崔 璀,鄭榮才,王 強(qiáng),宋海強(qiáng),吳 蕾,費(fèi)懷義,文 雯
(1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059; 2.中國石油 川慶鉆探工程公司 地質(zhì)勘探開發(fā)研究院,四川 成都 610051; 3.陜西延長石油國際勘探開發(fā)工程有限公司,陜西 西安 710075;4.中國石油 阿姆河天然氣公司,北京 100101; 5.中國石油 青海油田分公司 采油一廠,甘肅 敦煌 736200)
阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲層沉積學(xué)特征
崔 璀1,鄭榮才1,王 強(qiáng)2,宋海強(qiáng)3,吳 蕾4,費(fèi)懷義2,文 雯5
(1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059; 2.中國石油 川慶鉆探工程公司 地質(zhì)勘探開發(fā)研究院,四川 成都 610051; 3.陜西延長石油國際勘探開發(fā)工程有限公司,陜西 西安 710075;4.中國石油 阿姆河天然氣公司,北京 100101; 5.中國石油 青海油田分公司 采油一廠,甘肅 敦煌 736200)
土庫曼斯坦東北部的阿姆河盆地,是中亞地區(qū)最重要的含油氣盆地之一。根據(jù)鉆井巖心、測井、地震和分析化驗(yàn)資料,識別出3個(gè)三級層序,均由海侵和高位兩個(gè)體系域構(gòu)成。總體表現(xiàn)為水體向上變淺序列。通過應(yīng)用層序地層學(xué)和地震沉積學(xué)研究方法,對阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽臺地儲層沉積學(xué)特征進(jìn)行了研究,劃分出蒸發(fā)臺地、局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣礁灘、前緣緩斜坡和盆地6個(gè)相帶。確定臺地邊緣生物礁、灘及前緣緩斜坡的坡內(nèi)礁、灘相沉積最有利儲層發(fā)育。儲層巖性主要為厚殼蛤礁灰?guī)r和各類顆?;?guī)r,以發(fā)育保存良好的原生孔隙型與裂縫-孔隙型儲層為主,認(rèn)為臺地邊緣和斜坡內(nèi)的儲層分布明顯受沉積期的有利礁、灘相帶和埋藏期成巖作用等復(fù)合因素控制,這一特點(diǎn)可作為油氣勘探潛力分析的依據(jù)。
層序地層學(xué);地震沉積學(xué);礁、灘相帶;卡洛夫-牛津階;阿姆河盆地;土庫曼斯坦
位于圖蘭地臺東部的阿姆河盆地,是中亞地區(qū)面積和油氣儲量都是最大的沉積盆地[1]。該盆地含有極其豐富的石油和天然氣資源[2],而中-上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階具備非常優(yōu)越的油氣生、儲、蓋組合和成藏條件。近年來,眾多石油地質(zhì)學(xué)家通過鉆井巖心描述和測井、地震資料分析,以及地質(zhì)建模等技術(shù)方法,對該盆地卡洛夫-牛津階盆地沉積相特征、儲層特征[3-7]、生物礁和灘相儲層的識別,及孔隙和裂縫演化與分布規(guī)律等方面[7-12]進(jìn)行了詳細(xì)研究,比如鄭榮才等、張兵等和董霞等認(rèn)為牛津階碳酸鹽巖發(fā)育有孔洞縫復(fù)合型、裂縫-孔隙型、孔隙型和裂縫型等多種儲層類型,沉積微相和巖性對儲層類型及物性有直接控制作用,膠結(jié)和新生變形作用對儲層的破壞作用較大,溶蝕和破裂作用對儲層的物性改善較大。曾忠玉等依據(jù)阿姆河右岸AS區(qū)塊上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津組不同巖性段的地質(zhì)特征和電性特征,建立了生物礁的地質(zhì)模型,用波動方程正演模擬生物礁的正演地震響應(yīng)特征為丘形和透鏡狀反射,反射波有向上穹隆沖頂現(xiàn)象,礁的頂部反射波振幅變?nèi)酢⒉ㄐ尾贿B續(xù),生物礁巖隆頂波組為波谷弱反射等特征。依據(jù)巖心描述和薄片鑒定成果,可確定研究區(qū)卡洛夫-牛津階主要礁灰?guī)r類型為生物骨架巖和生物粘結(jié)兩類,通過分析過Sam53-1井的近東西向和南北向發(fā)育礁灘相沉積的地震剖面,得知地震相整體表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅平行-亞平行反射特征,局部出現(xiàn)透鏡狀反射,并預(yù)測過Sam53-1井的一個(gè)上部透鏡體的頂、底面為強(qiáng)振幅,下部透鏡體頂面為強(qiáng)反射,底面為斷續(xù)弱反射的異常體,具備典型的臺地邊緣生物礁-灘復(fù)合體的地震相特征。
就目前的勘探和研究程度而言,對阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖的基礎(chǔ)地質(zhì)研究仍然缺乏更細(xì)致的了解。筆者通過結(jié)合該地區(qū)卡洛夫-牛津階層序地層特征,生物礁、灘沉積的地震相與微相特征,以及成巖作用于儲層發(fā)育關(guān)系進(jìn)行深入研究,并進(jìn)行有利儲集相帶的油氣勘探潛力分析,對拓寬阿姆河盆地卡洛夫-牛津階勘探領(lǐng)域和對油氣資源的合理開發(fā)具有一定意義。
