塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)層間不整合巖溶發(fā)育特征及其控制因素

陳貞萬 王振宇 張云峰 孫崇浩

（1.西南石油大學，成都 610500；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，庫爾勒 841000）

塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)層間不整合巖溶發(fā)育特征及其控制因素

陳貞萬1王振宇1張云峰1孫崇浩2

（1.西南石油大學，成都 610500；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，庫爾勒 841000）

塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組見發(fā)育程度不等的多種巖溶現(xiàn)象，存在規(guī)模不同、形態(tài)各異的巖溶縫洞系統(tǒng)。一個發(fā)育完整的層間不整合巖溶通常由表層巖溶帶、垂向滲濾巖溶帶、徑流巖溶帶和潛流巖溶帶構成。巖溶帶發(fā)育程度與深度因受到地區(qū)、巖性、構造部位、古地貌位置、古水文條件、暴露時長等因素影響而差異較大。

層間不整合；巖溶特征；巖溶帶；下奧陶統(tǒng)鷹山組；塔中地區(qū)

晚奧陶世沉積末期，塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組地層受構造與海平面變化等諸多因素影響，發(fā)育形成頂部的層間不整合巖溶系統(tǒng)。通過巖心宏微觀分析，結合測井響應特征和地震反射特征，塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組多發(fā)育形態(tài)各異的溶蝕孔洞及大型縫洞體，具備形成優(yōu)質儲集層的條件；但其孔洞充填程度、充填物不一，儲層物性差異很大，垂向上巖溶系統(tǒng)也具有明顯的分帶性。因此，研究鷹山組層間不整合巖溶特征及控制因素對于尋找有利儲層及勘探開發(fā)部署具有重要的指導意義［1-2］。

1 區(qū)域地質背景

塔里木盆地是受塔里木板塊構造活動控制、長期發(fā)育的大型疊合復合盆地。此盆地分為“三隆四坳”共7個基本構造單元，即塔北隆起、中央隆起、塔南隆起、庫車坳陷、北部坳陷、西南坳陷和東南坳陷。塔中地區(qū)在區(qū)域構造位置上屬于中央隆起中段的塔中低凸起，塔中低凸起形成于早加里東期，定型于晚海西期，后期的構造運動對塔中低凸起影響較小［3］。

塔中下奧陶統(tǒng)鷹山組分為鷹一段—鷹四段共4個巖性段，與上覆的良里塔格組為不整合接觸，因遭受構造抬升的剝蝕作用，大部分地區(qū)缺失了鷹一段和鷹二段。下奧陶統(tǒng)鷹山組長期暴露，塔里木板塊向北漂移至赤道附近，處于熱帶地區(qū)、氣候溫暖潮濕，從而發(fā)育了層間不整合巖溶［4］。

2 層間不整合巖溶標志識別

2.1 巖心、薄片觀察

觀察研究區(qū)鷹山組巖心和薄片，發(fā)現(xiàn)其普遍發(fā)育溶蝕孔洞，泥質或方解石半-全充填，如中古171井第三筒心，大型溶蝕洞穴發(fā)育，被灰綠色泥質、角礫全充填，角礫大小不一，雜亂排列，巖心總體上破碎嚴重。薄片觀察顯示發(fā)育有大量組構選擇性溶蝕孔洞，如鑄?？?、粒內溶孔，也見少量溶蝕縫，多為半-未充填。巖心和薄片的孔洞特征及充填物性質表明塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組遭受了強烈的層間不整合溶蝕［5］。

2.2 鉆井顯示

鉆遇鷹山組頂部時常出現(xiàn)鉆速加快、鉆具放空及大量泥漿漏失，是鉆遇縫洞體的直接標志，如中古17井，該井鷹山組頂深為6 700m，鉆至距鷹山組頂部195m時泥漿漏失30.54 m3。

2.3 測井響應特征

當溶蝕孔洞發(fā)育且未充填時，自然伽瑪一般較低，而在砂泥質充填的洞穴中則會很高，深淺雙側向電阻率值明顯降低，呈鋸齒狀，未充填時表現(xiàn)出非常明顯的正差異，聲波測井值明顯增加，未充填的縫洞出現(xiàn)周波跳躍。

泥質充填或未充填的溶蝕孔洞在FMI成像測井反映為斑塊顏色較深、背景基質顏色相對較淺的暗斑狀，而方解石充填則表現(xiàn)為亮斑狀(如圖1所示)。

2.4 地震反射特征

由于縫洞系統(tǒng)發(fā)育的非均質性強，通過縫洞系統(tǒng)以后的地震波，實際上是縫洞系統(tǒng)內部不規(guī)則反射、散射和繞射相互干涉疊加的結果。由于地震波具有干涉疊加效應，所以在地震剖面上，縫洞系統(tǒng)常表現(xiàn)為相干性差、反射雜亂、同相軸時強時弱、斷續(xù)出現(xiàn)或存在復合波等異常特征［6］(如圖 2所示)。

