單井單層泥漿漏失量大于500m3的主要位于薊縣系霧迷山組，表明霧迷山組巖溶最為發(fā)育，且發(fā)育部分大型溶洞。另外，鉆具放空現(xiàn)象也有27處，放空后一般伴有泥漿漏失現(xiàn)象。平面上，放空漏失井往往與巖石破裂系數(shù)高值區(qū)相一致，溶洞一般都是沿?cái)嗔褞Х植?，是裂縫被溶蝕改造而形成，因此裂縫發(fā)育區(qū)，鉆井泥漿漏失和鉆具放空出現(xiàn)的頻率高［5,7］。

3 巖溶發(fā)育規(guī)律

3.1 旋回性分析

垂向上，受潛水面深度和地下水運(yùn)動(dòng)的控制，一個(gè)完整的巖溶序列應(yīng)包括地表巖溶帶、滲流巖溶帶及潛流巖溶帶三個(gè)部分。但是由于地貌的差異，地下水作用尤其是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，常造成早期和晚期的巖溶在垂向上錯(cuò)位疊置，形成滲流帶和潛流帶在剖面上疊置交替［8］。

圖3 冀中坳陷各巖溶層位不同的單井泥漿漏失量對(duì)該層位總漏失量的貢獻(xiàn)率

薊縣紀(jì)楊莊運(yùn)動(dòng)以來(lái)，冀中坳陷經(jīng)歷了七次較大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，伴隨發(fā)育七期巖溶（表1），其中Ⅰ—Ⅲ期巖溶，因構(gòu)造總體為抬升運(yùn)動(dòng)，間斷暴露時(shí)間短，溶蝕作用弱，以發(fā)育層間巖溶為主；Ⅳ—Ⅴ期巖溶，因間斷時(shí)間長(zhǎng)，巖石溶蝕充分，巖溶相帶明顯，但因其形成時(shí)間早，后期經(jīng)歷改造、充填、剝蝕，很難保存下來(lái)；Ⅵ期巖溶，在華北地區(qū)由于石炭系和二疊系可溶巖甚少，巖溶活動(dòng)表現(xiàn)不明顯。印支—燕山運(yùn)動(dòng)，以強(qiáng)烈的褶皺和斷裂為主，使本區(qū)深埋地腹的中元古界至下古生界巨厚的碳酸鹽巖褶皺塊斷成山，遭受風(fēng)化剝蝕，形成第Ⅶ期巖溶，導(dǎo)致碳酸鹽巖潛山在古近系沉積之前，一直暴露地表，巖溶充分。冀中坳陷潛山目前發(fā)現(xiàn)的巖溶儲(chǔ)層，大都為該期巖溶結(jié)果。由于印支—燕山運(yùn)動(dòng)周期較長(zhǎng)，具有多幕活動(dòng)特征，造成多次潛水位變動(dòng)，形成多個(gè)次級(jí)巖溶期［5］。本次研究，通過(guò)對(duì)鉆井泥漿漏失程度和層位對(duì)比分析，在冀中坳陷各古巖溶發(fā)育層位中最多可識(shí)別出三個(gè)次級(jí)巖溶期（表1，圖4），且不同層位的巖溶改造和疊加程度不同。由圖4可以看出，上覆第三紀(jì)地層越老，也即埋藏越早，潛山地層巖溶期次越多，顯示這些巖溶相帶應(yīng)該為褶皺抬升期的殘留巖溶，而不是下降期形成的，因?yàn)橄陆灯谛纬傻膸r溶，埋藏越晚，即上覆地層越新，巖溶期次應(yīng)該越多。區(qū)內(nèi)以?xún)?chǔ)集性能最好的霧迷山組巖溶期保存最多，而且溶蝕深度越大，孔洞越發(fā)育，泥漿漏失量越大；寒武系碳酸鹽巖因暴露時(shí)間較長(zhǎng)，剝蝕程度嚴(yán)重，只保留了一期次級(jí)巖溶。構(gòu)造抬升期形成的巖溶，往往第1期位于剖面上部，當(dāng)發(fā)生下一期巖溶時(shí)，上部的表層巖溶帶被后期的巖溶改造而保存不好，潛流帶亦被滲流巖溶作用所改造［8］。當(dāng)然，即使同一層系不同巖溶地貌單元的地層遭受的侵蝕強(qiáng)度也不同，最終殘留的巖溶期次也就不同，尤其巖溶高地近地表的巖溶期常伴隨地層的剝蝕而不斷消失。以西15井、任16井等高地邊緣井為代表，從中生代晚期到潛山尚未完全被掩埋之前，由于碳酸鹽巖地層暴露地表時(shí)間長(zhǎng)，遭受了強(qiáng)烈的風(fēng)化淋濾作用，不僅前幾期形成的潛流帶被剝蝕消失，最后一期的垂直滲流帶也幾乎完全被剝蝕。

