塔里木盆地東部古城地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖微相特征和沉積環(huán)境

師 江 波

(大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶　163712)

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塔里木盆地東部古城地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖微相特征和沉積環(huán)境

師 江 波

(大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712)

對塔里木盆地東部的勘探程度較低，是塔里木盆地未來油氣勘探的新遠景區(qū)，對其沉積微相類型及沉積演化認識較薄弱。采用碳酸鹽巖微相分析的方法，以沉積學理論為指導，充分利用巖心、錄井、測井、地震及巖石薄片等資料，分析了塔里木盆地東部古城地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖微相類型、沉積特征及分布規(guī)律。研究表明，塔里木盆地東部古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖發(fā)育8種微相類型，根據(jù)微相類型組合特征，嘗試建立了研究區(qū)碳酸鹽巖微相的空間展布模式，同時將研究區(qū)劃分出局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣和臺緣斜坡等4個沉積相帶；探討了古城地區(qū)早-中奧陶紀沉積環(huán)境的演化，認為廣泛發(fā)育的臺地邊緣淺灘形成了奧陶系碳酸鹽巖是最為有利的儲集相帶。

碳酸鹽巖微相；沉積環(huán)境；奧陶系；古城地區(qū)；塔里木盆地

近年來，在塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了一批大型油氣田，展示出塔里木盆地海相深層碳酸鹽巖巨大的勘探潛力。塔里木盆地東部地區(qū)是大慶油田油氣資源的重點戰(zhàn)略準備領域之一，相繼在GC6井、GC8井等奧陶系鷹山組獲得高產(chǎn)油氣流，實現(xiàn)了勘探的新突破(劉朝露等,2005)。目前，塔里木盆地東部地區(qū)仍處于較低勘探階段，鉆井較少，多年來未進行詳細和系統(tǒng)的研究。隨著新鉆井的增多、井控程度的加強以及新的地震資料的獲取，對其認識也有待深化。前人曾對塔里木盆地東部地區(qū)的巖相古地理、區(qū)域構(gòu)造等進行了較為粗略的研究(余寬宏等,2010)，但對塔里木盆地東部地區(qū)沉積體系的研究幾乎沒有。

碳酸鹽巖微相分析是在碳酸鹽巖沉積研究的基礎上，通過對碳酸鹽巖微相分析，識別沉積旋回、解釋沉積環(huán)境，這是碳酸鹽巖沉積儲層研究一個重要方法(高達等,2013)。因此，筆者根據(jù)巖心、錄井、測井和分析化驗資料，結(jié)合地震等資料，運用沉積學基本原理和方法，對塔里木盆地東部古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖微相特征、沉積相以及演化進行了研究，對該區(qū)油氣藏的進一步勘探具有一定的理論和現(xiàn)實意義。

1　地質(zhì)概況

塔里木盆地東部地區(qū)(簡稱塔東地區(qū))東起羅布泊凸起、西至滿加爾凹陷中部及古城低凸起，北至孔雀河斜坡、南抵車爾臣斷裂(任延廣等,2014)，區(qū)域構(gòu)造上, 塔東地區(qū)主要受車爾臣斷裂、孔雀河斷裂2條邊界大斷層的控制(邵龍義等,2010)。古城地區(qū)位于塔里木盆地東部中央隆起帶古城低凸起上，處于塔中與塔東的交匯轉(zhuǎn)折部位，其東南部與塔東隆起相鄰，西鄰塔中隆起(圖1)，面積約6 100km2。古城低凸起是華力西期形成的向東南抬升的鼻隆，保留地層較全，志留系、石炭系向南超覆沉積，上奧陶統(tǒng)卻爾卻克組厚度大，為繼承性發(fā)育的大型寬緩鼻狀構(gòu)造，后期構(gòu)造穩(wěn)定，成藏條件有利。下古生界由西南向東北埋深逐漸加大，東部發(fā)育上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)臺地邊緣相帶，局部構(gòu)造和斷裂受車爾臣大斷裂的控制，主要發(fā)育北東向3排構(gòu)造帶，其中南部受車爾臣斷裂影響劇烈，中北部受車爾臣斷裂影響相對較弱，斷鼻圈閉較為平緩(金仙梅等,2013)。

