墨西哥 ébano-Pánuco-Cacalilao區塊白堊系地層沉積相研究

王 偉,張 欣,崔曉朵

(中國石化股份勝利油田分公司地質科學研究院,山東 東營 257015)

0 引言

ébano-Pánuco-Cacalilao區塊(簡稱 EP C,下同)(圖1)位于墨西哥合眾國的東部,緊鄰墨西哥灣,處于 Tamaulipas州、Veracruz州和Sanluis Potosi州的交界處,距 Tampico市約20 km,Panuco河流經該區。EPC勘探面積5 095 km2,主體位于 Tampico盆地的海岸平原地帶地表平均海拔26 m。本區是墨西哥最早的石油產區,產層主要為上白堊統 Ksf和 Kan發育自然裂縫的碳酸鹽巖儲層。埋深400～750 m最高年產原油32 000余桶,現在已下降到年產不足6 000桶左右。通過對區域地層的巖石物性和特征進行詳細研究,查清區域沉積模式,從而預測有利儲層發育帶,以期為后續的勘探挖潛工作提供指導和借鑒。

1 區域地質概況

EPC油田鉆井揭示本區以前寒武系-古生, ,界為基底,上有三疊系、侏羅系和白堊系。墨西哥于北美克拉通的南部,元古宇是最古老的巖石,為格林維爾造山期的麻粒巖相巖石[1-3]；由于構造抬升作用,本區中部背斜軸部出露基底火成巖和變質巖系,主要為紅灰色角礫狀花崗巖和淺灰色變質巖。三疊系Huizachal組地層在本區僅局部出露,巖性主要為中淺灰色中粗粒砂巖、粉砂巖和灰質頁巖。侏羅系下部為陸相碎屑巖沉積,為深灰色含砂頁巖夾深灰色灰質砂巖或灰棕色水平紋層灰質頁巖,富含有機質,是本區主要的烴源巖[3-7]；上部為海相碳酸鹽巖。白堊紀早期仍為海相沉積的灰泥巖、頁巖、粒泥巖、泥粒巖、白堊巖和黏土質灰泥巖,其中含有火山灰物質。

圖1 EPC區域位置圖Fig.1 Regional position ofébano-Pánuco-Cacalilao area

白堊系地層總體傾向為SE,中部發育近SN向鼻狀構造,局部形成背斜,其長軸一般呈NE向延伸。斷層的展布與基底基本一致。在基底中發育的深大斷裂大多斷至白堊系,但斷距明顯減小,并且形成更多的伴生或補償性斷層,在剖面圖上呈樹枝狀,斷層的走向大都近SN向。

2 巖石學特征

從結構角度看,碳酸鹽巖主要由顆粒、泥、膠結物、晶粒、生物格架5種結構組分構成[8-11]。其中顆粒是指在沉積盆地內由化學、生物化學、生物作用及波浪、岸流、潮汐作用形成的碳酸鹽顆粒,它在盆內就地沉積或經短距離搬運再沉積而成。碳酸鹽巖中的泥是指泥晶基質,充填在顆粒之間,與顆粒同時經機械沉積作用形成的,一般表現為粒度小于0.03 mm的方解石晶體。

本次研究主要采用Dunham(1962)的碳酸鹽巖分類方法[8-9],結合區域沉積特征來確定沉積相類型。從巖心觀察,主要發育灰泥灰巖和顆粒灰巖,富含各種沉積構造和生物化石。Ksf組主要為灰綠色含內碎屑灰質泥巖和淺灰色灰泥灰巖,巖心上見豐富的蟲孔、遺跡化石、內碎屑等。同時也見到各種沉積沖刷構造、濁積巖、紋層等,顯示不同的沉積部位,總體來說發育開闊臺地、局限臺地和臺前斜坡沉積,以開闊臺地沉積為主(圖2A,圖2B,圖2C)。Kan組主要為淺灰色灰泥巖,局部顏色較深,巖心上多見豐富的內碎屑、蟲孔和遺跡化石,以水平紋層為主,表現為開闊臺地沉積和臺前斜坡沉積；裂縫較為發育,局部含油(圖2D,圖2E,圖2F)。Kts組主要為棕黃色-灰色灰泥灰巖,見縫合線、蟲孔和高角度裂縫,見燧石層段,為開闊臺地-局限臺地沉積(圖2G,圖2H,圖2I)。Kti組為灰色含油灰泥灰巖,富含蟲孔、微化石,發育局限臺地和臺前生物礁相沉積(圖2H—圖2L)。

