伏美燕, 趙麗敏,, 段天向, 周 文, 劉 磊

(1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室,四川成都 610059;2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院,四川成都 610059; 3.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

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一伊拉克HF油田Mishrif組厚殼蛤灘相儲層沉積與早期成巖特征

伏美燕1,2, 趙麗敏1,2,3, 段天向3, 周 文1,2, 劉 磊1,2

(1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室,四川成都 610059;2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院,四川成都 610059; 3.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

通過巖心觀察、薄片鑒定、同位素和微量元素分析,研究伊拉克HF油田Mishrif組富厚殼蛤?qū)覯B2-MC1層的沉積微相和早期成巖特征。結(jié)果表明,Mishrif組MB2-MC1層發(fā)育在開闊臺地-臺地邊緣相。富厚殼蛤?qū)又邪l(fā)育2期厚殼蛤灘以及2套含厚殼蛤風(fēng)暴層。厚殼蛤灘沉積在臺地邊緣,Sr/Ba比值為5.74,高于2套開闊臺地沉積的風(fēng)暴層。厚殼蛤灘的發(fā)育特征有別于厚殼蛤礁,無原地生長特點,同沉積破碎嚴重,以厚殼蛤礫屑灰?guī)r、厚殼蛤顆粒灰?guī)r和泥?；?guī)r為主要巖相,與開闊臺地潮下淺灘交互沉積。同生期厚殼蛤灘相的暴露導(dǎo)致早期大氣淡水淋濾作用較強,而膠結(jié)作用較弱,形成以粒間孔、粒間溶孔、溶洞、溶縫為主的儲集空間。

HF油田; 白堊系; 厚殼蛤; 臺緣灘; 儲層沉積; 成巖特征

厚殼蛤是白堊紀主要的造礁生物,其所形成的礁占白堊紀中期生物礁總量的60%以上[1]。這類外形類似珊瑚的奇特貝類在白堊紀末期生物大滅絕事件中已完全消逝[2]。中國關(guān)于厚殼蛤礁的報道極少,僅在西藏崗巴地區(qū)發(fā)現(xiàn)[3],而厚殼蛤生物建隆(生物礁、生物層或灘)是中東地區(qū)白堊系重要的油氣儲層[4-7]。中東白堊紀厚殼蛤生物建隆的骨架生物主要為輻射蛤,與現(xiàn)代礁有較大區(qū)別。通常與礁后的臺地淺灘交互沉積,且與底棲有孔蟲和藻類共生[4,6]。目前,對于厚殼蛤礁的發(fā)育特征和識別標志仍然存在較大爭議[4],且這類儲層的早期強溶蝕和弱膠結(jié)等特征的控制因素不清。伊拉克HF油田主力儲層為白堊系森諾曼階Mishrif組含厚殼蛤的灰?guī)r,儲集性能極好[8]。該地區(qū)是否存在厚殼蛤礁尚無定論,其發(fā)育特征不明確,限制了對這類油氣儲層的認識和開發(fā)。筆者利用巖心和薄片觀察、微量元素和同位素測試,研究該地區(qū)Mishrif組含厚殼蛤灰?guī)r沉積相與早期成巖特征。

1 地質(zhì)背景

HF油田位于伊拉克東南部的美索不達米亞盆地(圖1),主要產(chǎn)油層位為白堊系Mishrif組灰?guī)r。HF地區(qū)從構(gòu)造分區(qū)上屬于盆地的前淵帶,為一寬緩長軸背斜。自二疊紀末開始,伊拉克地區(qū)進入早阿爾卑斯構(gòu)造旋回,美索不達米亞帶處于構(gòu)造沉降幅度較大的地區(qū)。白堊紀伊拉克地區(qū)一直保持淺海碳酸鹽巖臺地環(huán)境。白堊紀末期拉拉米構(gòu)造活動在白堊系頂部形成一個區(qū)域性不整合面。Aqrawi 等[9]認為森諾曼期伊拉克地區(qū)位于新特提斯洋的西南緣,HF油田位于臺地邊緣。森諾曼期的沉積相帶為北西-南東向展布,北東向為向海方向(圖2)。伊拉克南部Mishrif組與下伏Ahmadi組、Rumaila組處于同一沉積旋回,Ahmadi組和Rumaila組為海進期沉積的泥灰?guī)r和白堊質(zhì)灰?guī)r,Mishrif組為海退期沉積的臺地邊緣生物碎屑灰?guī)r。Mishrif組的海退序列開始于盆地東部。盆地東部變遷受控于Amara古隆起的抬升和整個地區(qū)海平面的下降,導(dǎo)致沉積環(huán)境逐漸從開闊陸棚環(huán)境演化為礁前斜坡、礁坪和淺灘沉積環(huán)境,再到后期的內(nèi)陸棚沉積環(huán)境[4,9]。Mishrif組的小層劃分,HF油田Mishrif組臺地邊緣相發(fā)育在MB2-MC1層,見圖3。

