墨西哥 Ébano-Pánuco-Cacalilao区块白垩系地层沉积相研究

王 伟,张 欣,崔晓朵

(中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院,山东 东营 257015)

0 引言

Ébano-Pánuco-Cacalilao区块(简称 EP C,下同)(图1)位于墨西哥合众国的东部,紧邻墨西哥湾,处于 Tamaulipas州、Veracruz州和Sanluis Potosi州的交界处,距 Tampico市约20 km,Panuco河流经该区。EPC勘探面积5 095 km2,主体位于 Tampico盆地的海岸平原地带地表平均海拔26 m。本区是墨西哥最早的石油产区,产层主要为上白垩统 Ksf和 Kan发育自然裂缝的碳酸盐岩储层。埋深400～750 m最高年产原油32 000余桶,现在已下降到年产不足6 000桶左右。通过对区域地层的岩石物性和特征进行详细研究,查清区域沉积模式,从而预测有利储层发育带,以期为后续的勘探挖潜工作提供指导和借鉴。

1 区域地质概况

EPC油田钻井揭示本区以前寒武系-古生, ,界为基底,上有三叠系、侏罗系和白垩系。墨西哥于北美克拉通的南部,元古宇是最古老的岩石,为格林维尔造山期的麻粒岩相岩石[1-3]；由于构造抬升作用,本区中部背斜轴部出露基底火成岩和变质岩系,主要为红灰色角砾状花岗岩和浅灰色变质岩。三叠系Huizachal组地层在本区仅局部出露,岩性主要为中浅灰色中粗粒砂岩、粉砂岩和灰质页岩。侏罗系下部为陆相碎屑岩沉积,为深灰色含砂页岩夹深灰色灰质砂岩或灰棕色水平纹层灰质页岩,富含有机质,是本区主要的烃源岩[3-7]；上部为海相碳酸盐岩。白垩纪早期仍为海相沉积的灰泥岩、页岩、粒泥岩、泥粒岩、白垩岩和黏土质灰泥岩,其中含有火山灰物质。

图1 EPC区域位置图Fig.1 Regional position ofÉbano-Pánuco-Cacalilao area

白垩系地层总体倾向为SE,中部发育近SN向鼻状构造,局部形成背斜,其长轴一般呈NE向延伸。断层的展布与基底基本一致。在基底中发育的深大断裂大多断至白垩系,但断距明显减小,并且形成更多的伴生或补偿性断层,在剖面图上呈树枝状,断层的走向大都近SN向。

2 岩石学特征

从结构角度看,碳酸盐岩主要由颗粒、泥、胶结物、晶粒、生物格架5种结构组分构成[8-11]。其中颗粒是指在沉积盆地内由化学、生物化学、生物作用及波浪、岸流、潮汐作用形成的碳酸盐颗粒,它在盆内就地沉积或经短距离搬运再沉积而成。碳酸盐岩中的泥是指泥晶基质,充填在颗粒之间,与颗粒同时经机械沉积作用形成的,一般表现为粒度小于0.03 mm的方解石晶体。

本次研究主要采用Dunham(1962)的碳酸盐岩分类方法[8-9],结合区域沉积特征来确定沉积相类型。从岩心观察,主要发育灰泥灰岩和颗粒灰岩,富含各种沉积构造和生物化石。Ksf组主要为灰绿色含内碎屑灰质泥岩和浅灰色灰泥灰岩,岩心上见丰富的虫孔、遗迹化石、内碎屑等。同时也见到各种沉积冲刷构造、浊积岩、纹层等,显示不同的沉积部位,总体来说发育开阔台地、局限台地和台前斜坡沉积,以开阔台地沉积为主(图2A,图2B,图2C)。Kan组主要为浅灰色灰泥岩,局部颜色较深,岩心上多见丰富的内碎屑、虫孔和遗迹化石,以水平纹层为主,表现为开阔台地沉积和台前斜坡沉积；裂缝较为发育,局部含油(图2D,图2E,图2F)。Kts组主要为棕黄色-灰色灰泥灰岩,见缝合线、虫孔和高角度裂缝,见燧石层段,为开阔台地-局限台地沉积(图2G,图2H,图2I)。Kti组为灰色含油灰泥灰岩,富含虫孔、微化石,发育局限台地和台前生物礁相沉积(图2H—图2L)。

