應(yīng)用古地貌成因組合識別法恢復(fù)塔河油田主體區(qū)古巖溶地貌

曹建文，夏日元，張慶玉（1.中國地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，武漢430074；.中國地質(zhì)科學(xué)院a.巖溶地質(zhì)研究所；b.國土資源部巖溶動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541004）

應(yīng)用古地貌成因組合識別法恢復(fù)塔河油田主體區(qū)古巖溶地貌

曹建文1，2，夏日元2，張慶玉1，2
（1.中國地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，武漢430074；2.中國地質(zhì)科學(xué)院a.巖溶地質(zhì)研究所；b.國土資源部巖溶動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541004）

針對古地貌控制了巖溶儲集空間的形成與展布，探索應(yīng)用古地貌成因組合法恢復(fù)塔河油田主體區(qū)前石炭紀(jì)古巖溶地貌。在巖溶臺地、巖溶緩坡地、巖溶陡坡地、巖溶山間盆地等4類二級地貌單元的基礎(chǔ)上，增加地貌識別因子，進(jìn)一步劃分出10種三級地貌單元，提高了古地貌形態(tài)識別的精度。結(jié)合微地貌單元巖溶發(fā)育特征和油氣儲集性能，分析油氣產(chǎn)量與地貌的關(guān)系，為巖溶儲集層預(yù)測提供依據(jù)。

塔里木盆地；塔河油田；古地貌成因組合識別法；地貌恢復(fù)；古巖溶地貌

世界上50%以上的油氣聚集在碳酸鹽巖地層中，其儲集層發(fā)育與古巖溶作用密切相關(guān)[1-2]。研究表明，與不整合面相伴的巖溶作用的強(qiáng)度及其分帶性，即古地貌，控制了碳酸鹽巖次生儲集空間的形成與展布，因此，古地貌的恢復(fù)在油氣勘探和開發(fā)中具有重要意義[3]。

前人在古巖溶地貌恢復(fù)方面做過很多工作[3-12]，采用的方法以印模法和殘余厚度法為主，也有利用誤差模擬法和基于伽馬能譜測井信息的古水深恢復(fù)法進(jìn)行古地貌恢復(fù)的。但這些工作對古巖溶地貌的劃分多止步于二級地貌單元，即巖溶高地、巖溶斜坡和巖溶洼地等，對于進(jìn)一步的微地貌刻畫所做工作較少，不利于更準(zhǔn)確地描述巖溶儲集層分布規(guī)律，不能滿足對局部巖溶儲集層展布的預(yù)測要求。

塔河油田位于塔里木盆地北部阿克庫勒凸起上（圖1），探明儲量近5×108t，是我國第一個(gè)海相大油氣田[13]。本文研究范圍是奧陶系桑塔木組尖滅線以北的塔河油田主體區(qū)，面積約350 km2，是目前塔河油田奧陶系的主力油藏。研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)缺失志留系、中下泥盆統(tǒng)、上石炭統(tǒng)、二疊系、上侏羅統(tǒng)，并且上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組（O3q）、良里塔格組（O3l）和桑塔木組（O3s）與中奧陶統(tǒng)一間房組（O2y）、中-下奧陶統(tǒng)鷹山組（O1-2y）分別遭受不同程度的剝蝕，各地層尖滅線呈北東—南西向展布（圖2），古風(fēng)化殼主要發(fā)育在一間房組（O2y）和鷹山組（O1-2y）內(nèi)[14]。

研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖地層經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，油氣儲集條件和保存條件極為復(fù)雜，儲集空間主要為奧陶系風(fēng)化殼頂部受構(gòu)造、巖溶作用形成的復(fù)雜縫洞系統(tǒng)[15]，單純依靠串珠狀地震反射來識別縫洞，已很難滿足生產(chǎn)需求。因此，通過古微地貌刻畫來進(jìn)一步研究有效儲集層分布規(guī)律至關(guān)重要。本文探索應(yīng)用古地貌成因組合識別法，將印模法與殘余厚度法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，同時(shí)增加地貌識別因子，從而提高了古地貌形態(tài)識別的精度，結(jié)合微地貌單元巖溶發(fā)育特征和油氣儲集性能，分析油氣產(chǎn)量與地貌的關(guān)系，為巖溶儲集層預(yù)測提供依據(jù)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

