巖溶改造古地貌恢復在油氣礦產勘查中應用

周麗梅，張江江

(1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室(西南石油大學)，四川 成都 610500；2.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

巖溶改造古地貌恢復在油氣礦產勘查中應用

周麗梅1,2，張江江2

(1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室(西南石油大學)，四川 成都 610500；2.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

在塔河油田2區區域地質背景分析的基礎上，結合奧陶系地層發育、沉積環境及構造演化研究，查明了該區奧陶系巖溶改造的根本原因，應用巖石薄片、陰極發光、碳酸鹽巖礦物同位素分析技術手段，得出該區奧陶系巖石薄片溶孔壁存在氧化特征及陸源碎屑；填積物陰極發光為桔紅色等指示強氧化形成條件；碳酸鹽巖礦物同位素指示大氣水介質作用；綜合分析得出海西早期奧陶系巖溶環境為開放系統的陸殼大氣水滲濾到地層形成的巖溶改造環境。應用地震單井資料恢復了該區奧陶系頂界面的巖溶古地貌，結合巖溶地形特征，認為該區洼凼北部巖溶緩坡附近泄水改造區域為油氣礦產資源聚集最有利區域。

塔河2區奧陶系；改造；巖溶環境；地貌恢復；有利帶

塔河油田2區位于新疆中西部的阿克蘇和庫爾勒地區，區域構造位置為塔里木盆地阿克庫勒凸起西南斜坡區，塔河油田2區北接塔河油田3區、4區、7區，西接塔河油田8區，南接S106井區和塔河油田南部鹽下廣大區域，大致被TK231-TK763-TK327—TK236-TK232井所圍限，面積約80km2，塔河油田2區油氣礦產資源儲集體主要為海相奧陶系碳酸鹽巖油藏，在油氣礦產資源勘探及開發過程中遇到了儲集體巖溶改造古地貌恢復認識不清、油氣礦產資源勘探靶區尋找依據不足及油氣儲量動用較少的難題。一些學者[1-4]通過采用巖石礦物分析、構造演化、地震儲層分析及地球化學研究等技術手段對其他油田及2區海相儲集層的沉積特征、地層巖性、區域構造背景等開展了基礎的研究工作，對于該區的成巖作用、巖溶改造期次及古地貌恢復方法方面有了一些認識[5]，而對2區奧陶系巖溶改造古地貌恢復還未系統開展工作，巖溶古地貌恢復來尋找有利油氣資源靶區的研究力度不夠，因此，在該區地層發育及構造演化研究基礎上，分析該區奧陶系的巖溶改造環境，綜合巖芯、測井及地震資料進行奧陶系巖溶古地貌恢復，對于后期的油氣礦產資源充分利用有著重要意義。

1 區域地質構造背景

結合前人研究成果[6]，經過該區所在盆地區的區域構造剖面分析，該區基底是元古代末形成的塔里木地臺中上元古界淺變質巖系和下元古界、太古界深變質巖系組成結晶基底。震旦紀開始，在全球的廣泛的裂谷作用下，該區所在的盆地為拉伸擴展狀態，主要沉積了地臺、地臺邊緣及盆地海相沉積物，在之后的寒武紀至早-中奧陶世，海相沉積范圍不斷擴大，盆地區域穩定，該區沉積物主要為塔北地區的淺水緩坡沉積的鷹山組和一間房組。

中奧陶世末期，該區所在的塔里木盆地由于塔里木板塊南部與南昆侖板塊的碰撞，為加里東中期運動第Ⅰ幕，使得該區發生區域性的構造擠壓運動，由于該區處于距板塊碰撞地較遠，只發生了微弱的構造變形及整體抬升，中奧陶統地層發育保存較好，只缺失2～4個化石帶。晚奧陶世末期，該區發生了加里東運動第Ⅱ、Ⅲ幕，該區仍然為構造抬升，形成良里塔格組與桑塔木組之間為平行不整合，晚泥盆世末及早石炭世初，塔里木陸殼東端與中天山島弧的碰撞，南天山洋的閉合，發生了海西早期運動或阿克庫勒運動，塔河2區位于碰撞帶較近區域，附近的輪南斷裂帶上沖幅度達4000m，沉積的上部志留系、泥盆系、中上奧陶統、下奧陶統頂部地層依次被剝蝕。在塔里木盆地形成了區域性的不整合面，遍布風化碳酸鹽巖碎屑物。后期該區經歷了海西晚期、印支期，燕山及喜山期構造運動影響，但是總體上為地層構造形態的疊加改變及斷裂作用，奧陶系未發生巖溶改造作用[6]。據上述分析，受海西早期構造運動影響，該區泥盆系東河塘組和志留系普遍缺失，奧陶系桑塔木組完全缺失，良里塔格組和恰爾巴克組部分缺失，一間房組和鷹山組保存較完整的顆粒性及泥質灰巖沉積。

