塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系石灰?guī)r縫合線發(fā)育特征及石油地質意義

陸 彬

塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系石灰?guī)r縫合線發(fā)育特征及石油地質意義

陸 彬

（長江大學地球科學學院，武漢 430199 ）

以巖心和薄片鑒定資料為基礎，分析了塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系石灰?guī)r中縫合線特征、成因類型及石油地質意義。研究結果表明，研究區(qū)內石灰?guī)r縫合線有3種類型，可作為油氣生成的重要場所。縫合線內殘余有機質豐度較高；縫合線是成巖流體流動的重要通道，沿縫合線附近可形成較多的溶蝕孔和溶洞；縫合線是油氣運移的重要通道，瀝青在縫合線中普遍存在。根據(jù)研究建立了研究區(qū)縫合線網(wǎng)絡體系發(fā)育模式，推測了地質歷史演化中各階段縫合線的特征及其作用。

縫合線；石灰?guī)r；儲層；塔北哈拉哈塘

縫合線在碳酸鹽巖中廣泛發(fā)育，在灰?guī)r中較常見，白云巖中發(fā)育密度相對降低。對于縫合線的成因，主流觀點認為縫合線是壓溶成因[1~4]。但也存在不同的觀點，如Deelman D J C通過實驗分析認為破裂和壓實也能形成縫合線[5]。譚欽銀等研究認為縫合線具有“四性特征”，即完整性、親烴性、排孔性及脹裂-匯聚性[6]。在成因探討之外，國內外學者多關注縫合線的石油地質學意義[7~15]。如EmanueleTondi等探討了縫合線發(fā)育與構造應變的關系[10~14]。鐘建華等探討了縫合線的生烴潛力及其作為油氣運移通道[15，16]。高崗等主要探討了縫合線中有機質和基質有機質的生烴潛力，并探討了其對生排運聚的影響[19]。以石灰?guī)r作為研究的切入點，以塔北哈拉哈塘地區(qū)作為典型解剖區(qū)。巖心觀察表明哈拉哈塘地區(qū)奧陶系灰?guī)r中廣泛發(fā)育裂縫和縫合線。但一直以來，在研究哈拉哈塘地區(qū)巖溶儲層時，前人往往更重視構造溶蝕縫[20~21]，認為其對儲層發(fā)育貢獻大。而實際巖心觀察表明，奧陶系灰?guī)r中縫合線是重要的流體流動通道，沿縫合線可見到大量瀝青和溶蝕孔和溶洞。在此基礎上，針對石灰?guī)r中縫合線的發(fā)育特征及模式，以塔北哈拉哈塘地區(qū)15口井的縫合線數(shù)據(jù)統(tǒng)計為例，利用巖心描述、薄片鑒定和熒光觀察分析等手段，對該區(qū)灰?guī)r中縫合線特征進行形態(tài)學和成因分類，最終以明確灰?guī)r中縫合線的石油地質意義。

圖1 哈拉哈塘地區(qū)相對構造區(qū)劃圖

1 地質背景

1.1 區(qū)域構造背景

塔北隆起具有基底隆起的特征，是前震旦系變質巖基底上發(fā)育的一個長期發(fā)展的古隆起，其最初形成時期可以追溯到塔里木運動(晉寧運動)。加里東時期該隆起繼承性發(fā)育，保持了古隆起的地貌形態(tài)。海西早期運動在該區(qū)活動強烈，由于區(qū)域性擠壓抬升形成向西南傾伏的北東向展布的大型鼻凸，隆起幅度加大，地層遭受強烈風化剝蝕，使凸起大部分地區(qū)缺失志留—泥盆系及中上奧陶統(tǒng)，下奧陶統(tǒng)也遭受了不同程度的剝蝕，石炭—二疊系不整合超覆于下伏地層之上。海西晚期運動是塔北隆起又一重要發(fā)展階段，輪南潛山隆起構造帶再次抬升暴露風化剝蝕，大部分地區(qū)僅保留下石炭統(tǒng)，局部地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖再次暴露剝蝕。由于沉積期后的強烈剝蝕作用而使奧陶系頂面地層殘缺不全，且地層出露呈條帶狀分布以斷塊活動和強烈剝蝕為特征。該區(qū)中生代仍保持隆起狀態(tài)，在構造高部位缺失三疊-侏羅系。新生界開始，由于喜馬拉雅運動導致北部庫車凹陷劇烈沉降，塔北隆起受其影響轉化為一個往北傾斜的殘余古隆起，新生界地層呈北厚南薄的形態(tài)（圖1）。哈拉哈塘地區(qū)位于輪南潛山隆起構造帶及英買力低凸起之間的斜坡部位，總體上區(qū)域構造作用形式單一，以南北翹傾為主。由于加里東期不均衡的區(qū)域構造抬升影響，使輪南-哈拉哈塘-英買力地區(qū)形成了一個大型南傾斜坡；早海西期受北西-南東方向上的擠壓運動，在大斜坡背景上形成了一個北東-南西走向的大型輪南背斜，英買力地區(qū)則由于寒武系鹽巖的擠壓隆起發(fā)育形成英買力低凸起，二者之間發(fā)育形成了哈拉哈塘凹陷的雛形，后期地層正常沉積，呈現(xiàn)北高南低的特征。直至喜馬拉雅期庫車凹陷沉降，地層逐漸形成南高北低的沉積特征，發(fā)育形成現(xiàn)今的構造格局。

