塔里木盆地古城地区寒武系台缘丘滩体类型及与古地貌的关系
张君龙1,2, 胡明毅1, 冯子辉2, 李强2, 何香香2, 张斌2, 闫博2, 魏国齐3, 朱光有3, 张友4
1.长江大学地球科学学院,武汉 430100
2.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆 163712
3.中国石油勘探开发研究院,北京 100083
4.中国石油杭州地质研究院,杭州 310023
联系作者简介:胡明毅(1964-),男,湖北武汉人,博士,长江大学地球科学学院教授,主要从事沉积学和层序地层学研究和教学工作。地址:湖北省武汉市蔡甸区大学路特1号,长江大学武汉校区地球科学学院,邮政编码:430100。E-mail: humingyi65@163.com

第一作者简介:张君龙(1974-),男,河北沧州人,博士,中国石油大庆油田勘探开发研究院高级工程师,主要从事储集层沉积学与油气田勘探综合地质研究。地址:黑龙江省大庆市,大庆油田勘探开发研究院塔木察格室,邮政编码:163712。E-mail: zhangjunlong@petrochina.com.cn

摘要

基于露头和岩心观测、薄片鉴定、残厚法古地貌恢复、地震相精细刻画等技术方法,探讨了塔里木古城地区寒武系不同类型台缘丘滩体发育模式及与古地貌的耦合关系。古城地区寒武系台缘丘滩体划分为丘基、丘核、丘前、丘后和丘坪5种微相,分别由具有指相意义的7种结构类型白云岩组合构成。恢复了各期丘滩体沉积前不同的古地貌,构建了与之相耦合的第1期缓坡对称加积型、第2期陡坡非对称加积型和第3、4期陡坡非对称前积型3种类型丘滩体沉积模式,丘滩体微相组合分别呈“丘基—丘后+(小)丘核+丘前—丘坪”完整对称的垂向加积结构、“丘基—(大)丘核+丘前—丘坪”非对称的垂向加积结构、“丘基—(小)丘核+丘前—丘坪”侧向前积非对称结构的特征。具有“大丘大滩”特征的陡坡非对称加积型丘滩体有利储集相带最发育,是有利油气区勘探的方向。图5表2参41

关键词: 塔里木盆地; 古城地区; 寒武系; 台缘丘滩体类型; 古地貌
中图分类号:TE122.3 文献标志码:A
Types of the Cambrian platform margin mound-shoal complexes and their relationship with paleogeomorphology in Gucheng area, Tarim Basin, NW China
ZHANG Junlong1,2, HU Mingyi1, FENG Zihui2, LI Qiang2, HE Xiangxiang2, ZHANG Bin2, YAN Bo2, WEI Guoqi3, ZHU Guangyou3, ZHANG You4
1. School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan 430100, China
2. Exploration and Development Research Institute, Daqing Oil Field Company Ltd., Daqing 163712, China
3. PetroChina Research Institute of Exploration & Development, Beijing 100083, China
4. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology (HIPG), Hangzhou 310023, China
Abstract

Based on the observation of outcrops and cores, thin section identification, restoration of paleogeomorphology by residual thickness method, fine description of seismic facies, etc., the coupling relationships between the development patterns of various types of Cambrian platform margin mound-shoal complexes and paleogeomorphology in the Gucheng area of Tarim Basin have been examined. The Cambrian platform margin mound shoal complex is divided into mound base, mound core, mound front, mound back and mound flat microfacies, which are composed of dolomites of seven textures with facies indication. The different paleogeomorphology before the deposition of mound-shoal complex in each period was reconstructed, and three types of mound shoal complex sedimentary models corresponding to the paleogeomorphologies of four stages were established: namely, the first stage of gentle slope symmetric accretion type, the second stage of steep slope asymmetric accretion type and the third and fourth stages of steep slope asymmetric progradation type. Their microfacies are respectively characterized by “mound base - mound back + (small) mound core + mound front - mound flat” symmetric vertical accretion structure, “mound base - (large) mound core + mound front - mound flat” asymmetric vertical accretion structure, “mound base - (small) mound core + mound front - mound flat” asymmetric lateral progradation structure. With most developed favorable reservoir facies belt, the steep slope asymmetric accretion type mound-shoal complex with the characteristics of “large mound and large shoal” is the exploration target for oil and gas reservoir.

