应用古地貌成因组合识别法恢复塔河油田主体区古岩溶地貌

曹建文，夏日元，张庆玉（1.中国地质大学环境学院，武汉430074；.中国地质科学院a.岩溶地质研究所；b.国土资源部岩溶动力学重点实验室，广西桂林541004）

应用古地貌成因组合识别法恢复塔河油田主体区古岩溶地貌

曹建文1，2，夏日元2，张庆玉1，2
（1.中国地质大学环境学院，武汉430074；2.中国地质科学院a.岩溶地质研究所；b.国土资源部岩溶动力学重点实验室，广西桂林541004）

针对古地貌控制了岩溶储集空间的形成与展布，探索应用古地貌成因组合法恢复塔河油田主体区前石炭纪古岩溶地貌。在岩溶台地、岩溶缓坡地、岩溶陡坡地、岩溶山间盆地等4类二级地貌单元的基础上，增加地貌识别因子，进一步划分出10种三级地貌单元，提高了古地貌形态识别的精度。结合微地貌单元岩溶发育特征和油气储集性能，分析油气产量与地貌的关系，为岩溶储集层预测提供依据。

塔里木盆地；塔河油田；古地貌成因组合识别法；地貌恢复；古岩溶地貌

世界上50%以上的油气聚集在碳酸盐岩地层中，其储集层发育与古岩溶作用密切相关[1-2]。研究表明，与不整合面相伴的岩溶作用的强度及其分带性，即古地貌，控制了碳酸盐岩次生储集空间的形成与展布，因此，古地貌的恢复在油气勘探和开发中具有重要意义[3]。

前人在古岩溶地貌恢复方面做过很多工作[3-12]，采用的方法以印模法和残余厚度法为主，也有利用误差模拟法和基于伽马能谱测井信息的古水深恢复法进行古地貌恢复的。但这些工作对古岩溶地貌的划分多止步于二级地貌单元，即岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶洼地等，对于进一步的微地貌刻画所做工作较少，不利于更准确地描述岩溶储集层分布规律，不能满足对局部岩溶储集层展布的预测要求。

塔河油田位于塔里木盆地北部阿克库勒凸起上（图1），探明储量近5×108t，是我国第一个海相大油气田[13]。本文研究范围是奥陶系桑塔木组尖灭线以北的塔河油田主体区，面积约350 km2，是目前塔河油田奥陶系的主力油藏。研究区内大部分地区缺失志留系、中下泥盆统、上石炭统、二叠系、上侏罗统，并且上奥陶统恰尔巴克组（O3q）、良里塔格组（O3l）和桑塔木组（O3s）与中奥陶统一间房组（O2y）、中-下奥陶统鹰山组（O1-2y）分别遭受不同程度的剥蚀，各地层尖灭线呈北东—南西向展布（图2），古风化壳主要发育在一间房组（O2y）和鹰山组（O1-2y）内[14]。

研究区奥陶系碳酸盐岩地层经历了多期构造运动，油气储集条件和保存条件极为复杂，储集空间主要为奥陶系风化壳顶部受构造、岩溶作用形成的复杂缝洞系统[15]，单纯依靠串珠状地震反射来识别缝洞，已很难满足生产需求。因此，通过古微地貌刻画来进一步研究有效储集层分布规律至关重要。本文探索应用古地貌成因组合识别法，将印模法与残余厚度法进行有机结合，同时增加地貌识别因子，从而提高了古地貌形态识别的精度，结合微地貌单元岩溶发育特征和油气储集性能，分析油气产量与地貌的关系，为岩溶储集层预测提供依据。

图1 研究区构造位置

图2 塔河油田主体区前石炭纪二级地貌分区

1 前石炭纪古岩溶地貌恢复

1.1 古岩溶地貌恢复方法

采用古地貌成因组合识别法进行古地貌恢复，是以印模法和残余厚度法为基础[9，11，16]，通过在碳酸盐岩古风化壳表面寻找古地貌蚀余形迹，如古风化壳顶部侵蚀形态和残积物（角砾岩、铁铝层等）类型、厚度与分布特征，恢复古地貌。

利用古地貌成因组合识别法恢复古岩溶地貌的主要依据有：①古风化壳上覆（或下伏）标志层的厚度及分布趋势；②古风化壳残余厚度及风化性质；③古风化壳表面侵蚀、溶蚀特征及沉积物性质；④古水动力场特征；⑤地形起伏地震响应特征。

1.2 古地貌成因组合识别指标

依据野外调查、岩心观察和测试鉴定结果，结合古岩溶环境条件分析和裸露风化环境条件下的岩溶形态组合与发育特征，建立了古地貌成因组合识别法恢复古岩溶地貌的指标。

（1）二级地貌单元成因组合识别指标根据塔河油田地区前石炭纪古地势、地形展布特征，结合奥陶系顶面至石炭系双峰灰岩的厚度，将塔河油田主体区划分为岩溶台地、岩溶缓坡地、岩溶陡坡地、岩溶山间盆地等4类二级地貌单元（图2），其分类指标见表1.

