伊拉克南部白垩系Mishrif组碳酸盐缓坡潮道沉积特征

毛先宇，宋本彪，韩如冰，田昌炳，李保柱,宋海强

(1.中国石油 勘探开发研究院，北京 100083;2.陕西延长石油国际勘探开发工程公司，陕西 西安 710075)

中东地区有着丰富的油气资源，石油产量占全球总产量35%[1]，其中碳酸盐岩油藏贡献率达到80%[2]。伊拉克南部白垩系Mishrif组是最主要的碳酸盐岩产层(图1)，其储量达到伊拉克总储量的30%，具有物性好、储量大、产量高的特点[3-4]，但同时也具有极强的非均质性。其中一个重要的特征表现在优质储层不仅分布在水动力作用强的厚壳蛤滩相地层中，而且在相对局限静水环境沉积的泥晶灰岩或粒泥灰岩围岩中也较常出现大段物性好(孔隙度>20%，渗透率>100×10-3μm2)泥粒灰岩或颗粒灰岩沉积(图2)，此前通常解释为浅水滩相沉积，但其横向变化较大，间距为1km的邻井岩相发育特征有时差别巨大，且其生屑颗粒具有很好的分选磨圆。本文重点对相对局限的低能环境下沉积的条带状粗碎屑颗粒沉积特征进行了系统的分析，并将其与浅水高能的颗粒滩相储层进行对比，明确了这两类优质储层属于完全不同的成因类型，且具有各自独特的分布规律和生产特征。

本次研究主要涉及伊拉克南部R油田与W油田，二者同属一个背斜构造，地理位置接壤，地质条件相似(图1)。

图1 伊拉克区域地质与油田构造(据Aqrawi2010[3])Fig.1 Regional geology and oilfield structures in Iraq(according to Aqrawi 2010[3]) a.伊拉克油气田分布;b.研究区构造与井位分布

1 沉积模式探讨

根据台地的坡度以及是否发育坡折带可将碳酸盐岩台地相模式主要分为两套系统，一套体系是Wilson(1975)[5]提出的标准相模式，按照沉积环境的潮汐、波浪、氧化界面、盐度、水深及水循环等因素的控制，将碳酸盐岩分为3个沉积区，9个相带(FZ)，24个标准微相类型(SMF)，随后Schlager[6](2002)与Flügel[6](2004)对标准相模式进行局部修订；另一套系统是Read(1982，1985)[6]提出的碳酸盐缓坡相模式，分为单斜缓坡与远端变陡缓坡，随后Burchette和Wright(1992)[7]对单斜缓坡模式进行了详细表述，风暴浪基面，以风暴、波浪以及潮汐流对沉积物影响为基础，利用晴天浪基面、划分出内缓坡、中缓坡以及外缓坡亚相，Flügel(2010)[8]根据颗粒类型、生物群或沉积结构等特征将缓坡模式细化为30类缓坡微相(RMF)。两套系统虽然在台地的坡度大小以及是否发育坡折带等方面有明显的区别和侧重点，但由于古环境坡度不易确定以及局部存在坡度差异情况等原因，两套系统有时较为混淆。

