塔中志留系柯坪塔格組沉積變化研究：以塔中16井區(qū)為例

陳 楠

（成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都610059）

0 引言

塔里木志留系油氣勘探近年取得了巨大進(jìn)展，使志留系的研究再次備受關(guān)注，但是受限于地區(qū)廣袤，鉆井少，地層情況相對復(fù)雜，使得其基礎(chǔ)的地質(zhì)問題需要更加深入的研究.塔里木盆地志留系下柯坪塔格組一直是備受關(guān)注的重點(diǎn)勘探層位之一，本文關(guān)注于塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組上二亞段、上三亞段.由于該地區(qū)鉆井?dāng)?shù)相對于其分布較少，加上資料分辨率不高，導(dǎo)致柯坪塔格組沉積相研究產(chǎn)生許多疑問.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔中16井區(qū)位于塔中中央隆起帶北部斜坡的東部，被塔中I號，II號和III號斷裂帶包圍，其奧陶統(tǒng)古地貌在抬升接受剝蝕后，在塔中83井附近形成相對構(gòu)造高點(diǎn)，塔中16井區(qū)則位于其較低部位的鞍部.［1］志留系柯坪塔格組底部即志留系底部與下覆奧陶系呈隆升不整合接觸，其不整合面削截明顯；［2］柯坪塔格組頂界面即柯坪塔格組上一亞段與塔塔埃爾塔格組紅色泥巖段的分界.［3］柯坪塔格組的地層，其巖性特征大致呈粗-細(xì)-粗的縱向變化，由此可以劃分為三個巖性段：上一亞段（上瀝青砂巖段）、上二亞段（灰色泥巖段）、上三亞段（下瀝青砂巖段）.上一亞段又稱上瀝青砂巖段，巖性為灰綠色中-細(xì)砂巖夾灰綠、灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，或砂巖與粉砂巖、泥巖互層.上二亞段主要為灰綠色泥巖、灰色泥質(zhì)巖夾粉砂巖、細(xì)砂巖，又稱灰色泥巖段.上三亞段為灰綠、深灰色粉砂巖、細(xì)砂巖與泥巖互層.［4］

2 塔中16井區(qū)的沉積相討論

塔中志留系由于構(gòu)造演化和沉積環(huán)境復(fù)雜多變，塔中地區(qū)的潮坪沉積相帶雖然自西北向東南延伸呈現(xiàn)環(huán)帶狀、帶狀分布，［5］但受海進(jìn)海退、風(fēng)暴潮、沿岸流、潮汐水流以及古地貌影響，在塔中低緩坡無障壁潮坪沉積縱向上多期反復(fù)疊置，穩(wěn)定發(fā)育的潮坪沉積自西向東呈現(xiàn)由水體開放向水體封閉環(huán)境的變化；塔中16井區(qū)位于塔中地區(qū)的東南部，其志留系井段有良好的油氣顯示，但其巖石學(xué)特征卻呈現(xiàn)出與塔中11-12井區(qū)完全不同的物性特征，其整體粒度較11-12井區(qū)較低，并呈現(xiàn)出不同的質(zhì)量概率累積特征，石膏膠結(jié)使其孔隙度和滲透率極低，其沉積構(gòu)造也呈現(xiàn)出了封閉水體的特征.為了解其儲層特征，分析其中有利儲集體，指導(dǎo)進(jìn)一步的開發(fā)工作，對塔中16井區(qū)的沉積相進(jìn)行探討十分必要.

3 巖性與沉積構(gòu)造

根據(jù)巖石薄片資料及前人對本地區(qū)砂巖巖石學(xué)特征研究可知，［6］志留系主要有泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖和中砂巖四種巖性，砂巖以粉細(xì)砂巖為主.［7］根據(jù)砂巖礦物成分分析可知，主要為巖屑砂巖，其次為少量的長石巖屑砂巖.據(jù)統(tǒng)計，巖屑平均含量33.5%，主要為變質(zhì)巖巖屑和巖漿巖屑；石英平均含量為59.9%，長石平均含量為6.6%，主要為鉀長石，其次為斜長石.

