伊拉克米桑油田群中白堊統(tǒng)Mishrif組巖溶特征及作用模式

伊拉克米桑油田群中白堊統(tǒng)Mishrif組巖溶特征及作用模式陳培元;段曉夢;郭麗娜;倪軍娥;王峙博【摘要】Combiningcoreobservationofwellswiththinsections,scanningelectronmicroscopy,imaginglogging,geochemicaltestingandregionalsedimentarytectonicsettinganalysis,twohiatuscausedbyregionaltectonicmovementandsealeveleustacyareidentifiedintheMidCretaceousMishrifFormationofMissanoilfields,Iraq,inwhichexiststwocorrespondingpenecontemporaneousweatheringkarstificationunconformities.Obviouschangesoflithologyandsedimentarycharacteristicsexistalongthe2unconformities:argillaceouslimestonedevelopsunderlyingtheunconformitysurfaces,anditisdenserockandnon-reservoir;bioclastic(rudist)limestonewithagreatnumberofdissolutioncavesandfracturesdevelopsoverlyingtheunconformitysurfaces,whichisgoodreservoir.Partialdissolutioncavesandfracturesofbioclasticlimestonearefilledbyvadosesiltproducedbythevadosezoneintheexposedenvironmentduringearlycontinentaldiagenesis.Inaddition,ageopetalmicrostructureduetodissolutiondevelopsbelowtheunconformitysurface.Thecathodoluminescenceandcarbonateandoxygenisotopesalsoshowthatthestratabelowtheunconformitysurfacehaveexperiencedtheinfluenceofatmosphericfreshwater.Theresearchresultcanprovidereferencetosequencedivisionandreservoirgenesisforthestudyarea.%通過對伊拉克米桑油田群多口井的巖心觀察,結(jié)合鑄體薄片、掃描電鏡、成像測井、地球化學(xué)資料及區(qū)域沉積構(gòu)造背景分析，發(fā)現(xiàn)中白堊統(tǒng)Mishrif組沉積時(shí)期局部的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和海平面升降導(dǎo)致了2次沉積間斷,從而在碳酸鹽巖沉積內(nèi)部存在2個(gè)準(zhǔn)同生期風(fēng)化殼巖溶不整合面.不整合面上下巖性及沉積特征差異明顯:不整合面之上為泥質(zhì)灰?guī)r,巖性致密,為非儲(chǔ)層;之下為生屑(厚殼蛤)灰?guī)r,發(fā)育大量的溶縫和溶洞,對應(yīng)儲(chǔ)層物性較好.生屑灰?guī)r中部分溶縫和溶洞被早期大陸成巖暴露環(huán)境中的滲流粉砂所充填,不整合面之下見溶蝕作用形成的示底構(gòu)造;陰極發(fā)光和碳氧同位素同樣表明不整合面之下曾經(jīng)歷過大氣淡水的影響.本文研究成果可為研究區(qū)層序劃分和儲(chǔ)層成因機(jī)制的研究提供重要參考.期刊名稱】《中國海上油氣》年(卷),期】2017(029)002【總頁數(shù)】7頁(P46-52)【關(guān)鍵詞】米桑油田群;中白堊統(tǒng)；Mishrif組;碳酸鹽巖;巖溶特征;準(zhǔn)同生期巖溶作用;作用模式;不整合【作者】陳培元;段曉夢;郭麗娜;倪軍娥;王峙博【作者單位】中海油研究總院北京100028;中海油研究總院北京100028;中海油研究總院北京100028;中海油研究總院北京100028;中海油研究總院北京100028【正文語種】中文【中圖分類】TE122.2+1;P618.130.2+1陳培元，段曉夢,郭麗娜，等?伊拉克米桑油田群中白堊統(tǒng)Mishrif組巖溶特征及作用模式J].中國海上油氣，2017,29(2):46-52.CHENPeiyuan,DUANXiaomeng,GUOLina,etal.KarstcharacteristicsandkarstificationmodelintheMid-CretaceousMishrifFormationofMissanoilfields,Iraq［J］.ChinaOffshoreOilandGas,2017,29（2）:46-52.