研究區(qū)位于土庫曼斯坦境內(nèi)的阿姆河盆地右岸,該盆地被劃分為基底、過渡層和地臺蓋層三個(gè)構(gòu)造層系。盆地的沉積蓋層構(gòu)造格局和區(qū)域分布受北西向和北東向兩組斷裂控制。區(qū)域構(gòu)造屬于阿姆河盆地眾多大型構(gòu)造單元[1,8,13-14]中的查爾朱階地(圖1)。中-上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階碳酸巖鹽是油氣儲層的主要發(fā)育層位[10,15-17],與下伏中侏羅統(tǒng)海岸平原-瀉湖沼澤相的含煤碎屑巖系呈超覆不整合接觸關(guān)系,與上覆上侏羅統(tǒng)基末利階高爾達(dá)克組的高伽瑪泥巖層或厚層膏鹽巖層為連續(xù)沉積[18]。其本身為一套較深水碳酸鹽巖緩斜坡-淺水碳酸鹽巖臺地相的沉積組合(圖2)[8],自上而下被劃分為8個(gè)巖性段:ⅩⅤac層、ⅩⅤp層、ⅩⅤm層、ⅩⅤhp層、ⅩⅤa1層、Z層、ⅩⅤa2層和ⅩⅥ 層(圖3)。儲層主要發(fā)育于ⅩⅤp層、ⅩⅤm層、ⅩⅤhp層和ⅩⅤa1層等臺地邊緣和前緣上斜坡內(nèi)礁、灘相的生物灰?guī)r和顆?;?guī)r中,儲層物性普遍較好,尤其是臺地邊緣生物礁、灘相沉積往往具備優(yōu)越的儲、蓋組合條件[3,7,10,13-18]。
2.1 層序地層特征
中-晚侏羅世沉積期,阿姆河盆地發(fā)育有3個(gè)區(qū)域性海侵-海退沉積旋回(圖3)。根據(jù)鉆井巖心、測井曲線和地震剖面的綜合分析結(jié)果,可從中-上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階碳酸鹽地層中識別出4個(gè)Ⅱ型層序界面,分別為:位于ⅩⅥ層底部,由區(qū)域性構(gòu)造先隆升后沉降形成,以平行不整合為標(biāo)志的層序底界面;位于ⅩⅤhp層底部和ⅩⅤp層底部,以大型沖刷間斷為標(biāo)志的層序底界面;位于ⅩⅤac層頂部,與基末利階大套膏鹽巖連續(xù)沉積分界的巖性和巖相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變面為標(biāo)志的層序頂界面。以Vail[19-20]的層序劃分和命名為原則,根據(jù)層序界面特征、性質(zhì)和結(jié)構(gòu),在沉積相分析基礎(chǔ)上,以4個(gè)界面為層序劃分依據(jù),將卡洛夫-牛津階劃分為SQ1,SQ2和SQ3三個(gè)Ⅱ型層序,各層序發(fā)育有3個(gè)共同的特點(diǎn):①僅發(fā)育海侵和高位體系域;②發(fā)育在臺內(nèi)和臺地邊緣礁灘相帶的3個(gè)層序都具備海侵體系域沉積厚度遠(yuǎn)小于高位體系域的快速海侵緩慢海退層序結(jié)構(gòu)(表1;圖2),而在Ber-22井和Akk-7井發(fā)育在緩斜坡相帶的SQ2層序,出現(xiàn)海侵體系域沉積厚度大于高位體系域的緩慢海侵加速海退層序結(jié)構(gòu)(表1);③緩慢海退的高位體系域是礁、灘相沉積和儲層發(fā)育的有利時(shí)期。
圖1 阿姆河右岸地區(qū)區(qū)域構(gòu)造略圖(據(jù)文獻(xiàn)[14],有修改)Fig.1 Regional structural map of the right bank of Amu Darya River[14]
圖2 土庫曼斯坦阿姆河盆地XVm層古地理與沉積微相平面展布Fig.2 Paleogeography and distribution of sedimentary facies associations of the XVm layer in Amu Darya Basin,Turkmenistan
2.1.1 海侵體系域(TST)
由于海平面快速上升、水體迅速侵入陸棚,導(dǎo)致缺乏初始海侵期的低位或陸架邊緣體系域[8],僅有海侵體系域發(fā)育于SQ1,SQ2和SQ3三個(gè)層序下部(圖3)。由于此期間海侵速度快而沉積物供給量少,沉積速率低,因此,海侵體系域主要由較薄的、連續(xù)退積的準(zhǔn)層序疊加組成,隨著海侵期水動力由強(qiáng)到弱,都以沉積能量較高的臺內(nèi)或臺地邊緣淺灘相的顆粒灰?guī)r,和以沉積低能的開闊臺地潮下或較深水相的臺地前緣緩斜坡相的顆粒微晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r和暗色泥質(zhì)灰?guī)r為主(圖3)。
2.1.2 高位體系域(HST)
發(fā)育于SQ1,SQ2和SQ3三個(gè)層序的中、上部,與海侵體系域相反,臺內(nèi)和臺地邊緣礁灘相帶高位體系域的沉積作用發(fā)生在海平面緩慢下降過程中,因此,高位體系域主要由較厚的、連續(xù)加積—弱進(jìn)積—進(jìn)積的準(zhǔn)層序疊加組成(圖3),但3個(gè)層序高位體系域的發(fā)育狀況和進(jìn)積強(qiáng)度有明顯差異。SQ1層序高位體系域的縱向剖面為加積→弱進(jìn)積序列,向海方向下超于海侵體系域頂面。隨著海平面由上升折向下降,水體逐漸變淺,波浪和潮汐作用增強(qiáng),前緣緩斜坡逐漸演化為臺地邊緣生物礁和顆粒灘,但厚度仍較薄,與薄層的前緣緩斜坡靜水泥沉積交替發(fā)育,巖石類型以微-亮晶顆?;?guī)r、礁灰?guī)r、含顆粒微晶灰?guī)r和微晶灰?guī)r的韻律交替的互層組合為主,反映該層序高位體系域?qū)儆谂_地邊緣與前緣緩斜坡過渡帶沉積環(huán)境;SQ2層序高位體系域的縱向剖面為連續(xù)向前緣緩斜坡方向強(qiáng)烈進(jìn)積序列,并以臺地邊緣生物礁和顆粒灘沉積最發(fā)育為顯著特征,造礁生物多為厚殼蛤和珊瑚等,且厚殼蛤起主要作用。巖石類型以厚層塊狀礁灰?guī)r、微-亮晶顆?;?guī)r夾薄層狀含顆粒微晶灰?guī)r和微晶灰?guī)r為主,是優(yōu)質(zhì)儲層的主要發(fā)育層位;SQ3層序高位體系域的縱向剖面為連續(xù)加積與弱進(jìn)積交替發(fā)育的序列,隨海平面大幅度下降,沉積環(huán)境轉(zhuǎn)化為水體很淺的局限-蒸發(fā)臺地,巖石類型主要為微晶白云巖-微晶灰?guī)r和膏鹽巖薄互層組合,是卡洛夫-牛津階油氣藏直接的致密蓋層主要沉積期。
