哈拉哈塘油田哈6—新墾區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖成巖環(huán)境

閆玲玲，劉全穩(wěn)，張麗娟

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南石油大學(xué)），成都610500；2.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610500；3.廣東石油化工學(xué)院 石油工程學(xué)院，廣東 茂名525000；4.中國(guó)石油塔里木油田公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒841000）

目前塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖是重要的油氣勘探目的層系之一，塔中、塔北的勘探實(shí)踐也揭示奧陶系碳酸鹽巖巨大的油氣資源潛力，而其儲(chǔ)層條件是決定勘探成敗的關(guān)鍵因素之一。碳酸鹽巖在埋藏過(guò)程中的成巖環(huán)境是影響儲(chǔ)層中孔洞發(fā)育和保存的重要因素，研究埋藏期的成巖環(huán)境對(duì)分析和評(píng)價(jià)碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有重要的理論意義［1］。

喀斯特是奧陶系儲(chǔ)集空間形成的主要因素，但是由于后期成巖作用導(dǎo)致部分孔洞被充填，儲(chǔ)集空間喪失，影響了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。隨著勘探逐漸深入，對(duì)喀斯特儲(chǔ)層充填特征和控制因素的認(rèn)識(shí)就顯得尤為重要。本文以研究區(qū)大量巖心的孔洞充填物類型及分布特點(diǎn)為基礎(chǔ)，選取典型孔洞充填物進(jìn)行地球化學(xué)研究，分析孔洞的充填期次及控制因素，以及奧陶系碳酸鹽巖的成巖環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

哈拉哈塘油田的北部為輪臺(tái)凸起，西接南喀－英買力低凸起，南為滿加爾（北部）凹陷，東鄰輪南低凸起，是輪南低凸起的一部分，整體是在前震旦系變質(zhì)基底之上形成的長(zhǎng)期發(fā)育的巨型古隆起，發(fā)育震旦系－泥盆系海相沉積地層、石炭系－二疊系海陸交互相沉積地層和三疊系－第四系陸相沉積地層［2－5］（圖1）。

哈拉哈塘地區(qū)奧陶系從上到下可細(xì)分為上統(tǒng)桑塔木組（O3s）、良里塔格組（O3l）、吐木休克組（O3t），中統(tǒng)一間房組（O2y）、中－下統(tǒng)鷹山組（O1－2y）及下統(tǒng)蓬萊壩組（O1p）。桑塔木組以泥巖沉積為主；良里塔格組以泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r夾砂屑灰?guī)r沉積為主，從上到下可分為3段；吐木休克組以褐色泥晶灰?guī)r、含泥灰?guī)r為主；一間房組以生屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r為主；鷹山組從上到下分為4段，鷹1、鷹2段以灰?guī)r為主，鷹3、鷹4段以灰質(zhì)云巖為主。哈6－新墾區(qū)塊主要產(chǎn)層為一間房組，其次為鷹山組、良里塔格組。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Structural map in study area

2 孔洞發(fā)育特征

研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖以吐木休克組尖滅線為界，北部發(fā)育潛山風(fēng)化殼喀斯特，南部以層間喀斯特作用為主，形成了大型縫洞體儲(chǔ)層，洞穴、次生溶蝕孔洞和裂縫是主要的儲(chǔ)集空間類型。

北部潛山區(qū)孔洞的發(fā)育在縱向根據(jù)聲波曲線和自然伽馬的組合特征，結(jié)合巖性組合，劃分為表層喀斯特帶、垂直滲流帶、水平潛流帶、深部緩流帶（圖2）。

加里東期剪切走滑斷裂密集發(fā)育，與該期喀斯特作用時(shí)間耦合，控制了層間喀斯特區(qū)的儲(chǔ)層發(fā)育程度。向南隨埋深增加層間喀斯特儲(chǔ)層發(fā)育逐漸減弱，受大的“X”形剪切走滑斷層控制尤為明顯。尤其是與古地貌傾向一致的大量北西向斷裂帶是喀斯特地表水滲流的有利通道，沿?cái)嗔训娜芪g作用強(qiáng)，波及范圍遠(yuǎn)。因此，控制本區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的主要因素是喀斯特作用和破裂作用［6］。

