哈拉哈塘油田哈6—新垦区块奥陶系碳酸盐岩成岩环境

闫玲玲，刘全稳，张丽娟

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（西南石油大学），成都610500；2.西南石油大学 地球科学与技术学院，成都610500；3.广东石油化工学院 石油工程学院，广东 茂名525000；4.中国石油塔里木油田公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒841000）

目前塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩是重要的油气勘探目的层系之一，塔中、塔北的勘探实践也揭示奥陶系碳酸盐岩巨大的油气资源潜力，而其储层条件是决定勘探成败的关键因素之一。碳酸盐岩在埋藏过程中的成岩环境是影响储层中孔洞发育和保存的重要因素，研究埋藏期的成岩环境对分析和评价碳酸盐岩储层具有重要的理论意义［1］。

喀斯特是奥陶系储集空间形成的主要因素，但是由于后期成岩作用导致部分孔洞被充填，储集空间丧失，影响了储层的储集性能。随着勘探逐渐深入，对喀斯特储层充填特征和控制因素的认识就显得尤为重要。本文以研究区大量岩心的孔洞充填物类型及分布特点为基础，选取典型孔洞充填物进行地球化学研究，分析孔洞的充填期次及控制因素，以及奥陶系碳酸盐岩的成岩环境。

1 区域地质背景

哈拉哈塘油田的北部为轮台凸起，西接南喀－英买力低凸起，南为满加尔（北部）凹陷，东邻轮南低凸起，是轮南低凸起的一部分，整体是在前震旦系变质基底之上形成的长期发育的巨型古隆起，发育震旦系－泥盆系海相沉积地层、石炭系－二叠系海陆交互相沉积地层和三叠系－第四系陆相沉积地层［2－5］（图1）。

哈拉哈塘地区奥陶系从上到下可细分为上统桑塔木组（O3s）、良里塔格组（O3l）、吐木休克组（O3t），中统一间房组（O2y）、中－下统鹰山组（O1－2y）及下统蓬莱坝组（O1p）。桑塔木组以泥岩沉积为主；良里塔格组以泥灰岩、瘤状灰岩夹砂屑灰岩沉积为主，从上到下可分为3段；吐木休克组以褐色泥晶灰岩、含泥灰岩为主；一间房组以生屑灰岩、鲕粒灰岩为主；鹰山组从上到下分为4段，鹰1、鹰2段以灰岩为主，鹰3、鹰4段以灰质云岩为主。哈6－新垦区块主要产层为一间房组，其次为鹰山组、良里塔格组。

图1 研究区位置图Fig.1 Structural map in study area

2 孔洞发育特征

研究区奥陶系碳酸盐岩以吐木休克组尖灭线为界，北部发育潜山风化壳喀斯特，南部以层间喀斯特作用为主，形成了大型缝洞体储层，洞穴、次生溶蚀孔洞和裂缝是主要的储集空间类型。

北部潜山区孔洞的发育在纵向根据声波曲线和自然伽马的组合特征，结合岩性组合，划分为表层喀斯特带、垂直渗流带、水平潜流带、深部缓流带（图2）。

加里东期剪切走滑断裂密集发育，与该期喀斯特作用时间耦合，控制了层间喀斯特区的储层发育程度。向南随埋深增加层间喀斯特储层发育逐渐减弱，受大的“X”形剪切走滑断层控制尤为明显。尤其是与古地貌倾向一致的大量北西向断裂带是喀斯特地表水渗流的有利通道，沿断裂的溶蚀作用强，波及范围远。因此，控制本区储层发育的主要因素是喀斯特作用和破裂作用［6］。

表层喀斯特带：深度为0～15m，以溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主，溶蚀孔洞部分为方解石充填，喀斯特发育较强（只在潜山区发育）。

图2 喀斯特储层结构柱状图Fig.2 Column of formation connection for karst reservoirs

垂向渗滤带：深度为15～80m，以洞穴、高角度裂缝为主，喀斯特发育较好。

水平潜流带：深度为80～100m，以溶洞或喀斯特管道为主，缝洞发育极不均匀，缝洞系统充填程度较低。

深部缓流带：深度＞100m，主要发育溶蚀裂缝为主，其充填物也以化学充填为主，喀斯特储层不发育［6］。

碳酸盐岩古喀斯特缝洞系统垂向具有层状分布特点，主要分布于一间房组内，以洞穴、缝洞集合体为主，局部发育裂缝－孔洞型储层。

3 喀斯特孔洞充填特征

3.1 孔洞充填物类型

哈6—新垦区块由于层间溶蚀时间短，尽管后期经历了埋藏，整体充填程度不高。由于研究区取心较丰富，还可以捕捉到部分岩心的孔洞充填物。岩心观察表明：研究区奥陶系缝洞充填物可归纳为以下3种类型：①化学充填物，主要为方解石，其次有萤石、石英等。②机械充填物，成岩早期残余泥质、有机质、钙泥岩、角砾岩。③其他充填物，有机充填物如有机质、干沥青，特殊成岩自生矿物，如黄铁矿等（图3）。

