北部灣盆地潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山表生巖溶儲(chǔ)層特征與演化模式

王永輝, 張友浩, 高先志, 宋 言, 王紅梅, 曲付濤

中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院, 北京 102249

碳酸鹽巖潛山是潿西南凹陷今后的重要油氣勘探領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外油氣勘探表明, 碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層是碳酸鹽巖儲(chǔ)層的重要成因類型之一。20世紀(jì)60—70年代以來, 國(guó)外開展了系列的古巖溶系統(tǒng)研究,代表性的研究可見于 Paleokarst等專題文集(James and Choquette, 1988; Bosák et al., 1989; Fritz et al.,1993)。20世紀(jì)70年代, 我國(guó)任丘油田古潛山的發(fā)現(xiàn), 推動(dòng)了國(guó)內(nèi)碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層的油氣勘探, 并相繼發(fā)現(xiàn)了塔中、輪南—塔河古潛山油氣田、四川普光及龍崗氣田、大港千米橋奧陶系油氣田等油氣田; 對(duì)巖溶儲(chǔ)集層的巖溶類型與巖溶環(huán)境、巖溶儲(chǔ)層發(fā)育控制因素的研究也取得了重要進(jìn)展(楊俊杰等, 1995; 張寶民和劉靜江, 2009; 何治亮等, 2011;師政等, 2018; 金強(qiáng)等, 2020; 吳豐等, 2020)。對(duì)于潿西南凹陷碳酸鹽巖古潛山, 近幾年也開展了其儲(chǔ)層特征、主控因素等初步研究(王紅波, 1996; 陳廣坡等, 2007; 程光華和王麗, 2012; 徐守立等, 2020)。但是由于潿西南凹陷探井少, 對(duì)石炭系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的研究程度還比較低, 對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成因和分布規(guī)律認(rèn)識(shí)還不明確。本文綜合運(yùn)用巖心觀察、薄片鑒定、碳-氧同位素測(cè)定、包裹體測(cè)溫、鉆錄井及測(cè)井資料對(duì)潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山儲(chǔ)層開展研究。明確了潿西南凹陷潛山儲(chǔ)層的巖溶儲(chǔ)層成因和儲(chǔ)層分布規(guī)律, 該認(rèn)識(shí)對(duì)深化該區(qū)的碳酸鹽巖潛山油氣勘探有現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)背景

潿西南凹陷是北部灣盆地最北部的一個(gè)凹陷,呈北東向展布, 面積約3.0×103km2。它是新生代在古生界碳酸鹽巖基底上發(fā)育的新生代斷陷, 包括一號(hào)構(gòu)造帶、二號(hào)構(gòu)造帶、東南斜坡帶和潿西南低凸起等構(gòu)造單元。作為凹陷基底的石炭系, 主要包括下石炭統(tǒng)(孟公拗組、石磴子組、測(cè)水組、梓門橋組)和上石炭統(tǒng)黃龍組(趙順蘭等, 2018), 巖性主要為藻灰?guī)r、生屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r、泥灰?guī)r、硅化灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖以及結(jié)晶白云巖等開闊臺(tái)地與局限臺(tái)地沉積(圖1)。

圖1 潿西南凹陷位置圖(據(jù)趙順蘭等, 2018; 徐守立等, 2020等改)Fig.1 Location of the Weixi’nan Sag (modified form ZHAO et al., 2018; XU et al., 2020)

作為潿西南凹陷基底的臺(tái)地型石炭系碳酸鹽巖, 在印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中擠壓抬升遭到長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化淋濾; 在新生代沉積過程中, 受歷次斷裂活動(dòng)的控制, 特別是珠瓊運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕的斷層差異活動(dòng), 形成高低差異的各種斷塊山(圖 2), 導(dǎo)致了不同潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育特征的明顯差異(焦立波等, 2018)。

圖2 潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山的形成與構(gòu)造演化圖Fig.2 Tectonic evolution profiles of the buried hills in Weixi’nan Sag