塔里木盆地東部發(fā)育巨厚的海相古生界和陸相中—新生界沉積。在古城地區(qū)，自下而上發(fā)育寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、古近系、新近系，缺失志留系、泥盆系、侏羅系。其中，中下奧陶統(tǒng)的一間房組、鷹山組、蓬萊壩組為本區(qū)的主要勘探目的層，巖性以灰?guī)r和灰?guī)r云化形成的灰質(zhì)云巖、云巖為主，層位上白云石含量從下向上逐漸減少，從古城地區(qū)向塔中地區(qū)奧陶系沉積厚度逐漸增加，云巖含量增多，云化程度增強(圖2)。

2　碳酸鹽巖微相類型

碳酸鹽巖微相分析旨在通過薄片鑒定中對巖石學和古生物學特征描述，進而建立微相組合來解釋沉積環(huán)境。通過大量的薄片觀察和測井分析，依據(jù)粒泥比、生物化石組合等巖石結(jié)構(gòu)特點，按WILSON標準微相類型劃分模式(張月巧等,2007,)，將古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖劃分為8種主要沉積微相(表1)(圖3)。

3　沉積相和沉積演化

3.1沉積相分析

通過井震標定和應用新采集的3D地震資料，依據(jù)不同的地震反射特征，結(jié)合地震相分析，對古城地區(qū)的沉積格架進行分析(圖4)，并根據(jù)古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖顆粒特征、微相類型及展布特征，對其沉積相帶進行了劃分(圖5)，從濱岸區(qū)向深海區(qū)可劃分出局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣、臺地斜坡4種沉積相帶。

圖1　塔里木盆地東部構(gòu)造綱要圖Fig.1　Structure diagram ofeastern Tarim Basin

表1　古城地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)主要沉積微相描述與沉積環(huán)境分析表

圖2　古城地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)柱狀圖Fig.2　The columnar sectionof Mid-Lower Ordovician in Gucheng region

(1)局限臺地相。位于開闊臺地相內(nèi)側(cè)，海水循環(huán)不暢，沉積界面處于潮間-潮下瀉湖及低能帶。局限臺地相在古城地區(qū)奧陶系分布局限，僅少量發(fā)育于GC7井蓬萊壩組，其上部以同生期粉細晶白云巖為主，下部發(fā)育低能泥晶灰?guī)r夾薄層砂屑灰?guī)r，整體表現(xiàn)出水流不暢，低能巖相為主的局限臺地沉積環(huán)境，按照原始沉積物的顆粒大小可分為臺內(nèi)灘、灘間及潮坪-瀉湖等亞相。微相類型以筆者所述的mf5和mf6為主。

(2)開闊臺地相。開闊臺地發(fā)育于臺地內(nèi)部，與外海相通，海水循環(huán)較好，鹽度正常，水體能量不高，生物發(fā)育。開闊臺地相可分為臺內(nèi)灘及灘間亞相：①臺內(nèi)灘亞相：為開闊臺地環(huán)境中的淺水高能地帶，巖石類型以砂屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r為主，巖石中顆粒分選磨圓中等-較好，偶見泥巖、粉砂巖等陸源碎屑沉積，生物種類和數(shù)量豐富，多為正常鹽度生物，亮晶膠結(jié)較發(fā)育。微相類型以本文中的mf2為主，臺內(nèi)灘以GL1井一間房組為代表，灘的規(guī)模分布局限。②灘間亞相：為淺灘之間的較深水區(qū)域，沉積時能量較低，沉積物粒度較細，巖石類型以泥晶灰?guī)r、粉細晶白云巖為主夾少量砂屑灰?guī)r，發(fā)育有水平層理、生物鉆孔等沉積構(gòu)造。微相類型以mf4、mf5和mf6為主，剖面上，臺內(nèi)灘沉積物和灘間細粒沉積物呈韻律層理，下部為灘間，上部為臺內(nèi)灘，構(gòu)成向上變淺的沉積序列。