圖2 部分巖心照片Fig.2 Core photoA.Cacalilao-274D,Ksf,448.7m,開闊臺地沉積B.Cacalilao-3103,

從薄片資料分析,白堊系 Ksf,Kan,Kts和 Kti等4個層位的碳酸鹽礦物主要是方解石,巖性以灰巖為主,其次是白云石。白云石化作用普遍,個別樣品見菱鐵礦。黏土礦物主要是伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石。附屬礦物主要為石英、長石、片鈉鋁石及黃鐵礦。各層組的動物化石非常豐富,包含有孔蟲、介形蟲、薄殼類軟體動物或薄殼類瓣腮動物化石,此外還見到火山灰碎屑、火山玻璃、黏土內碎屑、石英、長石、云母、片鈉鋁石、燧石、干酪根及植物碎片。火山灰碎屑大多重結晶,轉化為片鈉鋁石、黏土、硅質、長石、菱鐵礦、燧石結核等。膠結物主要包括生物殼內方解石、殼內和內碎屑內的微晶硅質膠結、基質(有孔蟲體腔和殼內黃鐵礦)膠結和白云石、片鈉鋁石、硅質、黏土、燧石膠結、硅化的火山玻璃、方解石、菱鐵礦膠結(圖3)。主要的成巖作用包括重結晶作用(火山灰的重結晶、火山灰硅化和基質重結晶作用)和交代作用(方解石白云石化、植物碎屑的黃鐵礦化以及硅質、磷酸鹽交代方解石作用),此外也見到部分溶解作用,產生了溶蝕孔和鑄模孔(圖3)。

總體來看,由于EPC區域白堊系地層沉積厚度較薄(＜1 500 m)、埋深較淺(＜2 500 m),成巖為早-中期階段[3-7]。在同生期成巖階段,碳酸鹽巖是處于邊沉積、邊成巖的過程中,發生了泥晶化、膠結、同生溶蝕、白云巖化、重結晶等成巖作用,初期形成的巖石有較大的孔隙空間,主要孔隙類型有粒間孔、晶間孔、早期溶孔等。成巖早期,埋深逐漸加大,由于上覆載荷作用導致強烈的壓實壓溶作用、早期膠結充填作用以及白云巖化作用等,巖石中的原生孔隙基本消失,孔隙度急劇降低。隨著第三紀區域火山活動的影響,地殼急劇升降,在碳酸鹽巖內形成了規模不等的裂縫系統,極大地改善了碳酸鹽巖的儲集條件,使侏羅系中的烴有條件運移到白堊系碳酸鹽巖儲層中,形成油氣藏。

圖3 取自巖石薄片的成巖作用顯微照片Fig.3 M icroscopic photo of thin section show ing diagenesis

3 沉積相特征

區內的白堊系地層為連續沉積,發育在侏羅系末期的海侵沉積之上,底部是很易識別的層序界面。下白堊統Kti沉積期為一次較大的海泛過程,不同區域受古地形控制沉積厚度差異較大,其中東北部為古地形的低洼處,沉積厚度較大,西部沉積厚度較為均勻,反映當時的地貌高差不大；其上部的 Kto組同樣為較大范圍的海泛過程,但是沉積厚度相對較小,區域上分布穩定,可以作為區域的層序界面。中上白堊統沉積時地殼運動相對穩定,局部受到斷層影響,造成地層沉積厚度稍有差異,大部為穩定的沉積。Kts和Kan的頂部從測井和地震資料分析特征清楚,也可以作為區域的層序界面。Ksf的地震剖面上成像較差,一般表現為連續性差的弱反射或空白,僅個別的地震剖面可以看到較連續的反射同相軸,Km由于遭受剝蝕在部分地區埋深較淺或者被剝蝕掉,不易識別。因此結合鉆井取心,確定了區域上的3個層序界面,將白堊系地層劃分為4個準層序組(Kti,Kts,Kan和 Ksf)。

從巖心和區域地質資料來看,區域上主要發育臺地相(局限臺地、開闊臺地沉積)和臺緣相(臺地邊緣淺灘、生物礁相和臺前斜坡沉積)等沉積相區(相 帶)(表1,圖4)。

表1 區域沉積相巖性和沉積構造特征Table 1 Characteristics of regional sedimentary facies and sedimentary structure

