伊拉克米桑油田群中白垩统Mishrif组岩溶特征及作用模式

伊拉克米桑油田群中白垩统Mishrif组岩溶特征及作用模式陈培元;段晓梦;郭丽娜;倪军娥;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.%通过对伊拉克米桑油田群多口井的岩心观察,结合铸体薄片、扫描电镜、成像测井、地球化学资料及区域沉积构造背景分析，发现中白垩统Mishrif组沉积时期局部的构造运动和海平面升降导致了2次沉积间断,从而在碳酸盐岩沉积内部存在2个准同生期风化壳岩溶不整合面.不整合面上下岩性及沉积特征差异明显:不整合面之上为泥质灰岩,岩性致密,为非储层;之下为生屑(厚壳蛤)灰岩,发育大量的溶缝和溶洞,对应储层物性较好.生屑灰岩中部分溶缝和溶洞被早期大陆成岩暴露环境中的渗流粉砂所充填,不整合面之下见溶蚀作用形成的示底构造;阴极发光和碳氧同位素同样表明不整合面之下曾经历过大气淡水的影响.本文研究成果可为研究区层序划分和储层成因机制的研究提供重要参考.期刊名称】《中国海上油气》年(卷),期】2017(029)002【总页数】7页(P46-52)【关键词】米桑油田群;中白垩统；Mishrif组;碳酸盐岩;岩溶特征;准同生期岩溶作用;作用模式;不整合【作者】陈培元;段晓梦;郭丽娜;倪军娥;王峙博【作者单位】中海油研究总院北京100028;中海油研究总院北京100028;中海油研究总院北京100028;中海油研究总院北京100028;中海油研究总院北京100028【正文语种】中文【中图分类】TE122.2+1;P618.130.2+1陈培元，段晓梦,郭丽娜，等•伊拉克米桑油田群中白垩统Mishrif组岩溶特征及作用模式J].中国海上油气，2017,29(2):46-52.CHENPeiyuan,DUANXiaomeng,GUOLina,etal.KarstcharacteristicsandkarstificationmodelintheMid-CretaceousMishrifFormationofMissanoilfields,Iraq［J］.ChinaOffshoreOilandGas,2017,29（2）:46-52.中东地区80%的油气产自碳酸盐岩储层［1-4］。中白垩统Mishrif组碳酸盐岩是中东地区包括伊拉克最重要的储层单元之一［5-8］。前人研究认为Mishrif组为前积向上变浅层序［9］，这种特征的地层内部出现侵蚀面应属正常，但无有效的证据去证实。笔者在对伊拉克东南部米桑油田群2口井岩心的观察中发现，在相对较为连续的Mishrif组厚层碳酸盐岩地层中存在大量反映岩溶作用的沉积现象；进一步根据研究区18口井的岩心常规物性分析化验数据，以及3口井的常规（铸体）薄片扫描电镜、阴极发光、碳氧同位素分析等，并结合成像测井及区域地层对比分析，证实了Mishrif组并非连续沉积。这些认识为研究区Mishrif组层序划分提供了依据，同时也为储层成因机制的研究奠定了基础。米桑油田群位于伊拉克东南部，毗邻伊朗边界，西北距巴格达约350km，在构造区划上位于波斯湾盆地北部美索不达米亚带与扎格罗斯山前坳陷带过渡区的中部（图1）。Mishrif组碳酸盐岩储层的形成与波斯湾盆地构造演化背景关系密切。受早阿尔卑斯运动的影响，美索不达米亚带在二叠纪末期发生沉降，随后经历了侏罗纪末期的隆升阶段、中白垩世阿普特期的地貌剥蚀夷平阶段、晚白垩世土伦期的构造活化阶段和古近纪渐新世—新近纪上新世的前陆盆地演化阶段，从而形成现今的构造形态［8］。美索不达米亚带在白垩纪的大部分时间内继承了侏罗纪的沉积格架，以浅海碳酸盐岩沉积为主［10-15］。