塔里木盆地奥陶系鹰山组台内滩的特征与分布①

王成林 邬光辉 崔文娟 唐子军 周 波 屈泰来 高 力

(1.中国石油大学 北京 102249;2.中国石油勘探开发研究院 北京 100083;3.中国地质图书馆 北京 100083)

塔里木盆地奥陶系鹰山组台内滩的特征与分布①

王成林1,2邬光辉2崔文娟3唐子军2周 波2屈泰来2高 力2

(1.中国石油大学 北京 102249;2.中国石油勘探开发研究院 北京 100083;3.中国地质图书馆 北京 100083)

塔里木盆地早奥陶世晚期进入伸展转向挤压的区域构造背景,造成台缘带挠曲下沉与台内地貌起伏,有利中下奥陶统鹰山组台内滩的发育。钻井资料表明鹰山组台内滩以中高能砂屑滩为主,台内滩主要分布在鹰山组上部,纵向上多旋回叠置,横向呈透镜状尖灭。通过井-震标定,鹰山组台内滩在地震响应上多具有平缓顶底面的丘状外部形态,内部多出现高频杂乱反射,有的出现多层斜交或前积反射,翼部围岩具有超覆与斜交反射,具有不同于围岩的强振幅特征。结合地震响应特征,利用地层厚度、地震属性等作图方法,可以进行台内滩的预测与识别。地震区域追踪判识表明,塔里木盆地中西部鹰山组台内滩发育,多呈团块状形态,大小不一,一般规模在100～300 km2,发育总面积达12 000 km2,集中分布区有塔北南缘、塔中北斜坡、和田河气田及其周缘等三大区块,并多沿古隆起斜坡分布。塔里木盆地台内滩类型多、分布广,是下古生界碳酸盐岩从台缘带向台内扩展的值得深入研究的有利探索领域。

塔里木盆地 台内滩 鹰山组 地震响应 勘探

塔里木盆地下古生界海相碳酸盐岩油气成藏条件优越,近年来发现了轮南-塔河、塔中、牙哈-英买力三大油气田群,三级油气地质当量逾30亿吨油当量,成为塔里木盆地油气勘探开发的重要领域[1～5]。塔里木盆地碳酸盐岩油气勘探与沉积储层研究主要集中在奥陶系风化壳、奥陶系台缘带礁滩体,由于奥陶系碳酸盐岩油气主要受储层控制[4,5],近年来对奥陶系台缘带沉积类型与特征、层序地层与岩相古地理进行了深入研究[6～10],提出了多种台缘带发育模式;在台缘带储层特征、成因与分布等方面取得很多成果[9,11～17],从沉积相对储层的控制作用,以及准同生期、暴露期及埋藏期等多种建设性溶蚀作用等多方面探讨了古老台缘带储层发育的主控因素。成熟盆地的勘探与研究表明,比台缘带更为广阔的台地内部高能相带是有利油气成藏领域,可能形成大型油气田[18,19]。目前塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩的勘探与研究主要集中在台地边缘相带,台地内部岩相古地理缺少系统研究[8,9,20],储层发育与分布规律尚不清楚,制约了油气勘探向广阔台地内部的拓展。本文通过井震结合,分析奥陶系鹰山组台内滩发育特征,通过地震追踪与工业成图刻画台内滩的分布,为塔里木盆地下古生界碳酸盐岩勘探从台缘带向广阔的台地内部扩展奠定基础。

1 鹰山组台内滩发育的地质背景

早中奥陶世鹰山组塔里木盆地中西部发育大型的碳酸盐岩台地[8](图1),面积达26 X104km2,厚度一般在300～600 m,分布稳定。在塔北隆起、塔中隆起、东南隆起等古隆起的高部位鹰山组因构造抬升剥蚀而出现局部缺失;纵向上发育两套完整三级层序[10],上部以灰色、深灰色中-厚层状泥-粉晶灰岩为主,夹砂屑灰岩,下部为灰色、深灰色灰岩、云质灰岩互层。

Ye Haimin等综合西昆仑可靠的年代学资料研究[21],确认在早奥陶世晚期古昆仑洋已发生俯冲消减作用,表明塔里木板块南缘从早期的被动大陆边缘转向活动大陆边缘,塔里木盆地开始从伸展转向聚敛挤压的历程。受控板块边缘构造体制的转换,塔里木盆地从东西向伸展转为南北向挤压,中下奥陶统鹰山组沉积期盆地内部处于区域伸展向区域挤压的构造过渡背景(图1),盆地内部也开始出现构造-沉积的变迁。在此构造-沉积转换期,塔里木盆地西部碳酸盐岩台地内部开始产生一系列构造-沉积特征的变化,其发生时间略滞后于板块边缘的构造作用,主要在中奥陶世才出现明显的响应:

