塔中志留系柯坪塔格组沉积变化研究：以塔中16井区为例

陈 楠

（成都理工大学 能源学院，四川 成都610059）

0 引言

塔里木志留系油气勘探近年取得了巨大进展，使志留系的研究再次备受关注，但是受限于地区广袤，钻井少，地层情况相对复杂，使得其基础的地质问题需要更加深入的研究.塔里木盆地志留系下柯坪塔格组一直是备受关注的重点勘探层位之一，本文关注于塔中地区志留系柯坪塔格组上二亚段、上三亚段.由于该地区钻井数相对于其分布较少，加上资料分辨率不高，导致柯坪塔格组沉积相研究产生许多疑问.

1 区域地质概况

塔中16井区位于塔中中央隆起带北部斜坡的东部，被塔中I号，II号和III号断裂带包围，其奥陶统古地貌在抬升接受剥蚀后，在塔中83井附近形成相对构造高点，塔中16井区则位于其较低部位的鞍部.［1］志留系柯坪塔格组底部即志留系底部与下覆奥陶系呈隆升不整合接触，其不整合面削截明显；［2］柯坪塔格组顶界面即柯坪塔格组上一亚段与塔塔埃尔塔格组红色泥岩段的分界.［3］柯坪塔格组的地层，其岩性特征大致呈粗-细-粗的纵向变化，由此可以划分为三个岩性段：上一亚段（上沥青砂岩段）、上二亚段（灰色泥岩段）、上三亚段（下沥青砂岩段）.上一亚段又称上沥青砂岩段，岩性为灰绿色中-细砂岩夹灰绿、灰色泥岩、泥质粉砂岩，或砂岩与粉砂岩、泥岩互层.上二亚段主要为灰绿色泥岩、灰色泥质岩夹粉砂岩、细砂岩，又称灰色泥岩段.上三亚段为灰绿、深灰色粉砂岩、细砂岩与泥岩互层.［4］

2 塔中16井区的沉积相讨论

塔中志留系由于构造演化和沉积环境复杂多变，塔中地区的潮坪沉积相带虽然自西北向东南延伸呈现环带状、带状分布，［5］但受海进海退、风暴潮、沿岸流、潮汐水流以及古地貌影响，在塔中低缓坡无障壁潮坪沉积纵向上多期反复叠置，稳定发育的潮坪沉积自西向东呈现由水体开放向水体封闭环境的变化；塔中16井区位于塔中地区的东南部，其志留系井段有良好的油气显示，但其岩石学特征却呈现出与塔中11-12井区完全不同的物性特征，其整体粒度较11-12井区较低，并呈现出不同的质量概率累积特征，石膏胶结使其孔隙度和渗透率极低，其沉积构造也呈现出了封闭水体的特征.为了解其储层特征，分析其中有利储集体，指导进一步的开发工作，对塔中16井区的沉积相进行探讨十分必要.

3 岩性与沉积构造

根据岩石薄片资料及前人对本地区砂岩岩石学特征研究可知，［6］志留系主要有泥岩、粉砂岩、细砂岩和中砂岩四种岩性，砂岩以粉细砂岩为主.［7］根据砂岩矿物成分分析可知，主要为岩屑砂岩，其次为少量的长石岩屑砂岩.据统计，岩屑平均含量33.5%，主要为变质岩岩屑和岩浆岩屑；石英平均含量为59.9%，长石平均含量为6.6%，主要为钾长石，其次为斜长石.

塔中16井区根据胶结物不同，主要有泥基-方解石，泥基-硬石膏两种胶结物组合.含碳酸盐较高，平均为7.1%，以方解石为主；石膏-硬石膏平均含量为4.0%；泥质平均含量为1.9%，主要为高岭石.砂岩致密程度较高，以致密为主，其次为中等；分选较好，磨圆度较好，颗粒接触关系为点-线接触，胶结类型为孔隙填充式胶结，长石风化程度浅.

沉积构造是沉积物和沉积岩中最常见而又最容易直接观察到的主要特征之一.无论是研究沉积岩还是解释沉积环境，都必然涉及到沉积构造.一方面当水流条件相同时，必然形成特征相似的原生沉积构造.据此，可以把它与水动力条件联系起来，最后解释形成这种构造环境的水动力状况，进而做出环境解释.另一方面，原生沉积构造特征很少受成岩作用的影响，而且也便于人们观察研究.因此，利用沉积构造及其序列来判别沉积环境已广泛被人们采用.

经岩心观察分析，塔中16井区志留系柯坪塔格组中主要见块状层理，脉状层理，水平层理等层理构造，偶见同生变形构造，泥砾，见图1.

图1 塔中16井区沉积构造（岩心）

4 粒度分析

粒度分析的目的是研究碎屑岩的粒度大小和粒度分布.碎屑岩的粒度分布及分选性是衡量沉积介质能量的度量尺度，是判别沉积时自然地理环境以及水动力条件的良好标致，而且碎屑岩的粒度及其空间展布也影响了储层的物性.

图中分别是塔中12-2、12-1、16等3口井的粒度分布参数统计，塔中12-2井上三亚段粒度范围主要在2～3Φ，且其峰度均较平，偏向于2Φ稍粗粒一侧，说明其粒度分布较均匀；塔中12-1井上三亚段上三亚段粒度范围主要在3～4Φ，为极细粒砂岩；塔中16井上一亚段粒度分布表现为双峰，其峰值分别是2Φ和3Φ上，总体表现为细粉砂岩，表明其受控于两种能量.

