塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖淺覆蓋區(qū)巖溶儲(chǔ)層特征與形成機(jī)理

淡 永,梁 彬,張慶玉,曹建文,李景瑞,郝彥珍

(1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院,四川成都610059；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所,廣西桂林541004；3.國(guó)土資源部廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西桂林541004)

塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖淺覆蓋區(qū)巖溶儲(chǔ)層特征與形成機(jī)理

淡 永1,2,梁 彬2,3,張慶玉2,3,曹建文2,3,李景瑞2,3,郝彥珍2,3

(1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院,四川成都610059；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所,廣西桂林541004；3.國(guó)土資源部廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西桂林541004)

哈拉哈塘奧陶系淺覆蓋區(qū)發(fā)育縫洞型儲(chǔ)層,勘探效果較好?；诘卣饘游粩?shù)據(jù)、鉆井資料對(duì)該區(qū)進(jìn)行古地貌恢復(fù)及古水系刻畫,表明良里塔格巖溶期古地貌以丘叢洼地為主,南部發(fā)育了多條切穿至一間房組河流(河流深度大于50m)；前志留紀(jì)巖溶期以微巖溶地貌為主,水系由北往南匯入巖溶湖。利用鉆井、巖心、測(cè)井、地震剖面等資料,總結(jié)淺覆蓋區(qū)儲(chǔ)層有3種類型:洞穴型、孔洞型和裂縫-孔洞型；垂向上分布兩套儲(chǔ)層:上部一間房組裂縫-孔洞儲(chǔ)層,下部鷹山組洞穴儲(chǔ)層；橫向上上部?jī)?chǔ)層分布于淺覆蓋區(qū),下部?jī)?chǔ)層分布可延至桑塔木組覆蓋區(qū)。綜上探討淺覆蓋區(qū)巖溶儲(chǔ)層形成機(jī)理,認(rèn)為下部?jī)?chǔ)層帶形成于良里塔格巖溶期徑流帶巖溶,南部深切河流為徑流排泄點(diǎn)控制了儲(chǔ)層發(fā)育；而上部?jī)?chǔ)層帶形成于前志留紀(jì)巖溶期徑流帶巖溶,南部巖溶湖為徑流排泄區(qū),控制了上部?jī)?chǔ)層帶發(fā)育。結(jié)合現(xiàn)代美國(guó)猛犸洞穴系統(tǒng)的特征,提出哈拉哈塘淺覆蓋下碳酸鹽巖兩類巖溶模式,為下一步儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和勘探實(shí)踐提供理論借鑒。

巖溶作用；巖溶湖；鷹山組；地震剖面；徑流溶蝕帶；猛犸洞

塔里木盆地北部地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱塔北)奧陶系碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層發(fā)育,是塔里木油田的勘探目標(biāo)之一[1-3]。已有的研究表明[4-6],這些巖溶型儲(chǔ)層大多發(fā)育于中上奧陶統(tǒng)之間的不整合面之下,大型巖溶縫洞體為主要的儲(chǔ)集空間。塔北塔河油田[7-11]、輪南油田奧陶系儲(chǔ)層均屬于此類[12-15]。近年來(lái),塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系巖溶儲(chǔ)層又展現(xiàn)出良好勘探前景,是近期塔北油氣突破的重點(diǎn)區(qū)域[2-4]。與輪南、塔河油田巖溶作用機(jī)理不同的是,在哈拉哈塘油田,位于奧陶系碎屑巖下的碳酸鹽巖發(fā)現(xiàn)縫洞型油氣儲(chǔ)層,與典型的潛山巖溶儲(chǔ)層不同,展現(xiàn)了一個(gè)新的勘探領(lǐng)域[2]。

