¹西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都

²中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川 江油

³中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒

⁴中国石油西南油气田分公司工程技术研究院，四川 成都

⁵川庆钻探工程有限公司，四川 成都

收稿日期：2022年2月16日；录用日期：2022年3月23日；发布日期：2022年3月30日

摘要

基于塔中东部地区良里塔格组沉积和构造背景，利用岩心、薄片、测井、阴极发光、电子探针等手段和资料，研究塔里木盆地塔中东部地区良里塔格组的同生期岩溶作用的识别标志、发育特征及发育模式。研究表明，同生岩溶发育于良里塔格组沉积中晚期，以具组构选择性的溶蚀孔隙(洞)、示顶底构造、悬垂形和新月形大气淡水胶结物等为基本特征。大气淡水成岩透镜体在垂向上可分为大气淡水渗流带、大气淡水潜流带、海水潜流带，有效溶蚀孔隙多见于大气淡水渗流带及潜流带顶部，其下胶结作用显著增强。研究区内井上普遍发育4~6大气淡水成岩透镜体，具明显的纵向叠加特征，单期次成岩透镜体厚度一般为10~40 m，总厚度110~150 m。多期的礁滩体营建和海平面频繁升降控制了研究区同生岩溶的发育，在研究区内呈透镜状平行于塔中Ⅰ号构造带分布，反映了台缘高能相带控制的岩溶作用模式。

关键词

岩溶作用，良里塔格组，同生岩溶，塔中地区，礁滩相

Recognizable Indicators, Paleokarst Characteristics and Development Patterns of Upper Ordovician Lianglitage Formation in Eastern Tazhong Area, Tarim Basin, NW China

Xingyu Zhang¹, Haizhou Qu^1*, Yunfeng Zhang¹, Xingyu Tang², Zhenyu Wang¹, Xinsheng Luo³, Yin Lei⁴, Min Zhang³, Yu Pei⁵

¹School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu Sichuan

²Northwest Sichuan Division, Southwest Oil & Gas Field Company, Petro China, Jiangyou Sichuan

³Research Institute of Exploration and Development, Tarim Oilfield Company, Petro China, Korla Xinjiang

⁴Engineering Technology Research Institute, Southwest Oil and Gas Field Company, Petro China, Chengdu Sichuan

⁵Chuanqing Drilling Engineering Co., Ltd., CNPC, Chengdu Sichuan

Received: Feb. 16^th, 2022; accepted: Mar. 23^rd, 2022; published: Mar. 30^th, 2022

ABSTRACT

Based on the sedimentary and structural background of Lianglitage Formation in the east of central Tarim Basin, the identification marks, development characteristics and development model of syngenetic karstification of Lianglitage Formation in the Middle East of Tarim Basin are studied by means of core, thin section, logging, cathodoluminescence and electron probe. The study shows that syngenetic karst developed in the middle and late stage of Lianglitag formation sedimentation, and is basically characterized by fabric selective dissolution pores (caves), top and bottom structures, suspended and crescent atmospheric fresh water cements. The diagenetic lens of atmospheric fresh water can be vertically divided into atmospheric fresh water seepage zone, atmospheric fresh water subsurface flow zone and seawater subsurface flow zone. The effective dissolution pores are mostly found at the top of atmospheric fresh water seepage zone and subsurface flow zone, and the cementation under them is significantly enhanced. In the study area, 4~6 atmospheric fresh water diagenetic lenses are generally developed on the wells, with obvious vertical superposition characteristics. The thickness of single-stage diagenetic lenses is generally 10~40 m and the total thickness is 110~150 m. The multi-stage reef beach construction and frequent rise and fall of sea level control the development of syngenetic karst in the study area. It is lenticular and parallel to Tazhong I structural belt in the study area, reflecting the karstification mode controlled by the high-energy facies belt on the platform margin.

Keywords:Karstification, Lianglitage Formation, Syngenetic Rock-Dissolution, Tazhong Area, Reef-Bank Facies

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1. 引言

广义上的岩溶作用是指碳酸盐岩岩体在大气水环境及埋藏环境中，受大气淡水、埋藏热液等各类流体的作用而产生的可溶性岩石的溶解、淋滤、侵蚀、搬运和沉积等一系列地质作用的总和 [1] [2]。岩溶类型的划分方法繁多，依据碳酸盐岩成岩阶段可将岩溶类型划分为同生岩溶、早成岩岩溶、中成岩岩溶、晚成岩岩溶，分别对应成岩作用的同生成岩、早成岩、中成岩、晚成岩阶段 [3]。同生岩溶主要是指发生于沉积期，碳酸盐沉积物短暂暴露于大气成岩环境中，接受大气淡水渗入淋滤发生的岩溶。同生岩溶作用可以使碳酸盐岩沉积物发育选择性溶蚀孔隙。尤其是具有正性地貌特征的生物礁、滩等的中上部，容易形成孔隙(洞)层，是潜在的优质油气储层发育部位。