(3)臺地邊緣相。臺地邊緣相位于淺水碳酸鹽巖臺地相和淺海陸棚之間，沉積界限在浪擊面之上，水體能量較高，波浪作用強烈，為潮下高能相帶(劉超等,2014)。研究認為，臺地邊緣相為古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)的主要沉積相帶類型，表現(xiàn)為高能沉積環(huán)境，在南北方向呈彎曲條帶狀分布，相帶寬度5～10km，縱向向北直到塔北隆起。①臺地邊緣淺灘亞相：此相帶通常呈帶狀環(huán)臺地邊緣分布，間斷形成不規(guī)則分布的堤壩(潘立銀等,2012)，形成東部臺盆區(qū)和西部臺地區(qū)的沉積環(huán)境；巖性主要為亮晶鮞?；?guī)r及砂屑灰?guī)r，可含有少量團粒及生物碎屑，局部可見藻格架巖，生物碎屑主要來自斜坡上部，也有原地的結(jié)殼生物；生物多為棘皮、腕足、介形蟲及腹足類，具小型槽狀交錯層理及垂直蟲孔，層面沖刷現(xiàn)象普遍，微相類型以本文中的mf1 和mf2為主。GC8井奧陶系臺地邊緣淺灘發(fā)育，灘體規(guī)模較大，灘體單層厚度較大，可達30～50m。臺地邊緣淺灘一般形成灘相沉積體，受強水動力條件的改造，粒間孔相對發(fā)育；并且這些灘相沉積體多為正向隆起區(qū)，灘體連續(xù)性較好，其上部水體相對較淺，在海平面頻繁變動的影響下，灘體頂部經(jīng)常接受暴露，受大氣降水及高咸(海)水的溶解作用和蒸發(fā)泵、滲透回流等白云石化的改造，發(fā)育較多的粒間溶孔、晶間溶孔等(劉忠寶等,2012)，這些孔隙雖經(jīng)后期成巖作用的改造有所變化，但仍有部分保留下來。因此，臺地邊緣灘有利于儲層的形成與演化，形成了奧陶系碳酸鹽巖最為有利的儲集相帶。②灰泥丘亞相：筆者所述的灰泥丘亞相系指以微生物和微生物作用為主的建造、以灰泥組分占優(yōu)勢的具有丘狀地貌特征的原地碳酸鹽巖體。該區(qū)中下奧陶統(tǒng)灰泥丘主要發(fā)育于臺緣帶內(nèi)的低能區(qū)，巖石類型以藻黏結(jié)灰?guī)r為主，及少量泥晶灰?guī)r，一般呈薄層分布于臺緣粒序灘中，構(gòu)成臺緣丘、灘復合體。微相類型以筆者所指的mf5和mf8為主?；夷嗲饋喯鄡H以本區(qū)鷹山組上段呈薄層間斷發(fā)育。

a.亮晶鮞粒灰?guī)r,GC7,5665m,40×(-),mf1；b.亮晶砂屑鮞?；?guī)r,GC6,5910m,100×(-),mf1；c.亮晶砂屑灰?guī)r,GC8,6512m,40×(-),mf2；d.表附藻骨架灰?guī)r,GC4,5595.88m,鑄體25×(-),mf3；e.泥晶砂屑灰?guī)r,GC7,5785m,40×(-),mf2；f.生屑泥晶灰?guī)r,GC8,5600m,40×(-),mf4；g.泥晶灰?guī)r,GC8,6240m,100×(-),mf5；h.粉晶白云巖,GC7,6194m,40×(-),mf6；i.藻粘結(jié)灰?guī)r,GC6,5773.81m,40×(-),mf8圖3　塔里木盆地東部古城地區(qū)主要沉積微相圖Fig.3　Carbonate rocks microfacies of Gucheng region in Tarim basin

