岩性油气藏  2018, Vol. 30 Issue (4): 46-55       PDF    
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古地貌对塔中地区鹰山组岩溶结构及分布的控制作用
耿晓洁1, 林畅松2, 吴斌3    
1. 中国地质大学(北京)教务处, 北京 100083;
2. 中国地质大学(北京)海洋学院, 北京 100083;
3. 中海油研究总院有限责任公司, 北京 100028
摘要: 古地貌是控制塔中地区鹰山组岩溶储层发育的重要外部因素之一。在对地震剖面进行精细解释的基础上,采用地层趋势外延法对鹰山组沉积之后的古地貌进行了恢复,划分出岩溶地貌单元,并对不同地貌单元的岩溶剖面进行了解剖。结果表明:塔中地区鹰山组的岩溶结构具有表层洞穴发育型、隔层-渗流带发育型和渗流带-潜流带发育型等3种类型。岩溶古地貌单元的分布受区域构造带控制作用明显。其中,塔中10号断裂构造带是主要的岩溶高地,该构造带作为地下水的主要补给区,发育有大型溶蚀洞穴,这些溶蚀洞穴在地震剖面上通常表现为“串珠状”反射。塔中10号断裂带与塔中Ⅰ号断裂带之间为岩溶斜坡区,该构造带作为地下水体的侧向补给区,水流方向从垂向渗流为主变为水平潜流为主,是潜流带洞穴和裂缝最为发育的地区。古地貌的低洼地带是岩溶洼地的主要分布区,岩溶洼地几乎没有岩溶储层发育。这种从岩溶高地到岩溶斜坡再到岩溶洼地的古地貌格局,可以促进溶蚀性流体从高势区向低势区的自然运移,为岩溶储层的连片发育提供了良好的构造背景。
关键词: 地层趋势外延法      古地貌      岩溶结构      鹰山组      塔中地区     
Controlling of paleogeomorphology to characteristics and distribution of karst structures of Yingshan Formation in Tazhong area
GENG Xiaojie1, LIN Changsong2, WU Bin3     
1. Office of Acadamic Affairs, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. School of Ocean Sciences, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. CNOOC Research Institute Ltd., Beijing 100028, China
Abstract: Paleogeomorphology is one of the important external factors for the development of karst reservoir of Yingshan Formation in Tazhong area. Based on fine interpretation of seismic section, stratigraphic trend extrapolation method was adopted to restore the geomorphology after the deposition of Yingshan Formation, the karst geomorphic units were divided and the karst sections of different geomorphic units were dissected. The results show that there are three types of karst profiles including surface caves, interlayer-vadose zones and vadose-phreatic zones induced from karst structures. The distribution of paleogeomorphology units is controlled by the structural belts to a great extent. Karst highland is located in the No. 10 fault belt primarily. It is the main recharge area of groundwater with developing large karst caves. The beaded reflections on the seismic profile are this kind of structure. There is karst slope area between No. 1 and No. 10 faulted belts. It is the lateral recharge area of groundwater. The direction of water flow is from vertical seepage to groundwater flow. Hyporheic zone caves and fractures mainly developed in this area. There are basically not karst reservoirs in the karst depression area. This geomorphic pattern promotes the natural migration of dissolution fluid from the high potential region to the low and provides favorable tectonic settings for continuous development of karst reservoir.
Key words: stratigraphic trend extrapolation method      paleogeomorphology      karst structure      Yingshan Formation      Tazhong area     
0 引言

古地貌是盆地受沉积充填、构造变形、风化剥蚀等综合作用的结果,是控制盆地沉积相发育和展布的重要因素之一,也在一定程度上控制着油藏的储盖组合[1-2]。多期构造抬升作用下形成的多个暴露不整合面对塔中地区(塔中隆起)奥陶系碳酸盐岩储层具有很大程度的改造作用。众多学者[3-6]针对不整合面对岩溶特征及分布的控制作用开展了大量研究,普遍认为塔中地区鹰山组岩溶储层的发育规律和展布形态均受控于古地貌,不同地貌单元的古水流动力条件不同,因此,岩溶发育程度及后期充填特征存在差异[7-8]。在分析区域构造背景的基础上,通过地震剖面精细解释,采用地层趋势外延法对塔中地区鹰山组各段地层的剥蚀厚度进行恢复,进而恢复鹰山组沉积时期的古地貌,根据古地貌单元分布,划分塔中地区岩溶结构类型,以期丰富岩溶结构分类,并总结塔中地区鹰山组岩溶储层发育的差异性及分布规律。

