岩石学报  2019, Vol. 35 Issue (4): 1291-1301, doi: 10.18654/1000-0569/2019.04.21   PDF    
中东地区阿普特阶Shuaiba组碳酸盐岩沉积体系特征及模式探究
罗贝维1 , 张庆春1 , 段海岗1 , 吕明胜1,2 , 贾民强3 , 杨沛广1 , 林腾飞1 , 杨超1     
1. 中国石油勘探开发研究院, 北京 100083;
2. 中国石油海外勘探开发公司, 北京 100034;
3. 中国石油东方地球物理公司, 涿州 072751
摘要:中东地区主力产油层系Shuaiba组的勘探及研究逐渐以地层岩性圈闭为主,笔者通过总结Bab盆地阿普特阶Shuaiba组沉积相类型,多油田地层格架及空间展布特征的对比,为系统恢复Shuaiba组沉积演化过程及模式提供地质依据。研究表明,阿普特阶Shuaiba组共发育开阔台地、台地边缘、台缘斜坡及盆地相4种沉积相单元和6种亚相类型,各相带单元受控于四个三级层序且沿Bab盆地周缘呈带状展布。开阔台地一侧,主要沉积了第二个三级层序对应的Lower Shuaiba地层;台地边缘往Bab台内盆地区域,则以第三和第四个三级层序对应的Upper Shuaiba地层为主。Shuaiba组生物礁、滩建造集中发育在第二个三级层序的高位域阶段,滩间海、缓坡及盆地相受控于海进和低位体系域。阿普特阶Shuaiba台地边缘生物建隆、台内浅滩在空间上相互叠置并成带展布,符合弱镶边型缓坡台地沉积模式,该类型台地具备深水陆棚性质的非常宽缓的斜坡,且缓坡往盆地一侧发育一个镶边台地边缘。
关键词: 碳酸盐岩     地层岩性圈闭     层序界面     沉积模式     Shuaiba组     Bab盆地    
Geological characteristics of sedimentary system and model of Shuaiba Formation at Aptian Stage, Middle East
LUO BeiWei1, ZHANG QingChun1, DUAN HaiGang1, Lü MingSheng1,2, JIA MinQian3, YANG PeiGuang1, LIN TengFei1, YANG Chao1     
1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China;
2. China Oil and Gas Exploration and Development Company, Beijing 100034, China;
3. Bureau of Geophysical Prospecting INC., CNPC, Zhuozhou 072751, China
Abstract: Shuaiba Formation is one of the main productive zones in the Middle East, and its exploration and research issues are mainly related to the stratigraphic-lithologic trap at present. On the basis of limited cores, well logging and geophysical data, the sedimentary facies at Aptian Stage were summarized. By analyzing the stratigraphic framework and comparing the spatial distribution features of each sedimentary unit, we restored the evolution process of the sedimentary units and established the carbonate sedimentary model. It is concluded that, there are four types of sedimentary facies and six sub-facies exist in the Shuaiba Formation, including open platform, platform margin, slope and basin facies. Sedimentary facies are controlled by four third-order sequences and distributed along the periphery of the Bab Basin. The sediments of Lower Shuaiba strata formed in the open platform and related to the second third-order sequence, while the Upper Shuaiba strata which corresponds to the third and fourth third-order sequences are dominated from the platform edge to the Bab Basin. The Shuaiba reef and shoal are concentrated at high stand system tract of second third-order sequence, and the interbank sea, slope and the basin facies are related to the transgressive or low system tracts. The identification and comparison of sedimentary facies show that, weak rimmed carbonate ramp-platform developed during the Aptian. The weak rimmed carbonate ramp-platform has very gentle slope and gentle slope with a weak reef construction. The platform marginal reef and shoal superimposed each other and distributed as a belt in region.
Key words: Carbonate rock     Stratigraphic-lithologic trap     Sequence boundary     Sedimentary model     Shuaiba Formation     Bab basin    

随着我国“一带一路”宏观战略的提出,中国海外油气合作勘探开发事业迅猛发展。中国企业在阿联酋、阿曼(两阿)已获取多个大型油田项目,两阿地区逐渐成为我国最重要的油气勘探开发市场之一。白垩系阿普特阶Shuaiba组在东鲁卜哈利盆地广泛沉积了一套被动陆缘背景下的碳酸盐岩地层(图 1),该套沉积单元是两阿主力产油层系而备受关注(白国平, 2007)。二十世纪五十年代,Bab盆地周缘接连发现了Bu Hasa、Bab、Asab等大型构造油藏;至二十世纪八十年代,以Margham、Musallim等代表的构造岩性油藏逐渐被发现(表 1)。前人基于野外露头、钻井及地震资料,借助地球化学手段,开展包括古生物地层、沉积充填、高分辨层序地层演化及含油气系统等工作,分析了阿普特期区域构造演化,圈闭特征及沉积模式等地质问题(Terken et al., 2001; Van Buchem et al., 2002, 2010; Davies et al., 2002)。但现有观点主要基于Bab盆地南缘Bab、Asab等油田或单个目标开展,区域性对比分析则罕有涉及。为此,笔者以两阿地区中西部、东南部多个油田为研究对象,基于200余条二维地震测线、近3000km2三维地震及十逾口钻井资料;结合区域地质格架,借助多条连井剖面开展对比研究,探究Shuaiba沉积体系基本地质特征。该项工作系统分析海平面变化对阿普特阶碳酸盐岩不同沉积单元的影响,总结了沉积体系空间演化规律及沉积充填模式,为以Shuaiba组为代表的地层岩性圈闭的勘探提供依据。