2 巖溶儲(chǔ)層特征

2.1 巖溶儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征

潿西南凹陷石炭系碳酸鹽巖發(fā)育各種溶蝕孔隙。包括溶洞、溶孔和溶蝕縫。表明溶蝕作用是碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成的重要原因。

(1)溶洞

巖心可見鈣質(zhì)碎屑填隙的角礫巖和方解石膠結(jié)的角礫巖填充(圖3a, b, d); 溶洞內(nèi)透明方解石晶簇沿洞壁生長(zhǎng), 因流體中礦物差異而呈現(xiàn)紅白的“紋路”, 充填方解石直徑為2～3 cm, 多將縫洞完全充填。巖心亦可見小型溶孔洞(圖 3c, e), 直徑5～12 mm, 垂向上呈現(xiàn)串珠狀或孤立分布。

大型溶洞在鉆錄井過程中常出現(xiàn)鉆井放空、泥漿漏失的現(xiàn)象, 鉆井漏失處測(cè)井曲線表現(xiàn)為聲波時(shí)差異常高值, 密度測(cè)井曲線和雙側(cè)向電阻率曲線異常低值(圖6)。據(jù)統(tǒng)計(jì)潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山鉆井放空現(xiàn)象普遍存在, 可以認(rèn)為潿西南凹陷發(fā)育大型的溶洞體系。以A潛山為例, A-1井在1941～1800 m內(nèi)共存在 9處鉆井放空和漏失, 合計(jì)放空漏失29.09 m, 漏失2195 m3泥漿; A-2井鉆井放空漏失最多, 合計(jì)放空漏失28 m, 漏失14 275 m3泥漿, 最大漏失量可達(dá) 4030 m3/天; A-3井合計(jì)鉆井漏失較少,但漏失泥漿仍可達(dá)1481 m3。F潛山和D潛山也存在鉆井漏失現(xiàn)象, 推測(cè)潛山內(nèi)部大型溶洞體系發(fā)育。

(2)溶孔

溶孔包括晶間溶孔、粒間溶孔、基質(zhì)溶孔、脈溶孔以及鑄?？椎?。晶間溶孔主要為白云石晶間的溶蝕孔隙, 其直徑為28～200 μm, 呈多邊形狀、港灣狀, 面孔率可達(dá)4%(圖3f); 粒間溶孔主要發(fā)育在碎屑顆粒間, 是顆粒間的填隙物被溶蝕形成的, 其直徑為30～250 μm, 呈三角狀, 面孔率為2.5%(圖3-g,h); 基質(zhì)溶孔直徑為 20～40 μm, 多沿裂縫分布, 亦有孤立分布, 面孔率為0.5%(圖3i, j)。脈溶孔為后期形成方解石脈的溶孔, 其直徑為 28～260 μm, 多呈港灣狀, 面孔率可達(dá)1.5%(圖3k)。鑄?？子深w?；蚓Я１煌耆芪g形成, 保留原有的顆粒或晶粒的外形, 局部可見溶蝕后的?類房室被方解石膠結(jié)充填(圖 3l)。

(3)溶蝕縫

溶蝕縫主要表現(xiàn)為縫壁兩側(cè)凹凸不平, 形態(tài)寬度變化較大且多出現(xiàn)分支, 可見晶間溶蝕縫寬度為20～35 μm, 延伸不遠(yuǎn), 多集中分布(圖3m, n), 部分溶蝕縫由先前的構(gòu)造裂縫溶蝕形成(圖 3o), 但多數(shù)被方解石全充填-半充填。

圖3 潿西南凹陷石炭系碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)集空間類型Fig.3 Carboniferous carbonate karst reservoir space types in Weixi’nan Sag

