矿物岩石地球化学通报  2016, Vol. 35 Issue (3): 576-585   PDF    
伊朗西南部上白垩统Sarvak组成岩作用及有利储集层形成模式
杜洋1,2, 李宜真2 , 陈秋实3, 汪娟2, 辛军2, 方健2, 付晓2    
1. 西南石油大学 地球科学与技术学院, 成都 610500;
2. 川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院, 成都 610051;
3. 川庆钻探工程公司 苏里格项目经理部, 内蒙古乌审旗 017300
摘要: 基于中东地区中生代碳酸盐岩储集层和中国碳酸盐岩储集层特征差异大,国内相关研究较少现状,本文以伊朗西南部A油田上白垩统Sarvak组作为对象,以取心薄片分析资料为基础,结合沉积地质背景和储集层特征,重点对储集层成岩作用类型和成岩序列进行研究,并建立了优质储集层发育成岩模式。研究表明,研究区储集层成岩作用主要包括泥晶化作用、压实(压溶)作用、胶结作用、溶蚀作用、新生变形作用、白云岩化作用和岩石破裂作用。决定优质储集层形成的主要时期为同生-准同生成岩阶段,主导成岩作用为溶蚀作用。有利储集层类型为富含厚壳蛤碎屑的礁滩体储集层,成岩模式为受不同级别层序界面控制形成的同生-准同生连续岩溶。高频层序界面引发的同生岩溶使得储集层内形成大量生物铸模孔,三级层序界面引发的准同生岩溶(局部岩溶)导致孔隙在空间进行再分配,使得最有利储集层集中分布于紧邻三级层序界面之下20~30 m储集层内。层序内部受控高频层序界面影响形成的以铸模孔和灰泥溶蚀孔群为主的上白垩统储集层,在后期构造微裂缝配合下也可形成相对较好储集层。
关键词: 上白垩统     Sarvak组     成岩作用     储集层     伊朗    
Model for the Genesis of Favorable Reservoir and Diagenesis of the Upper Cretaceous Sarvak Formation in SW Iran
DU Yang1,2, LI Yi-zhen2 , CHEN Qiu-shi3, WANG Juan2, XIN Jun2, FANG Jian2, FU Xiao2    
1. School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;
2. Geological Exploration and Development Research Institute, CCDC, Chengdu 610051, China;
3. Sulige Project Management Department, CCDC, Wushenqi, Inner Mongolia 017300, China
Abstract: As the Mesozoic carbonate reservoir in the Middle East, which is obviously different to the carbonate reservoir in China, has been studied limitedly by Chinese scholars at present, the Cretaceous Sarvak Formation in the A oilfield in SW Iran has been selected in this paper for studying its reservoir diagenesis, diagenetic sequences and for building diagenetic model of the high quality reservoir based on the analyses of drilling cores and the comprehensive analysis of geological background and reservoir characteristics. Research results show that the reservoir diagenesis mainly includes micritization, compaction(pressolution), cementation, dissolution, neomorphism, dolomitization and fracturing. The high quality reservoirs was mainly formed in the syngenetic-penesyngentic diagenetic stage through the dominant dissolution. The favourable reservoir is the reef-shoal reservoir containing abundant fragments of rudist bivalve. It wasformed through the typical syngenetic-penesyngentic continuous karstification under the control of various stratigraphic boundariesat different levels. The syngenetic karstification, in the high frequency stratigraphic boundaries, resulted in the formation of a large amount of Rudist moldic pores in the reservoir. The penesyngenetic karstification(local karstification), caused by the 3rd order stratigraphic boundaries, resulted in the redistribution of pores and fissures in reservoir and made the most favourable reservoir concentrated in the zone where is generally 20~30 meters below the 3rd order stratigraphic boundaries. The Upper Cretaceous reservoir, which is dominated by moldic pores and matrix dissolution pores formed under the influence of the high frequency stratigraphic boundaries in the strata, can also form the relatively good reservoir with the overprint of the late fissures.
Key words: Upper Cretaceous     Sarvak Formation     diagenesis     reservoir     Iran    