2.2 沉積相的地震反射特征
2.2.1 臺地邊緣生物礁、灘相地震反射特征
生物礁、灘是重要的油氣儲集體,特別是臺地邊緣的生物礁、灘體往往具有很好的儲集性。生物礁、灘體外型常呈透鏡狀,內(nèi)部具塊狀或厚層狀構(gòu)造,巖性為多孔的礁灰?guī)r夾生屑灰?guī)r組合。研究區(qū)最主要礁灰?guī)r為生物骨架巖和生物粘結(jié)巖,由于兩類礁灰?guī)r沉積速度快,厚度大,往往形成與周圍地層有明顯區(qū)別的隆起地貌。單井沉積相分析結(jié)果表明,Sam53-1井,Met-22井,Met-21井,Oja21井等鉆井的卡洛夫-牛津階都發(fā)育有臺地邊緣生物礁、灘相沉積。圖4a和4b分別為過Sam53-1井的近東西向和南北地震剖面,地震相整體表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅平行-亞平行反射特征,局部出現(xiàn)透鏡狀反射,其中近于平行臺地邊緣的圖4a線穿過兩個(gè)透鏡狀反射體,內(nèi)部都為空白反射,透鏡體頂、底界面都為強(qiáng)振幅,鉆井資料揭示上部透鏡狀反射體為生物礁體,下部透鏡狀反射體為生屑灘體。近于正交臺地邊緣的圖4b線穿過多個(gè)透鏡狀異常體,異常體內(nèi)部無反射或?yàn)殡s亂反射,外形為弱反射,上部透鏡狀異常體的頂、底界面為強(qiáng)振幅,下部透鏡狀異常體的頂部為強(qiáng)反射,底部為弱反射,波形不連續(xù)。相比于圖4a線剖面,圖4b線剖面上異常體規(guī)模小一些。依據(jù)鉆井巖心和測井資料解釋,Sam53-1井相當(dāng)下部透鏡體的XVhp層被解釋為向緩斜坡進(jìn)積的臺地邊緣生物灘,相當(dāng)上部透鏡體的XVm層為向緩斜坡進(jìn)積和交替發(fā)育的的臺地邊緣生物礁-灘復(fù)合體。此外,在上部異常體西側(cè)另有一個(gè)不規(guī)則丘狀外形的異常體,Sam53-1井剛好從其邊緣穿過,異常體內(nèi)部為雜亂反射,外形為弱反射,頂、底面為強(qiáng)振幅,可被預(yù)測為臺地邊緣生物礁-灘復(fù)合體。
圖3 阿姆河盆地卡洛夫-牛津階沉積相-層序綜合柱狀圖(S53-1井)Fig.3 Callovian-Oxfordian stratigraphic Column of Amu Darya Basin(Well S53-1)
層序劃分厚度/mSam53-1Sam-10Sam44-1Met-21Cha-22Aga-21Hojb-8Ber-22Akk-7SQ1HST1066658709284276453TST302526241322171028SQ2HST1145389804645432925TST222750323827144453SQ3HST638072804145623230TST355734702838582023
圖4 阿姆河盆地過Sam53-1井的近東西向(a)和北西-南東向(b)地震剖面Fig.4 Seismic sections crossing well Sam 53-1,EW direction (a) and NW-SE direction (b),Amu Darya Basin
2.2.2 前緣斜坡的坡內(nèi)礁、灘相地震反射特征
勘探實(shí)踐證明,阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽臺地前緣斜坡具有很緩的坡度,坡內(nèi)的礁、灘相沉積不僅較發(fā)育,而且也具有很好的油氣儲集性[7]。圖5a,b分別為過Uzy-21井的東西向和南北向地震剖面,此兩過井剖面總體特征表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅、斷續(xù)、雜亂反射,但于交匯處都穿過了一個(gè)丘狀反射異常體,異常體內(nèi)部為中振幅波狀-雜亂反射,頂部中振幅,底部弱反射。在東西向剖面上,該異常體與兩側(cè)地層頂界相比較,在時(shí)間厚度上高出50ms左右,反映兩側(cè)地層具有上超增厚特征。由Uzy-21井揭示,該異常體包含ⅩⅤm層,ⅩⅤhp層,ⅩⅤa1層,Z層和ⅩⅤa2層,主要由坡內(nèi)生物礁和淺灘微相與斜坡泥微相沉積韻律交替組成。在南北向剖面上,丘狀異常體寬度比東西向剖面上的異常體小,幅度更小,與南北向剖面恰好穿過該異常體東側(cè),而沒有從異常體最高部位穿過有關(guān)。有意義的是,異常體兩側(cè)地層具有明顯上超趨勢,超覆丘狀異常體的基末利階膏鹽巖層比丘狀異常體兩側(cè)相對低洼部位膏鹽層厚度要薄的多。
圖5 阿姆河盆地過Uzy-21井的東西向(a)和南北向(b)地震剖面Fig.5 Seismic sections crossing well Uzy-21 EW direction (a) and SN direction (b),Amu Darya Basin
圖6 阿姆河盆地卡洛夫-牛津階緩斜坡臺地沉積相模式Fig.6 Depositional model of the Callovian-Oxfordian sediments in the platform and gentle slope of Amu Darya Basin
2.3 沉積相展布和演化特征
依據(jù)已有資料綜合分析,研究區(qū)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖地層可劃分為淺水臺地與深水前緣緩斜坡-盆地2個(gè)沉積相區(qū)(圖2,圖6),兩相區(qū)沉積特征符合里德的碳酸鹽臺地概念[21],前人已有深入研究[3,5,8,22],本文不再贅述,以下僅簡要介紹沉積相展布規(guī)律和演化特征。