現(xiàn)代巖溶研究表明可溶巖、流水、裂縫是巖溶持續(xù)的三大要素[16-18]。哈拉哈塘淺覆蓋區(qū)是指中下奧陶統(tǒng)灰?guī)r被上覆吐木休克組、良里塔格組碎屑巖淺覆蓋地區(qū),覆蓋厚度一般為幾米至30m。該地區(qū)由于被上覆碎屑巖或泥灰?guī)r(為隔水層)阻擋,碳酸鹽巖無(wú)法如潛山地區(qū)受雨水直接淋濾巖溶,垂向巖溶作用被阻斷,巖溶垂向分帶不明顯。但哈拉哈塘淺覆蓋區(qū)勘探表明,淺覆蓋下碳酸鹽巖發(fā)育縫洞型甚至洞穴型儲(chǔ)層。目前,對(duì)于這類縫洞形成機(jī)理的研究不多,巖溶地質(zhì)理論研究落后于勘探實(shí)踐。因此,本文在前期勘探和前人研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)地震層位數(shù)據(jù)及現(xiàn)代巖溶地質(zhì)理論,對(duì)哈拉哈塘淺覆蓋地區(qū)進(jìn)行古地貌恢復(fù)及古水系刻畫；利用鉆井、巖心、測(cè)井、地震剖面等資料,總結(jié)淺覆蓋區(qū)下儲(chǔ)層特征,分析發(fā)育分布規(guī)律。綜合地貌、水系等因素,探討淺覆蓋巖溶儲(chǔ)層形成機(jī)理,結(jié)合現(xiàn)代巖溶實(shí)例,歸納巖溶模式,為下一步儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和勘探實(shí)踐提供理論借鑒。

1 地質(zhì)背景

哈拉哈塘地區(qū)構(gòu)造上位于塔北隆起哈拉哈塘凹陷,為輪南古隆起向西延伸部分[1](圖1)。該地區(qū)地層具有向北西尖滅的特征,依次尖滅地層為上奧陶統(tǒng)桑塔木組(O3s)碎屑巖,良里塔格組(O3l)泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r夾砂屑灰?guī)r,中奧陶統(tǒng)吐木休克組(O3t)泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r,中下奧陶統(tǒng)一間房組(O2yj)微晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r,下奧陶統(tǒng)鷹山組(O1-2y)顆?；?guī)r(圖1,圖2)。一間房組與鷹山組灰?guī)r巖性純,為主要巖溶層位,也是主要的油氣儲(chǔ)層。淺覆蓋區(qū)位于桑塔木組尖滅線以北,吐木休克組尖滅線以南的地區(qū),呈北東—南西向?qū)?～6km的帶狀分布。哈拉哈塘奧陶系碳酸鹽巖主要經(jīng)歷了3期巖溶作用[2,5],包括在加里東構(gòu)造中期Ⅰ幕一間房組沉積后暴露巖溶(以下簡(jiǎn)稱一間房期巖溶)、加里東構(gòu)造中期Ⅱ幕良里塔格組沉積后暴露巖溶(以下簡(jiǎn)稱良里塔格期巖溶)、加里東構(gòu)造中期Ⅲ幕桑塔木組沉積后—志留系沉積前暴露巖溶(以下簡(jiǎn)稱前志留紀(jì)巖溶)(圖2)。多期的巖溶作用形成了本區(qū)復(fù)雜的縫洞系統(tǒng)。

圖1 研究區(qū)前志留系地質(zhì)構(gòu)造背景

圖2 哈拉哈塘地區(qū)南北向地層發(fā)育剖面示意(據(jù)朱光友等[2]有修改)