圖2 塔河油田主體區(qū)前石炭紀(jì)二級地貌分區(qū)

1 前石炭紀(jì)古巖溶地貌恢復(fù)

1.1 古巖溶地貌恢復(fù)方法

采用古地貌成因組合識別法進(jìn)行古地貌恢復(fù)，是以印模法和殘余厚度法為基礎(chǔ)[9，11，16]，通過在碳酸鹽巖古風(fēng)化殼表面尋找古地貌蝕余形跡，如古風(fēng)化殼頂部侵蝕形態(tài)和殘積物（角礫巖、鐵鋁層等）類型、厚度與分布特征，恢復(fù)古地貌。

利用古地貌成因組合識別法恢復(fù)古巖溶地貌的主要依據(jù)有：①古風(fēng)化殼上覆（或下伏）標(biāo)志層的厚度及分布趨勢；②古風(fēng)化殼殘余厚度及風(fēng)化性質(zhì)；③古風(fēng)化殼表面侵蝕、溶蝕特征及沉積物性質(zhì)；④古水動力場特征；⑤地形起伏地震響應(yīng)特征。

1.2 古地貌成因組合識別指標(biāo)

依據(jù)野外調(diào)查、巖心觀察和測試鑒定結(jié)果，結(jié)合古巖溶環(huán)境條件分析和裸露風(fēng)化環(huán)境條件下的巖溶形態(tài)組合與發(fā)育特征，建立了古地貌成因組合識別法恢復(fù)古巖溶地貌的指標(biāo)。

（1）二級地貌單元成因組合識別指標(biāo)根據(jù)塔河油田地區(qū)前石炭紀(jì)古地勢、地形展布特征，結(jié)合奧陶系頂面至石炭系雙峰灰?guī)r的厚度，將塔河油田主體區(qū)劃分為巖溶臺地、巖溶緩坡地、巖溶陡坡地、巖溶山間盆地等4類二級地貌單元（圖2），其分類指標(biāo)見表1.

（2）三級地貌單元成因組合識別指標(biāo)基于現(xiàn)代巖溶地貌學(xué)理論，結(jié)合塔河油田地區(qū)古巖溶地貌特點(diǎn)、巖溶地貌個(gè)體形態(tài)及組合形態(tài)的劃分指標(biāo)，按不同個(gè)體形態(tài)的成因組合特征劃分出10個(gè)三級地貌單元（表2）。

表1 塔里木盆地奧陶系風(fēng)化殼二級地貌類型劃分指標(biāo)

1.3 古巖溶微地貌刻畫

沙雅隆起阿克庫勒凸起古潛山具有明顯的喀斯特地貌特征，古地貌形態(tài)呈中部高、四周低的變化趨勢，地形相對高差在200~300 m，依據(jù)前述識別指標(biāo)，將塔河油田主體區(qū)劃分為巖溶臺地、巖溶緩坡地、巖溶陡坡地、巖溶山間盆地等4類二級地貌單元（圖1）。在二級地貌單元劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)不同巖溶微地貌個(gè)體形態(tài)的成因組合特征，劃分出峰叢洼地、丘峰洼地、巖溶槽谷、丘叢壟脊溝谷、丘叢壟脊槽谷、丘叢谷地、溶丘洼地、峰叢壟脊槽谷、峰叢谷地和巖溶湖共10種三級地貌類型（表3，圖3）。

（1）巖溶臺地巖溶臺地主要分布于塔河油田四區(qū)中西部及六區(qū)東北部一帶。在塔河四區(qū)呈近圓形展布，直徑5~6 km，面積30~35 km2；在六區(qū)呈南北向展布，面積3~4 km2.該區(qū)奧陶系頂面至石炭系雙峰灰?guī)r古厚度10~60 m，地形相對平坦。地表巖溶形態(tài)主要為溶峰（局部為緩丘）、洼地（淺洼地）及落水洞、巖溶槽谷等。巖溶臺地地勢較高，為古巖溶流域區(qū)域分水嶺及地下水主要補(bǔ)給區(qū)。根據(jù)三級地貌單元成因組合識別指標(biāo)，巖溶臺地內(nèi)分布有峰叢洼地、溶丘洼地、巖溶槽谷等3類三級古巖溶地貌類型（圖3）。

表2 塔里木盆地奧陶系風(fēng)化殼三級地貌類型劃分指標(biāo)