表層喀斯特帶：深度為0～15m，以溶蝕孔洞、溶蝕裂縫為主，溶蝕孔洞部分為方解石充填，喀斯特發(fā)育較強(qiáng)（只在潛山區(qū)發(fā)育）。

圖2 喀斯特儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)柱狀圖Fig.2 Column of formation connection for karst reservoirs

垂向滲濾帶：深度為15～80m，以洞穴、高角度裂縫為主，喀斯特發(fā)育較好。

水平潛流帶：深度為80～100m，以溶洞或喀斯特管道為主，縫洞發(fā)育極不均勻，縫洞系統(tǒng)充填程度較低。

深部緩流帶：深度＞100m，主要發(fā)育溶蝕裂縫為主，其充填物也以化學(xué)充填為主，喀斯特儲(chǔ)層不發(fā)育［6］。

碳酸鹽巖古喀斯特縫洞系統(tǒng)垂向具有層狀分布特點(diǎn)，主要分布于一間房組內(nèi)，以洞穴、縫洞集合體為主，局部發(fā)育裂縫－孔洞型儲(chǔ)層。

3 喀斯特孔洞充填特征

3.1 孔洞充填物類型

哈6—新墾區(qū)塊由于層間溶蝕時(shí)間短，盡管后期經(jīng)歷了埋藏，整體充填程度不高。由于研究區(qū)取心較豐富，還可以捕捉到部分巖心的孔洞充填物。巖心觀察表明：研究區(qū)奧陶系縫洞充填物可歸納為以下3種類型：①化學(xué)充填物，主要為方解石，其次有螢石、石英等。②機(jī)械充填物，成巖早期殘余泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、鈣泥巖、角礫巖。③其他充填物，有機(jī)充填物如有機(jī)質(zhì)、干瀝青，特殊成巖自生礦物，如黃鐵礦等（圖3）。

根據(jù)喀斯特發(fā)育的特征將研究區(qū)分為3個(gè)區(qū)帶，吐木休克組尖滅線以北為潛山區(qū)，吐木休克組與喀斯特分區(qū)線之間為層間喀斯特—順層改造區(qū)，喀斯特分區(qū)線以南為層間喀斯特—臺(tái)緣疊加區(qū)。對(duì)取心井縫洞充填物的研究發(fā)現(xiàn)，一間房組及鷹山組潛山區(qū)以泥質(zhì)充填物為主，化學(xué)充填物為輔；層間喀斯特—順層改造區(qū)、層間喀斯特—臺(tái)緣疊加區(qū)以化學(xué)充填物為主；良里塔格組縫洞充填物均為泥質(zhì)、方解石（圖4）。

3.2 充填物碳、氧同位素特征

碳酸鹽巖洞穴充填物是溶蝕孔洞形成后成巖環(huán)境和成巖流體的物質(zhì)記錄［7］。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者通過(guò)洞穴充填物的地球化學(xué)特征，從不同角度對(duì)成巖環(huán)境的溫度和成巖流體的性質(zhì)等進(jìn)行了探索，J.R.Allan與 W.D.Wiggins明確指出碳氧同位素對(duì)恢復(fù)成巖環(huán)境有很好的指示作用［1］。

圖4 孔洞充填物分布特征Fig.4 Distribution characteristics of the fillings in pores and holes

碳酸鹽巖中的碳、氧同位素組成可以用來(lái)定量地恢復(fù)成巖環(huán)境，對(duì)于孔洞充填物來(lái)說(shuō)，在不同的成巖環(huán)境下其碳、氧同位素的特征必然存在一定的差異［8］。為了查明沉積物形成后的成巖過(guò)程，本文對(duì)哈6—新墾區(qū)塊孔洞充填物進(jìn)行了碳、氧同位素分析。

選擇研究區(qū)9口井13塊樣品，其中一間房組8塊、鷹山組2塊、良里塔格組1塊，吐木休克組、桑塔木組各1塊，除4號(hào)樣為灰?guī)r外，其余樣品為溶洞及溶縫中方解石充填物（表1）。

