李 源，魯新便，王瑩瑩，張 恒，蔡忠賢，李達澤

[1.中國地質(zhì)大學(武漢) 資源學院,湖北 武漢 430074； 2.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆 烏魯木齊 830011；3.成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059； 4.科羅拉多礦業(yè)大學 經(jīng)濟商業(yè)學院，美國 丹佛 80401]

?

塔河油田海西早期巖溶水文地貌特征及其演化

李 源1，魯新便2，王瑩瑩3，張 恒1，蔡忠賢1，李達澤4

[1.中國地質(zhì)大學(武漢) 資源學院,湖北 武漢 430074； 2.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆 烏魯木齊 830011；3.成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059； 4.科羅拉多礦業(yè)大學 經(jīng)濟商業(yè)學院，美國 丹佛 80401]

塔里木盆地塔河油田海西早期形成了復雜的碳酸鹽巖巖溶縫洞系統(tǒng)，其發(fā)育規(guī)模在塔河油田東部主體區(qū)和西部外圍區(qū)表現(xiàn)出顯著的差異性。巖溶水作為巖溶發(fā)育的關(guān)鍵因素，在不同地質(zhì)背景下表現(xiàn)出的水文學特征及水動力作用與巖溶縫洞系統(tǒng)的發(fā)育密切相關(guān)。為了深入認識和闡述東、西部巖溶儲層發(fā)育機制，以現(xiàn)代巖溶理論為指導，基于高精度三維地震資料，利用地震屬性提取技術(shù)及地震成像相關(guān)技術(shù)，對埋深5 000 m以下的古巖溶地貌和古水文網(wǎng)絡(luò)進行了恢復。通過對東、西部水文地貌特征的精細描述，厘定了巖溶演化階段。研究結(jié)果表明：1)東部主體區(qū)為巖溶高原區(qū)，以峰叢、溶丘等高幅差地貌為主，地表水強烈的垂向侵蝕作用形成了干谷、盲谷、伏流、峽谷、天生橋等地貌組合，同時，發(fā)育了完整的地表-地下雙重水系網(wǎng)絡(luò)。該水文地貌特征反映了東部主體區(qū)經(jīng)歷了一段長期穩(wěn)定的巖溶作用階段。2)西部外圍區(qū)為巖溶盆地區(qū)，地形較為平緩，發(fā)育低幅度溶丘；地表水以側(cè)向溶蝕、侵蝕為主，展現(xiàn)出蛇曲狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),尚未形成連續(xù)的地下水系網(wǎng)絡(luò)，說明西部外圍區(qū)巖溶作用時間相對有限。綜合區(qū)域構(gòu)造演化史，認為塔河油田東部主體區(qū)巖溶發(fā)育階段處于壯年期，西部外圍區(qū)巖溶發(fā)育階段處于青年期。

古巖溶地貌；古水系；演化階段；巖溶儲層；海西早期；塔河油田

近代巖溶地貌學研究始于19世紀末塞爾維亞學者Jovan Cvijic。一百多年來，圍繞巖溶地貌的研究主要集中在3個方面，即巖溶地貌形態(tài)學[1-2]、成因?qū)W[2-3]和巖溶地貌的演化[4-9]。其中針對巖溶地貌的演化，相繼提出了“循環(huán)演化論”[4-5]、“地殼上升速度與剝蝕速度對比論”[6]、“同時態(tài)系統(tǒng)演化論”[7]和“漸進演化論”[8-9]等觀點?！把h(huán)演化論”主張巖溶地貌演化是從地殼上升開始，經(jīng)長期相對穩(wěn)定階段，直到地殼的再度升起，歸納為“ 幼年、青年、壯年、老年”4個階段，每個階段有其特定的巖溶地貌組合形態(tài)，體現(xiàn)了地貌發(fā)育的循環(huán)式演化規(guī)律。“地殼上升速度與剝蝕速度對比論”是以新構(gòu)造運動的上升或下降為主導思想，用上升速度和剝蝕速度的均衡對比關(guān)系來解釋各種巖溶地貌的成因、演化，不足之處在于未能闡述巖溶地貌發(fā)育的階段性?！巴瑫r態(tài)演化論”認為同一時期發(fā)育的巖溶地貌組合形態(tài)不是單一的，突出了地貌發(fā)育的多樣性特點，即“同期異形”特征?！皾u進演化論”強調(diào)了新構(gòu)造運動和水文網(wǎng)絡(luò)對地貌發(fā)育的控制作用，將新構(gòu)造運動和水文網(wǎng)納入Davis的“循環(huán)演化論”中，討論了不同巖溶地貌演化階段下的地貌特征以及水文特征，較前面幾種觀點又前進了一大步。隨后，楊明德[10]、Kaufmann[11]、Ford[2]等進一步強調(diào)了水文網(wǎng)絡(luò)對地貌演化的推動作用，認為水文過程是巖溶地貌發(fā)育演化的主要控制因素。目前，以系統(tǒng)的觀點來認識喀斯特流域，將巖溶地貌放在流域系統(tǒng)內(nèi)進行研究，通過解剖流域的水文網(wǎng)絡(luò)特征并結(jié)合巖溶地貌特征去理解和重建巖溶地貌發(fā)育演化規(guī)律的研究較為薄弱。對于可作為儲層的后期未被充填改造的落水洞、豎井、地下洞穴網(wǎng)絡(luò)等巖溶負地貌的發(fā)育和分布，與Davis的地貌循環(huán)論中所提及的巖溶演化階段密不可分。因此，對于巖溶演化階段的研究，其意義在于巖溶水文、地貌對儲層的控制作用上。