同生岩溶对塔里木盆地油气储层具有重要意义，前人对此已经做了大量研究 [4] [5] [6] [7]，并总结了其识别标志 [8]，但前人研究大多集中于塔中北坡 [9] [10] 等地区，专门针对塔中东部地区同生岩溶的研究相对较少。塔中东部地区上奥陶统良里塔格组中上部的良三段–良一段发育多期生物礁滩的复合体，具备岩溶作用的基本条件，因此该区域的同生岩溶的发育特征及模式等，需要更为深入的系统研究。

本次研究在前人工作的基础上，基于井下岩心、岩心薄片、阴极发光、常规测井、成像测井等资料，通过对塔中东部地区良里塔格组同生期岩溶作用识别标志的辨识、同生岩溶作用分布特征的刻画，构建研究区良里塔格组同生岩溶作用发育模式。

2. 区域地质概况

塔中地区奥陶系上统良里塔格组是塔里木盆地重要的油气勘探层位，以石灰岩为主，并发育多种岩溶类型 [11] [12] [13] [14] [15]，本次研究区位于塔里木盆地塔中东部地区(图1)，呈北西向条带状展布，南北两侧以断裂带形式分别与塘古孜巴斯凹陷和满加尔凹陷相邻，东侧通过塔中I号断裂带与塔东低凸起相接 [16]。塔中地区经历了加里东期、海西期、印支期等多期次构造运动的叠加改造，最终形成了塔中地区低凸起和其上的左行雁列式背斜、逆断层带的构造格局 [17]。

图1. 研究区构造位置图

晚奥陶世良里塔格组沉积时期，塔中地区水体深度较浅且温暖清洁、古盐度正常，沿塔中I号构造带发育的礁滩复合体 [18] [19] [20]，为古岩溶的形成提供了良好的物质基础和地貌条件。研究区内沉积相可细分为生物礁、颗粒滩、滩间海、台内洼4类沉积亚相亚相 [21]，并在呈现纵向叠置迁移，横向分带及平面环带状分布的特点 [14]。

3. 同生岩溶作用识别标志及特征

3.1. 识别标志

同生岩溶发生于良里塔格组中上部生物礁、颗粒滩的沉积期。伴随海平面暂时性下降，良里塔格组礁滩复合体在海退沉积序列中，短暂地暴露出海面，在大气淡水环境中发生溶蚀、胶结作用并产出各类同生岩溶判别标志。塔中东部地区良里塔格组同生岩溶标志包括：

1) 选择性溶蚀孔洞特征

研究区良里塔格组多见粒内孔和铸模孔，是礁滩沉积后的海平面下降时期，由文石和高镁方解石构成的藻砂屑、鲕粒、生物碎屑在大气淡水环境中遭受选择性溶蚀而形成(图2(a))。随着多期次溶蚀胶结作用的叠加影响，先期形成的选择性溶蚀孔洞可能会在后期被充填。

图2. 同生期岩溶识别标志

2) 胶结物形态及其地化特征

碳酸盐岩胶结物的形态 [22] [23] [24]、微量元素 [24] [25] [26] [27] 和阴极发光性 [28] [29] [30] 与成岩环境具有良好的相关性。大气淡水胶结物是大气淡水环境的标志，也是岩石遭受大气淡水溶蚀的重要证据。

研究区良里塔格组可见两种类型的大气淡水胶结物：在大气淡水渗流带主要为由细粒状方解石组成的新月型或悬垂状胶结物(图2(b))。大气水潜流带中形成以等轴细粒状、等厚的叶片状、刃状或犬牙状、菱形、六面体粉–细晶方解石为代表的第二期胶结物。它们可以沿充填原生孔隙的纤状环边胶结物的外缘生长。若第一期海底胶结物形成后遭受溶蚀，则第一期胶结物和第二期胶结物呈不整合接触，也可作为“第一期”胶结物充填于早期大气淡水溶蚀形成的次生孔隙中(图2(c))。