伊朗上白垩统Sarvak组(以下简称S层)为一套富含多类生物碎屑的陆架缓斜坡碳酸盐沉积地层(Murris,1980; Alsharhan and Narin,1993; Taghavi et al.,2006; Ghabeishavi et al.,2010; Rahimpour-Bonab et al.,2012; Mehmandosti et al.,2013),目前计算储量约占该国石油储量的20%,为仅次于中新统Asmari层的第2重要储集层(Bordenave and Hegre,2006; Elham et al.,2013),包括二厚壳蛤生屑灰岩、白垩系灰岩等国内未见且相关研究较少的类型,同时这些储集层与中国碳酸盐储集层相比时代老,埋藏深,成岩作用复杂(金之钧,2005; 罗平等,2008)。伴随近年来中国各大石油公司海外战略的实施,越来越多的国际合作项目,尤其在中东地区,其主要目的层均与上述储集层类型有关(徐德军等,2010; 刘辉等,2013; 段海岗等,2014; 杜洋等,2015; Du et al.,2015)。鉴于此,本文以伊朗西南部A油田上白垩统S层作为研究对象,以取心薄片分析资料为基础,在地质沉积背景和储集层特征研究基础上,重点对储集层成岩作用,成岩序列以及优质储集层形成的成岩模式进行研究分析,望该成果对中国未来海外合作项目中类似储集层油藏勘探开发提供借鉴和依据。

1 地质背景

本文研究区A油田位于伊朗西南部Dezful海湾西侧两伊边界区,构造位置处于扎格罗斯前陆盆地边缘与阿拉伯地台过渡带,为当前伊朗开发热点区(图 1a)。研究对象S层沉积于上白垩统阿尔滨-森诺曼-早土伦阶(Murris,1980; Alsharhan and Narin,1993; Hajikazemi et al.,2012),该地区地质历史时期A油田所处区域为阿拉伯地台,位于赤道附近,古气候炎热潮湿多雨,大气降水丰富(Heydari,2008; Hay,2008; Rahimpour-Bonab et al.,2012)。古地理中东地区彼时整体构造格局为一大的构造缓斜坡台地,伊朗西南部整体沉积背景为开阔陆缘海,在A油田东部,现今Dezful海湾区域发育类似地堑的Balambo-Garau陆内盆地(Goff et al.,2004; Taghavi et al.,2006; Ghabeishavi et al.,2010; Mehmandosti et al.,2013)。围绕该次盆地边缘发育富厚壳蛤生物浅水台地,A油田则位于次盆边缘(图 1b)。构造方面,上白垩统森诺曼阶阿尔卑斯构造运动导致阿拉伯板块向北部亚欧大陆俯冲,阿拉伯板块由被动大陆边缘进入活动大陆边缘(Sepehr and Cosgrove,2004; Rahimpour-Bonab et al.,2012),区域形成活跃挤压构造背景。构造运动导致基底盐岩地层发生流动隆升,引发伊拉克东南部,伊朗西南部区域形成南北向古隆起(生长盐构造脊),这些古隆起多位于前述陆内盆地盆缘区并控制区域厚壳蛤生物礁分布。本研究区也为这类古隆起(Sadooni,2005; Rahimpour-Bonab et al.,2012)。

2 基本地质特征

根据前人对伊朗西南部S层典型地层剖面划分(James and Wynd,1965; Murris,1980; Taghavi et al.,2006; Hajikazemi et al.,2012),该层下部为厚约200 m细粒含钙结核和微型-中等螺化石灰岩;中部为120 m厚含燧石结核块状灰岩;上部为约300 m厚层状富浅水厚壳蛤碎屑灰岩,储集层集中于地层上部。本研究根据高分辨层序地层学,将S层由下至上划分为6个三级旋回,除S层早期大规模海侵外,其他旋回均为向上变浅旋回(杜洋等,2015; Du et al.,2015)。依前所述,储集层主要位于地层上部,本区S层顶部SQ-6顶界为晚白垩世土伦期构造运动和全球性海退引发的中东区域可追踪不整合面(Murris,1980),该旋回为不完整旋回。含油层系主要集中于SQ-5内,厚度为60~100 m,本研究针对该层序内储集层进行研究。

图 2 伊朗A油田S层SQ-5具连续取心地层剖面综合柱状图 Fig. 2 he synthesize stratigraphic column of the Sarvak Formation(with continuous coring data in SQ-5)in the A oilfield, Iran