中東地區(qū)80%的油氣產(chǎn)自碳酸鹽巖儲(chǔ)層［1-4］。中白堊統(tǒng)Mishrif組碳酸鹽巖是中東地區(qū)包括伊拉克最重要的儲(chǔ)層單元之一［5-8］。前人研究認(rèn)為Mishrif組為前積向上變淺層序［9］，這種特征的地層內(nèi)部出現(xiàn)侵蝕面應(yīng)屬正常，但無有效的證據(jù)去證實(shí)。筆者在對伊拉克東南部米桑油田群2口井巖心的觀察中發(fā)現(xiàn)，在相對較為連續(xù)的Mishrif組厚層碳酸鹽巖地層中存在大量反映巖溶作用的沉積現(xiàn)象；進(jìn)一步根據(jù)研究區(qū)18口井的巖心常規(guī)物性分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及3口井的常規(guī)（鑄體）薄片掃描電鏡、陰極發(fā)光、碳氧同位素分析等，并結(jié)合成像測井及區(qū)域地層對比分析，證實(shí)了Mishrif組并非連續(xù)沉積。這些認(rèn)識為研究區(qū)Mishrif組層序劃分提供了依據(jù)，同時(shí)也為儲(chǔ)層成因機(jī)制的研究奠定了基礎(chǔ)。米桑油田群位于伊拉克東南部，毗鄰伊朗邊界，西北距巴格達(dá)約350km，在構(gòu)造區(qū)劃上位于波斯灣盆地北部美索不達(dá)米亞帶與扎格羅斯山前坳陷帶過渡區(qū)的中部（圖1）。Mishrif組碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成與波斯灣盆地構(gòu)造演化背景關(guān)系密切。受早阿爾卑斯運(yùn)動(dòng)的影響，美索不達(dá)米亞帶在二疊紀(jì)末期發(fā)生沉降，隨后經(jīng)歷了侏羅紀(jì)末期的隆升階段、中白堊世阿普特期的地貌剝蝕夷平階段、晚白堊世土倫期的構(gòu)造活化階段和古近紀(jì)漸新世—新近紀(jì)上新世的前陸盆地演化階段，從而形成現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)［8］。美索不達(dá)米亞帶在白堊紀(jì)的大部分時(shí)間內(nèi)繼承了侏羅紀(jì)的沉積格架，以淺海碳酸鹽巖沉積為主［10-15］。Mishrif組發(fā)育于白堊紀(jì)穩(wěn)定被動(dòng)大陸邊緣，其沉積演化主要受相對海平面升降和阿拉伯板塊隆升控制，與下伏Rumaila組泥晶灰?guī)r呈整合接觸［16-18］，與上覆Khasib組呈平行不整合接觸［10-11,15,19］。米桑油田群為NW—SE向的狹長背斜［8］，形成于新近紀(jì)扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)，工區(qū)總面積約560km2，包括3個(gè)在生產(chǎn)油田A、B和F，其中A和F油田跨越伊拉克伊朗邊界（圖1）。米桑油田群主要鉆遇了古近系A(chǔ)smari油藏和白堊系Mishrif油藏，其中Mishrif油藏巖性主要為灰?guī)r，可分為3個(gè)油組和6個(gè)亞油組（圖1）。巖溶是地表水和地下水對可溶性巖石改造而產(chǎn)生的地質(zhì)現(xiàn)象［20-21］，是碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)形成的重要成巖作用之一。根據(jù)巖溶作用發(fā)育時(shí)間可劃分為準(zhǔn)同生、埋藏和風(fēng)化殼巖溶，其中準(zhǔn)同生期巖溶發(fā)生在沉積同生期（或準(zhǔn)同生期）的大氣淡水環(huán)境中［22］，與三、四級相對海平面下降導(dǎo)致的沉積物短暫暴露和富含C02的大氣淡水淋濾有關(guān)［23］。巖溶判別標(biāo)志包括不整合面、與巖溶作用相伴生的孔洞系統(tǒng)以及內(nèi)部充填物的特征。巖溶不整合面綜合多種地質(zhì)手段，發(fā)現(xiàn)米桑油田群中白堊統(tǒng)Mishrif組碳酸鹽巖存在2個(gè)巖溶不整合面。成像測井顯示，不整合面之上多呈亮白色，之下因孔隙發(fā)育顏色較暗（圖2） 。巖心觀察結(jié)果表明，巖溶不整合面兩側(cè)地層呈犬牙交錯(cuò)狀接觸，特征清晰（圖3） 。不整合面上下巖性變化明顯：下伏地層為生屑（厚殼蛤）灰?guī)r、巖溶角礫巖，孔隙發(fā)育；上覆地層為泥質(zhì)灰?guī)r，巖石致密，基本不能構(gòu)成有效的儲(chǔ)集巖。溶縫、溶洞巖心觀察發(fā)現(xiàn)，Mishrif組MB2及MC1頂部發(fā)育大量溶縫和溶洞等巖溶識別標(biāo)志（圖4）。