王雪柯,王震,王燕琨,尹繼全,鄭俊章,王琦峰
中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院
濱里海盆地東南緣油氣資源豐富[1-2],鹽下層系勘探潛力巨大,已發(fā)現(xiàn)扎納若爾、肯基亞克、北特魯瓦、塔克爾等多個(gè)油氣田[3-4]。中石油近年新獲得勘探許可的D-I、II 區(qū),其石炭系主要發(fā)育維憲階(C1v階)碎屑巖儲(chǔ)層及兩套厚度較大的鹽下石炭系碳酸鹽巖儲(chǔ)層(KT-II、KT-I 油層組)[5-6],是近年勘探部署的重點(diǎn)地區(qū)之一。前人針對(duì)D-I、II 區(qū)開展過一些研究,但由于該區(qū)勘探程度低,鉆井?dāng)?shù)量少且年代久遠(yuǎn)(D-I區(qū)),或者未進(jìn)行過鉆井勘探(D-II區(qū)),只識(shí)別出了鹽下石炭系KT-II、KT-I 油層組沉積時(shí)期碳酸鹽臺(tái)地的西側(cè)臺(tái)地邊緣,或推測(cè)性地認(rèn)為石炭系KT-II、KT-I 油層組沉積時(shí)期分別存在具有東西兩個(gè)臺(tái)地邊緣的碳酸鹽臺(tái)地[7],示意性地指出了碳酸鹽臺(tái)地及臺(tái)地邊緣的大致位置,關(guān)于碳酸鹽臺(tái)地的類型及發(fā)育模式等方面的認(rèn)識(shí)不夠全面。因此,開展D-I、II 區(qū)沉積相特征及其發(fā)育模式研究具有重要的意義,可以為盆地東南緣新區(qū)的勘探潛力評(píng)價(jià)及中石油在該區(qū)第一口探井的部署提供依據(jù)。
濱里海盆地是一個(gè)新元古代以來的疊合盆地,經(jīng)歷了裂谷、被動(dòng)大陸邊緣、碰撞、拗陷4 個(gè)構(gòu)造演化階段[8]。盆地東南緣阿克若爾構(gòu)造帶、塔克爾構(gòu)造帶已獲工業(yè)油流,證實(shí)了該區(qū)域較大的勘探潛力。研究區(qū)域D-I、D-II 區(qū)塊分別為阿克若爾構(gòu)造帶向南、向東的延伸區(qū)域,D-I 區(qū)位于東南坳陷帶[9],D-II 區(qū)位于盆地東南坳陷帶與烏拉爾褶皺造山帶的過渡帶(圖1)。
圖1 研究工區(qū)位置與地層綜合柱狀圖Fig.1 Location map and comprehensive stratigraphic column of the study area
濱里海盆地是波羅的板塊與哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊以及其南緣古亞洲洋—古特提斯洋相互作用的構(gòu)造響應(yīng)。泥盆紀(jì),烏拉爾洋向西俯沖,古特提斯洋向北俯沖,大洋巖石圈的俯沖導(dǎo)致陸緣弧后擴(kuò)張,波羅的板塊與古里耶夫微陸中央形成裂谷。石炭紀(jì),波羅的板塊與哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊會(huì)聚導(dǎo)致烏拉爾洋縮小、關(guān)閉。直至二疊紀(jì),波羅的板塊、古里耶夫微陸、哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊會(huì)聚形成了濱里海盆地雛形。古里耶夫微陸高地(現(xiàn)今濱里海盆地東南部)發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地沉積,研究工區(qū)就位于古里耶夫微陸東南緣。
研究區(qū)目的層自下而上包括下石炭統(tǒng)維憲階(TP-III 組)、謝爾普霍夫階(KT-II 組下部),上石炭統(tǒng)巴什基爾階(KT-II 組中部)、莫斯科階(包括KTII 組的上部、MKT 組、KT-I 組的中下部)、卡西莫夫階(KT-I 組中上部)及格舍爾階(KT-I 組上部)。KT-II 組地層厚度約為440 m,KT-II 組與上部MKT組以及下伏維憲階均為假整合接觸。KT-I 組地層厚度約為500 m,與上部二疊系阿瑟爾階、下部MKT組皆為假整合接觸。該盆地石炭系是鹽下最主要的含油層系[6],其中 KT-II 及 KT-I 油層組為碳酸鹽巖勘探重點(diǎn)儲(chǔ)層段[10],也是本文的研究重點(diǎn)。