位于西部的淺水臺地相區(qū)從東向西和自下而上由交替發(fā)育的臺地前緣緩斜坡與臺地邊緣礁、灘—開闊臺地—局限臺地—蒸發(fā)臺地相沉積組成;位于中、東部的深水斜坡-盆地相區(qū)從南東向北西和自下而上由交替發(fā)育的臺地前緣緩斜坡與深水盆地—臺地前緣緩斜坡—閉塞海灣盆地相沉積組成。
以Sam53-1井為例,卡洛夫早期的沉積地層,主要為深水盆地相和較深水的前緣緩斜坡相,表明該時(shí)期處于快速海侵過程;卡洛夫中-晚期,常見臺地前緣緩斜坡及臺地邊緣礁、灘相帶頻繁交替發(fā)育的沉積環(huán)境,表明該時(shí)期處在海平面升降幅度變化不大但很頻繁的緩慢海退的沉積環(huán)境中,并構(gòu)成整個(gè)卡洛夫期區(qū)域性快速海侵-緩慢海退旋回過程;牛津階早期受全球大規(guī)模海侵影響,沉積環(huán)境由臺地邊緣向臺地前緣緩斜坡過渡,局部進(jìn)入深水盆地環(huán)境,區(qū)域上整體表現(xiàn)為海平面大幅度上升和快速海侵,形成向上變深的相序列;至牛津階中期時(shí)海平面緩慢下降,其升降幅度同樣不大但很頻繁,因此非常有利于旋回交替的臺地邊緣礁、灘和開闊臺地臺內(nèi)淺灘的廣泛發(fā)育期,成為阿姆河盆地最重要的礁、灘相儲層發(fā)育層位;牛津階晚期進(jìn)一步受干旱炎熱氣候和水體持續(xù)變淺影響,水循環(huán)受限和強(qiáng)烈咸化,致使較深水前緣緩斜坡和深水盆地相區(qū)轉(zhuǎn)化為具深瀉湖性質(zhì)的閉塞海灣盆地而進(jìn)入強(qiáng)烈欠補(bǔ)償狀態(tài),以沉積黑色泥巖為主[8];淺水臺地沉積相區(qū)則迅速向蒸發(fā)臺地轉(zhuǎn)化,廣泛出現(xiàn)膏化、準(zhǔn)同生白云巖化和塊狀膏鹽巖沉積,形成封隔性極好的直接蓋層。
3.1 儲層巖石學(xué)特征
3.1.1 儲層巖石類型
卡洛夫-牛津階儲層巖性主要為顆?;?guī)r類、(含)顆粒微晶灰?guī)r類、礁灰?guī)r類、粘結(jié)藻灰?guī)r等類型,見微晶灰?guī)r和顆粒灰?guī)r局部發(fā)生輕微白云巖化和硬石膏化現(xiàn)象(圖7a,b),而礁灰?guī)r和顆?;?guī)r類儲層物性最好,為最有利儲層巖性[3](圖7c,d)。生物礁灰?guī)r的造礁生物以厚殼蛤生物居多,其次為珊瑚。主要發(fā)育于ⅩⅤm層,屬于臺地邊緣生物礁相帶,顆?;?guī)r在各層均有分布,而高能環(huán)境的臺地邊緣的顆粒灰?guī)r是構(gòu)成淺灘的主體部分,具有厚度較大,顆粒類型豐富的特點(diǎn),礫屑、砂屑和生屑灰?guī)r類為顆粒灰?guī)r的主要巖石類型,生物碎屑類型復(fù)雜,主要分布在淺灘的主體部分,包括腕足、厚殼蛤、苔蘚蟲、有孔蟲、珊瑚、棘屑、紅綠藻和藍(lán)綠藻等,少量層孔蟲、腕足類和鈣球(圖7e,f),局部亮晶膠結(jié),灰泥基質(zhì)含量低。
3.1.2 儲層成巖作用
研究區(qū)卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲層有豐富的成巖作用類型[4,7,23],分別為以白云巖化作用、溶蝕作用和破裂作用為主的建設(shè)性成巖作用和以壓實(shí)、壓溶作用及膠結(jié)作用為主的破壞性成巖作用。此外,還有眾多與儲層發(fā)育關(guān)系不甚密切的重結(jié)晶和膏化、天青石化、硅化、黃鐵礦化等成巖作用。
1) 膠結(jié)作用
膠結(jié)物為方解石,含量為3%~5%,孔隙式膠結(jié)類型,按膠結(jié)物形態(tài)和生成次序可劃分為4個(gè)期次。
① 準(zhǔn)同生成巖階段:第一世代等厚環(huán)邊櫛殼狀膠結(jié)作用(圖7g),形成于海水潛流帶,環(huán)邊膠結(jié)物厚度0.03~0.05 mm,主要分布在骨架礁灰?guī)r的粒間孔中,其次為生屑顆粒的粒間孔。由于該期膠結(jié)的支撐結(jié)構(gòu)起到了抗壓實(shí)作用,對儲層中原生孔隙的保存較有利。
② 稍晚的早成巖階段早期:第二世代等軸粒狀方解石,形成于大氣淡水滲流帶[21,24],晶粒干凈透明,粒徑為0.05~0.1 mm,也具有環(huán)邊生長的特點(diǎn),充填在礁骨架或生屑顆粒間的孔隙內(nèi),或在一世代膠結(jié)物之外的孔隙中構(gòu)成不完全充填的二世代膠結(jié)結(jié)構(gòu)(圖7g),此類膠結(jié)作用一般不利于儲層發(fā)育,但仍可見少量的剩余原生孔隙在礁、灘相灰?guī)r中得以保存。
③ 早成巖階段中、晚期:粗晶方解石膠結(jié)作用,形成于大氣淡水潛流帶[21,24],多數(shù)呈不規(guī)則斑塊狀分布,方解石晶體干凈明亮,大小為0.5~2.0 mm,充填膠結(jié)于部分剩余孔隙空間中(圖7h),造成斑塊內(nèi)的儲層孔、喉被強(qiáng)烈封堵,不利于儲層發(fā)育。
④ 早成巖階段晚期-中成巖階段:連晶方解石膠結(jié)作用和海百合共軸生長,形成于中-深埋藏成巖環(huán)境,呈不規(guī)則斑塊狀分布,晶體大小為2.0~5.0 mm,完全充填剩余孔隙(圖7i),對局部的儲層孔、滲性造成很大的破壞性。
2) 壓實(shí)和壓溶作用
研究區(qū)機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓溶兩種作用都較發(fā)育,強(qiáng)度中等,是造成儲層原生孔隙縮減的重要原因之一,主要表現(xiàn)為:①片狀或長條狀生屑或顆粒發(fā)生塑性變形、定向排列或破裂(圖7j)等現(xiàn)象;②顆粒間接觸關(guān)系由以點(diǎn)接觸為主部分逐漸變?yōu)橐跃€接觸和凹凸接觸為主;③不規(guī)則的壓裂縫;④壓溶作用形成的縫合線和疊錐構(gòu)造,縫合線主要被壓溶殘留粘土或有機(jī)質(zhì)充填而呈暗色(圖7k)。