2 淺覆蓋區(qū)古地貌及古水系特征

哈拉哈塘地區(qū)存在3期巖溶,理論上應(yīng)恢復(fù)3期古地貌。但在恢復(fù)一間房期暴露巖溶時(shí),發(fā)現(xiàn)該期無(wú)明顯的地形地貌起伏,在這種情況下受地震層位數(shù)據(jù)解釋影響較大,古地貌恢復(fù)效果不佳。良里塔格期的古地貌恢復(fù)主要依據(jù)相對(duì)殘厚與古地層構(gòu)造趨勢(shì)面方法恢復(fù),由于此方法需要利用良里塔格組頂?shù)膶游粩?shù)據(jù),因此淺覆蓋區(qū)良里塔格組尖滅線以北地區(qū)古地貌無(wú)法恢復(fù)。前志留紀(jì)古巖溶地貌恢復(fù)主要利用奧陶系風(fēng)化殼上覆地層志留系標(biāo)志層(塔塔埃爾塔格組底)至奧陶系頂面的厚度進(jìn)行印模法恢復(fù)。古地貌、古水系刻畫依據(jù)現(xiàn)代巖溶地貌劃分方法[16-19]、巖溶動(dòng)力學(xué)理論[20]進(jìn)行刻畫。以淺覆蓋區(qū)西部作為重點(diǎn)對(duì)地貌、水系進(jìn)行描述。

2.1 良里塔格暴露巖溶期

受加里東中期Ⅱ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,哈拉哈塘地區(qū)發(fā)生區(qū)域不均衡的構(gòu)造抬升,其中北部明顯抬升褶皺,南部相對(duì)較緩。由于現(xiàn)階段恢復(fù)技術(shù)的限制,良里塔格巖溶期在良里塔格組尖滅線以北無(wú)法恢復(fù)。以南地區(qū),古地貌以丘叢洼地為主(圖3),良里塔格組頂部發(fā)育了多條深切河流(河流深度大于50m),常切穿良里塔格組至一間房組,河流總體流向由北向南。淺覆蓋地區(qū)由于位于良里塔格組尖滅線附近,厚度較薄,受風(fēng)化等因素作用,局部一間房組或鷹山組也常暴露。

2.2 前志留紀(jì)暴露巖溶期

研究區(qū)整體上地形、地勢(shì)北部稍高,向南、向西南緩慢降低,具有明顯地勢(shì)坡降,坡降一般為1.5%～2.0%,山體峰頂大多不在同一高程,其丘洼相對(duì)高差一般為5～30m,局部達(dá)40～50m,整體屬微地貌形態(tài)。其組合形態(tài)主要為微丘叢洼地、微丘峰洼地、微丘叢谷地、巖溶湖等4種古巖溶地貌類型(圖4)。就巖溶地貌特點(diǎn),哈拉哈塘潛山-淺覆蓋區(qū)整體屬巖溶地貌形成演化初期特征(山體峰頂與洼地相對(duì)高差較小,地形起伏相對(duì)較小、切割深度小)。受地貌地勢(shì)控制,研究區(qū)地表水系自北東向西南方向徑流,支流較多,河床相對(duì)較窄,河床切割較淺(河流深度小于15m),水系在南部匯入巖溶湖(圖4)。

圖3 淺覆蓋區(qū)良里塔格巖溶期古地貌及水系分布

圖4 淺覆蓋區(qū)前志留紀(jì)巖溶期古地貌及水系分布

3 淺覆蓋區(qū)巖溶儲(chǔ)層特征

3.1 儲(chǔ)層類型劃分

綜合淺覆蓋區(qū)21口鉆錄井資料、巖心以及成像測(cè)井資料發(fā)現(xiàn):奧陶系鷹山組—一間房組儲(chǔ)集空間類型多樣,大小級(jí)別差異明顯,按形態(tài)及大小將區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集空間類型劃分為孔、洞、裂縫三大類。具體把儲(chǔ)集空間類型劃分為洞穴型、孔洞型、裂縫-孔洞型3種類型。