塔里木盆地塔河油田海西早期形成了復雜的碳酸鹽巖巖溶縫洞系統(tǒng)，其發(fā)育規(guī)模在塔河東部主體區(qū)和西部外圍區(qū)表現(xiàn)出顯著的差異性。古巖溶水文、地貌作為重要的研究對象，無論從古巖溶地貌單元的劃分和描述[12-13]，還是對古水系特征的刻畫描述[14-15]，都體現(xiàn)了前人通過現(xiàn)代巖溶理論體系來認識古巖溶系統(tǒng)的視角。然而，在塔河地區(qū)針對古巖溶地貌演化研究較少。本次對塔河油田海西早期東、西部巖溶水文和地貌特征進行研究，進而對兩個地區(qū)巖溶演化階段進行厘定，對揭示古巖溶儲層發(fā)育規(guī)律具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 研究區(qū)構(gòu)造區(qū)劃及井區(qū)劃分Fig.1 Simplified map showing tectonic locations and well blocks in the study areaa.塔里木盆地塔河油田構(gòu)造區(qū)劃；b.塔河油田井區(qū)劃分

2 海西早期地表、地下古水系特征

2.1 地表古水系特征

根據(jù)目前的研究和認識，塔河地區(qū)有效刻畫地表水系的方法主要有古地貌恢復技術(shù)、趨勢面識別技術(shù)、精細相干分析、混頻分色技術(shù)和曲率技術(shù)[15,17]。

古地貌恢復技術(shù)和趨勢面識別技術(shù)主要利用landmark軟件系統(tǒng)，基于高精度三維地震數(shù)據(jù)精細的層位解釋結(jié)果，通過印模法進行古地貌平面成圖[18]，連續(xù)的負地形即構(gòu)成地表水系網(wǎng)。趨勢面識別技術(shù)是在中、下奧陶統(tǒng)頂面層位解釋的基礎(chǔ)上，對層位進行平滑處理(圖2)，形成一個平滑趨勢面,再將原層位與此平滑趨勢面相減，連續(xù)的負地形即為地表古水系，正地形代表巖溶殘丘。該技術(shù)方法對于識別下切較深的水系效果較好。

新一代精細相干分析是從相關(guān)算法、相似算法發(fā)展而來的本征值算法，其精細程度取得了很大提高，主要利用LandMark及Pardigm中的本征值相干對三維數(shù)據(jù)體進行計算產(chǎn)生本征值相干體，不整合面時間切片上呈連續(xù)弱相干的屬性特征清晰地展現(xiàn)古地表水系樣式。

混頻分色技術(shù)是基于不同頻率數(shù)據(jù)對同一地質(zhì)體的不同響應特征，將原始數(shù)據(jù)體通過譜分解成一系列窄帶調(diào)諧數(shù)據(jù)體,通過混色技術(shù)來融合高、中、低3個典型頻段特征，并沿不整合面進行切片來刻畫地表古水系。該方法對于河道下切淺、規(guī)模小的水系具有較好的識別效果。

曲率是單位弧段上切線轉(zhuǎn)過角度大小的極限(圖3)，背斜的曲率為正，向斜的曲率為負?；贕 & G軟件的最大負曲率模塊對數(shù)據(jù)體進行屬性提取，沿不整合面切片，地表水系處為最大負曲率值構(gòu)成的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)。

塔河東部主體區(qū)和西部地區(qū)，由于處于不同的地質(zhì)背景，其巖溶發(fā)育具有差異性，因此地表水系的識別技術(shù)也有所差異。東部主體區(qū)主要依據(jù)趨勢面負地形進行刻畫(圖4a)，西部地區(qū)主要用最大負曲率(圖4b)、混頻分色技術(shù)(圖4c)和精細相干技術(shù)(圖4d)綜合刻畫。通過上述方法對研究區(qū)海西早期地表古水系進行識別刻畫(圖5)。