根据Wilson(1975)沉积相划分原则,SQ-5内识别出潮坪、厚壳蛤丘(生物礁滩体)、局限/开阔台地(内台地)和开阔海(陆缘斜坡)5类沉积亚相,除潮坪外,储集层在各类亚相均可发育。储集层岩性以富含各类生屑及少量非生屑颗粒灰岩为主,夹少量白云岩。生屑颗粒以厚壳蛤(放射科、羚角科)、珊瑚、底栖有孔虫(主要为圆笠虫、粟孔虫、蜂巢虫)和腹足类为主,另见棘屑、绿藻、介形虫和浮游有孔虫,非生屑颗粒则以内碎屑和似球粒为主。依照Dunham(1962)碳酸盐岩分类原则,总体上可将储集层大类化为以层序地层上部厚壳蛤碎屑为主要骨架颗粒的颗粒/泥粒礁滩体储集层,和层序地层中下部富灰泥,骨架颗粒以有孔虫为主的泥粒/粒泥白垩类灰岩储集层(图 2)。 物性统计表明:储集层孔隙度分布区间为0 . 9%~40 . 1%,平均12 . 5%,渗透率为(0 . 001~432)×10-3 μm2,均值为13 . 5×10-3 μm2,为中高孔-低中渗储集层。孔渗关系相对较差,样品点分布面积广且零散,无明显线性关系,表明储集层内基质孔隙多样且孔径大小不一。部分样品可见低孔高渗特征,可能受微裂缝影响(图 3)。总体储集层类型为孔隙型储集层,优质储集层集中于层序上部属厚壳蛤丘沉积亚相的礁滩体储集层内,但同时该相带内储集层物性差异也较大,也就是说,沉积相并非控制储集层性质唯一要素,成岩作用也同时控制优质储集层发育及分布。

图 3 伊朗A油田S层SQ-5内储集层孔渗交会图 Fig. 3 A plot of Porosity vs. Permeability of the Sarvak reservoir in SQ-5 in the A oilfield, Iran
3 成岩作用

岩心薄片观察结合岩石学研究,可见本区主要成岩作用包括泥晶作用、压实作用、胶结作用、白云化作用、新生变形溶蚀作用和破裂作用。

3.1 泥晶化作用

泥晶化作用多发生于成岩早期海底环境内。S层沉积时期古气候温暖潮湿,水体环境内碳酸盐颗粒泥晶化非常迅速,藻屑、真菌和细菌等微生物使得颗粒形成大量生物钻孔并被泥晶灰泥充填胶结,部分泥晶化作用导致生屑颗粒(如厚壳蛤、棘屑等)形成泥晶镶边,完全泥晶化则使颗粒变为泥粒而难以识别其原生结构。薄片中可见大量生屑颗粒并被泥晶充填的生物钻孔,球粒则主要为粪球粒和泥晶生屑颗粒混合物(图 4a)。对储集层而言,泥晶化作用主要充填破坏原生沉积孔隙喉道降低渗透率,但在早期埋藏压实过程中亦可增强岩石骨架塑性以保护孔隙。

(a)Azn-3,2840 m,茜素红染色薄片,泥晶生屑沉积物,泥晶化作用和后期淋滤作用使得原生颗粒形态难以区分;(b)Azn-3,2818 m,铸体薄片,两期碳酸盐胶结物包括早期胶结环边和晚期粗晶镶嵌;(c)Azn-5,2866 m,铸体薄片,根管石包含有机核及方解石晕,并被粗晶方解石脉所切割;(d)Azn-5,2878 m,铸体薄片,生屑内文石组分溶蚀形成铸模孔,原生高镁方解石骨架未发生溶蚀;(e)Azn-3,2820 m,茜素红染色铸体薄片,灰泥基质发生溶蚀及新生变形共同作用形成的微孔群,呈微蓝色;(f)Aznn-3,2856 m,茜素红染色薄片,非组构选择性溶蚀孔洞,孔隙内胶结物少;(g)Azn-4,2686 m,茜素红染色薄片,不同粒径方解石颗粒晶簇镶嵌,并呈示顶底构造,下部晶体粒径较小为渗流砂充填溶孔后发生新生变形而成,上部为粒径较大后期形成方解石胶结物;(h)Azn-2,2772 m,铸体薄片,双壳类生屑内文石组分发生新生变形,可见原生结构形态;(i)Azn-4,2668 m,铸体薄片,粒泥/泥晶颗粒灰岩内似球粒和生屑发生白云化,部分灰泥基质也同时发生白云化;(j)Azn-3,2856 m,岩心照片,不同岩性相接区肉眼可见压实缝合线,同时可见近垂直微裂缝;(k)Aznn-5,2822 m,铸体薄片,大量早期形成微裂缝并被溶蚀形成溶沟、溶缝并被粒状方解石充填,后期形成开启微裂缝切割 方解石胶结物;(l)Aznn-5,2836 m,茜素红染色薄片,早期溶缝被方解石充填后再被晚期微裂缝切割 图 4 薄片和岩心照片,示伊朗A油田S层SQ-5内储集层成岩作用 Fig. 4 Photos of thin sections and cores showing the diagenesis of the Sarvak reservoir SQ-5 in the A oilfield,Iran
3.2 压实(压溶)作用