3) 白云巖化作用
白云巖較為少見,主要有兩種類型:①泥-微晶白云巖,為準(zhǔn)同生白云巖化產(chǎn)物,具泥-微晶結(jié)構(gòu)和與硬石膏共生,或被硬石膏化的特征,一般不具儲集性;②殘余灰質(zhì)粉-細(xì)晶白云巖(圖7l),成巖期熱液交代的產(chǎn)物[9,24-25],晶體大小為0.03~0.15 mm,以半自形-自形晶為主,此類型含有較多原巖殘余的微晶方解石或雜質(zhì),晶體呈淺棕色,通常具暗紅色-暗橙紅色陰極發(fā)光性[21](圖7m,n),反映其較富Fe2+離子,常與粗晶和巨晶天青石和硬石膏共生,或以充填裂縫的方式出現(xiàn)。結(jié)合白云石CaCO3和MgCO3比值0.76接近化學(xué)計(jì)量、微量元素Fe,Mn,Sr的含量變化,以及碳、氧、鍶同位素地球化學(xué)特征等研究成果[9,24-25],證明了此類白云石是埋藏成巖過程中富鎂、鐵熱液交代方解石的產(chǎn)物。雖然受白云石改造的礁、灘相儲層晶間孔發(fā)育,連通性好(圖7l,o),孔滲性大幅度改善,面孔率達(dá)3%~8%,但由于此類型白云巖的分布范圍很有限,因而僅對局部儲層發(fā)育有利。
圖7 土庫曼斯坦阿姆河盆地卡洛夫-牛津階成巖作用Fig.7 Diagenesis of the Callovian-Oxfordian sediments in Amu Darya Basin,Turkmenistana.弱白云巖化生物屑微晶灰?guī)r,見少量生物屑,苔蘚蟲,放射蟲,海綿骨針和腕足碎片等,Cha-22井,埋深3 562.6 m, XVhp層;b.硅化硬石膏化微晶生物屑砂屑灰?guī)r,硬石膏化,生物屑主要為大型膠結(jié)的有孔蟲,腕足和床板珊瑚,少量海綿骨針,海百合和苔蘚蟲,Pir-2井,埋深3 182.35 m,XVa1層;c.亮-微晶含生屑鮞粒灰?guī)r,鮞粒分選磨圓好,呈次圓-圓狀,以真鮞為主,少數(shù)表鮞和復(fù)鮞,鮞粒核心多位糞球粒,主要為海百合和厚殼蛤,并見少量有孔蟲和腕足,Oja-2井,埋深3 791.0 m, XVhp層;d.層孔蟲礁灰?guī)r,層孔蟲的生物體腔孔和溶孔非常發(fā)育,Sam53-1井,埋深2 454.445 m,XVm層;e.亮晶生屑藻砂屑灰?guī)r,含藻、有孔蟲及腹足類動物,顆粒呈線接觸,Met-2井,埋深2 666.55 m,XVm層;f.生物屑微晶灰?guī)r,生物屑為棘屑,腕足等碎屑,Sam53-1井,埋深2 472.6 m,XVm層;g.亮晶生物屑灰?guī)r,二世代膠結(jié)結(jié)構(gòu),一世代為等厚環(huán)邊櫛殼狀方解石,二世代為等軸粒狀或連生方解石,Met-2井,埋深2 414.58 m,VIPs層;h.含生物屑微晶灰?guī)r,生物屑為苔蘚蟲,海綿骨針,有孔蟲,海百合,腕足,介殼和鈣球,Pir-2井,埋深3 171.44 m,XVa1層;i.亮晶生屑灰?guī)r, 二世代膠結(jié)結(jié)構(gòu),一世代為等厚環(huán)邊櫛殼狀方解石,二世代為連生方解石,Aga-21井,埋深3 591.2 m,XVp層;j.亮晶生物屑砂屑礫屑灰?guī)r,長條狀生屑在壓實(shí)過程中發(fā)生斷裂,Sam44-1井,埋深2 530.88 m,XVm層;k.生物碎屑微晶灰?guī)r,縫合線,充填碳泥質(zhì),生物碎屑主為海百合,海綿骨針和腕足,苔蘚蟲和硅質(zhì)放射蟲,海百合個(gè)體巨大,Cha21井,埋深3 490.25 m, XVhp層;l.天青石化硬石膏化粉晶白云巖,局部硬石膏化的斑塊附近,微晶白云石重結(jié)晶為粉晶,晶間孔較發(fā)育,Sam53-1井,埋深2 521.64 m,XVhp層;m.含生屑藻團(tuán)塊砂屑灰?guī)r,局部白云巖化,Yan-23井,埋深3 662.3 m,XVa2層;n.照片同一位置的陰極發(fā)光照片,顯示白云石發(fā)暗紅色光,亮晶方解石膠結(jié)物在早期發(fā)橘黃色光,在晚期發(fā)橙紅色;o.白云石化泥晶砂屑生物屑灰?guī)r,白云石晶間孔發(fā)育,部分充填灰泥,Sam53-1井,埋深2 472.6 m,XVm層;p.巖心為淺灰色生物屑球粒微晶灰?guī)r,發(fā)育不規(guī)則網(wǎng)狀分布的成巖裂縫,沿裂縫發(fā)育針狀溶蝕孔,Cha21井,埋深3 536.05~3 536.21 m,XVa1層;g.巖心為淺灰色砂屑微晶灰?guī)r,發(fā)育數(shù)條平行分布的高角度構(gòu)造裂縫,貫穿巖心,縫寬0.1~0.2 mm, 沿裂縫發(fā)育針狀溶蝕孔,Cha21井,埋深3 563.37~3 563.57 m,XVa1層
圖8 土庫曼斯坦阿姆河盆地卡洛夫-牛津階孔隙度和滲透率Fig.8 Porosity and permeability of the Callovian-Oxfordian sediments,Amu Darya Basin,Turkmenistan
4) 溶蝕作用
溶蝕作用發(fā)育于礁灰?guī)r和生物屑灰?guī)r中,具有明顯的選擇性,更易溶蝕珊瑚、有孔蟲、厚殼蛤、苔蘚蟲和紅藻等生物,棘屑和腕足等生物耐溶能力較強(qiáng),保存較為完好。粒間、粒內(nèi)溶孔及鑄??椎容^發(fā)育(圖7c,d);面孔率較高,普遍在2%~5%,甚至高達(dá)17%,溶蝕作用很大程度上改善了孔滲性,成為儲層發(fā)育最有利的成巖作用方式之一。
5) 破裂作用