圖1 HF油田地理位置

圖2 白堊紀森諾曼期新特提斯洋西南緣巖相古地理[9]

圖3 HF油田Mishrif組MB2-MC1層典型巖石類型照片

2 沉積微相類型與展布

2.1 微相劃分

采用Dunham[10]的標準,巖石分為顆?；?guī)r、泥?；?guī)r、粒泥灰?guī)r和泥灰?guī)r。Mishrif組MB2-MC1層主要發(fā)育顆?；?guī)r、泥粒灰?guī)r-粒泥灰?guī)r、泥灰?guī)r、粒泥灰?guī)r和似角礫狀灰?guī)r,以及炭質(zhì)泥巖。顆粒灰?guī)r可分為生物碎屑灰?guī)r和似球?；?guī)r。生物碎屑灰?guī)r主要由介屑和苔蘚蟲組成,顆粒含量高,大于75%。似球?；?guī)r中含大量似球粒,顆粒間見少量灰泥。泥粒灰?guī)r為顆粒支撐結(jié)構(gòu),顆粒含量為50%～75%,粒間存在灰泥填隙物,以原地生物為主,如底棲有孔蟲、鈣藻等,含少量砂屑或球粒。當顆粒含量為10%～50%,巖石結(jié)構(gòu)為灰泥支撐時,發(fā)育粒泥灰?guī)r。粒泥灰?guī)r與泥?；?guī)r無明顯分界線。不同巖石類型的圖版見圖3。

Mishrif組MB2-MC1層均為厚殼蛤碎屑,其產(chǎn)狀各異,可分為礫狀、片狀和砂屑狀。礫狀厚殼蛤碎屑出現(xiàn)在顆粒灰?guī)r中,粒徑可達10 cm。片狀厚殼蛤碎屑常出現(xiàn)在顆粒灰?guī)r和泥?；?guī)r中,與貽貝類和棘皮類同時出現(xiàn)。砂屑狀厚殼蛤主要出現(xiàn)在似球?；?guī)r中。除厚殼蛤外的介殼類也是MB2-MC1層的主要顆粒類型,存在片狀和砂屑兩種。MB2-MC1層發(fā)育較完整的苔蘚蟲,與厚殼蛤和介殼類共生。另外,鈣藻和底棲有孔蟲等原地生物通常個體完整。對巖石類型、生物碎屑的類型和產(chǎn)狀、沉積構(gòu)造組合分析,Mishrif組MB2-MC1層的巖相劃分為8類,見表1。