图 1 阿拉伯板块阿普特阶古地理图(a)和Bab盆地早中白垩世地层剖面图(b)(据Van Buchem et al., 2010修编) Fig. 1 Aptian palaeogeography of the Arabian Plate (a) and stratigraphic cross-section for the Early and Middle Cretaceous of Bab basin (b) (modified after Van Buchem et al., 2010)

表 1 Bab盆地Shuaiba组主要油田统计表 Table 1 Statistical table of main oilfields in Shuaiba Formation, Bab Basin
1 沉积相类型及响应 1.1 沉积相类型

中生代时,阿拉伯板块随着冈瓦纳大陆的解体而发育成为被动边缘盆地。自白垩纪开始,全球海平面普遍上升,中东大部分区域接受稳定沉积,充填了一套逾2000m的浅水碳酸盐岩(段海岗等, 2014)。白垩纪时期,阿拉伯盆地发育Kazhdumi、Bab等多个次级盆地,次盆地周缘形成了典型缓坡或镶边特征的碳酸盐岩地层。其中,位于两阿地区的Bab盆地主要受控于阿普特期海平面影响。基于岩心的精细描述工作表明,阿普特阶Shuaiba组沉积多种碳酸盐岩岩石类型,涵盖了开阔台地、台地边缘、台缘斜坡及盆地相4种沉积相单元和6种亚相类型(表 2)。

表 2 中东Bab盆地Shuaiba组碳酸盐岩岩相类型统计表 Table 2 Lithofacies types of Shuaiba Formation, Bab Basin

开阔台地相地处平均低潮面到浪基面之间,海水循环较好,主要发育泥灰岩、粒泥灰岩,泥粒灰岩,颗粒主要为原地堆积的正常海生物化石,生物扰动强烈。受风暴或高能水动力影响,开阔台地中可见生物碎屑灰岩,碎屑灰岩主要由碳酸盐岩内碎屑组成。同时,还可见少量风暴岩粒序层夹于正常沉积的岩石之中。根据沉积特征,主要划分为滩间海、台内浅滩两种亚相。

台地边缘相是浅水台地与深水海域相邻的部分,此处海水温度、盐度适宜。阿普特阶Shuaiba组台地边缘生物礁极为发育,其岩性以礁灰岩、生物骨架灰岩、颗粒灰岩为主,是两阿地区油气主要储集单元。研究区礁灰岩中厚壳蛤极为发育,广泛发育厚壳蛤石灰岩(Rudist limestone);同时,因不断受到海浪、洋流的冲击、簸洗,储层物性优越。

斜坡相是位于陆架与深水盆地之间的过渡带,具备深水性质的非常宽缓的斜坡为显著特征,其沉积环境可从浪基面之上一直向前延伸到浪基面之下的盆地相沉积区,包括上缓坡和下缓坡两个亚相。上缓坡主要发育藻粘结岩和微晶灰岩,藻粘结岩常见于紧邻台缘的区域,具高孔渗特点;下缓坡靠近盆地相,以泥灰岩和泥岩沉积为主。

盆地相泥质灰岩、泥岩主要集中在顶部Bab段,该段以厌氧台内盆地的细粒灰质泥岩为主,是Bab盆地周缘Shuaiba油藏的主力烃源岩。Bab源岩富含远洋和浮游动物群,整体属于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根。源岩段TOC平均含量1%~6%,热解烃产量高达16kg/t,高的有机质产率主要与广泛发育的缺氧环境和快速埋藏有关(Gumati, 1993; Taher, 1997)。

1.2 沉积单元测井、地震响应

为沉积相区域展布规律及演化过程研究提供地质依据,笔者利用测井及地震资料进一步总结开阔台地、台缘及斜坡等重点相带的测井相和地震相特征(图 2)。其中,测井曲线主要借助分辨率较高的自然伽马和声波时差曲线,地震资料主要参考地震反射结构、振幅、连续性等基本参数(Barnhardt et al., 2005; 赵文智等, 2014; Harzali et al., 2014)。

图 2 研究区Shuaiba组沉积相类型及测井相、地震相响应特征 Fig. 2 Characteristic of sedimentary facies and the response of log and seismic facies in Shuaiba Formation