2.1.1 東部主體區(qū)地表水系結(jié)構(gòu)特征

巖溶流域地表水在徑流過程中，隨著時間和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同而表現(xiàn)出不同的水文特性。其平面形式主要有樹枝狀水系、網(wǎng)狀水系、格狀水系、平行狀水系和單支水系等[19]。水系的形成是由“干流生支流、支流再生細支”[20]。

圖2 趨勢面原理Fig.2 Principle of trend surface

圖3 曲率原理Fig.3 Principle of curvature

東部主體區(qū)海西早期地表發(fā)育6條主干水系(R1—R6)，水系在平面上呈樹枝狀、羽狀結(jié)構(gòu)。R1—R5具有4級分級向南匯流特征(圖5)，R6呈南西向匯流特征。主干水系整體延伸較長，分支系統(tǒng)十分發(fā)育，支流與干流之間交會角一般小于90°，匯入干流兩側(cè)的支流數(shù)量相當，整個水系結(jié)構(gòu)對稱。主干河谷橫剖面具有明顯“下拉”特征(圖6a)，縱剖面從上游至下游呈梯級型下降(圖6b)，發(fā)育多個裂點和侵蝕階地[21-24]。主干河谷的橫、縱剖面特征反映出該區(qū)經(jīng)歷了多期次強烈的構(gòu)造上升運動，伴隨著排泄基準面多期次幕式下降。地表水為了去適應更低的排泄基準面，從而進行強烈的垂向侵蝕作用并向地下轉(zhuǎn)換。

此外，在主干水系R7上游段發(fā)育具有襲奪性的倒鉤式水系(圖6c)。分支水系A(chǔ)1A2段、B1B2段和C1C2段一級水系呈由北向南匯流，與主干水系D3D2段由南向北西向匯流的流向截然相反，構(gòu)成了這種具有“倒鉤式”的水系結(jié)構(gòu)，表明此處在巖溶發(fā)育期發(fā)生水系間的襲奪。D3D2段早期為主干水系R5的上游分支水系，由北向南匯入主干水系R5，后期局部排泄基準面向北西方向遷移，北西向主干水系R7兼并基準面相對較高的R5上游端分支水系D3D2段，從而使主干水系D3D2段由早期的由北向南匯流變?yōu)楹笃诘挠赡舷虮蔽飨騾R流。水系的襲奪和倒淌現(xiàn)象是水系演化程度較高的產(chǎn)物，是后期構(gòu)造運動的差異引起相鄰水系侵蝕基準面之間的差異，從而導致水系發(fā)育出現(xiàn)不均衡[14，24]。

2.1.2 西部地表水系結(jié)構(gòu)特征

西部地區(qū)海西早期地表發(fā)育6條主干水系(R7—R12)，水系在平面上呈不對稱的格狀水系結(jié)構(gòu)特征(圖5)，具有4級分級南向、南西向匯流特征，水系延伸較長。主干水系流向與構(gòu)造走向一致，分支系統(tǒng)較發(fā)育。受海西早期東高西低的地形特征和巖層產(chǎn)狀影響，分支水系明顯密集分布于主干水系東側(cè),主要呈東西向匯入主干水系，干流與支流幾乎呈直角相交，整個水系結(jié)構(gòu)呈不對稱。主干水系縱剖面從上游到下游較平緩(圖7a)，河谷寬而淺(圖7b)，表明在水系形成后構(gòu)造運動相對較為穩(wěn)定，排泄基準面接近地表，地表水以側(cè)向侵蝕溶蝕作用為主，從而形成寬而淺的河谷。主干及分支水系在平面上自由蜿曲，有平原曲流河特征(圖7c，d)。多處可見大型廢棄牛軛湖(圖7e)，早期地表水從A經(jīng)過B到C后向北西向匯流，隨著水系A(chǔ)B段愈來愈彎曲，最后導致水系自然截彎取直，由A徑直流向C，原來彎曲的河道AB被廢棄，形成湖泊。西部地區(qū)特有的這種曲流、牛軛湖的發(fā)育表明，在海西早期西部地區(qū)地貌整體較為平緩，地形起伏較小。

圖4 塔河油田地表水系刻畫方法Fig.4 Methods for characterizing river systems in Tahe oilfielda.趨勢面負地形屬性；b.最大負曲率屬性；c.混頻分色屬性；d.精細相干屬性

圖5 塔河油田海西早期地表主干水系及主要分支水系Fig.5 Distribution of the main and branch river systems of the Early Hercynianin Tahe oilfield

圖6 塔河油田東部地區(qū)地表水系結(jié)構(gòu)特征Fig.6 Architecture features of river systems in the east part of Tahe oilfielda.R1主干水系橫剖面(剖面位置見圖5)；b.R1主干水系縱剖面；c.倒鉤式水系結(jié)構(gòu)特征(位置見圖5中的小方框區(qū))