1) 洞穴型儲(chǔ)層。洞穴型儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間為大型洞穴,該類儲(chǔ)層在鉆進(jìn)過(guò)程中常發(fā)生放空、泥漿漏失等現(xiàn)象。研究區(qū)所鉆21口井,其中13口井有不同程度的放空漏失現(xiàn)象。如:TH802井,鉆進(jìn)到鷹山組6716.5～6718.7m時(shí),漏失163.9m3鉆井液(圖5)；TH15-2井在一間房組放空2.53m。洞穴型儲(chǔ)層一般測(cè)井時(shí)顯示為井徑(CAL)擴(kuò)大、鉆時(shí)加快,當(dāng)有泥質(zhì)充填時(shí),自然伽馬(GR)值高,深、淺雙側(cè)向電阻率值低；如TH802井6700～6701m發(fā)育泥質(zhì)充填洞。地震剖面上洞穴型儲(chǔ)層常呈“單串珠”或“多串珠片狀”狀反射(圖7)。在淺覆蓋區(qū)洞穴型儲(chǔ)層是鷹山組主要儲(chǔ)層類型,此外,一間房組也較發(fā)育,有5口井存在不同程度的放空漏失現(xiàn)象。

2) 孔洞型儲(chǔ)層?？锥葱蛢?chǔ)層以孔隙及溶蝕小孔洞為主要儲(chǔ)集空間,裂縫欠發(fā)育,滲透性較差。淺覆蓋區(qū)一間房組、鷹山組均有發(fā)育,絕大多數(shù)井均鉆遇這套儲(chǔ)層(圖5),橫向上具有一定展布特征,全區(qū)21口井孔洞型儲(chǔ)層平均累計(jì)厚度為6.5m。平均滲透率僅為0.08×10-3μm2,平均孔洞孔隙度為1.6%,裂縫孔隙度小于0.1%。

3) 裂縫-孔洞型儲(chǔ)層。裂縫-孔洞型儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要以次生溶蝕孔洞及裂縫為主,儲(chǔ)滲性能較好。其中孔洞主要是沿縫溶蝕形成,以小—中等為主,裂縫是溝通孔洞的通道。該類儲(chǔ)層在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液也易漏失。成像測(cè)井上可明顯看出裂縫溝通孔洞,或孔洞沿裂縫發(fā)育的特征(圖5)。21口井累計(jì)平均厚度為15m,平均滲透率達(dá)18.5×10-3μm2,孔洞孔隙度達(dá)1.3%,表明儲(chǔ)層性能較好,該類儲(chǔ)層是一間房組主要儲(chǔ)層類型(圖5)。

3.2 巖溶儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律

通過(guò)上述儲(chǔ)層類型劃分結(jié)合測(cè)井物性解釋,發(fā)現(xiàn)垂向上發(fā)育兩套儲(chǔ)層:上部一間房組裂縫-孔洞儲(chǔ)層(簡(jiǎn)稱上部?jī)?chǔ)層帶),下部鷹山組洞穴儲(chǔ)層(簡(jiǎn)稱下部?jī)?chǔ)層帶)(圖5,圖6)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)淺覆蓋區(qū)鉆井中有17口井均發(fā)育上部?jī)?chǔ)層帶,以孔洞型儲(chǔ)層、裂縫-孔洞型儲(chǔ)層為主,局部發(fā)育洞穴型儲(chǔ)層,21口井累計(jì)儲(chǔ)層平均厚度為20.5m,平均滲透率達(dá)4.5×10-3μm2,平均孔洞孔隙度達(dá)1.3%。儲(chǔ)層評(píng)級(jí)一般為Ⅱ類—Ⅲ類儲(chǔ)層,少數(shù)達(dá)Ⅰ類。垂向分布于一間房組頂面以下20m的占72%,20～40m的占23%,大于40m的為5%。下部?jī)?chǔ)層帶以洞穴型、裂縫-孔洞型儲(chǔ)層為主,鉆井中有10口井均發(fā)育下部?jī)?chǔ)層帶,累計(jì)儲(chǔ)層平均厚度為6.4m,其中8口井存在放空漏失現(xiàn)象,表明儲(chǔ)層孔隙度、滲透率高,儲(chǔ)層評(píng)級(jí)為Ⅰ類—Ⅱ類儲(chǔ)層,儲(chǔ)層垂向分布統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)下部?jī)?chǔ)層主要分布于一間房組頂面下50～100m,其中50～80m的占47%,80～100m的占39%,大于100m的占14%。

