阿联酋地区碳酸盐礁滩体沉积特征与主控因素*

张 鑫 苗顺德 刘小龙 柳万春 陈建华

(中国海洋石油国际有限公司 北京 100028)

礁滩相碳酸盐储层作为一种重要的油气储集类型，日益受到各位学者的重视[1]。生物礁为原地造礁生物形成的具有隆起地貌特征的碳酸盐岩[2]，生物礁油气藏在世界已发现油气储量中占有很大的比例[3-4]。滩是指由海水搬运聚集的生物或非生物颗粒堆积。中东地区礁和滩的接触关系复杂多变，不易划分，因此统称为礁滩体，国内外学者对碳酸盐礁滩体做了大量的研究工作，主要涉及礁滩体储层分类、储层特征、勘探技术分析等方面，但礁滩体的分布预测及发育主控因素仍是碳酸盐勘探面临的一大难题[5-7]。阿联酋油气资源丰富，截至2022年，已探明石油可采储量137亿t，占全球石油储量的3.3%，天然气7.7万亿m3，占全球储量的2.0%，油气储量集中于碳酸盐礁滩相储层(IHS)。该区礁滩相储层主要是由生物礁灰岩、生屑灰岩以及含生屑泥灰岩等组成，孔隙类型以粒间孔、晶间孔为主，其次为铸模孔、溶蚀孔和基质微孔[8-10]。生物礁、浅滩或礁滩复合体是阿联酋地区碳酸盐岩储层发育的重要物质基础，但前人对该区礁滩体的分布规律及发育主控因素研究较少。本文明确了阿联酋地区礁滩体分布特征与主控因素，建立了礁滩体识别标志，对该区油气勘探具有重要意义，并对其他地区碳酸盐岩油气勘探具有重要的借鉴作用。

1 区域地质特征

波斯湾盆地西部与阿拉伯地盾相邻，东北部和北部边界为扎格罗斯褶皱带，西北边界为死海断裂，东南部紧邻亚丁湾和阿拉伯海，面积约350×104km2[11]。盆地可进一步细分为西阿拉伯次盆、维典—美索不达米亚次盆、中阿拉伯次盆、鲁卜-哈里次盆、阿曼盆地与扎格罗斯褶皱带[12](图1)。

阿联酋地区主要位于鲁卜哈利次盆，该次盆位于阿拉伯板块的南部陆上和海域，北为中阿拉伯隆起，西与阿拉伯地盾相邻，东为阿曼山[13-14]，盆地面积68.7×104km2。鲁卜哈利次盆是一个多旋回的克拉通边缘叠合盆地，经历了前寒武基底拼合与裂谷盐盆阶段、早古生代古特提斯洋被动边缘凹陷阶段、晚古生代海西构造运动与古特提斯活动大陆边缘阶段、中生代新特提斯洋被动大陆边缘阶段和新生代新特提斯洋关闭与活动大陆边缘阶段。沉积了巨厚的古生界和中新生界地层，中新生界发育大套的碳酸盐岩，是该地区最重要的油气富集层[15-19]。

图1 波斯湾盆地构造单元划分Fig.1 Tectonic unite division of the Persian Gulf basin

2 礁滩体沉积特征与识别标志

2.1 礁滩体沉积特征

礁滩体是一种特殊的碳酸盐沉积，其成因直接与生物有关，其分布与形成受纬度、海平面变化、古地貌、沉积介质等多因素的控制[20-21]。阿联酋处于阿拉伯地台构造单元，为长期稳定的沉积区,晚二叠世开始沉积了多套碳酸盐储层与膏盐盖层。白垩纪沉积时期，阿联酋处于南纬5°左右的低纬度地区，为厚壳蛤和藻类等造礁生物提供了良好的生存环境，具备礁滩体形成的良好条件。阿联酋地区长期处于构造背景稳定的克拉通内裂谷和被动大陆边缘，除海西运动期间发生过挤压和剥蚀作用外,多以海平面升降运动控制沉积过程。阿联酋地区白垩纪总体处于大陆架沉积环境，宽广的陆架为碳酸盐礁滩体沉积提供了有利场所。