在成巖作用中，沉積物的埋深、溫度、淋濾溶解、有機(jī)體的降解等都對(duì)δ13C和δ18O產(chǎn)生一定的影響。一般來(lái)說(shuō)，鹽度升高，δ13C和δ18O值增大；溫度升高，δ18O變輕；δ18O隨溫度的升高、埋深的加大而更趨向負(fù)值［1］：因此碳酸鹽巖碳氧同位素組成主要受溫度、鹽度的影響。

研究區(qū)充填物方解石的δ13C為－4.17‰～1.16‰，δ18O為－15.71‰～－5.17‰，一般來(lái)說(shuō)，δ13C和δ18O均隨介質(zhì)鹽度升高而升高，其中δ13C與古鹽度關(guān)系最為密切，受溫度影響較小。研究結(jié)果表明：4、5號(hào)樣品δ13C＞0，一般在海水中形成，4號(hào)樣品為生屑灰?guī)r，海相沉積，5號(hào)樣品形成于鹽度較高的海水中；3、13、8號(hào)樣品δ13C、δ18O明顯出現(xiàn)負(fù)漂移，為大氣淡水成因。埋藏環(huán)境下δ13C變化較大，11、9、12、2、6、7、10、1號(hào)樣品可能為埋藏成因，而δ18O為負(fù)值，既可以為低溫淡水成因，也可以為高溫盆地流體或熱液流體成因（圖5）。

3.3 包裹體分析

孔隙水性質(zhì)的差異是碳酸鹽巖暴露地表環(huán)境與埋藏成巖環(huán)境最本質(zhì)的區(qū)別［7］。碳酸鹽巖成巖的重要標(biāo)志是膠結(jié)物，膠結(jié)物中捕獲的鹽水包裹體與成巖環(huán)境有密切關(guān)系。均一溫度是區(qū)分成巖階段及流體活動(dòng)的依據(jù)，不同的沉積環(huán)境鹽度不同，鹽水包裹體的鹽度提供了成巖流體水化學(xué)演化的信息。

圖5 研究區(qū)充填物碳氧同位素交匯圖Fig.5 Cross plot of carbon and oxygen isotopes from fillings in study area

表1 研究區(qū)縫洞充填物碳氧同位素地球化學(xué)測(cè)試結(jié)果Table 1 Geochemical test for carbon and oxygen isotopes of fillings in pores and holes in study area

研究顯示包裹體種類多樣，有烴質(zhì)包裹體和水質(zhì)包裹體兩大類。烴質(zhì)包裹體包括單相氣態(tài)烴包裹體、單相液態(tài)烴包裹體、氣液兩相烴包裹體（表2）；水質(zhì)包裹體包括單相鹽水包裹體、氣液兩相鹽水溶液包裹體、三相含烴鹽水溶液包裹體。由于烴質(zhì)包裹體或含烴包裹體受烴類影響，對(duì)判斷充填物形成時(shí)的溫度、鹽度產(chǎn)生誤差，因此本文主要利用單相鹽水包裹體、氣液兩相鹽水包裹體對(duì)充填物成巖環(huán)境進(jìn)行探討。

3.3.1 包裹體物理特征

單相鹽水包裹體一般呈圓形、方形、橢圓形、多邊形、不規(guī)則狀，在方解石中成群分布、均勻分布或成帶分布，少數(shù)沿方解石微裂隙與烴質(zhì)包裹體伴生呈線/帶狀分布。單液相包裹體中沒(méi)有氣泡，屬于準(zhǔn)穩(wěn)定現(xiàn)象，一般指示較低的捕獲溫度［9］。在透光下呈透明無(wú)色，淡褐色，無(wú)熒光顯示，大小一般為3～40μm，部分能達(dá)到85μm。

氣液兩相鹽水包裹體形態(tài)部分呈橢圓、菱形、管狀等較規(guī)則的形態(tài)，但以不規(guī)則形態(tài)居多，在方解石中均勻分布或成帶分布［10，11］。在透光下顏色偏淺，多為無(wú)色—灰色。包裹體大小變化較大，主要為1～40μm，少數(shù)可達(dá)50～100μm。

