塔中地区中下奥陶统鹰山组表生岩溶分布特征及主控因素

和　虎，冯海霞，蔡忠贤

（1.中国地质大学（武汉）构造与油气资源教育部重点实验室，湖北武汉430074；2.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

塔中地区中下奥陶统鹰山组表生岩溶分布特征及主控因素

和虎1，冯海霞2，蔡忠贤1

（1.中国地质大学（武汉）构造与油气资源教育部重点实验室，湖北武汉430074；2.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

塔中地区中下奥陶统鹰山组主要经历加里东中期—海西早期多期构造运动，形成多个不整合面，发育多期表生岩溶，目前对影响鹰山组多期岩溶分布特征的主控因素的分析不够深入。为此，在鹰山组古地貌岩溶层识别与对比的基础上，对岩溶分布的影响因素进行分析，总结其主控因素。研究区中下奥陶统为稳定的台地沉积，利用残余厚度等时间图恢复鹰山组岩溶古地貌，并划分为岩溶高地、岩溶斜坡和岩溶盆地3个地貌单元。通过对塔里木盆地表生岩溶洞穴层发育深度的分析，将研究区表生岩溶发育深度定为不整合面以下180m内。综合应用钻井、岩心、测井和地震等资料识别岩溶层，在岩溶层对比分析的基础上研究发现，3个岩溶台面对应发育3个岩溶层，并且岩溶层主要发育在岩溶斜坡上，影响表生岩溶分布特征的主控因素为岩性和构造。

中下奥陶统鹰山组表生岩溶主控因素塔中地区

塔中地区西部卡塔1区块的中1井在奥陶系石灰岩内幕钻遇鹰山组风化壳古岩溶［1］，并且获得油气流，打开了塔中地区西部中下奥陶统风化壳岩溶勘探新局面。近期勘探成果表明，塔中地区鹰山组经历多期构造运动，遭受多期岩溶作用形成多期表生岩溶叠加。多位学者已对塔中地区古岩溶发育特征做了大量研究，认为各种岩溶作用是形成塔中地区奥陶系碳酸盐岩岩溶储层的主要原因，岩性、古地貌、断裂及裂缝、岩浆热液活动、有机酸溶蚀作用等对岩溶储层均有重要影响。笔者以塔中地区中下奥陶统鹰山组为研究对象，在岩溶古地貌恢复的基础上，具体分析其表生岩溶分布特征及主控因素，确定了古岩溶储层的有利发育区带，以期为塔中地区碳酸盐岩勘探开发提供有利依据。

1　区域地质概况

塔中隆起为稳定古隆起，位于塔里木盆地中央隆起带，在加里东中期Ⅰ幕初具雏形，为纺锤状穹隆构造，呈北西向展布，由满加尔坳陷、阿瓦提坳陷和塘古孜巴斯坳陷围绕［2］。塔中地区主要属于塔中隆起西部，构造形态为向西北倾没，发育向西撒开、向东收敛的帚状断裂体系，主要受北西—北西西向和北东—北东东向2组断裂控制，形成了塔中地区南北分带和东西分块的构造特征。正是由于其相对稳定的构造特点，使得加里东中期和海西早期岩溶对鹰山组岩溶储层表现出尤为重要的意义。寒武纪至早奥陶世，塔里木盆地以拉张、裂陷和海平面上升为背景，塔中地区发育以巨厚浅水碳酸盐岩台地为标志的沉积组合；在加里东中期，塔中地区中下奥陶统鹰山组遭受强烈剥蚀，隆起区缺失一间房组和恰尔巴克组，鹰山组长期暴露地表接受大气淡水淋滤发育表生岩溶；海西早期，塔中地区中东部及中央隆起区整体抬升，志留系、泥盆系、奥陶系遭到严重剥蚀，鹰山组再次暴露地表遭受长期风化、淋滤、剥蚀，形成较好的潜山表生岩溶储层。