以福克和馮增昭的碳酸鹽巖分類方法為基礎(chǔ),以巖石的結(jié)構(gòu)組分以及含量百分比為劃分依據(jù),對(duì)研究區(qū)的巖石類型進(jìn)行劃分。研究區(qū)巖性以亮晶顆?;?guī)r為主,同時(shí)還發(fā)育泥晶顆?;?guī)r、泥晶灰?guī)r以及泥晶白云巖等。亮晶顆?;?guī)r中,粒屑見有鮞粒、球粒、藻團(tuán)塊、生物碎屑(簡(jiǎn)稱生屑)等內(nèi)碎屑等。其中,骨屑、藻類及藻團(tuán)塊含量最多,因此最為常見的為亮晶生屑灰?guī)r(圖2a)、亮晶鮞粒灰?guī)r(圖2b)、亮晶含球粒生屑灰?guī)r(圖2c)等,沉積環(huán)境為海水循環(huán)性好、適合生物生長(zhǎng)的開闊臺(tái)地。在KT-I 油層組上部還見有泥晶生屑灰?guī)r(圖2d)、泥晶含硅質(zhì)白云巖(圖2e)及泥粉晶生屑白云巖(圖2f)等,反映了KT-I 油層組沉積時(shí)期局部為局限臺(tái)地環(huán)境。
圖2 濱里海盆地D-I、II區(qū)塊目的層巖石薄片照片(鑄體薄片,單偏光)Fig.2 Rock slice photos of target members in D-I&II blocks,Precaspian Basin(cast thin section,single polarized light)
亮晶生屑灰?guī)r顆粒中,藻團(tuán)塊占20%,藻類占20%,生屑占30%,顆粒較小、雜亂分布,顆粒間見少量灰泥組構(gòu);生屑以有孔蟲、棘皮類、腕足類等為主;儲(chǔ)集空間以粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)孔為主。泥晶生屑灰?guī)r中,生屑含量小于50%,巖性雖總體較致密,但灰泥基質(zhì)微孔相對(duì)發(fā)育,可見少量生物粒??住D嗑Ш栀|(zhì)白云巖中,天青石、玉髓及白云石充填孔隙或溶溝/溶縫,晶間微孔、層間縫較發(fā)育。泥粉晶生屑白云巖中,泥晶白云石晶間孔及晶間溶孔較發(fā)育,含少量生物體腔孔,部分孔隙被亮晶白云石半充填。據(jù)鄰區(qū)塔克爾構(gòu)造多口取心井的薄片資料統(tǒng)計(jì),KT-I 油層組的顆粒平均含量為78%,KT-II 油層組的為80%,其中KT-I 油層組的生物化石平均含量為25%,KT-II 油層組的為48%,表明該區(qū)為利于生物生長(zhǎng)的淺海環(huán)境。
依據(jù)薄片、測(cè)井及地震資料,分析了研究區(qū)石炭系KT-II、KT-I 油層組沉積相類型及其特征。前人資料與本次研究均表明,研究區(qū)石炭系主要發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地沉積體系[11-13],在東緣烏拉爾洋一側(cè)還發(fā)育泥灰質(zhì)及泥質(zhì)的陸棚相沉積。根據(jù)現(xiàn)有資料,開闊臺(tái)地相可劃分出臺(tái)內(nèi)灘以及灘間海亞相,局限臺(tái)地相可劃分出臺(tái)內(nèi)灘以及潮坪亞相(云坪微相)。
2.2.1 開闊臺(tái)地相