开阔台地台内浅滩亚相形成于浅水高能或较高能环境,在波浪作用下,沉积物被磨蚀、冲洗和筛选,常堆积生物碎屑、内碎屑和鲕粒等颗粒。由于泥质含量相对少,GR曲线常呈中低值在10~35API之间。由于泥质含量相对少,溶蚀孔洞相对局限台地及滩间海亚相发育,声波时差值变大,在51~75μs/ft之间。开阔台地滩间海亚相位于正常浪基面之下,水深较大且水体能量很低。沉积物以粒细、色暗为特征,生物碎屑含量较少,碳酸盐岩具一定泥质含量或有泥岩夹层。测井曲线表现为高GR值(平均分布在20~40API)和较小的声波时差(42~51μs/ft)。两种亚相单元地震相也存在较大差异:弱反射低连续相集中在台地边缘两侧的相对高能区,包括台地内浅滩和台内礁滩的围斜部位;中-强振幅高连续席状平行亚平行地震相则代表稳定的,水动力较弱的沉积环境。因此,台内浅滩亚相地震相常具中-弱振幅,中-低频率,连续-非连续平行反射;滩间海亚相常具强-中振幅,高频率,连续平行反射。

台地边缘相自然伽玛曲线较为平缓,相对于围岩呈箱型,并且曲线顶底具突变接触特征。台地边缘沉积体自然伽玛值相对最低,平均分布在0~25API左右。声波时差值因溶蚀孔洞最发育,呈中到高值,平均分布在75~95μs/ft之间。因适宜的温度和水体环境,台地边缘区常表现为地层厚度增大,垂向加积的特征。由于其特殊的地形地貌,生物礁滩体常与外围沉积体形成了清晰的地震反射界限。台地边缘地震相单元具底平顶凸外形,向开阔台地和海盆方向以及台缘两侧快速下倾,形成大小不等的(弱)丘状外形,内部为杂乱弱振幅。

上缓坡亚相分布在台地边缘前部,相单元外形为向周围逐渐减薄的楔形,内部呈连续中强振幅反射;具低GR(11~23API)和中等声波(60~85μs/ft)测井响应。地震反射轴常表现为中-弱振幅,连续平行反射,邻近台地边缘一侧具明显前积特征。下缓坡亚相测井曲线常表现为尖峰或圆滑的指形形态,自然伽玛值变化幅度较大,分布在32~96API之间,局部夹有中低值,代表了水动力相对较弱,声波值70~80μs/ft之间。地震反射常表现为强-中振幅,连续平行反射,代表相对低能的沉积环境。同样为低能环境的盆地相具有典型高GR(32~92API)和低声波(52~77μs/ft)响应,从已收集的少量三维地震资料来看,其常呈中强振幅层状反射;受资料品质影响,少量二维地震呈弱振幅,低频率,非连续不平行反射。

2 沉积相空间展布规律 2.1 几个重要的层序界面

中东地区地质历史时期共可划分出11个巨层序(Mega Sequences),其中,下白垩统Thamama群又可分为多个二级旋回(Sharland et al., 2001; Bernard et al., 2010)。前人针对Shuaiba地层进一步划分了四个三级层序(Strohmenger et al., 2006),其中,Hawar组和Lower Shuaiba各发育一个完整的三级层序;Upper Shuaiba细分为两个三级层序。后期随着同位素地球化学工作的补充,前人在Lower Shuaiba内部进一步细化了两个三级层序(Yose et al., 2010; Van Buchem et al., 2010)。本次研究主要基于有限岩心、测井相标志和地震资料,通过对Bab盆地层序边界、海泛面等重要层序界面进行了系统识别及对比,笔者共识别出SSB1~SSB5五个三级层序界面(SB)和FS1~FS4四个海泛面(FS),其中,SSB1和SSB3分别与二级层序界面相对应(图 3)。

图 3 研究区早白垩晚期阿普特阶层序地层界面及岩心照片 Fig. 3 Sequence-stratigraphic surfaces and core photos of later Early Cretaceous

SSB1二级层序界面是研究区Kharaib和Hawar之间的界面,与冰川性全球海平面变化有关。界面之下为物性优越的Kahraib组高能浅滩相生物内碎屑灰岩,之上为相对致密的Hawar组上缓坡相粒泥灰岩。随着海平面不断上升,Hawar逐渐过渡为灰黑色泥灰岩,高GR值(39API)泥灰岩代表了Shuaiba组第一个三级层序的海泛界面(FS1)。Hawar沉积后期,水体逐渐变浅,沉积了一套代表水体相对变浅的粒泥灰岩。

SSB2三级层序界面是Hawar粒泥灰岩和Lower Shuaiba组泥粒灰岩的界面。Shuaiba沉积早期的泥粒灰岩含有大量粟米虫和小圆片虫,这两类有孔虫对沉积水体深度具有一定的指示意义。其中,粟米虫通常是局限环境下水体盐度略增的典型产物,而小圆片虫比粟米虫的生存范围要广的多,但水体深度整体保持在几米至50米之间。前人开展的同位素地球化学工作表明,Lower Shuaiba沉积期全球海平面持续上升(Al-Husseini and Matthews, 2010),出现了全球公认的碳同位素正向漂移(OAE1a),对应着阿普特阶最大海泛事件(FS2)。稳步上升的沉积水体为藻类、珊瑚、厚蛤类造礁生物提供了有效的可容纳空间,沉积了大套上缓坡亚相的藻粘结岩和台地边缘相介壳灰岩的岩相组合。