塔中16井區(qū)根據(jù)膠結(jié)物不同，主要有泥基-方解石，泥基-硬石膏兩種膠結(jié)物組合.含碳酸鹽較高，平均為7.1%，以方解石為主；石膏-硬石膏平均含量為4.0%；泥質(zhì)平均含量為1.9%，主要為高嶺石.砂巖致密程度較高，以致密為主，其次為中等；分選較好，磨圓度較好，顆粒接觸關(guān)系為點(diǎn)-線接觸，膠結(jié)類型為孔隙填充式膠結(jié)，長石風(fēng)化程度淺.

沉積構(gòu)造是沉積物和沉積巖中最常見而又最容易直接觀察到的主要特征之一.無論是研究沉積巖還是解釋沉積環(huán)境，都必然涉及到沉積構(gòu)造.一方面當(dāng)水流條件相同時，必然形成特征相似的原生沉積構(gòu)造.據(jù)此，可以把它與水動力條件聯(lián)系起來，最后解釋形成這種構(gòu)造環(huán)境的水動力狀況，進(jìn)而做出環(huán)境解釋.另一方面，原生沉積構(gòu)造特征很少受成巖作用的影響，而且也便于人們觀察研究.因此，利用沉積構(gòu)造及其序列來判別沉積環(huán)境已廣泛被人們采用.

經(jīng)巖心觀察分析，塔中16井區(qū)志留系柯坪塔格組中主要見塊狀層理，脈狀層理，水平層理等層理構(gòu)造，偶見同生變形構(gòu)造，泥礫，見圖1.

圖1 塔中16井區(qū)沉積構(gòu)造（巖心）

4 粒度分析

粒度分析的目的是研究碎屑巖的粒度大小和粒度分布.碎屑巖的粒度分布及分選性是衡量沉積介質(zhì)能量的度量尺度，是判別沉積時自然地理環(huán)境以及水動力條件的良好標(biāo)致，而且碎屑巖的粒度及其空間展布也影響了儲層的物性.

圖中分別是塔中12-2、12-1、16等3口井的粒度分布參數(shù)統(tǒng)計，塔中12-2井上三亞段粒度范圍主要在2～3Φ，且其峰度均較平，偏向于2Φ稍粗粒一側(cè)，說明其粒度分布較均勻；塔中12-1井上三亞段上三亞段粒度范圍主要在3～4Φ，為極細(xì)粒砂巖；塔中16井上一亞段粒度分布表現(xiàn)為雙峰，其峰值分別是2Φ和3Φ上，總體表現(xiàn)為細(xì)粉砂巖，表明其受控于兩種能量.

圖2 塔中地區(qū)粒度特征曲線特征對比

5 碳氧穩(wěn)定同位素分析

根據(jù)塔中11-16井區(qū)的樣品膠結(jié)物進(jìn)行同位素測定（見表1），塔中地區(qū)柯坪塔格組的δ13CPDB穩(wěn)定同位素范圍-0.4～-15.52‰之間，其中大部分樣品位于-6.44～10.72‰之間，氧同位素值為-5.89～-10.81‰之間.塔中16井區(qū)δ18OPDB穩(wěn)定同位素較塔中12井區(qū)塔中11井區(qū)略有增加.δ13CPDB含量相對于11-12井區(qū)明顯正偏.

