一伊拉克HF油田Mishrif组厚壳蛤滩相储层沉积与早期成岩特征

伏美燕, 赵丽敏,, 段天向, 周 文, 刘 磊

(1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都 610059;2.成都理工大学能源学院,四川成都 610059; 3.中国石油勘探开发研究院,北京 100083)



一伊拉克HF油田Mishrif组厚壳蛤滩相储层沉积与早期成岩特征

伏美燕1,2, 赵丽敏1,2,3, 段天向3, 周 文1,2, 刘 磊1,2

(1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都 610059;2.成都理工大学能源学院,四川成都 610059; 3.中国石油勘探开发研究院,北京 100083)

通过岩心观察、薄片鉴定、同位素和微量元素分析,研究伊拉克HF油田Mishrif组富厚壳蛤层MB2-MC1层的沉积微相和早期成岩特征。结果表明,Mishrif组MB2-MC1层发育在开阔台地-台地边缘相。富厚壳蛤层中发育2期厚壳蛤滩以及2套含厚壳蛤风暴层。厚壳蛤滩沉积在台地边缘,Sr/Ba比值为5.74,高于2套开阔台地沉积的风暴层。厚壳蛤滩的发育特征有别于厚壳蛤礁,无原地生长特点,同沉积破碎严重,以厚壳蛤砾屑灰岩、厚壳蛤颗粒灰岩和泥粒灰岩为主要岩相,与开阔台地潮下浅滩交互沉积。同生期厚壳蛤滩相的暴露导致早期大气淡水淋滤作用较强,而胶结作用较弱,形成以粒间孔、粒间溶孔、溶洞、溶缝为主的储集空间。

HF油田; 白垩系; 厚壳蛤; 台缘滩; 储层沉积; 成岩特征

厚壳蛤是白垩纪主要的造礁生物,其所形成的礁占白垩纪中期生物礁总量的60%以上[1]。这类外形类似珊瑚的奇特贝类在白垩纪末期生物大灭绝事件中已完全消逝[2]。中国关于厚壳蛤礁的报道极少,仅在西藏岗巴地区发现[3],而厚壳蛤生物建隆(生物礁、生物层或滩)是中东地区白垩系重要的油气储层[4-7]。中东白垩纪厚壳蛤生物建隆的骨架生物主要为辐射蛤,与现代礁有较大区别。通常与礁后的台地浅滩交互沉积,且与底栖有孔虫和藻类共生[4,6]。目前,对于厚壳蛤礁的发育特征和识别标志仍然存在较大争议[4],且这类储层的早期强溶蚀和弱胶结等特征的控制因素不清。伊拉克HF油田主力储层为白垩系森诺曼阶Mishrif组含厚壳蛤的灰岩,储集性能极好[8]。该地区是否存在厚壳蛤礁尚无定论,其发育特征不明确,限制了对这类油气储层的认识和开发。笔者利用岩心和薄片观察、微量元素和同位素测试,研究该地区Mishrif组含厚壳蛤灰岩沉积相与早期成岩特征。

1 地质背景

HF油田位于伊拉克东南部的美索不达米亚盆地(图1),主要产油层位为白垩系Mishrif组灰岩。HF地区从构造分区上属于盆地的前渊带,为一宽缓长轴背斜。自二叠纪末开始,伊拉克地区进入早阿尔卑斯构造旋回,美索不达米亚带处于构造沉降幅度较大的地区。白垩纪伊拉克地区一直保持浅海碳酸盐岩台地环境。白垩纪末期拉拉米构造活动在白垩系顶部形成一个区域性不整合面。Aqrawi 等[9]认为森诺曼期伊拉克地区位于新特提斯洋的西南缘,HF油田位于台地边缘。森诺曼期的沉积相带为北西-南东向展布,北东向为向海方向(图2)。伊拉克南部Mishrif组与下伏Ahmadi组、Rumaila组处于同一沉积旋回,Ahmadi组和Rumaila组为海进期沉积的泥灰岩和白垩质灰岩,Mishrif组为海退期沉积的台地边缘生物碎屑灰岩。Mishrif组的海退序列开始于盆地东部。盆地东部变迁受控于Amara古隆起的抬升和整个地区海平面的下降,导致沉积环境逐渐从开阔陆棚环境演化为礁前斜坡、礁坪和浅滩沉积环境,再到后期的内陆棚沉积环境[4,9]。Mishrif组的小层划分,HF油田Mishrif组台地边缘相发育在MB2-MC1层,见图3。