其中,溶縫多為垂向巖溶形成的縱向溶縫、擴(kuò)溶縫及垂直拉伸狀的小型溶洞等，溶縫寬1~4cm,長3~20cm,多被泥、砂、方解石及其他來源的滲流物質(zhì)充填，充填物形態(tài)多不規(guī)則，與圍巖呈清晰的侵蝕接觸，為垂直滲流巖溶帶的產(chǎn)物；研究區(qū)主要發(fā)育中小型溶洞，多呈水平狀，洞高2~20cm不等，溶洞充填物為粗晶或巨晶方解石及少量砂、泥,后被油氣充注,以半充填或全充填為主,為水平潛流巖溶帶產(chǎn)物?？v向上，Mishrif組溶縫及溶洞的分布特征具有明顯的分帶性，靠近巖溶不整合面溶縫密集,同時(shí)發(fā)育大型溶蝕孔洞,向下溶縫及溶洞減少,集中發(fā)育中小型溶蝕孔洞。2.3巖溶微觀特征鑄體薄片觀察顯示（圖5），米桑油田群Mishrif組巖溶不整合面下伏地層發(fā)育生屑灰?guī)r，溶蝕孔洞、鑄?？椎仁职l(fā)育（圖5a）。碳酸鹽巖中的粒內(nèi)溶孔、鑄?？椎冉M構(gòu)選擇性溶孔一般被視為同生或準(zhǔn)同生巖溶作用的主要識別標(biāo)志［23］。粒間溶孔粒內(nèi)溶孔中發(fā)育滲流粉砂（圖5b），充填于原生和次生孔洞中，屬早期大陸成巖暴露環(huán)境中的滲流帶產(chǎn)物［24］。在不整合面之下出現(xiàn)了示底構(gòu)造的溶蝕現(xiàn)象（圖5c）。分析認(rèn)為，研究區(qū)海平面變化相對穩(wěn)定，受灘體垂向疊置的影響，在灘體出露水體以后，水體自上向下流動(dòng)，灘體頂部經(jīng)歷大氣淡水溶蝕作用為主、膠結(jié)作用為輔的成巖作用，從而形成鑄?？住⒘ｉg溶孔，同時(shí)發(fā)育滲流砂充填的示底構(gòu)造；而向下大氣淡水溶蝕作用逐漸減弱，膠結(jié)充填作用變強(qiáng)，從而形成大量的膠結(jié)物，充填剩余的原生粒間孔隙或新形成的溶孔。陰極發(fā)光分析顯示，不整合面附近碳酸鹽巖儲(chǔ)層中粒間膠結(jié)方解石多不發(fā)光，零星見晶體邊緣發(fā)橘紅色光（圖5d），顯示了溶蝕及膠結(jié)作用應(yīng)發(fā)生于地表或近地表氧化大氣條件下，具明顯受淡水影響的特點(diǎn)，反映了準(zhǔn)同生期巖溶的特征。2.4同位素特征米桑油田群Mishrif組頂部碳氧同位素分析表明（圖6）:氧同位素主要分布在-5.85%o~-2.32%o,平均-4.93%。；碳同位素主要分布在2.31%。~3.49%。，平均2.95%。。同位素?cái)?shù)據(jù)體現(xiàn)了大氣淡水與海水的混合作用［25］。Veizer等［26］研究認(rèn)為，Mishrif組沉積時(shí)期海水碳氧同位素分布范圍為613C（0~3.5%°）,618O（-0.2%。~-4%。），研究區(qū)碳同位素值與同時(shí)期海水碳同位素組成接近，但氧同位素值明顯偏負(fù)。分析認(rèn)為，森諾曼階—土倫階氣候總體上為溫暖潮濕［8］，氧同位素的低值與極冰融化關(guān)系不大，極有可能是在沉積過程中，受海平面頻繁升降變化的影響，遭受近地表的大氣淡水改造或存在較短暫的暴露所致。伊拉克現(xiàn)今地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要取決于2次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，第1次是在前寒武紀(jì)，第2次是阿爾卑斯運(yùn)動(dòng)。阿爾卑斯運(yùn)動(dòng)的早、中期構(gòu)造活動(dòng)并不是很強(qiáng)烈，以早期構(gòu)造的活化為主［19］。生屑灘的建造和主臺(tái)地的淺水沉積環(huán)境與構(gòu)造同生長作用有關(guān)的基底斷層重新活動(dòng)有關(guān)［27］，基底斷塊的活化作用，導(dǎo)致伊拉克地區(qū)的構(gòu)造很不穩(wěn)定，局部構(gòu)造作用和海平面的升降影響了白堊系碳酸鹽巖的沉積演化，同時(shí)也為Mishrif組內(nèi)部發(fā)育巖溶提供了條件（圖7）。層序地層及區(qū)域沉積研究表明，白堊紀(jì)伊拉克地區(qū)處于新特提斯洋的被動(dòng)大陸邊緣，為碳酸鹽巖緩坡沉積環(huán)境［16］，該時(shí)期研究區(qū)Mishrif組整體上繼承了Rumaila組沉積期的構(gòu)造格局。Mishrif組沉積初期受大規(guī)模海侵作用的影響，沉積物主要以細(xì)粒泥晶（質(zhì)）灰?guī)r為主，MC2沉積中后期，受基底斷塊活化作用的影響，構(gòu)造抬升導(dǎo)致海平面開始緩慢下降直至MC1沉積末期。MC1沉積時(shí)期，水體整體較淺，主要發(fā)育生屑灘（圖7a），隨著生屑灘垂向加積影響，逐漸出露于海平面之上，出露水體的灘體極易接受大氣淡水的淋濾溶蝕（圖7b）。進(jìn)入MB2沉積期，受快速海侵的影響，底部沉積了一套中—薄層泥質(zhì)灰?guī)r，覆蓋在不整合面之上，由于泥質(zhì)含量高，巖石致密，成為MB2和MC1之間的有效隔擋層。隨后海水逐漸變淺，為碳酸鹽巖顆粒灘發(fā)育營造了良好的生長環(huán)境（圖7c）。