塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組表生巖溶分布特征及主控因素

和　虎，馮海霞，蔡忠賢

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢430074；2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組表生巖溶分布特征及主控因素

和虎1，馮海霞2，蔡忠賢1

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢430074；2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組主要經(jīng)歷加里東中期—海西早期多期構(gòu)造運動，形成多個不整合面，發(fā)育多期表生巖溶，目前對影響鷹山組多期巖溶分布特征的主控因素的分析不夠深入。為此，在鷹山組古地貌巖溶層識別與對比的基礎(chǔ)上，對巖溶分布的影響因素進行分析，總結(jié)其主控因素。研究區(qū)中下奧陶統(tǒng)為穩(wěn)定的臺地沉積，利用殘余厚度等時間圖恢復(fù)鷹山組巖溶古地貌，并劃分為巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶盆地3個地貌單元。通過對塔里木盆地表生巖溶洞穴層發(fā)育深度的分析，將研究區(qū)表生巖溶發(fā)育深度定為不整合面以下180m內(nèi)。綜合應(yīng)用鉆井、巖心、測井和地震等資料識別巖溶層，在巖溶層對比分析的基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn)，3個巖溶臺面對應(yīng)發(fā)育3個巖溶層，并且?guī)r溶層主要發(fā)育在巖溶斜坡上，影響表生巖溶分布特征的主控因素為巖性和構(gòu)造。

中下奧陶統(tǒng)鷹山組表生巖溶主控因素塔中地區(qū)

塔中地區(qū)西部卡塔1區(qū)塊的中1井在奧陶系石灰?guī)r內(nèi)幕鉆遇鷹山組風(fēng)化殼古巖溶［1］，并且獲得油氣流，打開了塔中地區(qū)西部中下奧陶統(tǒng)風(fēng)化殼巖溶勘探新局面。近期勘探成果表明，塔中地區(qū)鷹山組經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，遭受多期巖溶作用形成多期表生巖溶疊加。多位學(xué)者已對塔中地區(qū)古巖溶發(fā)育特征做了大量研究，認為各種巖溶作用是形成塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖巖溶儲層的主要原因，巖性、古地貌、斷裂及裂縫、巖漿熱液活動、有機酸溶蝕作用等對巖溶儲層均有重要影響。筆者以塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組為研究對象，在巖溶古地貌恢復(fù)的基礎(chǔ)上，具體分析其表生巖溶分布特征及主控因素，確定了古巖溶儲層的有利發(fā)育區(qū)帶，以期為塔中地區(qū)碳酸鹽巖勘探開發(fā)提供有利依據(jù)。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

塔中隆起為穩(wěn)定古隆起，位于塔里木盆地中央隆起帶，在加里東中期Ⅰ幕初具雛形，為紡錘狀穹隆構(gòu)造，呈北西向展布，由滿加爾坳陷、阿瓦提坳陷和塘古孜巴斯坳陷圍繞［2］。塔中地區(qū)主要屬于塔中隆起西部，構(gòu)造形態(tài)為向西北傾沒，發(fā)育向西撒開、向東收斂的帚狀斷裂體系，主要受北西—北西西向和北東—北東東向2組斷裂控制，形成了塔中地區(qū)南北分帶和東西分塊的構(gòu)造特征。正是由于其相對穩(wěn)定的構(gòu)造特點，使得加里東中期和海西早期巖溶對鷹山組巖溶儲層表現(xiàn)出尤為重要的意義。寒武紀至早奧陶世，塔里木盆地以拉張、裂陷和海平面上升為背景，塔中地區(qū)發(fā)育以巨厚淺水碳酸鹽巖臺地為標志的沉積組合；在加里東中期，塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組遭受強烈剝蝕，隆起區(qū)缺失一間房組和恰爾巴克組，鷹山組長期暴露地表接受大氣淡水淋濾發(fā)育表生巖溶；海西早期，塔中地區(qū)中東部及中央隆起區(qū)整體抬升，志留系、泥盆系、奧陶系遭到嚴重剝蝕，鷹山組再次暴露地表遭受長期風(fēng)化、淋濾、剝蝕，形成較好的潛山表生巖溶儲層。

2　表生巖溶分布特征

2.1表生巖溶發(fā)育期次及平面分布特征

表生巖溶作用是碳酸鹽巖在大氣淡水條件下，遭受化學(xué)溶蝕和機械侵蝕作用而形成的特有的巖溶現(xiàn)象［3］。從塔中地區(qū)地層保存和巖溶發(fā)育狀況分析可知，其中下奧陶統(tǒng)鷹山組主要經(jīng)歷了加里東中期—海西早期構(gòu)造運動，形成了多個不整合面，發(fā)育多期表生巖溶（表1）。依據(jù)鷹山組上覆地層的不同，可將其分為上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)、北部剝蝕區(qū)和南部剝蝕區(qū)3個區(qū)域。其中南、北2個剝蝕區(qū)以志留系尖滅線為分界線，北部剝蝕區(qū)是志留系覆蓋于鷹山組，南部剝蝕區(qū)是石炭系直接覆蓋于鷹山組（圖1）。