图1 HF油田地理位置

图2 白垩纪森诺曼期新特提斯洋西南缘岩相古地理[9]

图3 HF油田Mishrif组MB2-MC1层典型岩石类型照片

2 沉积微相类型与展布

2.1 微相划分

采用Dunham[10]的标准,岩石分为颗粒灰岩、泥粒灰岩、粒泥灰岩和泥灰岩。Mishrif组MB2-MC1层主要发育颗粒灰岩、泥粒灰岩-粒泥灰岩、泥灰岩、粒泥灰岩和似角砾状灰岩,以及炭质泥岩。颗粒灰岩可分为生物碎屑灰岩和似球粒灰岩。生物碎屑灰岩主要由介屑和苔藓虫组成,颗粒含量高,大于75%。似球粒灰岩中含大量似球粒,颗粒间见少量灰泥。泥粒灰岩为颗粒支撑结构,颗粒含量为50%～75%,粒间存在灰泥填隙物,以原地生物为主,如底栖有孔虫、钙藻等,含少量砂屑或球粒。当颗粒含量为10%～50%,岩石结构为灰泥支撑时,发育粒泥灰岩。粒泥灰岩与泥粒灰岩无明显分界线。不同岩石类型的图版见图3。

Mishrif组MB2-MC1层均为厚壳蛤碎屑,其产状各异,可分为砾状、片状和砂屑状。砾状厚壳蛤碎屑出现在颗粒灰岩中,粒径可达10 cm。片状厚壳蛤碎屑常出现在颗粒灰岩和泥粒灰岩中,与贻贝类和棘皮类同时出现。砂屑状厚壳蛤主要出现在似球粒灰岩中。除厚壳蛤外的介壳类也是MB2-MC1层的主要颗粒类型,存在片状和砂屑两种。MB2-MC1层发育较完整的苔藓虫,与厚壳蛤和介壳类共生。另外,钙藻和底栖有孔虫等原地生物通常个体完整。对岩石类型、生物碎屑的类型和产状、沉积构造组合分析,Mishrif组MB2-MC1层的岩相划分为8类,见表1。

表1 HF油田Mishrif组岩相类型划分

根据Fluge[11]建立的台地相碳酸盐岩9个标准相带和24个标准微相,研究区岩石类型和古生物组合指示MB2-MC1层主要发育在台地边缘-开阔台地环境。岩相A发育厚壳蛤砾屑灰岩,虽然含厚壳蛤砾屑,但砾间分布大量似球粒,颗粒分布具有双众数特点,颗粒间泥晶含量较高(图3(a)),层厚仅5 m,与标准微相FZ4台缘斜坡的微相SMF6(无杂基)差别较大。岩相A为台地内遭风暴破碎的异地厚壳蛤礁来源的砾屑灰岩,发育在FZ7开阔台地相带的风暴层,反映了台内厚壳蛤点礁具有较弱的抵抗风暴浪的能力。岩相B由含厚壳蛤的介壳碎屑和共生的生物碎屑组成(图3(c)、(d)),形成颗粒灰岩,沉积环境为FZ6台地边缘的高能滩相SMF12。岩相C主要由正常浅海环境的原地生物底栖有孔虫和绿藻组成(图3(e)),含少量生物碎屑,沉积于FZ7开阔台地浪基面附近的浅水潮下滩SMF9。岩相D由大量含泥晶包壳的磨圆生屑组成(图3(g)),具有波浪改造和机械搬运的特征,为FZ7开阔台地相带的潮汐砂坝沉积SMF10,发育双向交错层理,指示了潮汐作用的存在(图3(h))。岩相E由似球粒组成,由于藻类等生物作用导致原始生物碎屑结构消失,取而代之为似球粒(图3(f)),并含少量生物碎屑。岩相E具有波浪改造和机械搬运特征,且发育变形构造,沉积环境为FZ7开阔台地受风暴影响的低—中能滩SMF9。岩相F为似角砾岩,生物粒泥灰岩和泥灰岩互层,偶见含厚壳蛤和介壳碎屑的颗粒灰岩夹层,具滑动构造,且生物扰动发育,代表了开阔台地FZ7深水潮下环境。