圖2 塔里木盆地哈拉哈塘地區(qū)奧陶系沉積特征

1.2 地層沉積特征

受多期構造運動影響，塔北地區(qū)沉積古地貌不斷發(fā)生演化，總體趨勢向南部傾斜。由于晚加里東運動的強烈作用，哈拉哈塘北部奧陶系遭受強烈剝蝕，桑塔木組地層局部缺失，底部良里塔格組地層也受到一定程度的剝蝕。總體上，從奧陶系?二疊系沉積期表現(xiàn)為海相碳酸鹽巖沉積向海相碎屑巖沉積過渡，再經(jīng)歷海陸過渡相沉積。在此期間，沉積環(huán)境經(jīng)歷了漫長的演化過程，蓬萊壩沉積時期為半局限臺地、鷹山組沉積時期為半局限臺地?開闊臺地，一間房組沉積時期為開闊臺地環(huán)境，吐木休克組沉積時期轉化為淹沒臺地環(huán)境，良里塔格組沉積時期變?yōu)槌练e陸坡環(huán)境，桑塔木組沉積時期為混積陸棚環(huán)境，至志留系沉積時期則演化為海相碎屑發(fā)育的沉積陸棚環(huán)境（圖2）。整體上，奧陶系是一套以灰?guī)r為主的地層，為研究縫合線創(chuàng)造了條件。

2 縫合線分類、特征及成因

縫合線類型豐富，分類方案較多，鐘建華等根據(jù)縫合線與層面的關系，將塔河油田的奧陶系碳酸鹽巖油藏中的縫合線分為3類，順層縫合線、傾斜縫合線和豎直縫合線[16]。唐玄[24]在其博士論文中提出了幾種分類方法，如按縫合線的發(fā)育位置可分為層間縫合線和層內縫合線；按照縫合線產(chǎn)狀可劃分水平型縫合線、斜交型縫合線和隨機型縫合線，其中隨機型縫合線特指溶蝕孔和溶洞內部充填物上的隨機發(fā)育的縫合線組合；按照形態(tài)可以分為波狀縫合線、鋸齒狀縫合線、指狀縫合線、箱狀縫合線和網(wǎng)狀縫合線。在本文中，根據(jù)哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖中縫合線非常發(fā)育的實際特點，以形態(tài)特征為主要依據(jù)將縫合線劃分成條帶狀縫合線、網(wǎng)狀縫合線和鋸齒狀縫合線3種類型；以成因為主劃分成壓實縫合線，壓溶縫合線和構造縫合線3中類型。現(xiàn)以形態(tài)學為基礎，與成因分類對應，從寬度、長度、巖性和充填物性質等角度闡述每種類型縫合線的特征。

