伊拉克HF油田上白堊統(tǒng)碳酸鹽緩坡相儲(chǔ)層發(fā)育特征

黃茜，伏美燕，趙麗敏,2，周文，王昱翔

1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083

0 引言

Ahr[1]于1973年首次提出了碳酸鹽緩坡模式，之后Wright[2]又對(duì)該模式進(jìn)行了完善和改進(jìn)。目前普遍認(rèn)為碳酸鹽緩坡屬于碳酸鹽陸棚環(huán)境，為一發(fā)育小角度傾斜海底上的沉積作用面[2-4]，是一個(gè)由淺水高能帶逐漸過(guò)渡到深水低能帶乃至盆地的相對(duì)平緩的斜坡。Burchetteetal.[5]將碳酸鹽緩坡環(huán)境細(xì)分為內(nèi)緩坡、中緩坡、外緩坡和盆地。由于碳酸鹽緩坡不發(fā)育淺水斜坡相，因此缺乏連續(xù)分布的生物礁相、灰泥丘或生物丘相[1,6]。在我國(guó)塔中隆起順西地區(qū)良里塔格組、塔里木盆地西部蓬萊組、龍門(mén)山甘溪剖面土橋子組、川西地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞—茅口組、鄂西—湘西北地區(qū)棲霞組均發(fā)育碳酸鹽緩坡相沉積[4,7-10]。中東美索不達(dá)米亞盆地侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)也發(fā)育較多碳酸鹽緩坡沉積，如伊拉克中部地區(qū)[11-12]和伊朗地區(qū)[13]。

本文以伊拉克HF油田上白堊統(tǒng)為例，以巖芯和地震資料為基礎(chǔ)，結(jié)合薄片觀察和物性資料，研究了上白堊統(tǒng)Hartha組的儲(chǔ)層巖石學(xué)、沉積相和儲(chǔ)層發(fā)育主控的因素，以加深對(duì)碳酸鹽緩坡儲(chǔ)層發(fā)育特征和分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)背景

HF油田位于美索不達(dá)米亞盆地南部前淵帶內(nèi)，是一個(gè)北西—南東向的背斜構(gòu)造，是以生物碎屑碳酸鹽巖為主的巨型油田[14-16]。HF油田位于伊拉克東南部，美索不達(dá)米亞盆地南部(圖1)。美索不達(dá)米亞盆地可分為祖拜爾亞帶、幼發(fā)拉底亞帶和底格里斯亞帶[17]。HF油田在構(gòu)造上屬于美索不達(dá)米亞盆地的幼發(fā)拉底亞帶。至晚白堊世，阿爾卑斯運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的褶皺作用已開(kāi)始波及伊拉克東部的不穩(wěn)定陸架區(qū)域。二疊紀(jì)末期以來(lái)，美索不達(dá)米亞盆地接受了較厚的以碳酸鹽巖為主的臺(tái)地相沉積[18]。這種淺海碳酸鹽臺(tái)地相環(huán)境存在碳酸鹽緩坡與碳酸鹽臺(tái)地交互發(fā)育的特征，一直保持到晚白堊世[19]。上白堊統(tǒng)Hartha組的沉積開(kāi)始于狹窄、蒸發(fā)的盆地，在晚白堊世隨著盆地緩慢下沉而接受了主體沉積物，直到盆地變?yōu)樯钏h(huán)境開(kāi)始沉積Shiranish組而結(jié)束。

Hartha組是伊拉克地區(qū)上坎帕階—麥斯里希特階的主要地層。Hartha組底部與下伏Sadi組為平行不整合接觸，而頂部與上覆Shiranish組整合接觸(圖2)。Hartha組由兩個(gè)三級(jí)層序組成，發(fā)育兩個(gè)向上變淺旋回(圖3)[18]。晚白堊世拉拉米運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致Shiran-ish組的頂界發(fā)育區(qū)域性不整合面。伊拉克南部Hartha組沉積在碳酸鹽緩坡，其中內(nèi)緩坡相以較厚的碳酸鹽巖加積為主，橫向上過(guò)渡為外緩坡和盆地相[20-21]。Hartha組由含有機(jī)碎屑和海綠石的灰?guī)r組成，夾多層灰色至綠色泥灰?guī)r，并且普遍存在不同程度的白云石化[21]。伊拉克HF油田Hartha組僅發(fā)育一個(gè)三級(jí)層序，上部發(fā)育內(nèi)緩坡的碳酸鹽灘相顆?；?guī)r和泥?；?guī)r，下部發(fā)育外緩坡泥灰?guī)r—含鈣球粒泥灰?guī)r。由此，Hartha組可分Hartha A和Hartha B兩個(gè)小層，其中Hartha A層是HF油田的主要產(chǎn)油層位之一，厚度約15 m。