SSB3二级层序界面是Lower Shuaiba组台缘介壳灰岩和Upper Shuaiba开阔台地相泥粒灰岩的界面。阿普特阶后期研究区海平面迅速下降处于相对低位,沉积作用主要集中在靠近Bab台内盆地的区域。远离Bab台内盆地的区域沉积环境由台地边缘演化至开阔台地乃至局限台地,部分区域发现了Lower Shuaiba整体暴露并与Nahr Umr直接成角度不整合接触(Yose et al., 2010)。受高频海平面的影响,Upper Shuaiba组内部可细分为两个三级层序。

SSB4三级层序界面之下,岩性由灰黑色泥灰岩向粒泥灰岩过渡,界面之上岩性又逐渐过渡为灰黑色泥灰岩。该界面对应着GR曲线的相对低值,说明了当时水体深度有变化。FS4是阿普特阶后期最后一个海泛面,该界面附近沉积了一套灰黑色富有机质泥岩,M-1井Bab泥岩厚度约6.5m,往Bab盆地中心其厚度逐渐增大并作为两阿地区各Shuaiba油田的最重要的烃源岩。M-1井FS4面附近GR值介于43~60API,下伏为灰色泥粒,往上过渡为粒泥灰岩。

SSB5二级层序界面是研究区目的层Shuaiba和Nahr_Umr之间的界面,相当于下伏阿普特阶地层与上覆阿尔必阶(Albian Stage)地层的分界面。M-1井Shuaiba组顶部是一套灰黑色泥灰岩,界面之上为一套深水盆地相钙质页岩。尽管未有取心资料,但界面附近测井曲线突变明显,代表相对海平面的快速上升,导致深水页岩覆盖在碳酸盐岩之上形成淹没不整合面。至此,Shuaiba组碳酸盐岩原地生长的环境被破坏,研究区在一段地质历史时期内沉积了大段的深水页岩,该套页岩是Shuaiba油藏的区域性盖层,在东鲁卜哈利盆地广泛分布。

2.2 沉积单元空间展布规律

阿普特阶Shuaiba组沉积涵盖了开阔台地,台地边缘,台缘斜坡及盆地相等多种相带单元。基于沉积相类型及层序界面的识别工作,笔者选取多条区域地震地质剖面,针对阿普特阶Shuaiba组各沉积单元的空间展布特征及差异性展开论述和对比。

剖面①位于Bab盆地西侧,该剖面过S-1和M-1两口钻井呈南北向展布(图 4)。其中,S-1井Shuaiba组厚度约140m,仅发育Lower Shuaiba地层。该井Lower Shuaiba下段为低能环境下的粒泥灰岩(图 4中标记③之下),测井曲线呈锯齿状,GR值约26API,声波时差80μs/ft。Lower Shuaiba中段主要沉积了一套厚层状藻粘结岩和介壳灰岩组合(图 4中标记①~③的范围),GR曲线常呈中低值在12~18API之间,声波时差值呈中到高值,平均分布在80~91μs/ft之间,测井解释孔隙度高达23%。Lower Shuaiba上段(图 4中标记①之上)为灰泥支撑的生物微晶灰岩,含圆锥虫属、棘皮动物碎屑,表明沉积环境可能是类似于礁后低能量、近岸浅海沉积环境;GR曲线逐渐升高至38API,声波时差值降至75μs/ft。剖面南部主要发育SSB1至SSB3两个三级层序,Lower Shuaiba上覆地层为Nahr Umr组高GR(65API)页岩凝缩层,二者之间为一期淹没不整合界面。M-1井位于剖面北部,Shuaiba组厚度约80m,包括Lower Shuaiba和Upper Shuaiba两个单元。由于更靠近Bab盆地中心,M-1井岩心整体致密,泥质含量明显增高,且未见介壳灰岩和藻粘结岩(图 4)。从层序地层角度来说,该剖面北部发育四个完整的三级层序(图 3)。

图 4 Bab盆地西部Shuaiba组过井地震剖面及沉积充填特征(剖面①位置见图 1) Fig. 4 Characteristics of seismic facies and lithological facies of the Shuaiba Formation, western Bab Basin (profile ① shown in Fig. 1)

尽管二维地震资料难以很好的反映相带单元的区域展布特征,但仍能看到各沉积相带的空间演化规律。S-1井顶部发育海进半旋回的低能沉积,地震反射轴具中强振幅连续楔状反射。特别是S-1井向M-1井之间具有多个大小不等的丘状反射外形,对比S-1和M-1两口井的岩心、测井差异,推测两井之间横跨了台地边缘和斜坡等沉积相单元。

剖面②过四口钻井,为一条位于Bab盆地中西部北东-南西向剖面(图 5)。从南向北(左至右)可见(三维)地震剖面减薄明显,具多个S形前积特征。剖面西南部地震相呈楔状或板状外形,内部为弱反射低连续相,代表了较高能条件下以颗粒灰岩、生屑灰岩为主的沉积类型,相单元以开阔台地的台内浅滩亚相为主。剖面中段由多个S形前积单元组成,地震相单元外形为底平顶凸,向开阔台地和海盆方向、以及台缘两侧快速下倾,内部为杂乱弱-变振幅,具类丘状反射特征。