破裂作用也是研究區(qū)卡洛夫-牛津階廣泛發(fā)育的成巖作用之一,依據(jù)裂縫規(guī)模[7,9],將裂縫劃分為兩類:①主要因沉積物在沉積后到固結(jié)成巖過程中,受到差異壓實(shí)作用而形成的小型裂縫——骨屑破裂和錯(cuò)位等,裂縫形態(tài)呈不定向的平直、彎曲、網(wǎng)格或分叉狀(圖7p),寬度變化區(qū)間最小0.01 mm以下,最寬可超越5 mm,部分成巖壓裂縫被方解石充填,多在礁、灘相碳酸鹽巖復(fù)合體中發(fā)育;②與構(gòu)造活動有關(guān)的較大型破裂縫——斷面平整,傾角40°~70°的高角度裂縫(圖7q)以及少量傾角小于10°的水平縫。高角度裂縫成因上可分為兩種情況:張性破裂縫,成組出現(xiàn),縫面粗糙,多被次生方解石半充填;剪切破裂縫,縫面發(fā)育有扭性擦痕和階步。密度約為2.5條/m,寬度多在0.05~2 mm。水平裂縫密度較大,為4.0條/m,寬度多在0.05~1 mm,縫內(nèi)充填少量的次生方解石和瀝青。沿破裂縫易發(fā)生溶蝕作用,形成一套相溝通的溶蝕孔、洞、縫系統(tǒng),因此對改善儲層滲透性有重要意義[26],非常有利于優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育。
影響阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲層中裂縫發(fā)育程度的因素較多,主要與巖性密切相關(guān),礁灘相的礁灰?guī)r、含生物屑(或顆粒)微-粉晶灰?guī)r裂縫密度較高,其次依次為微晶顆?;?guī)r、微晶生物屑灰?guī)r、生物屑微晶灰?guī)r和泥-微晶灰?guī)r等,尤其是構(gòu)造裂縫較為發(fā)育,而微晶灰?guī)r構(gòu)造裂縫很少發(fā)育,主要以壓溶縫為主。
從總體上看,破壞性成巖作用,如膠結(jié)和壓實(shí)、壓溶作用對阿姆河盆地卡洛夫-牛津階儲層質(zhì)量的影響相對較小,而建設(shè)性成巖作用,如白云巖化、溶蝕與破裂作用于礁、灘體中廣泛發(fā)育,因此,礁、灘體的發(fā)育規(guī)??蔀閮宇A(yù)測的主要目標(biāo)。
3.2 儲層物性特征
1) 孔、滲特征
據(jù)16口井1 460件樣品孔隙度和滲透率分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),研究區(qū)卡洛夫-牛津階儲層孔隙度范圍為0.30%~24.91%,平均為6.80%;滲透率區(qū)間為0.000 1×10-3~470×10-3μm2,平均為11.05×10-3μm2,從物性分布區(qū)間來看(圖8),孔隙度大于12%的樣品分布頻率為12.59%,孔隙度為6%~12%的樣品的分布頻率為34.81%;滲透率大于10×10-3μm2的樣品分布頻率為12.30%,滲透率為1×10-3~10×10-3μm2的樣品分布頻率為16.80%。由圖9可知,A區(qū)孔隙型儲層具有很好的孔滲相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.73,說明其滲透率變化主要受基質(zhì)孔隙度控制,主要為礁、灘相儲層;而B區(qū)裂縫型儲層孔滲相關(guān)性差,相關(guān)系數(shù)為0.03,說明滲透率變化受裂縫發(fā)育程度控制,主要分布在臺地潮下靜水泥和潟湖相;另一部分樣品因受裂縫影響,處在過渡區(qū),為孔隙-裂縫型儲層。
圖9 阿姆河盆地卡洛夫-牛津階儲層孔-滲關(guān)系Fig.9 Porosity-permeability correlation of the Callovian-Oxfordian sediments,Amu Darya Basin
沉積相孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)樣品個(gè)數(shù)最小值最大值平均值樣品個(gè)數(shù)最小值最大值平均值儲層類型儲層評價(jià)臺地邊緣生物礁相帶496020242011303660000631553013001孔隙型好臺地邊緣淺灘相帶3850501960103037301043002210孔隙型較好開闊臺地臺內(nèi)淺灘相帶13606021508401270320301380裂縫-孔隙型較好開闊臺地潮下靜水泥相帶16001088023012205100242裂縫型極差前緣斜坡坡內(nèi)點(diǎn)礁和灘相帶210020167045019802130049孔隙型差瀉湖相帶390207302413401810106裂縫型極差潮坪相帶3406020363303403200223裂縫型極差
研究表明,阿姆河盆地卡洛夫-牛津階儲層發(fā)育受多種因素控制,其中沉積相與儲層關(guān)系極為密切,明顯制約了儲層的儲集物性和空間分布,是最重要的控制因素。
2) 各沉積相物性特征
根據(jù)1 460個(gè)樣品物性分析資料(表2),高能環(huán)境下的臺地邊緣生物礁沉積微相最有利于儲層發(fā)育,低能環(huán)境下的臺地內(nèi)潟湖-灘間潮下微相儲集性最差。臺地邊緣淺灘和臺內(nèi)淺灘沉積微相則屬于較好的儲集性。
3.3 成巖作用與孔隙演化關(guān)系
阿姆河盆地卡洛夫-牛津階成巖作用與儲層發(fā)育有如下演化關(guān)系(圖10)。
1) 同生期及準(zhǔn)同生成巖階段儲層發(fā)育特征
高能環(huán)境下的生物礁、灘相沉積環(huán)境中發(fā)育形成于海水潛流帶的等厚環(huán)邊櫛殼狀膠結(jié)作用,據(jù)薄片中負(fù)膠結(jié)孔隙度統(tǒng)計(jì),局部縮減5%~8%,但孔隙度多數(shù)保存在40%左右。有粒間孔、粒內(nèi)孔、生物體腔孔和生物礁骨架孔等剩余原生孔隙。