表1 冀中坳陷表生期巖溶期次統(tǒng)計(jì)表（據(jù)文獻(xiàn)①,［6,9］編制）

這種多期次巖溶的特點(diǎn)對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育具有明顯的控制作用。不同部位巖溶疊加改造次數(shù)和程度的不同，造成了裂縫、溶蝕孔洞儲(chǔ)集層的垂向非均質(zhì)性和不同的橫向水力連通性，形成了目前冀中坳陷復(fù)雜的巖溶作用垂向模式。

3.2 古巖溶展布特征

圖4 冀中坳陷前第三系巖溶旋回發(fā)育示意圖

平面上，冀中坳陷巖溶的總體展布特征為水平巖溶帶距古地表的深度由凹陷向凸起變大（圖5）。在表生環(huán)境下，碳酸鹽巖暴露地表，由淺入深將逐漸遭受風(fēng)化淋濾作用,發(fā)生次生變化，且距離古地表越近，蝕變?cè)綇?qiáng)。從全區(qū)范圍看，各凹陷碳酸鹽巖巖溶從距古地表深度100m開(kāi)始普遍發(fā)育，霸縣凹陷北部、饒陽(yáng)凹陷中北部、束鹿西斜坡等地勢(shì)低部位保存條件差，巖溶不甚發(fā)育，最大深度僅幾十米。在廊固凹陷、晉縣凹陷區(qū)等值線呈漸變趨勢(shì)，變化不明顯，說(shuō)明巖溶在這些地區(qū)發(fā)育比較均勻。向蠡縣斜坡、牛駝鎮(zhèn)凸起等地區(qū)深度逐漸增大,到坳陷兩側(cè)的高陽(yáng)低凸起、文安斜坡和牛北斜坡,巖溶最深可達(dá)1600m左右。研究區(qū)各二級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)巖溶深度變化趨勢(shì)與全區(qū)一致，饒陽(yáng)和霸縣兩個(gè)凹陷的特征尤其顯著。饒陽(yáng)凹陷的水平巖溶帶整體發(fā)育深度較淺，尤其是凹陷西部和蠡縣斜坡等地區(qū)，地下水淺部運(yùn)動(dòng)活躍，巖溶深度不超過(guò)800m。霸縣凹陷水平巖溶帶大面積較淺，最大深度小于600m，其中牛駝鎮(zhèn)凸起的南部最淺不到100m，至牛北斜坡、文安斜坡巖溶深度距前第三系頂部達(dá)到1500m以上。