图 5 Bab盆地中西部Shuaiba组过井地震剖面及沉积充填特征(剖面②位置见图 1) Fig. 5 Characteristics of seismic facies and lithological facies of the Shuaiba Formation in the central-western Bab Basin (profile ② shown in Fig. 1)

该区域已钻井岩心中,可观察到从富含粘土(泥粒灰岩或高泥质充填程度的灰岩)到更清洁的石灰岩(藻粘结岩和介壳灰岩组合)的上升趋势。各前积层顶部介壳灰岩和含介壳颗粒的内碎屑灰岩较最丰富,且往上介壳灰岩逐渐变粗且破碎程度更高,这些信息表明高能相带集中在海平面附近或海平面上,受到持续性的水体能量影响。剖面东北部地震反射轴呈层状且横向稳定,内部为中强振幅层状反射,道间同向轴较光滑,代表下缓坡或近盆地相等水动力较弱的沉积环境。

该剖面中段的前积特征主要受控于阿普特阶二级层序海退半旋回。由于海平面高频变化和可容纳空间的缩小决定了多个S形前积体的侧向叠置。各沉积单元向盆前积的同时,礁后环境下致密灰岩沉积物会堆积于高孔渗灰岩之上形成多个有效的储盖组合。勘探实践证实,该区域各钻井均钻遇油层,但各油藏之间油水关系复杂,具不同的油水界面,也进一步说明各前积体间并不连通。

第③条剖面位于Bab盆地东南部,地理位置处于阿曼西北部(位置见图 1)。早白垩世晚期,该区块主要发育台内浅滩、滩间海两种亚相类型,岩性以粒屑灰岩、含粒灰岩和泥灰岩为主,缺乏介壳灰岩及藻粘结岩沉积。

三维地震属性分析结果表明,该剖面区域Shuaiba组顶面地震反射能量在储层发育区较其他地区偏弱,表现为明显的弱振幅反射同相轴。通过已钻井储层段物性与井旁道地震反射波属性对比统计分析,认为碳酸盐岩储层段的孔隙度、厚度与储层顶面地震反射波的均方根振幅具有很好的负相关关系(王锋等, 2007)。以这种相关性特征为依据,从三维地震资料沿储层顶面反射层提取对应储层段时窗的均方根振幅值,以中、低振幅特征为指示,可从各振幅图上划分出台内浅滩等有利相带的平面分布。以不同时窗均方根振幅图为例,该区块主力油田有利储集相带呈NE-SW向展布,其两侧发育多条弱振幅的属性区带(图 6,绿/黄色区带代表弱振幅区,红色圈为已发现油田范围)。勘探实践表明,主力油田西侧WS-1,W-1,S-1,F-1及东侧A-1等多口钻井均位于类似的中、低振幅区,这些钻井在Shuaiba均钻遇了10m左右的优质储层,并有较好的油气产量。

图 6 Bab盆地东南部Shuaiba碳酸盐岩储层段均方根振幅属性分析图 Fig. 6 RMS attribute of Shuaiba carbonate reservoir in the southeastern Bab Basin

从成藏特征上来看,该区块存在包括主力油田在内的多个物性优越的台内浅滩相灰岩带。且各带展布方向一致,整体呈NE-SW向展布。但受阿曼造山的影响,各潜在有利区块之间受NW-SE向断层切割影响呈块状展布(图 7)。

图 7 Bab盆地东南部某油田Shuaiba油藏剖面图(剖面③位置见图 1) Fig. 7 Sectional view of the Shuaiba reservoir the southeastern Bab Basin (profile ③ shown in Fig. 1)

相对于阿联酋境内的剖面①、剖面②,剖面③远离台地边缘而靠近开阔台地沉积环境,导致Shuaiba层礁滩储层厚度偏薄且呈带展布。距剖面③西北40km处Lekwair油田也是阿曼最重要的油田之一,该主力油层也为下白垩统Shuaiba组。调研的资料显示,Lekwair油田主力层沉积了高能背景下的裂缝型(生物)内碎屑灰岩,贝壳类碎屑更为丰富,储层裂缝极为发育(C & C, 2012)。相对于剖面③地质位置而言,其西北部的Lekwair油田在早白垩世晚期为更靠近Bab盆地沉积中心且应力集中的高能沉积区。

① C & C. 2012. Field evaluation report. Lekhwair Field, Rub Al Khali Basin. (unpublished PDF database)

3 沉积演化阶段及模式探讨

Shuaiba组碳酸盐岩具有优越的储集条件,不同剖面显示的沉积单元展布规律可知,Shuaiba各沉积相带的储层在区域上存在较大差异。考虑到各储集体主要集中在Hawar组沉积后地层中,笔者结合各沉积单元的空间展布特征,重点恢复了阿普特阶各沉积单元的演化过程,为沉积模式的建立提供依据。