表1　塔中地區(qū)表生巖溶發(fā)育期次Table1　Stagesofsupergenekarstdevelopmentin Tazhongarea

2.2表生巖溶垂向分布特征

通常采用殘余厚度來反映古地貌的相對起伏，研究區(qū)主要是利用鷹山組和蓬萊壩組的殘余厚度等時間圖恢復(fù)其鷹山組巖溶古地貌（圖2）。加里東中期，塔中隆起為紡錘狀穹窿構(gòu)造，核部構(gòu)造位置最高為巖溶高地，自核部向翼部至坳陷區(qū)劃分為巖溶斜坡和巖溶盆地［4-6］，3種地貌單元分別對應(yīng)S1，S2和S3共3個巖溶臺面。

研究表明塔里木盆地大氣淡水的表生巖溶發(fā)育深度為不整合面以下180m內(nèi)，根據(jù)鉆井的放空、漏失和快進（鉆時小于11min/m）響應(yīng)現(xiàn)象，巖心洞穴充填物及測井響應(yīng)，地震串珠狀反射特征等，可以有效地識別出巖溶洞穴［7］。當(dāng)巖溶發(fā)育不強烈時，地下河流經(jīng)處未形成洞穴，表現(xiàn)出溶蝕孔洞段較發(fā)育，被稱之為強巖溶帶，其在鉆井、巖心、測井和地震上表現(xiàn)與溶洞相似的特征。為了便于分析，將巖溶洞穴和強巖溶帶統(tǒng)稱為巖溶層。通過資料收集與整理，統(tǒng)計分析塔中地區(qū)所有井鷹山組鉆遇巖溶層的情況，共有17口井鉆遇巖溶層（表2）。

基準面控制的巖溶層是地下水對巖溶層作用結(jié)果的具體表現(xiàn)，利用連井剖面進行巖溶層的對比劃分，主要是對上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)和南部剝蝕區(qū)結(jié)合古地貌作連井剖面，并分析其表生巖溶分布特征。研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)巖溶發(fā)育相對強烈，3個巖溶臺面對應(yīng)發(fā)育3個巖溶層。鉆遇巖溶層的井較少，而針孔狀的溶孔［8］相當(dāng)發(fā)育。

圖1　塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組多期巖溶疊加分布Fig.1　Themulti-phase superposition ofkarstdistribution in the Yingshan Formation of Lower-Middle Ordovicion in Tazhong area

圖2　塔中地區(qū)加里東中期鷹山組古地貌、巖溶臺面劃分及巖溶層對比剖面線Fig.2　The paleo-landform，division ofkarstplatform surface and comparison section linesofkarst layerof theMiddle Caledonian in Tazhongarea

上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)主要受加里東中期Ⅰ幕構(gòu)造運動的影響發(fā)育表生巖溶。通過統(tǒng)計研究區(qū)所有鉆遇巖溶層井資料的分析，結(jié)果表明，鷹山組巖溶層主要分布在S2—S3臺面上，其上對應(yīng)排泄基面DL2—DL3；由2個巖溶臺面控制發(fā)育2個巖溶層，上部巖溶層位于不整合面以下20m內(nèi)，下部巖溶層位于不整合面以下90～120m。中古171井和中古8井位于巖溶臺面S1上，其不整合面附近巖溶層發(fā)育。

南部剝蝕區(qū)受加里東中期和海西早期巖溶疊加發(fā)育3個巖溶層：第1個巖溶層發(fā)育在鷹山組與一間房組之間的不整合面以下30m；第2個巖溶層發(fā)育在不整合面以下80～100m；塘古1井鉆遇第3個巖溶層，發(fā)育在不整合面以下170m。

表2　塔中地區(qū)鷹山組鉆遇巖溶層統(tǒng)計Table2　The statisticsof the karst layers drilling in the Yingshan Formation in Tazhong area

3　主控因素分析

控制和影響碳酸鹽巖表生巖溶發(fā)育的因素較多，任美諤等提出巖溶的發(fā)育主要決定于巖性、構(gòu)造和氣候條件［9］，因此，著重研究巖性和構(gòu)造對研究區(qū)鷹山組表生巖溶發(fā)育的控制作用。