在描述Mishrif组碳酸盐岩台地沉积模式时也出现了两套系统同时应用的情况(表1)。部分研究者依据Wilson(1975)标准相模式或Flügel(2004)修订模式对Mishrif组来进行沉积模式分析：Jordan(1985)和Alsharhan(1988，1993)[9-11]通过对阿拉伯湾南部油田研究认为Mishrif组沉积时坡度非常低，有着近似缓坡的台地边缘，遵循模式从深向浅分为台地边缘斜坡、厚壳蛤礁及礁缘、礁后(包含潟湖和浅礁)，其中在滩后环境内，将静水局限环境中出现平板状、砂级或粉砂级生物碎屑颗粒现象归因于生物侵蚀引起的快速分解作用；Aqrawi(1998，2010)[12-13]通过对伊拉克中、南部油田的研究认为Mishrif组是缓坡背景下划分为浅海内陆架、深海外陆架，内陆架细分为厚壳蛤礁前斜坡、厚壳蛤礁、浅滩、泻湖、潮下或潮间带；Mahadi(2013，2014)[14-15]继承了前人的研究思路，在此基础上结合晴天浪基面(FFWB)与风暴浪基面(SWB)进行亚相划分，并用浅水开阔海概念代替厚壳蛤礁前斜坡，这样的划分更加体现沉积环境为缓坡特征和形态；王君(2016)、姚子修(2018)、刘航宇(2019)[16-18]将Mishrif组划分为斜坡、台缘边缘、开阔台地、局限台地等，并认为开阔台地或局限台地内的优质储层主要是台内滩的沉积，这样的划分方式更有利于解释局限环境中相变较快的高能沉积体特征。以上沉积模式研究都是依据Wilson相模式，它们具有一个共同点就是将以细粒沉积为主潟湖相内粗粒的、具有较好分选磨圆的优质储层普遍认为是浅滩相沉积。伏美燕(2016)[19]依据Flügel(2004)标准微相对岩相进行精细划分，分为厚壳蛤滩、潮下浅滩、深水潮下以及潮汐砂坝，通过潮汐概念的引入解释了发育的含泥晶包壳的磨圆较好的生屑灰岩、双向交错层理以及波浪改造、机械搬运等一系列沉积特征，但该岩相的分布依然以呈片状或斑点状的滩体思路分析。

表1 伊拉克南部白垩系Mishrif组沉积模式概览Table 1 Sedimentary models of the Cretaceous Mishrif Formation in southern Iraq

另部分研究者以Burchette和Wright(1992，1993)[7,20]提出的缓坡相模式为基础来解释Mishrif组：以Buchem(2002)[21]为例，他利用阿曼北部相距较近的岩心、露头资料分析将与Mishrif组具有相同沉积背景的Naith组划分为内盆地、外缓坡、中缓坡以及内缓坡亚相，各沉积亚相横向上延展范围大，但纵向上过渡具有突变的特征，这充分体现缓坡特性与分布特点，其中内缓坡为最高能相带，古水深估计在浅潮下与潮间带之间，约0～5 m，且在台地顶部环境还发育多层的下切谷，内部发现大量交错层理并包含更多外部的生物群，有力证实了下切谷存在和潮汐相关的沉积[21]。无论是何种沉积模式，大部分研究者认为厚壳蛤滩后的相对局限环境内的粗粒沉积主因归纳为生物碎屑浅滩沉积，有些研究者也与潮汐作用进行关联，但认为是受潮汐作用浅滩沉积。笔者通过对岩心、铸体薄片、测井资料以及产业剖面动态资料综合分析，认为这种潟湖环境中大量发育的、横向变化大、具有较好分选磨圆颗粒相沉积归因于潮汐水道沉积。下文对其进行详细分析。

2 沉积特征与模式确定

2.1 沉积特征

伊拉克南部Mishrif组是白垩纪Cenomanian期—早Turonian期在美索不达米亚盆地沉积的一套巨厚碳酸盐岩，其下与Rumaila组泥灰岩整合接触，其上与Khasib组泥灰岩不整合接触，作为其直接盖层。Mishrif组沉积时受东部Amara古高的控制，所处Najaf内盆地呈现东高西低特征，沉积中心位于西南方向。早期Mishrif组沉积主要集中在东部浅水环境中，向西逐渐过渡为深水Rumaila组，后期由于整体相对海平面下降与东部古高持续性的抬升，伊拉克南部整体接受浅水沉积，所以Mishirif组整体呈现东厚西薄的特征，地层厚度为100～350 m。其内部结构复杂，非均质性强且严重的穿时[3]。研究区Mishrif组纵向上可以分为MB(MB3，MB2，MB1)和MA(MA2,MA1)两个段,其中MB段物性整体较好，是本次研究重点(图2)。

图2 伊拉克南部R4井Mishrif组地层综合柱状图Fig.2 Stratigraphic column of the Mishrif Formation in Well R4 in southern Iraq