Keyword: Tarim Basin; Gucheng area; Cambrian; type of platform margin mound-shoal complex; paleogeomorphology
0 引言

由菌藻类微生物捕获与黏结碎屑沉积物所形成的微生物岩和与其有关的颗粒岩构成的碳酸盐岩建隆称为微生物丘滩复合体(简称丘滩体), 作为重要的新型油气资源载体, 在全球油气勘探实践中亦展示出巨大勘探潜力, 并因其特殊的沉积特征和成储过程成为当前研究的热点[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]。前人对丘滩体岩石组构特征、沉积序列以及储集层控制因素等方面的研究, 取得了较为丰硕的成果[10, 11, 12, 13, 14, 15], 也有部分学者强调了古地貌对丘滩体的形成、规模和迁移的控制作用[16, 17, 18], 但对不同类型丘滩体沉积模式与古地貌的耦合关系鲜有报道。

古城地区寒武系台缘丘滩体是塔里木盆地深层古老碳酸盐岩持续探索的勘探新领域, 近几年勘探实践表明, 丘滩体规模大、储集性能优、烃类气测显示活跃[19, 20], 具有良好的勘探前景; 同时, 其复杂的沉积-成岩过程导致储集层非均质性强烈。作为储集层形成与演化的重要基础, 丘滩体沉积发育模式及其控制因素尚不明确, 造成丘滩体沉积微相展布特征不明确, 制约了有利储集区带的优选。笔者基于古城地区钻井取心和塔西北地区的露头观测、薄片鉴定, 地震相精细刻画、残厚法古地貌分析等技术方法, 构建与不同古地貌相耦合的各种类型丘滩体发育模式, 从古地貌控制作用的角度, 探讨不同类型丘滩体内幕沉积微相展布特征, 进而明确利于规模储集层发育的丘滩体类型, 为有利储集区带预测及勘探目标优选提供地质依据。

1 区域地质概况

震旦纪— 寒武纪的大陆裂谷运动及张裂构造环境控制下, 塔里木板块寒武纪古地理格局总体上没有大的变化, 但以塔西台地为主的孤立碳酸盐台地发生了进积-加积作用, 变得更大[21]。古城地区属于塔里木盆地东部古城低凸起二级构造单元, 向东与塔东隆起毗邻[19], 位于塔西地区台地东南部台缘带(见图1a), 面积近3 000 km2。古城地区寒武纪— 奥陶纪经历了碳酸盐台地-混积陆棚的沉积演化过程[20, 21, 22, 23]:下寒武统主要为中-外缓坡含颗粒云岩及泥灰岩的缓坡碳酸盐台地沉积; 中上寒武统持续海退, 塔西地区台地边缘发生进积作用, 古城地区发育一系列进积台缘丘滩体, 主要为菌藻类微生物碳酸盐岩及与其有关的颗粒白云岩沉积, 形成了镶边碳酸盐台地; 下奥陶统主要发育弱镶边-远端变陡缓坡半局限台地, 台内沉积云化滩相及潮坪相; 中奥陶统以开阔台地颗粒灰岩为主; 上奥陶统为海相碎屑岩超补偿沉积(见图1b)。

图1 塔里木盆地晚寒武世岩相古地理图(a)[21, 22]、研究区地层柱状图(b)[20]及寒武系台缘丘滩体分布图(c)

2 丘滩体沉积微相特征

目前在古城地区2 000 km2三维地震工区内, 共识别出4期中上寒武统向海方向侧向错叠进积的台缘丘滩体(见图1c), 叠合面积约1 600 km2, 埋深6 700~8 200 m, 每期丘滩体建隆幅度一般在300~700 m, 平均420 m。城探1、城探2井揭示了上寒武统第3、4期台缘丘滩体共计近千米地层, 新一轮钻探资料为深化丘滩体的地质认知奠定了基础。