表1 HF油田Mishrif組巖相類型劃分

根據(jù)Fluge[11]建立的臺地相碳酸鹽巖9個標準相帶和24個標準微相,研究區(qū)巖石類型和古生物組合指示MB2-MC1層主要發(fā)育在臺地邊緣-開闊臺地環(huán)境。巖相A發(fā)育厚殼蛤礫屑灰?guī)r,雖然含厚殼蛤礫屑,但礫間分布大量似球粒,顆粒分布具有雙眾數(shù)特點,顆粒間泥晶含量較高(圖3(a)),層厚僅5 m,與標準微相FZ4臺緣斜坡的微相SMF6(無雜基)差別較大。巖相A為臺地內(nèi)遭風(fēng)暴破碎的異地厚殼蛤礁來源的礫屑灰?guī)r,發(fā)育在FZ7開闊臺地相帶的風(fēng)暴層,反映了臺內(nèi)厚殼蛤點礁具有較弱的抵抗風(fēng)暴浪的能力。巖相B由含厚殼蛤的介殼碎屑和共生的生物碎屑組成(圖3(c)、(d)),形成顆?；?guī)r,沉積環(huán)境為FZ6臺地邊緣的高能灘相SMF12。巖相C主要由正常淺海環(huán)境的原地生物底棲有孔蟲和綠藻組成(圖3(e)),含少量生物碎屑,沉積于FZ7開闊臺地浪基面附近的淺水潮下灘SMF9。巖相D由大量含泥晶包殼的磨圓生屑組成(圖3(g)),具有波浪改造和機械搬運的特征,為FZ7開闊臺地相帶的潮汐砂壩沉積SMF10,發(fā)育雙向交錯層理,指示了潮汐作用的存在(圖3(h))。巖相E由似球粒組成,由于藻類等生物作用導(dǎo)致原始生物碎屑結(jié)構(gòu)消失,取而代之為似球粒(圖3(f)),并含少量生物碎屑。巖相E具有波浪改造和機械搬運特征,且發(fā)育變形構(gòu)造,沉積環(huán)境為FZ7開闊臺地受風(fēng)暴影響的低—中能灘SMF9。巖相F為似角礫巖,生物粒泥灰?guī)r和泥灰?guī)r互層,偶見含厚殼蛤和介殼碎屑的顆?；?guī)r夾層,具滑動構(gòu)造,且生物擾動發(fā)育,代表了開闊臺地FZ7深水潮下環(huán)境。

取心井巖心全巖微量元素的測定結(jié)果可為微相的劃分提供依據(jù)。研究區(qū)臺地邊緣和開闊臺地生物作用的影響差異較大。Sr/Ba可作為生物作用強弱的指標,Ba2+進入海洋時易被黏土礦物吸附而含量逐漸減小[12]。臺地邊緣灘沉積巖相B介殼砂屑灰?guī)rSr/Ba比值最高,達5.74,遠高于開闊臺地具生物擾動的巖相C生屑泥?；?guī)r/粒泥灰?guī)r的Sr/Ba比值(0.78～1.39)(表2)。巖相A厚殼蛤礫屑灰?guī)r的Sr/Ba也僅為1.04,其沉積環(huán)境有別于與廣海連通性好的臺地邊緣相,僅為臺內(nèi)點礁遭風(fēng)暴浪破碎的風(fēng)暴層。其他陸源微量元素含量也指示了相似的規(guī)律。臺地邊緣巖相B介殼砂屑灰?guī)r的Ti質(zhì)量分數(shù)為15.2×10-6,而開闊臺地淺灘相和風(fēng)暴層Ti質(zhì)量分數(shù)為(19～63.2)×10-6。另外,各巖相中Zr質(zhì)量分數(shù)的最低值也出現(xiàn)在臺地邊緣相的巖相B。

表2 不同沉積微相的微量元素組成

2.2 微相展布

上述巖心、薄片和微量元素分析表明,MB2-MC1層沉積在開闊臺地-臺地邊緣相。Mishrif組沉積時期受到潮汐作用和風(fēng)暴作用改造,具體可劃分為臺緣礁灘復(fù)合體(臺緣灘)、含厚殼蛤的風(fēng)暴層、潮下淺灘,潮汐砂壩和深水潮下。不同沉積微相的電性特征差異顯著,其中自然伽馬曲線最能反映該地區(qū)巖性。臺地邊緣灘和臺內(nèi)含厚殼蛤的風(fēng)暴層GR值極低,4～9 API。潮汐砂壩GR值略高,6～13 API。臺內(nèi)潮下淺灘GR曲線呈齒化箱狀,GR值13～28 API,而深水潮下GR值最高,可達40 API。臺緣灘暴露期沉積的炭質(zhì)泥巖GR曲線呈高幅指狀,GR可達140 API。通過對Mishrif組3口取心井的巖心和薄片資料與測井資料的對比,得出不同微相的測井特征(圖4)。

