塔北奧陶系露頭區(qū)溶洞型儲(chǔ)集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式及成因分析

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610000)

一、前言

奧陶系是全球大規(guī)模陸表海碳酸鹽巖的主要建造期，伴生烴源巖的建造層序和構(gòu)造圈閉的形成，有利于大型油氣藏的發(fā)育。隨著世界石油勘探的發(fā)展，在碳酸鹽巖油藏中得到的油、氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量越來(lái)越大，因而越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外專家的重視。

碳酸鹽巖儲(chǔ)層作為一類主要的油氣儲(chǔ)層類型，其形成、演化與碳酸鹽巖古巖溶密切相關(guān)。塔北輪南、英買力及哈拉哈塘等地區(qū)的奧陶系海相碳酸鹽巖古巖溶儲(chǔ)層較為發(fā)育，其具有發(fā)育層位眾多、分布面積廣，厚度大，巖溶作用類型復(fù)雜、期次多，溶洞內(nèi)充填物復(fù)雜，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)?，F(xiàn)已成為目前塔里木盆地乃至國(guó)內(nèi)海相碳酸鹽巖勘探開發(fā)的熱點(diǎn)和亮點(diǎn)，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式及成因的研究，有助于推動(dòng)石油工業(yè)發(fā)展。

二、研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

塔里木盆地是位于中國(guó)西部含有豐富能源資源的一個(gè)大型的疊合盆地。從震旦紀(jì)到古、新近紀(jì)，盆地經(jīng)歷過(guò)漫長(zhǎng)的、多期構(gòu)造變革和多個(gè)原盆地疊合、改造的地質(zhì)演化史，發(fā)育一系列重要的不整合面及古隆起帶。

塔北地區(qū)構(gòu)造格局總的表現(xiàn)為中新生界和古生界兩大構(gòu)造層，構(gòu)造特征有較大的差異性，古生界為長(zhǎng)期繼承性發(fā)育，并逐層遭受剝蝕的殘余古隆起，斷裂及構(gòu)造圈閉十分發(fā)育；中新生界結(jié)構(gòu)整體上表現(xiàn)為南高北低的北傾斜坡形態(tài)，局部地區(qū)受下部斷裂重新活化發(fā)育構(gòu)造圈閉。

由于塔北構(gòu)造形態(tài)主要表現(xiàn)在古生界，中新生界為簡(jiǎn)單的斜坡形態(tài)，目前主要以古生界構(gòu)造特征認(rèn)識(shí)塔北構(gòu)造格局。受古生界大斷裂的控制，塔北構(gòu)造單元由西向東劃分為英買力低凸起、輪臺(tái)低凸起、哈拉哈塘凹陷、輪南低凸起、草湖凹陷以及庫(kù)爾勒鼻隆，總體以“四隆兩凹”的形態(tài)分布(圖2-1)。

圖1 塔北地區(qū)奧陶系灰?guī)r頂面立體顯示圖

三、露頭溶洞型儲(chǔ)集體類型及特征

(一)露頭溶洞型儲(chǔ)集體類型。塔北奧陶系露頭儲(chǔ)集空間類型分為：溶洞型儲(chǔ)集體、裂縫型儲(chǔ)集體、礁灘溶孔型儲(chǔ)集體、粒間孔型儲(chǔ)集體、晶間孔型儲(chǔ)集體等五類。本文重點(diǎn)對(duì)塔北奧陶系露頭溶洞型儲(chǔ)集體類型進(jìn)行了劃分。

(二)露頭溶洞型儲(chǔ)集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式。充填物類型可分為：物理充填、化學(xué)充填、垮塌角礫巖充填。物理充填包括砂泥充填、礫石充填；化學(xué)充填包括方解石充填、石膏充填、硫磺充填和螢石充填等。