臺(tái)內(nèi)灘亞相 根據(jù)巖性可細(xì)分出生屑灘、砂屑灘、鮞粒灘3 種沉積微相。生屑灘以亮晶砂屑藻屑灰?guī)r(圖3a)、亮晶有孔蟲灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r等巖石類型為主,顏色多呈灰白色至淺灰色,主要為亮晶生物碎屑結(jié)構(gòu);生物類型豐富多樣,以藻團(tuán)塊、棘皮類、腕足類為主。砂屑灘微相以亮晶砂屑灰?guī)r為主,顏色呈淺灰色—淺褐灰色,砂屑顆粒主要為細(xì)砂級(jí)和中砂級(jí),分選程度一般,磨圓程度較好;顆粒之間摻雜少量有孔蟲類、腕足類、綠藻類等生物碎屑,顆粒較大且完整,粒間被兩期亮晶方解石充填;孔隙發(fā)育,主要為粒間溶孔及粒內(nèi)溶孔,可見鑄??祝紫堕g部分連通性較好,呈串狀分布。鮞粒灘發(fā)育亮晶鮞?;?guī)r、粉晶鮞?;?guī)r(圖3b),鮞粒含量約為60%,正常鮞為主,直徑為1~2 mm,以粒??准绑w腔孔為主。臺(tái)內(nèi)灘的測(cè)井相特征為中—低伽馬、中高電阻率,伽馬曲線呈光滑—微齒化箱形—漏斗形。
圖3 開闊臺(tái)地相典型巖石薄片微觀特征(鑄體薄片,單偏光)Fig.3 Microscopic characteristics of typical rock slices of open platform(cast thin section,single polarized light)
灘間海亞相 海侵期研究區(qū)灘間海亞相分布廣泛,發(fā)育于灘和灘之間,屬于低能沉積環(huán)境的產(chǎn)物。生物種類豐富且數(shù)量眾多,發(fā)育強(qiáng)烈的生物擾動(dòng)。相對(duì)灘相沉積,生物泥含量比較多,巖性以薄—中層狀泥晶灰?guī)r為主(圖3c,3d),同時(shí)發(fā)育有泥質(zhì)灰?guī)r、含泥灰?guī)r、粒泥灰?guī)r等,見有孔蟲、雙殼類、腹足類等生物化石。
2.2.2 局限臺(tái)地相
在D-II區(qū)塊西北部局部地區(qū),KT-I油層組上部發(fā)育局限臺(tái)地相,識(shí)別出臺(tái)內(nèi)灘和潮坪亞相。
臺(tái)內(nèi)灘亞相 以生屑灘微相為主。巖性主要為泥晶生屑白云巖(圖4a)及灰質(zhì)中晶白云巖(圖4b),生屑以殘余?類為主。K-2 井KT-I 油層組頂部發(fā)育含生屑灰質(zhì)中晶白云巖,其基質(zhì)含生屑灰?guī)r為顆粒結(jié)構(gòu),大部分被白云石化形成中晶白云巖,見殘余組構(gòu),生物以腕足類、棘皮類等為主,白云石具霧心亮邊特征。臺(tái)內(nèi)灘地震反射特征為丘狀,不規(guī)則或雜亂結(jié)構(gòu)(內(nèi)部見前積結(jié)構(gòu)),中頻、弱振幅、差連續(xù)。測(cè)井相特征為中—低伽馬、中高電阻率,伽馬曲線呈光滑—微齒化漏斗形。
潮坪亞相 在D-II 區(qū)塊西北部局部地區(qū)KT-I油層組上部識(shí)別出云坪微相,巖性為(準(zhǔn))同生期沉積或白云石化的泥—粉晶生屑白云巖、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r(圖4c,4d)。生屑白云巖含較多粗大、硅化的棘皮類生物,局部見介形蟲、苔蘚蟲、?類(圖4c)和單射鈣質(zhì)骨針。潮坪的地震反射特征表現(xiàn)為席狀,平行—亞平行結(jié)構(gòu),中頻、中—弱振幅、差或中連續(xù)性。
圖4 局限臺(tái)地相巖石薄片微觀特征(鑄體薄片,單偏光)Fig.4 Microscopic characteristics of typical rock slices of limited platform (cast thin section,single polarized light)
由于D-I 區(qū)塊只在20 世紀(jì)80 年代在區(qū)塊北部較為集中地進(jìn)行了7 口井的鉆探,而D-II 區(qū)塊尚未進(jìn)行過鉆探,因此要建立全區(qū)范圍的沉積模式,只能根據(jù)測(cè)井相結(jié)合地震相分析進(jìn)行預(yù)測(cè)(圖5),據(jù)此推測(cè)東邊發(fā)育臺(tái)地邊緣及臺(tái)地前緣斜坡相,并逐步向盆地過渡。在前人成果認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上[14-16],綜合以上方法分析,結(jié)合古地貌特征認(rèn)為,研究區(qū)石炭紀(jì)主要發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地沉積體系[17],建立了半局限臺(tái)地—臺(tái)地邊緣—臺(tái)地前緣斜坡式孤立臺(tái)地沉積模式(圖6)。