3.1 沉积演化阶段

Hawar沉积后,研究区进入了持续性的海侵阶段,盆地可容空间上升至最大。缘于海水快速上升,盆地很快被淹没而进入较深水状态。Lower Shuaiba沉积初期对应着二级层序的海进体系域阶段,该时期在研究区广泛充填了一套灰褐色粒泥灰岩,也为后期藻类的活跃提供了良好的场所(图 8a)。OAE1a事件(FS2海泛面)后,相对海平面进入了下降半旋回。伴随着阿普特期藻类生物和造礁生物的繁盛,研究区广泛发育厚壳蛤灰岩堆积物(图 8b)。高位期早期,在广泛发育的开阔台地和台地边缘形成具储集性能良好的台内浅滩和台缘生物礁、滩体。随着海平面逐渐下降,台缘厚壳蛤等生物建造发生周期性的暴露,厚壳蛤灰岩物性得到改善。进入高位晚期,伴随全球性的气候干旱炎热和海平面大幅度下降,Shuaiba沉积后的地层暴露进一步遭受大气淡水淋滤(图 8c)。在表生作用的影响下,由介壳灰岩组成的丘状体内部铸模孔较为发育。

图 8 Bab盆地两岸Shuaiba组碳酸盐岩沉积演化阶段模式图 Fig. 8 Sedimentary models of Shuaiba Formation on both sides of Bab Basin

进入Upper Shuaiba沉积期,随着海平面的持续下降,不同区域沉积单元发生了明显分异(图 8d)。靠近台地边缘一侧,Shuaiba地层暴露接受淡水淋滤作用约1.5百万年(Bliefnick and Harris, 1983),其上与Nahr Umr深水页岩直接接触,缺乏Upper Shuaiba沉积。往Bab台内盆地区域继续沉积充填了粒泥灰岩,泥灰岩等低能环境沉积体,随后沉积期结束进入新的海进体系域阶段。

3.2 沉积模式及启示

印模法和残余厚度法是古地貌恢复过程中最常用的方法(刘宏等, 2015)。借助印模法针对Aptian期沉降坡度的分析表明,Nahr Umr泥岩在区域上沉积稳定,对下伏Shuaiba碳酸盐岩起到了“填平补齐”的作用。通过统计已钻井资料,Nahr Umr组在阿联酋陆地区块厚度450~620m,厚度稳定。调研Bab盆地东南缘多个油田Nahr Umr组沉积厚度的结果显示,Nahr Umr组在Bab盆地东南缘厚度也较为稳定,介于180~231m。结合前人开展的古生物研究工作,认为Bab盆地阿普特期沉积环境相对局限、坡降小,具有典型的碳酸盐岩缓坡沉积的特征。阿联酋陆地区块Shuaiba沉积过程中,生物礁、滩建造对碳酸盐台地的形成也起到一定作用。早白垩世晚期,广泛的厚壳蛤生物礁滩建造逐渐控制了两阿地区台地边缘及台缘至Bab盆地之间的过渡斜坡带。综合塔克和顾家裕的相模式分类方案(顾家裕等, 2009; Tucker and Wright, 1990),研究区的单井和地震等资料,提出以台地边缘发育宽缓斜坡为特色的“弱镶边型缓坡台地”沉积模式(图 9)。该模式介于Read的台地模式和缓坡模式之间,一方面,其具备深水陆棚性质的非常宽缓的斜坡。同时,缓坡往台地边缘一侧发育高能相带,即存在一个镶边台地边缘。根据相带类型及区域展布特征,认为在弱镶边缓坡型台地背景下,从Bab盆地往陆地方向,Shuaiba组沉积物横跨了盆地相-前缘斜坡-台地边缘-碳酸盐岩开阔台地乃至局限台地等各类相单元。

图 9 研究区下白垩统Shuaiba组沉积相模式及岩石物性特征 Fig. 9 Characteristics of sedimentary facies and petrophysics of the Shuaiba Formation, Lower Cretaceous

油气勘探实践工作表明,台地边缘区主要以高位域碳酸盐岩生物建隆为主要勘探目标。碳酸盐岩生物建隆主要由广泛发育台地边缘相生物礁格架碎屑和上缓坡藻粘结岩组成,两类岩体具有低幅度、展布范围广的特点,储集空间以铸模孔和粒间孔为主,储集物性极为优越。礁后相沉积的泥灰岩相对致密,往往能对临近的储集段形成侧向和垂向封挡,从而在Bab盆地周缘地区形成多个独立性油气聚集单元(图 5)。开阔台地及斜坡则主要针对台内滩及藻丘等地层岩性圈闭开展。构造稳定期,碳酸盐岩台地内部古地形不会发生剧烈变化,局部古地貌高有利于颗粒滩的生长,这些颗粒滩常由生物碎屑组成,属于台内滩亚相单元。横向上,低能滩间海环境沉积的泥晶灰岩常作为有效的遮挡层,促进了地层岩性圈闭的最终形成。受阿普特阶中后期高频海平面变化的影响,Shuaiba多期次台地边缘生物建隆、台内浅滩在空间上相互叠置,继承性发育并成带展布(图 7),促使盆地沿岸各类相带单元均具广阔的勘探开发前景。

