塔中地區(qū)西北部鷹山組成巖早期巖溶作用類型及其特征

張　恒,蔡忠賢,漆立新,云　露

[1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；　2.美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校經(jīng)濟(jì)地質(zhì)調(diào)查局，德克薩斯 奧斯汀 78713-8924；　3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；4.中國(guó)石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011]

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塔中地區(qū)西北部鷹山組成巖早期巖溶作用類型及其特征

張恒1,2,3,蔡忠賢1,3,漆立新4,云露4

[1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；2.美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校經(jīng)濟(jì)地質(zhì)調(diào)查局，德克薩斯 奧斯汀 78713-8924；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；4.中國(guó)石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011]

根據(jù)塔中構(gòu)造演化歷史，厘定了鷹山組沉積-暴露時(shí)期均處于早期成巖階段?；诖罅康某上駵y(cè)井、巖心、薄片和部分分析化驗(yàn)資料，以及二維、三維地震數(shù)據(jù)，結(jié)合陰極發(fā)光技術(shù)、電鏡掃描技術(shù)和地震屬性提取技術(shù)，將塔中西北部鷹山組成巖早期巖溶作用劃分為混合水巖溶和大氣淡水巖溶兩種基本類型，并闡述了巖溶發(fā)育特征，建立了巖溶作用模式。研究結(jié)果表明：①混合水巖溶為一期組構(gòu)選擇性的溶蝕作用，集中發(fā)育于塔中北坡折帶順7井，儲(chǔ)層受到海岸帶高能相帶的控制。②大氣淡水巖溶為一期非組構(gòu)選擇性的溶蝕作用，平面分布極為普遍。巖溶儲(chǔ)層以裂縫型和裂縫孔洞型為主，巖溶垂向結(jié)構(gòu)發(fā)育不完整，且儲(chǔ)層在巖溶古地貌上的分異特征不顯著，與北西西向斷裂密切相關(guān)，反映了低幅度地貌控制下的開放系統(tǒng)“裂隙-滲流”型巖溶作用模式。

混合水巖溶；大氣淡水巖溶；早期成巖階段；巖溶作用；鷹山組；塔中地區(qū)

Choquette和Pray依據(jù)時(shí)間次序?qū)⒊蓭r作用劃分早期成巖階段、中期成巖階段和晚期成巖階段，并指出洞穴主要發(fā)育在早期和晚期成巖階段[1]。隨后20多年，該理論不僅在碳酸鹽巖沉積學(xué)和巖石學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，在碳酸鹽巖巖溶學(xué)領(lǐng)域亦備受推崇，特別是與油氣勘探相關(guān)的晚期成巖階段、近地表古巖溶研究[2-4]。多數(shù)學(xué)者稱其為非承壓型大氣淡水巖溶或表生巖溶[5-6]，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者稱其為風(fēng)化殼巖溶[7-9]。該類巖溶與大型不整合面密切相關(guān)，發(fā)育于古老的碳酸鹽巖地層中，多形成于內(nèi)陸環(huán)境。巖石經(jīng)歷了深埋藏和構(gòu)造變形，壓實(shí)作用極強(qiáng)。原始基質(zhì)孔隙度和滲透率極低，現(xiàn)存孔隙主要是裂縫網(wǎng)絡(luò)和孔洞管道形成的雙孔介質(zhì)[10]。我國(guó)塔河油田、輪南油氣田、任丘油田即為該類巖溶的典型代表[7]。

近年來(lái)，塔中地區(qū)中-下奧陶統(tǒng)鷹山組油氣勘探取得了重大進(jìn)展。塔中北斜坡地區(qū)已培育出大型凝析氣田，探明儲(chǔ)量2×108t[11]，塔中西北部中1井、中12CX井和順7井亦獲得了工業(yè)油氣流[12]，塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶北側(cè)下盤順南—古城地區(qū)多口探井獲得天然氣流[9,13-14]。圍繞儲(chǔ)層的成因機(jī)制，一種觀點(diǎn)認(rèn)為與塔河油田類似，鷹山組頂部暴露形成了廣泛的風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)集體[11,15-17]。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為深部埋藏溶蝕作用是孔隙形成的主要機(jī)制，包括①埋藏階段有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程中生成的富含CO2和H2S的高溫酸性流體沿著先期孔洞層和斷裂與圍巖發(fā)生水巖反應(yīng)形成溶蝕孔隙[18-21]；②沿著斷裂帶上升的熱液流體使圍巖發(fā)生白云巖化作用，形成孔隙增生[20,22]；③埋藏白云巖化作用形成優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)集體[23-24]；④受到火山巖活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)端熱液與地層鹵水混合，并沿著斷裂分布，形成上升型流體-巖石相互作用體制，發(fā)育熱液改造型孔隙[25-27]。這兩種觀點(diǎn)分別強(qiáng)調(diào)了晚期和中期成巖階段的巖溶作用成因，然而對(duì)于早期成巖階段的巖溶作用卻少有提及。