圖5 濱里海盆地D-II區(qū)塊NW—SE向典型地震剖面沉積相解釋Fig.5 Sedimentary facies interpretation of typical seismic profile in NW—SE direction in D-II block,Precaspian Basin
圖6 濱里海盆地東南緣D-I、II區(qū)塊沉積模式圖Fig.6 Sedimentary pattern of D-I&II blocks in southeastern margin of Precaspian Basin
沉積環(huán)境受控于區(qū)域(板塊)構(gòu)造演化、相應(yīng)的古地形及海平面變化[18]。碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)部主要為開闊臺(tái)地相,臺(tái)地內(nèi)部主要發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘。碳酸鹽臺(tái)地西側(cè)及東側(cè)為臺(tái)地邊緣,臺(tái)緣內(nèi)部據(jù)地震及測(cè)井分析有臺(tái)緣礁灘發(fā)育。碳酸鹽臺(tái)地邊緣西側(cè)和東側(cè)向?yàn)趵瓲栄蠓较蛑饕獮槟嗷屹|(zhì)及泥質(zhì)的臺(tái)地前緣斜坡沉積,內(nèi)見滑塌濁積體。KT-I油層組沉積晚期,局部發(fā)育局限臺(tái)地相,以臺(tái)內(nèi)灘為主,見較多泥—粉晶生屑白云巖。
選擇典型連井剖面進(jìn)行了沉積相分析(圖7)。該剖面位于D-I區(qū)塊,呈NW—SE方向(井位置見圖8)。沉積相特征逐層對(duì)比分析表明,不同層位在不同井展現(xiàn)出不同的沉積特征。
圖7 濱里海盆地D-I區(qū)塊連井沉積相對(duì)比剖面Fig.7 Sedimentary facies correlation section crossing wells in D-I block,Precaspian Basin
KT-II油層組在T-2井一帶發(fā)育開闊臺(tái)地相,開闊臺(tái)地內(nèi)部灰質(zhì)臺(tái)內(nèi)灘發(fā)育,且相互疊置;至E-3井—E-1井—E-2井區(qū)一帶相變?yōu)榕_(tái)地邊緣,臺(tái)地邊緣內(nèi)由相互疊置的灰質(zhì)臺(tái)緣礁灘及泥灰質(zhì)礁灘間組成;向T-3井區(qū)一帶過渡為臺(tái)地前緣斜坡相沉積。
KT-I 油層組在T-2 井區(qū)發(fā)育開闊臺(tái)地相,開闊臺(tái)地內(nèi)部灰質(zhì)臺(tái)內(nèi)灘疊置發(fā)育;至E-3井—E-1井區(qū)相變?yōu)橛膳_(tái)緣礁灘與礁灘間組成的臺(tái)地邊緣相沉積;向E-1井區(qū)以西過渡為僅局部殘余發(fā)育的臺(tái)地前緣斜坡沉積,但T-3井區(qū)一帶大部分區(qū)域缺失該相帶。
總之,剖面沉積相分析表明:在D-I 區(qū)塊,KTII 和KT-I 兩個(gè)油層組均自東南向西北方向存在相變,由開闊臺(tái)地相(局限臺(tái)地-開闊臺(tái)地相)轉(zhuǎn)變?yōu)榕_(tái)地邊緣相-臺(tái)地前緣斜坡相,而在西南至東北方向上開闊臺(tái)地(局限臺(tái)地)、臺(tái)地邊緣相則成帶狀穩(wěn)定發(fā)育。在兩個(gè)油層組之間的MKT 組為穩(wěn)定分布的淺海陸棚相沉積,由東北至西南厚度逐漸減薄,在西北部遭受剝蝕而缺失。