4 结论

(1) 基于多油田钻井岩心开展的沉积相工作表明,阿普特期Shuaiba组共发育开阔台地、台地边缘、台缘斜坡及盆地相4种沉积相单元和6种亚相类型。其中,高能环境的台缘生物礁与台内浅滩亚相具有低GR,中高声波时差的测井响应和中-弱振幅,弱连续的地震响应。低能环境的下斜坡与滩间海亚相具有高GR,低声波时差的测井响应和中-强振幅,连续平行的地震响应。

(2) 阿普特期两阿地区各沉积单元沿Bab盆地周缘呈带状展布。开阔台地一侧主要沉积了第二个三级层序对应的Lower Shuaiba地层,其早期以垂向加积为主,后期随着可容纳空间的缩小发育多个S形前积体。后期研究区海平面迅速下降,沉积作用主要集中在靠近Bab台内盆地的区域,沉积了第三和第四个三级层序对应的Upper Shuaiba地层;靠近台地边缘一侧,Lower Shuaiba地层遭受暴露及淡水淋滤作用。

(3) 受控于第二个三级层序的高位体系域,Lower Shuaiba沉积晚期发育具储集性能良好的台缘生物礁,构成典型的镶边台地边缘。Upper Shuaiba沉积期海平面逐渐降低,往Bab台内盆地区域继续充填低能沉积单元,盆地具备深水陆棚性质的非常宽缓的斜坡。因此,阿普特阶Shuaiba组碳酸盐岩沉积体系符合“弱镶边型缓坡台地”模式。

(4) 阿普特阶Shuaiba组各类地层岩性单元具有良好的勘探前景。受高频海平面变化的影响,Shuaiba组高位域碳酸盐岩礁滩体在空间上相互叠置并成带展布,低能环境沉积的泥晶灰岩、泥页岩相对致密,往往能对临近的储集段形成有效的遮挡层,促进了地层岩性圈闭的最终形成。

致谢      研究过程中,得到了阿联酋AL Yasat公司和阿曼Daleel公司的大力帮助和支持,在此表示衷心感谢!