實(shí)際上，20世紀(jì)80年代以來(lái)，與早期成巖階段相關(guān)巖溶作用逐漸得到眾多學(xué)者的重視[28-32]，學(xué)術(shù)界稱之為成巖早期近地表巖溶或同生巖溶。該類巖溶多發(fā)生在海岸帶和島嶼環(huán)境，受到大氣淡水-海水混合巖溶作用的改造，也稱海岸帶巖溶、島嶼型巖溶或混合水巖溶[5]。成巖早期巖溶作用主要發(fā)育在年輕的灰?guī)r地層中，且接近沉積區(qū)。成巖作用仍在進(jìn)行、尚未經(jīng)歷壓實(shí)作用，巖石的基質(zhì)孔隙度和滲透率較高，以粒間孔、鑄?？诪榇?，巖石固結(jié)作用和巖溶作用是同時(shí)進(jìn)行的[10]。

本次研究基于塔中地區(qū)西北部鷹山組大量成像測(cè)井、巖心和薄片以及二維、三維地震資料，結(jié)合陰極發(fā)光技術(shù)、電鏡掃描技術(shù)和優(yōu)化屬性提取技術(shù)，從早期成巖階段的新視角，識(shí)別和厘定了兩種巖溶作用類型，并闡述了巖溶儲(chǔ)層分布特征，建立了巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的水文地質(zhì)模式。

1　地質(zhì)概況

早奧陶世—中奧陶世塔中地區(qū)構(gòu)造環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，以拉張為主，發(fā)育張性正斷裂[34]，中-下奧陶統(tǒng)穩(wěn)定沉積，主要為局限臺(tái)地-開闊臺(tái)地相(圖2)。

中奧陶世末期，加里東中期Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成區(qū)域性擠壓，形成塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶等北西西向大型逆沖斷裂體系[35]，同時(shí)使得良里塔格組沉積之前，中奧陶統(tǒng)遭受大量剝蝕，并強(qiáng)烈地隆升，卡塔克隆起初具雛形。

晚奧陶世，塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶繼承性持續(xù)活動(dòng)，碳酸鹽巖臺(tái)地在鷹山組古隆起的背景上發(fā)育，良里塔格組沿著塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶在臺(tái)地邊緣廣泛發(fā)育礁灘型高能沉積相，桑塔木沉積期因大規(guī)模的海侵導(dǎo)致臺(tái)地淹沒(méi)，形成巨厚混積陸棚相[36]。由此可知，鷹山組沉積之后直接被抬升至地表。

受到加里東中期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，鷹山組頂部遭受了長(zhǎng)達(dá)10Ma的暴露和剝蝕[11]，不僅形成了廣泛的不整合面，而且使得該區(qū)大部分缺失上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組、中奧陶統(tǒng)一間房組以及鷹山組上段地層。奧陶系自上而下分別為桑塔木組、良里塔格組、鷹山組和蓬萊壩組。其中，良里塔格組與鷹山組呈平行不整合接觸關(guān)系。鷹山組地層厚度自中央主壘帶向兩側(cè)逐漸增厚，巖性以云質(zhì)灰?guī)r和白云巖為主。

圖1　塔中地區(qū)西北部構(gòu)造及井位分布Fig.1　Structural units,fault and well locations of northwestern Tazhong area

圖2　塔中地區(qū)鷹山組構(gòu)造演化剖面Fig.2　Tectonic evolution profiles of Yingshan Formation in Tazhong area3.上寒武統(tǒng)；O1-2.中-下奧陶統(tǒng)；O3l.上奧陶統(tǒng)良里塔格組；O3s.上奧陶統(tǒng)桑塔木組a—f.402EW剖面； g—l.448SN剖面

2　塔中地區(qū)早期成巖階段厘定

前人在塔中隆起與塔河主體區(qū)中-下奧陶統(tǒng)巖溶作用對(duì)比研究中認(rèn)為[8-9,15,19-21,25-27,33,37]：①塔中隆起中-下奧陶統(tǒng)大部分被上奧陶統(tǒng)覆蓋，塔河主體區(qū)石炭系直接超覆在中-下奧陶統(tǒng)之上；②中-下奧陶統(tǒng)大規(guī)模抬升和暴露的時(shí)間分別為加里東中期和海西早期,因此兩個(gè)地區(qū)大氣淡水巖溶作用分別以加里東中期、海西早期為主；③塔中隆起中下奧陶統(tǒng)暴露的時(shí)間及大氣水巖溶作用規(guī)模遠(yuǎn)不及塔河主體區(qū)；④塔中隆起除了發(fā)育廣泛的風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)集體以外，多期次、多類型埋藏溶蝕作用疊加改造對(duì)孔隙的形成和保存貢獻(xiàn)極大。

