塔中地区下奥陶统层间不整合岩溶发育特征及其控制因素

陈贞万 王振宇 张云峰 孙崇浩

（1.西南石油大学，成都 610500；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，库尔勒 841000）

塔中地区下奥陶统层间不整合岩溶发育特征及其控制因素

陈贞万1王振宇1张云峰1孙崇浩2

（1.西南石油大学，成都 610500；2.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，库尔勒 841000）

塔中地区下奥陶统鹰山组见发育程度不等的多种岩溶现象，存在规模不同、形态各异的岩溶缝洞系统。一个发育完整的层间不整合岩溶通常由表层岩溶带、垂向渗滤岩溶带、径流岩溶带和潜流岩溶带构成。岩溶带发育程度与深度因受到地区、岩性、构造部位、古地貌位置、古水文条件、暴露时长等因素影响而差异较大。

层间不整合；岩溶特征；岩溶带；下奥陶统鹰山组；塔中地区

晚奥陶世沉积末期，塔中地区下奥陶统鹰山组地层受构造与海平面变化等诸多因素影响，发育形成顶部的层间不整合岩溶系统。通过岩心宏微观分析，结合测井响应特征和地震反射特征，塔中地区下奥陶统鹰山组多发育形态各异的溶蚀孔洞及大型缝洞体，具备形成优质储集层的条件；但其孔洞充填程度、充填物不一，储层物性差异很大，垂向上岩溶系统也具有明显的分带性。因此，研究鹰山组层间不整合岩溶特征及控制因素对于寻找有利储层及勘探开发部署具有重要的指导意义［1-2］。

1 区域地质背景

塔里木盆地是受塔里木板块构造活动控制、长期发育的大型叠合复合盆地。此盆地分为“三隆四坳”共7个基本构造单元，即塔北隆起、中央隆起、塔南隆起、库车坳陷、北部坳陷、西南坳陷和东南坳陷。塔中地区在区域构造位置上属于中央隆起中段的塔中低凸起，塔中低凸起形成于早加里东期，定型于晚海西期，后期的构造运动对塔中低凸起影响较小［3］。

塔中下奥陶统鹰山组分为鹰一段—鹰四段共4个岩性段，与上覆的良里塔格组为不整合接触，因遭受构造抬升的剥蚀作用，大部分地区缺失了鹰一段和鹰二段。下奥陶统鹰山组长期暴露，塔里木板块向北漂移至赤道附近，处于热带地区、气候温暖潮湿，从而发育了层间不整合岩溶［4］。

2 层间不整合岩溶标志识别

2.1 岩心、薄片观察

观察研究区鹰山组岩心和薄片，发现其普遍发育溶蚀孔洞，泥质或方解石半-全充填，如中古171井第三筒心，大型溶蚀洞穴发育，被灰绿色泥质、角砾全充填，角砾大小不一，杂乱排列，岩心总体上破碎严重。薄片观察显示发育有大量组构选择性溶蚀孔洞，如铸模孔、粒内溶孔，也见少量溶蚀缝，多为半-未充填。岩心和薄片的孔洞特征及充填物性质表明塔中地区下奥陶统鹰山组遭受了强烈的层间不整合溶蚀［5］。

2.2 钻井显示

钻遇鹰山组顶部时常出现钻速加快、钻具放空及大量泥浆漏失，是钻遇缝洞体的直接标志，如中古17井，该井鹰山组顶深为6 700m，钻至距鹰山组顶部195m时泥浆漏失30.54 m3。

2.3 测井响应特征

当溶蚀孔洞发育且未充填时，自然伽玛一般较低，而在砂泥质充填的洞穴中则会很高，深浅双侧向电阻率值明显降低，呈锯齿状，未充填时表现出非常明显的正差异，声波测井值明显增加，未充填的缝洞出现周波跳跃。

泥质充填或未充填的溶蚀孔洞在FMI成像测井反映为斑块颜色较深、背景基质颜色相对较浅的暗斑状，而方解石充填则表现为亮斑状(如图1所示)。

2.4 地震反射特征

由于缝洞系统发育的非均质性强，通过缝洞系统以后的地震波，实际上是缝洞系统内部不规则反射、散射和绕射相互干涉叠加的结果。由于地震波具有干涉叠加效应，所以在地震剖面上，缝洞系统常表现为相干性差、反射杂乱、同相轴时强时弱、断续出现或存在复合波等异常特征［6］(如图 2所示)。

图1 溶蚀缝洞FMI成像测井表现为暗斑状

图2 缝洞体在地震剖面表现为强串珠反射

3 层间不整合岩溶垂向分带发育特征

层间不整合岩溶作用按垂向发育特征可分为表层岩溶带、垂向渗滤岩溶带、径流岩溶带和潜流岩溶带。下面以中古111井为例，描述层间不整合岩溶作用垂向各带发育特征［7］（图 3）。

图3 中古111井下奥陶统鹰山组层间不整合岩溶垂向分带特征

（1）表层岩溶带。位于风化壳表层上部，一般位于侵蚀面或不整合面附近，厚度0~60 m。岩溶作用主要是地表附近大气淡水作用下的风化剥蚀作用；岩溶方式以大气淡水的地表径流为主；岩溶产物主要为大气淡水产生的地表径流冲刷、溶蚀过程中形成的一些溶沟、溶洞、溶缝、溶蚀洼地、溶蚀漏斗及落水洞等。中古111井表层岩溶带发育在6 075～6 096m井段，厚21m。成像测井图像可见该带发育落水洞和高角度溶缝，部分被角砾充填。