根据喀斯特发育的特征将研究区分为3个区带，吐木休克组尖灭线以北为潜山区，吐木休克组与喀斯特分区线之间为层间喀斯特—顺层改造区，喀斯特分区线以南为层间喀斯特—台缘叠加区。对取心井缝洞充填物的研究发现，一间房组及鹰山组潜山区以泥质充填物为主，化学充填物为辅；层间喀斯特—顺层改造区、层间喀斯特—台缘叠加区以化学充填物为主；良里塔格组缝洞充填物均为泥质、方解石（图4）。

3.2 充填物碳、氧同位素特征

碳酸盐岩洞穴充填物是溶蚀孔洞形成后成岩环境和成岩流体的物质记录［7］。国内外专家学者通过洞穴充填物的地球化学特征，从不同角度对成岩环境的温度和成岩流体的性质等进行了探索，J.R.Allan与 W.D.Wiggins明确指出碳氧同位素对恢复成岩环境有很好的指示作用［1］。

图4 孔洞充填物分布特征Fig.4 Distribution characteristics of the fillings in pores and holes

碳酸盐岩中的碳、氧同位素组成可以用来定量地恢复成岩环境，对于孔洞充填物来说，在不同的成岩环境下其碳、氧同位素的特征必然存在一定的差异［8］。为了查明沉积物形成后的成岩过程，本文对哈6—新垦区块孔洞充填物进行了碳、氧同位素分析。

选择研究区9口井13块样品，其中一间房组8块、鹰山组2块、良里塔格组1块，吐木休克组、桑塔木组各1块，除4号样为灰岩外，其余样品为溶洞及溶缝中方解石充填物（表1）。

在成岩作用中，沉积物的埋深、温度、淋滤溶解、有机体的降解等都对δ13C和δ18O产生一定的影响。一般来说，盐度升高，δ13C和δ18O值增大；温度升高，δ18O变轻；δ18O随温度的升高、埋深的加大而更趋向负值［1］：因此碳酸盐岩碳氧同位素组成主要受温度、盐度的影响。

研究区充填物方解石的δ13C为－4.17‰～1.16‰，δ18O为－15.71‰～－5.17‰，一般来说，δ13C和δ18O均随介质盐度升高而升高，其中δ13C与古盐度关系最为密切，受温度影响较小。研究结果表明：4、5号样品δ13C＞0，一般在海水中形成，4号样品为生屑灰岩，海相沉积，5号样品形成于盐度较高的海水中；3、13、8号样品δ13C、δ18O明显出现负漂移，为大气淡水成因。埋藏环境下δ13C变化较大，11、9、12、2、6、7、10、1号样品可能为埋藏成因，而δ18O为负值，既可以为低温淡水成因，也可以为高温盆地流体或热液流体成因（图5）。

3.3 包裹体分析

孔隙水性质的差异是碳酸盐岩暴露地表环境与埋藏成岩环境最本质的区别［7］。碳酸盐岩成岩的重要标志是胶结物，胶结物中捕获的盐水包裹体与成岩环境有密切关系。均一温度是区分成岩阶段及流体活动的依据，不同的沉积环境盐度不同，盐水包裹体的盐度提供了成岩流体水化学演化的信息。

图5 研究区充填物碳氧同位素交汇图Fig.5 Cross plot of carbon and oxygen isotopes from fillings in study area

表1 研究区缝洞充填物碳氧同位素地球化学测试结果Table 1 Geochemical test for carbon and oxygen isotopes of fillings in pores and holes in study area

研究显示包裹体种类多样，有烃质包裹体和水质包裹体两大类。烃质包裹体包括单相气态烃包裹体、单相液态烃包裹体、气液两相烃包裹体（表2）；水质包裹体包括单相盐水包裹体、气液两相盐水溶液包裹体、三相含烃盐水溶液包裹体。由于烃质包裹体或含烃包裹体受烃类影响，对判断充填物形成时的温度、盐度产生误差，因此本文主要利用单相盐水包裹体、气液两相盐水包裹体对充填物成岩环境进行探讨。