圖4 HF油田Mishrif組MB2-MC1層測井相特征

利用測井相分析,對研究區(qū)進行東西向剖面的連井對比,可在縱向上識別出Mishrif組MB2-MC1層的微相展布規(guī)律。橫向上最晚一期的臺緣灘僅發(fā)育在該構(gòu)造的高部位,早期臺緣灘分布范圍較廣。深水潮下和臺緣灘暴露期沉積的炭質(zhì)泥巖在研究區(qū)東南部較厚(圖5),反映了沉積期東南部地勢較低洼,研究區(qū)北西-南東向存在一定坡度。開闊臺地的潮下淺灘發(fā)育規(guī)模最大,累積厚度可大于70 m。潮汐砂壩的分布范圍較窄,僅分布在該背斜構(gòu)造的高部位。含厚殼蛤的風(fēng)暴層沉積遍布研究區(qū),厚度較薄,約5～6 m,縱向上發(fā)育2套風(fēng)暴層沉積。

在測井相識別巖相的基礎(chǔ)上,通過地震屬性提取,利用波阻抗對臺緣灘發(fā)育期MB2-1層和MC1-4層進行平面沉積相預(yù)測。MB2-1層和MC1-4層是臺緣灘的主要發(fā)育期,灘的快速生長導(dǎo)致灘體暴露,在研究區(qū)東南部發(fā)育炭質(zhì)泥巖沉積。從地震相圖上可識別出從灘脊向開闊臺地發(fā)育的潮汐水道(圖6)。

圖5 HF油田MB2-MC1層臺緣灘分布連井對比

圖6 HF油田MB2-MC1段地震相與臺緣灘平面分布

3 厚殼蛤灘相沉積特征

Wilson[13]認為厚殼蛤是阿拉伯地區(qū)白堊紀臺地邊緣最主要的造礁生物。這種生物生長在無陸源碎屑輸入,與廣海連通性好的清水環(huán)境中。從定殖期開始,自下而上個體逐漸變大[6]。但是這種厚殼蛤礁與現(xiàn)代生物礁有很大區(qū)別,從厚殼蛤礁形成開始就遭受生物、波浪和洋流侵蝕[9]。一旦厚殼蛤礁生長至浪基面,就會因遭受侵蝕而破碎,形成大量厚殼蛤礫屑再沉積[7]。完整的厚殼蛤礁很少見,厚殼蛤礁灰?guī)r與顆?；?guī)r的比例大概為1∶20[9]。中東地區(qū)通常定義的厚殼蛤礁實際是由3種巖相組成,分別為含厚殼蛤的礫屑灰?guī)r、顆?；?guī)r和泥?；?guī)r[9]。在伊拉克地區(qū)幾乎不發(fā)育持續(xù)生長的大型厚殼蛤礁[4,7,9]。Gaddo[6]將這種奇特的生物礁稱為“扁平礁”,橫向上可分布數(shù)千米。

伊拉克地區(qū)白堊紀厚殼蛤礁生長在臺地邊緣,主要受與基底斷裂活動有關(guān)的Balambo-Garau坳陷同沉積構(gòu)造運動的控制[14]。厚殼蛤礁發(fā)育在同沉積背斜的高部位。通過連井對比,HF油田MB2-MC1層臺緣灘具有沿背斜頂部分布的特點。MB2-MC1層的臺緣灘的特征與Aqrawi[9]對HF油田HF-1井識別的厚殼蛤礁一致,由厚殼蛤礫屑灰?guī)r和厚殼蛤顆?；?guī)r組成。但是在連續(xù)取心的巖心上未發(fā)現(xiàn)完整生長的厚殼蛤,以及與生物礁相關(guān)的黏結(jié)灰?guī)r。前人對伊拉克地區(qū)厚殼蛤礁的認識并不十分準確,所謂的厚殼蛤建隆僅僅以破碎的灘為主,該地區(qū)白堊紀厚殼蛤灘的發(fā)育規(guī)模遠大于厚殼蛤礁。雖然厚殼蛤灘與礁存在成因聯(lián)系,但在礁形成初期就基本被破壞。同樣,具有類似特征的MC1-4層臺緣灘的主體也為厚殼蛤灘。大規(guī)模厚殼蛤灘附近必然存在分散的厚殼蛤礁,礁的同沉積破碎為灘相的形成提供了物質(zhì)來源。雖然在研究區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)厚殼蛤礁,但不能排除它的存在,對于油氣儲集的貢獻方面,厚殼蛤灘的作用明顯更大。