（2）垂向渗滤岩溶带。该带位于侵蚀面之下的地下水渗流带，垂向渗滤岩溶带发育于风化壳表层以下，最高潜水面之上。地下水主要沿着岩层中的裂缝向下渗流，以垂向岩溶为主，主要为高角度的溶蚀裂缝，在一定条件下可以形成较大规模的溶洞。中古111井垂向渗滤岩溶带6 096～6 123m井段，厚27m。成像测井图像可见该带发育高角度溶缝和溶蚀加宽缝，竖直状、水滴状溶蚀孔洞，部分被角砾、泥质等物质充填。

（3）径流岩溶带。该带位于垂直渗滤岩溶带下部的地下水潜流带，径流岩溶带的上限是枯水期的最低潜水面。其最明显的岩溶特征是出现大型的水平溶洞，地下暗河及其溶蚀孔、洞、缝发育段。中古111井径流岩溶带分布于6 123～6 233m，厚110m。成像测井图像可见该井大部分孔洞呈水平拉长状，并呈顺层状分布，以中小型溶蚀孔洞为主，孔洞多数未充填或半充填，充填物主要是方解石，泥砂质充填物较少。

（4）潜流岩溶带。该带位于径流岩溶带下，最大底界深度是岩溶作用的下限，一般可达侵蚀面下300 m左右。该带仅见一些小型水的溶孔和零星溶缝，与普通未发生岩溶作用的层段差别不大，胶结作用在该带较明显。该岩溶带内的地下水运动与交替极为缓慢，因此岩溶作用比较微弱，主要以溶孔、溶缝的零散发育为特征，且多为粒状方解石、黏土矿物、粉砂等充填或半充填。中古111井潜流岩溶带分布于6 233～6 258m，厚15m，该带仅可见少量溶蚀孔洞，岩溶作用微弱。

4 层间不整合岩溶发育的受控因素

4.1 古构造控制的抬升

古构造控制的抬升使地层被剥蚀。晚奥陶世土木休克组沉积末期，塔中地区遭受构造抬升，土木休克组、一间房组以及大部分区域的鹰一、鹰二段地层被剥蚀，此次暴露剥蚀作用强烈。此外，在鹰山组顶部暴露时期，塔里木板块向北漂移至赤道附近，沉积物与古生物组合反映出塔里木板块处于热带地区、气候温暖潮湿，有利于岩溶作用。

4.2 岩溶水的运动形式

大气成岩环境主要由三个水文地质域构成：渗流带、潜流带、混合带。潜水面构成了渗流带和潜流带之间的界限，在潜水面之下的潜流带，孔隙内充满水，潜流带含水层通常是开放的体系，通过潜水面和地表之间的渗流带向大气层开放。渗流带的孔隙中同时充满了气体和水。渗流带上部直接与地表接触，下部与潜水面接触，岩溶水主要沿裂缝、断裂、节理等通道以自由流的形式快速运移至潜水面。潜流带水体一般以扩散流的方式运移，当有断裂、节理存在时，也能以自由流的方式运移。当岩溶系统发育到一定程度，出现地下暗河时，潜流带岩溶水也能以自由流的方式流动［8］。

4.3 海平面和潜水面的变化

海平面和潜水面的变化对岩溶总体形态和系统产生影响。岩溶带的发育位置取决于海平面与潜水面的相对停滞时期，海平面发生短暂停滞时，自上而下发育一套岩溶系统。当海平面再次上升并停滞时，新的岩溶系统在前期的基础上叠加发育（图4）。研究区良里塔格组沉积早期，海平面逐渐上升。当海平面发生相对停滞时，产生新一期的层间岩溶系统，在前期渗流带的基础上形成新一期的径流岩溶带，直至被良里塔格组地层完全超覆。因此，鹰山组古地貌高点发生多期层间岩溶系统，产生多个径流岩溶亚带。

图4 海平面变化引起的岩溶带变化

5 结 论

塔中地区鹰山组顶部的层间不整合岩溶形成于晚奥陶世土木休克组末期至良里塔格组沉积早期的海平面的相对稳定时期。通过岩心缝洞观察、测井曲线、FMI成像测井及地震剖面等识别特征分析，一个发育完整的层间不整合岩溶由表层岩溶带、垂向渗滤岩溶带、径流岩溶带和潜流岩溶带构成。

鹰山组顶部岩溶体系的发育期次和分布，受良四段—良五段沉积期间的海平面变化和动态的岩溶残余古地貌控制，在识别及预测过程中应注重综合应用多手段、多学科进行综合研究。从控制层间不整合岩溶发育的因素出发，充分利用岩心、钻井、测井、地震等识别标志资料才能对岩溶带分布及有利的勘探区块进行更精确的预测。

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Abstract：Various karst phenomenon developed in Lower Ordovician Yingshan Formation of Tazhong area,appears in different scale,different forms of karst fracture cave system.A completely developed the layer unconformity karst can be divided into superfacial karst zone,vertical percolation dissolvedzone,radial flow dissolved zone and groundwater flow zone.Karst development degree and depth vary with the change of region,lithology,tectonics,landform position,ancient hydrological conditions and duration of exposure and other factors.

Key words：layer unconformity Karst；characteristic of Karst division；karst division area Lower Ordovician Yingshan formation；TaZhong area

The Developed Characteristics and Controlling Factors of the Layer Unconformity Karst in the Lower Ordovician of TaZhong Area

CHEN Zhenwan1WANG Zhenyu1ZHANG Yunfeng1SUN Chonghao2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500；2.Exploration and Development Research Institute of Petrochina Tarim Oilfield Company，Korla 841000)

TE122

A

1673-1980（2012）02-0028-04

2011-10-13

国家科技重大专项(2008ZX05004--004)；四川省重点学科建没项目(SZD0414)

陈贞万(1987-)，男，山东临沂人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为矿产普查与勘探。