然而，即便一些學(xué)者將構(gòu)造演化差異納入了巖溶認(rèn)識(shí)范疇，塔中隆起和塔河主體區(qū)巖溶發(fā)育差異的本質(zhì)并沒(méi)有徹底地揭示[33]。筆者認(rèn)為其根本區(qū)別在于中-下奧陶統(tǒng)抬升暴露的時(shí)期分別對(duì)應(yīng)于早期成巖階段和晚期成巖階段。主要依據(jù)如下：①塔中地區(qū)的構(gòu)造演化表明，鷹山組沉積之后并沒(méi)有經(jīng)歷中期成巖階段，而是直接被抬升至地表，即由沉積期直接進(jìn)入暴露期(圖2)。因此，塔中地區(qū)鷹山組暴露之時(shí)，巖石結(jié)構(gòu)尚未完全固結(jié)，屬于年輕的灰?guī)r地層。②塔中北斜坡地區(qū)上奧陶統(tǒng)與中-下奧陶統(tǒng)呈角度不整合接觸關(guān)系[11]，而塔河南部上奧陶統(tǒng)與中-下奧陶統(tǒng)呈平行不整合接觸關(guān)系[38]，說(shuō)明塔中隆起和塔河主體區(qū)中-下奧陶統(tǒng)大規(guī)模的抬升分別在上奧陶統(tǒng)披覆之前和之后，即塔中隆起鷹山組抬升之前未經(jīng)歷埋藏階段，而塔河主體區(qū)至少經(jīng)歷了上奧陶統(tǒng)沉積期的埋藏。③根據(jù)塔中鷹山組巖心薄片觀察，顆粒的原始輪廓十分清晰并保存完整，顆粒之間的接觸方式為點(diǎn)接觸或者未接觸(圖3d,f)，說(shuō)明壓實(shí)作用并不強(qiáng)烈，并且在順7井發(fā)現(xiàn)了大量的粒內(nèi)孔隙和局部鑄?？?圖3f,g)。這種巖石結(jié)構(gòu)特征和巖溶作用特征反映了早期成巖階段的特點(diǎn)。

基于上述分析，并結(jié)合Choquette和Pray成巖階段的劃分方案[1]，將塔中地區(qū)西北部鷹山組早期成巖階段劃分為沉積期和暴露期兩個(gè)階段。

3　成巖早期巖溶作用類型及其特征

根據(jù)巖溶作用時(shí)間和巖溶水類型的差異，并基于塔中西北部鷹山組早期成巖階段的厘定，將該階段巖溶作用劃分為混合水巖溶和大氣淡水巖溶兩種基本類型，且分別對(duì)應(yīng)于沉積期和暴露期。

3.1混合水巖溶

3.1.1混合水巖溶識(shí)別標(biāo)志

混合水巖溶又稱同生巖溶(syngenetic karst)，發(fā)育于鷹山組沉積時(shí)期。受海平面升降影響，鷹山組地層間歇性暴露出地表，并接受大氣淡水-海水混合作用改造[10]。Vacher和Mylroie認(rèn)為其形成于年輕的灰?guī)r中，發(fā)育由連通的孔道和優(yōu)先發(fā)育的走廊帶組成的雙孔介質(zhì)[30]。Grime指出該類巖溶作用與巖化作用是同期的[31]。Moore明確了該類巖溶作用形成于基質(zhì)孔隙和滲透率較高的巖石中[32]。

此外，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)該類巖溶作用的識(shí)別特征相繼進(jìn)行了報(bào)道[39-46]。主要體現(xiàn)出以下特征：①圍巖具有較好的孔滲性，孔隙發(fā)育明顯受到巖相控制；②在海岸帶或者島嶼環(huán)境的野外露頭考察中發(fā)育側(cè)翼邊緣洞穴和孔洞層；③露頭和巖心中發(fā)育似層狀分布的溶蝕孔洞，且多呈現(xiàn)出花斑狀、蜂窩狀和海綿狀的形態(tài)特征；④溶蝕孔洞與圍巖界面模糊，往往呈過(guò)渡變化，并發(fā)育“易暈狀”特征；⑤在顯微鏡下發(fā)育組構(gòu)選擇性溶蝕作用形成的鑄模孔、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔等；⑥發(fā)育滲流粉砂充填物和示頂?shù)讟?gòu)造；⑦發(fā)育晶簇狀、懸垂型、新月形等大氣淡水膠結(jié)物；⑧發(fā)育纖維狀、犬牙狀等膠結(jié)物；⑨混合水成巖環(huán)境下方解石膠結(jié)物主要發(fā)暗色陰極發(fā)光；⑩由于大氣淡水的影響，氧碳同位素較圍巖整體偏負(fù)，鍶同位素值往往大于同地區(qū)海相圍巖值[9]。