Mishrif组岩石组分主要为生物碎屑，包括厚壳蛤、双壳类、棘皮类、底栖有孔虫类等[22]。地层埋深一般2 000～3 000 m，埋藏成岩作用改造较弱，因此运用Dunham(1962)[23]岩石分类方案最为合适，在此分类方案的基础上，通过对岩石结构、构造特征以及古生物类别的分析，将伊拉克南部Mishrif岩相主要分为以下7类。岩相A:含泥质条带的泥晶灰岩；岩相B:偶含硅质结核的以棘皮类碎屑、球粒为主的粒泥灰岩；岩相C:钙白色以底栖有孔虫类生屑为主的粒泥灰岩；岩相D:富含厚壳蛤/双壳类/棘皮类生屑泥粒灰岩或颗粒灰岩；岩相E:黄灰相间以底栖有孔虫类生屑为主粒泥灰岩；岩相F:富含厚壳蛤生屑颗粒灰岩或砾屑灰岩；岩相G:发育层理的富含棘皮类、底栖有孔虫类生屑泥粒灰岩(图3，图4)。

图3 伊拉克南部Mishrif组岩相图版Fig.3 Lithofacies images of the Mishrif Formation in southern Iraqa.R1井,岩心,埋深2 406.55～2 406.75 m，含泥质条带的泥晶灰岩，岩石呈灰白色，可见大量的黑色、束状泥质条带，岩石以泥晶基质为主，可见底栖有孔虫、浮游有孔虫，偶见白云岩化作用，孔隙不发育(a1,a2为铸体薄片，埋深2 406.69 m);b.R2井，岩心,埋深2 441.75～2 441.95 m，铸体薄片。2 441.90 m偶含硅质结核的以棘皮、有孔虫为主的粒泥灰岩；岩石呈棕色，局部发育溶蚀孔，垂直溶蚀缝以及缝合线构造，偶见结核，结核颜色随着有机质含量降低可为灰白色，可见轻微泥质条带；生物碎屑以棘皮类、底栖有孔虫类为主，偶见双壳类，非骨架碎屑以球粒为主，局部发生白云岩化作用，胶结中等，发育铸模孔、粒间溶孔；c.R2井，岩心，埋深2 390～2 390.2 m，铸体薄片2 390.05 m，Φ为18.5%，K为4.1×10-3 μm2，钙白色以底栖有孔虫类生屑为主的粒泥灰岩，岩石整体呈钙白色，胶结作用强，可见黑色泥质条带以及缝合线构造，局部发生白云岩化作用；岩石碎屑主要为底栖有孔虫，以蜂巢虫、栗孔虫为代表，还包含大量自形或半自形细晶白云岩颗粒，发育残余铸模孔；d.R2井，岩心，埋深2 438.78～2 438.98 m，铸体薄片；2 438.95 m，Φ为28.2%；K为59×10-3 μm2。富含厚壳蛤/双壳类/棘皮类生屑泥粒灰岩或颗粒灰岩；岩石呈棕色，无明显层理，肉眼可见细小白色介壳；可见大量棘皮类、底栖有孔虫类、双壳类生物碎屑，棘皮类碎屑发育共轴次生加大胶结物，发育较大规模的铸模孔以及粒间溶孔；e.R2井，岩心，埋深2 413.85～2 414.05 m，铸体薄片；2 413.95 m，Φ为15.1%；K为3.3×10-3 μm2。黄灰相间以底栖有孔虫类生屑为主粒泥灰岩；岩石呈深黄色与灰白色相间的斑块状，这是由于灰白色沉积的胶结作用强，物性差，保含油气性差，而深黄色沉积物具有一定的孔渗性而被油气沾染，可见由于被粘土或有机质充填呈深灰色马尾状的束状缝，溶蚀洞、缝较为发育；生物以底栖有孔虫为主，可见细小双壳类碎屑，白云岩较为发育，呈自形或半自形细晶形态，孔隙以铸模孔为主，较岩相C更为发育；f.R3井，岩心，埋深2 320.87～2 321.07 m，铸体薄片，2 321.04 m，Φ为24.9%，K为111×10-3 μm2。以厚壳蛤生屑为主颗粒灰岩或砾屑灰岩，岩石溶蚀孔洞十分发育，肉眼可见大量厘米级白色贝壳状的厚壳蛤；岩石组分主要为厘米级厚壳蛤碎屑，颗粒分选、磨圆差，无规律堆积，极少见白云岩化作用，孔隙发育，主要为粒间溶孔和铸模孔