圖4 早白堊世(a)和晚白堊世(b)區域沉積相圖Fig.4 Regional sedimentary faciesmap of Early Cretaceous(a)and Late Cretaceous periods(b)

局限臺地沉積主要為灰泥巖、粒泥灰巖和白云巖,少量泥粒灰巖夾礫砂屑顆粒灰巖。生物化石少,以廣鹽度的藍綠藻和介形蟲為主,代表著較閉塞的低能環境。

開闊臺地沉積體系海域廣闊,海水循環較好,鹽度基本正常,沉積物從粒屑到灰泥都有。包括泥晶粒屑灰巖、亮晶粒屑灰巖和粒屑泥晶灰巖、泥晶灰巖等,生物以腕足類為主,其次為藍綠藻、棘皮、介形蟲、苔蘚蟲等。

臺地邊緣淺灘沉積由顆粒巖和生物巖類組成,生物種類多,主要是廣鹽度的藍綠藻、棘皮、腕足、三葉蟲、苔蘚蟲、層孔蟲等。主要的亞相包括臺緣灘、臺緣礁。

臺前斜坡沉積為碳酸鹽碎屑流-濁流成因的灰色薄-中層細礫灰巖、砂屑灰巖、呈夾層狀或互層狀產于較深水靜水斜坡沉積的灰-深灰色薄-中層狀泥質灰巖、泥晶灰巖、灰質泥巖,主要的沉積構造為滑塌和沖刷構造。

圖5 EPC地區碳酸鹽巖沉積發育模式圖Fig.5 Sedimentary model of carbonate rock in EPC area

4 區域沉積模式

白堊系地層是在墨西哥灣擴張時期東部的海侵背景上發育的坳拉槽沉積,這次海侵形成了厚層的石灰巖沉積,該石灰巖沉積發育在一套間歇沉陷和出露的克拉通系列以及海相高點之中(圖5)。

在Kti期,EPC區大部分為各種沉積類型的石灰巖類,東部地區沉積了厚層的黏土質石灰巖,形成了開闊海相沉積。中西部的大部分地區沉積了一套臺地環境的石灰巖,在 Montecillos-1的西北部和Carbonar-1—Sinclair-313地區形成了礁石相輪廓(圖4)。

本區西北部為隆起的陸臺,受斷層作用影響發育了陸相碎屑物沉積,該碎屑流可能是由于周圍活動地帶的陸地抬升或者海面升降造成的。

Kto沉積期發生了一次重要的海侵,完全覆蓋了曾經活躍的地帶,在全區形成了厚層的灰質泥巖沉積。雖然Kto被看作一個與Kti沉積同級別的沉積層,但其厚度相對較小,只有50 m左右,且基本全為泥質沉積,可以做為區域的蓋層。同時從區域層序地層上看,Kto也可以作為最大的海泛面,相當于密集段沉積,可以作為一個層序界面。

從地震剖面和構造上看,結合連井剖面,在MON TE-200的西部和 Tepanchao-1114的西北部發育了2個臺內洼地,形成了一套淺海相和蒸發巖相沉積。

在晚白堊世初期,西部地區受構造運動影響發生抬升和變形,整個區域發育了來自墨西哥西部的陸源沉積。該時期開始經歷了擠壓作用,后期遭受抬升。隨著第三紀火山作用和海面逐漸向東退卻,碎屑巖沉積的海岸和三角洲隨之形成,白堊系沉積結束。

5 結論

白堊系儲層巖性主要為淺灰色灰泥巖,巖心上多見豐富的內碎屑、蟲孔和遺跡化石和微化石。碳酸鹽礦物主要為方解石,巖性以灰巖為主,其次是白云巖。黏土礦物主要為伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石。

由于 EPC區域白堊系地層沉積厚度較薄(＜1 500 m)、埋深較淺(＜2 500 m),成巖為早-中階段。本區主要的成巖作用包括重結晶、交代和溶解等。殘余原生孔隙和裂縫是其主要的儲集空間。

區域上主要發育臺地相(局限臺地、開闊臺地沉積)和臺緣相(臺地邊緣淺灘、生物礁相和臺前斜坡沉積),以臺地相沉積為主。臺緣和臺內的高能相帶、有效的成巖改造帶、高裂縫發育強度帶應該是比較有利的油氣富集區域。

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