2.2 巖溶環(huán)境特征

不同巖溶環(huán)境形成的溶蝕儲(chǔ)層規(guī)模不同。通過分析溶洞縫中膠結(jié)物的碳氧同位素特征和包裹體均一化溫度, 可以判別其形成環(huán)境。本次通過巖心取樣, 對(duì)石炭系碳酸鹽巖裂縫中方解石膠結(jié)物進(jìn)行了分離, 連同圍巖分別對(duì)其碳氧同位素進(jìn)行了測(cè)定(如表1), 由此確定了各樣品點(diǎn)的巖溶和膠結(jié)環(huán)境。測(cè)試工作在成都理工大學(xué)地球勘探與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。碳氧同位素分析儀器主要為激光顯微微區(qū)制樣裝置和氣體同位素質(zhì)譜儀(Thermo Scientific MAT253型), 測(cè)試相對(duì)誤差為±1‰。

表1 潿西南凹陷石炭系裂隙充填物與圍巖碳氧同位素Table 1 Carbon-oxygen isotope of Carboniferous fissure fillings and surrounding rock in Weixi’nan Sag

潿西南凹陷碳酸鹽巖巖溶存在同生(沉積期)-準(zhǔn)同生期(層間)巖溶、埋藏巖溶(包括中-淺埋藏巖溶環(huán)境、中深埋藏巖溶環(huán)境)和表生巖溶等巖溶環(huán)境。

通過碳氧同位素可以確定方解石膠結(jié)物的形成環(huán)境(王大銳等, 1995; Veizer et al., 1999)。不同流體性質(zhì)和成巖環(huán)境下碳酸鹽巖的碳氧同位素含量也不同, 潿西南凹陷碳酸鹽巖方解石脈體中碳氧同位素與圍巖碳酸鹽巖中碳氧同位素有所不同(圖4), 方解石脈中碳氧同位素的δ18O為中高值,δ13C為中低值; 圍巖中碳氧同位素的δ18O為中低值,δ13C分布范圍差異較大, 高中低值均存在。

圖4 潿西南凹陷石炭系裂隙充填物與圍巖碳氧同位素交匯圖Fig.4 Carbon-oxygen isotopes intersection map of carboniferous fissure fillings and surrounding rock in Weixi’nan Sag

石炭系方解石膠結(jié)物的碳氧同位素表明潿西南凹陷存在四類巖溶環(huán)境(表2)。

表2 潿西南凹陷石炭系不同巖溶環(huán)境碳氧同位素特征表Table 2 Characteristics of carbon-oxygen isotopes in different karst environments of carboniferous in Weixi’nan Sag

第Ⅰ類為同生-準(zhǔn)同生期巖溶環(huán)境, 其δ13C、δ18O范圍與碳酸鹽巖圍巖一致, 即巖溶環(huán)境與碳酸鹽巖沉積環(huán)境的相似性, 反映了同生期的碳酸鹽巖是在沉積后不久被暴露改造, 選擇性溶蝕形成粒內(nèi)溶孔或鑄模孔(圖 3l), 后期被方解石膠結(jié)物膠結(jié),屬于早期沉淀的縫洞方解石特征。

第Ⅱ類為大氣淡水巖溶環(huán)境, 其δ13C、δ18O值明顯負(fù)偏,δ13C 值均小于 0,δ18O 為-10.16‰ ～-13.76‰, 整體上與構(gòu)造抬升后處于開放的成巖環(huán)境, 接受了輕質(zhì)的12C、16O的大氣淡水淋濾有關(guān)。

第Ⅲ類為中-淺埋藏巖溶環(huán)境, 其δ18O 值明顯負(fù)偏,δ13C值為1.65‰～1.81‰, 與圍巖值基本一致,說明方解石脈體δ13C主要來自圍巖。δ18O值為-14.63‰ ～ -15.92‰, 與圍巖相比負(fù)偏, 可能與溫度升高δ16O遷移到脈體有關(guān)。

第Ⅳ類為中深埋藏巖溶環(huán)境, 方解石脈δ18O值小于-17.6‰,δ18O對(duì)溫度敏感, 高溫會(huì)抑制其活動(dòng),造成δ18O值負(fù)偏嚴(yán)重, 為中深埋藏(2500～3500 m)或深部熱液沿?cái)鄬舆M(jìn)入碳酸鹽巖作用的結(jié)果。