丘滩体白云岩镜下保留了较为清晰的原始沉积结构, 主要包括与微生物群落自身格架生长有关的枝状石白云岩、泡沫绵层白云岩, 与微生物捕获粘结作用有关的叠层石白云岩、层纹石白云岩、凝块石白云岩、球粒白云岩等微生物岩[4, 10, 11, 12, 13], 以及与其有关的颗粒白云岩共7种结构类型白云岩。其中微生物岩是“ 丘” 的主要岩石成分, 与微生物岩有关的颗粒岩则是构成“ 滩” 的主要岩石类型。“ 丘” 和“ 滩” 各种岩石结构类型指示了水深、水体能量等不同的沉积环境, 其组合特征是划分沉积微相类型的主要依据。结合钻井揭示及露头的岩相组合分布特征, 可将丘滩体划分为丘基、丘前、丘核、丘后及丘坪5种沉积微相类型。

2.1 丘基

位于丘滩体最底部, 为中厚层层状沉积(见图2), 主要发育由颗粒结构及部分微生物球粒结构组合构成的含砂屑、球粒白云岩(见图3a、图3b)。城探1井揭示丘基微相多为细砂及以下级别砂屑-粉屑, 颗粒间泥亮晶— 亮晶胶结; 球粒分散排布, 与微生物凝集作用有关的球粒边界相对模糊, 形态不规则, 生物排泄成因的球粒呈暗色卵形或椭球形, 有机质含量高。丘基“ 滩” 相沉积特征反映了丘滩体初始发育期水体相对较深、能量中等— 弱、不利于微生物生长的环境。

图2 古城地区上寒武统丘滩体连井沉积剖面图(a)及塔里木盆地下寒武统露头剖面丘滩体微相分布图(b、c)(GR— 自然伽马)

图3 塔里木盆地寒武系丘滩体岩石结构特征图版
(a)城探1井, 7 257.0 m, 砂屑球粒白云岩; (b)城探1井, 7 275.0 m, 球粒砂屑白云岩; (c)苏盖特布拉克露头, 丛生表附菌枝状石白云岩; (d)苏盖特布拉克露头, 蓝细菌凝块石白云岩[10]; (e)什艾露头, 叠层石白云岩[12]; (f)什艾露头, 泡沫绵层白云岩[12]; (g)于提希露头, 层纹石白云岩[13]; (h)城探1井, 7 006.0 m, 球粒砂屑白云岩; (i)城探1井, 7 125.6 m, 砂砾屑凝块石白云岩; (j)城探1井, 6 875.0 m, 砂屑鲕粒含表附菌砾屑白云岩; (k)城探2井, 6 729.0 m, 生屑颗粒白云岩; (l)城探2井, 6 730.0 m, 生屑颗粒白云岩

2.2 丘核

发育于丘基之上, 位于丘滩体中部的厚层丘形沉积(见图2b、图2c), 古城地区未钻遇该相带, 塔西北苏格盖特布拉克等露头研究表明, 丘核主要发育具有多种微生物结构类型的叠层石白云岩、泡沫绵层白云岩、枝状石白云岩、凝块石白云岩[10, 11, 12, 13]。枝状石白云岩主要发育原地生长的表附菌隐晶白云石, 镜下为暗色分叉丛生灌木状集合体, 或密集成团的簇球状微观形态, 亮晶胶结, 枝状格架间发育原生格架孔隙(见图3c), 形成于较高的水动力环境; 凝块石白云岩凝块间具有明显的蓝细菌微生物黏结特征, 边界不清晰, 泥亮晶胶结, 凝块间发育原生孔隙, 凝块石白云岩主要发育于较深动荡水体的潮下带上部(见图3d); 叠层石白云岩宏观上呈纹层状, 具亮暗相间层状或层穹状微观结构, 叠层间发育原生孔隙(见图3e), 主要见于潮上带温度和盐度偏高的浅水环境; 泡沫绵层白云岩一般为海绵状、蜂窝状等, 微生物体腔孔发育(见图3f), 可见与砂砾屑共生, 指示相对较强的水动力环境。微生物作用活跃的丘核微相是丘滩体微生物岩造“ 丘” 的主体, 整体为浅水高能沉积环境[24]