压实作用主要表现为颗粒破碎,颗粒线接触等特征。破碎颗粒主要由块状胶结物所粘接。化学压实(压溶)作用主要特征包括缝合接触,溶蚀线及缝合线等。岩心见肉眼可观察缝合线,产状多为水平状,垂向少见(图 4j)。缝合线多发育于灰泥含量较高储集层内,多被胶结充填,充填物主要为黏土、有机质和黄铁矿。总体本区储集层压实作用较国内,比如塔里木盆地奥陶系良里塔格组、鹰山组碳酸盐岩储集层弱(金之钧,2005; 罗平等,2008),多数生屑颗粒、铸模孔等未受破坏仍可见原生形状。

3.3 胶结作用

本区胶结物主要为方解石和白云石,茜素红染色显示绝大部分方解石和全部白云石无铁,同时晚期形成块状粗晶胶结物含量较少,表明胶结作用多发生于成岩早期。

3.3.1 方解石

方解石胶结物根据晶体形态及接触关系可分为早晚两期(图 4b),以早期居多。早期以等厚环边和晶簇镶嵌为主,染色显示为无铁-微含铁。该两类可充填原生孔(粒间孔,粒内孔和窗格孔)和次生孔(铸模孔和微裂缝)。等厚环边可与纤柱状晚期方解石晶体相接。值得注意的是,部分样品见无铁方解石包裹镶嵌根管石。根管石为古植物根系残留后石化以矿物形式所保存的沉积结构(Klappa,1980; 赵强等,2013)。薄片可见植物根呈结核状被细粒低铁方解石晶体包围,大小向结核方向增大,晚期形成方解石脉切割根管石表明该类胶结形成于成岩早期,应为早期胶结物充填有机质腐烂所形成孔隙(图 4c)。由于根管石多形成于陆源湖相沉积或海相暴露沉积环境,多为指示障壁岛形成标志(Klappa,1980; 赵强等,2013),表明S层SQ-5内形成于长期水上暴露环境。

另两类晚期胶结物类型分别为纤柱状晶体(较少)和块状粗晶(较多)。这两类晶体均显示为弱铁特征。纤柱状方解石晶体多覆盖连接早期方解石胶结环边充填铸模孔,呈无序排列网状松散结构。块状粗晶镶嵌可充填原生孔(粒间孔,粒内孔和窗格孔)和次生孔(铸模孔,微裂缝和溶孔),结构特征表现为连接早期胶结环边并弱含铁,晶体浑浊且含包裹体。

3.3.2 白云石

本区白云石胶结较少,通常和交代白云石共生于原生孔附近,以其相对清晰边界及无包裹体特征与白云石颗粒区分。白云石胶结物可被晚期块状方解石胶结物包裹并充填铸模孔。

3.4 溶蚀作用

溶蚀作用为影响储集层性质最重要成岩作用之一,本区可见不稳定矿物(文石、高镁方解石)发生组构选择性溶蚀作用,灰泥基质发生溶蚀及非组构选择性溶蚀形成的切割岩石组构的溶孔和溶洞。

3.4.1 组构选择性

文石质溶蚀(组构选择性),对以文石质矿物成分为主的生屑骨架,如腹足、造礁石珊瑚及双壳类(厚壳蛤)发生溶蚀,形成以组构选择性溶蚀成因孔隙(铸模孔),多形成于岩体尚未完全固结成岩早期。这类孔隙部分开启(图 4d),部分被完全胶结充填,胶结物涵盖多种类型,同时内可见渗流砂(图 4g)。