圖1 HF油田地理位置圖Fig.1 Location of HF oilfield

圖2 中東地區(qū)上白堊統(tǒng)等時(shí)地層單元[20]Fig.2 Upper Cretaceous isochronous stratigraphic units in the Middle East[20]

圖3 伊拉克中部地區(qū)Hartha組沉積序列圖(據(jù)Aqrawi et al.[18]，有修改)Fig.3 Sedimentary sequence of Hartha Formation in Central Iraq (modified from Aqrawi et al.[18])

2 巖石學(xué)特征

中東地區(qū)時(shí)代較新的碳酸鹽巖主要受沉積過(guò)程控制，Dunham[22]的分類(lèi)方法具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此本研究主要依據(jù)Dunham的碳酸鹽巖分類(lèi)方案。通過(guò)薄片觀察，Hartha組灰?guī)r中含大量骨屑顆粒，其中包括局限環(huán)境生物組合，包括底棲有孔蟲(chóng)(圓笠蟲(chóng)、小粟蟲(chóng)為主)、綠藻類(lèi)、雙殼類(lèi)和腹足類(lèi)等，以及正常海相生物組合，包括厚殼蛤、苔蘚蟲(chóng)、層孔蟲(chóng)和棘皮類(lèi)。

HF油田Hartha A層以泥粒灰?guī)r和粒泥灰?guī)r為主，局部發(fā)育顆粒灰?guī)r。泥粒灰?guī)r和粒泥灰?guī)r中所含的生物碎屑以底棲有孔蟲(chóng)為主(圓笠蟲(chóng)、小粟蟲(chóng))，含棘皮類(lèi)、綠藻類(lèi)和雙殼類(lèi)，以及少量浮游有孔蟲(chóng)(圖4)，表明其沉積環(huán)境較為局限，鹽度比正常海水稍高。粒泥灰?guī)r的巖石主要成分為泥晶，含少量生屑、介殼或內(nèi)碎屑等顆粒，顆粒含量較少，占巖石總體積10%～50%。顆粒來(lái)自局限環(huán)境的生物碎片或完整生物，生物多樣性較高，其非骨屑顆粒主要為糞球粒。粒泥灰?guī)r沉積于較深水的低能環(huán)境。泥?；?guī)r為顆粒支撐，顆粒占巖石總體積50%～75%，主要顆粒包括生物碎屑、砂屑、鮞粒和球粒。粒間被灰泥充填，不含或僅含少量亮晶方解石。泥?；?guī)r是該層的主要儲(chǔ)集巖之一，沉積水動(dòng)力中等。顆?；?guī)r由生物碎屑和砂屑，以及少量灰泥構(gòu)成，顆粒含量占巖石總體積75%以上，生物碎屑由厚殼蛤、底棲有孔蟲(chóng)、棘皮類(lèi)組成，此外還含有灰泥質(zhì)砂屑(圖4)，是高能環(huán)境的沉積產(chǎn)物。顆粒灰?guī)r是Hartha組的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類(lèi)型。

3 沉積相

由巖性和生物組合所指示的沉積環(huán)境表明研究區(qū)Hartha A層沉積期的水體能量普遍較低，處于正常浪基面附近或以下，沉積環(huán)境局限程度較高，鹽度比正常海水稍高。但局部也發(fā)育水體能量較高的灘相環(huán)境。由該油田兩口取芯井所揭示的巖性組合和生物類(lèi)型組合，Hartha A層發(fā)育內(nèi)緩坡灘相，根據(jù)水動(dòng)力差異可將灘相可分為兩類(lèi)。一類(lèi)是強(qiáng)水動(dòng)力條件下沉積的以厚殼蛤、棘皮類(lèi)和砂屑為主要顆粒的高能灘相，如H81井Hartha A層的砂屑灘(圖5)。另一類(lèi)發(fā)育在內(nèi)緩坡底質(zhì)不穩(wěn)定，水動(dòng)力中等的交互沉積環(huán)境，發(fā)育灘和非灘粒泥灰?guī)r的頻繁交互，例如H1井Hartha A層下部(圖5)。緩坡灰泥主要分布在Hartha B層，主要以泥灰?guī)r沉積為主。