橫向上,對(duì)比前志留紀(jì)北—南向巖溶儲(chǔ)層(圖6) 發(fā)現(xiàn),上述兩套儲(chǔ)層較發(fā)育,其分布與巖溶分區(qū)有關(guān)。北部潛山巖溶區(qū),主要發(fā)育下部洞穴儲(chǔ)層,上部裂縫-孔洞儲(chǔ)層欠發(fā)育。往南TH15-13井附近進(jìn)入淺覆蓋區(qū)后,上、下兩套儲(chǔ)層均發(fā)育,上部?jī)?chǔ)層帶儲(chǔ)集性能一般,以Ⅱ-Ⅲ類儲(chǔ)層為主,局部發(fā)育Ⅰ類儲(chǔ)層,如TH15-3井。下部?jī)?chǔ)層帶以巖溶洞穴、裂縫-孔洞型儲(chǔ)層發(fā)育為主,在TH1501井、TH15井和TH16-2井均有不同程度的放空與漏失現(xiàn)象,儲(chǔ)層儲(chǔ)集性好,以Ⅰ-Ⅱ類儲(chǔ)層為主。到桑塔木組覆蓋的層間巖溶區(qū)后,上儲(chǔ)層帶南傾逐漸減薄,并逐漸并入下儲(chǔ)層帶,而下儲(chǔ)層帶發(fā)育可延至層間巖溶區(qū)?？傊?淺覆蓋區(qū)上、下兩套儲(chǔ)層的儲(chǔ)層類型不同,儲(chǔ)層分布范圍也有差異,反映了其儲(chǔ)層形成機(jī)理可能不同。

圖5 淺覆蓋區(qū)巖溶儲(chǔ)層垂向發(fā)育綜合柱狀圖(TH802井)

圖6 淺覆蓋區(qū)南北向巖溶實(shí)際剖面

4 淺覆蓋區(qū)巖溶儲(chǔ)層形成機(jī)理

研究淺覆蓋區(qū)儲(chǔ)集空間類型、儲(chǔ)層類型劃分與儲(chǔ)層分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)，淺覆蓋區(qū)上覆雖有淺層碎屑巖覆蓋,但巖溶縫洞儲(chǔ)層類型多樣,且優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育,甚至好于潛山區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育。究其原因可能與覆蓋層有關(guān),現(xiàn)代巖溶研究表明，可溶巖、流水、裂縫是巖溶持續(xù)發(fā)展的三大要素。淺覆蓋區(qū)由于上覆吐木休克組隔水層的存在,垂向上水體不能直接作用到巖性較純的一間房組或鷹山組,垂向巖溶不發(fā)育(圖6)。因此淺覆蓋區(qū)側(cè)向巖溶可能是儲(chǔ)層形成的原因,而側(cè)向巖溶也需滿足三大巖溶要素,才能形成巖溶縫洞體。此外,淺覆蓋區(qū)上、下兩套縫洞儲(chǔ)層發(fā)育的差異性,說(shuō)明了本區(qū)側(cè)向巖溶機(jī)理較復(fù)雜。

通過(guò)對(duì)前志留紀(jì)古地貌恢復(fù)顯示,巖溶湖是潛山區(qū)及淺覆蓋區(qū)水體匯流處,為巖溶水排泄基準(zhǔn)點(diǎn)(圖4)。巖溶湖底部為巖性較純的一間房組,而一間房組受早期巖溶影響本身具有一定孔滲特征(一間房暴露巖溶期,淡水淋濾形成)。因此,潛山區(qū)不斷補(bǔ)給的水體可以通過(guò)一間房組前期裂縫-孔洞從北向南持續(xù)徑流至巖溶湖排泄,形成或擴(kuò)大縫洞,形成儲(chǔ)層(圖6,圖7),這可能是上巖溶帶儲(chǔ)層形成原因,但受前志留期為初期巖溶地貌影響，巖溶補(bǔ)給區(qū)至排泄區(qū)巖溶地勢(shì)起伏不大,巖溶水能量不強(qiáng),巖溶作用較弱,因此上部洞穴儲(chǔ)層欠發(fā)育。