圖4　古城地區(qū)沉積格架分析圖Fig.4　Seismic reflection and sedimentary environments in Gucheng region

圖5　古城地區(qū)鷹山組沉積微相空間展布模式圖Fig.5　Depositional model of Carbonate rocks microfacies of Yingshan Formationin Gucheng region

(4)臺緣斜坡相。位于臺地邊緣靠淺海盆地一側(cè)的斜坡地帶，沉積界面在浪擊面之上，水深零至幾十米，相帶狹窄。其巖性主要由深灰色泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)云灰?guī)r組成。斜坡發(fā)育于碳酸鹽巖臺地和盆地之間，微相類型以筆者所指的mf4 為主。在GC4井寒武系巖心中看到泥晶灰?guī)r組成的塌積角礫巖，是該相帶明顯的沉積特征。

3.2沉積環(huán)境分析

蓬萊壩組時期，古城地區(qū)基本繼承了上寒武統(tǒng)的沉積面貌，中西部地區(qū)仍然以局限臺地相的沉積環(huán)境為主。受奧陶世開始的整體水進影響(吳興寧等,2011)，古城波折帶進一步發(fā)育，臺地邊緣相帶顯著變寬，臺緣斜坡帶的發(fā)育寬度較寒武系明顯萎縮。GC6、GC7井位于局限臺地內(nèi)部，發(fā)育臺內(nèi)灘沉積，灘體規(guī)模較大；GC8井、GC4井等均位于臺地邊緣相帶內(nèi)，發(fā)育高能臺緣灘(圖6)。

鷹山組時期，水體持續(xù)上升，古城地區(qū)水體循環(huán)良好，以至于蓬萊壩組時期的局限臺地環(huán)境都轉(zhuǎn)變?yōu)殚_闊臺地環(huán)境，同時臺地邊緣的范圍也進一步擴大，臺緣斜坡帶的發(fā)育寬度略有增加。古城地區(qū)的鉆井均位于臺地邊緣相帶內(nèi)部，臺緣淺灘發(fā)育，規(guī)模差別較大，彼此相互獨立，形成各自的沉積單元(圖7)。至一間房組時期，整體沉積面貌變化不大，只是臺緣斜坡帶的發(fā)育寬度顯著變窄。

GC6井位于開闊臺地相帶邊部，取心顯示發(fā)育較多藻黏結(jié)巖，反映較弱的水體能量；古城地區(qū)其余鉆井均位于臺地邊緣相帶內(nèi)部，延續(xù)了鷹山組的沉積特征。

圖6　古城地區(qū)蓬萊壩組碳酸鹽巖微相連井對比圖Fig.6　Carbonate rocks microfacies correlation of Penlaiba Formationin Gucheng region

圖7　古城地區(qū)鷹山組碳酸鹽巖微相連井對比圖Fig.7　Carbonate rocks microfacies correlation of Yingshan Formationin Gucheng region

總之，認為海平面的變化控制了古城地區(qū)水體的能量、生物發(fā)育以及沉積相帶的展布。整個奧陶紀，除局限的海平面波動以外，古城地區(qū)總體上保持大規(guī)模水進，海平面持續(xù)上升，盆地不同部位，特別是臺緣帶的結(jié)構(gòu)形式和沉積格局發(fā)生了明顯的變化，臺緣相區(qū)向臺地退積遷移，開始發(fā)育開闊臺地，臺地邊緣由丘灘型向淺灘型轉(zhuǎn)變，并隨著水體的進一步加深，蓬萊壩組的弱鑲邊臺地最終轉(zhuǎn)變?yōu)辁椛浇M時期的遠端變陡型臺地；一間房組之后古城地區(qū)進入了一次規(guī)模較大的廣泛的海侵期。