表3 塔河油田四區(qū)不同三級地貌單元古巖溶發(fā)育特征

（2）巖溶緩坡地巖溶緩坡地主要分布于塔河油田四區(qū)、六區(qū)周邊地區(qū)，奧陶系頂面至石炭系雙峰灰?guī)r古厚度60~110 m，地面坡降2%~3%；地表溝谷、水系不發(fā)育，為古水系徑流區(qū)；巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，以峰叢、丘叢、洼地（或落水洞）為主，洼（底）峰（峰叢頂）相對高程20~80 m，溝的走向多平行巖溶緩坡地的傾向。區(qū)內(nèi)分布有丘峰洼地、溶丘洼地、丘叢壟脊溝谷、丘叢壟脊槽谷、巖溶槽谷、巖溶湖等6類三級古巖溶地貌類型（圖3）。

（3）巖溶陡坡地位于塔河油田主體區(qū)的南部及西部，即塔河油田二區(qū)、七區(qū)、八區(qū)與六區(qū)西部。奧陶系頂面至石炭系雙峰灰?guī)r古厚度110~300 m.地形起伏相對較大，坡降3%~5%.地表溝谷、水系比較發(fā)育，為古水系徑流、排泄區(qū)，巖溶較發(fā)育，以峰叢、丘叢、巖溶洼地（或落水洞）、巖溶溝（谷）及巖溶谷地為特點(diǎn)。本區(qū)分布有丘峰洼地、丘叢谷地、峰叢洼地、峰叢壟脊槽谷、丘叢壟脊溝谷、巖溶槽谷、峰叢谷地、巖溶湖等8種三級古巖溶地貌類型（圖3）。

（4）巖溶山間盆地位于塔河油田四區(qū)中東部及二區(qū)東部一帶。此類地貌四周封閉，盆地面積相對較大，具地表徑流匯流特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)包括峰叢谷地和巖溶湖2種三級古巖溶地貌類型（圖3）。

圖3 塔河油田主體區(qū)前石炭紀(jì)三級地貌分區(qū)

2 微地貌單元巖溶發(fā)育特征

不同的地貌單元具有不同的巖溶發(fā)育特征（表3）。在塔河油田四區(qū)的6種三級地貌單元中，以峰叢洼地和丘峰洼地單元鉆遇的縫洞數(shù)目最多，分別為60個(gè)和46個(gè)；鉆孔揭示溶洞規(guī)模最大為TK409井，洞高75m，位于壟脊槽谷區(qū)，但被角礫巖全充填。其次為T403井，洞高達(dá)70 m，位于峰叢洼地區(qū)，亦被角礫巖充填。巖溶發(fā)育總體具有以下特征。

（1）峰叢洼地區(qū)地下水以垂向運(yùn)動為主，巖溶主要也以垂向溶蝕裂縫、溶洞為主，淺部巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，古溶洞總體上洞高較大。

（2）丘峰洼地區(qū)屬臺地向緩坡降低過渡部位，為大氣降水匯流、徑流區(qū)，地下徑流向四周徑流排泄，因而巖溶作用較強(qiáng)，水-巖作用周期相對較長，地下巖溶洞穴、巖溶管道一般比較發(fā)育。

（3）丘叢壟脊溝谷和槽谷區(qū)，壟脊間發(fā)育與壟脊走向一致的巖溶溝谷或槽谷，由于徑流坡降大，且匯水面積有限，地表溝谷規(guī)模相對較小，淺部以垂向溶蝕裂縫為主，一般難發(fā)育形成具規(guī)模的溶洞系統(tǒng)。

（4）巖溶槽谷和山間盆地區(qū)，由于處于相對低部位，古巖溶縫洞充填程度比峰叢洼地和壟脊槽谷等地區(qū)高，不利于油氣儲集。

（5）古巖溶發(fā)育深度（距奧陶系頂部距離）在峰叢洼地最大，達(dá)到了338.5 m.