通過(guò)井—震結(jié)合分析，按單井對(duì)應(yīng)的沉積微相與不同地震屬性值進(jìn)行交會(huì)分析，認(rèn)為均方根屬性值能夠反映出該地區(qū)Hartha組沉積微相(圖6)。為進(jìn)一步提高均方根屬性的可靠性，對(duì)Hartha A層灘相所占該層比例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，以單井與地震相對(duì)照的方式驗(yàn)證了地震相與沉積微相的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)單井灘地比與地震相分布對(duì)比，發(fā)現(xiàn)灘地比>30%的井區(qū)在地震相上顯示明顯。從而，建立了Hartha A層的平面沉積相圖(圖6)。

圖4 Hartha A層儲(chǔ)層特征a. H1井，2 578.12 m，生屑泥?；?guī)r，(一)；B. H1井，2 569.12 m，生屑粒泥灰?guī)r，(二)；C. H81井，2 611.10 m，有孔蟲(chóng)生屑灰?guī)r，(三)；D. H81井，2 595.35 m，砂屑生屑灰?guī)r，(四)Fig.4 Reservoir characteristics of the Hartha A zone

圖5 Hartha 組取芯段地層綜合柱狀圖Fig.5 Stratigraphic column of the Hartha Formation with coring

圖6 Hartha A層地震相與沉積相平面展布圖Fig.6 Distribution of seismic facies and sedimentary facies in the Hartha A zone

4 儲(chǔ)集空間類(lèi)型與物性特征

Hartha A層的主要儲(chǔ)集空間為粒間孔、鑄?？?、生物體腔孔，以及粒內(nèi)溶孔和微裂縫等(圖4)。由于該層灰?guī)r中含大量易溶生物顆粒(如綠藻類(lèi)、雙殼類(lèi))，導(dǎo)致連通性較差的鑄模孔廣泛發(fā)育。此外，還發(fā)育生物體腔孔，主要由底棲有孔蟲(chóng)(圓笠蟲(chóng)、小粟蟲(chóng))以及少量浮游有孔蟲(chóng)的生物體腔構(gòu)成。這些孔隙以非連通的孤立形式分布，并且在缺乏其他類(lèi)型的孔隙(如裂縫等)與之伴生時(shí)，造成孔隙度較高但滲透率偏低。

據(jù)Hartha組樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，孔隙度平均值17.03%，主要分布在10%～22%，滲透率主要集中在(0.1～0.5)×10-3μm2和(1～5)×10-3μm2兩個(gè)區(qū)間(圖7)，表明Hartha組A段為中孔低滲層。該儲(chǔ)層雖然儲(chǔ)集空間較大，但吼道半徑小，滲流能力差。

5 儲(chǔ)層發(fā)育主控因素

5.1 沉積相

Hartha A層為內(nèi)緩坡的灘相沉積，不如臺(tái)緣灘的規(guī)模大，主要發(fā)育在古地貌較高的地區(qū)(圖6)。灘的類(lèi)型可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為高能灘，另一類(lèi)為灘相與非灘相交互沉積。研究區(qū)沉積相對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育具有明顯的控制作用。從巖性上看，灘相儲(chǔ)層以顆?；?guī)r和泥?；?guī)r為主，發(fā)育大量粒間孔和粒內(nèi)溶孔。非灘相儲(chǔ)層以及緩坡灰泥以粒泥灰?guī)r為主，原生孔隙欠發(fā)育，后期成巖改造弱，造成孔隙度偏低，滲透率更差。因此，Hartha組沉積相宏觀上控制了巖石類(lèi)型，并且很大程度上影響了儲(chǔ)層成巖作用的演化，從而控制了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布。通過(guò)對(duì)比灘相與非灘相的孔隙度和滲透率，可知灘相儲(chǔ)層的物性明顯好于非灘相(圖8)。由于在碳酸鹽緩坡環(huán)境，低幅度的海平面波動(dòng)就能引起沉積相的變化，Hartha A層沉積相變化快，交互沉積頻繁。這類(lèi)灘與非灘相的交互沉積儲(chǔ)層厚度薄，橫向變化快，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)帶來(lái)困難。