另外, 方解石脈中的流體包裹體溫度也反映膠結(jié)物形成的多期次, 反映出不同環(huán)境和埋深下的巖溶條件(文華國(guó)等, 2014)。包裹體均一化溫度大致分為四個(gè)區(qū)間: ＜90 ℃、90～120 ℃、120～150 ℃、＞150 ℃, 反映潿西南凹陷石炭系碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層可能存在 4期的流體活動(dòng), 這與碳氧同位素結(jié)果相呼應(yīng)。部分包裹體均一化溫度大于150 ℃, 甚至大于200 ℃(圖5), 反映工區(qū)可能存在深部高溫?zé)嵋夯顒?dòng), 為中深埋藏巖溶環(huán)境。

圖5 潿西南凹陷石炭系方解石脈中鹽水包裹體均一化溫度-頻數(shù)分布直方圖Fig.5 Homogenization temperature-frequency distribution histogram of salt-water inclusions in carboniferous calcite veins in Weixi’nan Sag

2.3 巖溶儲(chǔ)層剖面特征

碳酸鹽巖表生巖溶環(huán)境垂向上一般具有分帶性, 從上到下依次分為滲流帶(上部滲透帶和下部重力滲濾帶)、潛流帶(淺部潛流帶和深部潛流帶)(Longman, 1980; Esteban and Klappa, 1983;James and Choquette, 1989; 黃思靜, 2010)。研究區(qū)也具有同樣的分帶性現(xiàn)象(表 3), 可以分為表層巖溶帶、垂直滲流帶和水平潛流帶(圖6)。

表3 潿西南凹陷石炭系碳酸鹽巖不同巖溶帶儲(chǔ)層特征Table 3 Reservoir characteristics of carbonate rocks in different karst zones in Weixi’nan Sag

(1)表層巖溶帶主要分布在不整合附近, 溶蝕強(qiáng)烈、易形成較大孔洞, 隨后被碎屑等充填。具有以下特征: ①基巖頂部附近含有風(fēng)化型砂礫巖, 整體上發(fā)育孔洞但充填嚴(yán)重; 如在A-3井1 678.5 m深度處,表層巖溶帶與風(fēng)化殼的砂礫巖、白堊土等接觸(圖3p);②井徑曲線常表現(xiàn)為擴(kuò)徑, AC負(fù)高值、DEN正高值,電阻率曲線負(fù)偏嚴(yán)重; ③測(cè)井孔隙度較高, 未被充填情況下, 一般均高于垂直滲流帶(圖6)。

(2)垂直滲流帶是表層巖溶帶和潛水面之間的空間, 整體以垂向巖溶為主, 多見高角度溶縫及垂直拉伸的中小型溶蝕孔洞。具有以下特征: ①巖心上多發(fā)育垂向的溶蝕孔洞, 如A-2井還可見方解石晶粒集合體等溶洞充填物(圖 3c); ②RD、RS較高,多為正異常, AC、CNL等均較為平直, 無明顯變化趨勢(shì); ③測(cè)井孔隙度較低, 整體上儲(chǔ)集空間不甚發(fā)育(圖 6)。

圖6 潿西南凹陷A潛山A-1井巖溶帶綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive histogram of the karst zones in Well A-1, buried hill A, Weixi’nan Sag