1 区域地质概况

塔中隆起地处塔里木盆地腹地,属于塔里木中央隆起带中段的中心部位,构造上位于满加尔坳陷和塘古兹巴斯坳陷之间[9-10]。塔中隆起整体呈北西—南东向展布,平面上具有明显的分带特征,自北向南依次发育塔中Ⅰ号断裂带、塔中10号断裂带、塔中Ⅱ号断裂带和塔中南缘断裂带等[11](图 1)。塔中隆起是古生代塔里木克拉通盆地内长期发育的继承性古隆起,整体表现为早期构造活动强烈并伴生有大规模的断裂及褶皱构造,晚期整体升降、演化特征稳定的构造特征[12-15]。鹰山组沉积时期,塔中北斜坡区沉积环境以开阔台地为主。鹰山组自上而下发育鹰一段至鹰四段,白云质含量逐渐增高。中奥陶世至晚奥陶世早期,塔中―巴楚地区挤压作用强烈,碳酸盐台地普遍隆升,中―下奥陶统鹰山组广泛遭受剥蚀,形成了鹰山组顶部的不整合(Tg52),塔中―巴楚隆起构成的中央隆起带初具规模[16]

下载eps/tif图 图 1 塔中地区区域构造 Fig. 1 Regional structure of Tazhong area
2 古地貌恢复 2.1 鹰山组顶面不整合分布及剥蚀量恢复

早―中奥陶世,塔中地区整体处于稳定的台地沉积环境,鹰山组在区域上分布广泛,地层横向厚度变化不大。考虑到鹰山组沉积时期的构造背景,采用地层趋势外延法对不整合的剥蚀厚度进行恢复。先选取典型地震剖面进行解释,初步确定鹰山组顶部地层的剥蚀厚度及范围[图 2(a)];再追踪鹰山组内部地层界面,分析鹰山组内部各段厚度的变化规律,以及地层在褶皱、断裂发育区的展布特征[图 2(b)];最终落实剥蚀线延伸趋势及地层在断裂附近的变化趋势[图 2(c)]。在塔中地区钻井密集区,选取北西―南东向、北东―南西向和近东西向等多条连井剖面进行地层对比,结合全区30余口钻井及地震剖面资料对塔中地区鹰山组的剥蚀厚度进行恢复[图 2(b)]。结果显示,塔中地区鹰山组顶界面Tg52的剥蚀量为300~600 m,剥蚀厚度最大的地区在塔中10号断裂带,其中,鹰一段、鹰二段及部分鹰三段均被剥蚀,剥蚀范围呈条带状分布,剥蚀厚度最大为600 m。

下载eps/tif图 图 2 塔中地区鹰山组顶面不整合(Tg52)剥蚀典型剖面(剖面位置见图 1) Fig. 2 Typical section of Tg52 unconformity denudation tendency of Yingshan Formation in Tazhong area

鹰山组顶界面的剥蚀程度呈现出向SW和SE这2个方向递增的趋势,剥蚀带的发育范围明显受控于断隆带的分布。其中,塔中10号断裂带上剥蚀厚度整体较大,且高值区的走向与塔中10号断裂带的走向基本一致。

2.2 古地貌及岩溶地貌单元划分

图 3为鹰山组岩溶古地貌的恢复结果。从图 3可以看出,鹰山组沉积时期,塔中北部斜坡区的地貌起伏变化较大;古地貌自南西向北东方向呈现出逐渐降低的趋势,依次发育岩溶高地、岩溶陡坡、岩溶缓坡及岩溶洼地等地貌单元。根据古地貌的起伏落差,从北向南可以划分为岩溶平台区、岩溶斜坡区和岩溶高地区。整体来看,塔中10号断裂带及中古51井区为古地貌的高值区。

下载eps/tif图 图 3 塔中地区鹰山组岩溶古地貌 Fig. 3 Paleogeomorphology of Yingshan Formation in Tazhong area
3 古地貌对岩溶结构的影响

成像测井不仅可以为研究单井岩溶体系的纵向组成结构提供高精度的影像资料,同时还有助于进行岩溶体系的横向对比[17]。结合成像测井及常规测井资料,在塔中北部斜坡区,自东向西依次选取多条南西―北东向的连井剖面,横向对比不同构造位置处的岩溶体系,落实岩溶发育规律。对比结果显示,鹰山组发育的岩溶结构可以划分为以下3种类型。