参考文献
Al-Hussein MI and Matthews RK. 2010. Tuning Late Barremian-Aptian Arabian Plate and global sequences with orbital periods. In: Van Buchem FSP, Al-Husseini MI, Maurer F and Droste HJ (eds.). Barremian-Aptian stratigraphy and hydrocarbon habitat of the eastern Arabian Plate. Bahrain: Gulf PetroLink, 1: 199-228
Bai GP. 2007. Oil and Gas Geological Characteristics of Oil and Gas Fields in the Middle East. Beijing: China Petrochemical Press: 1-112.
Barnhardt WA, Richmond BM, Grossman EE and Hart P. 2005. Possible modes of coral-reef development at Molokai, Hawaii, inferred from seismic-reflection profiling. Geo-Marine Letters, 25(5): 315-323. DOI:10.1007/s00367-005-0214-5
Bernard JP, Eberli GP, Al-Mehsin K, Al-Menhali S, Warrlich G, Droste H, Maurer F, Whitworth J and Drysdale D. 2010. Seismic stratigraphy and depositional history of the Upper Shu'aiba (Late Aptian) in the UAE and Oman. In: Van Buchem FSP, Al-Husseini MI, Maurer F and Droste HJ (eds.). Barremian-Aptian Stratigraphy and Hydrocarbon Habitat of the Eastern Arabian Plate. Bahrain: Gulf PetroLink, 4(2): 411-444
Bliefnick FS and Harris PM. 1983. Deposition and porosity evolution of a Lower Cretaceous rudist buildup, Shuaiba Formation of eastern Arabian Peninsula. In: Harris PM (ed.). Carbonate Buildups-A Core Workshop. Dallas: SEPM, 381-410
Davies RB, Casey DM, Horbury AD, Sharland PR and Simmons MD. 2002. Early to Mid-Cretaceous mixed carbonate-siliciclastic shelfal systems:Examples, issues and models from the Arabian Plate. GeoArabia, 7(3): 541-598.
Duan HG, Zhou CQ, Zhang QC and Zhang FQ. 2014. The plays character of the abundant hydrocarbon area in the Middle East and their exploration potential. Earth Science Frontiers, 21(3): 118-126.
Gu JY, Ma F and Ji LD. 2009. Types, characteristics and main controlling factors of carbonate platform. Journal of Palaeogeography, 11(1): 21-27.
Gumati YD. 1993. Kinetic modelling, thermal maturation and hydrocarbon generation in the United Arab Emirates. Marine and Petroleum Geology, 10(2): 153-161. DOI:10.1016/0264-8172(93)90020-S
Harzali M, Troudi H, Ben Boubaker K and Ouali J. 2014. Carbonate platform-margins and reefs distribution using 2-D seismic analysis, Central Tunisia. Journal of African Earth Sciences, 100: 109-120. DOI:10.1016/j.jafrearsci.2014.06.007
Liu H, Luo SC, Tan XC, Li L, Lian CB, Zeng W, Luo B and Shan SJ. 2015. Restoration of paleokarst geomorphology of Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin and its significance, SW China. Petroleum Exploration and Development, 42(3): 283-293. DOI:10.1016/S1876-3804(15)30018-5
Sharland PR, Archer R, Casey DM, Davies RB, Hall SH, Heward AP, Horbury AD and Simmons MD. 2001. Arabic plate sequence stratigraphy. In: GeoArabia Special Publication. Bahrain: Gulf PetroLink, 2: 391
Strohmenger CJ, Weber LJ, Ghani A, Al-Mehsin, Al-Jeelani O, Al-Mansoori A, Al-Dayyani T, Vaughan L, Khan SA and Mitchell JC. 2006. high-resolution sequence stratigraphy and reservoir characterization of Upper Thamama (Lower Cretaceous) Reservoirs of a Giant Abu Dhabi Oil Field, United Arab Emirates. In: Harris PM and Weber LJ (eds.). Giant Hydrocarbon Reservoirs of the World: From Rocks to Reservoir Characterization and Modeling. Tulsa: AAPG, 139-171
Taher AA. 1997. Delineation of organic richness and thermal history of the Lower Cretaceous Thamama Group, East Abu Dhabi:A modeling approach for oil exploration. GeoArabia, 2(1): 65-88.
Terken JMJ, Frewin NL and Indrelid SL. 2001. Petroleum systems of Oman:Charge timing and risks. AAPG Bulletin, 85(10): 1817-1845.
Tucker ME and Wright VP. 1990. Carbonate Sedimentology. Oxford, U.K.: Blackwell Science Ltd..
Van Buchem FSP, Pittet B, Hillgärtner H, Grötsch J, Al-Mansouri AI, Billing IM, Droste HHJ, Oterdoom WH and van Steenwinkel M. 2002. High-resolution sequence stratigraphic architecture of Barremian/Aptian carbonate systems in Northern Oman and the United Arab Emirates (Kharaib and Shu'aiba Formations). GeoArabia, 7(3): 461-501.
Van Buchem FSP, Al-Husseini MI, Maurer F, Droste HJ and Yose LA. 2010. Sequence-stratigraphic synthesis of the Barremian-Aptian of the eastern Arabian Plate and implications for the petroleum habitat. In: Van Buchem FSP, Al-Husseini MI, Maurer F and Droste HJ (eds.). Barremian-Aptian Stratigraphy and Hydrocarbon Habitat of the Eastern Arabian Plate. Bahrain: Gulf PetroLink, 4(1): 9-48
Wang F, Jiang ZX, Zhou LQ, Wang L, Zheng N and Xiang SA. 2007. Sedimentary facies model on carbonate rock in the Upper Shuaiba member of Lower Cretaceous in Daleel Field, Oman. Acta Sedimentologica Sinica, 25(2): 192-200.
Yose LA, Strohmenger CJ, Hosani IA, Bloch G and Mehairi YA. 2010. Sequence-stratigraphic evolution of an Aptian carbonate platform (Shu'aiba Formation), eastern Arabian Plate, onshore Abu Dhabi, United Arab Emirates. In: Van Buchem FSP, Al-Husseini MI, Maurer F and Droste HJ (eds.). Barremian-Aptian Stratigraphy and Hydrocarbon Habitat of the Eastern Arabian Plate. Bahrain: Gulf PetroLink, 309-340
Zhao WZ, Shen AJ, Zhou JG, Wang XF and Lu JM. 2014. Types, characteristics, origin and exploration significance of reef-shoal reservoirs:A case study of Tarim basin, NW China and Sichuan Basin, SW China. Petroleum Exploration and Development, 41(3): 257-267.
白国平. 2007. 中东油气区油气地质特征. 北京: 中国石化出版社: 1-112.
段海岗, 周长迁, 张庆春, 张凡芹. 2014. 中东油气富集区成藏组合特征及其勘探领域. 地学前缘, 21(3): 118-126.
顾家裕, 马锋, 季丽丹. 2009. 碳酸盐岩台地类型、特征及主控因素. 古地理学报, 11(1): 21-27.
刘宏, 罗思聪, 谭秀成, 李凌, 连承波, 曾伟, 罗冰, 山述娇. 2015. 四川盆地震旦系灯影组古岩溶地貌恢复及意义. 石油勘探与开发, 42(3): 283-293.
王锋, 姜在兴, 周丽清, 赵国良, 王林, 郑宁, 向树安. 2007. 阿曼Daleel油田下白垩统Shuaiba组上段碳酸盐岩沉积相模式. 沉积学报, 25(2): 192-200. DOI:10.3969/j.issn.1000-0550.2007.02.005
赵文智, 沈安江, 周进高, 王小芳, 陆俊明. 2014. 礁滩储集层类型、特征、成因及勘探意义——以塔里木和四川盆地为例. 石油勘探与开发, 41(3): 257-267.