2.1 條帶狀縫合線

條帶狀縫合現(xiàn)在研究區(qū)分布較局限，主要分布在泥晶石灰?guī)r中，與層面的夾角一般小于15°，延伸長度一般都大于巖心寬度，規(guī)模較大。條帶狀縫合線較寬，寬度一般在2.5~9mm之間，充填物以泥質、黃鐵礦和瀝青質為主，黃鐵礦含量相對較高，連通性一般。條帶狀縫合線振幅較大，一般在1~5mm之間，其波長較大，最長可達1.5cm（圖3）。縫合線密度發(fā)育相對較稀，約每米發(fā)育5~10條。從幾何學特征上，均勻稀疏，和諧對稱或不對稱，有的呈正弦曲線狀，有的某段平直無齒，某段又突然有大齒(高于一般縫合線鋸齒一倍到數(shù)倍)，大齒對稱或偏態(tài)。縫合線面平直或略曲。從成因上屬于壓實縫合線，是由上覆地層產(chǎn)生的壓應力、灰?guī)r泥質含量和溫度共同作用的結果。這類型縫合線產(chǎn)生的主要原因是受到上覆巖層靜壓力的影響，由于哈拉哈塘奧陶系普遍在6 200m以上，因此上覆圍巖靜壓力非常大，較易于在最大主應力平面上被作用的巖層中的礦物或者其它物質產(chǎn)生調整，形成定向排列，從而形成條帶狀縫合線。高計縣等[20]根據(jù)裂縫之間的相互切割關系，利用充填物之間的相互浸染關系，得到了裂縫與構造應力之間的匹配關系。

圖3 典型條帶狀縫合線特征

a-哈12-1，6305.32m；b-哈15，6585.62m；c-哈902，6635.20m；d-哈902，6631.17m。

圖4 典型的網(wǎng)狀縫合線特征

a—哈12-1，6693.62m；b—哈15，6585.62m；c—哈601-18，6693.62m；d—哈601-1，6634.31m。

2.2 網(wǎng)狀縫合線

網(wǎng)狀縫合線是指縫合線呈網(wǎng)狀相交，有鋸齒狀縫合線和條帶狀縫合線的混合，也只有兩者分別呈網(wǎng)狀相交，其中豎直部分與層面夾角75°與90°之間。網(wǎng)狀縫合線通常較窄，縫寬在0.1mm~3.5mm之間變化，尺度變化較大，可從巖心上觀察得到（圖4）。這類縫合線一般充填嚴重，以瀝青等有機質為主，連通性較好，對流體流動貢獻較大，整個縫合線構成了一個網(wǎng)狀流體流動體系，其中，在不同縫合線交匯處，溶蝕孔和溶洞發(fā)育，并且殘余有大量的瀝青質。網(wǎng)狀縫合線是由不同成因類型的縫合線組合而成，主要包括壓溶縫合線和構造縫合線。研究區(qū)內存在有多種促進壓溶的作用，壓溶作用始終貫穿于整個縫合線的形成過程中，哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層集中埋藏在6 200m以上，上覆巖層產(chǎn)生很大的靜壓力，流體溫度較高，下奧陶統(tǒng)地層溫度在120°左右，地溫梯度平均為2.3?C/100m，壓力也較大。其次，巖石中粘土礦物較多，可促近縫合線兩側的物質溶解，加速縫合線的形成。溶蝕作用使得壓溶縫合線以網(wǎng)狀縫合線為主，但也包含少量的鋸齒狀縫合線。構造縫合線在哈拉哈塘地區(qū)普遍發(fā)育，反應了其所受構造應力的影響。與形態(tài)學分類對應于網(wǎng)狀縫合線，少量鋸齒狀縫合線。網(wǎng)狀縫合線在豎直方向上的線狀主要受到水平構造應力作用的影響，水平方向線這受到垂直應力和上覆巖層壓力的影響。鋸齒狀縫合線在壓溶作用的基礎上，也可能反映構造應力的作用。

2.3 鋸齒狀縫合線

鋸齒狀縫合線是指與層面呈鋸齒狀相交的縫合線。每個鋸齒與層面夾角在45°左右居多，各種角度都有分布。縫合線寬度較窄，縫寬在0.3~2mm之間變化，充填物主要以瀝青質和泥質為主。連續(xù)分布，鋸齒狀縫合線由于受到壓溶的影響，對流體運移影響較大，是良好的通過。從成因上，鋸齒狀縫合線以壓溶縫合線為主，少量構造縫合線。鋸齒狀縫合線與構造溶蝕縫伴生發(fā)育，主要有兩種接觸關系，縫合線切割構造溶蝕縫和構造溶蝕縫限定縫合線，這反映了壓實應力與構造應力之間相對發(fā)育時期及大小。