图2 部分岩心照片Fig.2 Core photoA.Cacalilao-274D,Ksf,448.7m,开阔台地沉积B.Cacalilao-3103,

从薄片资料分析,白垩系 Ksf,Kan,Kts和 Kti等4个层位的碳酸盐矿物主要是方解石,岩性以灰岩为主,其次是白云石。白云石化作用普遍,个别样品见菱铁矿。黏土矿物主要是伊蒙混层、伊利石、高岭石和绿泥石。附属矿物主要为石英、长石、片钠铝石及黄铁矿。各层组的动物化石非常丰富,包含有孔虫、介形虫、薄壳类软体动物或薄壳类瓣腮动物化石,此外还见到火山灰碎屑、火山玻璃、黏土内碎屑、石英、长石、云母、片钠铝石、燧石、干酪根及植物碎片。火山灰碎屑大多重结晶,转化为片钠铝石、黏土、硅质、长石、菱铁矿、燧石结核等。胶结物主要包括生物壳内方解石、壳内和内碎屑内的微晶硅质胶结、基质(有孔虫体腔和壳内黄铁矿)胶结和白云石、片钠铝石、硅质、黏土、燧石胶结、硅化的火山玻璃、方解石、菱铁矿胶结(图3)。主要的成岩作用包括重结晶作用(火山灰的重结晶、火山灰硅化和基质重结晶作用)和交代作用(方解石白云石化、植物碎屑的黄铁矿化以及硅质、磷酸盐交代方解石作用),此外也见到部分溶解作用,产生了溶蚀孔和铸模孔(图3)。

总体来看,由于EPC区域白垩系地层沉积厚度较薄(＜1 500 m)、埋深较浅(＜2 500 m),成岩为早-中期阶段[3-7]。在同生期成岩阶段,碳酸盐岩是处于边沉积、边成岩的过程中,发生了泥晶化、胶结、同生溶蚀、白云岩化、重结晶等成岩作用,初期形成的岩石有较大的孔隙空间,主要孔隙类型有粒间孔、晶间孔、早期溶孔等。成岩早期,埋深逐渐加大,由于上覆载荷作用导致强烈的压实压溶作用、早期胶结充填作用以及白云岩化作用等,岩石中的原生孔隙基本消失,孔隙度急剧降低。随着第三纪区域火山活动的影响,地壳急剧升降,在碳酸盐岩内形成了规模不等的裂缝系统,极大地改善了碳酸盐岩的储集条件,使侏罗系中的烃有条件运移到白垩系碳酸盐岩储层中,形成油气藏。

图3 取自岩石薄片的成岩作用显微照片Fig.3 M icroscopic photo of thin section show ing diagenesis

3 沉积相特征

区内的白垩系地层为连续沉积,发育在侏罗系末期的海侵沉积之上,底部是很易识别的层序界面。下白垩统Kti沉积期为一次较大的海泛过程,不同区域受古地形控制沉积厚度差异较大,其中东北部为古地形的低洼处,沉积厚度较大,西部沉积厚度较为均匀,反映当时的地貌高差不大；其上部的 Kto组同样为较大范围的海泛过程,但是沉积厚度相对较小,区域上分布稳定,可以作为区域的层序界面。中上白垩统沉积时地壳运动相对稳定,局部受到断层影响,造成地层沉积厚度稍有差异,大部为稳定的沉积。Kts和Kan的顶部从测井和地震资料分析特征清楚,也可以作为区域的层序界面。Ksf的地震剖面上成像较差,一般表现为连续性差的弱反射或空白,仅个别的地震剖面可以看到较连续的反射同相轴,Km由于遭受剥蚀在部分地区埋深较浅或者被剥蚀掉,不易识别。因此结合钻井取心,确定了区域上的3个层序界面,将白垩系地层划分为4个准层序组(Kti,Kts,Kan和 Ksf)。

从岩心和区域地质资料来看,区域上主要发育台地相(局限台地、开阔台地沉积)和台缘相(台地边缘浅滩、生物礁相和台前斜坡沉积)等沉积相区(相 带)(表1,图4)。

表1 区域沉积相岩性和沉积构造特征Table 1 Characteristics of regional sedimentary facies and sedimentary structure

