王 偉,張 欣,崔曉朵

(中國(guó)石化股份勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院,山東 東營(yíng) 257015)

0 引言

ébano-Pánuco-Cacalilao區(qū)塊(簡(jiǎn)稱(chēng) EP C,下同)(圖1)位于墨西哥合眾國(guó)的東部,緊鄰墨西哥灣,處于 Tamaulipas州、Veracruz州和Sanluis Potosi州的交界處,距 Tampico市約20 km,Panuco河流經(jīng)該區(qū)。EPC勘探面積5 095 km2,主體位于 Tampico盆地的海岸平原地帶地表平均海拔26 m。本區(qū)是墨西哥最早的石油產(chǎn)區(qū),產(chǎn)層主要為上白堊統(tǒng) Ksf和 Kan發(fā)育自然裂縫的碳酸鹽巖儲(chǔ)層。埋深400～750 m最高年產(chǎn)原油32 000余桶,現(xiàn)在已下降到年產(chǎn)不足6 000桶左右。通過(guò)對(duì)區(qū)域地層的巖石物性和特征進(jìn)行詳細(xì)研究,查清區(qū)域沉積模式,從而預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層發(fā)育帶,以期為后續(xù)的勘探挖潛工作提供指導(dǎo)和借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

EPC油田鉆井揭示本區(qū)以前寒武系-古生, ,界為基底,上有三疊系、侏羅系和白堊系。墨西哥于北美克拉通的南部,元古宇是最古老的巖石,為格林維爾造山期的麻粒巖相巖石[1-3]；由于構(gòu)造抬升作用,本區(qū)中部背斜軸部出露基底火成巖和變質(zhì)巖系,主要為紅灰色角礫狀花崗巖和淺灰色變質(zhì)巖。三疊系Huizachal組地層在本區(qū)僅局部出露,巖性主要為中淺灰色中粗粒砂巖、粉砂巖和灰質(zhì)頁(yè)巖。侏羅系下部為陸相碎屑巖沉積,為深灰色含砂頁(yè)巖夾深灰色灰質(zhì)砂巖或灰棕色水平紋層灰質(zhì)頁(yè)巖,富含有機(jī)質(zhì),是本區(qū)主要的烴源巖[3-7]；上部為海相碳酸鹽巖。白堊紀(jì)早期仍為海相沉積的灰泥巖、頁(yè)巖、粒泥巖、泥粒巖、白堊巖和黏土質(zhì)灰泥巖,其中含有火山灰物質(zhì)。

圖1 EPC區(qū)域位置圖Fig.1 Regional position ofébano-Pánuco-Cacalilao area

白堊系地層總體傾向?yàn)镾E,中部發(fā)育近SN向鼻狀構(gòu)造,局部形成背斜,其長(zhǎng)軸一般呈NE向延伸。斷層的展布與基底基本一致。在基底中發(fā)育的深大斷裂大多斷至白堊系,但斷距明顯減小,并且形成更多的伴生或補(bǔ)償性斷層,在剖面圖上呈樹(shù)枝狀,斷層的走向大都近SN向。

2 巖石學(xué)特征

從結(jié)構(gòu)角度看,碳酸鹽巖主要由顆粒、泥、膠結(jié)物、晶粒、生物格架5種結(jié)構(gòu)組分構(gòu)成[8-11]。其中顆粒是指在沉積盆地內(nèi)由化學(xué)、生物化學(xué)、生物作用及波浪、岸流、潮汐作用形成的碳酸鹽顆粒,它在盆內(nèi)就地沉積或經(jīng)短距離搬運(yùn)再沉積而成。碳酸鹽巖中的泥是指泥晶基質(zhì),充填在顆粒之間,與顆粒同時(shí)經(jīng)機(jī)械沉積作用形成的,一般表現(xiàn)為粒度小于0.03 mm的方解石晶體。

本次研究主要采用Dunham(1962)的碳酸鹽巖分類(lèi)方法[8-9],結(jié)合區(qū)域沉積特征來(lái)確定沉積相類(lèi)型。從巖心觀察,主要發(fā)育灰泥灰?guī)r和顆?；?guī)r,富含各種沉積構(gòu)造和生物化石。Ksf組主要為灰綠色含內(nèi)碎屑灰質(zhì)泥巖和淺灰色灰泥灰?guī)r,巖心上見(jiàn)豐富的蟲(chóng)孔、遺跡化石、內(nèi)碎屑等。同時(shí)也見(jiàn)到各種沉積沖刷構(gòu)造、濁積巖、紋層等,顯示不同的沉積部位,總體來(lái)說(shuō)發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地、局限臺(tái)地和臺(tái)前斜坡沉積,以開(kāi)闊臺(tái)地沉積為主(圖2A,圖2B,圖2C)。Kan組主要為淺灰色灰泥巖,局部顏色較深,巖心上多見(jiàn)豐富的內(nèi)碎屑、蟲(chóng)孔和遺跡化石,以水平紋層為主,表現(xiàn)為開(kāi)闊臺(tái)地沉積和臺(tái)前斜坡沉積；裂縫較為發(fā)育,局部含油(圖2D,圖2E,圖2F)。Kts組主要為棕黃色-灰色灰泥灰?guī)r,見(jiàn)縫合線(xiàn)、蟲(chóng)孔和高角度裂縫,見(jiàn)燧石層段,為開(kāi)闊臺(tái)地-局限臺(tái)地沉積(圖2G,圖2H,圖2I)。Kti組為灰色含油灰泥灰?guī)r,富含蟲(chóng)孔、微化石,發(fā)育局限臺(tái)地和臺(tái)前生物礁相沉積(圖2H—圖2L)。