巖溶在地表—近地表和埋藏演化階段會(huì)發(fā)生反復(fù)的溶蝕和充填作用，形成充填程度、充填物類型及組合特征各異的溶洞，當(dāng)作為油氣儲(chǔ)層時(shí)則會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的空間非均質(zhì)性，是一種極為特殊和復(fù)雜的儲(chǔ)層類型[22]。塔里木盆地北部柯坪—巴楚地區(qū)廣泛出露奧陶系古溶洞，分布在沿314國(guó)道從柯坪向西至西克爾一帶，包括硫磺礦、硫磺溝、一間房、五道班和西克爾等地。近年來(lái)，有些學(xué)者開始對(duì)該區(qū)溶洞充填特征進(jìn)行研究，劉偉認(rèn)為西克爾溶洞以沉積和化學(xué)充填為主[24]，牛永斌認(rèn)為硫磺溝和五道班地區(qū)存在鈣華沉積[25]。

四、露頭溶洞型儲(chǔ)集體成因分析

(一)古巖溶成因類型及特征。古巖溶的成因類型是碳酸鹽巖古巖溶研究的基礎(chǔ)。目前古巖溶的分類極不統(tǒng)一，因分類依據(jù)的不同，可有多種分類方案[6,14,13,37-40]?？v觀前人的分類，結(jié)合研究區(qū)奧陶系的實(shí)際情況，遵循科學(xué)性、勘探實(shí)用性、成因聯(lián)系性的原則將研究區(qū)碳酸鹽巖古巖溶劃分為三大類[17]：準(zhǔn)同生巖溶、埋藏巖溶和風(fēng)化殼巖溶(表4-1)。

表4-1 塔北地區(qū)古溶洞成因類型及特征

(二)古巖溶作用的期次及疊加、耦合關(guān)系

塔里木疊合盆地的多旋回構(gòu)造演化特點(diǎn)，形成了塔北奧陶紀(jì)不同階段、不同類型碳酸鹽巖6期古巖溶作用的疊加、改造關(guān)系，其中最主要的是加里東中期和海西早期[43,44]，以及加里東早期II幕。多期同類型巖溶的疊加，或者是準(zhǔn)同生巖溶、風(fēng)化殼巖溶和埋藏巖溶三類巖溶的疊加或繼承性發(fā)育，都會(huì)使巖溶類型變的復(fù)雜，而難以辨識(shí)。從理論上來(lái)講，古巖溶作用的期次包括兩個(gè)方面：上述三種古巖溶作用中同一類型的古巖溶作用在不同階段的疊加、改造關(guān)系，以及不同類型古巖溶在同一階段和不同階段的疊加、改造次序。鑒于古巖溶期次研究的目的主要在于界定多期成因、多期改造及多期充填的古巖溶作用的關(guān)系及發(fā)育演化規(guī)律，并從一定程度上揭示各種成因類型、各期次巖溶作用對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的有效貢獻(xiàn)量。限于目前的研究技術(shù)手段和勘探實(shí)際，對(duì)于古巖溶作用的期次和疊加關(guān)系只能落實(shí)到與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)的某一階段內(nèi)哪類巖溶作用占主導(dǎo)以及對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)效應(yīng)。

(三)埋藏巖溶及風(fēng)化殼巖溶與準(zhǔn)同生巖溶耦合關(guān)系

準(zhǔn)同生巖溶作用受到海平面升降的控制，一般發(fā)育于相對(duì)海平面下降期；同時(shí)受沉積環(huán)境控制，主要發(fā)育于潮坪相、潟湖相以及臺(tái)地內(nèi)的灘相。

埋藏巖溶作用受埋藏期深部成巖作用的影響，其分布受深埋熱液的活動(dòng)范圍控制。埋藏巖溶作用總是沿著前期古風(fēng)化殼殘余孔洞縫系統(tǒng)發(fā)生，并往往優(yōu)先溶蝕各種孔洞和裂縫充填物，使儲(chǔ)層孔隙表現(xiàn)出某種繼承性。與此同時(shí)，這類溶蝕孔洞的形成與烴類的快速及時(shí)注入和定位是密切配合的。因而，埋藏巖溶作用是儲(chǔ)層形成的最主要作用和直接因素[6]。在平面上，這類儲(chǔ)層的分布范圍與白云巖型風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層的分布大致是一致的。這類儲(chǔ)層往往有較高的孔隙度和滲透率，以基質(zhì)準(zhǔn)同生巖溶孔疊加后期再溶蝕空洞為特征，均質(zhì)性相對(duì)較好。熱液巖溶多發(fā)生在深埋階段和后期盆地反轉(zhuǎn)以及造山過(guò)程，在兩個(gè)構(gòu)造部位極為發(fā)育：一是受斷裂控制的臺(tái)緣前斜坡，在盆地反轉(zhuǎn)過(guò)程轉(zhuǎn)為逆沖斷層并與殼源基底斷裂相連，構(gòu)成深部熱水通道；二是海西期造山階段，殼源火山熱活動(dòng)上涌攜帶深部熱水，沿著斷裂和裂隙溶蝕交代碳酸鹽圍巖。