3.3.2 氣液兩相鹽水包裹體化學(xué)特征

本次研究的顯微測(cè)溫主要是進(jìn)行鹽水包裹體冰點(diǎn)測(cè)定以及均一溫度測(cè)定。均一溫度是流體包裹體捕獲時(shí)的最低溫度條件，不同均一溫度范圍的流體包裹體代表了不同的期次；而冰點(diǎn)可以換算出包裹體流體的鹽度，同一期次流體具有相同（近）的鹽度值。樣品的氣液兩相鹽水包裹體鹽度、冰點(diǎn)溫度和均一溫度測(cè)定結(jié)果如表2所示，鹽度－均一溫度交匯圖表明（圖6），研究區(qū)包裹體鹽度（即NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：wNaCl）范圍較大，為0.53%～22.24%；本地區(qū)喀斯特流體性質(zhì)變化較大。整體上按鹽度高低可把研究區(qū)包裹體分為3類：低鹽度包裹體，鹽度為0.53%～8.68%，以1、4、5、8、9、10、12號(hào)樣品為代表；中鹽度包裹體，鹽度為8%～18%，以6、7、11、13號(hào)樣品為代表；高鹽度包裹體，鹽度為15%～22.24%，以2、3號(hào)樣品為代表。

4 均一溫度與埋藏史分析

均一溫度分布圖顯示有3個(gè)溫度段是包裹體主要形成期：①66～80℃段，其包裹體形成主峰溫度為71～75℃。②81～95℃段，其包裹體形成主峰溫度為86～90℃。前2個(gè)溫度段是包裹體形成的2個(gè)主要時(shí)期，也是喀斯特充填的主要時(shí)期。③96～120℃段，此溫度段包裹體形成少于前2個(gè)段，但在101～105℃、116～20℃包裹體形成有突然增加的過(guò)程，反映了一期較弱的喀斯特充填過(guò)程（圖7）。

圖6 包裹體的鹽度－均一溫度交匯圖Fig.6 Cross plot for the salinity and uniform temperature of inclusions

表2 氣液兩相鹽水包裹體測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of the saline inclusions with gas-liquid phase

大量分布的單液相包裹體形成原因較多，但研究區(qū)方解石晶體中大量存在自由分布的單液相包裹體［12］，因此可推測(cè)至少存在有部分單液相包裹體是在溫度低于50℃的低溫環(huán)境中形成，這些低溫單液相包裹體屬加里東期奧陶系碳酸鹽巖暴露淡水喀斯特充填期形成。

研究區(qū)總體古地溫梯度較現(xiàn)今地溫梯度低，為25℃/km。地表溫度取15℃，對(duì)4個(gè)包裹體形成溫度段進(jìn)行計(jì)算，并投在本地區(qū)埋藏史圖上，可以發(fā)現(xiàn)除加里東期的淡水喀斯特充填外，還存在晚海西期埋藏充填、印支—燕山期埋藏充填及喜馬拉雅期的埋藏充填，共計(jì)4次較大規(guī)模方解石充填作用期，碳氧同位素分析結(jié)果一定程度證明了這點(diǎn)［13］（圖8）。

5 結(jié)論

a.研究區(qū)除加里東期的淡水喀斯特充填外，還存在晚海西期埋藏充填、印支—燕山期埋藏充填及喜馬拉雅期的埋藏充填，共4次較大規(guī)模方解石充填作用期，高溫?zé)嵋嚎λ固胤植疾痪咂毡樾?。研究區(qū)碳酸鹽巖孔洞多期次的充填，不同期次充填物所反映的成巖環(huán)境和流體性質(zhì)具有差異。

圖7 兩相鹽水包裹體均一溫度分布Fig.7 Distribution of uniform temperatures of two-phase saline inclusions

圖8 研究區(qū)哈6埋藏史Fig.8 Buried history map of Block Ha 6in study area

b.研究區(qū)經(jīng)歷了同生成巖期、早成巖期的成巖和近地表成巖作用，后逐步埋藏進(jìn)入中成巖期，受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，該區(qū)經(jīng)歷了抬升、剝蝕以及表生大氣水成巖環(huán)境，在中生代－新生代再次埋藏，屬中期開啟型成巖演化系統(tǒng)。這類成巖演化特征是，碳酸鹽沉積物在經(jīng)歷了短暫的早期成巖作用，后進(jìn)入埋藏成巖環(huán)境；受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，已成巖的碳酸鹽巖被抬升到近地表或出露地表，遭受表生成巖作用，之后再次被埋藏。

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