2) 早成巖階段儲層發(fā)育特征
該階段原生孔隙大量縮減,是發(fā)育壓實(shí)和壓溶作用、等軸粒狀方解石膠結(jié)、埋藏白云巖化等成巖作用的主要時(shí)期。壓實(shí)強(qiáng)度達(dá)到一級-二級,孔隙平均縮減量達(dá)到23%,以原生孔隙度為40%計(jì)算,剩余的原生孔隙度范圍為15%~20%。儲層以剩余原生孔隙為主。
3) 中成巖階段儲層發(fā)育特征
該階段成巖作用較復(fù)雜,局部連晶方解石膠結(jié)和海百合共軸生長,壓實(shí)作用進(jìn)一步加強(qiáng)至二級,并有壓溶作用和成巖流體從外部帶入現(xiàn)象發(fā)生,據(jù)薄片中負(fù)膠結(jié)孔隙度統(tǒng)計(jì),總孔隙度縮減至8%~10%,但局部較強(qiáng)烈的成巖壓裂、溶蝕和埋藏白云巖化作用又改善了儲層的孔、滲性,包括溶蝕縫、鑄???、粒間和粒內(nèi)溶孔、晶間孔等,可提高5%~8%的孔隙度,即便溶蝕過程中產(chǎn)生了少量的方解石、白云石、硬石膏等次生充填礦物,該階段孔隙型儲層仍可保存12%~17%的孔隙度。儲集空間仍然以剩余原生孔隙為主,少量次生孔隙。
4) 晚成巖階段儲層發(fā)育特征
這一時(shí)期起主要作用的是溶蝕作用和破裂作用,廣泛發(fā)育沿裂縫溶擴(kuò)作用形成的粒間和粒內(nèi)溶孔、鑄??住⒕чg溶孔、溶洞及裂溶縫等次生孔隙,可增加5%~8%的孔隙度,但同時(shí)伴隨硬石膏化、天青石化、硅化等成巖蝕變作用和各類次生礦物沉淀增多,包括晚期的瀝青對各類次生孔隙的充填,又使孔隙度縮減了3%~5%,因此總的孔隙度范圍僅分布在15%~18%。局部如臺地邊緣礁、灘相帶和臺內(nèi)淺灘相帶中的優(yōu)質(zhì)孔隙型和少量的裂縫-孔隙型儲層的孔隙度較好,最高可達(dá)20%~25%。
由上分析可知:①礁、灘沉積微相帶有較高的孔隙度,以剩余原生孔隙為主,少量次生孔隙或孔隙-裂縫型和裂縫-孔隙型二類儲層;②非礁、灘沉積微相帶的巖性較致密,原生孔隙不發(fā)育,經(jīng)構(gòu)造破裂作用改造后,常形成廣泛分布孔隙-裂縫型或單一裂縫型低產(chǎn)儲層。
根據(jù)已有勘探開發(fā)成果[23,26-29],結(jié)合對儲層發(fā)育起主控作用的沉積相研究和成藏地質(zhì)條件分析,可確定最有利儲層發(fā)育和油氣聚集成藏的相帶為臺地邊緣生物礁和淺灘,次為臺內(nèi)淺灘和坡內(nèi)點(diǎn)礁與淺灘,而臺內(nèi)潟湖-潮坪、潮下及前緣斜坡泥微相不利儲層發(fā)育(表2)。以塊狀灰?guī)r層(XVm層)為例(圖3),作為最有利儲層發(fā)育微相的臺地邊緣生物礁和生屑灘分布面積在整個(gè)研究區(qū)目標(biāo)層最大,不僅出現(xiàn)在麥捷讓—卡拉別克2井一帶和霍賈姆巴茲5井區(qū)等地區(qū)的范圍內(nèi),而且于整個(gè)薩曼杰佩和根基別克氣田均廣泛發(fā)育有臺地邊緣礁、灘相帶,已知鉆井幾乎無一例外地鉆獲中-高產(chǎn)商業(yè)氣流;相對臺地邊緣礁、灘相帶,前緣斜坡帶內(nèi)的坡內(nèi)點(diǎn)礁和淺灘面積明顯要小的多,但其中個(gè)別坡內(nèi)淺灘面積較大,如古爾切什麥1井區(qū)、鮑桑1井區(qū)和恰什古伊、基爾桑和霍賈姆巴茲氣田等地區(qū)都發(fā)育有面積較大的坡內(nèi)點(diǎn)礁和淺灘,已有多口井鉆獲中-高產(chǎn)氣流;臺內(nèi)淺灘微相僅在伊利吉克和西基什圖凡21井區(qū)發(fā)育,發(fā)育規(guī)模相對坡內(nèi)淺灘的面積要大的多,已鉆井多數(shù)鉆獲中產(chǎn)商業(yè)氣流。綜合已有勘探開發(fā)成果,不難確定臺地邊緣相帶和礁、灘相沉積復(fù)合體是阿姆河盆地卡洛夫-牛津階油氣勘探的首選目標(biāo)。
圖10 阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖成巖作用序列與孔隙演化模式Fig.10 Diagensis sequences and porosity evolution of carbonate rocks in the Callovian-Oxfordian sediments,Amu Darya Basin
1) 阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖劃分為3個(gè)完整的三級層序,且均僅發(fā)育海侵和高位2個(gè)體系域。SQ1和SQ2高位體系域由于是水動力變化的頻繁區(qū)域,所以礁、灘相灰?guī)r較為發(fā)育,成為優(yōu)質(zhì)儲層的有利發(fā)育層位,而SQ3高位體系域?yàn)闇\水蒸發(fā)沉積環(huán)境,因此為封閉性極好的區(qū)域性致密蓋層。
2) 卡洛夫-牛津階儲層主要分布在臺地邊緣礁灘相和前緣上斜坡坡內(nèi)淺灘相等沉積環(huán)境,儲層巖性有4種灰?guī)r類型:顆粒灰?guī)r類、礁灰?guī)r類、粘結(jié)藻灰?guī)r和(含)顆粒微晶灰?guī)r類等,而儲層主要發(fā)育在顆?;?guī)r和礁灰?guī)r中。
3) 成巖作用類型多樣,不同成巖作用類型雖然對儲層發(fā)育可造成不同的影響,但從總體上看,膠結(jié)和壓實(shí)、壓溶作用對卡洛夫-牛津階儲層質(zhì)量的影響相對較小,而白云巖化、溶蝕與破裂作用于礁、灘體中廣泛發(fā)育,因此礁、灘體的發(fā)育規(guī)模可成為儲層預(yù)測主要目標(biāo)。
4) 綜合對儲層發(fā)育起主控作用的沉積相研究和成藏地質(zhì)條件分析,以及已有勘探開發(fā)成果可知,阿姆河盆地卡洛夫-牛津階碳酸鹽最有利儲層發(fā)育和油氣聚集成藏的相帶為臺地邊緣生物礁和淺灘,是阿姆河盆地卡洛夫-牛津階油氣勘探的首選目標(biāo);次為臺內(nèi)淺灘和坡內(nèi)點(diǎn)礁與淺灘,而臺內(nèi)潟湖-潮坪、潮下及前緣斜坡泥微相不利儲層發(fā)育。