根據(jù)以上研究建立了研究區(qū)沉積相平面分布圖(圖8)。KT-II 油層組沉積時(shí)期,整個(gè)碳酸鹽臺(tái)地呈南西—北東方向延伸。碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)部主要為開闊臺(tái)地相,分布眾多大小不等的臺(tái)內(nèi)灘,如T-2井、K-3 井等井區(qū)的臺(tái)內(nèi)灘。臺(tái)地同時(shí)發(fā)育西側(cè)及東側(cè)兩個(gè)臺(tái)地邊緣,其中西側(cè)臺(tái)地邊緣位于D-I 區(qū)塊中西部一帶,東側(cè)臺(tái)地邊緣位于D-II 區(qū)塊西部至D-I 區(qū)塊東南部一帶,兩側(cè)臺(tái)地邊緣內(nèi)部臺(tái)緣礁灘發(fā)育。西側(cè)臺(tái)地邊緣向西、東側(cè)臺(tái)地邊緣向東均過渡為臺(tái)地前緣斜坡相,內(nèi)部可見濁積體發(fā)育。
圖8 濱里海盆地D-I、II區(qū)塊石炭系KT-II、KT-I油層組沉積相平面圖Fig.8 Sedimentary facies map of the Carboniferous KT-II and KT-I member in D-Ⅰ&Ⅱblocks,Precaspian Basin
KT-I油層組沉積時(shí)期,碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)部主要為開闊臺(tái)地及局限臺(tái)地,分布大小不同的臺(tái)內(nèi)灘,如T-2井、K-3井等井區(qū)發(fā)育的開闊臺(tái)地臺(tái)內(nèi)灘,以及K-4 井、K-5 井等井區(qū)發(fā)育的局限臺(tái)地臺(tái)內(nèi)灘。臺(tái)地同時(shí)發(fā)育西側(cè)及東側(cè)兩個(gè)臺(tái)地邊緣,臺(tái)緣礁灘發(fā)育于兩側(cè)臺(tái)地邊緣內(nèi)部。西側(cè)和東側(cè)臺(tái)地邊緣分別向西及向東過渡為臺(tái)地前緣斜坡相,如E-4 井及E-2井等井區(qū)發(fā)育的臺(tái)地前緣斜坡沉積。
在前人有關(guān)區(qū)域構(gòu)造-沉積背景認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,通過研究區(qū)古地貌特征、沉積相展布及沉積發(fā)育模式等具體研究,分析了研究區(qū)鹽下石炭系維憲階(C1v)至二疊系阿瑟爾階(P1a-s)的沉積演化過程(圖9)。
圖9 濱里海盆地東南緣D-I、II區(qū)塊石炭系沉積演化剖面Fig.9 Sedimentary evolution profile of Carboniferous in D-I&II,southeastern margin of Precaspian Basin
石炭系下統(tǒng)維憲階沉積時(shí)期,整體為海平面下降時(shí)期,這一時(shí)期東部烏拉爾洋內(nèi)島弧為研究區(qū)東部提供豐富的較粗碎屑物源,形成自東向西延伸入海的含礫砂泥質(zhì)辮狀河三角洲沉積,從而在濱里海盆地東南緣D-I、II 區(qū)塊附近地區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲—淺海陸棚的沉積體系。
石炭系KT-II 油層組沉積時(shí)期,發(fā)生海泛,早期東部烏拉爾洋內(nèi)島弧被海水淹沒,這一時(shí)期伴隨海平面升降變化,在濱里海盆地東緣西側(cè)斜坡區(qū)形成的相對(duì)淺海位置主要發(fā)育了泥灰質(zhì)沉積,臺(tái)地東西兩側(cè)臺(tái)地邊緣向臺(tái)地前緣斜坡過渡,故在D-I、II 區(qū)塊附近地區(qū)形成了碳酸鹽孤立臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡的沉積體系。