由于下巖溶洞穴儲(chǔ)層分布范圍超過(guò)淺覆蓋區(qū)進(jìn)入層間巖溶區(qū),且發(fā)育深度遠(yuǎn)大于巖溶湖底深度(圖6)。因此該套儲(chǔ)層與上部?jī)?chǔ)層帶形成不同,排泄基準(zhǔn)面不受巖溶湖控制。對(duì)良里塔格組巖溶期古地貌恢復(fù)顯示(圖3),北部潛山區(qū)為巖溶水體補(bǔ)給區(qū)。對(duì)于排泄點(diǎn)可能為更南部深切河流,這在南部河流地震剖面上得到了證明(圖3,圖8),剖面顯示南部河流切穿良里塔格組及吐木休克組至一間房組純灰?guī)r層,有的深切至鷹山組。因此,來(lái)自北部補(bǔ)給水體通過(guò)斷裂等垂向流入潛山區(qū)徑流帶,然后側(cè)向向南徑流,穿過(guò)巖溶湖底及覆蓋區(qū)在南部河流切穿點(diǎn)排泄(圖3,圖6)。巖溶水補(bǔ)給、徑流、排泄形成,巖溶通道不斷擴(kuò)大,形成暗河管道,隨著河流不斷下切,還可能形成多層溶洞,因此沿下巖溶帶洞穴儲(chǔ)層發(fā)育。地震剖面及反演剖面反映了下巖溶儲(chǔ)層為具有一定連續(xù)性縫洞體,證明了良里塔格期水體側(cè)向徑流巖溶作用強(qiáng)(圖7)。

圖7 淺覆蓋區(qū)南北向儲(chǔ)層地震響應(yīng)及地震反演特征(C—D)

圖8 良里塔格組頂深切河流發(fā)育的地震剖面顯示(A—B)

綜上所述,巖性、巖溶作用期次及巖溶地貌水系、構(gòu)造斷裂等共同作用,形成了淺覆蓋區(qū)兩套較好儲(chǔ)層。一間房組、鷹山組巖性以純灰?guī)r為主,是強(qiáng)巖溶層組,是奧陶紀(jì)加里東期古巖溶作用的物質(zhì)基礎(chǔ),也是淺覆蓋區(qū)儲(chǔ)層形成的主要層系。多期巖溶作用及相互疊加是淺覆蓋區(qū)巖溶縫洞發(fā)育復(fù)雜的原因,加里東中期Ⅰ幕后一間房組暴露巖溶使一間房組形成了孔洞,有利于后期巖溶[3]；加里東中期Ⅱ幕后良里塔格組暴露巖溶是淺覆蓋區(qū)下部大型洞穴形成的主要原因,此期徑流帶暗河發(fā)育,南部深切河谷為暗河排泄基準(zhǔn)點(diǎn),控制了縫洞發(fā)育規(guī)模及走向。加里東中期Ⅲ幕后中上奧陶統(tǒng)暴露巖溶,主要局限于潛山區(qū)與淺覆蓋區(qū),對(duì)桑塔木組覆蓋區(qū)巖溶作用不明顯。桑塔木組沉積后,良里塔格期的南部深切河谷排泄點(diǎn)已消失,因此前志留紀(jì)巖溶期水體不能沿良里塔格期大型暗河管道流動(dòng)。而前志留紀(jì)古地貌顯示巖溶湖為排泄基準(zhǔn)點(diǎn),因此潛山區(qū)及淺覆蓋區(qū)水體僅在一間房組表層徑流,形成上儲(chǔ)層帶裂縫-孔洞型儲(chǔ)層。

5 淺覆蓋區(qū)巖溶儲(chǔ)層形成模式

通過(guò)對(duì)兩套儲(chǔ)層的成因機(jī)理剖析,結(jié)合古地貌、古水系特征,以地貌學(xué)、巖溶動(dòng)力學(xué)、巖溶水文地質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)[16-20],總結(jié)繪制淺覆蓋區(qū)良里塔格巖溶期巖溶模式及前志留紀(jì)巖溶期模式圖。