Mishrif组发育于白垩纪稳定被动大陆边缘，其沉积演化主要受相对海平面升降和阿拉伯板块隆升控制，与下伏Rumaila组泥晶灰岩呈整合接触［16-18］，与上覆Khasib组呈平行不整合接触［10-11,15,19］。米桑油田群为NW—SE向的狭长背斜［8］，形成于新近纪扎格罗斯造山运动，工区总面积约560km2，包括3个在生产油田A、B和F，其中A和F油田跨越伊拉克伊朗边界（图1）。米桑油田群主要钻遇了古近系Asmari油藏和白垩系Mishrif油藏，其中Mishrif油藏岩性主要为灰岩，可分为3个油组和6个亚油组（图1）。岩溶是地表水和地下水对可溶性岩石改造而产生的地质现象［20-21］，是碳酸盐岩储层孔隙系统形成的重要成岩作用之一。根据岩溶作用发育时间可划分为准同生、埋藏和风化壳岩溶，其中准同生期岩溶发生在沉积同生期（或准同生期）的大气淡水环境中［22］，与三、四级相对海平面下降导致的沉积物短暂暴露和富含C02的大气淡水淋滤有关［23］。岩溶判别标志包括不整合面、与岩溶作用相伴生的孔洞系统以及内部充填物的特征。岩溶不整合面综合多种地质手段，发现米桑油田群中白垩统Mishrif组碳酸盐岩存在2个岩溶不整合面。成像测井显示，不整合面之上多呈亮白色，之下因孔隙发育颜色较暗（图2） 。岩心观察结果表明，岩溶不整合面两侧地层呈犬牙交错状接触，特征清晰（图3） 。不整合面上下岩性变化明显：下伏地层为生屑（厚壳蛤）灰岩、岩溶角砾岩，孔隙发育；上覆地层为泥质灰岩，岩石致密，基本不能构成有效的储集岩。溶缝、溶洞岩心观察发现，Mishrif组MB2及MC1顶部发育大量溶缝和溶洞等岩溶识别标志（图4）。其中,溶缝多为垂向岩溶形成的纵向溶缝、扩溶缝及垂直拉伸状的小型溶洞等，溶缝宽1~4cm,长3~20cm,多被泥、砂、方解石及其他来源的渗流物质充填，充填物形态多不规则，与围岩呈清晰的侵蚀接触，为垂直渗流岩溶带的产物；研究区主要发育中小型溶洞，多呈水平状，洞高2~20cm不等，溶洞充填物为粗晶或巨晶方解石及少量砂、泥,后被油气充注,以半充填或全充填为主,为水平潜流岩溶带产物。纵向上，Mishrif组溶缝及溶洞的分布特征具有明显的分带性，靠近岩溶不整合面溶缝密集,同时发育大型溶蚀孔洞,向下溶缝及溶洞减少,集中发育中小型溶蚀孔洞。2.3岩溶微观特征铸体薄片观察显示（图5），米桑油田群Mishrif组岩溶不整合面下伏地层发育生屑灰岩，溶蚀孔洞、铸模孔等十分发育（图5a）。碳酸盐岩中的粒内溶孔、铸模孔等组构选择性溶孔一般被视为同生或准同生岩溶作用的主要识别标志［23］。粒间溶孔粒内溶孔中发育渗流粉砂（图5b），充填于原生和次生孔洞中，属早期大陆成岩暴露环境中的渗流带产物［24］。在不整合面之下出现了示底构造的溶蚀现象（图5c）。分析认为，研究区海平面变化相对稳定，受滩体垂向叠置的影响，在滩体出露水体以后，水体自上向下流动，滩体顶部经历大气淡水溶蚀作用为主、胶结作用为辅的成岩作用，从而形成铸模孔、粒间溶孔，同时发育渗流砂充填的示底构造；而向下大气淡水溶蚀作用逐渐减弱，胶结充填作用变强，从而形成大量的胶结物，充填剩余的原生粒间孔隙或新形成的溶孔。阴极发光分析显示，不整合面附近碳酸盐岩储层中粒间胶结方解石多不发光，零星见晶体边缘发橘红色光（图5d），显示了溶蚀及胶结作用应发生于地表或近地表氧化大气条件下，具明显受淡水影响的特点，反映了准同生期岩溶的特征。2.4同位素特征米桑油田群Mishrif组顶部碳氧同位素分析表明（图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%。。同位素数据体现了大气淡水与海水的混合作用［25］。