2.3 丘后

位于丘核后翼(见图2c), 古城地区未钻遇, 阿克苏于提希剖面丘后主体为深灰色薄层状层纹石白云岩[13], 镜下可见由菌纹层、颗粒层和亮晶胶结物组成的纹层结构(见图3g)。菌纹层泥晶含量较高, 波状起伏, 形成依赖于微生物的钙化作用以及捕获粘结作用; 颗粒层具有较高的球度和分布均匀的圈层结构, 亮晶胶结, 形成水动力条件强于菌纹层。丘核障蔽下的丘后为水体能量高低间互的“ 滩” 相沉积特征。

2.4 丘前

位于丘核前翼(见图2a、图2b), 发育凝块石、砾屑、砂屑颗粒白云岩及部分球粒白云岩。钻井揭示的丘前相颗粒内部具有蓝细菌生长痕迹, 各种颗粒内碎屑分选、磨圆较差, 亮晶胶结为主, 少量球粒具前述似球粒结构、分散分布特征(见图3h、图3i)。丘前由波浪或重力分异等机械作用搬运到丘核前翼再次沉积形成, 具有较深水中高能“ 滩” 相沉积特征。

2.5 丘坪

丘坪为丘滩体顶部中厚层穹状沉积(见图2a、图2c), 主要发育鲕粒、砾屑、砂屑颗粒结构白云岩。城探1、城探2井丘坪亮晶胶结的砂屑和鲕粒以细砂级以上为主, 分选、磨圆一般— 较好, 砾屑内残留了表附菌枝状结构等微生物结构, 微生物原生孔隙被后期硅质或方解石部分或完全充填, 这些表附菌砾屑与砂屑、鲕粒混杂(见图3j— 图3l), 不同于丘核内的枝状石呈集合丛生状态。丘坪是未完全固结成岩的微生物岩经浪基面附近强烈的波浪作用反复淘洗破碎再沉积而形成的, 具典型的浅水高能“ 滩” 沉积特征。

3 多期丘滩体的古地貌恢复
3.1 丘滩体期次划分

古城地区寒武系台缘丘滩体从广义上属于生物礁沉积建造[4, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24], 在同期等时地层内沉积速率较大, 厚度明显大于四周同期沉积物的厚度, 城探1、城探2井分别钻遇厚428 m、398 m的丘滩体(见图2a), 地震剖面上外形呈显著的“ 丘形” 建隆地震反射特征(见图4)。古城地区三维地震资料反映丘滩体丘形包络面完整、期次明显, 每期丘滩体顶底均为较强振幅连续反射同相轴, 具有下一期丘滩体沉积层向上一期丘滩体坡折带包络边界上超特征, 或是向上一期丘滩体包络边界前缘坡脚处沉积层下超的特征(见图4), 这些地层上超及下超的接触关系反映了沉积转换面特征。通过地震同相轴追踪及其接触关系精细刻画, 古城地区寒武系自西向东识别出4期相互叠置向海方向进积的台缘丘滩体建隆, 并划分了各期丘滩体等时地层单元。下寒武统之上发育第1期丘滩体等时地层, 第2期丘滩体等时地层披覆其上, 第1、2期丘滩体属于中寒武统; 其后上寒武统开始发育第3期丘滩体等时地层, 而第4期丘滩体超覆于第3期丘滩体坡折带, 缺少台内沉积层(见图4)。

图4 古城地区4期丘滩体等时地层单元地震剖面特征(据文献[18, 19]修改)