3.1.2混合水巖溶發(fā)育特征

塔中西北部鷹山組混合水巖溶主要發(fā)育在順西三維區(qū)斜坡地帶，以順7井最為典型。該井鷹山組井段6 820～6 912 m為油氣產(chǎn)能段，裸眼酸壓測(cè)試4 mm油嘴，油壓56.2 MPa，日產(chǎn)油24 m3，日產(chǎn)氣11.8×104m3。該產(chǎn)能段對(duì)應(yīng)于第7～8回次取心(圖3a)，為一套高能相顆粒灰?guī)r，發(fā)育極為豐富的蜂窩狀溶蝕孔洞儲(chǔ)集體，孔洞級(jí)別為毫米級(jí)，孔洞與圍巖之間的界限并不明顯(圖3b)；微觀鏡鑒發(fā)現(xiàn)該套巖心的微觀孔隙主要為組構(gòu)選擇性的鑄模孔和粒內(nèi)溶孔(圖3d，f，g)。

同時(shí)，順7井產(chǎn)能段的微觀薄片中識(shí)別了至少5種類型方解石膠結(jié)物：纖維狀方解石膠結(jié)物、犬牙狀方解石膠結(jié)物、晶簇狀方解石膠結(jié)物、懸垂型方解石膠結(jié)物和新月形方解石膠結(jié)物。其中，纖維狀方解石膠結(jié)物和犬牙狀方解石膠結(jié)物分布于顆粒周緣，前者具有等厚環(huán)邊結(jié)構(gòu)，呈放射狀(圖3g)，后者呈鋸齒狀，屬于第一世代膠結(jié)物，反映了海水潛流或者滲流成巖環(huán)境。晶簇狀方解石膠結(jié)物分布于顆粒之間，晶粒較小，具有鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖3d)。懸垂型和新月形方解石膠結(jié)物分布于顆粒下緣，陰極發(fā)光下發(fā)暗色光(圖3e)，屬于第二世代膠結(jié)物，是準(zhǔn)同生期大氣淡水滲流帶的產(chǎn)物。

圖3　塔中地區(qū)順7井鷹山組巖溶發(fā)育特征Fig.3　Karstification characteristics of the Yingshan Formation in Shun-7 well in Tazhong areaa.順7井鷹山組單井綜合柱狀圖；b.第7回次，埋深6 872.04 m，砂屑灰?guī)r，密集分布的未充填溶蝕孔洞；c.第8回次，埋深6 879.30 m，砂屑灰?guī)r，高角度裂縫擴(kuò)容特征；d.第7回次，埋深6 873.42 m，亮晶砂屑灰?guī)r,懸垂型、晶簇狀和連晶方解石膠結(jié)物；e.第7回次，埋深6 873.42 m，方解石膠結(jié)物陰極發(fā)光呈暗色發(fā)光；f.第6回次，埋深6 843.08 m，亮晶鮞?；?guī)r，粒內(nèi)溶孔；g.第8回次，埋深6 879.30 m，，亮　　晶砂屑灰?guī)r，新月形、纖維狀和連晶方解石膠結(jié)物

3.2大氣淡水巖溶

3.2.1大氣淡水巖溶識(shí)別

大氣淡水巖溶是指可溶性巖層在大氣淡水補(bǔ)給條件下形成的化學(xué)溶解及機(jī)械垮塌過(guò)程[5]。該巖溶作用的識(shí)別標(biāo)志體現(xiàn)在地震、鉆井測(cè)井、巖心、薄片以及地化分析等資料上[37,41-42,47]。混合水巖溶和大氣淡水巖溶在識(shí)別特征上的差異性，主要體現(xiàn)在溶解機(jī)制、水流樣式、巖溶發(fā)育背景、巖溶作用機(jī)制、孔洞發(fā)育特征、儲(chǔ)層控制因素、成巖環(huán)境、孔隙類型及規(guī)模、方解石膠結(jié)物特征等方面[41-46,48](表1)。

塔中地區(qū)西北部鷹山組大氣淡水巖溶作用識(shí)別證據(jù)包括以下幾個(gè)方面：

2) 中15井5 450 m和中19井5 470 m的取心中揭示了不整合面(圖5a，b)，證實(shí)了鷹山組頂部的暴露特征。此外，中20井鷹山組5 493.2 m的取心中發(fā)現(xiàn)角礫巖化現(xiàn)象(圖5c)。

3) 塔中西北部鷹山組的微觀薄片中普遍發(fā)育連晶方解石(圖3d)，代表大氣淡水成巖環(huán)境下一期規(guī)模較大的非組構(gòu)選擇性溶蝕作用形成的孔隙被膠結(jié)充填。該膠結(jié)物往往具有雙向解理結(jié)構(gòu)、晶體表面較臟、連片生長(zhǎng)，陰極發(fā)光呈暗色發(fā)光(圖3e，圖5h,圖5g)，為第三世代膠結(jié)物 。