表1 塔中地區(qū)柯坪塔格組膠結(jié)物碳氧同位素測試結(jié)果

古鹽度和古環(huán)境的恢復(fù)中，碳氧穩(wěn)定同位素可以作為判別古鹽度的有效標(biāo)志.［8］現(xiàn)代對海水以及淡水，大氣降水的的研究表明氧穩(wěn)定同位素δ18OPDB一般與鹽度呈線性相關(guān).［9］因此δ18OPDB可以做為判別鹽度的重要標(biāo)志.但是古鹽度和古環(huán)境的判別中，δ18OPDB與鹽度的對應(yīng)并不總是那么一致，而且在古沉積研究中，δ18OPDB還與成巖后生作用緊密相關(guān)，比如大氣降水的淋濾作用會使沉積巖中的的穩(wěn)定同位素與輕同位素發(fā)生置換，從而發(fā)生正向的大波動.［10］

塔中11-16井區(qū)多個樣品中可以看出其平均δ18OPDB的值為-9.20‰.而塔中16井區(qū)較其平均值偏正，為-7.13‰，可以推測其鹽度相對較高.

6 石膏的成因和推測

成巖過程中，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用相互制約，壓實(shí)作用進(jìn)行的較快時，孔隙度和滲透率的下降制約了層間水的流動，膠結(jié)作用就發(fā)育不明顯；相反，如果膠結(jié)作用進(jìn)行的較快時，壓實(shí)作用就會受阻.［11］

塔中16井區(qū)泥基-硬石膏成巖相區(qū)，塔中161井上一亞段巖石薄片中（圖3），長石巖屑砂巖，顆粒呈點(diǎn)接觸和線接觸，長石未溶蝕，表明長石溶蝕并不是鈣離子的來源；上一亞段泥基-硬石膏膠結(jié)，硬石膏膠結(jié)區(qū)域內(nèi)，顆粒懸浮于膠結(jié)中，表明其膠結(jié)發(fā)生于埋藏壓實(shí)之前；海水蒸發(fā)中沉淀的原生硫酸鈣礦物是石膏，在30℃以下，海水含鹽度提高3.55倍時石膏就開始沉淀，在42℃以上溫度或濃度很大時，石膏的沉淀就為硬石膏所代替，在成巖階段，石膏往往向硬石膏轉(zhuǎn)變，硬石膏是成巖階段早期成巖作用的產(chǎn)物，硬石膏轉(zhuǎn)化為石膏是需要排除水，體積減小38%，需要不斷的濃縮咸化鹵水對體積縮減的石膏—硬石膏轉(zhuǎn)化進(jìn)行補(bǔ)充.鹵水再進(jìn)一步濃縮，才會有碳酸鹽沉淀，而鏡下少見碳酸鹽膠結(jié)，考慮到如果成巖作用后期如果發(fā)生流體淋濾改造石膏會比較迅速的溶解，可以推測其在成巖階段早期，鹵水濃縮并未達(dá)到沉積碳酸鹽沉淀的條件，表明其蒸發(fā)沉積的水體雖然進(jìn)一步咸化，但是依然有不斷對其流體進(jìn)行補(bǔ)充的水體注入，從而維持了其中石膏-硬石膏沉積的“動態(tài)平衡”條件.

圖3（上圖）塔中161井4058.72硬石膏膠結(jié)（右圖）塔中161井4085.57m泥基-方解石-硬石膏-硅質(zhì)-方解石

圖4 塔中16井4012.13m紋層狀粉砂質(zhì)中粒巖屑石英砂巖

塔中16井區(qū)上一亞段為不規(guī)則紋層狀不等粒長石巖屑砂巖，細(xì)粒長石巖屑砂巖為石膏膠結(jié)（圖4）.石膏沉積與硬石膏不同，硬石膏需要較高的溫度條件、咸化更高的鹵水條件、較低的水體流動性.塔中16井中的石膏是原生蒸發(fā)咸化沉積造成，或者是成巖早期形成的硬石膏在后期流體作用下變成石膏，由于石膏易溶的特性，其形成環(huán)境是一個相對封閉、水體較淺蒸發(fā)強(qiáng)烈、水動力條件較弱的環(huán)境，并且其形成之后被快速埋藏，地下水作用不強(qiáng).