3.2 残厚法恢复古地貌

目前, 古地貌恢复的方法主要包括印模法、残余厚度法(简称残厚法)、层拉平法、沉积学分析法和层序地层学法等[25, 26]。对于不同研究区由于资料基础和地质条件差异, 每种方法有其各自的局限性和适用性。对于古城地区钻遇目的层仅有两口井, 且分布局限(见图1c), 显然沉积学分析法和层序地层学法不能满足古地貌恢复条件; 而研究区内较大面积的三维地震资料, 为残厚法、印模法及层拉平法恢复古地貌奠定了基础, 可以更简单、快捷、直观地恢复古地貌, 且拥有更好的平面分辨率。印模法和层拉平法均是选择邻近目的层之上具有填平补齐性质的地层作为基准面, 拉平后得以恢复古地貌, 局限性在于必要的去压实、古水深及差异沉降校正不易实现和基准面难以选择; 而残厚法是选择邻近目的层之下的稳定标志层作为基准面拉平, 进行古地貌恢复, 其局限性主要是未考虑差异剥蚀的影响和标志层的选择[25, 26, 27]

古城地区寒武系上覆具有填平补齐性质的地层是上奥陶统却尔却克组海相碎屑岩[20], 离目的层较远, 且缺乏稳定分布易识别的标志层, 再有寒武系— 奥陶系碎屑岩、灰岩、白云岩等多种岩性的压实校正难度大。而古城地区寒武系以白云岩为主, 没有经历大规模剥蚀, 抗压实性良好, 且下寒武统底部玉尔吐斯组是塔里木盆地最大规模的海泛沉积标志层, 全盆地稳定分布[28], 古城地区玉尔吐斯组在地震剖面上为强振幅连续同相轴(见图4), 地震反射特征清晰, 区域上可连续追踪对比, 具备残厚法恢复寒武系古地貌基准面的特性。

在三维地震层位精细解释的基础上, 层拉平玉尔吐斯组, 玉尔吐斯组顶至下寒武统顶的地层厚度分布特征即为第1期台缘丘滩体沉积前的古地貌, 从玉尔吐斯组顶至第1丘滩体等时地层单元顶面的地层厚度特征即为第2期丘滩体沉积前的古地貌, 依次类推可恢复各期丘滩体沉积前的古地貌。厚度较大区域为古地貌高势区。

3.3 古地貌特征

通过残厚法恢复出的古城地区早寒武世(第1期丘滩体沉积前)、中寒武世早期(第2期丘滩体沉积前)、中寒武世晚期(第3期丘滩体沉积前)及晚寒武世早期古地貌特征, 表现出缓坡-镶边台地类型的演化过程(见图5), 符合全盆地寒武系岩相古地理演化特征[21, 22, 29, 30], 说明古地貌恢复结果可靠。古城地区4期丘滩体沉积前呈现出3种古地貌特征:匀斜缓坡、折曲陡坡和单斜陡坡(见图5a— 图5e), 不同古地貌背景, 随着每期丘滩体逐一进积发育, 古城地区寒武系镶边型南北向台缘带自西向东向海方向逐渐迁移, 反映中寒武世以来整体海平面持续下降的特征。

图5 古城地区层拉平地震剖面及各期丘滩体沉积前古地貌平面图

层拉平玉尔吐斯组地震剖面上显示古城地区下寒武统厚度由西向东逐渐减薄, 呈现出自西向东的缓坡古地貌特征, 坡度整体小于1° , 平面上南北向稳定发育微弱坡折带, 整体具有缓坡型台地特征(见图5a、图5b); 中寒武世早期, 在下寒武统缓坡微弱坡折带开始发育第1期丘滩体, 微生物建造的碳酸盐岩沉积, 速度、厚度要明显大于同时期其他地层, 地震剖面上为丘形正凸起建隆[14, 15, 16, 17, 18, 19, 20], 具镶边型台地特征(见图5a), 此时镶边台缘建隆幅度大、坡度陡, 但台缘陡坡下的坡脚地形较为平缓, 形成了呈南北走向展布的折曲式陡坡台缘带(见图5a、图5c); 中寒武世末期, 在第1期丘滩体镶边台缘带折曲陡坡发育了第2期丘滩体, 为单斜式陡坡特征(见图5a、图5d); 晚寒武世, 第2丘滩体镶边台缘带单斜式陡坡上发育第3期丘滩体, 同样也形成了单斜陡坡台缘带, 第4期丘滩体超覆在其单斜陡坡上, 呈南北条带展布(见图5a、图5e)。