据阿联酋地区下白垩统露头分析，该区礁滩体岩性主要为生屑颗粒灰岩、泥粒灰岩，并且含大量厚壳蛤、藻类、有孔虫等化石。该露头下部为粒泥灰岩和泥粒灰岩，可见缝合线。中部为浮石、砾屑碳酸盐岩,含大量的厚壳蛤与牡蛎。上部地层岩性主要为泥粒灰岩、粒泥灰岩，含藻类、有孔虫[22-23]，顶部发育生物潜穴(图2)。

图2 阿联酋地区礁滩体沉积特征(据Alsharhan修改[22])Fig.2 Sedimentary characteristics of reef-shoal body in UAE area(modified from Alsharhan[22])

2.2 礁滩体识别标志

阿联酋地区油气发现主要富集于碳酸盐礁滩相储集体，由于碳酸盐岩储层横向上连续性差，岩性变化快，储层非均质性强，礁滩体的识别与预测是储层研究的关键。本次研究从已钻井的岩相、测井相、地震相对礁滩体沉积特征进行分析，明确了礁滩体的识别标志，对于礁滩相储层的识别与预测具有重要意义。

岩相识别标志：阿联酋地区下白垩统台地边缘礁滩体岩性以礁灰岩、生物碎屑颗粒灰岩为主，包括厚壳蛤灰岩、有孔虫灰岩等。滩间海或礁间海以泥粒灰岩、泥灰岩为主，局部发育薄层礁后相生物碎屑颗粒灰岩(图3)。

图3 阿联酋地区A1井下白垩统沉积特征Fig.3 Sedimentary characteristics of A1 well of lower Cretaceous in UAE area

测井相识别标志：根据阿联酋地区A1井礁滩体的测井资料综合分析，该区礁滩体具有低伽马、低密度、低速度、高孔隙度“三低一高”的测井相特征。滩间海具有高伽马、高密度、高速度、低孔隙度的测井相特征(图3)。

地震相识别标志：阿联酋A1钻井揭示，礁滩体具有①丘状外形、双向下超，两翼上覆地层上超；②包络面中—强振幅、中—高连续；③单个礁滩体内部多中—弱振幅、中—差连续的反射特征。礁滩发育正向地貌，地震相上礁滩体明显隆起，同相轴数量增多，礁前与礁后沉积物对礁滩体呈不明显的上超接触(图4)。滩间海地震相主要表现为弱振幅、杂乱反射特征。

图4 阿联酋地区台地边缘礁滩体地震相特征(剖面位置见图1)Fig.4 Seismic facies characteristics of platform edge reef and shoal body in UAE area(see Fig.1 for location)

3 礁滩体沉积模式

碳酸盐沉积模式可以反映沉积时的水动力、古气候条件、构造背景以及它们的演化特点[24]。阿联酋下白垩统碳酸盐沉积具有“缓斜坡镶边台地”特征[25]，如图5所示，从浅水至深水划分为陆架与斜坡-盆地两大沉积区。陆架包括局限台地与台地边缘相，其中台地边缘高能相带为礁滩相储层发育带及油气富集区，岩性为富含厚壳蛤的生物碎屑颗粒灰岩、富含藻类的泥粒灰岩[23]。礁后为浅海低能环境，主要发育台内浅滩和潟湖沉积，局部发育点礁，主要包括泥粒灰泥和少量颗粒灰岩。礁前属于深水低能环境，岩性主要为泥粒灰岩与粒泥灰岩，含少量颗粒灰岩。斜坡-盆地区岩性为泥粒灰岩与颗粒灰岩，发育少量的点礁和塔礁等。阿联酋地区台地边缘礁滩体发育，形成多个大型油气田。其中，厚壳蛤生物礁灰岩，厚度较大、储层物性好，孔隙度为5%～32%，平均24%，渗透率平均100 mD。滩相储层厚度相对较小，岩性以生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩为主。

图5 阿联酋地区下白垩统沉积相剖面模式(据Abou-Choucha修改[23],剖面位置见图1)Fig.5 Sedimentary facies profile model of Lower Cretaceous in UAE area(modified from Abou-Choucha[23],see Fig.1 for location)

4 礁滩体发育主控因素

4.1 海平面升降控制礁滩体的发育规模与横向迁移

海平面上升期，前期沉积的礁滩体被淹没，仅在古地貌高处发育少量礁滩体，且随着海平面上升礁滩体向陆方向迁移。在海平面下降期，阳光充足，利于礁滩体大规模发育[20-21]。且礁滩体横向上有向海方向迁移趋势。