3.4.2 灰泥溶蚀

薄片可见富灰泥区灰泥基质被溶蚀而形成大量不规则几何形态的溶蚀微孔群,即所谓强白垩作用(黄思静,2010; 吴熙纯等,2010)。该孔隙孔径小,通常只有几微米,单个孔隙难以在镜下识别,大规模聚集发育时镜下观察整体呈微蓝色(图 4e)。这类孔隙为富灰泥储集层(泥粒、粒泥灰岩)主要孔隙类型。由于灰泥可为生物成因微体化石(颗石藻)或物理成因灰泥(高镁方解石),也可为化学成因微晶颗粒(新生变形)。由于本区S层以浅水台地沉积为主(Du et al.,2015),薄片观察未见“狭义”白垩储集层的深海远洋颗石藻微体生物(吴熙纯等,2010)。因此本区这类大规模溶蚀微孔应由早期灰泥级颗粒新生变形重结晶和大气水溶蚀共同控制形成,这类储集层基质孔隙可视为由灰泥重结晶晶间孔和次生溶蚀微孔所组成混合体。

3.4.3 非组构选择性

岩心及薄片均可见切割岩石组构,即为不规则几何形态次生溶蚀孔和孔洞。孔隙内胶结物极少,难见早期海底及浅埋藏时期胶结物(图 4f)。这类溶蚀多发生在地层经历了一定时期浅埋藏且呈半固结-固结状态后(张宝民等,2009; 张宝民和刘静江,2009)。

3.5 新生变形作用

新生变形多发生于沉积后,表述为矿物晶体成分、大小转化及同质多像转化。本区该现象主要为2类:①微晶方解石。发育广泛,充填铸模孔和溶孔,部分样品可见上下晶体颗粒粒径不一的示顶底,表明微晶分布区原交代宿主颗粒为细粒渗流充填砂(图 4g),局部见溶蚀后残留悬浮状颗粒和灰泥。虽目前还存在争议,但中东地区研究多认为灰泥发生新生变形形成微亮晶通常和大气水有关(Lambert et al.,2006; 黄思静,2010; 高计县等,2013),同时认为新生变形和大气水溶蚀共同作用下可形成有效储集层,也就是前述灰泥溶蚀强白垩作用。这一现象也从侧面证明本区储集层在早成岩过程中成岩流体存在大气水参与; ②生屑骨架发生新生变形形成粗粒假亮晶,新生变形晶体表现为淡褐色或多色,主要交代生屑内文石成分,并保留生屑骨架外形及内部结构(图 4h)。

3.6 白云岩化作用

白云石晶粒结构均为片状,表现为自形或半自形菱形结构(图 4i),晶体大小均一,具包裹体或镶边,包裹体为方解石和黄铁矿颗粒。白云岩化具典型组构选择性,以交代灰泥为主。本区白云化层段厚度较薄,垂向上多出现于富灰泥,具微裂缝层内,不发育具溶蚀特征储集层中。

本区古气候潮湿炎热多雨,缺乏潮上萨布哈,不存在蒸发白云岩可能。由于本区缺乏地化分析,难以准确判断白云化物质来源。从对部分邻近油田白云岩化研究来看,分析认为其所需Mg2+主要来自棘屑等高镁方解石生屑,为受构造作用形成微裂缝所控制的后生白云岩(Taghavi et al.,2006; Rahimpour-Bonab et al.,2012),而本区白云岩层段具相似特征,推测可能也为该成因。

3.7 岩石破裂作用

受多期构造运动形成的区域强构造应力场的影响,本区储集层可见大量岩石破裂作用形成的微裂缝。微裂缝主要发育于灰泥含量较高,岩性相对致密储集层内,以垂直或近垂直向为主,与压溶作用形成水平缝合线组合可形成类似“碎蛋壳”状网状缝隙系统(图 4j)。部分微裂缝受溶蚀作用影响形成溶扩缝,但多被胶结物部分或全充填,其中胶结物染色显示多为无铁,胶结时期早,表明裂缝形成较早。部分裂缝开启或半开启,缝面光滑,无胶结物充填,并切割早期胶结物及渗流砂,指示形成时期晚(图 4k4l)。以上证据表明构造微裂缝并非单一时期形成,应为多期长期发育的产物。