4 与古地貌相耦合的丘滩体类型、发育模式及储集层意义
4.1 丘滩体内幕地震相精细刻画

丘滩体内幕地震反射特征具有明显分异性, 表现为4种地震相特征(见表1):①丘基微相, 地震剖面上呈强振幅、较连续— 连续、中低频的平行— 亚平行席状地震反射特征; ②丘核微相, 由于丘滩体微生物群落本身的生长格及微生物架粘结或捕集作用形成的丘核相, 不显沉积层理, 地震剖面上呈弱振幅、杂乱— 断续的丘状地震反射特征; ③丘前和丘后微相, 具有相似的地震反射特征, 分布在丘核前后, 地震剖面上呈中强振幅、较连续, 中高频的帚状收敛— 亚平行地震反射特征。④丘坪微相, 地震剖面上呈中强振幅、连续— 较连续、中低频穹状或“ S” 形前积地震反射特征。

表1 古城地区不同古地貌上发育的3种类型丘滩体及沉积模式特征
4.2 丘滩体类型

碳酸盐台缘较强的水动力环境是丘滩体发育的最佳场所, 隶属于生物礁的微生物丘滩体沉积建造是极其灵敏的古地貌指示器[31, 32]。台缘丘滩体沉积特征主要受古地貌、海平面升降、水动力条件等因素的影响。水动力条件与台缘的坡度和形态、古地貌结构特征密切相关[31], 坡度平缓, 波浪消能, 水动力较弱; 坡度较陡时, 台缘海岸水动力强。海平面的升降与古地貌的配置关系, 又决定了台缘带可容空间的大小及结构[32, 33]。由此, 寒武系古老台缘丘滩体差异沉积模式的多种影响因素中, 在水动力条件及海平面变化难以直接恢复的情况下, 可以通过漫长地质历史中能够记录下来的古地貌有形表征集中直观地体现, 即古地貌通过其所反映的水动力条件、可容空间大小和结构的约束, 控制了丘滩体相带的展布, 塑造了不同类型的台缘丘滩体。

基于古城地区各期丘滩体沉积前缓坡和陡坡古地貌约束下的丘滩体内幕沉积相带结构样式, 划分出缓坡对称加积型丘滩体、陡坡非对称加积型以及陡坡非对称前积型3种丘滩体类型(见表1)。

第1期为缓坡对称加积型丘滩体。塔里木盆地早寒武世早期大规模海侵后, 形成了盆地内主要烃源岩层玉尔吐斯组, 然后海平面开始下降[21, 30], 在下寒武统缓坡台地地形略有落差变化处, 中寒武统丘滩体奠基期的丘基微相开始发育, 席状平铺在缓坡古地貌上。随着相对海平面进一步下降, 丘滩体进入拓殖-泛殖期, 但尚处于相对海平面下降早期, 水体仍旧较深, 且缓坡背景下水动力条件较弱, 不利于抗浪习性的微生物大规模快速生长, 丘核生长仅是追赶海平面, 垂向生长为主, 横向规模较小, 但匀斜缓坡古地貌与较高海平面的配置, 垂向及横向上具有充足的可容空间(见表1), 在波浪改造及微生物捕获共同作用下丘前和丘后微相充分发育, 规模较大, 与丘核微相齿状交错构成相带对称的丘形结构; 当丘滩体生长到接近海平面或暴露出水面, 可容空间消亡殆尽, 丘滩体进入衰亡期, 浪基面附近强水动力改造先前尚未固结成岩的微生物岩, 在丘后-丘核-丘前的丘形体上的较为均衡的可容空间, 形成面积较大的丘坪微相, 至此结束了这一期丘滩体的沉积。沉积微相呈“ 丘基— 丘后+(小)丘核+丘前— (大)丘坪” 完整对称的垂向加积结构。丘滩体丘核“ 丘” 的面积较小, 丘坪“ 滩” 的面积较大, 丘前-丘后-丘基“ 滩” 的面积较大, 整体表现出“ 小丘大滩” 的特征。