圖2 部分巖心照片F(xiàn)ig.2 Core photoA.Cacalilao-274D,Ksf,448.7m,開(kāi)闊臺(tái)地沉積B.Cacalilao-3103,

從薄片資料分析,白堊系 Ksf,Kan,Kts和 Kti等4個(gè)層位的碳酸鹽礦物主要是方解石,巖性以灰?guī)r為主,其次是白云石。白云石化作用普遍,個(gè)別樣品見(jiàn)菱鐵礦。黏土礦物主要是伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石。附屬礦物主要為石英、長(zhǎng)石、片鈉鋁石及黃鐵礦。各層組的動(dòng)物化石非常豐富,包含有孔蟲(chóng)、介形蟲(chóng)、薄殼類(lèi)軟體動(dòng)物或薄殼類(lèi)瓣腮動(dòng)物化石,此外還見(jiàn)到火山灰碎屑、火山玻璃、黏土內(nèi)碎屑、石英、長(zhǎng)石、云母、片鈉鋁石、燧石、干酪根及植物碎片。火山灰碎屑大多重結(jié)晶,轉(zhuǎn)化為片鈉鋁石、黏土、硅質(zhì)、長(zhǎng)石、菱鐵礦、燧石結(jié)核等。膠結(jié)物主要包括生物殼內(nèi)方解石、殼內(nèi)和內(nèi)碎屑內(nèi)的微晶硅質(zhì)膠結(jié)、基質(zhì)(有孔蟲(chóng)體腔和殼內(nèi)黃鐵礦)膠結(jié)和白云石、片鈉鋁石、硅質(zhì)、黏土、燧石膠結(jié)、硅化的火山玻璃、方解石、菱鐵礦膠結(jié)(圖3)。主要的成巖作用包括重結(jié)晶作用(火山灰的重結(jié)晶、火山灰硅化和基質(zhì)重結(jié)晶作用)和交代作用(方解石白云石化、植物碎屑的黃鐵礦化以及硅質(zhì)、磷酸鹽交代方解石作用),此外也見(jiàn)到部分溶解作用,產(chǎn)生了溶蝕孔和鑄模孔(圖3)。

總體來(lái)看,由于EPC區(qū)域白堊系地層沉積厚度較薄(＜1 500 m)、埋深較淺(＜2 500 m),成巖為早-中期階段[3-7]。在同生期成巖階段,碳酸鹽巖是處于邊沉積、邊成巖的過(guò)程中,發(fā)生了泥晶化、膠結(jié)、同生溶蝕、白云巖化、重結(jié)晶等成巖作用,初期形成的巖石有較大的孔隙空間,主要孔隙類(lèi)型有粒間孔、晶間孔、早期溶孔等。成巖早期,埋深逐漸加大,由于上覆載荷作用導(dǎo)致強(qiáng)烈的壓實(shí)壓溶作用、早期膠結(jié)充填作用以及白云巖化作用等,巖石中的原生孔隙基本消失,孔隙度急劇降低。隨著第三紀(jì)區(qū)域火山活動(dòng)的影響,地殼急劇升降,在碳酸鹽巖內(nèi)形成了規(guī)模不等的裂縫系統(tǒng),極大地改善了碳酸鹽巖的儲(chǔ)集條件,使侏羅系中的烴有條件運(yùn)移到白堊系碳酸鹽巖儲(chǔ)層中,形成油氣藏。

圖3 取自巖石薄片的成巖作用顯微照片F(xiàn)ig.3 M icroscopic photo of thin section show ing diagenesis