取心井岩心全岩微量元素的测定结果可为微相的划分提供依据。研究区台地边缘和开阔台地生物作用的影响差异较大。Sr/Ba可作为生物作用强弱的指标,Ba2+进入海洋时易被黏土矿物吸附而含量逐渐减小[12]。台地边缘滩沉积岩相B介壳砂屑灰岩Sr/Ba比值最高,达5.74,远高于开阔台地具生物扰动的岩相C生屑泥粒灰岩/粒泥灰岩的Sr/Ba比值(0.78～1.39)(表2)。岩相A厚壳蛤砾屑灰岩的Sr/Ba也仅为1.04,其沉积环境有别于与广海连通性好的台地边缘相,仅为台内点礁遭风暴浪破碎的风暴层。其他陆源微量元素含量也指示了相似的规律。台地边缘岩相B介壳砂屑灰岩的Ti质量分数为15.2×10-6,而开阔台地浅滩相和风暴层Ti质量分数为(19～63.2)×10-6。另外,各岩相中Zr质量分数的最低值也出现在台地边缘相的岩相B。

表2 不同沉积微相的微量元素组成

2.2 微相展布

上述岩心、薄片和微量元素分析表明,MB2-MC1层沉积在开阔台地-台地边缘相。Mishrif组沉积时期受到潮汐作用和风暴作用改造,具体可划分为台缘礁滩复合体(台缘滩)、含厚壳蛤的风暴层、潮下浅滩,潮汐砂坝和深水潮下。不同沉积微相的电性特征差异显著,其中自然伽马曲线最能反映该地区岩性。台地边缘滩和台内含厚壳蛤的风暴层GR值极低,4～9 API。潮汐砂坝GR值略高,6～13 API。台内潮下浅滩GR曲线呈齿化箱状,GR值13～28 API,而深水潮下GR值最高,可达40 API。台缘滩暴露期沉积的炭质泥岩GR曲线呈高幅指状,GR可达140 API。通过对Mishrif组3口取心井的岩心和薄片资料与测井资料的对比,得出不同微相的测井特征(图4)。

图4 HF油田Mishrif组MB2-MC1层测井相特征

利用测井相分析,对研究区进行东西向剖面的连井对比,可在纵向上识别出Mishrif组MB2-MC1层的微相展布规律。横向上最晚一期的台缘滩仅发育在该构造的高部位,早期台缘滩分布范围较广。深水潮下和台缘滩暴露期沉积的炭质泥岩在研究区东南部较厚(图5),反映了沉积期东南部地势较低洼,研究区北西-南东向存在一定坡度。开阔台地的潮下浅滩发育规模最大,累积厚度可大于70 m。潮汐砂坝的分布范围较窄,仅分布在该背斜构造的高部位。含厚壳蛤的风暴层沉积遍布研究区,厚度较薄,约5～6 m,纵向上发育2套风暴层沉积。