但是，區(qū)內(nèi)水平巖溶帶的厚度變化規(guī)律恰恰相反，總體呈現(xiàn)由凹陷向凸起減小的趨勢(shì)（圖6）。全區(qū)水平巖溶帶厚度大都在20～80m，古地形高點(diǎn)多不超過(guò)40m，但巖溶洼地最厚可達(dá)240多米。由于古地形的起伏，研究區(qū)由凹陷向斜坡再到高地，各部位水平巖溶帶發(fā)育厚度明顯不等，呈有規(guī)律的變化。古地形高的地方容易暴露于地表而接受大氣淡水的溶蝕，而且隆起區(qū)表生溶蝕以垂向淋濾為主，導(dǎo)致垂直滲透帶厚，而水平潛流帶??；相反，凹陷區(qū)一般垂直滲透帶薄，而水平潛流帶厚［10］。廊固凹陷、饒陽(yáng)凹陷以及深縣凹陷—束鹿凹陷，是冀中坳陷內(nèi)水平巖溶帶最為發(fā)育的區(qū)域。其中，饒陽(yáng)凹陷厚度最大值大于240 m，一般厚度均大于30 m，是冀中坳陷水平巖溶帶厚度最大分布區(qū)。地質(zhì)報(bào)告中記錄的霧迷山組井漏放空現(xiàn)象多出現(xiàn)在該凹陷中西部的低地勢(shì)區(qū)。廊固凹陷、深縣凹陷—束鹿凹陷水平巖溶帶相對(duì)較薄，但是厚度由凹陷向凸起減小的特征仍明顯可見(jiàn)。這些凹陷內(nèi)大部分地區(qū)水平巖溶帶厚度在10～50 m，但在廊坊附近和深縣凹陷的西北部等地厚度較大，最深處達(dá)120 m以上。

圖5 冀中坳陷水平巖溶帶距古地表深度等值線圖

受區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)、巖溶帶深度及水平巖溶帶厚度變化規(guī)律的影響，冀中坳陷巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的區(qū)域性特征差異較大。如西北部的廊固凹陷是典型的巖溶高地所在地區(qū)，淡水淋濾溶蝕作用為主，奧陶系灰?guī)r儲(chǔ)層孔縫發(fā)育。而饒陽(yáng)凹陷地勢(shì)低，地下水水平層流溶蝕強(qiáng)，儲(chǔ)集空間以霧迷山組的順層大型溶洞和晶間溶孔為特征，鉆進(jìn)過(guò)程鉆具放空和泥漿漏失現(xiàn)象普遍。

4 巖溶發(fā)育控制因素分析

4.1 多層系碳酸鹽巖發(fā)育為巖溶形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)

冀中坳陷前第三系多組、多層系海相碳酸鹽巖的發(fā)育與配置，是控制古巖溶作用的重要因素。主要包括奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖，寒武系灰?guī)r、泥灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r以及薊縣系白云巖、灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖等等。平面上，自西向東巖性上整體具有白云巖→灰?guī)r→砂泥巖的變化趨勢(shì)，在中央構(gòu)造帶（即無(wú)極-藁城低凸起—高陽(yáng)低凸起—牛駝鎮(zhèn)凸起一帶），白云巖與灰?guī)r地層呈指狀交錯(cuò)分布。

圖6 冀中坳陷水平巖溶帶厚度等值線圖

該區(qū)古巖溶集中發(fā)育于古生界奧陶系和中元古界霧迷山組兩個(gè)層系，但是由于兩層系碳酸鹽巖的巖性和巖溶特征的不同［9,11-12］,儲(chǔ)層類(lèi)型差異也較大。觀察表明，研究區(qū)中西部白云巖分布區(qū)溶丘發(fā)育規(guī)模不大，巖溶高地呈不連續(xù)分布，而且孔隙特征以晶間溶孔、小型溶洞及溶蝕擴(kuò)大縫為主，少見(jiàn)大型裂縫和大型溶洞，僅在馬92井、馬檢2井、任96井等處鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生較大的井漏甚至放空，小規(guī)模的溶洞多被充填。區(qū)內(nèi)白云巖巖性質(zhì)純、層厚大，部分層段夾少量灰質(zhì)白云巖，有利于巖溶作用發(fā)生。而石灰?guī)r發(fā)育地段，一般形成面積較大的巖溶高地，奧陶系下段含泥質(zhì)較重，不利于巖溶作用發(fā)生。