Gaddo[6]在伊拉克南部的Rumaila、Tuba和Zubair油田的Mishrif組中部識別出了5層厚殼蛤礁灘相。這種特征與HF油田也不完全一致。從巖心上看,HF油田可識別的厚殼蛤富集的層位有4層(圖7)。

圖7 HF油田M316井MB2-MC1層厚殼蛤灘發(fā)育的沉積序列

通過前文的微相分析認為這4套厚殼蛤富集層中夾有2套風(fēng)暴層。風(fēng)暴層的厚度薄,但分布非常穩(wěn)定,遍布整個研究區(qū)。風(fēng)暴層出現(xiàn)在開闊臺地的淺水潮下沉積物中,由與開闊臺地沉積物類似的微量元素組成。研究區(qū)MB2-MC1層風(fēng)暴作用的影響較為明顯,因此發(fā)育厚殼蛤風(fēng)暴層。含厚殼蛤風(fēng)暴層中厚殼蛤碎屑的直徑可達10 cm,磨圓度差,顆粒邊緣無氧化現(xiàn)象,說明這套風(fēng)暴層的物質(zhì)來源是鄰近的厚殼蛤礁,為近源風(fēng)暴層。與HF背斜鄰近的同沉積背斜區(qū)可能存在這2套風(fēng)暴層的物質(zhì)來源。HF地區(qū)森諾曼期所處的古地理位置風(fēng)暴頻發(fā)也是造成厚殼蛤灘規(guī)模遠大于厚殼蛤礁的主要原因。

4 早期成巖特征

薄片觀察表明,HF地區(qū)Mishrif組的厚殼蛤灘相儲層經(jīng)歷了強烈的同生期溶蝕作用,溶洞、溶孔非常發(fā)育,但膠結(jié)作用較弱,僅可見極少的方解石膠結(jié)物。這種特征與MB2層最晚一期厚殼蛤灘的暴露可能存在聯(lián)系。此次暴露時間相對較長,Aqrawi等[9]將MB2層的頂部識別為三級層序界面。

4.1 溶蝕作用

同生期溶蝕作用對厚殼蛤灘相儲層的形成影響明顯。厚殼蛤灘相儲層中以方解石質(zhì)的介殼類為主,不存在選擇性溶蝕現(xiàn)象。由于灘的沉積速度快而暴露于大氣淡水滲流帶,受到大氣淡水的淋濾,早期的非選擇性溶蝕特征明顯。根據(jù)全巖碳氧同位素測定,厚殼蛤灘相儲層的Z值略低于風(fēng)暴層和潮下淺灘相,表明了灘體暴露期大氣淡水的輸入導(dǎo)致了碳同位素的分餾。大氣淡水的淋濾具有非組構(gòu)選擇性,可導(dǎo)致粒間溶孔、溶縫的形成(圖4(c))。在巖心上也可見大量溶洞發(fā)育(圖4(d)),對儲集性有明顯的改善。值得一提的是風(fēng)暴層灰?guī)r的δ13C(V-PDB)明顯大于厚殼蛤灘(表3),也表明該層發(fā)育在開闊臺地,而無臺緣灘暴露受淡水改造的特征。