4) 中15井5 450.81 m和5 571.50 m的取心中分別發(fā)育方解石全充填孔洞和水平裂縫(圖5f)。其中，孔洞與圍巖界面清晰；裂縫中充填的方解石為連晶方解石，且方解石膠結(jié)充填之后發(fā)生了沿著裂縫的擴(kuò)溶作用(圖5g)。

5) 中1井距離不整合面16 m的第18-19回次取心中發(fā)育白云巖溶蝕孔洞，孔洞分布密集，達(dá)到毫米級(jí)(圖5o，p)。同時(shí)，掃描電鏡觀察顯示，第18回次的白云巖段中發(fā)育大量的晶內(nèi)溶孔(圖5q)，局部晶間孔中可見粘土礦物充填(陸源碎屑)(圖5r)。

表1　塔中地區(qū)混合水巖溶和大氣淡水巖溶作用差異性對(duì)比

圖4　塔中地區(qū)西北部鷹山組儲(chǔ)層成像測(cè)井響應(yīng)特征Fig.4　Imaging logging characteristics of Yingshan Formation in northwestern Tazhong areaa.中1井,埋深5 368～5 371 m為孔洞型儲(chǔ)層，5 409～5 410 m為裂縫-孔洞型儲(chǔ)層；b.中11井,埋深5 475 m和5 481 m為孔洞型儲(chǔ)層，5 486～5 487 m為裂縫-孔洞型儲(chǔ)層；c.中13井,埋深5 433 m和5 446 m為裂縫型儲(chǔ)層，5 460 m為裂縫-孔洞型儲(chǔ)層；d.中15井,埋深5 455～5 461 m為裂縫-孔洞型儲(chǔ)層，5 473～5 482 m為裂縫型儲(chǔ)層；e.中16井,埋深5 573 m為裂縫型儲(chǔ)層，5 574～5 575 m為孔洞型儲(chǔ)層；f.中19井,埋深5 475 m和　　5 484 m為裂縫-孔洞型儲(chǔ)層，5 486 m為裂縫型儲(chǔ)層

6) 對(duì)順7井和中15井中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖中的孔洞和裂縫方解石進(jìn)行了碳氧同位素和鍶同位素的分析測(cè)試(表2)。樣品δ13C(PDB)為-1.14‰～1.68‰，δ18O(PDB)為-6.85‰～-9.92‰(編號(hào)C-01至C-04)，與塔中地區(qū)奧陶系背景值(C-05)相比,氧同位素和碳同位素呈現(xiàn)整體偏負(fù)的特征，說(shuō)明存在大氣淡水成巖流體的影響[49-50]。此外，順7井和中15井裂縫方解石的87Sr/86Sr值分別為0.710 068和0.709 897，大于奧陶系圍巖的鍶同位素比值，且大于Veizer 等確定的奧陶系海相碳酸鹽巖取值范圍，進(jìn)一步支撐了上述認(rèn)識(shí)[51]。

3.2.2大氣淡水巖溶儲(chǔ)層垂向分布

結(jié)合中央斷壘帶鷹山組頂部裂縫-孔洞成像測(cè)井響應(yīng)特征和中1井、中12CX井油氣儲(chǔ)集層段[12]，對(duì)不整合面附近大氣淡水巖溶儲(chǔ)集體進(jìn)行了對(duì)比(圖7),發(fā)現(xiàn)：①僅中1井、中13井和中16井緊貼不整合面分別發(fā)育了一套厚約2，1和0.5 m的孔洞段，其他單井孔洞發(fā)育程度較低；②裂縫和裂縫-孔洞為大氣淡水巖溶儲(chǔ)集體的主要類型；③高角度裂縫及其相關(guān)的溶蝕特征占主導(dǎo)，水平層狀的溶蝕特征極為少見，僅出現(xiàn)于中1井5 369～5 371 m、中13井5 432～5 434 m；④儲(chǔ)層橫向連續(xù)性強(qiáng)，主要分布在不整合面以下0～60 m范圍的地層中。以上特征說(shuō)明：中央斷壘帶鷹山組較為明顯的垂向滲流特征。同時(shí)，裂縫對(duì)于大氣淡水滲流的控制作用十分顯著。然而，并沒(méi)有識(shí)別出任何徑流或者潛流的溶蝕跡象。