圖1 溶蝕縫洞FMI成像測井表現(xiàn)為暗斑狀

圖2 縫洞體在地震剖面表現(xiàn)為強串珠反射

3 層間不整合巖溶垂向分帶發(fā)育特征

層間不整合巖溶作用按垂向發(fā)育特征可分為表層巖溶帶、垂向滲濾巖溶帶、徑流巖溶帶和潛流巖溶帶。下面以中古111井為例，描述層間不整合巖溶作用垂向各帶發(fā)育特征［7］（圖 3）。

圖3 中古111井下奧陶統(tǒng)鷹山組層間不整合巖溶垂向分帶特征

（1）表層巖溶帶。位于風化殼表層上部，一般位于侵蝕面或不整合面附近，厚度0~60 m。巖溶作用主要是地表附近大氣淡水作用下的風化剝蝕作用；巖溶方式以大氣淡水的地表徑流為主；巖溶產(chǎn)物主要為大氣淡水產(chǎn)生的地表徑流沖刷、溶蝕過程中形成的一些溶溝、溶洞、溶縫、溶蝕洼地、溶蝕漏斗及落水洞等。中古111井表層巖溶帶發(fā)育在6 075～6 096m井段，厚21m。成像測井圖像可見該帶發(fā)育落水洞和高角度溶縫，部分被角礫充填。

（2）垂向滲濾巖溶帶。該帶位于侵蝕面之下的地下水滲流帶，垂向滲濾巖溶帶發(fā)育于風化殼表層以下，最高潛水面之上。地下水主要沿著巖層中的裂縫向下滲流，以垂向巖溶為主，主要為高角度的溶蝕裂縫，在一定條件下可以形成較大規(guī)模的溶洞。中古111井垂向滲濾巖溶帶6 096～6 123m井段，厚27m。成像測井圖像可見該帶發(fā)育高角度溶縫和溶蝕加寬縫，豎直狀、水滴狀溶蝕孔洞，部分被角礫、泥質等物質充填。

（3）徑流巖溶帶。該帶位于垂直滲濾巖溶帶下部的地下水潛流帶，徑流巖溶帶的上限是枯水期的最低潛水面。其最明顯的巖溶特征是出現(xiàn)大型的水平溶洞，地下暗河及其溶蝕孔、洞、縫發(fā)育段。中古111井徑流巖溶帶分布于6 123～6 233m，厚110m。成像測井圖像可見該井大部分孔洞呈水平拉長狀，并呈順層狀分布，以中小型溶蝕孔洞為主，孔洞多數(shù)未充填或半充填，充填物主要是方解石，泥砂質充填物較少。

（4）潛流巖溶帶。該帶位于徑流巖溶帶下，最大底界深度是巖溶作用的下限，一般可達侵蝕面下300 m左右。該帶僅見一些小型水的溶孔和零星溶縫，與普通未發(fā)生巖溶作用的層段差別不大，膠結作用在該帶較明顯。該巖溶帶內的地下水運動與交替極為緩慢，因此巖溶作用比較微弱，主要以溶孔、溶縫的零散發(fā)育為特征，且多為粒狀方解石、黏土礦物、粉砂等充填或半充填。中古111井潛流巖溶帶分布于6 233～6 258m，厚15m，該帶僅可見少量溶蝕孔洞，巖溶作用微弱。

4 層間不整合巖溶發(fā)育的受控因素

4.1 古構造控制的抬升

古構造控制的抬升使地層被剝蝕。晚奧陶世土木休克組沉積末期，塔中地區(qū)遭受構造抬升，土木休克組、一間房組以及大部分區(qū)域的鷹一、鷹二段地層被剝蝕，此次暴露剝蝕作用強烈。此外，在鷹山組頂部暴露時期，塔里木板塊向北漂移至赤道附近，沉積物與古生物組合反映出塔里木板塊處于熱帶地區(qū)、氣候溫暖潮濕，有利于巖溶作用。

4.2 巖溶水的運動形式

大氣成巖環(huán)境主要由三個水文地質域構成：滲流帶、潛流帶、混合帶。潛水面構成了滲流帶和潛流帶之間的界限，在潛水面之下的潛流帶，孔隙內充滿水，潛流帶含水層通常是開放的體系，通過潛水面和地表之間的滲流帶向大氣層開放。滲流帶的孔隙中同時充滿了氣體和水。滲流帶上部直接與地表接觸，下部與潛水面接觸，巖溶水主要沿裂縫、斷裂、節(jié)理等通道以自由流的形式快速運移至潛水面。潛流帶水體一般以擴散流的方式運移，當有斷裂、節(jié)理存在時，也能以自由流的方式運移。當巖溶系統(tǒng)發(fā)育到一定程度，出現(xiàn)地下暗河時，潛流帶巖溶水也能以自由流的方式流動［8］。