(1)地层岩性出现突变

图1 塔里木盆地及其邻区早中奥陶世鹰山组沉积期构造古地理图Fig.1 Tectonic-palaeogeographic map of Ordovician Yingshan Formation in Tarim basin and its neighbourhood

塔里木盆地西部碳酸盐岩台地寒武纪-早奥陶世地层分布稳定,至中奥陶世沉积时,岩石地层单元出现分异,不同地区的地层岩性出现较大变化,巴楚地区中奥陶世一间房组发育台地边缘礁滩体[8,10],向柯坪逐步转变为斜坡相萨尔干组泥岩,直接覆盖在大湾沟组台地相碳酸盐岩之上,岩性岩相迥然不同。

(2)盆内东西向展布的古隆起出现雏形

塔中Ⅰ号带鹰山组明显比下盘厚,其厚度差异达300 m,表明塔中东西向隆起开始显现,并产生南北分带的地层分布格局,形成上奥陶统良里塔格组与下奥陶统鹰山组之间大型的不整合,在塔中隆起上整体缺失中奥陶统一间房组、上奥陶统吐木休克组[8,22]。

(3)沉积相带开始明显分异

从寒武纪-早奥陶世东西分异的沉积格局转变为中奥陶世一间房组沉积期的南北分异[8],塔北南缘一间房组高能相带呈东西展布,形成孤立台地,南部满西地区一间房组相变为泥灰岩、泥岩组合,其分布与鹰山组明显不同,表明一间房组沉积期已发生沉积转换。

由此可见,早奥陶世末期,塔里木盆地与全球同步形成伸展转向挤压的构造背景,中奥陶世塔里木盆地内部已发生明显的构造、沉积分异,中奥陶世应是当时构造体制转换的下限,也就是最晚在中奥陶世一间房组沉积前塔里木盆地已进入挤压环境。

在轮南-古城台缘带上钻探了古城4井,其鹰山组下部砂屑灰岩较发育,上部以砂屑泥晶灰岩、藻粘结岩为主,下部粒度粗、上部粒度细,表明台缘带鹰山组向上呈现水体变深、能量渐弱的趋势,鹰山组上部台缘带礁滩体不发育。结合地震剖面分析,台缘带的古城4井区鹰山组地层比台内薄,表现为从台地向台地边缘逐渐减薄的缓坡,台缘带沉积较薄,礁滩体欠发育,属中低能台缘带。

由于鹰山组沉积期台地边缘水体深,高能带不发育,缺少障壁遮挡,在区域挤压过程中台内微地貌出现起伏,有利台内滩发育。在台地内部塔中、轮南、巴楚等台地内部地区钻遇高能台内滩[20],塔中12、轮南392、塘参1、玛4等井发育多层厚逾50 m的粒屑滩。因此,奥陶纪鹰山组沉积期间,在区域构造挤压背景下,造成台地内部隆升与地貌起伏,碳酸盐岩台地开始出现分异,台缘带挠曲下沉,水体加深,台缘礁滩体欠发育,而处于广阔无障壁的台内高地有利台内滩的发育(图2)。

图2 塔里木盆地奥陶纪鹰山组沉积期台内滩发育背景Fig.2 The developmentmodel of the intra-platform beach of Ordovician Yingshan Formaiton in Tarim basin

图3 塔里木盆地奥陶系鹰山组台内滩岩芯、薄片A。轮古392,岩芯8筒1/17,砂屑灰岩,双向交错层理;B。轮南631,5918.79 m,亮晶砂屑灰岩,单偏光 X 50;C。中古203,6571.81m,亮晶含鲕粒砂屑灰岩,铸体 X50;D。玛4井,2037.42m,亮晶藻鲕砂屑灰岩,铸体 X50Fig.3 The cores and slice sections of intra-platform beaches of Ordovician Yingshan Formaiton in Tarim basin

2 鹰山组台内滩沉积特征

通过大量的岩芯与薄片观察,发现塔里木盆地中下奥陶统鹰山组台内粒屑滩发育,主要为砂屑滩,含有砂砾屑滩、鲕粒砂屑滩等,岩性主要由中-厚层泥-亮晶砂屑灰岩,以及砂砾屑灰岩、鲕粒灰岩组成(图3),其间夹薄层泥晶灰岩、藻粘结岩。砂屑滩岩性以灰色中-厚层状泥-亮晶砂屑灰岩、藻砂屑灰岩为主,夹薄层砂砾屑灰岩、含砾砂屑灰岩、鲕粒灰岩等。颗粒含量一般75%以上,颗粒磨圆、分选中等-好,主要为亮晶胶结。砂砾屑滩岩性为灰-浅灰色泥-亮晶藻砾屑灰岩、含砾砂屑灰岩,以及泥-亮晶砂屑灰岩。颗粒含量一般70%以上,磨圆度中等,分选中等-差。

