阿聯(lián)酋地區(qū)碳酸鹽礁灘體沉積特征與主控因素*

張 鑫 苗順德 劉小龍 柳萬春 陳建華

(中國海洋石油國際有限公司 北京 100028)

礁灘相碳酸鹽儲(chǔ)層作為一種重要的油氣儲(chǔ)集類型，日益受到各位學(xué)者的重視[1]。生物礁為原地造礁生物形成的具有隆起地貌特征的碳酸鹽巖[2]，生物礁油氣藏在世界已發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量中占有很大的比例[3-4]。灘是指由海水搬運(yùn)聚集的生物或非生物顆粒堆積。中東地區(qū)礁和灘的接觸關(guān)系復(fù)雜多變，不易劃分，因此統(tǒng)稱為礁灘體，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)碳酸鹽礁灘體做了大量的研究工作，主要涉及礁灘體儲(chǔ)層分類、儲(chǔ)層特征、勘探技術(shù)分析等方面，但礁灘體的分布預(yù)測(cè)及發(fā)育主控因素仍是碳酸鹽勘探面臨的一大難題[5-7]。阿聯(lián)酋油氣資源豐富，截至2022年，已探明石油可采儲(chǔ)量137億t，占全球石油儲(chǔ)量的3.3%，天然氣7.7萬億m3，占全球儲(chǔ)量的2.0%，油氣儲(chǔ)量集中于碳酸鹽礁灘相儲(chǔ)層(IHS)。該區(qū)礁灘相儲(chǔ)層主要是由生物礁灰?guī)r、生屑灰?guī)r以及含生屑泥灰?guī)r等組成，孔隙類型以粒間孔、晶間孔為主，其次為鑄模孔、溶蝕孔和基質(zhì)微孔[8-10]。生物礁、淺灘或礁灘復(fù)合體是阿聯(lián)酋地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但前人對(duì)該區(qū)礁灘體的分布規(guī)律及發(fā)育主控因素研究較少。本文明確了阿聯(lián)酋地區(qū)礁灘體分布特征與主控因素，建立了礁灘體識(shí)別標(biāo)志，對(duì)該區(qū)油氣勘探具有重要意義，并對(duì)其他地區(qū)碳酸鹽巖油氣勘探具有重要的借鑒作用。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

波斯灣盆地西部與阿拉伯地盾相鄰，東北部和北部邊界為扎格羅斯褶皺帶，西北邊界為死海斷裂，東南部緊鄰亞丁灣和阿拉伯海，面積約350×104km2[11]。盆地可進(jìn)一步細(xì)分為西阿拉伯次盆、維典—美索不達(dá)米亞次盆、中阿拉伯次盆、魯卜-哈里次盆、阿曼盆地與扎格羅斯褶皺帶[12](圖1)。

阿聯(lián)酋地區(qū)主要位于魯卜哈利次盆，該次盆位于阿拉伯板塊的南部陸上和海域，北為中阿拉伯隆起，西與阿拉伯地盾相鄰，東為阿曼山[13-14]，盆地面積68.7×104km2。魯卜哈利次盆是一個(gè)多旋回的克拉通邊緣疊合盆地，經(jīng)歷了前寒武基底拼合與裂谷鹽盆階段、早古生代古特提斯洋被動(dòng)邊緣凹陷階段、晚古生代海西構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與古特提斯活動(dòng)大陸邊緣階段、中生代新特提斯洋被動(dòng)大陸邊緣階段和新生代新特提斯洋關(guān)閉與活動(dòng)大陸邊緣階段。沉積了巨厚的古生界和中新生界地層，中新生界發(fā)育大套的碳酸鹽巖，是該地區(qū)最重要的油氣富集層[15-19]。

圖1 波斯灣盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Tectonic unite division of the Persian Gulf basin