3.1巖性

塔中地區(qū)風(fēng)化殼內(nèi)可溶巖石類型有致密性灰?guī)r、孔洞性灰?guī)r、孔隙性白云巖和致密性白云巖等［10］。對塔中地區(qū)卡塔1三維地震區(qū)塊的中16、中17、中18和中19井巖心觀察可以看到，不整合面之下100m的巖石類型以細晶白云巖為主。前人研究證實，由于Sr2+為高鹽度流體產(chǎn)物，因此，白云石中Sr2+的含量可反映成巖流體的性質(zhì)：若成巖流體為海水，則白云石中Sr2+的含量大于215×10-6；若成巖流體為淡水，則Sr2+含量小于75×10-6；Sr2+含量介于二者之間可能為混合水成因。張新華等測定的塔中地區(qū)中1、中12和中13井鷹山組白云巖的Sr2+平均含量分別為124.13×10-6，195.16×10-6，113.14×10-6，反映了大氣淡水和海水共同作用的成巖特征［11］。中12井和中13井均有上奧陶統(tǒng)覆蓋，其鷹山組內(nèi)部大氣淡水對白云巖的成巖作用發(fā)生在加里東中期Ⅰ幕巖溶。通常白云巖的Sr2+平均含量小于50%時，隨其含量的增加孔隙度減小［12］，能起到隔水作用。

根據(jù)現(xiàn)有的測井資料，計算出研究區(qū)25口井的相對白云巖含量，并繪制相對白云巖含量等值線（圖3）。從圖3可以看出，順托果勒西、卡塔1和卡塔2區(qū)塊相對白云巖含量較高，其中卡塔1區(qū)塊大部分井的相對白云巖含量為30%～50%。鉆井資料及巖心觀察結(jié)果表明，研究區(qū)巖溶層相對不發(fā)育，針孔狀溶孔是白云巖含量高的巖溶層的主要表現(xiàn)形式（圖4），而巖溶高地到巖溶斜坡處相對白云巖含量低于10%，巖溶較發(fā)育。

圖3　塔中地區(qū)鷹山組相對白云巖含量等值線Fig.3　The relative contentofdolomite for the Yingshan Formation in Tazhong area

圖4　塔中地區(qū)隆起區(qū)鷹山組取心針孔狀溶孔Fig.4　The pinhole-shaped dissolution poreof the Yingshan Formation coring in theupliftof Tazhongarea

3.2構(gòu)造

塔里木盆地經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，主要受加里東中期和海西早期構(gòu)造運動的疊加改造［13］，其鷹山組暴露地表接受大氣淡水的淋濾發(fā)生巖溶作用。構(gòu)造運動引起塔中地區(qū)形成不同的隆坳格局，導(dǎo)致該區(qū)在加里東中期大范圍隆起以及海西早期部分地區(qū)抬升暴露地表形成其獨特的古地貌類型，從而為巖溶的發(fā)育創(chuàng)造條件；構(gòu)造運動所形成的斷層與裂縫使溶蝕孔洞相互連通形成縫洞系統(tǒng)，并可作為大氣淡水滲濾的通道，有利于巖溶發(fā)育。

古地貌上最大高差以及起伏對地下水的發(fā)育深度有影響，并決定了水動力場的大小，從而影響巖溶發(fā)育強度［14］。研究表明，塔中地區(qū)巖溶的發(fā)育與古地貌有著密切的關(guān)系，巖溶斜坡即連接巖溶高地與巖溶盆地的過渡地帶，地下水動力垂向滲入和水平運動，地下徑流發(fā)育，為巖溶發(fā)育的有利區(qū)帶。研究區(qū)巖溶斜坡處的巖溶最為發(fā)育且保存最好，巖溶層發(fā)育的井大部分位于該處。通過巖溶層的對比分析得到，研究區(qū)巖溶斜坡處對應(yīng)2個排泄基面，發(fā)育2個巖溶層；南部剝蝕區(qū)受海西早期構(gòu)造運動的影響，形成3個長條形的天窗，石炭系直接覆蓋在鷹山組上，由于疊加了海西早期的巖溶作用，此處巖溶發(fā)育更為強烈，往下發(fā)育深度更大，鉆井已證實，該處3個巖溶層，鉆遇的第3個巖溶層發(fā)育在不整合面以下170m。