通过对9个颗粒灰岩和礁灰岩溶孔中的粗叶片状方解石、犬牙状方解石和细粒等轴状方解石的电子探针微量元素分析表明(表1)，大气淡水胶结物总体上显示出低的Mg、Sr和Na值，以及低的Fe、Mn值，反映了来自大气淡水的稀释作用特征。不含Fe、Mn或低的Fe、Mn含量，指示了近地表的氧化和弱氧化环境。经同生期胶结物微量元素分析可知，胶结物中Mn、K等发光元素含量普遍较低，因此同生期方解石胶结物普遍不发光或发昏暗–暗橙光。见于TZ161井4442.2 m处的泥晶藻灰岩，溶洞环壁生长细–中晶方解石，为大气淡水环境胶结物，发暗橙–橙色光(图2(e)，图2(f))，细–中晶方解石外围呈环带状发光特征，表明其成岩环境发生多次变化。

表1. 大气淡水胶结物的电子探针分析结果

3) 渗流粉砂

渗流粉砂主要为粉砂–泥级碎屑沉积物充填于铸模孔、粒内溶孔或溶缝内，可与后续生成的亮晶胶结物形成示顶底构造。该现象在微观和宏观层面均有体现(图2(g))，可作为同生期暴露和溶蚀的标志。

4) 测井标志

同生期岩溶会发育大量溶蚀孔洞，反应在成像测井图像上为均匀分布的斑点。对比岩心和成像测井图像可知，若孔洞未被充填，在测井图像上表现为均匀分布的暗斑斑(图2(h))，否则为暗斑。

3.2. 分布特征

1) 大气淡水成岩透镜体内的垂向分带特征

同生期大气淡水成岩透镜体内溶蚀胶结作用在纵垂上具分带特征，自上向下可分为大气淡水渗流带、大气淡水潜流带、海水潜流带。其中，大气淡水渗流带及大气淡水潜流带顶部的溶蚀作用占主导地位，大气淡水潜流带中部及以下位置胶结作用明显，并随深度增加而增强 [31] [32]。

以塔中161井内良二段4290~4360 m垂向剖面为例(图3)，4290~4303 m为大气淡水渗流带范围，在大气淡水渗流环境中，随深度增加，溶蚀作用减弱，胶结作用增强，孔隙度逐渐降低。当礁滩体暴露在大气渗流环境中，礁滩体受到对CaCO₃不饱和的大气淡水的渗滤作用，沉积物中多发生组构选择性溶蚀，形成粒内溶孔、铸模孔、粒间溶孔。当更长时间内处于大气淡水成岩环境中，可发生非组构选择性溶蚀，形成小型溶蚀孔洞、溶沟，其内可被渗流粉砂、泥质充填。随着深度的增加和流体中CaCO₃逐渐饱和，在表面张力和重力作用下，碳酸盐岩颗粒之间形成新月形、悬垂型胶结物；4303~4335 m为大气淡水潜流带范围，表现为活跃的饱和带，表现为广泛分布的粒内孔和铸膜孔，胶结作用增强，孔隙度明显降低；塔中161井4335~4360 m表现为大气成岩透镜体的海底潜流带，表现为以胶结作用为主，叶片状、刃状、纤维状胶结物发育，仅见少量粒间孔，整体来说，海底胶结物常见，溶蚀作用微弱，原生孔隙被大量充填，孔隙度大幅度降低。

图3. TZ161井良二段4290~4360 m同生岩溶垂向分带剖面

2) 大气淡水成岩透镜体的空间分布特征

垂向上，研究区良里塔格组礁滩复合体早成岩大气淡水溶蚀作用具有明显的旋回性，受沉积体和海平面变化影响明显。以塔中161井为例，大气淡水溶蚀作用产生的孔隙类型主要为粒内溶孔、铸模孔、粒间溶孔。孔隙发育段分布于4257.5~4360 m，4372.5~4389.5 m，4397~4426 m，4441.5~4455 m，4470.5~4489 m，4541.5~4558 m。顶部发育大套的孔隙发育段，与表生成岩阶段的卡斯特溶蚀改造作用有关。就早成岩大气淡水溶蚀作用而言，单个孔隙发育段在几米到几十米之间，下部孔隙发育段基本上在10~30 m之间，受早成岩大气淡水溶蚀作用控制作用比较明显，后期改造较弱。每个大气淡水成岩透镜体可分为垂直渗流带和水平潜流带，垂直渗流带。岩心及镜下观察发现，在大气淡水渗流带内，颗粒之间可见的新月形、悬垂型胶结物和示顶底构造。大气潜流成岩环境中，可见叶片状方解石胶结物、棘屑共轴生长。根据不同环境的识别标志，对塔中161井早成岩大气淡水溶蚀作用进行垂向分带，共可以识别出四期半早成岩大气淡水溶蚀作用发育段，单个旋回厚度在11~41.5米之间。