（2）三级地貌单元成因组合识别指标基于现代岩溶地貌学理论，结合塔河油田地区古岩溶地貌特点、岩溶地貌个体形态及组合形态的划分指标，按不同个体形态的成因组合特征划分出10个三级地貌单元（表2）。

表1 塔里木盆地奥陶系风化壳二级地貌类型划分指标

1.3 古岩溶微地貌刻画

沙雅隆起阿克库勒凸起古潜山具有明显的喀斯特地貌特征，古地貌形态呈中部高、四周低的变化趋势，地形相对高差在200~300 m，依据前述识别指标，将塔河油田主体区划分为岩溶台地、岩溶缓坡地、岩溶陡坡地、岩溶山间盆地等4类二级地貌单元（图1）。在二级地貌单元划分的基础上，依据不同岩溶微地貌个体形态的成因组合特征，划分出峰丛洼地、丘峰洼地、岩溶槽谷、丘丛垄脊沟谷、丘丛垄脊槽谷、丘丛谷地、溶丘洼地、峰丛垄脊槽谷、峰丛谷地和岩溶湖共10种三级地貌类型（表3，图3）。

（1）岩溶台地岩溶台地主要分布于塔河油田四区中西部及六区东北部一带。在塔河四区呈近圆形展布，直径5~6 km，面积30~35 km2；在六区呈南北向展布，面积3~4 km2.该区奥陶系顶面至石炭系双峰灰岩古厚度10~60 m，地形相对平坦。地表岩溶形态主要为溶峰（局部为缓丘）、洼地（浅洼地）及落水洞、岩溶槽谷等。岩溶台地地势较高，为古岩溶流域区域分水岭及地下水主要补给区。根据三级地貌单元成因组合识别指标，岩溶台地内分布有峰丛洼地、溶丘洼地、岩溶槽谷等3类三级古岩溶地貌类型（图3）。

表2 塔里木盆地奥陶系风化壳三级地貌类型划分指标

表3 塔河油田四区不同三级地貌单元古岩溶发育特征

（2）岩溶缓坡地岩溶缓坡地主要分布于塔河油田四区、六区周边地区，奥陶系顶面至石炭系双峰灰岩古厚度60~110 m，地面坡降2%~3%；地表沟谷、水系不发育，为古水系径流区；岩溶发育强烈，以峰丛、丘丛、洼地（或落水洞）为主，洼（底）峰（峰丛顶）相对高程20~80 m，沟的走向多平行岩溶缓坡地的倾向。区内分布有丘峰洼地、溶丘洼地、丘丛垄脊沟谷、丘丛垄脊槽谷、岩溶槽谷、岩溶湖等6类三级古岩溶地貌类型（图3）。

（3）岩溶陡坡地位于塔河油田主体区的南部及西部，即塔河油田二区、七区、八区与六区西部。奥陶系顶面至石炭系双峰灰岩古厚度110~300 m.地形起伏相对较大，坡降3%~5%.地表沟谷、水系比较发育，为古水系径流、排泄区，岩溶较发育，以峰丛、丘丛、岩溶洼地（或落水洞）、岩溶沟（谷）及岩溶谷地为特点。本区分布有丘峰洼地、丘丛谷地、峰丛洼地、峰丛垄脊槽谷、丘丛垄脊沟谷、岩溶槽谷、峰丛谷地、岩溶湖等8种三级古岩溶地貌类型（图3）。

（4）岩溶山间盆地位于塔河油田四区中东部及二区东部一带。此类地貌四周封闭，盆地面积相对较大，具地表径流汇流特点。区内包括峰丛谷地和岩溶湖2种三级古岩溶地貌类型（图3）。

图3 塔河油田主体区前石炭纪三级地貌分区

2 微地貌单元岩溶发育特征

不同的地貌单元具有不同的岩溶发育特征（表3）。在塔河油田四区的6种三级地貌单元中，以峰丛洼地和丘峰洼地单元钻遇的缝洞数目最多，分别为60个和46个；钻孔揭示溶洞规模最大为TK409井，洞高75m，位于垄脊槽谷区，但被角砾岩全充填。其次为T403井，洞高达70 m，位于峰丛洼地区，亦被角砾岩充填。岩溶发育总体具有以下特征。

（1）峰丛洼地区地下水以垂向运动为主，岩溶主要也以垂向溶蚀裂缝、溶洞为主，浅部岩溶发育强烈，古溶洞总体上洞高较大。

（2）丘峰洼地区属台地向缓坡降低过渡部位，为大气降水汇流、径流区，地下径流向四周径流排泄，因而岩溶作用较强，水-岩作用周期相对较长，地下岩溶洞穴、岩溶管道一般比较发育。

（3）丘丛垄脊沟谷和槽谷区，垄脊间发育与垄脊走向一致的岩溶沟谷或槽谷，由于径流坡降大，且汇水面积有限，地表沟谷规模相对较小，浅部以垂向溶蚀裂缝为主，一般难发育形成具规模的溶洞系统。

（4）岩溶槽谷和山间盆地区，由于处于相对低部位，古岩溶缝洞充填程度比峰丛洼地和垄脊槽谷等地区高，不利于油气储集。

（5）古岩溶发育深度（距奥陶系顶部距离）在峰丛洼地最大，达到了338.5 m.