Veizer等［26］研究认为，Mishrif组沉积时期海水碳氧同位素分布范围为613C（0~3.5%°）,618O（-0.2%。~-4%。），研究区碳同位素值与同时期海水碳同位素组成接近，但氧同位素值明显偏负。分析认为，森诺曼阶—土伦阶气候总体上为温暖潮湿［8］，氧同位素的低值与极冰融化关系不大，极有可能是在沉积过程中，受海平面频繁升降变化的影响，遭受近地表的大气淡水改造或存在较短暂的暴露所致。伊拉克现今地质结构主要取决于2次大的构造运动，第1次是在前寒武纪，第2次是阿尔卑斯运动。阿尔卑斯运动的早、中期构造活动并不是很强烈，以早期构造的活化为主［19］。生屑滩的建造和主台地的浅水沉积环境与构造同生长作用有关的基底断层重新活动有关［27］，基底断块的活化作用，导致伊拉克地区的构造很不稳定，局部构造作用和海平面的升降影响了白垩系碳酸盐岩的沉积演化，同时也为Mishrif组内部发育岩溶提供了条件（图7）。层序地层及区域沉积研究表明，白垩纪伊拉克地区处于新特提斯洋的被动大陆边缘，为碳酸盐岩缓坡沉积环境［16］，该时期研究区Mishrif组整体上继承了Rumaila组沉积期的构造格局。Mishrif组沉积初期受大规模海侵作用的影响，沉积物主要以细粒泥晶（质）灰岩为主，MC2沉积中后期，受基底断块活化作用的影响，构造抬升导致海平面开始缓慢下降直至MC1沉积末期。MC1沉积时期，水体整体较浅，主要发育生屑滩（图7a），随着生屑滩垂向加积影响，逐渐出露于海平面之上，出露水体的滩体极易接受大气淡水的淋滤溶蚀（图7b）。进入MB2沉积期，受快速海侵的影响，底部沉积了一套中—薄层泥质灰岩，覆盖在不整合面之上，由于泥质含量高，岩石致密，成为MB2和MC1之间的有效隔挡层。随后海水逐渐变浅，为碳酸盐岩颗粒滩发育营造了良好的生长环境（图7c）。MB2沉积末期，局部构造作用、颗粒滩的生长和海平面的下降导致台地内部水体逐渐变浅，致使台地大规模暴露水体之上，接受大气淡水的溶蚀，从而发育大量具有原始结构并具组构选择性的粒内溶孔、溶缝以及溶洞（图7d）。MB1段在沉积早期发生短暂的海侵后随即进入快速海退阶段，直至Mishrif组沉积结束，研究区逐渐由开阔台地相过渡为局限台地相。Mishrif组沉积末期发生了一次大规模海平面下降事件［15］，标志着森诺曼—早土伦期海退沉积旋回的结束。1） 米桑油田群中白垩统Mishrif组内部存在2个由准同生期风化壳岩溶作用形成的不整合。不整合面上下岩性及沉积特征差异明显，之上为泥质灰岩，之下为生屑（厚壳蛤）灰岩。生屑灰岩中发育大量的溶缝和溶洞，其中一部分被早期大陆成岩暴露环境中渗流带的产物所充填；不整面之下发育反映溶蚀作用的示底构造；不整合面附近生屑灰岩阴极发光呈不发光，零星见晶体边缘发橘红色光，为受大气淡水影响的特征；碳氧同位素同样表明不整合面之下曾经历大气淡水的影响。2） 局部构造作用和海平面的升降为米桑油田群Mishrif组内部发育岩溶提供了条件。米桑油田群Mishrif组岩溶作用模式为：沉积初期，受大规模海侵作用的影响，沉积物主要以细粒泥晶（质）灰岩为主；沉积中后期，受局部构造作用、颗粒滩的垂向生长和海平面下降的共同影响，导致台地暴露于水体之上，接受大气淡水的溶蚀，进而形成岩溶不整合面。【相关文献】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.陈景山，李忠，王振宇，等•塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩古岩溶作用与储层分布[J].沉积学报,2008,25(6):858-868.CHENJingshan,LIZhong,WANGZhenyu,etal.Paleokarstificati