3.3.1 包裹体物理特征

单相盐水包裹体一般呈圆形、方形、椭圆形、多边形、不规则状，在方解石中成群分布、均匀分布或成带分布，少数沿方解石微裂隙与烃质包裹体伴生呈线/带状分布。单液相包裹体中没有气泡，属于准稳定现象，一般指示较低的捕获温度［9］。在透光下呈透明无色，淡褐色，无荧光显示，大小一般为3～40μm，部分能达到85μm。

气液两相盐水包裹体形态部分呈椭圆、菱形、管状等较规则的形态，但以不规则形态居多，在方解石中均匀分布或成带分布［10，11］。在透光下颜色偏浅，多为无色—灰色。包裹体大小变化较大，主要为1～40μm，少数可达50～100μm。

3.3.2 气液两相盐水包裹体化学特征

本次研究的显微测温主要是进行盐水包裹体冰点测定以及均一温度测定。均一温度是流体包裹体捕获时的最低温度条件，不同均一温度范围的流体包裹体代表了不同的期次；而冰点可以换算出包裹体流体的盐度，同一期次流体具有相同（近）的盐度值。样品的气液两相盐水包裹体盐度、冰点温度和均一温度测定结果如表2所示，盐度－均一温度交汇图表明（图6），研究区包裹体盐度（即NaCl的质量分数：wNaCl）范围较大，为0.53%～22.24%；本地区喀斯特流体性质变化较大。整体上按盐度高低可把研究区包裹体分为3类：低盐度包裹体，盐度为0.53%～8.68%，以1、4、5、8、9、10、12号样品为代表；中盐度包裹体，盐度为8%～18%，以6、7、11、13号样品为代表；高盐度包裹体，盐度为15%～22.24%，以2、3号样品为代表。

4 均一温度与埋藏史分析

均一温度分布图显示有3个温度段是包裹体主要形成期：①66～80℃段，其包裹体形成主峰温度为71～75℃。②81～95℃段，其包裹体形成主峰温度为86～90℃。前2个温度段是包裹体形成的2个主要时期，也是喀斯特充填的主要时期。③96～120℃段，此温度段包裹体形成少于前2个段，但在101～105℃、116～20℃包裹体形成有突然增加的过程，反映了一期较弱的喀斯特充填过程（图7）。

图6 包裹体的盐度－均一温度交汇图Fig.6 Cross plot for the salinity and uniform temperature of inclusions

表2 气液两相盐水包裹体测试结果Table 2 Test results of the saline inclusions with gas-liquid phase

大量分布的单液相包裹体形成原因较多，但研究区方解石晶体中大量存在自由分布的单液相包裹体［12］，因此可推测至少存在有部分单液相包裹体是在温度低于50℃的低温环境中形成，这些低温单液相包裹体属加里东期奥陶系碳酸盐岩暴露淡水喀斯特充填期形成。

研究区总体古地温梯度较现今地温梯度低，为25℃/km。地表温度取15℃，对4个包裹体形成温度段进行计算，并投在本地区埋藏史图上，可以发现除加里东期的淡水喀斯特充填外，还存在晚海西期埋藏充填、印支—燕山期埋藏充填及喜马拉雅期的埋藏充填，共计4次较大规模方解石充填作用期，碳氧同位素分析结果一定程度证明了这点［13］（图8）。

5 结论

a.研究区除加里东期的淡水喀斯特充填外，还存在晚海西期埋藏充填、印支—燕山期埋藏充填及喜马拉雅期的埋藏充填，共4次较大规模方解石充填作用期，高温热液喀斯特分布不具普遍性。研究区碳酸盐岩孔洞多期次的充填，不同期次充填物所反映的成岩环境和流体性质具有差异。

图7 两相盐水包裹体均一温度分布Fig.7 Distribution of uniform temperatures of two-phase saline inclusions

图8 研究区哈6埋藏史Fig.8 Buried history map of Block Ha 6in study area

b.研究区经历了同生成岩期、早成岩期的成岩和近地表成岩作用，后逐步埋藏进入中成岩期，受加里东构造运动的影响，该区经历了抬升、剥蚀以及表生大气水成岩环境，在中生代－新生代再次埋藏，属中期开启型成岩演化系统。这类成岩演化特征是，碳酸盐沉积物在经历了短暂的早期成岩作用，后进入埋藏成岩环境；受后期构造运动的影响，已成岩的碳酸盐岩被抬升到近地表或出露地表，遭受表生成岩作用，之后再次被埋藏。

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