在巖溶發(fā)育過程中，斷裂是形成大型巖溶層的重要因素。構(gòu)造斷裂活動造成碳酸鹽巖破碎，導(dǎo)致裂縫較發(fā)育。斷裂及其伴生裂縫是巖溶作用的先期通道，增加了水與碳酸鹽巖的接觸面積，增大了地表水及地下水的溶蝕范圍，改善了碳酸鹽巖的滲流作用［15］，使溶蝕作用增強，溶蝕速度加快。前人研究發(fā)現(xiàn)，巖溶在斷層與裂縫交匯處相當(dāng)發(fā)育，沿斷裂面和分支斷裂附近易形成大型洞穴。塔中地區(qū)在加里東中期形成紡錘狀隆起，同時塔中Ⅰ號斷裂帶、Ⅱ號斷裂帶、塔中10井?dāng)嗔褞б约八?井?dāng)嗔褞У纫汛嬖凇嗔褞Ц浇善浒樯牧严蹲鳛榇髿獾聺B濾及連通各溶蝕孔洞的通道［16-17］，形成良好的補徑排巖溶水循環(huán)系統(tǒng)，有利于發(fā)生強烈的巖溶并形成巖溶層。從圖5可以看出，發(fā)育巖溶層的單井主要在斷裂帶附近，分布于塔中Ⅰ號斷裂帶迎水面斷層上盤。

圖5　塔中地區(qū)發(fā)育巖溶層的單井與加里東中期斷裂疊合Fig.5　The superimposition ofkarst layerwellsand faultsof theMiddle Caledonian in Tazhong area

4　結(jié)論

受加里東中期和海西早期構(gòu)造運動的影響，塔中地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組長期暴露地表接受大氣淡水的淋濾，發(fā)育多期表生巖溶疊加。通過巖溶層對比分析得出：塔中地區(qū)3個巖溶臺面對應(yīng)發(fā)育3個巖溶層，其中巖溶斜坡處巖溶最為發(fā)育且保存最好。綜合研究區(qū)表生巖溶平面及垂向分布特征，分析認為研究區(qū)影響其表生巖溶分布的主控因素是巖性和構(gòu)造：①白云巖相對于灰?guī)r起隔水作用，研究區(qū)白云巖含量較高，大型溶洞不發(fā)育，只發(fā)育針孔狀溶孔；②構(gòu)造作用形成了塔中地區(qū)獨特的古地貌類型，形成了區(qū)域性分布的巖溶層，多期構(gòu)造旋回的疊加形成了區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育的多期性，斷裂及伴生裂縫的存在為表生巖溶作用提供了良好的流體運移通道，有利于巖溶發(fā)育形成巖溶層。

塔中地區(qū)斷裂發(fā)育的巖溶斜坡處為巖溶發(fā)育的最佳地帶，是重要的勘探目標，研究成果對塔中地區(qū)鷹山組巖溶層的勘探開發(fā)具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

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編輯王星

Distribution characteristicsof supergene karstand dom inated factorsanalysis in Yingshan Formation of Lower-M idd leOrdovician in Tazhong area

He Hu1，F(xiàn)eng Haixia2，CaiZhongxian1

（1.MOEKey Laboratory ofTectonicsand Petroleum Resources，China University ofGeosciences（Wuhan），Wuhan City，HubeiProvince，430074，China；2.GeoscienceResearch Institute，ShengliOilfield Company，SINOPEC，Dongying City，Shandong Province，257015，China）

Themulti-phase supergene karsthave developed withmulti-plane ofunconformity in Tazhong area of the Lower-MiddleOrdovician Yingshan Formation thatmainlywent through themiddle Caledonian-early Hercynian tectonicmovements，but the dominated factors affecting the distribution characteristics of supergene karst were not analyzed deeply enough at themoment.In the study area the Lower-Middle Ordovician isa setof stable platform deposition.The karstpalaeogeomorphology of the Yingshan Formation was recovered using isochronous residual thickness and was divided into three geomorphic unitsas karsthighland，karstslope and karstbasin.Combiningwith the cave-depth analysis of the supergene karst in Tarim，the depth of supergene karst in the study area iswithin 180meters below the unconformity.Karst layerswere identified through integrating drilling，core，log and seismic data.It is found that3 karstplatform surfacesare corresponding to 3 karst layers based on the karst layer comparative analysis in the study area，and the karst layersmainly developed in thekarstslopes.Themain factorsaffecting karstdistribution are lithologic and structure.

Lower-Middle Ordovician；Yingshan Formation；supergene karst；dominated factors；Tazhong area

TE112.23

A

1009-9603（2015）02-0017-07

2015-01-09。

和虎（1983—），男，山東濟寧人，在讀博士研究生，從事油氣開發(fā)和儲層建模方面的研究。聯(lián)系電話：15318302001，E-mail：hzk1998@163.com。

國家“973”計劃“中國海相碳酸鹽巖層系油氣輸導(dǎo)體系與運聚機理”（2005CB422105）。