（6）各類型地貌單元內(nèi)的山峰和溶丘的邊坡，是古巖溶發(fā)育最為有利的部位。

3 不同古地貌單元油氣儲集性能

古地貌形態(tài)對油氣富集具有明顯的控制作用，以塔河油田四區(qū)為例，不同古地貌單元油氣富集特征差異明顯（表4）。

表4 塔河油田四區(qū)不同古地貌單元油氣產(chǎn)能特征（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)截至2014年12月）

（1）峰叢洼地區(qū)和丘峰洼地區(qū)為高產(chǎn)能地貌單元，油氣產(chǎn)量分別占總量的69.8%和21.5%，為產(chǎn)能最高的2個(gè)區(qū)塊，與其巖溶發(fā)育程度高度一致。

（2）丘叢壟脊溝谷和槽谷區(qū)產(chǎn)能區(qū)域分布具有明顯不均一性，壟脊或壟脊邊坡部位的井累計(jì)產(chǎn)能較高（TK429井、TK404井等），處于洼地、溝谷或槽谷邊坡部位的井，其產(chǎn)能較低（TK483井、TK472井等）。

（3）巖溶山間盆地區(qū)和巖溶槽谷區(qū)產(chǎn)能較差。巖溶縫洞系統(tǒng)雖比較發(fā)育，但由于處于塔河油田區(qū)低部位，油水界面相對較高，成藏條件相對較差。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)古地貌形態(tài)呈中部高、四周低的變化趨勢，使用古地貌成因組合識別法將其劃分為巖溶臺地、巖溶緩坡地、巖溶陡坡地、巖溶山間盆地等4類二級地貌單元，并進(jìn)一步劃分出了峰叢洼地、丘峰洼地、巖溶槽谷、丘叢壟脊溝谷、丘叢壟脊槽谷、丘叢谷地、溶丘洼地、峰叢壟脊槽谷、峰叢谷地、巖溶湖等10種三級地貌類型。

（2）不同古地貌單元的巖溶發(fā)育明顯不同，巖溶作用與古地貌有密切關(guān)系：峰叢洼地和丘峰洼地單元縫洞發(fā)育規(guī)模大，巖溶發(fā)育深度大；巖溶槽谷和山間盆地古巖溶縫洞充填程度高；各類型地貌單元內(nèi)的山峰和溶丘的邊坡，是古巖溶發(fā)育最為有利的部位。

（3）古地貌形態(tài)對油氣富集具有明顯的控制作用，各地貌單元巖溶發(fā)育程度與油氣產(chǎn)能具有高度一致性。

（4）結(jié)合古地貌恢復(fù)和油氣勘探成果，認(rèn)為巖溶空間保留較好的溶丘和殘峰邊坡部位為今后的有利勘探目標(biāo)區(qū)。

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Application of Paleogeomorphic Genesis Assembly Identification Method to Recovery of Paleokarst Landform in Major Blocks of Tahe Oilfield,Tarim Basin

CAO Jianwen1,2,XIA Riyuan2,ZHANG Qingyu1,2
(1.School of Environment,ChinaUniversity of Geosciences,Wuhan,Hubei 430074,China;2.Chinese Academy of Geological Sciences, a.Institute of Karst Geology,b.Key Laboratory of Karst Dynamics,Ministry of Land and Resources,Guilin,Guangxi 541004,China)

In view of paleogeomorphology controlling the formation and distribution of karst reservoirs,this paper explored the application of paleogeomorphic genesis assembly identification method to restore the pre?Carboniferous paleokarst landform in the major blocks of Ta?he oilfield.Firstly,4 kinds of two?grade geomorphic units(karst platform,karst slope(upper),karst slope(lower),karst intermountain basin) are presented,and then landform identification factors are added to further divided the paleokarst landform into 10 kinds of three?grade geo?morphic units,by which the identification precision of paleogeomorphic landform can be improved.Also,combined with the karst develop?ment features and hydrocarbon reservoir properties in micro?geomorphic units,the relationship between petroleum production and geomor?phology is analyzed to provide powerful basis for prediction of karst reservoirs in Tahe oilfield.

Tarim basin;Tahe oilfield;paleogeomorphic genesis assembly identification method;landform restoration;paleokarst landform

TE112.221

A

1001-3873（2015）03-0283-05

10.7657/XJPG20150306

2014-11-25

2015-03-30

國家973項(xiàng)目（2011CB201001）；國家自然科學(xué)基金（41302122）；國土資源部公益性行業(yè)專項(xiàng)（201211082）

曹建文（1983-），男，河南沁陽人，助理研究員，博士，石油地質(zhì)，（Tel）0773-5810671（E-mail）caojianwen@karst.ac.cn.