2 巖溶改造環境分析

區域地質構造分析可知海西早期構造運動是研究區奧陶系地層巖溶改造的主要作用，弄清塔河油田奧陶系海西早期巖溶作用發生的環境，是海西早期巖溶古地貌分析及巖溶改造模式建立的基礎，也是尋找有利油氣礦產資源工作的重要依據，本次分析結合研究區開發井的巖石學特征和地球化學特征來分析巖溶改造發生的環境。

2.1 巖芯及薄片特征

由區內恰爾巴克組尖滅線附近TK209井、S7202井等巖芯薄片觀察巖溶縫洞壁因氧化改造而呈紫紅色、棕黃色，縫洞內的充填物也呈紫紅色，表明巖芯改造作用應發生于氧化條件環境下。而恰爾巴克組尖滅線附近S70井、S77井、T204井等巖芯樣品可見巖溶縫洞內混有陸源石英砂及粉砂，而奧陶系海相地層在正常沉積條件下不含陸源石英組分，即陸源石英來源于外部，揭示了區內奧陶系海西早期巖溶是一個與地表陸源碎屑巖系相聯系的開放系統。

2.2 陰極發光特征

通過對塔河油田2區奧陶系海西早期巖溶產物的陰極發光特征分析，巖溶逢洞壁灰巖及縫洞內機械填積的碳酸鹽砂泥往往發亮桔紅色光或亮桔黃色光，顯示前者是原巖由弱氧化—弱還原環境進入氧化或較強氧化環境后，礦物晶格中二價鐵轉化為三價鐵，三價鐵由晶格中析出，致礦物中Mn/ Fe比值得到提高所造成的，縫洞內化學沉淀的纖柱狀—粒狀發亮桔紅色光到不發光說明沉淀作用發生于氧化或強氧化環境的指示。

2.3 同位素分析

碳酸鹽礦物中的Sr同位素值主要受介質來源的控制，是反映介質性質的一個很好的參數。通過測試分析，塔河油田2區奧陶系海西早期巖溶縫洞方解石Sr同位素值主要在0.709204～0.718904范圍內變化，平均值達0.711125，明顯較奧陶紀海洋的Sr同位素0.7078～0.7094組成高，而與大陸硅鋁質巖石來源的Sr同位素數值0.7200±0.005相近，則表明大陸硅鋁質巖石來源的Sr同位素組成對巖溶地下水產生了重要影響，即滲濾通過大陸硅鋁質巖石區或巖層的地下水參與了對奧陶系或下奧陶統碳酸鹽巖巖溶作用的改造。

大氣水溶液中沉淀的碳酸鹽礦物δ18O值顯偏負特征[7]，研究區內奧陶系δ18O值在-5.461‰～-14.374‰PDB范圍內變化，平均值為-10.840‰PDB，若縫洞方解石的沉淀溫度按30℃計算，恢復得到巖溶水介質的δ18O值主要在-2.47‰～-11.410‰(SMOW)范圍內變化，平均值為-7.865‰(SMOW)，則揭示了巖溶介質為大氣水。

δ13C值主要受碳來源的控制，有機質氧化產生的CO2富集輕碳同位素，具有δ13C值偏負特征，區內奧陶系海西早期巖溶縫洞方解石的δ13C平均值為-2.679‰PDB，反映了土壤帶有機質氧化產生的富輕碳同位素的CO2加入到巖溶介質并對縫洞方解石的沉淀過程。

綜上所述，巖溶改造環境為受開放系統下的氧化條件的大氣水滲濾到碳酸鹽巖地下，并發生地下水巖溶作用，奧陶系碳酸鹽巖受地下水巖溶改造能夠形成巖溶洞穴型及縫孔洞型等有利儲層，通過對古地貌恢復研究，對于指導油氣礦產資源勘探及開發有著重要價值。