圖7 塔河油田西部地區(qū)地表水系結(jié)構(gòu)特征Fig.7 Architecture features of river systems in the west part of Tahe oilfielda.R10主干水系縱剖面；b.R10主干水系橫剖面(剖面位置見圖5)；c.R11水系結(jié)構(gòu)特征；d.R10水系結(jié)構(gòu)特征；e.大型廢棄牛軛湖

2.2 地下古水系特征

目前對刻畫塔河地區(qū)地下水系比較有效的方法有大時窗平均絕對振幅屬性、混頻分色技術(shù)及地震反射結(jié)構(gòu)特征分析[15]。通過選取合適的平均絕對振幅屬性時窗(圖8a)和混頻分色切片(圖8b)，結(jié)合地震剖面上“羊排狀”和“串珠狀”等反射特征，對塔河地區(qū)地下水系進行刻畫(圖9)。

Loucks[25]將地下水系的結(jié)構(gòu)樣式劃分為線狀、蛇曲狀、折線狀等單洞道和樹枝狀、網(wǎng)狀迷宮、格字狀迷宮、海綿狀迷宮、分枝狀迷宮等多洞道洞穴結(jié)構(gòu)。按照這一分類，研究區(qū)東部主體區(qū)4區(qū)和6區(qū)地下水系平面結(jié)構(gòu)樣式主要表現(xiàn)為單支狀，地下水系總體沿北東-南西方向展布，分支系統(tǒng)不發(fā)育。10區(qū)地下水系平面結(jié)構(gòu)樣式主要表現(xiàn)為大型連續(xù)樹枝狀、網(wǎng)狀，分支系統(tǒng)發(fā)育。從實鉆井鉆遇洞穴深度來看，東部地區(qū)地下水系整體發(fā)育較深。西部地區(qū)地下水系平面結(jié)構(gòu)樣式與主體區(qū)差異較大，主要呈現(xiàn)為孤立狀，沒有形成完整的地下水系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，地下水系發(fā)育深度較淺。

圖8 塔河油田地下水系刻畫方法Fig.8 Methods for characterizing underground water systems in Tahe oilfielda.大時窗混頻分色屬性；b.大時窗平均絕對振幅屬性

圖9 塔河油田地下水系Fig.9 Undergroundwater systems in Tahe oilfield

通過上述地下水系結(jié)構(gòu)特征可知，在海西早期，東部主體區(qū)很大一部分地表水已轉(zhuǎn)入地下，形成大型樹枝狀的具有綜合性排驅(qū)功能的地下水系網(wǎng)絡(luò)，地表大氣水順著裂縫、洼地底部落水洞等負地形垂直向地下運動，地表、地下水系相互轉(zhuǎn)換頻繁。西部地區(qū)地表水尚未大規(guī)模轉(zhuǎn)入地下，未形成具有綜合性排驅(qū)功能的地下水系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，表明西部地區(qū)整體暴露時間短，區(qū)域潛水面較高，降水主要通過坡面流迅速匯入地表溝谷系統(tǒng)，順地表溝谷向南排泄。

3 海西早期古地貌特征

塔河油田北部上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)海西早期古地貌的恢復主要采用印模法[18]。古地貌恢復結(jié)果表明，研究區(qū)海西早期整體呈現(xiàn)出東高西低的構(gòu)造格局，區(qū)域二級地貌單元從東部主體區(qū)巖溶高原經(jīng)巖溶斜坡逐漸過渡到西部巖溶盆地(圖10a,b)。東、西部地區(qū)巖溶地貌形態(tài)具有明顯的差異性。

3.1 東部地區(qū)巖溶古地貌特征

東部主體區(qū)二級地貌單元處于巖溶高原區(qū)，為古巖溶流域地表水主要補給區(qū)。大型分水嶺體系主要呈北東向和東西走向(圖10a)，分水嶺的展布受控于加里東期發(fā)育的多組“X”型共軛斷裂體系和近東西向的壓扭斷層構(gòu)造，形成了背斜成嶺的構(gòu)造-地貌響應關(guān)系。主體區(qū)整體具有地形幅度較大的特點，區(qū)域地形波狀起伏，相對幅度在20～130m，表現(xiàn)為很明顯的具有一定高差的峰叢、溶丘地貌(圖10b)。地表巖溶發(fā)育，三級地貌單元主要為峰叢洼地、溶丘洼地和丘峰洼地。其中，4區(qū)主要以峰叢洼地為主，山體呈錐狀，洼地及小槽谷上普遍發(fā)育小型漏斗及落水洞。6區(qū)和7區(qū)則以溶丘洼地和丘峰洼地為主，主要位于分水嶺兩側(cè)，山體多呈緩丘狀。10區(qū)主要位于巖溶斜坡地區(qū)，地面坡降較大，三級地貌單元主要為具有一定幅差的丘叢壟脊溝谷和峰叢壟脊溝谷，地貌分異作用明顯。