石炭系MKT 組沉積時(shí)期,為海平面明顯上升時(shí)期,這一時(shí)期在D-I、II 區(qū)塊附近地區(qū)主要發(fā)育淺海陸棚沉積,在研究區(qū)北部主要為厚層的泥質(zhì)陸棚沉積,向南厚度逐漸變薄,且逐漸過渡為泥灰質(zhì)-灰質(zhì)陸棚沉積。
石炭系KT-I油層組沉積時(shí)期,整體為海平面相對(duì)下降時(shí)期,這一時(shí)期在濱里海盆地東緣西側(cè)發(fā)育灰質(zhì)-白云質(zhì)的碳酸鹽沉積,臺(tái)地東西兩側(cè)臺(tái)地邊緣向臺(tái)地前緣斜坡過渡,故而在D-I、II 區(qū)塊附近地區(qū)形成了碳酸鹽孤立臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡的沉積體系。
總之,受控于區(qū)域(板塊)構(gòu)造演化過程、相應(yīng)的古地形及海平面升降變化,在D-I、II 區(qū)塊附近地區(qū)經(jīng)歷了由石炭系維憲階沉積時(shí)期的辮狀河三角洲—淺海陸棚,經(jīng)KT-II 油層組沉積時(shí)期的碳酸鹽孤立臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡、MKT 組沉積時(shí)期的淺海陸棚,到KT-I油層組沉積時(shí)期的碳酸鹽孤立臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡的沉積演化過程。
(1)濱里海盆地東南緣D-I、II 區(qū)塊鹽下石炭系KT-I、KT-II 油層組主要發(fā)育亮晶顆?;?guī)r、泥晶顆粒灰?guī)r、泥晶灰?guī)r以及微晶、泥晶白云巖等??山⑻妓猁}臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡沉積體系,沉積相可劃分為局限臺(tái)地相、開闊臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣相、臺(tái)地前緣斜坡相。
(2)平面上看,整個(gè)碳酸鹽巖臺(tái)地呈南西—北東方向延伸,內(nèi)部主要為開闊臺(tái)地相(KT-I 油層組還發(fā)育局限臺(tái)地相),分布眾多大小不等的臺(tái)內(nèi)灘,西側(cè)及東側(cè)發(fā)育臺(tái)地邊緣,內(nèi)部臺(tái)緣礁灘發(fā)育。臺(tái)地邊緣東西兩側(cè)過渡為臺(tái)地前緣斜坡相。剖面上看,KT-II 和KT-I 兩個(gè)油層組均自南東向北西方向存在相變,KT-II 油層組由開闊臺(tái)地相轉(zhuǎn)變?yōu)榕_(tái)地邊緣—臺(tái)地前緣斜坡相,KT-II 油層組由局限臺(tái)地—開闊臺(tái)地相轉(zhuǎn)變?yōu)榕_(tái)地邊緣—臺(tái)地前緣斜坡相;而在南西至北東方向上開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣相則成帶狀穩(wěn)定發(fā)育。
(3)總結(jié)了研究區(qū)鹽下石炭系碳酸鹽巖沉積模式。主要發(fā)育碳酸鹽孤立臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡沉積體系,東西兩側(cè)為臺(tái)地邊緣沉積,其中臺(tái)緣礁灘發(fā)育。臺(tái)地內(nèi)部,主要為開闊臺(tái)地相,局部見局限臺(tái)地相。
(4)濱里海盆地東南緣D-I、II 區(qū)塊附近地區(qū)經(jīng)歷了由石炭系維憲階沉積時(shí)期的辮狀河三角洲—淺海陸棚,經(jīng)KT-II 油層組沉積時(shí)期的碳酸鹽孤立臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡、MKT 組沉積時(shí)期的淺海陸棚、KT-I油層組沉積時(shí)期的碳酸鹽孤立臺(tái)地—臺(tái)地前緣斜坡的沉積演化過程。