3.1 表层洞穴发育型

塔中地区北斜坡南侧鹰山组上部地层遭受剥蚀程度较高,鹰一段只在部分井区有少量残余。连井结构横向对比结果表明,这一地区的岩溶结构发育比较完整,自上而下依次发育表生岩溶洞穴、垂向渗流带、水平潜流带及深部缓流带等岩溶结构。表生岩溶洞穴在构造高部位中古51井区鹰山组的上部地层最为发育,多为角砾和泥质充填的溶洞,而中古42井区鹰山组顶部地层的溶洞不发育(图 4)。对比连井剖面,发现由泥晶灰岩构成的高阻隔层的井间对比性较强、连续性较好。高阻隔层发育的裂缝为鹰二段岩溶体系的连通提供了流体通道。裂缝及伴生的扩溶缝和小型溶洞等造成了渗流带电阻率的降低。水平潜流带多发育溶洞,测井响应特征主要表现为极低的电阻率及自然伽马的尖峰增高。洞穴层在横向上的展布具有一定的局限性。深部缓流带中,小型层状溶孔发育,其中,中古42井的深部缓流带主要发育在鹰三段上部,溶孔层的厚度较小,表现为纵向叠置的发育形式。

下载eps/tif图 图 4 塔中地区鹰山组表层洞穴发育型岩溶结构对比剖面(剖面位置见图 1) Fig. 4 Karst profile of surface caves of Yingshan Formation in Tazhong area

洞穴发育型岩溶结构中的表生洞穴和潜流带溶洞较为发育,尤其以中古7井区的鹰一段最为典型,该井区发育有与不整合相关的表生风化古土壤层和水平层理等。洞穴发育型岩溶体系还发育有表生落水洞,洞内被泥质和围岩角砾充填,且洞穴发育规模较大,与不整合面具有直接联系,是表生作用崩塌的结果,横向分布具有局限性,如图 4中的中古51井所示。表层岩溶带到垂向渗流带之间的水体运动方向以垂向运移为主。

3.2 隔层-渗流带发育型

塔中地区中部南西―北东向联井剖面对比显示,该区域表生岩溶带不发育,各钻井在鹰山组顶部均未发现大型落水洞(图 5)。钻井揭示,该区域多发育高角度裂缝以及与之伴生的扩溶缝和溶孔,表明水体流动形式以垂向渗流为主。同样,高阻隔层也是该区域不同岩溶带之间分隔的主要标志。在中古43井区的鹰二段中部发育一套角砾充填的洞穴,且横向不具有可对比性,研究认为这些充填物是洞穴崩塌的产物。连井对比表明,深部缓流带只在工区东部较发育,且以层状溶孔为主,横向对比性相对较好(图 4);渗流带发育程度较高,无大型洞穴层(图 5)。隔层-渗流带发育型岩溶体系是塔中地区鹰山组岩溶体系中溶蚀程度最低的一类。这类岩溶体系的表层几乎不发育高伽马值的古土壤层,而常常发育高阻隔层;测井曲线揭示,鹰山组与上覆良里塔格组以岩性突变为界限,电阻率呈现出变低的趋势。同时,这类岩溶结构是鹰二段中具有特征性的岩溶结构体系之一,高阻隔层之下发育有裂缝以及与之相伴生的扩溶洞和小型溶蚀孔洞,不仅表层不发育落水洞,渗流带之下也不存在大型的潜流带洞穴,而是以层状溶蚀孔为主要的储集空间。隔层-渗流带发育型岩溶结构常常在塔中中部地区出现,地下水体的运移方式以垂直或顺层流动为主,鹰二段的顶部界面在这类岩溶结构中起到了一定的流体输导通道功能。

下载eps/tif图 图 5 塔中地区鹰山组隔层-渗流带发育型岩溶结构对比剖面(剖面位置见图 1) Fig. 5 Karst profile of interlayer-vadose zones of Yingshan Formation in Tazhong area
3.3 渗流带-潜流带发育型

渗流带-潜流带发育型岩溶结构的特点是表层不发育大型的落水洞;测井曲线上,自然伽马在鹰山组顶面呈现出小尖峰;成像测井上,鹰山组顶面显示为薄层的暗色低阻层状图像,为表层的薄风化壳残积。这类岩溶结构在塔中隆起的缓坡区较为常见,潜流带和渗流带发育,潜流带的洞穴规模较小甚至不发育,表层之下是较厚层的垂向渗流带,常形成高角度的裂缝以及与之相伴生的扩溶现象和小型的溶蚀洞穴。此外,这类岩溶结构集中发育在鹰二段,纵向展布厚度相对较大,岩溶储层以顺层发育的小型洞穴为主,洞穴内充填物的序列性不明显。裂缝与溶洞复合是这类岩溶体系中最主要的储集空间类型(图 6)。