4 成岩序列

S层沉积于浅海缓斜坡环境,早成岩期孔隙内流体以高盐度原生海水为主,但大量暴露及岩溶特征(溶孔、溶缝、铸模孔、示顶底和渗流砂等)指示大气水在早成岩环境中存在且对储集层影响较大,伊朗西南部油田S层储集层地化分析结果也表明S层在沉积成岩历史中普遍有大气水的参与(Hajikazemi et al.,2012; Elham et al.,2013)。同生-早成岩阶段主要成岩作用包括泥晶化作用、溶蚀作用、胶结作用、新生变形作用及白云岩化作用。之后储集层经历了较长时间的缓沉降速率浅埋藏期,中新世扎格罗斯构造运动发生后地层快速沉降进入深埋藏期。中-晚成岩阶段主要成岩作用包括压实(压溶)作用,晚期胶结作用和岩石破裂作用(图 5)。

图 5 伊朗A油田S层SQ-5内储集层成岩序列及埋藏史示意图 Fig. 5 The schematic diagram showing the diagnetic sequence and buried history of the Sarvak reservoir in the A oilfield,Iran
4.1 同生-早成岩阶段4.1.1 泥晶化作用

泥晶化作用在碳酸盐颗粒未完全固结成岩的热带浅海环境非常普遍,大量灰泥充填在微生物活动所形成钻孔中,发生于同生成岩阶段和沉积作用共生。

4.1.2 溶蚀和胶结作用

早成岩期溶蚀作用主要对碳酸盐矿物中不稳定高镁方解石和文石颗粒进行组构选择性溶蚀,表明此时孔隙流体相对文石和高镁方解石不饱和但对方解石饱和,从部分铸模孔内胶结物形态及接触关系来看,早期胶结环边形成于文石骨架溶蚀后,指示溶蚀稍早于或与早期胶结同期发生。这类溶蚀多发生于高频层序(四、五、六级)旋回向上变浅序列短暂暴露淋滤或混合水环境(张宝民和刘静江,2009),表明此时海平面升降频繁,溶蚀与胶结、沉积同时发生,为同生岩溶。

组构选择性溶蚀形成溶孔溶洞表明此时孔隙流体相对方解石和文石均不饱和。这类孔隙分布层段集中于层序地层内上部。根管石、古土壤层、角砾垮塌和溶沟等植被化,土壤化和强岩溶化特征说明S层内SQ-5层序末期形成过较长时期大气暴露环境,此时地层已经历短期固结成岩,溶蚀发生于同生岩溶之后,与地层暴露剥蚀伴生,为准同生岩溶(张宝民和刘静江,2009)。此时地表潜水面下潜流带内则主要发生胶结充填破坏孔隙。

4.1.3 新生变形作用

目前已有资料难以准确判断新生变形发生的时间,但早期文石质生屑新生变形晶体均不含铁及晚期弱铁胶结物内无新生变形晶体等特征表明本区新生变形应发生于早成岩阶段(地层浅埋藏期)。根据质量守恒原理,同生成岩阶段发生的文石溶蚀也为早期的胶结和新生变形作用提供了胶结物来源。

4.1.4 白云岩化作用

从岩相接触关系来看,本区白云岩化应发生于早期胶结和文石骨架颗粒溶解之后,晚期方解石胶结和压溶作用之前,即早成岩阶段。同时白云石晶体沉淀低于临界粗化温度,应形成于50°~100°(黄思静,2010),白云石晶粒形态指示交代作用多发生于相对细粒,如灰泥和似球粒母岩内。

4.2 中—晚成岩阶段 4.2.1 压实(压溶)作用及晚期胶结作用

随地层埋深增加,温度及压力增大,方解石溶蚀速率降低,埋藏期压实作用受孔隙内早期胶结物阻碍,在一定上覆压力下发生压溶作用形成缝合线,同时释放出Ca2+和CO2-3于孔隙流体中,为中—晚成岩阶段形成粗晶方解石胶结物提供物质来源。岩心观察可见压溶缝合线多形成于低孔致密层段内,并表现出原地再胶结特征。