主體區(qū)峰叢、溶丘和丘峰等高幅差地貌背景下，水系深切、地下水位深埋，水系坡降較大,水文地質(zhì)特征表現(xiàn)出強烈的垂向溶蝕侵蝕作用，水系從地表向地下轉(zhuǎn)化，從而形成了該區(qū)特有的盲谷、伏流帶、干谷和天生橋等巖溶地貌形態(tài)。如4區(qū)識別出盲谷(圖11a)，分支水系經(jīng)過S61井西側(cè)流經(jīng)至TK344X井，水系消失在河谷末端的山體前。這些盲谷的末端都可能有地下水系發(fā)育。TK429井東側(cè)發(fā)育一段鞍形谷(圖11b)，在巖溶流域內(nèi)地表水系間鞍形谷的發(fā)育可能代表鞍形谷下有伏流穿過[10]。從TK429井附近河谷的地震剖面上(圖11c)，可以看出此段河谷底部塌陷比較嚴重，還有明顯的“串珠狀”反射特征，充分證明了此段伏流的存在。主體區(qū)除了部分主干深切水系外,幾乎所有的地表支流都處于干涸狀態(tài)(圖11d)，在主干深切水系兩側(cè)分布著一些相對位置較高的干谷，干谷“懸掛”在溝谷兩側(cè)高點處，巖溶垂向作用強烈，向地下發(fā)展到河谷之下，水流沿干谷中的落水洞、裂縫等潛入地下，通過地下水系匯入主干水系，從而使地表支流呈現(xiàn)出無水干涸狀態(tài)。此外，巖溶斜坡區(qū)地勢較陡，有較大的水動力梯度，在地表水強烈下蝕作用和地下洞穴頂板坍塌共同的作用下，形成一大型巖溶峽谷，未垮塌洞頂?shù)臍埩舨糠直愠蔀樘焐鷺?圖11e)。

圖10 塔河油田海西早期巖溶古地貌特征Fig.10 Paleo-geomorphologic characteristics of karsts during the Early Hercynian of Tahe oilfielda.古地貌平面展布特征；b.古地貌剖面特征(剖面位置見圖10a)

圖11 塔河油田東部地區(qū)巖溶古地貌特征Fig.11 Paleo-geomorphologic characteristics of karsts in the East part of Tahe oilfielda.盲谷；b.伏流帶；c.河谷地震橫剖面；d.干谷；e.天生橋

3.2 西部地區(qū)巖溶古地貌特征

西部地區(qū)二級地貌單元整體處于巖溶盆地，地形較為開闊平坦，沒有形成大型連續(xù)的分水嶺，具有整體地形幅度較小的特點，絕大多數(shù)相對高度在50m以下。與主體區(qū)大型分水嶺體系和豐富多樣的地表、地下巖溶地貌形態(tài)相比，西部地區(qū)巖溶地貌主要表現(xiàn)為不連續(xù)的小型低幅度溶丘、溶峰個體(圖10b)，落水洞、豎井等巖溶負地形欠發(fā)育，巖溶作用主要在地表進行，地貌分異作用不明顯。

4 東部主體區(qū)、西部地區(qū)巖溶演化階段劃分

巖溶地貌的發(fā)育，是由上升的可溶性巖層組成的高地開始，經(jīng)幼年期、青年期、壯年期和老年期，即完成一個喀斯特循環(huán)[5，26]。將巖溶地貌的演化看作一個不斷適應外界環(huán)境并在自身組織支配下發(fā)展演化的系統(tǒng)來研究，其發(fā)育演化過程中有階段性、繼承性和分帶性[27]。階段性即在某一構(gòu)造運動相適應的時期，經(jīng)歷巖溶作用，形成了不同的地貌類型組合。繼承性是指不同時期巖溶可進行相互疊加改造。分帶性主要表現(xiàn)在同一時期不同區(qū)域子系統(tǒng)隨時間的進行，進入不同的演化階段，呈現(xiàn)出不同的水文地貌特征組合，而在同一區(qū)域多樣化地貌類型是由水系網(wǎng)絡(luò)或地質(zhì)構(gòu)造等條件在空間上的差異和分布不均所引起。