横向上，研究区内发育同生期大气淡水溶蚀范围较广，但仍受沉积相范围控制 [33] [34] [35]。以平行于塔中Ⅰ号坡折带TZ82-TZ62_3-TZ44-TZ62-TZ24井剖面为例(图4)，沉积间期大气淡水溶蚀作用主要发生于良三–良一段，纵向上发育4~6个大气成岩透镜体，反映出研究区普遍发育多期次大气淡水溶蚀作用。自TZ82井至TZ24井方向，不同井间发育大气淡水成岩透镜体的层位、单期次厚度、总厚度差异明显。TZ82井沉积间期大气淡水溶蚀只发育于良一–良二段，其他井在良一–良三段均有发育。由TZ82-TZ24井方向期次增多，单期次厚度和总厚度呈增大趋势。如塔中62-3井单期次厚度最大为37 m，总厚度为110 m，至塔中24井单期次最大厚度为52 m，总厚度为150 m，表明向塔中24井方向大气淡水溶蚀时间呈增大趋势。向塔中24井方向大气淡水成岩透镜体连续性好，表明区域内礁滩体的暴露具有时间上一致性。

图4. TZ82-TZ62_3-TZ44-TZ62-TZ24TZ横向剖面

4. 同生岩溶作用发育模式

通过对同生期气候环境特征、先期沉积物特征、相对海平面变化、礁滩体微地貌、古水文及成岩环境、溶蚀胶结的垂向分带以及早成岩大气淡水溶蚀作用发育与海平面变化及礁型微 + 地貌关系分析，建立建立塔中地区上奥陶统良里塔格组礁滩体早成岩大气淡水溶蚀作用的发育模式。

礁型地貌隆起和海平面相对变化所控制的暴露，是研究区良里塔格组同生期大气淡水溶蚀的根本原因。良里塔格组沉积早期，造礁生物沿塔中I号断裂带方向分布，即发育台缘礁滩相，进而分异出滩翼、滩核、滩间和礁翼、礁核、礁间(图5(a))，随着相对海平面的下降，礁滩体高部位出露海面，在大气淡水环境中接受大气淡水溶蚀，形成大气成岩透镜体，并在垂向上分异出大气淡水渗流带、大气淡水潜流带、海底潜流带，形成具选择性溶蚀孔洞、具同生期形态特征及接触特征的胶结物、示顶底构造、新月状和悬垂状胶结物等一系列具同生期大气淡水溶蚀特征的产物。

图5. 塔中东部地区良里塔格组同生岩溶发育模式

频繁的海平面升降及多期的礁滩体营建控制了多期次早成岩阶段大气淡水透镜体的发育。同一个暴露阶段可能是由多个次一级的海平面变化和暴露组成，随着次一级的潜水面的升降、迁移，同一位置处的沉积物可能受到了多次渗流、潜流作用带的叠加、复合(图5(b))。多次的早成岩大气淡水溶蚀作用的改造，使得其储集性能得到进一步的提升。因此，早成岩大气淡水溶蚀作用是塔中地区上奥陶统良里塔格组优质储层形成的重要原因。

5. 结论

1) 研究区良里塔格组顶部发育同生期大气淡水溶蚀，以组构选择性溶蚀孔隙(洞)、示顶底构造、新月状大气淡水胶结物、悬垂状大气淡水胶结物为典型标志。

2) 同生期大气淡水溶蚀形成的大气淡水成岩透镜体垂向上可划分为大气淡水渗流带、大气淡水潜流带、海水潜流带。有效溶蚀孔洞主要发育于大气淡水渗流带和大气淡水潜流带顶部，单层有效孔隙度段厚度一般为10~30 m，是储层发育的有利区域。潜流带中部及以下位置受胶结作用影响，孔隙度大幅降低，多为非储层发育区。

3) 研究区内良里塔格组纵向上普遍发育4~6个大气成岩透镜体，单期次厚度一般为10~50 m，总厚度110~150 m，且由TZ82向TZ24井方向呈现发育期次增多、单期次厚度、总厚度呈增大趋势。

4) 礁型地貌隆起和海平面相对变化所控制的暴露，是研究区良里塔格组同生期大气淡水溶蚀的根本原因。平行于塔中I号坡折带方向的礁滩体高地貌位置是早成岩期大气淡水溶蚀的有利区域。

文章引用

张兴宇,屈海洲,张云峰,汤兴宇,王振宇,罗新生,雷 银,张 敏,裴 钰. 塔中东部地区上奥陶统良里塔格组同生期岩溶作用识别标志、发育特征及发育模式
Recognizable Indicators, Paleokarst Characteristics and Development Patterns of Upper Ordovician Lianglitage Formation in Eastern Tazhong Area, Tarim Basin, NW China[J]. 地球科学前沿, 2022, 12(03): 356-365. https://doi.org/10.12677/AG.2022.123037

参考文献