4.3 海平面和潛水面的變化

海平面和潛水面的變化對巖溶總體形態(tài)和系統(tǒng)產(chǎn)生影響。巖溶帶的發(fā)育位置取決于海平面與潛水面的相對停滯時期，海平面發(fā)生短暫停滯時，自上而下發(fā)育一套巖溶系統(tǒng)。當海平面再次上升并停滯時，新的巖溶系統(tǒng)在前期的基礎上疊加發(fā)育（圖4）。研究區(qū)良里塔格組沉積早期，海平面逐漸上升。當海平面發(fā)生相對停滯時，產(chǎn)生新一期的層間巖溶系統(tǒng)，在前期滲流帶的基礎上形成新一期的徑流巖溶帶，直至被良里塔格組地層完全超覆。因此，鷹山組古地貌高點發(fā)生多期層間巖溶系統(tǒng)，產(chǎn)生多個徑流巖溶亞帶。

圖4 海平面變化引起的巖溶帶變化

5 結 論

塔中地區(qū)鷹山組頂部的層間不整合巖溶形成于晚奧陶世土木休克組末期至良里塔格組沉積早期的海平面的相對穩(wěn)定時期。通過巖心縫洞觀察、測井曲線、FMI成像測井及地震剖面等識別特征分析，一個發(fā)育完整的層間不整合巖溶由表層巖溶帶、垂向滲濾巖溶帶、徑流巖溶帶和潛流巖溶帶構成。

鷹山組頂部巖溶體系的發(fā)育期次和分布，受良四段—良五段沉積期間的海平面變化和動態(tài)的巖溶殘余古地貌控制，在識別及預測過程中應注重綜合應用多手段、多學科進行綜合研究。從控制層間不整合巖溶發(fā)育的因素出發(fā)，充分利用巖心、鉆井、測井、地震等識別標志資料才能對巖溶帶分布及有利的勘探區(qū)塊進行更精確的預測。

[1]何碧竹，焦存禮，賈斌峰，等.塔里木盆地塔中西部地區(qū)奧陶系巖溶作用及對油氣儲層的制約 [J].地球科學，2006，30（3）：395-403.

[2]苗繼軍,賈承造,鄒才能,等.塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)巖溶風化殼儲層特征與勘探領域 [J].天然氣地球科學,2007,18(4):497-500.

[3]張振生，李明杰，劉社平.塔中低凸起的形成和演化[J].石油勘探與開發(fā)，2002，29（1）：28-31.

[4]韓劍發(fā),于紅楓,張海祖,等.塔中地區(qū)北部斜坡帶下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖風化殼油氣富集特征 [J].石油與天然氣地質,2008，29(2):167-173.

[5]萬云，劉存革，劉洪，等.塔河油田奧陶系多期巖溶作用的識別標志[J].中國石油大學學報：自然科學版，2009，33（5）：6-11.

[6]王宏斌,張虎權,孫東,等.風化殼巖溶儲層地質-地震綜合預測技術與應用[J].天然氣地球科學,2009,20(1):131-137.

[7]勞文科，李兆林，羅偉權.洛塔地區(qū)表層巖溶帶基本特征及其類型劃分[J].中國巖溶，2002，21（1）：30-35.

[8]鄒元榮,郭書元.塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖表生巖溶分布特征及主控因素[J].新疆地質，2005，23(2):209-212.

Abstract：Various karst phenomenon developed in Lower Ordovician Yingshan Formation of Tazhong area,appears in different scale,different forms of karst fracture cave system.A completely developed the layer unconformity karst can be divided into superfacial karst zone,vertical percolation dissolvedzone,radial flow dissolved zone and groundwater flow zone.Karst development degree and depth vary with the change of region,lithology,tectonics,landform position,ancient hydrological conditions and duration of exposure and other factors.

Key words：layer unconformity Karst；characteristic of Karst division；karst division area Lower Ordovician Yingshan formation；TaZhong area

The Developed Characteristics and Controlling Factors of the Layer Unconformity Karst in the Lower Ordovician of TaZhong Area

CHEN Zhenwan1WANG Zhenyu1ZHANG Yunfeng1SUN Chonghao2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500；2.Exploration and Development Research Institute of Petrochina Tarim Oilfield Company，Korla 841000)

TE122

A

1673-1980（2012）02-0028-04

2011-10-13

國家科技重大專項(2008ZX05004--004)；四川省重點學科建沒項目(SZD0414)

陳貞萬(1987-)，男，山東臨沂人，西南石油大學在讀碩士研究生，研究方向為礦產(chǎn)普查與勘探。