4.2 多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為巖溶的形成提供了構(gòu)造背景

構(gòu)造作用在巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育過(guò)程中是必不可少的因素，無(wú)論是碳酸鹽臺(tái)地的整體抬升還是局部的構(gòu)造斷裂，都對(duì)巖溶的發(fā)育起到積極作用［13］。峰峰組沉積晚期的加里東運(yùn)動(dòng)和暴露期最長(zhǎng)的海西早期運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致志留系—泥盆系、中—上奧陶統(tǒng)大部分被剝蝕，中—下奧陶統(tǒng)灰?guī)r普遍遭受長(zhǎng)期的淡水淋濾和溶蝕作用，致使風(fēng)化殼巖溶在區(qū)內(nèi)廣泛分布。研究區(qū)抬升過(guò)程中在不整合附近形成的孔、洞、縫成為碳酸鹽巖儲(chǔ)層最主要的先存孔隙，它為以后有效儲(chǔ)集空間的進(jìn)一步擴(kuò)大形成奠定了良好的基礎(chǔ)［12,14］。褶皺為主的中生代塊斷活動(dòng)，不僅造成了元古宇—下古生界不同時(shí)代地層在不同構(gòu)造位置的出露剝蝕，也發(fā)育了一系列北西、北西西及北東向斷層，形成多期、多組系的斷裂網(wǎng)絡(luò)。斷層及其伴生裂縫的發(fā)育帶是巖溶儲(chǔ)層有利的發(fā)育部位［15］。因?yàn)閿嗔训陌l(fā)育一方面派生一系列裂縫，擴(kuò)大儲(chǔ)集空間，改善儲(chǔ)集條件，提高滲透能力；另一方面斷裂及其派生的裂縫系統(tǒng)為大氣淡水滲濾進(jìn)行深部溶蝕提供了通道。目前發(fā)現(xiàn)的加里東期巖溶多分布于斷裂帶附近，如任38井位于饒陽(yáng)二級(jí)斷裂交匯處，該井裂縫發(fā)育，巖溶作用強(qiáng)烈，有嚴(yán)重漏失，并鉆獲高產(chǎn)油氣流；而南馬莊油田的馬古4、馬6、西7等井也位于斷裂附近，縫洞連通性較好，是有利的儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。在多期構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生的多期抬升剝蝕和破裂裂隙，為該區(qū)巖溶的發(fā)育提供了良好的構(gòu)造背景。

4.3 多套烴源巖的演化為巖溶發(fā)育提供了地下水酸性環(huán)境

冀中坳陷發(fā)育了多套烴源層，其中古近系泥質(zhì)烴源層是該區(qū)生油氣主體，其次是煤、泥巖為主的石炭系—二疊系。埋藏后期烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化為巖溶的發(fā)育提供了地下水酸性背景。生、排烴過(guò)程中形成的酸性流體對(duì)改善碳酸鹽巖儲(chǔ)集性能有良好的促進(jìn)作用［3,16］，這種埋藏有機(jī)溶蝕作用發(fā)生于海西期及其后的深埋藏成巖環(huán)境。

受海西運(yùn)動(dòng)影響，中石炭世華北地臺(tái)整體下降接受沉積，奧陶系風(fēng)化殼被石炭系—二疊系及更年輕地層覆蓋。上覆含煤泥質(zhì)巖壓實(shí)過(guò)程中不斷排出富含有機(jī)質(zhì)、CO2及H2S等的酸性壓釋水，這種酸性流體可以復(fù)活部分先期被充填的孔、洞、縫，又可以在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生新的儲(chǔ)集空間［17-18］。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)之后，全區(qū)進(jìn)入埋藏封閉環(huán)境，潛山上覆第三紀(jì)沉積厚度增大，有機(jī)質(zhì)成熟脫羧基作用的成巖演化增強(qiáng)。其形成的有機(jī)酸性水沿著不整合面或裂縫系統(tǒng)向古隆起頂部和古風(fēng)化殼儲(chǔ)層運(yùn)移聚集，通過(guò)對(duì)流循環(huán)發(fā)育巖溶，同時(shí)這種埋藏有機(jī)溶蝕作用疊加于此前的各種古巖溶作用之上，對(duì)前期方解石、白云石中的晶間溶孔、晶間溶縫進(jìn)行溶蝕再改造。