图4 早白垩世(a)和晚白垩世(b)区域沉积相图Fig.4 Regional sedimentary faciesmap of Early Cretaceous(a)and Late Cretaceous periods(b)

局限台地沉积主要为灰泥岩、粒泥灰岩和白云岩,少量泥粒灰岩夹砾砂屑颗粒灰岩。生物化石少,以广盐度的蓝绿藻和介形虫为主,代表着较闭塞的低能环境。

开阔台地沉积体系海域广阔,海水循环较好,盐度基本正常,沉积物从粒屑到灰泥都有。包括泥晶粒屑灰岩、亮晶粒屑灰岩和粒屑泥晶灰岩、泥晶灰岩等,生物以腕足类为主,其次为蓝绿藻、棘皮、介形虫、苔藓虫等。

台地边缘浅滩沉积由颗粒岩和生物岩类组成,生物种类多,主要是广盐度的蓝绿藻、棘皮、腕足、三叶虫、苔藓虫、层孔虫等。主要的亚相包括台缘滩、台缘礁。

台前斜坡沉积为碳酸盐碎屑流-浊流成因的灰色薄-中层细砾灰岩、砂屑灰岩、呈夹层状或互层状产于较深水静水斜坡沉积的灰-深灰色薄-中层状泥质灰岩、泥晶灰岩、灰质泥岩,主要的沉积构造为滑塌和冲刷构造。

图5 EPC地区碳酸盐岩沉积发育模式图Fig.5 Sedimentary model of carbonate rock in EPC area

4 区域沉积模式

白垩系地层是在墨西哥湾扩张时期东部的海侵背景上发育的坳拉槽沉积,这次海侵形成了厚层的石灰岩沉积,该石灰岩沉积发育在一套间歇沉陷和出露的克拉通系列以及海相高点之中(图5)。

在Kti期,EPC区大部分为各种沉积类型的石灰岩类,东部地区沉积了厚层的黏土质石灰岩,形成了开阔海相沉积。中西部的大部分地区沉积了一套台地环境的石灰岩,在 Montecillos-1的西北部和Carbonar-1—Sinclair-313地区形成了礁石相轮廓(图4)。

本区西北部为隆起的陆台,受断层作用影响发育了陆相碎屑物沉积,该碎屑流可能是由于周围活动地带的陆地抬升或者海面升降造成的。

Kto沉积期发生了一次重要的海侵,完全覆盖了曾经活跃的地带,在全区形成了厚层的灰质泥岩沉积。虽然Kto被看作一个与Kti沉积同级别的沉积层,但其厚度相对较小,只有50 m左右,且基本全为泥质沉积,可以做为区域的盖层。同时从区域层序地层上看,Kto也可以作为最大的海泛面,相当于密集段沉积,可以作为一个层序界面。

从地震剖面和构造上看,结合连井剖面,在MON TE-200的西部和 Tepanchao-1114的西北部发育了2个台内洼地,形成了一套浅海相和蒸发岩相沉积。

在晚白垩世初期,西部地区受构造运动影响发生抬升和变形,整个区域发育了来自墨西哥西部的陆源沉积。该时期开始经历了挤压作用,后期遭受抬升。随着第三纪火山作用和海面逐渐向东退却,碎屑岩沉积的海岸和三角洲随之形成,白垩系沉积结束。

5 结论

白垩系储层岩性主要为浅灰色灰泥岩,岩心上多见丰富的内碎屑、虫孔和遗迹化石和微化石。碳酸盐矿物主要为方解石,岩性以灰岩为主,其次是白云岩。黏土矿物主要为伊蒙混层、伊利石、高岭石和绿泥石。

由于 EPC区域白垩系地层沉积厚度较薄(＜1 500 m)、埋深较浅(＜2 500 m),成岩为早-中阶段。本区主要的成岩作用包括重结晶、交代和溶解等。残余原生孔隙和裂缝是其主要的储集空间。

区域上主要发育台地相(局限台地、开阔台地沉积)和台缘相(台地边缘浅滩、生物礁相和台前斜坡沉积),以台地相沉积为主。台缘和台内的高能相带、有效的成岩改造带、高裂缝发育强度带应该是比较有利的油气富集区域。

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