陳培元 段曉夢 郭麗娜 倪軍娥 王峙博

(中海油研究總院 北京 100028)

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

(中海油研究總院 北京 100028)

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.

CHEN Peiyuan,DUAN Xiaomeng,GUO Lina,et al.Karst characteristics and karstification model in the Mid-Cretaceous Mishrif Formation of Missan oilfields, Iraq[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(2):46-52.

通過對伊拉克米桑油田群多口井的巖心觀察，結合鑄體薄片、掃描電鏡、成像測井、地球化學資料及區(qū)域沉積構造背景分析，發(fā)現(xiàn)中白堊統(tǒng)Mishrif組沉積時期局部的構造運動和海平面升降導致了2次沉積間斷，從而在碳酸鹽巖沉積內(nèi)部存在2個準同生期風化殼巖溶不整合面。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，對應儲層物性較好。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)層序劃分和儲層成因機制的研究提供重要參考。

米桑油田群；中白堊統(tǒng)；Mishrif組；碳酸鹽巖；巖溶特征；準同生期巖溶作用；作用模式；不整合

中東地區(qū)80%的油氣產(chǎn)自碳酸鹽巖儲層[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層單元之一[5-8]。前人研究認為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)侵蝕面應屬正常，但無有效的證據(jù)去證實。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；進一步根據(jù)研究區(qū)18口井的巖心常規(guī)物性分析化驗數(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，并結合成像測井及區(qū)域地層對比分析，證實了Mishrif組并非連續(xù)沉積。這些認識為研究區(qū)Mishrif組層序劃分提供了依據(jù)，同時也為儲層成因機制的研究奠定了基礎。

1 地質(zhì)背景

米桑油田群位于伊拉克東南部，毗鄰伊朗邊界，西北距巴格達約350 km，在構造區(qū)劃上位于波斯灣盆地北部美索不達米亞帶與扎格羅斯山前坳陷帶過渡區(qū)的中部(圖1)。

Mishrif組碳酸鹽巖儲層的形成與波斯灣盆地構造演化背景關系密切。受早阿爾卑斯運動的影響，美索不達米亞帶在二疊紀末期發(fā)生沉降，隨后經(jīng)歷了侏羅紀末期的隆升階段、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造活化階段和古近紀漸新世—新近紀上新世的前陸盆地演化階段，從而形成現(xiàn)今的構造形態(tài)[8]。美索不達米亞帶在白堊紀的大部分時間內(nèi)繼承了侏羅紀的沉積格架，以淺海碳酸鹽巖沉積為主[10-15]。Mishrif組發(fā)育于白堊紀穩(wěn)定被動大陸邊緣，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]，形成于新近紀扎格羅斯造山運動，工區(qū)總面積約560 km2，包括3個在生產(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Asmari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個油組和6個亞油組(圖1)。

圖1 米桑油田群位置及Mishrif組地層剖面Fig .1 Location of and Mishrif Formation stratigraphy in Missan oilfields

2 巖溶特征

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)育時間可劃分為準同生、埋藏和風化殼巖溶，其中準同生期巖溶發(fā)生在沉積同生期(或準同生期)的大氣淡水環(huán)境中[22]，與三、四級相對海平面下降導致的沉積物短暫暴露和富含CO2的大氣淡水淋濾有關[23]。巖溶判別標志包括不整合面、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。

2.1 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)。巖心觀察結果表明，巖溶不整合面兩側地層呈犬牙交錯狀接觸，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，基本不能構成有效的儲集巖。

圖2 米桑油田群B-42井Mishrif組測井顯示巖溶 不整合面特征Fig .2 Logging karst unconformity features of Mishrif Formation of Well B-42 in Missan oilfields

圖3 米桑油田群Mishrif組巖心中巖溶不整合面特征Fig .3 Core karst unconformity features of Mishrif Formation in Missan oilfields

2.2 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志(圖4)。其中,溶縫多為垂向巖溶形成的縱向溶縫、擴溶縫及垂直拉伸狀的小型溶洞等，溶縫寬1～4 cm，長3～20 cm，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2～20 cm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。

縱向上，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、鑄模孔等十分發(fā)育(圖5a)。碳酸鹽巖中的粒內(nèi)溶孔、鑄?？椎冉M構選擇性溶孔一般被視為同生或準同生巖溶作用的主要識別標志[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)了示底構造的溶蝕現(xiàn)象(圖5c)。分析認為，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，灘體頂部經(jīng)歷大氣淡水溶蝕作用為主、膠結作用為輔的成巖作用，從而形成鑄?？?、粒間溶孔，同時發(fā)育滲流砂充填的示底構造；而向下大氣淡水溶蝕作用逐漸減弱，膠結充填作用變強，從而形成大量的膠結物，充填剩余的原生粒間孔隙或新形成的溶孔。

注：(a)B-3井,巖心素描，MB2頂；(b)B-3井,巖心素描，MC1頂；(c)B-22井，MB2頂，3 913.0 m；(d)B-22井，MB2頂，3 913.5 m；(e)B-22井，MB2頂，3 916.5 m；(f)B-22井，MB2頂，3 918.0 m；(g)B-22井，MB2頂，3 918.4 m；(h)B-22井，MB2頂，3 918.7 m。

圖4 米桑油田群Mishrif組溶縫和溶洞特征

Fig .4 Karst seam and karst cave characteristics of Mishrif Formation in Missan oilfields