图4 伊拉克南部Mishrif组潮道岩相图版(R4井)Fig.4 Images showing the tidal channel lithofacies in the Mishrif Formation,southern Iraq(Well R4)a.岩心,埋深2 274.05～2 281.95 m；b.铸体薄片,埋深2 274.15 m；c.铸体薄片，埋深2 281.63 m；d.铸体薄片，埋深2 285.96 m；e.铸体薄片，埋深2 280.67 m。发育层理的富含棘皮类、底栖有孔虫类生屑泥粒灰岩：岩石呈黄灰色，具有较强的颗粒感，但肉眼可见的生屑颗粒少；成层性好，发育明显层理构造，可见水平状的泥质纹层；岩石组分包括棘皮、有孔虫以及双壳类碎屑，颗粒分选、磨圆较好，粒间孔发育

2.2 潮道沉积的论证

在上述7种岩相中岩相G与其他岩相区别明显，主要表现在层理构造明显、岩石颗粒具有较好的分选和磨圆，井间岩相差异大、变化快，且在平面具有线状发育趋势(图5—图7)，分析以上特征不难发现用潮汐浅滩或礁后浅滩等沉积模式来描述该岩相不恰当，笔者综合现今地貌、露头以及岩心资料认为此类岩相为潮汐水道沉积，主要依据包括以下3点。

2.2.1 现代沉积证据

现今卫星照片表明在坡度较缓、水深较浅海域中存在大量的潮汐水道。以阿联酋阿布扎比、巴哈马附近海域为例[24]，这些地区与研究区古环境类似，所处纬度低，气候温暖，是典型的碳酸盐沉积环境，地形平坦受潮汐作用明显。卫星照片显示在滩体中或者在滩后静水环境中存在大量潮道，呈枝杈状分布，或切割滩体或相互交汇，随着周期性潮汐作用形成的较强水动力，发生沉积作用(图5)。

上世纪七十年代，微电子、IT和通讯技术的发展，使电气自动化实现了质的飞跃，融入了信息、通信、系统工程及人工智能等成果。

图5 卫星照片Fig.5 Satellite imagesa.巴哈马地区海滩；b.阿布扎比地区海滩

2.2.2 古代沉积露头证据

露头资料证实存在潮汐水道沉积。以阿曼山脉露头研究为例，由于构造作用，白垩系Naith组在Jabal Akhdar等多处出露，是研究中东白垩系碳酸盐岩理想场所，Naith组发育在白垩系晚Albian期—早Turonian期，处于宽缓的内盆地沉积背景，为浅水沉积，发育底栖有孔虫与厚壳蛤等生物[25]，与同期类似沉积环境Mishrif组特征十分相似。GRE′LAUD C(2006，2010)[26-27]结合钻井与该露头做了系统研究，研究表明，在内缓坡碳酸盐岩台地上存在两种特征不同的水道系统，分别为下切谷、潮汐水道，两种水道系统形态特征、填充模式、发育条件不一致，下切谷发育宽度在1～1.5 km，深度为12～20 m，延伸距离超过100 km以上，发育在海退背景下，在海侵过程中下切谷得到充填，充填物为高能沉积物与低能沉积物交叉分布，该水道系统一般发育在向上变浅的滩相环境；潮汐水道沉积一般纵切面两侧不对称状，横向上宽度0.5～1 km，纵向上厚度几米到十米，平面上延伸距离较短(<30 km)，发育规模较下切谷小，但横向迁移性强极易改道，发育起始于海侵过程中并发生沉积作用，沉积物一般为高能沉积体，发育在低能的潟湖环境中(图6)。

图6 阿曼山脉露头Naith组上发育的生物碎屑潮道沉积(据Grélaud C 2010[27])Fig.6 Bioclastic deposits of tidal channel facies observed at the Naith Formation on the outcrops from Amanus Ranges(from Grélaud C 2010[27])a.原始露头照片；b.解释剖面