由于海西早期的區(qū)域性構(gòu)造抬升，使得塔河油田主體區(qū)中、下奧陶統(tǒng)逐漸暴露地表經(jīng)歷巖溶作用，此時西部地區(qū)仍處于海平面以下。主體區(qū)地表水系呈南北向匯流特征，南部地區(qū)為相對穩(wěn)定的排泄基準面。后期多期次幕式構(gòu)造抬升，使得東部主體區(qū)持續(xù)隆升，西部地區(qū)逐漸露出水面遭受剝蝕和巖溶作用，東、西部地區(qū)之間形成較大的地形幅差，巖溶排泄基準面也隨之發(fā)生了變化，由早期的南向逐漸過渡到北西方向。排泄基準面的變化，打破了早期階段流域間的相互平衡，產(chǎn)生了流域間、水系間的襲奪和倒淌等水文現(xiàn)象。同時，排泄基準面的降低加劇了水的下蝕和溯源侵蝕作用，地表水系垂向侵蝕作用強烈并不斷向地下轉(zhuǎn)化，地下水位驟降，地表水潛伏，形成大量伏流、盲谷，大量地表分支水系在后期逐漸演變?yōu)楦晒龋叵滦纬闪舜笮瓦B續(xù)樹枝狀水系網(wǎng)絡(luò)，部分大型洞道后期頂板發(fā)生了垮塌而再次暴露地表。在地表水文網(wǎng)絡(luò)和充分的水-巖相互作用下，形成了有一定高差的溶丘洼地、峰叢洼地和丘峰洼地等巖溶地貌類型，地表、地下巖溶地貌類型豐富多樣。這些水文地貌特征充分說明了主體區(qū)巖溶作用經(jīng)歷較長一段的穩(wěn)定期，建立了完整的地表巖溶流域水系網(wǎng)絡(luò)以及具有綜合性排驅(qū)功能的地下水系統(tǒng)，自上游到下游形成了穩(wěn)定且廣大的流域，地貌分異作用強烈，巖溶發(fā)育階段處于 “壯年期”(表1)。

表1 塔河油田水文地貌特征及巖溶演化階段劃分

隨著構(gòu)造的不斷抬升，西部地區(qū)大范圍暴露地表。由于該區(qū)二級地貌單元位于巖溶盆地，排泄基準面接近地表附近，因此地表水系垂直深切侵蝕作用較弱，形成以側(cè)蝕作用為主的寬、淺河谷，地表水系結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出平原化曲流結(jié)構(gòu)特征，地形較為平緩，主要在地表發(fā)育，地下水的運動以隙流為主，局部發(fā)育管流，尚未產(chǎn)生大型連續(xù)的地下水系網(wǎng)絡(luò)。地表無明顯分水嶺，地形幅差小，巖溶地貌類型沒有主體區(qū)豐富，主要是水系側(cè)蝕作用形成的低幅度巖溶壟崗和溶丘。西部地區(qū)水文地貌特征充分說明了該地區(qū)經(jīng)歷巖溶作用時間有限，地表、地下水文網(wǎng)絡(luò)對地貌的溶蝕侵蝕作用較弱，水-巖相互作用時間短，水文地貌分異作用不明顯，巖溶地貌發(fā)育演化時間較短，巖溶發(fā)育階段處于 “青年期”(表1)。

5 結(jié)論

1) 塔河油田海西早期發(fā)育密集的地表水系網(wǎng)絡(luò)，全區(qū)共識別出12條大型主干水系。東部主體區(qū)水系發(fā)育較成熟，西部地區(qū)水系發(fā)育較年輕。

2) 東部主體區(qū)發(fā)育大型連續(xù)的地下水系網(wǎng)絡(luò)，地表水已大量轉(zhuǎn)入地下。西部地區(qū)不發(fā)育大型連續(xù)地下水系，以孤立狀為主。

3) 東部主體區(qū)位于巖溶高原地帶，分水嶺規(guī)模大，三級地貌單元表現(xiàn)為高幅差的峰叢洼地、溶丘洼地和丘峰洼地，地表水強烈的垂向侵蝕作用形成了一套以干谷、盲谷、伏流、峽谷和天生橋等為代表的特殊地貌組合，地貌分異作用明顯。西部地區(qū)處于巖溶盆地，排泄基準面接近地表，地貌特征表現(xiàn)為地表水系側(cè)向侵蝕溶蝕作用形成的一些低幅度巖溶壟崗和溶丘，地貌分異作用不明顯。

4) 東部主體區(qū)巖溶發(fā)育階段處于壯年期，西部地區(qū)巖溶發(fā)育階段處于青年期。

[1] Ford D C.Karst geomorphology,caves and cave deposits:A review of North American contributions during the past half century[J].Geological Society of America Special Papers,2006,404(3):1-13.

[2] Ford D C,Williams P W.Karst hydrogeologyand geomorphology[M].Chichester,UK:John Wiley & Ltd,2007:321-395.

[3] Klimchouk A,Forti P,Cooper A.Gypsum karst of the World:A brief overview[J].International Journal of Speleology,1996,25(3):159-182.