4.2.2 岩石破裂作用

古生物对比表明,本区S层SQ-5储集层段主要沉积于上白垩统森诺曼阶晚期(Ghabeishavi et al.,2010),而前述晚白垩世所发生的阿尔卑斯构造运动起始于森诺曼阶早期(Sepehr and Cosgrove,2004),表明S层沉积期阿拉伯地台已形成具挤压收缩特征的强构造应力场。同期A油田区域已开始发生地层变形向上隆起。前述本区破裂作用引起的微裂缝形成为一漫长演化过程,具多期、长期形成性,贯穿整个S层成岩期。但微裂缝观察可见,早期形成微裂缝(溶缝和溶沟)多被胶结充填,对储集层性质影响不大。而新生代扎格罗斯强构造运动导致本区地层圈闭发生影响导致二次变形调整(杜洋等,2015),此时形成的晚期微裂缝为提高储集层渗透率,因而将其归纳入晚成岩阶段。

5 成岩作用对储集层性质的影响 5.1 主导成岩阶段

伊朗扎格罗斯前陆盆地内S层储集层演化最主要的特点是上白垩统沉积完毕后,伴随阿尔卑斯构造运动,前陆盆地东北出现剧烈隆升,西南出现新沉降中心,导致盆地进入缓沉降速率地台型沉积期(90~20 Ma之前),沉降速率极低,一般为10~20 m/Ma(Bordenave and Hegre,2005; 高计县等,2013)(图 5)。中新世扎格罗斯构造运动(20~16 Ma前之间)导致地层快速沉降进入深埋藏期(Sepehr and Cosgrove,2004; Bordenave and Hegre,2005),而同时Dezful湾上白垩统Khazhidumi源岩也伴随地层快速沉降进入生烃窗排烃并对盆内圈闭进行充注(Bordenave and Hegre,2005)。烃类流体充注一方面阻止水岩反应使得胶结作用停止,另一方面可降低快速埋藏强压实对储集层破坏。因此,长期处于低沉降速率浅埋藏阶段以及快速沉降深埋藏阶段烃类流体的适时充注,形成了本区成岩序列相对简单,胶结物以早期胶结物为主,压实作用不强,生屑颗粒和铸模孔保存相对完整的特点。对优质储集层形成最重要时期为同生-准同生成岩阶段。

5.2 主导成岩作用

本区储集层建设性成岩作用主要包括溶蚀、白云化和岩石破裂3类。白云化过程中晶粒缩小形成晶间孔总体对储集层性质具有一定改善,但本区白云岩层段由白云化作用厚度不超过2 m,分布有限,且多为岩性较为致密的白垩储集层内,因而白云化作用不为主导成岩作用。岩石破裂早期形成微裂缝,溶扩缝后期多被胶结充填,对储集层性质影响不大。晚期形成微裂缝可提高渗透率,但同样本区微裂缝多集中发育于灰泥含量较高白垩储集层内,虽渗透率有一定程度提高,但基质孔隙度相对较低,同时裂缝平面分布受控多种因素,不同区域取心井发育程度不一,同样岩石破裂也不为主导成岩作用。总体来讲,溶蚀作用强,富含大量溶蚀孔隙礁滩体的储集层为最优质的储集层,对成岩作用起决定性作用。

5.3 成岩模式

位于层序上部的礁滩体储集层岩心薄片见有大量组构选择和非组构选择溶蚀孔隙孔洞,表明储集层经历了多期连续岩溶作用。前述本区受控构造运动在晚白垩世开始形成古隆起,并在层序末低水位期内发育厚壳蛤生物礁。随海平面上下波动储集层发生同生岩溶。此时成岩环境为开放或半开放,岩体尚未完全固结成岩,岩溶无明显分带,以垂向溶蚀为主,在早期微裂缝配合下礁滩体储集层内形成大量生物铸模孔(以厚壳蛤为主),模孔内伴生早期胶结作用,部分充填孔隙。白垩储集层内主要形成灰泥溶蚀微孔和少量铸模孔。