圖5 典型鋸齒狀縫合線特征

a-哈12-3，6693.57m；b-哈902，6641.23m；c-哈601-1，6635.27m；d-哈803，6578.21m

3 油氣地質意義及縫合線發(fā)育模式

薄片鑒定、熒光和紅外光譜儀研究表明，縫合線可作為良好的生油場所，是哈拉哈塘地區(qū)奧陶系巖溶儲層發(fā)育的重要通道，也是油氣運移的重要通道。

3.1 縫合線是良好的生油場所，縫合線內殘余有機質豐度較高

通過采用紅外光譜儀測量得到了哈拉哈塘地區(qū)幾口典型井奧陶系灰?guī)r縫合線內黑色有機質充填物的光譜特征，包括黃綠色熒光和藍白色熒光兩種，其中光譜的主峰波長(λ)分別是540.89和460.19l兩類，反映至少存在兩期不同的油氣充注（圖6）。根據(jù)艾合買提江·阿不都熱和曼等[15]的研究成果，縫合線有機質的豐度明顯要高于碳酸鹽巖圍巖，純基質巖石的平均有機質僅為0.10%，而縫合線內的有機質含量達到了0.57%。說明基巖中可溶組分部分溶解，使不溶有機質在縫合線中富集，說明縫合線的生烴能力優(yōu)于基質生烴能力。

圖6 縫合線內熒光及光譜圖典型照片

a，新肯101井，6385.56m；b，哈7-1井，6571.78m；c，哈801井，6735.67m；d，哈15井，6586.73m；e，b處的熒光光譜圖。

3.2 縫合線是成巖流體的重要通道，沿縫合線附近可形成較多的溶蝕孔和溶洞

在埋藏溶蝕作用階段，溶蝕孔和溶洞的形成是碳酸鹽的主要儲層類型，縫合線和溶蝕縫構成的連通網(wǎng)絡可增加碳酸鹽巖地層的儲集和滲透能力，成為更好的儲集層。哈6井區(qū)多口井巖心觀察表明，縫合線附近溶蝕孔和溶洞發(fā)育。故巖心實際現(xiàn)象觀察，縫合線溝通了流體形成溶蝕孔和溶洞（圖7）。結合巖心觀察和物性測試結果統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)縫合線發(fā)育段孔隙度比非孔隙發(fā)育段提高1.5%，滲透率提高了15倍到50倍。

3.3 縫合線是油氣運移的重要通道，瀝青在縫合線中普遍存在

縫合線溝通其溶蝕形成的孔洞形成了油氣運移的通道，在巖心和薄片上課觀察到大量現(xiàn)象，其中縫合線及其附近溶蝕孔和溶洞發(fā)育段內殘余瀝青含量明顯偏高（圖8）。譚欽銀等[6]通過研究也發(fā)現(xiàn)縫合線具有“四性特征”，即完整性、親烴性、排孔性及脹裂-匯聚性。這說明前人也認為縫合線是油氣運移的重要通道。從機理上，縫合線主要是巖石在負重或構造應力作用下烴類（或泥質）使巖石發(fā)生脹裂形成的一種鋸齒狀裂縫，可解釋為烴類（或泥質）開辟的排烴通道。從形態(tài)學上，鋸齒狀縫合線的鋸齒形態(tài)以傾斜為主，說明后期主要受到側向應力的影響。縫合線在空間分布上受壓溶作用的影響，后期流體運動強烈，是儲層形成流體運移和油氣運移的重要通道。

圖7 縫合線溝通流體產(chǎn)生溶蝕孔和溶洞

圖8 縫合線中殘余瀝青分布

圖9 哈拉哈塘地區(qū)縫合線網(wǎng)絡體系發(fā)育過程及模式圖解

a、初始埋藏條件下發(fā)育以條帶狀縫合線為主；b、壓溶作用階段，構造溶蝕縫開始發(fā)育和構造縫合線的形成；c、褶皺變形后，應力加大，導致流體流動方向的改變；d、暴露階段，進一步大氣水溝通導致網(wǎng)狀縫合線的形成。