轮南东部地区砂屑滩发育(图3A、图3B、图4A),岩性多以亮晶胶结的砂屑灰岩为主,分选、磨圆一般,夹砂砾屑灰岩,发育低角度交错层理,见生物扰动构造。纵向上砂屑灰岩夹薄层泥灰岩多旋回不等厚互层,砂屑滩厚度在10～60 m。西部英买2井区台内滩厚度较薄,规模较小,由东向西,台内滩厚度逐渐变小,呈席状或透镜状展布,井间横向变化大。巴楚地区鹰山组高能砂屑滩发育,夹有鲕粒砂屑滩(图3D、图4C)。岩性以亮晶砂屑灰岩为主,含有亮晶鲕粒灰岩,夹薄层泥晶灰岩。砂屑滩与滩间海不等厚互层,砂屑灰岩厚度一般在20～50 m。塔中鹰山组以砂屑滩为主,含有砂砾屑滩(图3C、图4B)。岩性以亮晶砂屑灰岩为主,其次为砂砾屑灰岩,以及鲕粒灰岩、藻粘结岩。塔中鹰山组取芯少,钻井揭示台内滩厚度较薄,一般在10～30 m。

图4 塔里木盆地鹰山组台内滩沉积综合柱状图Fig.4 The comprehensive synthesis column sections of the intra-platform beaches of Yingshan Formation in Tarim basin

图5 塔北南缘奥陶系鹰山组台内滩井间对比Fig.5 The correlation of the intra-platform beaches of Ordovician Yingshan Formation in the southern Tabei uplift

钻井岩芯分析表明,鹰山组台内滩主要分布在其上部,具有多层多旋回发育的特征(图4、图5)。台内滩发育井纵向多达5～8层滩体叠置,巴楚地区台内滩厚度大,英买力井区厚度较薄。钻遇台内滩颗粒灰岩单层厚度一般在数米至30 m,最厚可达60 m,在井间变化大,台内滩不发育的邻井可能只有一些薄层的颗粒灰岩发育,横向上呈透镜状展布(图5),台内滩颗粒灰岩横向尖灭快。鹰山组台内滩井间横向迁移频繁,但在主体部位纵向叠加效应明显,表明台内滩发育的部位具有继承性发育的特征。

3 鹰山组台内滩地震响应特征与追踪

由于台内滩与围岩多有厚度差异、沉积结构的不同[20,23],通过井-震标定可以识别与追踪(图6)。

外部形态上,在地震剖面上鹰山组台内滩发育部位具有宽缓丘状外部形态(图6),或是呈透镜状,顶面多具有平缓平顶,少数为圆滑起伏椭圆顶。台内滩两翼多具有不对称结构,一般有陡翼与缓翼之分,可能与两翼沉积期的能量不同相关。台内滩周边的围岩呈超覆或斜交在台内滩翼部,直至向上超覆披覆在台内滩之上,反映滩体淹没消失后为低能泥晶灰岩覆盖,地震波组特征与台内滩有差异。台内滩上凸幅度普遍较小,与周缘围岩高差一般在30～50 m,高差较大的可达100 m。台内滩底部多近于平滑的微起伏线状延伸,也有比较平直的,多具有明显的反射界面,下部地层多有微弱的凸起,局部滩体底面有轻微的上凸形态,有的滩体底面模糊不清。

地震剖面上台内滩内部反射特征复杂(图6)。台内滩内部多出现高频杂乱反射,异常的强弱振幅变化频繁,有的出现斜交前积现象,也出现空白反射,可能与台内滩有多种沉积构造有关。有的地震剖面上台内滩内部出现层状地震反射结构,可能指示是多旋回滩体的叠加,具有一定的呈层性。台内滩顶面多呈弱反射、杂乱反射,上覆有较厚泥质条带灰岩段的地区可能出现不连续强振幅。有的台内滩由于有侧向加积或前积的砂砾屑灰岩发育,在地震剖面上台内滩内部出现斜交或前积反射特征。台内滩底面多呈弱振幅、不连续短轴状或杂乱反射,也有断续强波组出现,但不同于围岩。由于受地震分辨率的影响,台内滩内部反射特征变化大,核部多出现波形变乱、变弱的特征,与围岩均一的反射特征不一致。