第2期为陡坡非对称加积型丘滩体。在第1期丘滩体沉积建隆前缘折曲式陡坡下的平缓坡脚处, 奠基发育了第2期丘滩体的丘基微相; 陡坡背景下强烈的水动力条件促使格架生长的微生物岩快速繁育, 且折曲陡坡古地貌向上和向前具有充足的可容空间(见表1), 形成规模较大丘核微相, 因微生物作用活跃制约了波浪改造作用, 在其前翼形成的丘前微相沉积规模较小, 其后翼因受前期台缘陡坡古地貌的约束而缺少可容空间, 丘后微相几乎不发育; 同样, 随着丘滩体垂向快速增长, 顶部接受波浪改造, 最终在丘核-丘前微相上横向较大的可容空间内, 沉积了规模较大的丘坪微相, 第2期丘滩体终结。沉积微相组合呈“ 丘基— (大)丘核+丘前— 丘坪” 非对称的垂向加积结构。与缓坡古地貌相比, 陡坡地貌水动力条件更强, 因此, 丘核“ 丘” 的面积大, 丘坪“ 滩” 的面积与前者相比略大, 丘基“ 滩” 的面积较大, 丘前“ 滩” 面积较小, 整体上具有“ 大丘大滩” 特征(见表2)。

表2 塔里木盆地寒武系丘滩体储集层发育特征

第3、4期为陡坡非对称前积型丘滩体。第3、4期丘滩体在前一期丘滩体前缘单斜式陡坡上发育, 水动力较强, 在丘基的基础上(可是前期丘滩体丘前作为丘基), 丘核向上快速生长, 因向上缺少充足的可容空间(见表1), 迫使其向前生长, 且伴随陡坡强烈波浪作用, 以及斜坡的失稳性, 限制了微生物岩的稳定发育, 丘核规模较小; 在丘核前翼较大的可容空间, 接受了大量被波浪破碎形成的内碎屑, 形成较大规模的丘前微相; 同样因缺少向后的可容空间, 丘后微相不发育; 相对海平面下降, 丘滩体进入衰亡期, 丘坪微相也因缺少可容空间而规模较小。受单斜式陡坡可容空间约束, 在较强水动力条件下, 快速生长的丘滩体相带呈现出一系列典型前积结构特征, 记录了强烈的相对海平面下降过程。沉积微相组合具有“ 丘基— (小)丘核+丘前— 丘坪” 侧向前积结构特征。丘核“ 丘” 的面积在3种类型丘滩体中最小, 丘坪“ 滩” 面积较大, 但在三者中也是最小, 丘基-丘前“ 滩” 的面积大, 整体具有“ 小丘大滩” 的特征(见表2)。

4.3 差异沉积模式对丘滩体储集层的影响

大量研究表明, 古老微生物丘滩复合体沉积储集层的主要影响因素包括古地貌特征、沉积作用以及受控于沉积作用和古地貌特征的各种溶蚀作用等[34, 35, 36], 因此, 丘滩体在不同古地貌背景下的差异沉积模式, 势必会对不同类型丘滩体储集层的发育产生深远影响。

首先, 沉积相带是原生孔隙发育的条件。丘滩体的原生孔隙主要与微生物岩有关[35, 37], 如枝状石、凝块石微生物格架内部及之间的格架孔、泡沫绵层石体腔孔、叠层石和层纹石中发育的窗格孔等。丘滩体中丘核微相微生物作用最为活跃, 发育多种类型微生物岩, 是丘滩体原生孔隙发育的有利相带。