下载eps/tif图 图 6 塔中地区鹰山组渗流带-潜流带发育型岩溶结构对比剖面(剖面位置见图 1) Fig. 6 Karst profile of vadose-phreatic zones of Yingshan Formation in Tazhong area
4 古地貌对岩溶储层分布的影响

“串珠状”反射及水平强反射是塔中地区鹰山组岩溶储层在地震剖面上的响应特征。在鹰山组岩溶古地貌恢复的基础上,对不同古地貌单元内钻井上的岩溶储层进行统计,形成地震反射的平面分布图(图 7)。结合鹰山组岩溶古地貌(参见图 3)可以看出,图 7中反射特征的平面分布受古地貌单元控制作用明显。其中,“串珠状”反射多出现在剥蚀程度较高的岩溶高地和岩溶陡坡区,而斜坡区则以平行强反射异常为主,岩溶洼地的岩溶作用极弱,没有特殊的地震反射特征,为岩溶不发育区。

下载eps/tif图 图 7 塔中地区鹰山组不同岩溶结构的地震反射特征平面分布 Fig. 7 Plane distribution of different karst seismic reflections of Yingshan Formation in Tazhong area

塔中地区鹰山组岩溶储层特征在地震均方根振幅属性上表现最为明显,通常表现为顶部振幅较弱、底部振幅相对较强,缝洞体系内部与围岩相比振幅增强等。因此,可以利用振幅属性分析岩溶体系中缝洞储层的发育程度和储集层在平面上的展布特征等。图 8为沿鹰山组顶面向下35 ms提取的均方根振幅属性,可以看出,岩溶储层的分布整体呈现斑状,且与古地貌具有明显的耦合性。

下载eps/tif图 图 8 塔中地区鹰山组均方根振幅属性平面图 Fig. 8 RMS amplitude distribution of Yingshan Formation in Tazhong area

地震反射特征的不同,在一定程度上反映出了岩溶结构的内部差异性。如在岩溶高地或陡坡区,受表层风化淋滤作用强烈,且地层剥蚀程度较高,特别是位于高隆部位、靠近大型断裂的区域,地表淡水通常以垂向渗流的形式向地层内部渗透,易形成垂向分布的落水洞或垂直渗流带伴生的小型溶洞,这些岩溶结构常呈现出垂向“串珠状”的异常反射特征。在斜坡区,地下流体的流动形式逐渐转变为顺层流动,与岩层接触时间较长,溶蚀作用以顺层水平方向为主导,易形成水平分布的溶洞,从而造成地震反射上出现水平强振幅响应特征。这些特殊的属性,为鹰山组岩溶型储层的预测提供了参考。

5 结论

(1) 从垂直塔中Ⅰ号带的方向看,受构造带控制的塔中地区鹰山组岩溶古地貌自北向南依次可以划分为岩溶平台、岩溶斜坡、岩溶高地等3个岩溶地貌单元。

(2) 依据岩溶体系横向对比结果,塔中地区发育的岩溶结构可以划分为表层洞穴发育型、隔层-渗流带发育型和渗流带-潜流带发育型等3种类型。古地貌是塔中地区控制鹰山组岩溶储层发育的重要外部因素之一。

(3) 塔中10号构造带是主要的岩溶高地发育区,地层的剥蚀程度最高,作为地下水主要的补给区,该构造带的水流方向以垂向为主,发育有大型溶蚀洞穴,这些洞穴在地震剖面上以“串珠状”反射为主。

(4) 塔中10号断裂带与塔中Ⅰ号断裂带之间为岩溶斜坡带,溶蚀程度从陡坡带向缓坡带逐渐降低,岩溶斜坡作为地下水体的侧向补给区,水流方向从垂向渗流为主变为水平潜流为主,该斜坡带是潜流带洞穴和裂缝最为发育的地区。

(5) 岩溶洼地基本没有岩溶储层发育。这种从岩溶高地到岩溶斜坡再到岩溶洼地的古地貌格局,促进了溶蚀性流体从高势区向低势区的自然运移,也为岩溶储层的连片发育提供了良好的构造古地貌背景。

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