3.4 縫合線發(fā)育期次厘定及縫合線網(wǎng)絡體系發(fā)育模式

根據(jù)縫合線特征、分類和成因，綜合石油地質意義分析，提出縫合線與巖溶發(fā)育過程模式（圖9）。縫合線發(fā)育分成4個階段：

第一階段壓實階段，縫合線開始發(fā)育，以條帶狀縫合線為主，隨著后期演化，后期有少量縫合線轉變成形態(tài)學上的鋸齒狀縫合線；壓溶作用的結果導致在縫合線內殘留大量泥質及有機質，個別情況下可以作為有機質生烴。按照構造運動階段屬于晚加里東運動期，縫合線形成與正常的成巖階段之后。

第二階段是壓溶作用階段，構造溶蝕縫開始發(fā)育，沿著鋸齒狀壓溶縫合線有大量流體通過，如果達到油氣生烴條件，可能是油氣運移的重要通道，在縫合線中通常殘留有大量瀝青質及其它有機質，從形態(tài)學上這種類型縫合線以網(wǎng)狀縫合線為主，從成因上屬于構造縫合線—壓溶縫合線。結合裂縫與縫合線之間的關系，縫合線屬于早海西期的產(chǎn)物。

第三階段是中海西期構造應力的作用下，網(wǎng)狀縫合線進一步發(fā)育，連同構造溶蝕縫溶蝕大量原巖，產(chǎn)生可觀的溶蝕孔和溶洞，這階段是溶蝕孔隙和孔洞發(fā)育的最重要階段。

第四階段是在晚海西期構造應力的影響下，碳酸鹽巖地層進一步變形，構造溶蝕縫更發(fā)育，與縫合線溝通，沿著縫合線和構造溶蝕縫交匯處發(fā)育大量溶蝕孔和溶洞，縫合線兩側也發(fā)育大量溶蝕孔和溶洞。

4 結論

1）通過對塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系石灰?guī)r中縫合線發(fā)育，根據(jù)形態(tài)特征可分為條帶狀縫合線、網(wǎng)狀縫合線和鋸齒狀縫合線3種類型；根據(jù)成因，可分為壓實縫合線，壓溶縫合線和構造縫合線3種類型。其中，條帶狀縫合線以壓實為主，網(wǎng)狀縫合線和鋸齒狀縫合線以壓溶為主。

2）縫合線內殘余有機質豐度較高，是良好的生油場所；巖心和薄片觀察證實沿縫合線附近可形成較多的溶蝕孔和溶洞，縫合線既是成巖流體的重要通道，也是油氣運移的重要通道，瀝青在縫合線中普遍存在。

3）利用裂縫與縫合線的關系，確定了各期次縫合線發(fā)育情況。將研究區(qū)縫合線發(fā)育分成4個階段。第一階段壓實階段，縫合線開始發(fā)育，以條帶狀縫合線為主，后期形成少量鋸齒狀縫合線；縫合線內殘留大量泥質及有機質，個別情況下可以作為有機質生烴。第二個階段是壓溶作用階段，構造溶蝕縫開始發(fā)育，可作為油氣運移的重要通道，以網(wǎng)狀縫合線為主，從成因上屬于構造縫合線—壓溶縫合線。第三個階段是在加里東中期構造應力的作用下，產(chǎn)生可觀的溶蝕孔和溶洞，是溶蝕孔隙和孔洞發(fā)育的最重要階段。第四個階段是在海西運動的影響下，構造溶蝕縫更發(fā)育，與縫合線溝通，沿著縫合線和構造溶蝕縫交匯處及縫合線兩側發(fā)育大量溶蝕孔和溶洞。

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Stylolite Development and Its Petroleom Geological Significance of the Ordovician Limestone in Hanikatam, Xinjiang

LU Bin

(College of Earth Science, Yangtze University, Wuhan 430199)

This paper deals with stylolite and its genetic typesin the Ordovician limestone in Hanikatam, north Tarim, Xinjiang and their petroleum geological significance based on core observation and thin section identification. The study indicates 3 stylolite types as oil and gas accumulation site. A model for stylolite network system development is established which is applied to make an approach to characteristics and role of stylolite development in various historic stages.

Tarim basin; Ordovician; limestone; stylolite; carbonate reservoir; genesis

2018-07-30

陸彬（1993-），男，湖南邵陽人，碩士研究生在讀，主要研究方向：沉積巖

P53

A

1006-0995（2019）02-0199-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.005