[4] Davis W M.The geographical cycle[J].The Geographical Journal,1899,14(5):481-504.

[5] Cvijic J.Hydrographie souterraine et evolution morphologique du karst[J].Recueil des travaux de l’institut de géographie alpine,1918,6(4):375-426.

[6] Zhang Z J.Karst types in China[J].Geojournal,1980，(4)：541-570.

[7] 朱學穩(wěn).峰林喀斯特的性質(zhì)及其發(fā)育和演化的新思考(3)[J].中國巖溶,1991,10(3):171-182.

Zhu Xuewen.New considerations on characteristics and evolution of fenglin karst(3)[J].Carsologica Sinica,1991,10(3):171-182.

[8] 宋林華.喀斯特地貌演化與喀斯特含水層特性[J].地理研究,1986,5(4):68-77.

Song Linhua.Evolutiong of process of karst geomorphology and the property of karst aquifer [J].Geograpgical Research,1986,5(4):68-77.

[9] 鄒成杰,何宇彬.喀斯特地貌發(fā)育的時空演化問題初討[J].中國巖溶,1995,14(1):49-58.

Zou Chenjie,He Yubin.Time-space evolution of karst landform development[J].Carsologica Sinica,1995,14(1):49-58.

[10] 楊明德.喀斯特流域水文地貌系統(tǒng)[M].北京:地質(zhì)出版社,1988:58-75.

Yang Mingde.Karst river basinlandform system[M].Beijing:Geolo-gical Publishing House,1998:58-75.

[11] Kaufmann G.Karst landscape evolution[J].Speleogenesis and Evolution of Karst Aquifers,2002,1(3)：1-10.

[12] 苗錢友,朱筱敏,李國斌,等.濱里海盆地M區(qū)塊晚石炭世古地貌恢復與白云巖儲層預測[J].地球科學(中國地質(zhì)大學學報),2014,39(7):871-879.

Miao Qianyou,Zhu Xiaomin,Li Guobin,et al.Paleogeomorphology recovery and reservoir prediction of Upper Carboniferous in M Block,Pre-Caspian Basin[J].Earth Science(Journal of China University of Geosciences),2014,39(7):871-879.

[13] 曹建文,夏日元,張慶玉.應用古地貌成因組合識別法恢復塔河油田主體區(qū)古巖溶地貌[J].新疆石油地質(zhì),2015,36(3):283-287.

Cao Jianwen,Xia Riyuan,Zhang Qinyu.Application of paleogeomorphic genesis assembly identifiction method to recovery of paleokarst landform in major blocks of Tahe oilfield,Tarim Basin[J].Xinjiiang Petroleum Geology,2005,36(3):283-287.

[14] 蔡忠賢,劉永立,段金寶.巖溶流域的水系變遷——以塔河油田6區(qū)西北部奧陶系古巖溶為例[J].現(xiàn)代地質(zhì),2009,28(1):31-34.

Cai Zhongxian,Liu Yongli,Duan Jinbao.Transition of river system in karst basin—A case study on Ordovician palaeokarst in the northwest of Block 6,Tahe oilfield[J].Carsologica Sinca,2009,28(1):31-34.

[15] 魯新便,何成江,鄧光校,等.塔河油田奧陶系油藏喀斯特古河道發(fā)育特征描述[J].石油實驗地質(zhì),2014,36(3):268-274.

Lu Xinbian,He Chengjiang,Deng Guangxiao,et al.Development features of karst ancient river system in Ordovician reservoirs,Tahe oil field[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(3):268-274.

[16] 鄒亞銳,塔吉古麗,邢作云,等.塔里木新元古代—古生代沉積盆地演化[J].地球科學(中國地質(zhì)大學學報),2014,39(8):1200-1216.

Zou Yarui,Tajiguli,Xin Zuoyun,et al.Evolution of sedimentary basins in Tarim during Neoproterozoic-Paleozoic[J].Earth Science(Journal of China University of Geosciences),2014,39(8):1200-1216.

[17] 劉其.塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲層預測新進展[J].西部探礦工程,2011,23(6):70-72.

Liu Qi.The new development of forecast for Ordovician carbonate re-servoir in Tahe oil field[J].West-China Exploration Engineering,2011,23(6):70-72.

[18] 康志宏.塔河碳酸鹽巖油藏巖溶古地貌研究[J].新疆石油地質(zhì),2006,27(5):522-525.

Kang Zhihong.The Karst Palaeogeomorphology of carbonate reservoir in Tahe oilfield[J].Xinjiiang Petroleum Geology,2006,27(5):522-525.

[19] 沈玉昌,龔國元.河流地貌學概論[M].北京:科學出版社,1986:31.

Shen Yuchang,Gong Guoyuan.Introduction to river geomorphology[M].Beijing:Scienc Press,1986:31.