4　結(jié)論

(1)塔里木盆地東部古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖可劃分出8種沉積微相類型，分別為鮞粒灰?guī)r微相、砂屑灰?guī)r微相、藻格架巖微相、生屑泥晶灰?guī)r微相、泥晶灰?guī)r微相、粉細晶白云巖微相、中粗晶白云巖微相、藻黏結(jié)灰?guī)r微相，建立了研究區(qū)沉積微相的空間展布模式。

(2)根據(jù)古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖微相類型及相序結(jié)構(gòu)特征，對古城地區(qū)沉積相帶進行了劃分，從西向東可劃分出局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣、臺地斜坡等4種沉積相帶，廣泛發(fā)育的臺地邊緣淺灘形成了奧陶系碳酸鹽巖最為有利的儲集相帶。

(3)在對古城地區(qū)各沉積相帶沉積特征詳細研究的基礎上，探討了研究區(qū)的沉積相帶展布特征和沉積環(huán)境的演化。受奧陶紀開始的整體水進影響，古城地區(qū)臺緣帶的結(jié)構(gòu)形式和沉積格局又有了明顯的變化，臺緣相區(qū)向臺地退積遷移，開始發(fā)育開闊臺地、局限臺地，直至古城碳酸鹽巖臺地整體被淹沒。

劉朝露,賈承造,夏斌,等.塔東地區(qū)盆山耦合與油氣成藏模式研究[J]. 天然氣地球科學,2005,16(5):552-558.

LIU Zhaolu,JIA Chengzao,XIA Bin,et al.The Basin-Rance Coupling in The East of Tarim Basin and Its Oil-Gas Accumulation[J]. Natural Gas Geoscience,2005,16(5):552-558.

余寬宏,金振奎,李鵬,等.塔東地區(qū)寒武-奧陶紀巖相古地理分析[J]. 西北地質(zhì),2010,43(4):113-118.

YU Kuanhong,JIN Zhenkui,LIPeng,et al.Lithofacies Paleogeography of Cambrian-Ordovician,Eastern Tarim Basin[J]. Northwest Gelogeography,2010,43(4):113-118.

高達,林暢松,楊海軍,等. 塔中地區(qū)良里塔格組沉積微相及其對有利儲層的控制[J]. 地球科學-中國地質(zhì)大學學報,2013,38(4):819-981.

GAO Da,LIN Changsong,YANG Haijun,et al.Microfacies of Late Ordovician Lianglitage Formation and Their Control on Favorable Reservoir in Tazhong Area [J]. Earth Science(Journal of China University of Geosciences),2013,38(4):819-981.

任延廣,張君龍,齊景順,等. 塔東地區(qū)寒武-奧系碳酸鹽巖沉積特征及演化規(guī)律[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2014,33(5):103-111.

REN Yanguang,ZHANG Junlong,QI Jingshun,et al. Sedimentary Characteristics and Evolution Laws of Cambrian-Ordovician Carbonate Rocks in Tadong Region[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2014,33(5):103-111.

邵龍義,韓俊,馬鋒,等. 塔里木盆地東部寒武系白云巖儲層及相控特征[J].沉積學報,2010,28(5):953-961.

SHAO Longyi,HAN Jun,MA Feng,et al.Characteristics of the Cambrian Dolomite Reservoirs and Their Facies-Controlling in Eastern Tarim Basin [J]. Acta Sedimentologica Sinica,2010,28(5):953-961.

金仙梅,曹自成,陳建華.塔里木盆地古城墟隆起構(gòu)造演化及其勘探方向[J].新疆石油地質(zhì),2013,34(4):418-420.

JIN Xianmei,CAO Zicheng,CHEN Jianhua. Structural Evolution and Exploration Direction of Guchengxu Uplift of Tarim Basin [J]. Xinjiang Petroleum Geology,2013,34(4):418-420.

張月巧,賈進斗,靳久強,等. 塔東地區(qū)寒武-奧陶系沉積相與沉積演化模式[J]. 天然氣地球科學,2007,18(2):229-234.ZHANG Yueqiao,JIA Jindou,JIN Jiuqiang,et al.Characteristics of Cambrian-Ordovician Sedimentary Facies in Tadong Region and Its Sedimentary Model [J].Natural Gas Geoscience,2007,18(2):229-234.