良里塔格期巖溶以北部潛山區(qū)為補(bǔ)給區(qū),南部深切河流為排泄點(diǎn),巖性較純的一間房組及鷹山組為徑流區(qū),斷裂、縫洞為徑流通道。良里塔格期形成了下部洞穴儲(chǔ)層帶(圖9)。

前志留紀(jì)巖溶期以北部潛山區(qū)、淺覆蓋區(qū)為補(bǔ)給區(qū),淺覆蓋區(qū)南部巖溶湖為排泄點(diǎn),由于排泄點(diǎn)深度較淺,因此本期巖溶主要作用于一間房組,一間房組早期巖溶形成的孔洞為巖溶水徑流通道,形成了上部裂縫孔洞儲(chǔ)層(圖10)。

哈拉哈塘淺覆蓋區(qū)兩期巖溶模式均為碎屑巖覆蓋下巖溶,盡管從理論上具有可行性,地震剖面上也可進(jìn)行一定程度的驗(yàn)證,但還需找到實(shí)例,即在現(xiàn)代巖溶中找到與其相似的巖溶模式。但這類巖溶與中國(guó)南方典型灰?guī)r直接暴露的巖溶不同,不能進(jìn)行類比。查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)[21-23]發(fā)現(xiàn),美國(guó)肯塔基州猛犸洞的形成與哈拉哈塘淺覆蓋區(qū)巖溶模式較類似。

圖9 淺覆蓋區(qū)良里塔格巖溶期縫洞形成模式

圖10 淺覆蓋區(qū)前志留紀(jì)巖溶期縫洞形成模式

位于美國(guó)肯塔基州猛犸洞穴系統(tǒng)是全世界最長(zhǎng)的洞穴系統(tǒng),已探測(cè)距離長(zhǎng)達(dá)670km(圖11)。東南部Pennyroyal平原作為巖溶水補(bǔ)給區(qū),經(jīng)地下河側(cè)向徑流入猛犸洞穴系統(tǒng),經(jīng)過(guò)幾套較純灰?guī)r徑流后,在北部或北西部Green河以泉或地下河出口排泄。猛犸洞穴系統(tǒng)形成了多層洞穴系統(tǒng),與排泄基準(zhǔn)Green河不斷下切有關(guān)[21-23]。與哈拉哈塘良里塔格期、前志留紀(jì)巖溶模式類似的是猛犸洞穴系統(tǒng)頂部也有一套薄層碎屑巖蓋層,厚度0～40m。由于碎屑巖覆蓋,阻止了其上覆水體下滲,但促進(jìn)了巖溶水側(cè)向沿灰?guī)r層流動(dòng),巖溶極其發(fā)育,如此長(zhǎng)的猛犸洞穴系統(tǒng)成因與此有關(guān)。

圖11 現(xiàn)代巖溶美國(guó)猛犸洞穴系統(tǒng)形成模式[21]

因此,從巖溶理論、地震剖面特征及現(xiàn)代美國(guó)猛犸洞穴巖溶模式等方面驗(yàn)證了本文提出的哈拉哈塘淺覆蓋區(qū)古巖溶縫洞形成機(jī)理及模式的合理性。

6 結(jié)論

1) 古地貌恢復(fù)顯示哈拉哈塘淺覆蓋區(qū)良里塔格巖溶期古地貌以丘叢洼地為主,古水系以南部發(fā)育了多條深切河流(河流深度大于50m)為特征。前志留紀(jì)巖溶期地勢(shì)總體由北向南傾,以微巖溶地貌為主,未發(fā)育深切河谷洼地,由北往南流的水系,匯入淺覆蓋區(qū)南部巖溶湖。