2 礁灘體沉積特征與識(shí)別標(biāo)志

2.1 礁灘體沉積特征

礁灘體是一種特殊的碳酸鹽沉積，其成因直接與生物有關(guān)，其分布與形成受緯度、海平面變化、古地貌、沉積介質(zhì)等多因素的控制[20-21]。阿聯(lián)酋處于阿拉伯地臺(tái)構(gòu)造單元，為長(zhǎng)期穩(wěn)定的沉積區(qū),晚二疊世開始沉積了多套碳酸鹽儲(chǔ)層與膏鹽蓋層。白堊紀(jì)沉積時(shí)期，阿聯(lián)酋處于南緯5°左右的低緯度地區(qū)，為厚殼蛤和藻類等造礁生物提供了良好的生存環(huán)境，具備礁灘體形成的良好條件。阿聯(lián)酋地區(qū)長(zhǎng)期處于構(gòu)造背景穩(wěn)定的克拉通內(nèi)裂谷和被動(dòng)大陸邊緣，除海西運(yùn)動(dòng)期間發(fā)生過擠壓和剝蝕作用外,多以海平面升降運(yùn)動(dòng)控制沉積過程。阿聯(lián)酋地區(qū)白堊紀(jì)總體處于大陸架沉積環(huán)境，寬廣的陸架為碳酸鹽礁灘體沉積提供了有利場(chǎng)所。

據(jù)阿聯(lián)酋地區(qū)下白堊統(tǒng)露頭分析，該區(qū)礁灘體巖性主要為生屑顆粒灰?guī)r、泥粒灰?guī)r，并且含大量厚殼蛤、藻類、有孔蟲等化石。該露頭下部為粒泥灰?guī)r和泥粒灰?guī)r，可見縫合線。中部為浮石、礫屑碳酸鹽巖,含大量的厚殼蛤與牡蠣。上部地層巖性主要為泥粒灰?guī)r、粒泥灰?guī)r，含藻類、有孔蟲[22-23]，頂部發(fā)育生物潛穴(圖2)。

圖2 阿聯(lián)酋地區(qū)礁灘體沉積特征(據(jù)Alsharhan修改[22])Fig.2 Sedimentary characteristics of reef-shoal body in UAE area(modified from Alsharhan[22])

2.2 礁灘體識(shí)別標(biāo)志

阿聯(lián)酋地區(qū)油氣發(fā)現(xiàn)主要富集于碳酸鹽礁灘相儲(chǔ)集體，由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層橫向上連續(xù)性差，巖性變化快，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，礁灘體的識(shí)別與預(yù)測(cè)是儲(chǔ)層研究的關(guān)鍵。本次研究從已鉆井的巖相、測(cè)井相、地震相對(duì)礁灘體沉積特征進(jìn)行分析，明確了礁灘體的識(shí)別標(biāo)志，對(duì)于礁灘相儲(chǔ)層的識(shí)別與預(yù)測(cè)具有重要意義。

巖相識(shí)別標(biāo)志：阿聯(lián)酋地區(qū)下白堊統(tǒng)臺(tái)地邊緣礁灘體巖性以礁灰?guī)r、生物碎屑顆粒灰?guī)r為主，包括厚殼蛤灰?guī)r、有孔蟲灰?guī)r等。灘間海或礁間海以泥粒灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，局部發(fā)育薄層礁后相生物碎屑顆粒灰?guī)r(圖3)。

圖3 阿聯(lián)酋地區(qū)A1井下白堊統(tǒng)沉積特征Fig.3 Sedimentary characteristics of A1 well of lower Cretaceous in UAE area

測(cè)井相識(shí)別標(biāo)志：根據(jù)阿聯(lián)酋地區(qū)A1井礁灘體的測(cè)井資料綜合分析，該區(qū)礁灘體具有低伽馬、低密度、低速度、高孔隙度“三低一高”的測(cè)井相特征。灘間海具有高伽馬、高密度、高速度、低孔隙度的測(cè)井相特征(圖3)。

地震相識(shí)別標(biāo)志：阿聯(lián)酋A1鉆井揭示，礁灘體具有①丘狀外形、雙向下超，兩翼上覆地層上超；②包絡(luò)面中—強(qiáng)振幅、中—高連續(xù)；③單個(gè)礁灘體內(nèi)部多中—弱振幅、中—差連續(xù)的反射特征。礁灘發(fā)育正向地貌，地震相上礁灘體明顯隆起，同相軸數(shù)量增多，礁前與礁后沉積物對(duì)礁灘體呈不明顯的上超接觸(圖4)。灘間海地震相主要表現(xiàn)為弱振幅、雜亂反射特征。

圖4 阿聯(lián)酋地區(qū)臺(tái)地邊緣礁灘體地震相特征(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic facies characteristics of platform edge reef and shoal body in UAE area(see Fig.1 for location)