圖5　塔中西北部鷹山組大氣水巖溶發(fā)育特征Fig.5　Meteoric karst evidences of Yingshan Formation in northwestern Tazhong areaa.中15井，埋深5 450 m，不整合面，界面上為含泥灰?guī)r，下為泥晶灰?guī)r；b.中19井，埋深5 470 m，不整合面，界面上為暗色含泥灰?guī)r，下為泥晶灰?guī)r；c.中20井，埋深5 493.2 m淺灰色細(xì)晶灰?guī)r，角礫巖化現(xiàn)象；d.順7井，埋深6 879.66 m，亮晶生屑砂屑灰?guī)r，連晶方解石膠結(jié)物，溶蝕邊界清晰；e.順7井，埋深6 879.66 m，陰極發(fā)光；f.中15井，埋深5 571.5 m，灰色泥晶灰?guī)r，方解石全充填裂縫；g.中15井，埋深5 571.5 m，連晶方解石；h.中15井，埋深5 571.5 m，陰極發(fā)光；i.順4井，埋深6 806.2 m，亮晶砂屑灰?guī)r，多期次裂縫和擴(kuò)溶裂縫被方解石膠結(jié)充填；j.中101井，埋深5 530.02 m，淺灰色云質(zhì)泥晶砂屑灰?guī)r，高角度裂縫被方解石膠結(jié)物充填，縫長(zhǎng)140 mm，縫寬2～3 mm；k.順7井，埋深6 877.45 m，沿著高角度裂縫擴(kuò)溶特征；l.順7井，埋深6 878.35 m，沿著高角度裂縫擴(kuò)溶特征；m.順7井，埋深6 881.52 m，沿著高角度裂縫擴(kuò)溶特征；n.順7井，埋深6 882.0 m，沿著高角度裂縫擴(kuò)溶特征；o.中1井，埋深5 868.0 m，白云巖溶蝕孔洞段；p.中1井，埋深5 371.0 m，白云巖溶蝕孔洞段；q.中1井，埋深5 367.05 m，白云巖中細(xì)晶白　　云石晶體，表面可見溶蝕現(xiàn)象；r.中1井，埋深5 368.20 m,白云巖晶間孔見粘土礦物充填

表2　塔中地區(qū)西北部鷹山組裂縫和孔洞方解石膠結(jié)物碳、氧、鍶同位素分析測(cè)試結(jié)果

注：—表示沒(méi)有測(cè)試數(shù)據(jù)。C-05來(lái)自江茂生等(2002)對(duì)塔中奧陶系圍巖測(cè)試數(shù)據(jù)平均值。

圖6　塔中地區(qū)順7井和中15井中-下奧陶統(tǒng)方解石膠結(jié)物碳、氧同位素投點(diǎn)圖Fig.6　Cross-plot of δ18O and δ13C values of calcites in Lower-Middle Ordovician in S7 and Z15 wells in Tazhong area

眾所周知，巖溶具有垂向分帶特征，以不同的角度認(rèn)識(shí)這種分帶性，其表述術(shù)語(yǔ)有所不同[11,52]。按照水動(dòng)力條件的不同，通常在巖溶剖面上，一個(gè)完整的巖溶旋回自上而下可以分為表層巖溶帶、垂直滲濾帶、水平徑流帶和深部潛流帶。表層巖溶帶在國(guó)外稱為Epikarst[53]，即碳酸鹽巖巖石淺層或表皮風(fēng)化帶，發(fā)育大量垂直的巖石節(jié)理、裂紋和裂隙，其深度從幾米到幾十米不等。它是蓄水、風(fēng)化和滲流的子系統(tǒng)，往往通過(guò)豎井流與垂直滲流帶連通。因此，筆者認(rèn)為中央斷壘帶以表層巖溶帶為主體，其他分帶結(jié)構(gòu)缺失，為一套不完整的巖溶序列。

3.2.3大氣淡水巖溶儲(chǔ)層橫向分布

卡1三維區(qū)鷹山組古地貌變化幅度在20 ms范圍內(nèi)，反映了較為平緩的地形起伏。其中，中1井—中12井—中20井控制的區(qū)域古地貌相對(duì)較高。實(shí)際上，這種地貌格局與塔中地區(qū)構(gòu)造格局(圖1)恰好吻合，卡1三維區(qū)整體處于中央斷壘帶平臺(tái)區(qū)，因此古巖溶地貌在平面上的分異程度并不顯著。

區(qū)內(nèi)表層巖溶帶儲(chǔ)層主要呈“條帶狀”展布，東北部和東南部呈北西西向，中部和西部呈北北東向(圖8a)。無(wú)論是中1井—中122井一線古地貌高部位，還是中11井—中19井一線古地貌低部位，儲(chǔ)層發(fā)育程度差異極小。此外，條帶狀分布的巖溶儲(chǔ)層與北西西和北北東向斷裂的展布方向十分相符。