2.2.3 沉积特征证据

岩心与铸体薄片上包含大量的潮道沉积证据。通过岩相G岩心与铸体薄片观察可以发现岩心上发育大量的层理构造、岩石颗粒组分分选、磨圆较好，粒间溶孔发育。这说明经历过较强的方向性水动力作用，经过较长时间的搬运，在搬运过程中遭受颗粒磨圆与沉积分异，且沉积时水体能量较高使泥质不易保存，后期再遭受溶蚀而形成大量铸模孔、粒间溶孔。因此，在碳酸盐岩缓坡潟湖相环境下，用潮道沉积来解释岩相G的特征最为合理(图4)。

综合以上3点依据可以认为Mishrif组中存在两种水道模式：一种为下切谷，其分布在在厚壳蛤滩内，切割滩体；另一种是潟湖环境下的潮道沉积(图4)，而后者也是本文研究的重点，其较好孔渗能力使之成为潟湖沉积中最重要储层。

2.3 沉积模式确定

Mishrif组沉积时缺乏海绵、珊瑚等主要造礁，以厚壳蛤占主导地位，厚壳蛤生物在海浪冲击下易破碎而分散[19]，不易形成规模礁体，且整体地层倾角不超过1°，没有明显的坡折和形成台缘带的条件[12-13]，从现今钻井资料证实极少发现与斜坡相相关的角砾状垮塌沉积，因此笔者认为在此沉积模式以Burchette与Wright(1992)缓坡沉积模式最为适合，再结合规模发育的潮道沉积论证以及主要的岩相类型划分方案，综合分析得到新的Mishrif组沉积模式。即由深到浅分别为外缓坡亚相(岩相A)、中缓坡亚相(岩相B)、内缓坡亚相(岩相F)、内缓坡滩后亚相(岩相D)、泻湖亚相(岩相E)、潮道亚相(岩相G)，潮坪亚相(岩相C)(图7)。

图7 伊拉克南部Mishrif组沉积模式Fig.7 Sedimentary model of the Mishrif Formation in southern Iraq

3 潮道沉积测井、地震响应特征

3.1 潮道沉积测井响应特征

潟湖环境中潮道沉积体具有特定的测井响应特征。从成因过程来说，在极浅静水环境下，随着周期性潮流的到来，相对海平面上升，水动力作用增强，海水会沿着古微地貌低部位涌入，对侧面、底部不断进行冲刷作用，同时较大的生物碎屑颗粒发生侧向加积与垂向加积。向更靠岸方向，随着潮流水体变浅，水体能量的降低，一些较小的生物碎屑颗粒或者砂级的球粒沉淀下来，此时颗粒经过长距离的搬运，颗粒被打碎程度更高，颗粒越小、分选越好且磨圆程度更高。由于Mishrif组沉积时整体属于海退的环境，潮道沉积表现为不断向西南向(盆地中心)萎缩的特征，后沉积相对较小的生屑颗粒叠加在优先沉淀的相对较大的生屑颗粒，表现为粒度向上减小(正韵律)，且潮道具有深度浅、改道性强的特征，潮道横向上不断的摆动使得同等能量的沉积物易于相互叠加，形成粒度纵向上变化不大的特征。综合上述两种情况，认为潮道沉积为粒度较粗的储集层，表现为正韵律或均质特征，反映到测井响应上，表现为自然伽马与密度小、声波时差与中子孔隙度、电阻率大的综合响应特征，纵向上表现为自然伽马轻微向上增大或不变、密度逐渐增大或不变、中子孔隙度与声波时差逐渐减小或不变、深浅电阻率整体较高或向上微弱降低的趋势。整体呈现为“钟形”或”箱形”形态(图8)。

图8 伊拉克南部R油田潮道沉积测井响应特征Fig.8 Log responses of tidal channel deposits in R oilfield,southern Iraq

3.2 潮道沉积地震响应特征

以R油田为例，通过精细井震标定研究表明，潮道沉积表现为在宽波谷同向轴背景下发育弱波峰夹层响应特征，这可为潮道沉积平面预测提供参考。当然各区块地震采集参数不一致，且受上覆地层背景速度、储层纵向构型以及地震纵向分辨率等多因素影响，潮道沉积地震响应特征也存在差别，应寻找最为合适的地震属性来表征目标地质体(图9)。