图6 轮古392井鹰山组台内滩井-震标定Fig.6 The calibration in seismic profile of the intra-platform beach of Yingshan Formation in Tarim basin

图7 塔北隆起英买2地区鹰山组台内滩地震层序厚度(A)及其均方根振幅(B)Fig.7 The thickness(A)and mean amplitude(B)of the Yingshan Formation intra-platform beaches in Yingmai2 area in Tabei uplift

鹰山组上部台内滩发育,在台内滩发育层段的下部有区域性可追踪的强波组(图6),通过区域强波组辅助层Tg5-3与碳酸盐岩顶面Tg5'反射层的连续追踪,可以确定台内滩分布的层段。由于在台内滩发育部位,多有地层加厚现象,通过台内滩顶底包络面的地震层序厚度成图,地层加厚的地区可能就是台内滩发育区(图7A),大体能圈定台内滩的分布及其厚度。受资料品质的限制,地层厚度图多不规则,但平面的轮廓范围基本可信。结合反射特征与钻井资料,通过台内滩所在地震层序厚度的变化,可以进行鹰山组台内滩分布的识别与预测。由于台内滩地震响应特征不同于围岩,在振幅、频率等地震属性上也有异常响应,地震均方根振幅区变强的区块多是台内滩发育有利区(图7B),英买2井区地震均方根振幅异常与厚度追踪的台内滩分布相近,在边缘部位受资料与方法不同的限制有一定的差异,相互结合可以比较有效的确定台内滩的分布,表明地震属性也是台内滩预测的适用方法。通过多种方法的对比研究,结合钻井分析,可以综合确定鹰山组台内滩的分布,刻画台内滩的形态与规模。

通过地层厚度、地震相结合地震属性研究,开展了塔里木盆地西部鹰山组台内滩的追踪与刻画,结合钻井分析发现西部碳酸盐岩台地鹰山组台内滩发育(图8)。在塔北南缘中东部、塔中北斜坡、和田河气田及其周缘等地区都有大量的台内滩分布,综合判识台内滩合计总面积达12 000 km2。由于较小规模的台内滩在地震上响应特征不明显,难以准确判识;同时在地震资料品质比较差的巴楚隆起、塔中南斜坡等地区,不能有效进行台内滩的识别与预测,因此鹰山组台内滩的个数会更多、总体规模会更大。

地震追踪表明,鹰山组台内滩的大小不一、形态各异,多以团块状、椭圆形、条带状分布(图8)。由于地震剖面上是多套台内滩叠加的综合效果,地震识别的台内滩一般比钻井揭示的规模大。台内滩的规模一般在100～300 km2,大的可达1 000 km2;识别出的台内滩复合体的厚度一般在150～400 m,厚度较薄的台内滩在二维地震上形态比较模糊,但三维地震工区内可以判识,在轮南、塔中地区有低于100 m的台内滩发育。台内滩的展布方向差异较大,但在各构造单元内有一定的规律。塔北南缘台内滩多呈北东向展布,与东部台缘带近于平行,可能与台缘带具有相似的沉积面貌;在平面组合上呈东西向分布在塔北隆起的南斜坡上,具有与塔北古隆起南坡走向一致的特点,可能与塔北古隆起开始出现雏形并形成的近东西向微地貌起伏特征有关。塔中北斜坡三维地震工区内鹰山组台内滩则呈北西走向,条带状展布特征明显,沿塔中Ⅰ号构造带较发育,可能受控于北西向古隆起的隆升,塔中Ⅰ号构造带抬升形成北西向古地貌高地背景有利于台内滩的发育。和田河气田及其周缘台内滩发育,其走向有北东向与近东西向,可能与本区宽缓的古地貌起伏变化较大有关。

图8 塔里木盆地中西部奥陶系鹰山组沉积相平面图Fig.8 The sedimentary facies of Ordovician Yingshan Formation in the western Tarim basin

因此可见,塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩台内滩发育,通过地震多方法结合可以刻画台内滩的规模与分布。奥陶系鹰山组台内滩发育,规模远大于台缘带[8,10],是寻找高能储集相带的有利方向。塔里木盆地鹰山组台内滩类型多、叠合厚度大、发育面积巨大,在有利油气成藏的古隆起斜坡区分布很多。塔中鹰山组台内滩经过风化壳岩溶作用,储层层发育,已有大量油气发现,表明鹰山组台内滩具有基本的成藏地质条件,是下古生界碳酸盐岩从台缘带转向台内勘探的有利方向。通过进一步的储层分布与预测,围绕塔中北斜坡、塔北南缘、和田河气田周缘三大有利勘探方向深入工作,可能形成新的大型台内滩勘探开发接替领域。