風(fēng)化殼巖溶作用主要受古潛山范圍的控制，是后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地層抬升接受晚期大氣淡水的淋濾而發(fā)育的，其形成的儲(chǔ)層一般分布在古潛山面之下。長(zhǎng)期隆升風(fēng)化殼巖溶主要發(fā)育于古潛山的核部，而短期暴露不整合面巖溶主要發(fā)育于古潛山的斜坡帶。塔北地區(qū)石灰?guī)r型風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層主要分布在輪南地區(qū)及英買力的英買4井、玉東2井和紅旗2井等井區(qū)，其原始沉積環(huán)境包括局限臺(tái)地、臺(tái)內(nèi)灘和障壁灘相；白云巖型風(fēng)化殼巖溶主要分布在牙哈地區(qū)和英買力的東部地區(qū)，其原始沉積環(huán)境為臺(tái)地灘、障蔽灘或局限臺(tái)地[13,42]，在這些石灰?guī)r型巖溶儲(chǔ)層及白云巖型巖溶儲(chǔ)層中，均發(fā)育強(qiáng)烈的準(zhǔn)同生溶蝕作用和準(zhǔn)同生后溶蝕作用的印跡。

五、結(jié)論

(1)塔北地區(qū)構(gòu)造演化大致經(jīng)歷了三大階段：穩(wěn)定抬升剝蝕期、擠壓抬升期、調(diào)整定型期；而決定構(gòu)造格局的古生界構(gòu)造形態(tài)主要形成于海西期，定型于早印支期。塔里木疊合盆地的多旋回構(gòu)造演化特點(diǎn)，形成了塔北奧陶紀(jì)不同階段、不同類型碳酸鹽巖6期古巖溶作用的疊加、改造關(guān)系。其中對(duì)于塔北地區(qū)奧陶系古巖溶儲(chǔ)層起重要作用的為加里東中期和海西早期以及早加里東期II幕。

(2)塔北奧陶系露頭大型溶洞可劃分為：地下河、豎井、孤立溶洞和廊道型溶洞等四類。根據(jù)充填程度將溶洞分成3種類型：充填型、部分充填型和未充填型，絕大部分溶洞屬于充填型。充填物類型可分為：物理充填、化學(xué)充填、垮塌角礫巖充填。物理充填包括砂泥充填、礫石充填；化學(xué)充填包括方解石、石膏、硫磺、螢石等。巖溶在地表—近地表和埋藏演化階段會(huì)發(fā)生反復(fù)的溶蝕和充填作用，形成充填程度、充填物類型及組合特征各異的溶洞。研究區(qū)絕大多數(shù)溶洞發(fā)育多種充填物，主要存在兩種溶洞復(fù)合充填模式：物理沉積物——垮塌角礫巖充填模式和物理沉積物——化學(xué)充填物充填模式。

(3)古巖溶作用是塔北地區(qū)奧陶系海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵要素之一，巖溶發(fā)生在中低緯度的熱帶和亞熱帶氣候條件下，主要包括準(zhǔn)同生巖溶、埋藏巖溶、風(fēng)化殼巖溶3種不同成因的巖溶類型。塔北地區(qū)奧陶系各類巖溶具有復(fù)雜而顯著的耦合關(guān)系。準(zhǔn)同生期巖溶為后期的埋藏巖溶準(zhǔn)備了基礎(chǔ)通道；隨后發(fā)育的埋藏及風(fēng)化殼巖溶則是繼承并疊加早期準(zhǔn)同生巖溶通道的發(fā)育，最終成為潛在的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

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