注:(a)B-22井,3 943.11 m,ⅹ2；(b)B-22井,3 919.22 m,ⅹ2；(c)B-22井,3 941.09 m,ⅹ2；(d)B-52井,3 907.00 m。

圖5 米桑油田群Mishrif組巖溶微觀特征

Fig .5 Microscopic photos of Mishrif Formation in Missan oilfields

陰極發(fā)光分析顯示，不整合面附近碳酸鹽巖儲層中粒間膠結方解石多不發(fā)光，零星見晶體邊緣發(fā)橘紅色光(圖5d)，顯示了溶蝕及膠結作用應發(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，反映了準同生期巖溶的特征。

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‰～-2.32‰，平均-4.93‰；碳同位素主要分布在2.31‰～3.49‰，平均2.95‰。同位素數(shù)據(jù)體現(xiàn)了大氣淡水與海水的混合作用[25]。Veizer等[26]研究認為，Mishrif組沉積時期海水碳氧同位素分布范圍為δ13C(0～3.5‰)，δ18O(-0.2‰～-4‰)，研究區(qū)碳同位素值與同時期海水碳同位素組成接近，但氧同位素值明顯偏負。分析認為，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。

圖6 米桑油田群Mishrif組全巖碳氧同位素特征 (底圖據(jù)文獻[25])Fig .6 Whole rock carbon and oxygen isotope characteristics of Mishrif Formation in Missan oilfields(base map after the reference[25])

3 巖溶模式

伊拉克現(xiàn)今地質(zhì)結構主要取決于2次大的構造運動，第1次是在前寒武紀，第2次是阿爾卑斯運動。阿爾卑斯運動的早、中期構造活動并不是很強烈，以早期構造的活化為主[19]。生屑灘的建造和主臺地的淺水沉積環(huán)境與構造同生長作用有關的基底斷層重新活動有關[27]，基底斷塊的活化作用，導致伊拉克地區(qū)的構造很不穩(wěn)定，局部構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，白堊紀伊拉克地區(qū)處于新特提斯洋的被動大陸邊緣，為碳酸鹽巖緩坡沉積環(huán)境[16]，該時期研究區(qū)Mishrif組整體上繼承了Rumaila組沉積期的構造格局。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，構造抬升導致海平面開始緩慢下降直至MC1沉積末期。MC1沉積時期，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，局部構造作用、顆粒灘的生長和海平面的下降導致臺地內(nèi)部水體逐漸變淺，致使臺地大規(guī)模暴露水體之上，接受大氣淡水的溶蝕，從而發(fā)育大量具有原始結構并具組構選擇性的粒內(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入快速海退階段，直至Mishrif組沉積結束，研究區(qū)逐漸由開闊臺地相過渡為局限臺地相。Mishrif組沉積末期發(fā)生了一次大規(guī)模海平面下降事件[15]，標志著森諾曼—早土倫期海退沉積旋回的結束。

圖7 米桑油田群Mishrif組巖溶模式Fig .7 Karstification model of Mishrif Formation in Missan oilfileds

4 結論

1) 米桑油田群中白堊統(tǒng)Mishrif組內(nèi)部存在2個由準同生期風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，沉積物主要以細粒泥晶(質(zhì))灰?guī)r為主；沉積中后期，受局部構造作用、顆粒灘的垂向生長和海平面下降的共同影響，導致臺地暴露于水體之上，接受大氣淡水的溶蝕，進而形成巖溶不整合面。

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(編輯：張喜林)

Karst characteristics and karstification model in the Mid-Cretaceous Mishrif Formation of Missan oilfields, Iraq

CHEN Peiyuan DUAN Xiaomeng GUO Lina NI Jun’e WANG Zhibo

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

Combining core observation of wells with thin sections, scanning electron microscopy, imaging logging, geochemical testing and regional sedimentary tectonic setting analysis, two hiatus caused by regional tectonic movement and sea level eustacy are identified in the Mid-Cretaceous Mishrif Formation of Missan oilfields, Iraq, in which exists two corresponding penecontemporaneous weathering karstification unconformities. Obvious changes of lithology and sedimentary characteristics exist along the 2 unconformities: argillaceous limestone develops underlying the unconformity surfaces, and it is dense rock and non-reservoir; bioclastic (rudist) limestone with a great number of dissolution caves and fractures develops overlying the unconformity surfaces, which is good reservoir. Partial dissolution caves and fractures of bioclastic limestone are filled by vadose silt produced by the vadose zone in the exposed environment during early continental diagenesis. In addition, a geopetal microstructure due to dissolution develops below the unconformity surface. The cathodoluminescence and carbonate and oxygen isotopes also show that the strata below the unconformity surface have experienced the influence of atmospheric fresh water. The research result can provide reference to sequence division and reservoir genesis for the study area.

Missan oilfields; Mid-Cretaceous; Mishrif Formation; carbonate; karst charasteristics；penecontemporaneous karstification; karstification model；unconformity

陳培元，男，工程師，2014年畢業(yè)于西南石油大學礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)并獲博士學位，主要從事儲層地質(zhì)及開發(fā)地質(zhì)研究。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院海油大廈B座(郵編：100028)。E-mail:swpua409@163.com。

1673-1506(2017)02-0046-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.02.006

TE122.2+1；P618.130.2+1

A

2016-07-22 改回日期：2016-11-08

*“十二五”國家科技重大專項“亞太及南美地區(qū)復雜油田開發(fā)地質(zhì)關鍵技術研究(編號：2011ZX05030-005)”部分研究成果。