4 结论

(1)塔里木盆地早奥陶世晚期进入从伸展转向挤压的构造-沉积转换期,造成了台缘带挠曲下沉、台内起伏地貌,形成了有利于中下奥陶统鹰山组台内滩发育的地质条件。

(2)钻井资料分析表明鹰山组台内滩广泛发育,以砂屑滩为主,厚度一般在数米至30余米,具有3～ 8层多旋回纵向叠置,横向上呈透镜状、席状尖灭。

(3)塔里木盆地鹰山组台内滩地震响应上具有丘状外部形态、杂乱内部反射结构、翼部超覆斜交反射,通过厚度图、地震相、地震属性等多方法结合,可以进行鹰山组台内滩的地震识别与预测。

(4)地震区域追踪判识鹰山组台内滩发育面积达12 000 km2,一般规模在100～300 km2,塔北南缘、塔中北斜坡、和田河气田及其周缘是集中分布区,台内滩的展布方向受控不同构造单元的地貌走向。

(5)塔里木盆地鹰山组台内滩规模大、分布广,在勘探下古生界碳酸盐岩台缘带的同时,台内滩是值得探索的有利领域。

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WANG Cheng-lin1,2WU Guang-hui2CUIWen-juan3TANG Zi-jun2ZHOU Bo2QU Tai-lai2GAO Li2
(1.China University of Petroleum,Beijing 102249; 2.Research Institute of Petroleum Exp loration and Development,CNPC Beijing 100083; 3.China Geological Library,Beijing 100083))

Based on the analysis of regional geology,and the discontinuity of stratum and lithology,the change of sedimentary facies,and the development of palaeo-uplifts,the transform stage of the regional deposition-tectonics cycles changed from extension to compression began at the end of the early Ordovician in Tarim basin.The early-middle Ordovician Yingshan Formation platform margin began bending and downwelling which caused the deepening upward depositional cycleswith middle-low energy reef-bank complex along themargin.And it is favorable for the intra-platform beach development of Yingshan Formation in the western platform in Tarim basin,when the intra-platform ascending with morphologic prominence and lacking of platform margin barriers.Based on the well data,medium-high energy arene beaches are well developed with some of grit and oolitic beaches in intra-platform in Yingshan Formation,with 3～8 layers of multi-cycles deposition aggraded vertically,and lenticular or sheet-like pinchout and changed quickly laterally.The seismic response of intra-platform beaches of Yingshan Formation is different from the adjacent formation by well-seismic calibration.It displayed variousmound and lenticular external shapes with lightly upper convex of the cap face and relatively even basal plane.The seismic wave of themost intra-platform beaches can be distinguished from the adjacent formation with weak reflection or chaotic reflection of top surface,butwith discontinuous and strong reflection in case of thick mudstone cap formation,and with weak amplitude,discontinuousminor axis shape or chaotic reflection or disconnection strongwave.There are overlap and oblique reflection on the flank and thinning phenomenon of the overburden layer in the seismic section.The internal ofmost beaches have high frequency chaotic reflection,abnormaly strong and weak amplitude alternation,and some of them have multilayer crossing or progradation reflection which indicated multicycle beaches aggradation.On the basis of the characteristics of seismic facies,the formation thickness and seismic attributions,prediction and identification of Yingshan Formation intra-platform can be carried out in thewestern Tarim basin.By the regional seismic tracing and identification,there developed many large areas of intra-platform beaches in Yingshan Formation with blocklike shape horizontally and different size, most of the scales between 100 km2and 300 km2,and the total area up to 12 000 km2。The intra-platform beaches mainly distributed in the southern slope of Tabeiuplift,the northern slope of Tazhong upliftand the periphery of Hetihe gas field,most ofwhich distributed along the slope of paleo-uplift.The Ordovician Yingshan Formation intra-platform beach,had better reservoirswithmany types and wide distribution and great superimposd thickness,is favorable research aspectof potential exploration region of carbonate after the platform margin reef-bank field found in Tarim basin.And more important discovery can be obtained in intra-platform beaches along the favorable accumulation slopes of palaeo-uplift bymeans of reservoirs seismic prediction to choose pay targets.

Tarim Basin;intra-platform beach;Yingshan Formation;seismic respond;exploration

王成林 男 1975年出生 高级工程师 石油地质 E-mail:wangchenglin@petrochina.com.cn

P512.2

A

1000-0550(2011)06-1048-10

①国家重大科技专项课题(编号:2008ZX05004-02)资助。

2010-12-20;收修改稿日期:2011-01-15