4.2 台地边缘高能相带控制礁滩体宏观分布

古地理背景与水动力条件控制礁滩体在横向上的差异性发育。在古地理位置相对较高、水动力条件较强的台地边缘相带广发发育礁滩体。而在台地内部与盆地的低能沉积环境，不利于礁滩相的发育。根据区域沉积特征，结合地震相、岩相、测井相分析及油气田分布情况，对阿联酋地区礁滩体的分布规律进行研究。从礁滩体储层分布特征来看，台地相的开阔台地相带，局部发育台内滩，储层厚度小、物性差，平均孔隙度10%左右，以小型油气田为主。台地边缘相带，礁滩体储层厚度大、物性好，平均孔隙度20%左右，以大型油气田为主，台地边缘相带控制礁滩体的宏观分布。

4.3 继承性古地形高控制礁滩体局部发育

台内滩及台地边缘礁滩体的发育受古构造、古地貌等因素控制，多分布于古地形高部位。生物礁与生物格架有关，多形成镶边台缘，以加积生长为主，厚度可以较大，但横向迁移特征不明显。浅滩与生物格架无关，在缓坡型碳酸盐台地多受海平面升降控制，由滩体迁移形成广布的颗粒滩，具有单层厚度薄、数量多、分布面积广的特点。从阿联酋地区礁滩体的分布特征来看，台缘礁滩的发育明显受古地形高的控制(图6)，继承性发育的台地沉积背景奠定了古地理格局，随着基底断裂活动及台地内部的张陷作用，促使该区形成局部隆起和坳陷，局部隆起为台地边缘礁滩相、台内滩相储层的发育提供了有利的沉积基础。

图6 阿联酋地区礁滩体发育特征(剖面位置见图1)Fig.6 Development characteristics of reef shoal body in UAE area(see Fig.1 for location)

5 礁滩体储层与油气成藏的关系

综上，如表1所示，阿联酋地区礁滩体主要发育于碳酸盐台地边缘高能相带，岩性以礁灰岩、生物碎屑灰岩为主。地震相上具有丘状外形、双向下超，两翼上覆地层上超；包络面中—强振幅、中—高连续；礁滩体内部中—弱振幅、中—差连续的反射特征。测井相上表现为低伽马、低密度、低速度、高孔隙度。滩间海岩性以粒泥灰岩、泥灰岩为主，地震相表现为弱振幅、杂乱反射特征，测井相具有高伽马、高密度、高速度、低孔隙度特征，该沉积相带储层不发育。阿联酋地区台地边缘礁滩体控制优质碳酸盐岩储层的分布，以孔隙型灰岩储层为主，储层物性好、厚度大、分布面积广，为油气聚集提供了良好的储集空间以及运移通道。

表1 阿联酋地区不同沉积相带识别标志Table 1 Identification marks of different sedimentary facies belt in UAE area

阿联酋地区已发现大型碳酸盐岩油气藏主要分布于碳酸盐台地边缘沉积相带，受礁滩体储层分布控制。以阿联酋东北部地区为例，已发现油气田分布于礁滩体发育范围内，且钻井证实礁滩体灰岩储层发育，根据礁滩体地震相特征，结合储层发育主控因素，可进一步对礁滩体进行预测(图7)，对该区油气勘探工作具有重要的指导意义。

图7 阿联酋局部地区沉积相分布Fig.7 Sedimentary facies of local area in UAE area

6 结论

1) 阿联酋地区碳酸盐岩储层主要为台地边缘生物礁、浅滩或礁滩复合体沉积，礁滩体的识别与预测、分布规律及其主控因素是储层研究的关键。

2) 据岩相、地震相与测井相分析，礁滩体岩性以礁灰岩、生物碎屑灰岩为主，滩间海或礁间海以泥灰岩为主。从地震相上看，礁滩体具有丘状外形、双向下超，两翼上覆地层上超；包络面中—强振幅、中—高连续；单个礁滩体内部中—弱振幅、中—差连续的反射特征。礁滩体测井相上表现为低伽马、低密度、低速度、高孔隙度“三低一高”的特征。

3) 礁滩体的分布与形成受古纬度、海平面升降、古地貌等诸多因素的控制。海平面升降控制礁滩体的发育规模与横向迁移，台地边缘高能相带控制礁滩体宏观分布，继承性古地形高控制礁滩体的局部发育。