2　表生岩溶分布特征

2.1表生岩溶发育期次及平面分布特征

表生岩溶作用是碳酸盐岩在大气淡水条件下，遭受化学溶蚀和机械侵蚀作用而形成的特有的岩溶现象［3］。从塔中地区地层保存和岩溶发育状况分析可知，其中下奥陶统鹰山组主要经历了加里东中期—海西早期构造运动，形成了多个不整合面，发育多期表生岩溶（表1）。依据鹰山组上覆地层的不同，可将其分为上奥陶统覆盖区、北部剥蚀区和南部剥蚀区3个区域。其中南、北2个剥蚀区以志留系尖灭线为分界线，北部剥蚀区是志留系覆盖于鹰山组，南部剥蚀区是石炭系直接覆盖于鹰山组（图1）。

表1　塔中地区表生岩溶发育期次Table1　Stagesofsupergenekarstdevelopmentin Tazhongarea

2.2表生岩溶垂向分布特征

通常采用残余厚度来反映古地貌的相对起伏，研究区主要是利用鹰山组和蓬莱坝组的残余厚度等时间图恢复其鹰山组岩溶古地貌（图2）。加里东中期，塔中隆起为纺锤状穹窿构造，核部构造位置最高为岩溶高地，自核部向翼部至坳陷区划分为岩溶斜坡和岩溶盆地［4-6］，3种地貌单元分别对应S1，S2和S3共3个岩溶台面。

研究表明塔里木盆地大气淡水的表生岩溶发育深度为不整合面以下180m内，根据钻井的放空、漏失和快进（钻时小于11min/m）响应现象，岩心洞穴充填物及测井响应，地震串珠状反射特征等，可以有效地识别出岩溶洞穴［7］。当岩溶发育不强烈时，地下河流经处未形成洞穴，表现出溶蚀孔洞段较发育，被称之为强岩溶带，其在钻井、岩心、测井和地震上表现与溶洞相似的特征。为了便于分析，将岩溶洞穴和强岩溶带统称为岩溶层。通过资料收集与整理，统计分析塔中地区所有井鹰山组钻遇岩溶层的情况，共有17口井钻遇岩溶层（表2）。

基准面控制的岩溶层是地下水对岩溶层作用结果的具体表现，利用连井剖面进行岩溶层的对比划分，主要是对上奥陶统覆盖区和南部剥蚀区结合古地貌作连井剖面，并分析其表生岩溶分布特征。研究发现，研究区岩溶发育相对强烈，3个岩溶台面对应发育3个岩溶层。钻遇岩溶层的井较少，而针孔状的溶孔［8］相当发育。

图1　塔中地区中下奥陶统鹰山组多期岩溶叠加分布Fig.1　Themulti-phase superposition ofkarstdistribution in the Yingshan Formation of Lower-Middle Ordovicion in Tazhong area

图2　塔中地区加里东中期鹰山组古地貌、岩溶台面划分及岩溶层对比剖面线Fig.2　The paleo-landform，division ofkarstplatform surface and comparison section linesofkarst layerof theMiddle Caledonian in Tazhongarea

上奥陶统覆盖区主要受加里东中期Ⅰ幕构造运动的影响发育表生岩溶。通过统计研究区所有钻遇岩溶层井资料的分析，结果表明，鹰山组岩溶层主要分布在S2—S3台面上，其上对应排泄基面DL2—DL3；由2个岩溶台面控制发育2个岩溶层，上部岩溶层位于不整合面以下20m内，下部岩溶层位于不整合面以下90～120m。中古171井和中古8井位于岩溶台面S1上，其不整合面附近岩溶层发育。

南部剥蚀区受加里东中期和海西早期岩溶叠加发育3个岩溶层：第1个岩溶层发育在鹰山组与一间房组之间的不整合面以下30m；第2个岩溶层发育在不整合面以下80～100m；塘古1井钻遇第3个岩溶层，发育在不整合面以下170m。

表2　塔中地区鹰山组钻遇岩溶层统计Table2　The statisticsof the karst layers drilling in the Yingshan Formation in Tazhong area

3　主控因素分析

控制和影响碳酸盐岩表生岩溶发育的因素较多，任美谔等提出岩溶的发育主要决定于岩性、构造和气候条件［9］，因此，着重研究岩性和构造对研究区鹰山组表生岩溶发育的控制作用。