順西三維工區(qū)鷹山組古地貌變化幅度較卡1三維區(qū)明顯增大，在30～60 ms范圍內(nèi)。其中，順4井—順5井控制區(qū)域古地貌較高，順6井—順7井控制區(qū)域?yàn)楣诺孛驳椭祬^(qū)，反映了該區(qū)鷹山組暴露時(shí)期由臺(tái)地向斜坡的過(guò)渡。該區(qū)斷裂體系可以劃分為北西西向加里東中期斷裂、北西向加里東中期-海西早期斷裂和北北東向海西晚期等3期[54]。

圖7　塔中地區(qū)卡1三維區(qū)鷹山組不整合面附近裂縫-孔洞儲(chǔ)層發(fā)育特征Fig.7　Correlation of fissure-vugs near the unconformity on the top of Yingshan Formation in Ka-1 Block in Tazhong area

圖8　塔中地區(qū)卡1(a)和順西(b)三維區(qū)鷹山組0～10 ms平均絕對(duì)振幅與古地貌和斷裂疊合圖Fig.8　Average absolute amplitude(0-10 ms)overlaid with paleomorphology and fault system in Ka-1(a)and Shunxi(b)Block in Tazhong area

表層巖溶帶儲(chǔ)層呈“片狀”和“條帶狀”展布，前者分布在工區(qū)中部和東南部，后者分布在工區(qū)東北部，呈北西西向(圖8b)。與卡1三維區(qū)類似的是，巖溶儲(chǔ)層在臺(tái)地和斜坡上普遍分布，而斜坡帶上“條帶狀”巖溶儲(chǔ)層的展布方向與北西西向的斷裂方向卻正好一致，反映了北西西向斷裂對(duì)巖溶的控制作用。

4　鷹山組巖溶作用模式

4.1混合水巖溶模式

塔中西北部鷹山組僅在順7井識(shí)別了一期較為強(qiáng)烈的混合水巖溶作用，且這種溶蝕特征主要發(fā)育和保存在第7～8回次的取心中，厚15 m(圖9)。其中，第7回次為一套黃灰色亮晶砂屑灰?guī)r-黃灰色油跡細(xì)晶砂屑灰?guī)r段；第8回次為一套灰色油跡含砂屑灰?guī)r-淺灰色微晶灰?guī)r段(圖10)，是一套典型的砂屑灘沉積相。

順7井第5回次為一套泥晶灰?guī)r的低能相帶沉積，巖心和薄片觀察呈現(xiàn)的儲(chǔ)集空間以方解石充填的高角度裂縫為主(圖9)，儲(chǔ)層發(fā)育程度遠(yuǎn)不及第7～8回次，說(shuō)明孔隙的發(fā)育位置受到巖性巖相的控制。此外，中奧陶世，順7井處于塔中坡折帶，具有先天的海岸帶大氣淡水-海水補(bǔ)給優(yōu)勢(shì)。因此，筆者認(rèn)為該區(qū)具備混合水巖溶作用發(fā)育的有利條件，同生期海岸帶沉積的高能相帶是儲(chǔ)層發(fā)育的有利地區(qū)(圖10)。

4.2大氣淡水巖溶模式

塔中西北部大氣淡水巖溶儲(chǔ)層表現(xiàn)出幾個(gè)方面的特殊性：①以裂縫型和裂縫孔洞型儲(chǔ)層為主導(dǎo)，而非孔洞型儲(chǔ)層；②在全區(qū)分布極為普遍，集中發(fā)育于鷹山組淺層(0～60 m)；③中央斷壘帶形成了一套以表層巖溶帶為代表的不完整的巖溶垂向序列；④巖溶儲(chǔ)層在不同地貌部位的差異性并不顯著，主要受控于北西西向和北北東向的斷裂體系。因此，可以斷定鷹山組暴露期大氣淡水集中沿著裂縫向下滲流，并沒(méi)有形成徑流和潛流的排泄回路。

W.B.William和David C.Culver明確指出[10]，巖溶地貌的幅度決定了巖溶水運(yùn)動(dòng)的樣式和巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育特征。塔中西北部鷹山組處于中央斷壘帶和塔中北斜坡西北緣，巖溶古地貌平緩、地形起伏小，使得地表大氣淡水流動(dòng)的水力梯度較弱。因此，巖溶水的垂向侵蝕和溶解能力受到了極大制約。平面上普遍分布，縱向上地表和地下裂縫發(fā)育部位為巖溶水流動(dòng)的優(yōu)勢(shì)通道，這是該區(qū)大氣水巖溶儲(chǔ)層體現(xiàn)出獨(dú)特分布特征的本質(zhì)原因。