其次, 沉积环境是岩溶作用改造储集层的基础。大气淡水溶蚀、有机酸溶蚀以及热液溶蚀等多种成岩作用改造形成丘滩体优质储集层, 其中大气水溶蚀是关键因素[19, 34, 36, 37, 38, 39]。丘核微相利于微生物繁育, 浅水高能的沉积环境原生孔隙发育, 为大气水、热液和有机酸溶蚀叠加改造储集层提供了必要的多介质流体水岩反应的渗流条件, 丘核孔隙度多集中在3%~10%[13], 丘前、丘后和丘基孔隙度一般在2%左右; 另外, 向上变浅的沉积序列, 使丘滩体顶部残余微生物结构的丘坪微相更有利于接受准同生期大气淡水作用发生溶蚀, 城探1井揭示了第3期前积型丘滩体顶部丘坪微相的厘米级溶蚀孔洞, 孔隙度最大达11.2%。丘核和丘坪微相的浅水高能沉积环境有利于丘滩体形成优质岩溶型储集层, 是丘滩体有利储集相带, 丘坪溶蚀储集层物性更好(见表2)。

最后, 与古地貌相耦合的差异沉积模式决定了储集层的发育规律。三维地震储集层预测结果表明, 3种类型古地貌约束下的3种丘滩体差异沉积模式, 导致了有利储集相带发育规模的差异性。有利储集相带预测厚度基本相当的情况下, “ 大丘大滩” 特征的陡坡非对称加积型丘滩体丘核与丘坪的面积和较另外两种类型丘滩体至少大100 km2(见表2), 可见其是优质规模储集层最发育的丘滩体类型, “ 小丘大滩” 特征的缓坡对称加积型丘滩体次之, 总体上两类加积型丘滩体比前积型丘滩体有利相带发育规模更大。

塔里木盆地寒武系台缘结构具有明显的分段性[40, 41], 其中整个东部轮古— 古城台缘带为陡坡型, 具有相似的结构特征, 发育陡坡型加积-进积台缘丘滩体[41], 具备形成与古城地区第2期丘滩体相似的、具有“ 大丘大滩” 特征的丘滩体, 是规模储集层发育的有利相带, 且轮古— 古城台缘带古老深层寒武系丘滩体有多种类型储盖组合[40], 展示出其良好的勘探潜力。

5 结论

古城地区寒武系台缘丘滩体主要由微生物白云岩及与之相关的颗粒白云岩构成, 属于微生物碳酸盐岩沉积块体, 指示沉积环境的7种结构类型白云岩的不同组合, 可将其内幕划分出丘基、丘核、丘前、丘后和丘坪5种沉积微相。

古地貌通过可容空间大小和结构的约束控制着丘滩体的沉积模式。3种古地貌背景上形成的向海进积叠置的4期丘滩体, 发育3种类型差异沉积模式:第1期为缓坡对称加积型丘滩体, 发育完整的5种微相类型, 以丘核为轴心呈对称垂向加积结构; 第2期陡坡非对称加积型丘滩体缺少丘后微相, 呈非对称的垂向加积结构特征; 第3、4期属于陡坡非对称前积型丘滩体缺少丘后微相, 微相呈侧向前积结构特征。缓坡加积型和陡坡前积型丘滩体具有“ 小丘大滩” 特征, 陡坡加积型丘滩体具有“ 大丘大滩” 特征。

古地貌控制丘滩体内幕沉积相带展布特征, 沉积相带即是原生孔隙发育的条件, 其所指示的沉积环境又是后期各种岩溶作用改造储集层的基础, 因此, 与古地貌特征相耦合的差异沉积模式决定了丘滩体储集层的发育规模。加积型丘滩体有利储集相带规模较大, 古城地区“ 大丘大滩” 特征的第2期丘滩体可能为最有利的储集相带。通过建立不同类型丘滩体沉积模式与古地貌之间的关系, 不仅为古城地区优选埋藏更深的有利储集区带提供了地质依据; 同时, 在当前不断探索深层、超深层古老碳酸盐岩油气的背景下, 对勘探程度较低的寒武系等相同或相似类型的丘滩相沉积区带, 可通过古地貌结构特征分析, 为初步选定有利勘探目标区提供参考。

(编辑 黄昌武)

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