3.1岩性

塔中地区风化壳内可溶岩石类型有致密性灰岩、孔洞性灰岩、孔隙性白云岩和致密性白云岩等［10］。对塔中地区卡塔1三维地震区块的中16、中17、中18和中19井岩心观察可以看到，不整合面之下100m的岩石类型以细晶白云岩为主。前人研究证实，由于Sr2+为高盐度流体产物，因此，白云石中Sr2+的含量可反映成岩流体的性质：若成岩流体为海水，则白云石中Sr2+的含量大于215×10-6；若成岩流体为淡水，则Sr2+含量小于75×10-6；Sr2+含量介于二者之间可能为混合水成因。张新华等测定的塔中地区中1、中12和中13井鹰山组白云岩的Sr2+平均含量分别为124.13×10-6，195.16×10-6，113.14×10-6，反映了大气淡水和海水共同作用的成岩特征［11］。中12井和中13井均有上奥陶统覆盖，其鹰山组内部大气淡水对白云岩的成岩作用发生在加里东中期Ⅰ幕岩溶。通常白云岩的Sr2+平均含量小于50%时，随其含量的增加孔隙度减小［12］，能起到隔水作用。

根据现有的测井资料，计算出研究区25口井的相对白云岩含量，并绘制相对白云岩含量等值线（图3）。从图3可以看出，顺托果勒西、卡塔1和卡塔2区块相对白云岩含量较高，其中卡塔1区块大部分井的相对白云岩含量为30%～50%。钻井资料及岩心观察结果表明，研究区岩溶层相对不发育，针孔状溶孔是白云岩含量高的岩溶层的主要表现形式（图4），而岩溶高地到岩溶斜坡处相对白云岩含量低于10%，岩溶较发育。

图3　塔中地区鹰山组相对白云岩含量等值线Fig.3　The relative contentofdolomite for the Yingshan Formation in Tazhong area

图4　塔中地区隆起区鹰山组取心针孔状溶孔Fig.4　The pinhole-shaped dissolution poreof the Yingshan Formation coring in theupliftof Tazhongarea

3.2构造

塔里木盆地经历多期构造运动，主要受加里东中期和海西早期构造运动的叠加改造［13］，其鹰山组暴露地表接受大气淡水的淋滤发生岩溶作用。构造运动引起塔中地区形成不同的隆坳格局，导致该区在加里东中期大范围隆起以及海西早期部分地区抬升暴露地表形成其独特的古地貌类型，从而为岩溶的发育创造条件；构造运动所形成的断层与裂缝使溶蚀孔洞相互连通形成缝洞系统，并可作为大气淡水渗滤的通道，有利于岩溶发育。

古地貌上最大高差以及起伏对地下水的发育深度有影响，并决定了水动力场的大小，从而影响岩溶发育强度［14］。研究表明，塔中地区岩溶的发育与古地貌有着密切的关系，岩溶斜坡即连接岩溶高地与岩溶盆地的过渡地带，地下水动力垂向渗入和水平运动，地下径流发育，为岩溶发育的有利区带。研究区岩溶斜坡处的岩溶最为发育且保存最好，岩溶层发育的井大部分位于该处。通过岩溶层的对比分析得到，研究区岩溶斜坡处对应2个排泄基面，发育2个岩溶层；南部剥蚀区受海西早期构造运动的影响，形成3个长条形的天窗，石炭系直接覆盖在鹰山组上，由于叠加了海西早期的岩溶作用，此处岩溶发育更为强烈，往下发育深度更大，钻井已证实，该处3个岩溶层，钻遇的第3个岩溶层发育在不整合面以下170m。