在测井相识别岩相的基础上,通过地震属性提取,利用波阻抗对台缘滩发育期MB2-1层和MC1-4层进行平面沉积相预测。MB2-1层和MC1-4层是台缘滩的主要发育期,滩的快速生长导致滩体暴露,在研究区东南部发育炭质泥岩沉积。从地震相图上可识别出从滩脊向开阔台地发育的潮汐水道(图6)。

图5 HF油田MB2-MC1层台缘滩分布连井对比

图6 HF油田MB2-MC1段地震相与台缘滩平面分布

3 厚壳蛤滩相沉积特征

Wilson[13]认为厚壳蛤是阿拉伯地区白垩纪台地边缘最主要的造礁生物。这种生物生长在无陆源碎屑输入,与广海连通性好的清水环境中。从定殖期开始,自下而上个体逐渐变大[6]。但是这种厚壳蛤礁与现代生物礁有很大区别,从厚壳蛤礁形成开始就遭受生物、波浪和洋流侵蚀[9]。一旦厚壳蛤礁生长至浪基面,就会因遭受侵蚀而破碎,形成大量厚壳蛤砾屑再沉积[7]。完整的厚壳蛤礁很少见,厚壳蛤礁灰岩与颗粒灰岩的比例大概为1∶20[9]。中东地区通常定义的厚壳蛤礁实际是由3种岩相组成,分别为含厚壳蛤的砾屑灰岩、颗粒灰岩和泥粒灰岩[9]。在伊拉克地区几乎不发育持续生长的大型厚壳蛤礁[4,7,9]。Gaddo[6]将这种奇特的生物礁称为“扁平礁”,横向上可分布数千米。

伊拉克地区白垩纪厚壳蛤礁生长在台地边缘,主要受与基底断裂活动有关的Balambo-Garau坳陷同沉积构造运动的控制[14]。厚壳蛤礁发育在同沉积背斜的高部位。通过连井对比,HF油田MB2-MC1层台缘滩具有沿背斜顶部分布的特点。MB2-MC1层的台缘滩的特征与Aqrawi[9]对HF油田HF-1井识别的厚壳蛤礁一致,由厚壳蛤砾屑灰岩和厚壳蛤颗粒灰岩组成。但是在连续取心的岩心上未发现完整生长的厚壳蛤,以及与生物礁相关的黏结灰岩。前人对伊拉克地区厚壳蛤礁的认识并不十分准确,所谓的厚壳蛤建隆仅仅以破碎的滩为主,该地区白垩纪厚壳蛤滩的发育规模远大于厚壳蛤礁。虽然厚壳蛤滩与礁存在成因联系,但在礁形成初期就基本被破坏。同样,具有类似特征的MC1-4层台缘滩的主体也为厚壳蛤滩。大规模厚壳蛤滩附近必然存在分散的厚壳蛤礁,礁的同沉积破碎为滩相的形成提供了物质来源。虽然在研究区尚未发现厚壳蛤礁,但不能排除它的存在,对于油气储集的贡献方面,厚壳蛤滩的作用明显更大。

Gaddo[6]在伊拉克南部的Rumaila、Tuba和Zubair油田的Mishrif组中部识别出了5层厚壳蛤礁滩相。这种特征与HF油田也不完全一致。从岩心上看,HF油田可识别的厚壳蛤富集的层位有4层(图7)。

图7 HF油田M316井MB2-MC1层厚壳蛤滩发育的沉积序列

通过前文的微相分析认为这4套厚壳蛤富集层中夹有2套风暴层。风暴层的厚度薄,但分布非常稳定,遍布整个研究区。风暴层出现在开阔台地的浅水潮下沉积物中,由与开阔台地沉积物类似的微量元素组成。研究区MB2-MC1层风暴作用的影响较为明显,因此发育厚壳蛤风暴层。含厚壳蛤风暴层中厚壳蛤碎屑的直径可达10 cm,磨圆度差,颗粒边缘无氧化现象,说明这套风暴层的物质来源是邻近的厚壳蛤礁,为近源风暴层。与HF背斜邻近的同沉积背斜区可能存在这2套风暴层的物质来源。HF地区森诺曼期所处的古地理位置风暴频发也是造成厚壳蛤滩规模远大于厚壳蛤礁的主要原因。