（6）各类型地貌单元内的山峰和溶丘的边坡，是古岩溶发育最为有利的部位。

3 不同古地貌单元油气储集性能

古地貌形态对油气富集具有明显的控制作用，以塔河油田四区为例，不同古地貌单元油气富集特征差异明显（表4）。

表4 塔河油田四区不同古地貌单元油气产能特征（统计数据截至2014年12月）

（1）峰丛洼地区和丘峰洼地区为高产能地貌单元，油气产量分别占总量的69.8%和21.5%，为产能最高的2个区块，与其岩溶发育程度高度一致。

（2）丘丛垄脊沟谷和槽谷区产能区域分布具有明显不均一性，垄脊或垄脊边坡部位的井累计产能较高（TK429井、TK404井等），处于洼地、沟谷或槽谷边坡部位的井，其产能较低（TK483井、TK472井等）。

（3）岩溶山间盆地区和岩溶槽谷区产能较差。岩溶缝洞系统虽比较发育，但由于处于塔河油田区低部位，油水界面相对较高，成藏条件相对较差。

4 结论

（1）研究区古地貌形态呈中部高、四周低的变化趋势，使用古地貌成因组合识别法将其划分为岩溶台地、岩溶缓坡地、岩溶陡坡地、岩溶山间盆地等4类二级地貌单元，并进一步划分出了峰丛洼地、丘峰洼地、岩溶槽谷、丘丛垄脊沟谷、丘丛垄脊槽谷、丘丛谷地、溶丘洼地、峰丛垄脊槽谷、峰丛谷地、岩溶湖等10种三级地貌类型。

（2）不同古地貌单元的岩溶发育明显不同，岩溶作用与古地貌有密切关系：峰丛洼地和丘峰洼地单元缝洞发育规模大，岩溶发育深度大；岩溶槽谷和山间盆地古岩溶缝洞充填程度高；各类型地貌单元内的山峰和溶丘的边坡，是古岩溶发育最为有利的部位。

（3）古地貌形态对油气富集具有明显的控制作用，各地貌单元岩溶发育程度与油气产能具有高度一致性。

（4）结合古地貌恢复和油气勘探成果，认为岩溶空间保留较好的溶丘和残峰边坡部位为今后的有利勘探目标区。

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Application of Paleogeomorphic Genesis Assembly Identification Method to Recovery of Paleokarst Landform in Major Blocks of Tahe Oilfield,Tarim Basin

CAO Jianwen1,2,XIA Riyuan2,ZHANG Qingyu1,2
(1.School of Environment,ChinaUniversity of Geosciences,Wuhan,Hubei 430074,China;2.Chinese Academy of Geological Sciences, a.Institute of Karst Geology,b.Key Laboratory of Karst Dynamics,Ministry of Land and Resources,Guilin,Guangxi 541004,China)

In view of paleogeomorphology controlling the formation and distribution of karst reservoirs,this paper explored the application of paleogeomorphic genesis assembly identification method to restore the pre⁃Carboniferous paleokarst landform in the major blocks of Ta⁃he oilfield.Firstly,4 kinds of two⁃grade geomorphic units(karst platform,karst slope(upper),karst slope(lower),karst intermountain basin) are presented,and then landform identification factors are added to further divided the paleokarst landform into 10 kinds of three⁃grade geo⁃morphic units,by which the identification precision of paleogeomorphic landform can be improved.Also,combined with the karst develop⁃ment features and hydrocarbon reservoir properties in micro⁃geomorphic units,the relationship between petroleum production and geomor⁃phology is analyzed to provide powerful basis for prediction of karst reservoirs in Tahe oilfield.

Tarim basin;Tahe oilfield;paleogeomorphic genesis assembly identification method;landform restoration;paleokarst landform

TE112.221

A

1001-3873（2015）03-0283-05

10.7657/XJPG20150306

2014-11-25

2015-03-30

国家973项目（2011CB201001）；国家自然科学基金（41302122）；国土资源部公益性行业专项（201211082）

曹建文（1983-），男，河南沁阳人，助理研究员，博士，石油地质，（Tel）0773-5810671（E-mail）caojianwen@karst.ac.cn.