SQ-5层序末期受古地貌向上隆起和海平面下降影响,形成较长时期的暴露不整合,国外学者通过对伊朗西南部油田区域对比,认为该现象集中出现于区域各古岩隆上,并将该层序界面命名为C-T边界(森诺曼阶-土伦阶层序边界)(Hajikazemi et al.,2012; Rahimpour-Bonab et al.,2012)。此时发生类似海岛岩溶模式的准同生岩溶(局部岩溶)(图 6a)(张宝民等,2009; 张宝民和刘静江,2009)。在此过程中,层序上部富厚壳蛤礁滩体储集层为类似暴露于海平面的大气水透镜体,岩体已半固结成岩,溶蚀与剥蚀作用伴生,孔隙发育带趋向于上部渗流带和潜水带上部(潜水面以上)。成岩模式以早先同生岩溶形成铸模作为基础,对骨架颗粒及早期胶结物进行非组构溶蚀,形成连续,孔隙干净,少见早期胶结物的溶洞、溶孔(图 4f,6b)。所形成富含碳酸钙流体向下渗流进入潜流带,为潜水面下储集层胶结提供物质基础。示顶底所见层位一定程度指示准同生岩溶潜水面(图 6c),其下部储集层主要发生胶结作用,早期铸模孔被等轴晶粒方解石胶结充填,导致物性急剧下降(图 6d)。最终形成了现今连续取心剖面可见的同样为富含厚壳蛤碎屑储集层段,具有上部物性含油性好,下部物性含油性差的特征(图 2)。

(a)及不同区带典型成岩特征;(b)Azn-3,2845 m,岩心照片,渗流溶蚀带,可见小型溶蚀孔洞;(c)Azn-4,2685 m,薄片,潜水面附近,厚壳蛤铸模孔呈示顶底构造;(d)Azn-5,2890 m,茜素红染色薄片,潜流胶结带,厚壳蛤铸模孔被完全胶结充填 图 6 伊朗A油田S层SQ-5末期准同生岩溶成岩模式图 Fig. 6 The schematic model of the local karstification in the end of the SQ-5 and typical diagenetic characteristics of various zones of the Sarvak reservoir in the A oilfield,Iran

本质上本区S层优质储集层成岩模式为典型礁滩储集层同生-准同生连续岩溶(张宝民等,2009; 张宝民和刘静江,2009),同生期成孔为基础,准同生期岩溶导致孔隙在空间再分配。优质储集层主要由可溶物质含量(沉积相)和岩溶作用(成岩作用)互相影响,共同作用形成。从勘探角度而言,厚壳蛤碎屑成分主要以易溶文石组成(Alsharhan,1995; Sadooni,2005),富含这类生屑储集层是形成优质储集层基础。

而岩溶作用强度受控于古地貌,古地貌越高,暴露时间越长,溶蚀作用强度越大。两伊边界古隆起控制厚壳蛤礁区域分布同时也为古地貌高点,因此沉积期古隆起区为有利勘探区域。垂向上,受准同生岩溶孔隙再分配影响,即使岩性同为富含厚壳蛤生屑灰岩,优质储集层却主要集中于紧邻三级层序界面下15~25 m 储集层内,下部潜流胶结带孔隙多被胶结充填而物性较差(图 2)。远离三级层序界面储集层多为骨架颗粒以各类有孔虫生屑,灰泥含量较高的粒泥/泥粒白垩储集层,受准同生岩溶影响较小。储集层孔隙以受高频层序界面同生岩溶及新生变形作用形成的腹足类铸模孔和灰泥溶蚀孔群为主,在后期构造微裂缝配合下也可形成相对较好储集层。

6 结论

(1)伊朗西南部A油田上白垩统Sarvak组储集层成岩作用包括泥晶化作用、压实(压溶)作用、胶结作用、溶蚀作用、新生变形作用、白云岩化作用和岩石破裂作用。泥晶化作用、溶蚀作用、胶结作用、新生变形作用及白云岩化作用发生在同生-早成岩阶段,而中-晚成岩阶段主要为压实(压溶)作用、晚期胶结和岩石破裂作用。

(2)富含大量溶蚀孔隙的厚壳蛤礁滩体储集层为本区最有利优质储集层。其成岩模式为典型礁滩储集层同生-准同生连续岩溶,优质储集层垂向集中于紧邻三级层序界面下15~25 m储集层内。远离三级层序界面的粒泥/泥粒白垩储集层,储集层孔隙以同生岩溶及新生变形作用形成铸模孔和灰泥溶蚀孔群为主,配合后期构造微裂缝也可形成较好储集层。

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