图2 塔中地区粒度特征曲线特征对比

5 碳氧稳定同位素分析

根据塔中11-16井区的样品胶结物进行同位素测定（见表1），塔中地区柯坪塔格组的δ13CPDB稳定同位素范围-0.4～-15.52‰之间，其中大部分样品位于-6.44～10.72‰之间，氧同位素值为-5.89～-10.81‰之间.塔中16井区δ18OPDB稳定同位素较塔中12井区塔中11井区略有增加.δ13CPDB含量相对于11-12井区明显正偏.

表1 塔中地区柯坪塔格组胶结物碳氧同位素测试结果

古盐度和古环境的恢复中，碳氧稳定同位素可以作为判别古盐度的有效标志.［8］现代对海水以及淡水，大气降水的的研究表明氧稳定同位素δ18OPDB一般与盐度呈线性相关.［9］因此δ18OPDB可以做为判别盐度的重要标志.但是古盐度和古环境的判别中，δ18OPDB与盐度的对应并不总是那么一致，而且在古沉积研究中，δ18OPDB还与成岩后生作用紧密相关，比如大气降水的淋滤作用会使沉积岩中的的稳定同位素与轻同位素发生置换，从而发生正向的大波动.［10］

塔中11-16井区多个样品中可以看出其平均δ18OPDB的值为-9.20‰.而塔中16井区较其平均值偏正，为-7.13‰，可以推测其盐度相对较高.

6 石膏的成因和推测

成岩过程中，压实作用和胶结作用相互制约，压实作用进行的较快时，孔隙度和渗透率的下降制约了层间水的流动，胶结作用就发育不明显；相反，如果胶结作用进行的较快时，压实作用就会受阻.［11］

塔中16井区泥基-硬石膏成岩相区，塔中161井上一亚段岩石薄片中（图3），长石岩屑砂岩，颗粒呈点接触和线接触，长石未溶蚀，表明长石溶蚀并不是钙离子的来源；上一亚段泥基-硬石膏胶结，硬石膏胶结区域内，颗粒悬浮于胶结中，表明其胶结发生于埋藏压实之前；海水蒸发中沉淀的原生硫酸钙矿物是石膏，在30℃以下，海水含盐度提高3.55倍时石膏就开始沉淀，在42℃以上温度或浓度很大时，石膏的沉淀就为硬石膏所代替，在成岩阶段，石膏往往向硬石膏转变，硬石膏是成岩阶段早期成岩作用的产物，硬石膏转化为石膏是需要排除水，体积减小38%，需要不断的浓缩咸化卤水对体积缩减的石膏—硬石膏转化进行补充.卤水再进一步浓缩，才会有碳酸盐沉淀，而镜下少见碳酸盐胶结，考虑到如果成岩作用后期如果发生流体淋滤改造石膏会比较迅速的溶解，可以推测其在成岩阶段早期，卤水浓缩并未达到沉积碳酸盐沉淀的条件，表明其蒸发沉积的水体虽然进一步咸化，但是依然有不断对其流体进行补充的水体注入，从而维持了其中石膏-硬石膏沉积的“动态平衡”条件.

图3（上图）塔中161井4058.72硬石膏胶结（右图）塔中161井4085.57m泥基-方解石-硬石膏-硅质-方解石

图4 塔中16井4012.13m纹层状粉砂质中粒岩屑石英砂岩

塔中16井区上一亚段为不规则纹层状不等粒长石岩屑砂岩，细粒长石岩屑砂岩为石膏胶结（图4）.石膏沉积与硬石膏不同，硬石膏需要较高的温度条件、咸化更高的卤水条件、较低的水体流动性.塔中16井中的石膏是原生蒸发咸化沉积造成，或者是成岩早期形成的硬石膏在后期流体作用下变成石膏，由于石膏易溶的特性，其形成环境是一个相对封闭、水体较浅蒸发强烈、水动力条件较弱的环境，并且其形成之后被快速埋藏，地下水作用不强.

7 结论

塔中11-16井区柯坪塔格组发育潮坪沉积体系，自西北向东南从无障壁潮坪沉积的开放水环境转变为相对闭塞的沉积水体环境.这样的沉积环境变化使塔中16井区碎屑岩沉积中的胶结类型，古流体矿化度，碳氧同位素特征与塔中11-12井区出现了显著的不同，对岩石物性、储层品质、油气赋存状态产生了极大的影响.样品的碳氧稳定同位素的测试对识别古沉积环境有明显效果.

塔中16井区柯坪塔格组的砂岩的泥质-硬石膏胶结是由于其沉积环境造成的，形成于成岩阶段早期，在较浅的水动力不强的较少受到潮汐水流影响的封闭海湾砂坝沉积，与11-12井区较浅的无障壁潮坪沉积环境有明显不同.成因可能是构造抬升造成的古地貌改变、潮汐通道的堵塞等，使塔中16井区柯坪塔格组出现了迥然不同的泥基-硬石膏胶结，异常的碳氧稳定同位素含量的波动，高古流体矿化度.

石膏对于识别沉积微相转变起到了标志作用，塔中16井区中石膏的存在状态反映了其在咸化卤水蒸发沉积发生于成岩阶段早期，和相对伴生的少碳酸盐沉积表明了其沉积的蒸发水体的动态平衡状态，并在胶结后未受到地下流体溶蚀改造，不同于塔中11-12井区潮坪相成岩阶段后期由长石在地下流体作用下溶蚀而产生的碳酸盐胶结.

［1］朱筱敏，王贵文，谢庆宾.2002.塔里木盆地志留系沉积体系及分布特征［J］.石油大学学报，2002（3）：5-11.

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