(3)潛流帶一般可分為水平潛流帶和深部緩流帶, 研究區(qū)石炭系深度范圍內(nèi)主要發(fā)育水平潛流帶。水平潛流帶受壓力梯度影響, 主要為水平方向流動(dòng), 故溶蝕的孔縫洞也多呈水平狀, 多層發(fā)育, 順層展布。具有以下特征: ①多發(fā)育地下暗河以及洞穴垮塌堆積物, 如方解石膠結(jié)的角礫巖, 礫間未見鐵、泥質(zhì)等, 無后期水流改造的痕跡(圖3a),其中角礫完全被自形的粗-巨晶方解石膠結(jié);②DEN多見極低的峰值, 低 AC、低 CNL曲線,呈微鋸齒狀, 局部出現(xiàn)峰值; ③鉆井漏失、放空現(xiàn)象最為明顯。A-1井潛流帶發(fā)育深度段為1566.35～1800.16 m, 厚度為233.81 m, 多見大規(guī)模大尺度縫洞發(fā)育, 巖心上取出的透晶方解石脈為典型溶洞充填物, 反映了水體流速整體較緩慢的封閉環(huán)境; 其發(fā)育多段巖溶角礫巖也是反映了垮塌等巖溶洞穴的分布; 錄井工程上存在有放空漏失現(xiàn)象,為碳酸鹽巖孔洞發(fā)育的典型特征(圖6)。

潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山不同巖溶帶的測(cè)井孔隙度有區(qū)別, 巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的位置也不同。如圖7所示, 潛山 A-1和A-2兩口井中, 表層巖溶帶的測(cè)井孔隙度平均達(dá)5.6%, 厚度為21.96～65.44 m, 平均為43.7 m, 巖溶儲(chǔ)層主要發(fā)育在基巖頂面以下10 m范圍內(nèi); 水平滲流帶孔隙度4.3%～14.5%, 平均5.85%,厚度一般為57.15～94.24 m, 平均為75.7 m, 巖溶儲(chǔ)層主要發(fā)育在基巖頂面以下120～150 m范圍; 垂直滲流帶孔隙度最小 3.6%～5.8%, 平均 2.84%, 厚度一般為189.83～233.81 m, 平均為210.3 m, 巖溶儲(chǔ)層主要發(fā)育在基巖頂面以下300～320 m范圍。在垂向上相同巖溶帶內(nèi)或不同巖溶帶間均發(fā)育有低孔隙的致密段, 阻礙不同巖溶帶的連通, 可以認(rèn)為縱向上各個(gè)巖溶帶是不連通的。在橫向上, 在各潛山范圍內(nèi), 巖溶帶具有可對(duì)比性, 不同井巖溶帶儲(chǔ)層厚度相似、孔隙度相近, 橫向上具有可對(duì)比性。

圖7 潿西南凹陷A潛山連井剖面對(duì)比Fig.7 Cross-well profile of a buried hill in in Weixi’nan Sag

3 巖溶儲(chǔ)層的控制因素

3.1 沉積相的控制

潿西南凹陷石炭系的沉積亞相主要包括潮坪、瀉湖、淺灘和開闊海等, 潮坪環(huán)境主要發(fā)育白云巖、生屑灰?guī)r。從巖心可見, 潮坪環(huán)境下的白云巖相帶,巖溶程度強(qiáng)烈。一號(hào)構(gòu)造帶和二號(hào)構(gòu)造帶發(fā)育的潮坪環(huán)境, 其巖溶現(xiàn)象明顯(圖6)。分析原因, 可能與白云石化的增孔作用有關(guān)。生屑灰?guī)r在交代為白云巖的過程中(圖 8a), 巖石顆粒體積變小, 晶間孔隙變大(圖8b, c, d), 在與地下水接觸時(shí), 由于增孔作用導(dǎo)致與地下水的接觸面積變大, 從而溶蝕更易發(fā)生。

圖8 潿西南凹陷灘相與白云化巖溶儲(chǔ)層Fig.8 Beach facies and dolomitized karst reservoirs in Weixi’nan Sag

孔隙度大小與白云石含量有關(guān), 通過統(tǒng)計(jì)A潛山內(nèi)井的白云石含量與總孔隙度大小之間的關(guān)系可見(圖 9), 白云石含量與總孔隙度大小具有一定的正相關(guān)性, 即白云石含量越高, 總孔隙度越大?？梢哉J(rèn)為在深埋藏條件下, 白云石含量對(duì)溶蝕孔隙的產(chǎn)生起到促進(jìn)作用。已有實(shí)驗(yàn)室模擬埋藏成巖作用的溫壓條件下不同組成碳酸鹽巖溶蝕成巖過程也證實(shí)了這一觀點(diǎn)(楊俊杰等, 1995)。