3 巖溶改造古地貌恢復及分析

3.1 海西早期巖溶古地貌恢復

由區域地質構造背景及巖溶改造環境分析，該區奧陶系海西早期巖溶風化殼不整合面，控制一間房組和鷹山組的油氣礦產資源儲滲空間，地震技術來研究地層地質的常用技術[8]，而對一個地區進行古地貌恢復的方法很多，包括層位拉平法、沉積學方法、構造分析法等多種方法[9]。根據目前2區所有單井和縱橫22×7條的地震剖面測線解釋情況，采用較傳統的填平補齊法，緊密結合單井鉆井、測井資料，對2區及其鄰區能夠進行進行巖溶古地貌恢復。古巖溶風化殼上覆沉積物相對的起伏高差來反映海西早期巖溶古地貌地形變化，在古風化殼上覆地層中尋找一個比較準確的代表古海平面的地層界面，然后通過該沉積界面與風化殼間的地層厚度來求取風化殼上地形的相對高低，該區奧陶系頂界面的石炭系巴楚組生屑灰巖在全區范圍內分布穩定是能夠代表當時的海平面的等時界面。通過單井巖性正演地震模型，識別出生屑灰巖底地震反射特征，進而通過聯絡地震測線、人工合成地震記錄及層位追蹤來計算標志層與不整合巖溶面的時間厚度，通過全區聯絡地震測線及附近井的巖芯及測井資料讀取層位實際厚度值，進而恢復目的層速度場，見圖1。

圖1 塔河油田2區及周緣海西早期風化殼上 覆層速度平面分布(單位為m/s)

通過計算主、聯絡測線標志層底界面及奧陶系風化殼頂界面的時間深度差值代表巖溶古地貌的時間厚度，利用速度場將時間厚度鉆化為深度值，進而通過去壓實、差異構造沉降等及水深校正，得到海西早期巖溶改造古地貌地形圖，見圖2。

圖2 塔河油田2區及周緣海西早期巖溶古地貌地形

3.2 巖溶改造地形特征

根據地形起伏特征，巖溶古地貌可分為正向地形、負向地形、以及它們的過渡地帶。

正向地形：地形較陡，相對高差大于50m且者為山地，小于50m者為丘地，孤立分布著為殘丘；極為寬緩、頂面幾乎為平地者稱之為臺地；負地形：負地形比較陡，高差比較大，面積比較小，長條狀的為溝谷，圓形大面積的負地形，深者為凹陷，淺者為巖溶洼地，習慣上叫做洼凼。

從整體上看，區內北部處于巖溶山地坡腳部位，可稱之為巖溶緩坡相帶，南部為巖溶平臺及其小型泄水洼凼區。古海拔280m以上的高陡殘丘主要集中在2區北部4區及西部較遠的7區等區塊，而2區內部僅在北部TK234以北及南部TK222及S87間有少量高陡殘丘保存。

3.3 有利區帶分析

巖溶改造古地貌中的負向古地形則代表著古地表水系走向，地上水流進入巖溶洞口，成為大氣水進行地下巖溶作用的補給[10]。

區內存在的多個匯水洼凼，由巖溶山坡向山坡腳洼凼，由于大氣水不斷補給沿著裂縫等[11]流動發生地下巖溶作用，使得巖溶、縫洞等儲集單元較為發育，巖溶改造較為充分，見圖3。而在古地貌負向地形的匯水洼凼，由于巖溶地下水的泄水區地形趨緩和趨低，地下洞穴或暗河系統中水動力能量突然降低，水流攜帶沉積物由此沉積阻塞洞穴，巖溶改造不強烈，但是當有在負向地形中存在有孤立殘丘等局部高地時，由于受到殘丘遮擋的地下水在有斷裂和裂縫存在的條件下也可發育有利儲集空間。

結合圖4分析，在如TK419、TK251、TK214井附近的巖溶緩坡，接受地下水巖溶滲流改造作用強烈，為泄水區的過渡地帶，在平面及縱向上發育多套溶洞系統，而該區域的南部泄水區中的S72井附近殘丘發育的泄水洼地及西部的斷控巖溶發育帶TK222井附近區域仍然可能發育有利的儲集空間，由于北部高地巖溶地下水通過巖溶洼凼排泄出地表，巖溶改造作用減弱，儲集空間總體上欠發育。

圖3 緩坡-洼凼古地貌巖溶改造分布

圖4 巖溶改造有利區分布

此外，有利區相對較高的古地貌地勢及結合地震剖面異常點，斷裂的密集發育及南部坡度相對較大的泄水洼凼邊坡，使得TK419井、TK251井、TK214井附近泄水洼凼北部區域巖溶潛力更大，見圖4，洞穴發育的靜態資料統計在2區范圍剖析的發育有洞穴的井共40口，根據自噴期產液能力，有利區的高-較高產能的井有22口，占發育洞穴總井數的55%，占所有該類型產能井76%，在10～40多米的洞穴厚度分布段內均有分布，也驗證了該區帶是巖溶洞穴及縫孔洞型儲層最為發育的有利區。