7 結(jié)論

塔中11-16井區(qū)柯坪塔格組發(fā)育潮坪沉積體系，自西北向東南從無障壁潮坪沉積的開放水環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬﹂]塞的沉積水體環(huán)境.這樣的沉積環(huán)境變化使塔中16井區(qū)碎屑巖沉積中的膠結(jié)類型，古流體礦化度，碳氧同位素特征與塔中11-12井區(qū)出現(xiàn)了顯著的不同，對巖石物性、儲層品質(zhì)、油氣賦存狀態(tài)產(chǎn)生了極大的影響.樣品的碳氧穩(wěn)定同位素的測試對識別古沉積環(huán)境有明顯效果.

塔中16井區(qū)柯坪塔格組的砂巖的泥質(zhì)-硬石膏膠結(jié)是由于其沉積環(huán)境造成的，形成于成巖階段早期，在較淺的水動力不強(qiáng)的較少受到潮汐水流影響的封閉海灣砂壩沉積，與11-12井區(qū)較淺的無障壁潮坪沉積環(huán)境有明顯不同.成因可能是構(gòu)造抬升造成的古地貌改變、潮汐通道的堵塞等，使塔中16井區(qū)柯坪塔格組出現(xiàn)了迥然不同的泥基-硬石膏膠結(jié)，異常的碳氧穩(wěn)定同位素含量的波動，高古流體礦化度.

石膏對于識別沉積微相轉(zhuǎn)變起到了標(biāo)志作用，塔中16井區(qū)中石膏的存在狀態(tài)反映了其在咸化鹵水蒸發(fā)沉積發(fā)生于成巖階段早期，和相對伴生的少碳酸鹽沉積表明了其沉積的蒸發(fā)水體的動態(tài)平衡狀態(tài)，并在膠結(jié)后未受到地下流體溶蝕改造，不同于塔中11-12井區(qū)潮坪相成巖階段后期由長石在地下流體作用下溶蝕而產(chǎn)生的碳酸鹽膠結(jié).

［1］朱筱敏，王貴文，謝慶賓.2002.塔里木盆地志留系沉積體系及分布特征［J］.石油大學(xué)學(xué)報，2002（3）：5-11.

［2］王成林，張惠良，李玉文，等.塔里木盆地志留系劃分、對比及其地質(zhì)意義［J］.新疆石油地質(zhì)，2007（2）：185-188.

［3］胡少華，王慶果，李秀珍.塔里木盆地志留系層序地層劃分及沉積體系特征［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2007（2）：8-11.

［4］郭長敏.塔里木盆地志留系柯坪塔格組沉積相及平面展布［J］.天然氣技術(shù)，2008（1）：19-22.

［5］朱如凱，羅 平，何東博，等.塔里木盆地塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組沉積相與沉積模式［J］.古地理學(xué)報，2005（2）：197.

［6］施振生，朱筱敏，王貴文，等.塔里木盆地塔中地區(qū)志留系塔塔埃爾塔格組潮坪沉積中的遺跡化石［J］.沉積學(xué)報，2005（1）：91-97.

［7］謝 俊，張金亮，梁會珍，等.塔里木盆地志留系柯坪塔格組沉積相與沉積模式研究［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報，2008（2）：1.

［8］童金南，李紅麗.碳酸鹽淺灘濱岸區(qū)層序地層研究--江蘇無錫嵩山下三疊統(tǒng)層序分析［J］.沉積學(xué)報，1997（4）：1-4.

［9］張金亮，張 鑫.塔里木盆地志留系古海洋沉積環(huán)境的元素地球化學(xué)特征［J］.中國海洋大學(xué)學(xué)報，2006（2）：200-208.

［10］葉 瑛，沈忠悅，彭曉彤，等.塔里木盆地下第三系儲層砂巖自生碳酸鹽碳氧同位素組成及流體來源討論［J］.浙江大學(xué)學(xué)報，2001（3）：321-326.

［11］姚涇利，王 琪，張 瑞，等.鄂爾多斯盆地中部延長組砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物成因與分布規(guī)律研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2011（6）：943-950.