圖9 潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山白云石含量與孔隙度交會(huì)圖Fig.9 Crossplot of dolomite contents and porosity of carbonate buried hill in the Weixi'nan Sag

3.2 古地貌的控制

巖溶作用強(qiáng)弱很大程度上受先存古地貌的影響與控制。圖 10為恢復(fù)的研究區(qū)古地貌平面分布圖?？梢妿r溶高地(厚度≥200 m)、巖溶斜坡(溶丘附近等值線密集區(qū))、巖溶臺(tái)地(150 m＜厚度＜200 m)以及巖溶洼地(厚度≤150 m)等地貌單元。巖溶高地主要分布在研究區(qū)的北部以及西南部, 由于地形較高, 地勢(shì)較平緩, 水流較慢, 不利于流水匯集, 溶蝕作用較弱。巖溶斜坡區(qū)是巖溶儲(chǔ)層的有利發(fā)育區(qū),其地勢(shì)較高, 是水流的運(yùn)動(dòng)“通道”, 古水系尤為發(fā)育, 遭受垂向的淋濾溶蝕作用最為顯著, 如 A潛山的上部巖溶孔洞發(fā)育顯著(參見圖3p)。巖溶斜坡向外是地勢(shì)更為平緩的巖溶臺(tái)地, 水流更為緩慢,改造能力弱。巖溶洼地主要位于研究區(qū)的東南部,整體面積較大, 為泄水聚集區(qū), 水體多為穩(wěn)定狀態(tài),溶蝕作用非常微弱, 膠結(jié)作用強(qiáng)烈, 如 D潛山多以先存儲(chǔ)層的膠結(jié)充填為主(參見圖 3l), 巖溶儲(chǔ)層不發(fā)育。

圖10 潿西南凹陷前古近系地貌Fig.10 Landform of Pre-Paleogene in Weixi’nan Sag

3.3 構(gòu)造作用的控制

構(gòu)造作用的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面, 一是巖溶期導(dǎo)致潛水面的波動(dòng)和巖溶帶厚度的變化, 形成多期的“滲流帶-潛流帶”相疊加; 二是埋藏期斷層作用導(dǎo)致不同潛山巖溶帶分布深度的不同(如圖11)。在上述兩種作用的綜合影響下, 導(dǎo)致現(xiàn)今不同潛山碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層的厚度和現(xiàn)今分布深度存在明顯差異。如圖12所示, 一號(hào)構(gòu)造帶A-1潛山溶儲(chǔ)層發(fā)育在基巖頂面以下 100～150 m, 現(xiàn)今埋深1591～1641 m; A-2潛山巖溶儲(chǔ)層發(fā)育在基巖頂面以下175～250 m, 現(xiàn)今埋深1787～1862 m; C-1潛山巖溶儲(chǔ)層發(fā)育在基巖頂面以下 0～75 m, 現(xiàn)今埋深1889～1964 m; 二號(hào)構(gòu)造帶 D-1潛山巖溶儲(chǔ)層發(fā)育在基巖頂面以下300 m以下現(xiàn)今埋深3353 m以下。

圖11 潿西南凹陷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)巖溶儲(chǔ)層分布的控制作用示意圖Fig.11 Diagram of the control mode of tectonic movement on karst reservoirs distribution in Weixi’nan Sag

圖12 潿西南凹陷不同潛山碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層發(fā)育段的孔隙度與發(fā)育深度對(duì)比圖Fig.12 Relationship between the porosity and depth of the Karst reservoir development section of typical wells in Weixi’nan Sag