在岩溶发育过程中，断裂是形成大型岩溶层的重要因素。构造断裂活动造成碳酸盐岩破碎，导致裂缝较发育。断裂及其伴生裂缝是岩溶作用的先期通道，增加了水与碳酸盐岩的接触面积，增大了地表水及地下水的溶蚀范围，改善了碳酸盐岩的渗流作用［15］，使溶蚀作用增强，溶蚀速度加快。前人研究发现，岩溶在断层与裂缝交汇处相当发育，沿断裂面和分支断裂附近易形成大型洞穴。塔中地区在加里东中期形成纺锤状隆起，同时塔中Ⅰ号断裂带、Ⅱ号断裂带、塔中10井断裂带以及塔中5井断裂带等已存在。断裂带附近由其伴生的裂隙作为大气淡水往下渗滤及连通各溶蚀孔洞的通道［16-17］，形成良好的补径排岩溶水循环系统，有利于发生强烈的岩溶并形成岩溶层。从图5可以看出，发育岩溶层的单井主要在断裂带附近，分布于塔中Ⅰ号断裂带迎水面断层上盘。

图5　塔中地区发育岩溶层的单井与加里东中期断裂叠合Fig.5　The superimposition ofkarst layerwellsand faultsof theMiddle Caledonian in Tazhong area

4　结论

受加里东中期和海西早期构造运动的影响，塔中地区中下奥陶统鹰山组长期暴露地表接受大气淡水的淋滤，发育多期表生岩溶叠加。通过岩溶层对比分析得出：塔中地区3个岩溶台面对应发育3个岩溶层，其中岩溶斜坡处岩溶最为发育且保存最好。综合研究区表生岩溶平面及垂向分布特征，分析认为研究区影响其表生岩溶分布的主控因素是岩性和构造：①白云岩相对于灰岩起隔水作用，研究区白云岩含量较高，大型溶洞不发育，只发育针孔状溶孔；②构造作用形成了塔中地区独特的古地貌类型，形成了区域性分布的岩溶层，多期构造旋回的叠加形成了区内岩溶发育的多期性，断裂及伴生裂缝的存在为表生岩溶作用提供了良好的流体运移通道，有利于岩溶发育形成岩溶层。

塔中地区断裂发育的岩溶斜坡处为岩溶发育的最佳地带，是重要的勘探目标，研究成果对塔中地区鹰山组岩溶层的勘探开发具有现实的指导意义。

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编辑王星

Distribution characteristicsof supergene karstand dom inated factorsanalysis in Yingshan Formation of Lower-M idd leOrdovician in Tazhong area

He Hu1，Feng Haixia2，CaiZhongxian1

（1.MOEKey Laboratory ofTectonicsand Petroleum Resources，China University ofGeosciences（Wuhan），Wuhan City，HubeiProvince，430074，China；2.GeoscienceResearch Institute，ShengliOilfield Company，SINOPEC，Dongying City，Shandong Province，257015，China）

Themulti-phase supergene karsthave developed withmulti-plane ofunconformity in Tazhong area of the Lower-MiddleOrdovician Yingshan Formation thatmainlywent through themiddle Caledonian-early Hercynian tectonicmovements，but the dominated factors affecting the distribution characteristics of supergene karst were not analyzed deeply enough at themoment.In the study area the Lower-Middle Ordovician isa setof stable platform deposition.The karstpalaeogeomorphology of the Yingshan Formation was recovered using isochronous residual thickness and was divided into three geomorphic unitsas karsthighland，karstslope and karstbasin.Combiningwith the cave-depth analysis of the supergene karst in Tarim，the depth of supergene karst in the study area iswithin 180meters below the unconformity.Karst layerswere identified through integrating drilling，core，log and seismic data.It is found that3 karstplatform surfacesare corresponding to 3 karst layers based on the karst layer comparative analysis in the study area，and the karst layersmainly developed in thekarstslopes.Themain factorsaffecting karstdistribution are lithologic and structure.

Lower-Middle Ordovician；Yingshan Formation；supergene karst；dominated factors；Tazhong area

TE112.23

A

1009-9603（2015）02-0017-07

2015-01-09。

和虎（1983—），男，山东济宁人，在读博士研究生，从事油气开发和储层建模方面的研究。联系电话：15318302001，E-mail：hzk1998@163.com。

国家“973”计划“中国海相碳酸盐岩层系油气输导体系与运聚机理”（2005CB422105）。