[20] Glock W S.The development of drainage systems:A synoptic view[J].Geographical Review,1931,21(3):475-482.

[21] 陸中臣,賈紹鳳,黃克斷,等.流域地貌系統(tǒng)[M].大連:大連出版社,1991:381.

Lu Zhonzgcheng,Jia Shaofeng,Huang Keduan,et al.River basin landform system[M].Dalian:Dalian Publishing House,1991:381.

[22] Tuncer D,Ali S,Rob W,et al.Late Cenozoic surface uplift revealed by incision by the river euphrates at Birecik,southeast Turkey[J].Quaternary International,2008,186(1):132-163.

[23] Yosuke N A,Keiji T.Late quaternary activity of faults and recurrence interval of earthquakes in the eastern Hokuriku region,northern central Japan,on the basis of precise cryptotephra analysis of fluvial terrace sequences[J].Geomorphology,2008,99(1):59-75.

[24] 劉永立,蔡忠賢.塔河油田四區(qū)奧陶系古巖溶流域的倒淌河及其成因研究[J].現(xiàn)代地質(zhì),2009,23(6):1121-1125.

Liu Yongli,Cai Zhongxian.The inverted river and its origin in palaeokarst drainage basin of Ordovicician in Block 4,Tahe oilfield[J].Geoscience,2009,23(6):1121-1125.

[25] Locks R G.Paleocave carbonate reservoirs:Origings,burial-depth modifications,spatial complexity,and reservoir implication[J].AAPG Bulletin,1999,83(11):1795-1834.

[26] 任美鍔,劉振中.巖溶學概論[M].北京:商務出版社，1983:181.

Ren Meie,Liu Zhenzhong.Karst introduction[M].Beijing:The Commercial Press,1983:181.

[27] 王增銀,沈繼方,徐瑞春,等.鄂西清江流域巖溶地貌特征及演化[J].地球科學(中國地質(zhì)大學學報),1995,20(4):439-444.

Wang Zenyin,Shen Jifang,Xu Ruichun,et al.Karst landscapes and their evolution in reaches of the Qingjiang River,western Hubei[J].Earth Science(Journal of China University of Geosciences),1995,20(4):439-444.

(編輯 李 軍)

Hydrogeomorphologic characterization and evolution of the Early Hercynian karstification in Tahe oilfield,the Tarim Basin

Li Yuan1,Lu Xinbian2,Wang Yingying3,Zhang Heng1,Cai Zhongxian1,Li Daze4

(1.FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China; 2.ExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPECNorthwestOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang830011,China; 3.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 4.EconomicsandBusiness,ColoradoSchoolofMines,Denver,Colorado80401,USA)

Complex karst fracture-vuggy systems formed during early Hercynian of Tahe Oilfield show greatly disparities in scales and distributions in the east (blocks of interests) and west (peripheral area) parts of the oilfield.Karst water was thought to be the key factor during the karstification under varying hydrogeomorphology and hydrokinetic conditions against different geological settings.To deeper understand and interpret the mechanisms behind the development of karst reservoirs in western China,the authors restored paleokarst geomorphology and hydrology networks buried in a depth less than 5000m with modern karst theories as guidance,and high-precision 3D seismic data,seismic attribute abstraction and seismic images,as basis.A fine description of hydrogeomorphology of the east and west parts of the oilfiled were also carried out to help define the evolution stages of the karstification.The results show that the east part was developed into karst plateau with high-relief peak clusters and karst mounds as the primary landform units.Typical landscape combinations consisting of dry valleys,blind valleys,swallet steams,canyons and natural bridges,were formed by strong vertical erosion from surface water.Integrated drainage systems made up of both surface and underground hydrologic networks were also formed there.These features reveal that the part had gone through a long and stable period of karstification.The results also point out that the west part is mostly a karst depression holding gentle topography gradient and karst mounds with relatively lower relief.The surface water network was observed to erode largely laterally into snaking networks in the part.However,continuous underground water networks failed to come into being,indicating a shorter period of karsitification in the part.Combining these observations with regional tectonic evolution data,the authors suggests that the karst re-servoirs in the east of the oilfield are still in their stage of maturity and those in the west are during their adolescence phase.

palaeo karst geomorphology,palaeo drainage system,evolutionary stage,karst reservoir,Early Hercynian,Tahe oilfield

0253-9985(2016)05-0674-10

10.11743/ogg20160507

2015-09-16;

2016-09-07。

李源(1987—)，男，博士研究生，資源探測。E-mail:liyuan586287@126.com。

簡介：蔡忠賢(1963—)，男，教授，碳酸鹽巖儲層地質(zhì)學。E-mail:zxcai@cug.edu.cn。

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2012CB214804)。

TE122.2

A