表3 HF油田Mishrif組MB2層灰?guī)r全巖碳氧同位素組成

4.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)厚殼蛤灘相儲層的膠結(jié)作用均較弱。膠結(jié)作用對于儲集性未產(chǎn)生明顯的破壞作用,相反早期膠結(jié)物的沉淀有利于厚殼蛤灘相儲集巖中粒間孔的保存。厚殼蛤灘相顆?；?guī)r的早期等厚環(huán)邊方解石膠結(jié)較發(fā)育,能夠起到抗壓實的作用,使粒間孔較好地保存下來。MB2層厚殼蛤灘相中亮晶方解石的碳氧同位素分析結(jié)果與全巖測定結(jié)果接近,δ13C (V-PDB)為2.62‰,δ18O (V-PDB)為-4.93‰。較低的δ13C (V-PDB)表明了亮晶方解石為淡水-海水混合成因。淡水中離子濃度低,對CaCO3不飽和。淡水方解石沉淀非常緩慢,可形成明亮干凈的晶體。因此厚殼蛤灘相膠結(jié)較弱與灘體長期暴露,原始孔隙被大量淡水飽和有關(guān)。

5 結(jié) 論

(1)HF地區(qū)Mishrif組MB2-MC1層發(fā)育2期厚殼蛤灘相以及2套含厚殼蛤的風(fēng)暴層,不同于中東地區(qū)5期厚殼蛤礁的認識。研究區(qū)厚殼蛤灘的規(guī)模遠大于厚殼蛤礁,是主要的油氣儲層類型。

(2)HF地區(qū)Mishrif組MB2-MC1層發(fā)育厚殼蛤灘、潮下淺灘、潮汐砂壩等微相。厚殼蛤灘與開闊臺地潮下淺灘交互沉積。

(3)HF地區(qū)Mishrif組MB2-MC1層厚殼蛤灘相的早期成巖特征為強溶蝕弱膠結(jié)。厚殼蛤灘的暴露導(dǎo)致較強的大氣淡水淋濾溶蝕,是形成優(yōu)質(zhì)儲層的因素之一。

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(編輯 修榮榮)

Reservoir and early diagenesis characteristics of rudist shoal of Mishrif Formation in HF Oilfield of Iraq

FU Meiyan1,2, ZHAO Limin1,2,3, DUAN Tianxiang3, ZHOU Wen1,2, LIU Lei1,2

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;3.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Beijing100083,China)

Based on observations of cores and thin sections, and measurements of trace elements and isotope, the microfacies and early diagenesis of MB2-MC1 member in Mishrif Formation, HF Oilfield of Iraq were studied. The sedimentary facies of MB2-MC1 member were open platform and shelf margin. There were two layers of abundant rudists deposited in rudists shoal, and two other layers deposited by storm. The rudist shoal was deposited in shelf margin, where the Sr/Ba vaule was 5.74, higher than that of the rudist layers deposited by storm. The rudist shoal shows the characteristics of nonindigenous growth and strong synsedimentary breakup, which are very different from other reefs. The main lithofacies of rudist shoals were composed of rudist rudstone, rudist grainstone and rudist packstone, without reef limestone. The rudist shoals alternate with open shelf shoals. The meteoric water leaching of rudist shoals was strong during exposure, with weak cementation. The pore assembly of rudist shoals was composed of intergranular pores, intergranular dissolved pores, cave and dissolved microfractures.

HF Oilfield; Cretaceous; rudist; shelf-edge shoal; reservoir sedimentology; diagenesis characteristics

2015-12-10

中國石油股份有限公司“十二五”重大專項(2011E-2501)

伏美燕(1982-)，女，助理研究員，博士，研究方向為油氣儲層地質(zhì)與地球化學(xué)。E-mail：fumeiyan08@cdut.cn。

趙麗敏(1972-)，高級工程師，博士研究生，研究方向為石油開發(fā)地質(zhì)。E-mail：zhaolimin@petrochinm.com.cn。

1673-5005(2016)05-0001-09

10.3969/j.issn.1673-5005.2016.05.001

P 62

:A

伏美燕,趙麗敏,段天向,等. 伊拉克HF油田Mishrif組厚殼蛤灘相儲層沉積與早期成巖特征 [J].中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,40(5):1-9.

FU Meiyan, ZHAO Limin, DUAN Tianxiang, et al. Reservoir and early diagenesis characteristics of rudist shoal of Mishrif Formation in HF Oilfield of Iraq [J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2016,40(5):1-9.