Osborne提出了巖溶挖掘及復(fù)活的理論[55]，認(rèn)為巖溶發(fā)育的過(guò)程，實(shí)際上是巖溶挖掘(包括地貌瓦解)并向基準(zhǔn)面逼近的過(guò)程。但是，巖溶向下挖掘在響應(yīng)排泄基準(zhǔn)面變化的過(guò)程中具有滯后性。當(dāng)排泄面不變時(shí)，這種滯后性會(huì)不斷減小，最后達(dá)到理論基準(zhǔn)面與實(shí)際基準(zhǔn)面(巖溶挖掘面)重合。受到中-低幅度巖溶古地貌的制約，塔中西北部鷹山組大氣水巖溶挖掘的滯后性并不強(qiáng)烈，甚至巖溶挖掘面與理論基準(zhǔn)面趨于重合，形成了淺層開放系統(tǒng)下的“裂隙-滲流”型巖溶作用模式(圖10)。

圖9　塔中地區(qū)順7井鷹山組取心段巖性、儲(chǔ)層和孔隙描述Fig.9　Lithology,reservoirs and pores description of cored intervals in Yingshan Formation of Shun-7 well in Tazhong area

5　結(jié)論

1) 塔中地區(qū)西北部鷹山組沉積之后即刻被抬升至地表，其暴露時(shí)期巖石尚未固結(jié)成巖，屬于年輕的灰?guī)r，巖化作用與巖溶作用是同期的，處于早期成巖階段。

2) 塔中地區(qū)西北部鷹山組成巖早期的巖溶作用包括混合水巖溶和大氣淡水巖溶兩種基本類型，分別發(fā)育于鷹山組沉積期和暴露期。

3) 混合水巖溶是一期組構(gòu)選擇性的溶蝕作用，受到大氣淡水和海水混合作用改造，主要集中分布在塔中西北部北坡折帶順7井鷹山組顆?；?guī)r段。反映了海岸帶高能相帶控制的巖溶作用模式。

4) 大氣淡水巖溶一期非組構(gòu)選擇性的溶蝕作用，全區(qū)分布十分普遍。巖溶儲(chǔ)層以裂縫型和裂縫-孔洞型為主；巖溶垂向序列發(fā)育不完整，以表層巖溶帶為主；在巖溶古地貌上的分異特征不顯著，但與北西西向斷裂體系密切相關(guān)。反映了低幅度地貌制約下的開放系統(tǒng)“裂縫-滲流”型巖溶作用模式。

圖10　塔中地區(qū)西北部鷹山組巖溶作用模式Fig.10　Karst development patterns of Yingshan Formation in northwestern Tazhong areaa.中奧陶世(鷹山組沉積期)混合水巖溶模式；b.中奧陶世末期(鷹山組暴露期)“裂隙-滲流”型大氣淡水巖溶模式

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(編輯張玉銀)

Types and characteristics of eogenetic karst in the Yingshan Formation in northwestern Tazhong area,Tarim Basin

Zhang Heng1,2,3,Cai Zhongxian1,3,Qi Lixin4,Yun Lu4

[1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan,Hubei430074,China;2.BureauofEconomicGeology,UniversityofTexasatAustin,Austin,Texas78713-8924,U.S.A.;3.FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan,Hubei430074,China;4.NorthwestOilfieldCompany,SINOPEC,Urumqi,Xinjiang830011,China]

It is recognized that the Yingshan Formation was in eogenetic stage both in depositional and exposure period according to the tectonic evolution history in Tazhong area.Based on a large amount of image logging,cores,thin sections,geochemical data and 2D & 3D seismic data in combination with cathode luminescence,scanning electronic microscope and seismic attributes extraction,we identified two types of eogenetic karst in the Yingshan Fm.in northwestern Tazhong area,namely mixing water karst and meteoric karst,discussed their formation characteristics and built karstification models .The following results were obtained.①The mixing water karst was formed by fabric-selective dissolution and controlled by high-energy sedimentary facies in coastal regions and occurs mainly in Well Shun7 in northern slope break zone;②The meteoric karst was produced by non-fabric-selective dissolution,and is universal in areal distribution.Karst reservoirs are dominated by fractured reservoirs and fractured-vuggy reservoirs.The karst is incomplete in vertical architecture and the reservoirs are insignificant in differential characteristics in respect of paleogeomorphology and are controlled by the NWW-trending fault system.The karstification mode is “fissure-seepage” type in an open system under the control of low relief paleogeomorphology.

mixed water karst,meteoric karst,Eogenetic stage,karstification,Yingshan Formation,Tazhong area

2015-07-15;

2015-12-30。

張恒(1988—)，男，博士研究生，碳酸鹽巖儲(chǔ)層地質(zhì)。E-mail:cughzhang@163.com。

簡(jiǎn)介：蔡忠賢(1963—)，男，教授，碳酸鹽巖沉積學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)和油藏描述。E-mail:zxcai@cug.edu.cn。

國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2012CB214804)；教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(TPR-2014-19)。

0253-9985(2016)03-0291-13

10.11743/ogg20160301

TE

A