3 礁灘體沉積模式

碳酸鹽沉積模式可以反映沉積時(shí)的水動(dòng)力、古氣候條件、構(gòu)造背景以及它們的演化特點(diǎn)[24]。阿聯(lián)酋下白堊統(tǒng)碳酸鹽沉積具有“緩斜坡鑲邊臺(tái)地”特征[25]，如圖5所示，從淺水至深水劃分為陸架與斜坡-盆地兩大沉積區(qū)。陸架包括局限臺(tái)地與臺(tái)地邊緣相，其中臺(tái)地邊緣高能相帶為礁灘相儲(chǔ)層發(fā)育帶及油氣富集區(qū)，巖性為富含厚殼蛤的生物碎屑顆粒灰?guī)r、富含藻類的泥粒灰?guī)r[23]。礁后為淺海低能環(huán)境，主要發(fā)育臺(tái)內(nèi)淺灘和潟湖沉積，局部發(fā)育點(diǎn)礁，主要包括泥粒灰泥和少量顆粒灰?guī)r。礁前屬于深水低能環(huán)境，巖性主要為泥粒灰?guī)r與粒泥灰?guī)r，含少量顆粒灰?guī)r。斜坡-盆地區(qū)巖性為泥粒灰?guī)r與顆粒灰?guī)r，發(fā)育少量的點(diǎn)礁和塔礁等。阿聯(lián)酋地區(qū)臺(tái)地邊緣礁灘體發(fā)育，形成多個(gè)大型油氣田。其中，厚殼蛤生物礁灰?guī)r，厚度較大、儲(chǔ)層物性好，孔隙度為5%～32%，平均24%，滲透率平均100 mD。灘相儲(chǔ)層厚度相對(duì)較小，巖性以生物碎屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r為主。

圖5 阿聯(lián)酋地區(qū)下白堊統(tǒng)沉積相剖面模式(據(jù)Abou-Choucha修改[23],剖面位置見圖1)Fig.5 Sedimentary facies profile model of Lower Cretaceous in UAE area(modified from Abou-Choucha[23],see Fig.1 for location)

4 礁灘體發(fā)育主控因素

4.1 海平面升降控制礁灘體的發(fā)育規(guī)模與橫向遷移

海平面上升期，前期沉積的礁灘體被淹沒，僅在古地貌高處發(fā)育少量礁灘體，且隨著海平面上升礁灘體向陸方向遷移。在海平面下降期，陽光充足，利于礁灘體大規(guī)模發(fā)育[20-21]。且礁灘體橫向上有向海方向遷移趨勢(shì)。

4.2 臺(tái)地邊緣高能相帶控制礁灘體宏觀分布

古地理背景與水動(dòng)力條件控制礁灘體在橫向上的差異性發(fā)育。在古地理位置相對(duì)較高、水動(dòng)力條件較強(qiáng)的臺(tái)地邊緣相帶廣發(fā)發(fā)育礁灘體。而在臺(tái)地內(nèi)部與盆地的低能沉積環(huán)境，不利于礁灘相的發(fā)育。根據(jù)區(qū)域沉積特征，結(jié)合地震相、巖相、測(cè)井相分析及油氣田分布情況，對(duì)阿聯(lián)酋地區(qū)礁灘體的分布規(guī)律進(jìn)行研究。從礁灘體儲(chǔ)層分布特征來看，臺(tái)地相的開闊臺(tái)地相帶，局部發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘，儲(chǔ)層厚度小、物性差，平均孔隙度10%左右，以小型油氣田為主。臺(tái)地邊緣相帶，礁灘體儲(chǔ)層厚度大、物性好，平均孔隙度20%左右，以大型油氣田為主，臺(tái)地邊緣相帶控制礁灘體的宏觀分布。