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(編輯 董 立)
A sedimentology study of carbonate reservoirs in Callovian-Oxfordian Stage, Amu Darya Basin,Turkmenistan
Cui Cui1,Zheng Rongcai1,Wang Qiang2,Song Haiqiang3,Wu Lei4,Fei Huaiyi2,Wen Wen4
(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 2.GeologicalExplorationandDevelopmentResearchInstitute,CNPCChuanqingDrillingEngineeringCompanyLimited,Chengdu,Sichuan610051,China;3.ShaanxiYanchangPetroleumandDevelopmentEngineeringCo.,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710075,China; 4.CNPCAmuDaryaGasCorporation,Beijing100101,China;5.No.1OilProductionPlant,PetroChinaQinghaiOilfieldCompany,Dunhuang,Gansu736200,China)
The Amu Darya basin,located in northeastern Turkmenistan,is one of the most important petroliferous basins in central Asia.Three third-order shallowing-upward stratigraphic sequences,each of which is composed of two system tracts (transgressive system tract and highstand system tract),were recognized in the basin based on analyses of core observation,logging and seismic data.A sedimentology study of the Calov-Oxfordian carbonate platform reservoirs in the area reveals that there are six facies:evaporate platform,restricted platform,open platform,platform margin reef,gentle slope and basin.Among them,the platform margin reef and gentle slope reef flat are considered potential reservoirs for play fairways.The reservoirs are mostly rudist bivalve reef limestone and all sorts of grain limestones.Primary pores are well preserved and fracture-pore networks are common in the reservoirs.It is suggested that the distribution of reservoirs in the platform margin and the slope is obviously affected by controlling factors such as reef presence,distribution of shoal facies belts favorable for oil and gas accumulations,burial diagenesis.An understanding of these factors could be useful for oil and gas exploration activities in the future.
sequence stratigraphy,seismic sedimentology,reef flat facies belt,Callovian-Oxfordian,Amu Darya Basin,Turkmenistan
2016-07-05;
2017-02-20。
崔璀(1985—),博士研究生,沉積學(xué)。E-mail:1021177086@qq.com。
鄭榮才(1950—),教授、博士生導(dǎo)師,沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)。E-mail:zhengrc@cdut.edu.cn。
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41172120);國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05030-003)。
0253-9985(2017)04-0792-13
10.11743/ogg20170416
TE122.2
A