4 結論

通過對油田2區奧陶系構造、沉積及地質分析，結合巖石薄片及地球化學分析等，研究巖溶改造環境分析，并開展巖溶改造在油氣礦產資源選取有利區帶方面分析，形成以下結論。

1)塔河油田2區奧陶系主要受晚泥盆世末及早石炭世初的海西早期構造運動的影響，地層發生抬升并接受剝蝕，主要儲集層為一間房組及鷹山組，儲集體發生巖溶改造的根本原因為塔里木陸殼東端與中天山島弧的碰撞，南天山洋的閉合。

2)塔河油田2區奧陶系巖芯薄片及陰極發光顯示氧化環境，碳酸鹽礦物Sr同位素值、δ18O值、δ13C值揭示為陸源大氣水介質環境，綜合分析巖溶改造環境為開放系統大氣水滲濾到地層形成地下水氧化巖溶改造碳酸鹽巖環境；

3)巖溶改造古地形分析及單井產能分析，TK419、TK251、TK214井附近泄水洼凼北部區域巖溶帶，大氣水巖溶改造強烈，是油氣礦產資源儲集最有利的區帶。

[1] 郝哲敏，蘇中堂，王玉萍.鄂爾多斯盆地西南緣奧陶系儲層類型及其空間展布[J].中國礦業，2012，21(11):75-79.

[2] 劉俊，楊洪，沈華，等.構造對沉積的控制作用[J].中國礦業，2006，15(11)：98-101.

[3] 劉小平，孫冬勝，吳欣松.古巖溶地貌及其對巖溶儲層的控制——以塔里木盆地輪古西地區奧陶系為例[J].石油實驗地質，2007，29(3):265-268.

[4] 李陽，范智慧.塔河奧陶系碳酸鹽巖油藏縫洞系統發育模式與分布規律[J].石油學報，2011，32(1):101-106.

[5] 張江江，黃鵬，馮學謙，等.歧口凹陷沙一下亞段白云巖儲集空間特征研究[J].科技導報，2011，29(17)：39-44.

[6] 李啟明，蔡振忠，唐子軍，等.海西運動在塔里木盆地油氣成藏中的意義[J].新疆石油地質，2009，30(2)：171-174.

[7] 陳勤數.同位素應用于礦山地下水研究[J].中國礦業，1998，7(4)：73-75.

[8] 陳剛，全海燕，馬敬濱，等.利用地震多屬性分析和波阻抗技術提高疊后反演分辨率[J].中國礦業，2012,21( S1)：611-612，625.

[9] 張明祿，王勇，盧濤，等.長慶氣田下古生界氣藏開發階段儲集層描述方法[J].石油勘探與開發，2002，29(5)：74-76.

[10] 呂艷萍，趙秀.塔河油田東南斜坡區奧陶系巖溶儲層形成機制與發育分布模式研究[J].礦物巖石，2012，32(1)：107-115.

[11] 蔣有義.東鞍山鐵礦排水能力的確定[J].礦山技術，2000 (S1)：74-76.

Karstification Paleogeomorphology restoration application in prospecting for oil and gas

ZHOU Li-mei1,2，ZHANG Jiang-jiang2

(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation(SWPU) ，Chengdu 610500，China；2.Northwest Oilfield Company，SINOPEC，Urumqi 830011，China)

Based on the analysis of geological background of 2 area of Tahe oil field，and combined with the development of Ordovician strata，studyed on the sedimentary environment and tectonic evolution，finded out the fundamental reason for the transformation of the Ordovician karst，application of rock thin sections，cathodoluminescence，carbonate mineral isotope analysis technology，it is concluded that the Ordovician rock slices dissolved pore wall existed the oxidation characteristics and terrigenous clastic；the fill material cathode luminous orange red etc that indicated the formation conditions of the strong oxidation；the carbonate mineral isotope indicated the atmospheric water medium；the comprehensive analysis showed that the Hercynian Early Ordovician karst environment is an open system of the continental crust of atmospheric water infiltration to the formation of karst environment transformation.Application of seismic data of single well restored the Ordovician top interface of karst landform，combined with karst terrain features，it concluded that the region near the region of northern karst slope was draining wa Dang transformation which was the most favorable area for oil and gas accumulation of mineral resources.

Tahe 2 district transformation；ordovician；karst environment；landscape restoration；favorable zone

2014-09-05

周麗梅，高級工程師，研究方向為油氣田地質與開發。E-mail：ykszlm@sina.com。

P618.13

A

1004-4051(2015)02-0089-04