MB2沉積末期，局部構(gòu)造作用、顆粒灘的生長和海平面的下降導(dǎo)致臺(tái)地內(nèi)部水體逐漸變淺，致使臺(tái)地大規(guī)模暴露水體之上，接受大氣淡水的溶蝕，從而發(fā)育大量具有原始結(jié)構(gòu)并具組構(gòu)選擇性的粒內(nèi)溶孔、溶縫以及溶洞（圖7d）。MB1段在沉積早期發(fā)生短暫的海侵后隨即進(jìn)入快速海退階段，直至Mishrif組沉積結(jié)束，研究區(qū)逐漸由開闊臺(tái)地相過渡為局限臺(tái)地相。Mishrif組沉積末期發(fā)生了一次大規(guī)模海平面下降事件［15］，標(biāo)志著森諾曼—早土倫期海退沉積旋回的結(jié)束。1） 米桑油田群中白堊統(tǒng)Mishrif組內(nèi)部存在2個(gè)由準(zhǔn)同生期風(fēng)化殼巖溶作用形成的不整合。不整合面上下巖性及沉積特征差異明顯，之上為泥質(zhì)灰?guī)r，之下為生屑（厚殼蛤）灰?guī)r。生屑灰?guī)r中發(fā)育大量的溶縫和溶洞，其中一部分被早期大陸成巖暴露環(huán)境中滲流帶的產(chǎn)物所充填；不整面之下發(fā)育反映溶蝕作用的示底構(gòu)造；不整合面附近生屑灰?guī)r陰極發(fā)光呈不發(fā)光，零星見晶體邊緣發(fā)橘紅色光，為受大氣淡水影響的特征；碳氧同位素同樣表明不整合面之下曾經(jīng)歷大氣淡水的影響。2） 局部構(gòu)造作用和海平面的升降為米桑油田群Mishrif組內(nèi)部發(fā)育巖溶提供了條件。米桑油田群Mishrif組巖溶作用模式為：沉積初期，受大規(guī)模海侵作用的影響，沉積物主要以細(xì)粒泥晶（質(zhì)）灰?guī)r為主；沉積中后期，受局部構(gòu)造作用、顆粒灘的垂向生長和海平面下降的共同影響，導(dǎo)致臺(tái)地暴露于水體之上，接受大氣淡水的溶蝕，進(jìn)而形成巖溶不整合面?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】ROEHLPO,CHOQUETTEPW.Carbonatepetroleumreservoir[M].Berlin,Heidelberg,NewYork:SpringerVerlag,1985:1-15.ALSHARHANAS,NAIRNAEM.SedimentarybasinsandpetroleumgeologyoftheMiddleEast[M].Amsterdam:ElsevierScience,1997:1-942.MOORECH.Carbonatereservoirs:porosity,evolution&diagenesisinasequencestratigraphicframework[M].Amsterdam:ElsevierScience，2001:1-460.ALSHARHANAS.GeologyandreservoircharacteristicsofcarbonatebuildupingiantBuHasaOilfield,AbuDhabi,UnitedArabEmirates[J].AAPGBulletin,1987,71:1304-1318.ALSHARHANAS.Faciesvariation,diagenesisandexplorationpotentialofCretaceousrudist-bearingcarbonateoftheArabianGulf[J].AAPGBulletin,1995,79:531-550.WANGJun,GUORui,ZHAOLimin,etal.Geologicalfeaturesofgrainbankreservoirsandthemaincontrollingfactors:AcasestudyonCretaceousMishrifFormation,HalfayaOilfield,Iraq[J].PetroleumExplorationandDevelopment,2016,43（3）:404-415.BURCHETTETP.MishrifFormation（Cenomanian-Turonian）,southernArabianGulf:carbonateplatformgrowthalongacratonicbasinmargin[C]llSIMOJA,SCOTTR,MASSEJP.Cretaceouscarbonateplatforms.AAPGMemoir,1993,56:185-199.AQRAWIAM,GOFFJC,HORBURYA,etal.ThepetroleumgeologyofIraq[M].Beaconsfield,UK:ScientificPress,2010:1-424.ALSHARHANAS,NAIRNAEM.CarbonateplatformmodelsofArabianCretaceousreservoir[C]lSIMOJA,SCOTTR,MASSEJP.Cretaceouscarbonateplatforms.AAPGMemoir,1993,56:173-184.ALSHARHANAS,NAIRNAEM.AreviewoftheCretaceousformationsintheArabianPeninsulaandGulf:PartI.LowerCretaceous(ThamamaGroup)stratigraphyandpaleogeography[J].JournalofPetroleumGeology,1986,9(4):365-391.ALSHARHANAS,NAIRNAEM.AreviewoftheCretaceousformationsintheArabianPeninsulaandGulf:PartII.Mid-Cretaceous(WasiaGroup)stratigraphyandpaleogeography[J].JournalofPetroleumGeology,1988,11(1):89-112.ALAVIM.RegionalstratigraphyoftheZagrosfold-thrustbeltofIrananditsproforelandevolution[J].AmericanJournalofScience,2004,304(1):1-20.MAHDITA,AQRAWIAAM,HORBURYAD,etal.Sedimentologicalcharacterizationofthemid-CretaceousMishrifreservoirinsouthernMesopotamianBasin,Iraq[J].GeoArabia,2013,18(1):139-174.BURCHETTETP,BRITTONSR.Carbonatefaciesanalysisintheexplorationforhydrocarbons:acase-studyfromtheCretaceousoftheMiddleEast[J].London:GeologicalSocietyLondonSpecialPublications,1985,18(1):311-338.SHARLANDPR,ARCHERR,CASEYDM,etal.Arabianplatesequencestratigraphy[M].Bahrain:GulfPetrolink,2001:1-387.AQRAWIAAM,THEHNIGA,SHERWANIGH,etal.Mid-Cretaceousrudist-bearingcarbonatesoftheMishrifFormation:animportantreservoirsequenceintheMesopotamianBasin[J].JournalofPetroleumGeology,1998,21(1):57-82.AL-AMERITK,AL-KHAFAJIAJ,ZUMBERGEJ.PetroleumsystemanalysisoftheMishrifreservoirintheRatawi,Zubair,NorthandSouthRumailaOilFields,SouthernIraq[J].GeoArabia,2009,14(4):91-108.FARZADIP.ThedevelopmentofMiddleCretaceouscarbonateplatforms,PersianGulf,Iran:constraintsfromseismicstratigraphy,wellandbiostratigraphy[J].PetroleumGeoscience,2006,12(1):59-68.MEHRABIH,RAHIMPOUR-BONABH,HAJIKAZEMIE,etal.ControlsondepositionalfaciesinUpperCretaceouscarbonatereservoirsintheZagrosareaandthePersianGulf,Iran[J].Facies,2015,61(4):1-24.WRIGHTVP,SMARTPL.Paleokarst(dissolutiondiagenesis):itsoccurrenceandhydrocarbonexplorationsignificance[C]lWolfKH,CHILINGARIANGV.DiagenesisIVdevelopmentsinSedimentology.Amsterdam:Elsevier,1994,51:477-517.VSMOSNAR,BRUNERKR,RILEYRA.PaleokarstandreservoirporosityintheOrdovicianBeekmantownDolomiteofthecentralAppalachianbasin[J].Carbonates&Evaporites,2005,20(1):50-63.陳景山，李忠，王振宇，等?塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖古巖溶作用與儲(chǔ)層分布[J].沉積學(xué)報(bào),2008,25(6):858-868.CHENJingshan,LIZhong,WANGZhenyu,etal.Paleokarstificati