2) 淺覆蓋區(qū)儲(chǔ)層主要有洞穴型、孔洞型、裂縫-孔洞型3種類型,淺覆蓋區(qū)垂向上發(fā)育兩套儲(chǔ)層:上部一間房組裂縫-孔洞儲(chǔ)層,下部鷹山組洞穴儲(chǔ)層。橫向上上部?jī)?chǔ)層帶主要發(fā)育于淺覆蓋區(qū),下部?jī)?chǔ)層帶發(fā)育可延至桑塔木組覆蓋的層間巖溶區(qū)。

3) 下部洞穴儲(chǔ)層形成于良里塔格巖溶期徑流帶巖溶,南部深切河流為排泄點(diǎn),控制了儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)模及走向；上部裂縫-孔洞儲(chǔ)層形成于前志留紀(jì)巖溶期徑流帶巖溶,淺覆蓋區(qū)南部巖溶湖為徑流排泄區(qū),控制了上巖溶儲(chǔ)層帶發(fā)育。

4) 提出了碎屑巖覆蓋下良里塔格巖溶期及前志留紀(jì)巖溶期兩類古巖溶模式,通過(guò)對(duì)現(xiàn)代巖溶美國(guó)猛犸洞穴系統(tǒng)形成特征的剖析,印證了上述兩類古巖溶模式的合理性。古巖溶模式的提出為下一步儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和勘探實(shí)踐提供理論借鑒。

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(編輯：顧石慶)

Characteristics and genesis of Ordovician carbonate karst reservoir in the shallow coverage zone of Halahatang area,northern Tarim Basin

Dan Yong1,2,Liang Bin2,3,Zhang Qingyu2,3,Cao Jianwen2,3,Li Jingrui2,3,Hao Yanzhen2,3

(1.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.InstituteofKarstGeology,CAGS,Guilin541004,China;3.KarstDynamicsLaboratory,MLR&GZAR,Guilin541004,China)

Several sets of fracture-cavity reservoir develop in the Ordovician shallow coverage zone of Halahatang area,with good exploration results.The palaeogeomorphology and drainage system of this area are restored and depicted based on the seismic horizon and drilling data.The results show that the geomorphology in Lianglitage paleokarst period is mainly mounds and depressions.There are several rivers (>50m) in the south,which often cut through to Yijianfang formation.The geomorphology of pre-Silurian paleokarst period is mainly characterized by karst and the water system which flowed from north to south and into karst lake.Three types of reservoirs can be summarized with the data of drilling,core,logging and seismic sections in this area,which are cave type,pore-hole type and fracture-cavity type.The major reservoir sections in vertical are the upper fracture-cavity karst reservoir in Yijianfang formation,which distributes beneath shallow coverage area and the lower cave karst reservoir in Yingshan formation.which extends to Sangtamu formation coverage area.With a comprehensive analysis of the karst reservoir genesis mechanism in this shallow coverage zone,we thought that the lower karst reservoir developed in runoff belt and the southern rivers control the size and direction of the reservoir’s development during Lianglitage paleokarst period while the upper karst reservoir developed in runoff belt during the pre-Silurian paleokarst period.Moreover,the karst lake is a karst runoff drainage area,which controls the development of karst reservoir in the southern shallow coverage area.Combined with the characteristics of modern American Mammoth Cave system,two kinds of carbonate karst model in Halahatang shallow coverage zone are proposed,which provides a theoretical reference for further reservoir prediction and exploration practice.

karstification,karst lake,Yingshan formation,seismic section,runoff dissolution belt,the Mammoth Cave

2013-11-25;改回日期：2014-07-21。

淡永(1986—),男,博士在讀,助理研究員,主要從事沉積地質(zhì)及古巖溶油氣儲(chǔ)層地質(zhì)研究工作。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2011CB201001)、國(guó)家自然基金青年基金(41302122)、國(guó)土資源部公益性行業(yè)專項(xiàng)(201211082)和中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所所控項(xiàng)目(201305)共同資助。

P

A

1000-1441(2015)01-0090-09

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.01.013