4 巖溶儲(chǔ)層演化模式

潿西南凹陷碳酸鹽潛山巖溶儲(chǔ)層經(jīng)歷了準(zhǔn)同生-淺埋藏期的巖溶作用、抬升期的風(fēng)化淋濾表生巖溶作用和再埋藏期的斷裂差異升降改造作用等不同的階段(圖 13), 并發(fā)生了溶蝕作用、膠結(jié)作用、交代作用、重結(jié)晶作用、構(gòu)造破裂化作用等復(fù)雜的成巖作用(圖13)。

圖13 潿西南凹陷石炭系碳酸鹽巖成巖環(huán)境及孔隙演化Fig.13 Diagenetic environment and pore evolution of carboniferous carbonate rocks in Weixi’nan Sag

石炭紀(jì)沉積時(shí)期, 全區(qū)地層相對(duì)穩(wěn)定, 主要以準(zhǔn)同生巖溶為主, 受微古地貌影響, 局部高部位發(fā)生溶蝕作用, 形成了早期溶蝕孔洞, 但往往由于被充填難以保存, 局部地區(qū)發(fā)生白云巖化作用和壓實(shí)作用。在海西—印支運(yùn)動(dòng)期間, 全區(qū)整體抬升, 構(gòu)造破裂作用明顯, 剝蝕淋濾改造嚴(yán)重, 形成了風(fēng)化殼巖溶, 其潛水面上下溶蝕縫洞發(fā)育較為顯著, 初步形成了滲流帶和潛流帶, 帶內(nèi)膠結(jié)作用充填部分溶蝕孔隙。在印支—燕山運(yùn)動(dòng)期, 研究區(qū)進(jìn)一步遭受風(fēng)化剝蝕淋濾, 巖溶程度進(jìn)一步增加, 隨著構(gòu)造斷裂的形成以及地塊差異抬升, 導(dǎo)致了斷裂兩側(cè)潛水面高低的變化, 進(jìn)而形成了滲流帶與潛流帶的差異分布。在中生代白堊紀(jì), 東部火山多發(fā), 發(fā)生埋藏?zé)嵋簬r溶作用, 硅化明顯(圖 13); 到晚白堊紀(jì),由于地層繼續(xù)暴露, 形成了大規(guī)模的風(fēng)化殼型古巖溶, 同時(shí), 早期斷裂帶附近, 可形成斷溶體。新生代斷裂活動(dòng)和斷塊翹傾作用導(dǎo)致各個(gè)潛山高低差異持續(xù)強(qiáng)化, 同時(shí)沉積過程中地表水的匯流和湖平面的波動(dòng)改變了潛水面的位置, 并對(duì)下伏的碳酸鹽巖巖溶帶進(jìn)一步改造; 在建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用的共同影響下, 造成不同潛山巖溶帶發(fā)育的厚度和分布的深度明顯不同(圖14)。

圖14 潿西南凹陷巖溶儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.14 Development pattern of karst reservoirs in Weixi’nan Sag

5 結(jié)論

(1)潿西南凹陷發(fā)育同生-準(zhǔn)同生期巖溶、埋藏巖溶和表生風(fēng)化殼巖溶三種巖溶環(huán)境, 以表生風(fēng)化殼巖溶為主。表生巖溶儲(chǔ)層具有分帶性, 自上而下劃分為表層巖溶帶、垂直滲流帶和水平潛流帶; 潿西南凹陷各巖溶帶在橫向上具有可對(duì)比性。

(2)潿西南凹陷碳酸鹽巖潛山巖溶發(fā)育程度受沉積相、古地貌及后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制。潮坪沉積環(huán)境下的白云巖的巖溶儲(chǔ)層更發(fā)育; 古地貌的巖溶斜坡區(qū)巖溶更發(fā)育; 新生代斷裂構(gòu)造作用調(diào)整了原始巖溶儲(chǔ)層帶的分布深度, 導(dǎo)致現(xiàn)今不同潛山間的巖溶儲(chǔ)層帶分布深度有差異。

Acknowledgements:

This study is supported by Zhanjiang Branch of China National Offshore Oil Corporation (No.CCL2020ZJFN0294).