5.2 成巖作用的影響

通過(guò)薄片分析，Hartha組儲(chǔ)層的成巖演化過(guò)程中，膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性具有破壞性，而溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性有明顯的改善作用。

研究區(qū)溶蝕作用非常發(fā)育，既能對(duì)原生孔擴(kuò)溶，形成粒間溶孔，又能產(chǎn)生大量溶蝕孔、溶縫或溶洞，是HF油田Hartha組關(guān)鍵的建設(shè)性成巖作用。在該層中既發(fā)育同生期形成的組構(gòu)選擇性溶孔，也發(fā)育表生期形成的非組構(gòu)選擇性溶孔(圖9)。組構(gòu)選擇性溶孔是在顆粒為易溶的文石質(zhì)或高鎂方解石的情況下產(chǎn)生的，主要形成鑄?？住⒘?nèi)溶孔。Hartha A層含綠藻類(lèi)、雙殼類(lèi)兩類(lèi)易溶顆粒，導(dǎo)致組構(gòu)選擇性溶孔的廣泛發(fā)育。非組構(gòu)選擇性溶蝕與礦物組成無(wú)關(guān)，與暴露在地表接受淡水淋濾程度有關(guān)。由于Hartha組位于白堊系頂界不整合面之下，存在非組構(gòu)選擇性溶蝕作用。

圖7 Hartha A層實(shí)測(cè)孔隙度和滲透率頻率分布圖Fig.7 Distribution of measured porosity and permeability frequency in the Hartha A layer

圖8 Hartha組灘相和非灘相孔隙度和滲透率分布直方圖Fig.8 Histogram of porosity and permeability distribution for shoal and non-shoal facies in the Hartha Formation

圖9 HF油田上白堊統(tǒng)溶蝕作用照片a. Hartha A層組構(gòu)選擇性溶蝕，H1井，2 578.12 m；B.Hartha A層非組構(gòu)選擇性溶蝕，H1井，2 579.12 mFig.9 Photograph showing dissolution of the Upper Cretaceous HF oilfield

圖10 Hartha A層粗晶方解石陰極發(fā)光特征(H1井，2 574.72 m)Fig.10 Cathodoluminescence of coarse-crystalline calcites in the Hartha A zone

Hartha A層頂部灰?guī)r中可見(jiàn)粗晶方解石充填在溶孔和溶縫中，對(duì)儲(chǔ)集性具有破壞作用。膠結(jié)主要形成于表生期，在陰極發(fā)光下Hartha A層的粗晶方解石發(fā)光性較強(qiáng)，存在環(huán)帶現(xiàn)象，代表了其在淡水影響下多期生長(zhǎng)結(jié)晶的過(guò)程(圖10)。

6 結(jié)論

(1) 伊拉克HF油田Hartha組沉積在碳酸鹽緩坡環(huán)境，發(fā)育內(nèi)緩坡灘相和緩坡灰泥相。內(nèi)緩坡灘的類(lèi)型可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為高能灘，另一類(lèi)為灘相與非灘相交互沉積。高能灘主要發(fā)育顆?；?guī)r，灘相與非灘相交互沉積則以泥?；?guī)r和粒泥灰?guī)r為主。

(2) 儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為粒泥灰?guī)r、泥?；?guī)r和顆?；?guī)r?？紫抖戎饕植荚?0%～22%，滲透率主要集中在(0.1～0.5)×10-3μm2和(1～5)×10-3μm2兩個(gè)區(qū)間，表明Hartha組A層為中孔低滲儲(chǔ)層。由于普遍發(fā)育鑄?？缀蜕矬w腔孔，該套儲(chǔ)層孔隙度較高，但滲透率偏低。

(3) 沉積作用對(duì)Hartha組儲(chǔ)層的發(fā)育起著主要控制作用，儲(chǔ)層發(fā)育在高能灘相、灘相和非灘相交互沉積相帶中。同生期和表生期溶蝕作用對(duì)Hartha A層的物性有明顯改善，表生期的膠結(jié)作用導(dǎo)致Hartha A層頂部溶孔被充填，形成局部膠結(jié)帶。