4.3 繼承性古地形高控制礁灘體局部發(fā)育

臺(tái)內(nèi)灘及臺(tái)地邊緣礁灘體的發(fā)育受古構(gòu)造、古地貌等因素控制，多分布于古地形高部位。生物礁與生物格架有關(guān)，多形成鑲邊臺(tái)緣，以加積生長(zhǎng)為主，厚度可以較大，但橫向遷移特征不明顯。淺灘與生物格架無關(guān)，在緩坡型碳酸鹽臺(tái)地多受海平面升降控制，由灘體遷移形成廣布的顆粒灘，具有單層厚度薄、數(shù)量多、分布面積廣的特點(diǎn)。從阿聯(lián)酋地區(qū)礁灘體的分布特征來看，臺(tái)緣礁灘的發(fā)育明顯受古地形高的控制(圖6)，繼承性發(fā)育的臺(tái)地沉積背景奠定了古地理格局，隨著基底斷裂活動(dòng)及臺(tái)地內(nèi)部的張陷作用，促使該區(qū)形成局部隆起和坳陷，局部隆起為臺(tái)地邊緣礁灘相、臺(tái)內(nèi)灘相儲(chǔ)層的發(fā)育提供了有利的沉積基礎(chǔ)。

圖6 阿聯(lián)酋地區(qū)礁灘體發(fā)育特征(剖面位置見圖1)Fig.6 Development characteristics of reef shoal body in UAE area(see Fig.1 for location)

5 礁灘體儲(chǔ)層與油氣成藏的關(guān)系

綜上，如表1所示，阿聯(lián)酋地區(qū)礁灘體主要發(fā)育于碳酸鹽臺(tái)地邊緣高能相帶，巖性以礁灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r為主。地震相上具有丘狀外形、雙向下超，兩翼上覆地層上超；包絡(luò)面中—強(qiáng)振幅、中—高連續(xù)；礁灘體內(nèi)部中—弱振幅、中—差連續(xù)的反射特征。測(cè)井相上表現(xiàn)為低伽馬、低密度、低速度、高孔隙度。灘間海巖性以粒泥灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，地震相表現(xiàn)為弱振幅、雜亂反射特征，測(cè)井相具有高伽馬、高密度、高速度、低孔隙度特征，該沉積相帶儲(chǔ)層不發(fā)育。阿聯(lián)酋地區(qū)臺(tái)地邊緣礁灘體控制優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的分布，以孔隙型灰?guī)r儲(chǔ)層為主，儲(chǔ)層物性好、厚度大、分布面積廣，為油氣聚集提供了良好的儲(chǔ)集空間以及運(yùn)移通道。

表1 阿聯(lián)酋地區(qū)不同沉積相帶識(shí)別標(biāo)志Table 1 Identification marks of different sedimentary facies belt in UAE area

阿聯(lián)酋地區(qū)已發(fā)現(xiàn)大型碳酸鹽巖油氣藏主要分布于碳酸鹽臺(tái)地邊緣沉積相帶，受礁灘體儲(chǔ)層分布控制。以阿聯(lián)酋東北部地區(qū)為例，已發(fā)現(xiàn)油氣田分布于礁灘體發(fā)育范圍內(nèi)，且鉆井證實(shí)礁灘體灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育，根據(jù)礁灘體地震相特征，結(jié)合儲(chǔ)層發(fā)育主控因素，可進(jìn)一步對(duì)礁灘體進(jìn)行預(yù)測(cè)(圖7)，對(duì)該區(qū)油氣勘探工作具有重要的指導(dǎo)意義。

圖7 阿聯(lián)酋局部地區(qū)沉積相分布Fig.7 Sedimentary facies of local area in UAE area

6 結(jié)論

1) 阿聯(lián)酋地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要為臺(tái)地邊緣生物礁、淺灘或礁灘復(fù)合體沉積，礁灘體的識(shí)別與預(yù)測(cè)、分布規(guī)律及其主控因素是儲(chǔ)層研究的關(guān)鍵。

2) 據(jù)巖相、地震相與測(cè)井相分析，礁灘體巖性以礁灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r為主，灘間海或礁間海以泥灰?guī)r為主。從地震相上看，礁灘體具有丘狀外形、雙向下超，兩翼上覆地層上超；包絡(luò)面中—強(qiáng)振幅、中—高連續(xù)；單個(gè)礁灘體內(nèi)部中—弱振幅、中—差連續(xù)的反射特征。礁灘體測(cè)井相上表現(xiàn)為低伽馬、低密度、低速度、高孔隙度“三低一高”的特征。

3) 礁灘體的分布與形成受古緯度、海平面升降、古地貌等諸多因素的控制。海平面升降控制礁灘體的發(fā)育規(guī)模與橫向遷移，臺(tái)地邊緣高能相帶控制礁灘體宏觀分布，繼承性古地形高控制礁灘體的局部發(fā)育。