埋藏型巖溶的溶蝕作用屬于非選擇性溶蝕［19］，但由于深埋環(huán)境溫度高，壓力大，CO2對(duì)白云巖溶解率比灰?guī)r要大，常常在構(gòu)造破碎、裂縫及斷裂發(fā)育地段溶蝕作用增強(qiáng)，形成較有利的儲(chǔ)層，使?jié)撋絻?chǔ)層的非均質(zhì)性進(jìn)一步增強(qiáng)。如饒陽(yáng)凹陷霧迷山組不整合面以下600～800m深度范圍內(nèi)，發(fā)育大量次生孔縫，這是深部巖溶改造的結(jié)果。

5 結(jié)論

（1）冀中坳陷自薊縣紀(jì)楊莊運(yùn)動(dòng)以來(lái)經(jīng)歷了七次較大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，伴隨發(fā)育有七期巖溶。前六期巖溶沒(méi)有太多保存下來(lái)，冀中坳陷潛山目前發(fā)現(xiàn)的巖溶儲(chǔ)層大都為第Ⅶ期巖溶的結(jié)果，它可劃分為三個(gè)次級(jí)巖溶期。

（2）冀中坳陷潛山碳酸鹽巖在多個(gè)層位發(fā)生了第Ⅶ期巖溶，尤其是薊縣系霧迷山組、寒武系及奧陶系溶蝕現(xiàn)象普遍。全區(qū)各巖溶層位中最多可識(shí)別出第Ⅶ期巖溶中的全部三期次級(jí)巖溶，如霧迷山組；奧陶系中保存了兩期次級(jí)巖溶；寒武系只保留了最后一期次級(jí)巖溶。

（3）冀中坳陷水平巖溶帶深度變化特點(diǎn)為距前第三系頂面深度由凹陷處（最小值小于100m）向凸起處（最大值大于1600m）增大；而水平巖溶帶的厚度則由凹陷處（最大值大于240 m）向凸起處（最小值小于10m）減小。

（4）構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、多層系碳酸鹽巖地層分布以及多套烴源巖的生烴演化，是影響坳陷內(nèi)巖溶發(fā)育的三個(gè)主要控制因素。

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編輯：吳厚松

Development Rule and Controlling Factors of Pre-Tertiary Karst in Jizhong Depression,Bohaiwan Basin

Wu Kongyou,Wang Yujie,Zhang Jinlin,Zang Mingfeng

Seven large-scale tectonic movements have occurred in Jizhong Depression since Yangzhuang movement during Mesoproterozoic Jixiang period,which caused seven periods of karstification but only the final period, the PeriodⅦof karstification,that happened in the Indosinian-Yanshan Movement was preserved well.The periodⅦof karstification can be divided into three sub-karstification stages.Karstification occurred in many carbonate beds of buried hills from Gaoyuzhuang Formation of Mesoproterozoic Changcheng system to Fengfeng Formation of Lower Palaeozoic Ordovician system,especially common in Mesoproterozoic Jixian dolomite and Mesozoic Ordovician limestone.There are three sub-karstification stages of the PeriodⅦin vertical and the corresponding beds of them mainly are Jixian Wumishan Formation,Cambrian and Ordovician karsts.Karst directly results in a great amount of mud loss in drillings.The mud loss of a single layer in a single well is less than 50 m3and the total rate of mud loss reaches to 60%in every bed.The largest amount of mud loss of a single well happened in some bed of Wumishan Formation,which was up to more than 500m3.The less amount of mud loss was in Ordovician beds and the least in Cambrian one.In generally,the karst in this depression exhibits that the depth of the horizontal karst belt to the paleosurface increases from sag to arch while oppositely the thickness of the horizontal karst belt just decreases from sag to arch.It is concluded that the main controlling factors affecting development of the karstification are tectonic movement,development of multibedded carbonate rock,and evolution of several sets of source rocks.

Buried hill reservoir;Palaeokarst;Karstification;Mud loss;Controlling factor;Jizhong Depression

book=14,ebook=44

TE112.23

A

1672-9854(2010)-04-0014-009

2010-06-04

本文受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：40772081）、山東省自然科學(xué)基金（編號(hào)：Y2008E16）和國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：2008ZX05001）聯(lián)合資助

Wu Kongyou：male,Associate Professor.Add：College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,66 Changjiang Xi Rd.,Qingdao,Shandong,266555 China