劉超,陸剛,張喜,等.桂西北天峨孤立碳酸鹽巖臺地晚古生代沉積特征與演化[J].地質(zhì)論評,2014,60(1):55-62.

LIU Chao,LU Gang,ZHOU Fusheng,et al.Sedimentary Characteristics and Evolutionary Stages in Late Paleozoic of Tian's Isolated Platform in Northwestern Guangxi [J]. Geological Review,2014,60(1):55-62.

潘立銀,劉占國,李昌,等.四川盆地東部下三疊統(tǒng)飛仙關組白云巖化作用及其與儲集層發(fā)育的關系[J]. 古地理學報,2012,14(2):176-186.

PAN Liyin,LIU Zhanguo,LI Chang, et al.Dolomitization and Its Relationship With Reservior Development of The Loweer Triassic Feixianguan Formation in Eastern Sichuan Basin[J]. Journal of Palaeogeography,2012,14(2):176-186.

劉忠寶,李慧莉,錢一雄,等.塔中古城墟隆起下古生界碳酸鹽巖沉積與儲層特征[J].地質(zhì)科學,2012,47(3):201-211.

LIU Zhongbao,Li Huili,QIAN Yixiong,et al.Characteristics of Lower Paleozoic Carbonate Sediment and Reservoir of Guchengxu Uplift in Tazhong Area[J].Chinese Journal Geology,2012,47(3):201-211.

吳興寧,李國軍,田繼強,等. 冀中坳陷碳酸鹽巖潛山內(nèi)幕儲層特征及其形成主控因素[J].特種油氣藏,2011,18(2):22-25.WU Xingning,LI Guojun,TIAN Jiqiang,et al.Characteristics of inner buried hill carbonate reservoirs and their main controlling factors in the Jizhong Depression [J]. Special Oil & Gas Reservoirs,2011,18(2):22-25.

WILSON J L. Carbonate facies in geologic time [M].New York:Springer-Verlag,1975:471.

Microfacies Characteristics and Sedimentary Environment of Ordovician Carbonate Rocks from Gucheng Region in Eastern Tarim Basin

SHI Jiangbo

(Exploration and Development Research Institute, Daqing Oil Field Company Ltd, Daqing 163712, Heilongjiang, China)

The eastern Tarim Basin is a new field of petroleum exploration because the Ordovician carbonate reservoir hosts abundant oil and gas resources. However, researches on depositional microfacies and evolution are inadequate with a low exploration degree. Using the microfacies analysis method and making full use of core, logging, well logging, seismic and rock slice, the microfacies, sedimentary characteristics and distribution of Middle-Early Ordovician carbonate rocks in Gucheng region, eastern Tarim Basin have been analyzed. The results have shown that 8 microfacies are recognized in these carbonate rocks, and the spatial distribution pattern of carbonate microfacies are established with different microfacies associations. Combining with macro geological background, the Middle-Early Ordovician Formation in Gucheng region can be divided into limited platform, open platform, platform margin, and carbonate ramp. And then, the evolution of Early-Middle Ordovician sedimentary environment has been discussed, it's believed that the transgressive platform margin shoals formed favorable reservoir facies belts for Ordovician carbonate rocks, because the sea is relatively shallow and gradually deepened.

Carbonate rocks microfacies; sedimentary environment; Ordovician; Gucheng region; Tarim basin

2015-06-02；

2015-08-14

國家大型油氣田及煤層氣開發(fā)科技重大專項“中國大型氣田形成條件、成藏機制與富集規(guī)律研究”(2011ZX05007-002)資助

師江波 ( 1979- )，男，河南洛陽人，工程師，碩士，主要從事塔里木盆地東部石油地質(zhì)綜合評價方面的研究。E-mail: shi_jiangbo@petrochina.com.cn

P534.42

A

1009-6248(2016)01-0061-09