图9 伊拉克南部R油田潮道沉积地震响应特征Fig.9 Seismic responses of tidal channel deposits in R oilfield,southern Iraqa.地震响应特征；b.测井响应特征

4 潮道沉积平面展布特征

潮道沉积平面分布预测应结合地震、测井响应来进行综合分析。具体分析方法是优选地震属性表征目标沉积体并进行平面预测，结合高密度钻侧井资料对潮道沉积进行交互的精确平面展布特征分析。

以W油田为例，该油田具有较好品质的地震资料，同时具有较高的钻井密度，井间距在1 km左右，常规曲线完整，为优质储层纵横向展布规律研究提供较好的资料基础。Mishrif组MB2和MB1两小段宏观上属于潟湖环境，但其上潮道沉积相当发育。通过优选地震属性的平面预测趋势研究并结合测井响应特征的连井对比分析得到潮道沉积平面分布特征。从预测结果来看，潮道沉积呈北东-南西向条带状分布，纵向上具有一定的继承性，横向上具有连通性，潮道宽度普遍1～2 km，由于潮道具有横向摆动，交汇纵、横向叠加交叉发育特征，潮道宽度可以达到数公里，最多横跨5～6口钻井，形成局部的大面积优质储层发育区类似于滩体沉积。此外潮道沉积还具有由北东向南西迁移的趋势，这与相对海平面下降，碳酸盐岩台地由北东向南西向迁移特征相一致(图10)。

图10 伊拉克南部W油田MB1和MB2潮道沉积综合平面预测Fig.10 Comprehensive plane prediction of MB1 and MB2 deposits of tidal channel facies in W oilfield，southern Iraqa.MB1小段潮道测井响应平面预测；b.MB1小段潮道地震属性平面预测；c.MB2小段潮道测井响应平面预测；d.MB2小段潮道地震属性平面预测；

5 对油田开发的意义

潮道是潟湖沉积环境下发育的主要优质储层，相对于孔渗较差的基质围岩储层，具有更好的生产能力，实际生产和监测资料也证实其为主要的供液层段，此外，在该类油藏注水开发过程中，潮道也是注水驱油时的优势渗流通道，因此对潮道沉积的成因认识与模式确立以及地震、测井地震响应特征分析及其平面分布预测十分重要。对油田开发也具有重要意义，其深入研究可以指导开发方案的调整和优化，为提高储层钻遇率、提高产能、优化注水方案、提高注水开发效率以及提高波及系数提供地质基础。

6 结论

1) 根据岩石结构、构造以及古生物特征可将伊拉克南部白垩系Mishrif组岩相特征分为7类。岩相A:含泥质条带的泥晶灰岩；岩相B:偶含硅质结核的以棘皮类碎屑、球粒为主的粒泥灰岩；岩相C:钙白色以底栖有孔虫类生屑为主的粒泥灰岩；岩相D:富含厚壳蛤/双壳类/棘皮类生屑泥粒灰岩或颗粒灰岩；岩相E:黄灰相间以底栖有孔虫类生屑为主粒泥灰岩；岩相F:富含厚壳蛤生屑颗粒灰岩或砾屑灰岩；岩相G:发育层理的富含棘皮类、底栖有孔虫类生屑泥粒灰岩。

2) 在前人沉积模式研究基础上，结合现今地貌、露头研究成果以及岩心、铸体薄片沉积特征等方面论证了Mishrif组潮道沉积存在，并划分出新的包含潮道沉积碳酸盐岩缓坡相沉积模式。

3) Mishrif组潮道沉积具有生屑颗粒分选、磨圆较好、层理构造明显等特征，其储层孔渗性好。整体表现为自然伽马与密度小、声波时差与中子孔隙度、电阻率大的综合响应特征，由于其发育在海退环境且潮道具有易摆动特点，潮道沉积岩性上表现为正韵律或均质特征，测井上表现为“钟形”或”箱形”形态，地震上表现为弱波峰夹层特征。

4) 结合地震、测井响应特征预测可知潮道沉积呈北东-南西向条带状分布，纵向上具有一定的继承性，横向上具有连通性，普遍宽度在1～2 km，横向摆动，交汇处宽度可达5～6 km且整体上表现为从北东向南西迁移的特征。