4 早期成岩特征

薄片观察表明,HF地区Mishrif组的厚壳蛤滩相储层经历了强烈的同生期溶蚀作用,溶洞、溶孔非常发育,但胶结作用较弱,仅可见极少的方解石胶结物。这种特征与MB2层最晚一期厚壳蛤滩的暴露可能存在联系。此次暴露时间相对较长,Aqrawi等[9]将MB2层的顶部识别为三级层序界面。

4.1 溶蚀作用

同生期溶蚀作用对厚壳蛤滩相储层的形成影响明显。厚壳蛤滩相储层中以方解石质的介壳类为主,不存在选择性溶蚀现象。由于滩的沉积速度快而暴露于大气淡水渗流带,受到大气淡水的淋滤,早期的非选择性溶蚀特征明显。根据全岩碳氧同位素测定,厚壳蛤滩相储层的Z值略低于风暴层和潮下浅滩相,表明了滩体暴露期大气淡水的输入导致了碳同位素的分馏。大气淡水的淋滤具有非组构选择性,可导致粒间溶孔、溶缝的形成(图4(c))。在岩心上也可见大量溶洞发育(图4(d)),对储集性有明显的改善。值得一提的是风暴层灰岩的δ13C(V-PDB)明显大于厚壳蛤滩(表3),也表明该层发育在开阔台地,而无台缘滩暴露受淡水改造的特征。

表3 HF油田Mishrif组MB2层灰岩全岩碳氧同位素组成

4.2 胶结作用

研究区厚壳蛤滩相储层的胶结作用均较弱。胶结作用对于储集性未产生明显的破坏作用,相反早期胶结物的沉淀有利于厚壳蛤滩相储集岩中粒间孔的保存。厚壳蛤滩相颗粒灰岩的早期等厚环边方解石胶结较发育,能够起到抗压实的作用,使粒间孔较好地保存下来。MB2层厚壳蛤滩相中亮晶方解石的碳氧同位素分析结果与全岩测定结果接近,δ13C (V-PDB)为2.62‰,δ18O (V-PDB)为-4.93‰。较低的δ13C (V-PDB)表明了亮晶方解石为淡水-海水混合成因。淡水中离子浓度低,对CaCO3不饱和。淡水方解石沉淀非常缓慢,可形成明亮干净的晶体。因此厚壳蛤滩相胶结较弱与滩体长期暴露,原始孔隙被大量淡水饱和有关。

5 结 论

(1)HF地区Mishrif组MB2-MC1层发育2期厚壳蛤滩相以及2套含厚壳蛤的风暴层,不同于中东地区5期厚壳蛤礁的认识。研究区厚壳蛤滩的规模远大于厚壳蛤礁,是主要的油气储层类型。

(2)HF地区Mishrif组MB2-MC1层发育厚壳蛤滩、潮下浅滩、潮汐砂坝等微相。厚壳蛤滩与开阔台地潮下浅滩交互沉积。

(3)HF地区Mishrif组MB2-MC1层厚壳蛤滩相的早期成岩特征为强溶蚀弱胶结。厚壳蛤滩的暴露导致较强的大气淡水淋滤溶蚀,是形成优质储层的因素之一。

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(编辑 修荣荣)

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

中国石油股份有限公司“十二五”重大专项(2011E-2501)

伏美燕(1982-)，女，助理研究员，博士，研究方向为油气储层地质与地球化学。E-mail：fumeiyan08@cdut.cn。

赵丽敏(1972-)，高级工程师，博士研究生，研究方向为石油开发地质。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,赵丽敏,段天向,等. 伊拉克HF油田Mishrif组厚壳蛤滩相储层沉积与早期成岩特征 [J].中国石油大学学报(自然科学版),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.