3 沉積相特征

區(qū)內(nèi)的白堊系地層為連續(xù)沉積,發(fā)育在侏羅系末期的海侵沉積之上,底部是很易識(shí)別的層序界面。下白堊統(tǒng)Kti沉積期為一次較大的海泛過(guò)程,不同區(qū)域受古地形控制沉積厚度差異較大,其中東北部為古地形的低洼處,沉積厚度較大,西部沉積厚度較為均勻,反映當(dāng)時(shí)的地貌高差不大；其上部的 Kto組同樣為較大范圍的海泛過(guò)程,但是沉積厚度相對(duì)較小,區(qū)域上分布穩(wěn)定,可以作為區(qū)域的層序界面。中上白堊統(tǒng)沉積時(shí)地殼運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定,局部受到斷層影響,造成地層沉積厚度稍有差異,大部為穩(wěn)定的沉積。Kts和Kan的頂部從測(cè)井和地震資料分析特征清楚,也可以作為區(qū)域的層序界面。Ksf的地震剖面上成像較差,一般表現(xiàn)為連續(xù)性差的弱反射或空白,僅個(gè)別的地震剖面可以看到較連續(xù)的反射同相軸,Km由于遭受剝蝕在部分地區(qū)埋深較淺或者被剝蝕掉,不易識(shí)別。因此結(jié)合鉆井取心,確定了區(qū)域上的3個(gè)層序界面,將白堊系地層劃分為4個(gè)準(zhǔn)層序組(Kti,Kts,Kan和 Ksf)。

從巖心和區(qū)域地質(zhì)資料來(lái)看,區(qū)域上主要發(fā)育臺(tái)地相(局限臺(tái)地、開(kāi)闊臺(tái)地沉積)和臺(tái)緣相(臺(tái)地邊緣淺灘、生物礁相和臺(tái)前斜坡沉積)等沉積相區(qū)(相 帶)(表1,圖4)。

表1 區(qū)域沉積相巖性和沉積構(gòu)造特征Table 1 Characteristics of regional sedimentary facies and sedimentary structure

圖4 早白堊世(a)和晚白堊世(b)區(qū)域沉積相圖Fig.4 Regional sedimentary faciesmap of Early Cretaceous(a)and Late Cretaceous periods(b)

局限臺(tái)地沉積主要為灰泥巖、粒泥灰?guī)r和白云巖,少量泥?；?guī)r夾礫砂屑顆?；?guī)r。生物化石少,以廣鹽度的藍(lán)綠藻和介形蟲(chóng)為主,代表著較閉塞的低能環(huán)境。

開(kāi)闊臺(tái)地沉積體系海域廣闊,海水循環(huán)較好,鹽度基本正常,沉積物從粒屑到灰泥都有。包括泥晶粒屑灰?guī)r、亮晶粒屑灰?guī)r和粒屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等,生物以腕足類(lèi)為主,其次為藍(lán)綠藻、棘皮、介形蟲(chóng)、苔蘚蟲(chóng)等。

臺(tái)地邊緣淺灘沉積由顆粒巖和生物巖類(lèi)組成,生物種類(lèi)多,主要是廣鹽度的藍(lán)綠藻、棘皮、腕足、三葉蟲(chóng)、苔蘚蟲(chóng)、層孔蟲(chóng)等。主要的亞相包括臺(tái)緣灘、臺(tái)緣礁。

臺(tái)前斜坡沉積為碳酸鹽碎屑流-濁流成因的灰色薄-中層細(xì)礫灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、呈夾層狀或互層狀產(chǎn)于較深水靜水斜坡沉積的灰-深灰色薄-中層狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖,主要的沉積構(gòu)造為滑塌和沖刷構(gòu)造。

圖5 EPC地區(qū)碳酸鹽巖沉積發(fā)育模式圖Fig.5 Sedimentary model of carbonate rock in EPC area

4 區(qū)域沉積模式

白堊系地層是在墨西哥灣擴(kuò)張時(shí)期東部的海侵背景上發(fā)育的坳拉槽沉積,這次海侵形成了厚層的石灰?guī)r沉積,該石灰?guī)r沉積發(fā)育在一套間歇沉陷和出露的克拉通系列以及海相高點(diǎn)之中(圖5)。

在Kti期,EPC區(qū)大部分為各種沉積類(lèi)型的石灰?guī)r類(lèi),東部地區(qū)沉積了厚層的黏土質(zhì)石灰?guī)r,形成了開(kāi)闊海相沉積。中西部的大部分地區(qū)沉積了一套臺(tái)地環(huán)境的石灰?guī)r,在 Montecillos-1的西北部和Carbonar-1—Sinclair-313地區(qū)形成了礁石相輪廓(圖4)。

本區(qū)西北部為隆起的陸臺(tái),受斷層作用影響發(fā)育了陸相碎屑物沉積,該碎屑流可能是由于周?chē)顒?dòng)地帶的陸地抬升或者海面升降造成的。

Kto沉積期發(fā)生了一次重要的海侵,完全覆蓋了曾經(jīng)活躍的地帶,在全區(qū)形成了厚層的灰質(zhì)泥巖沉積。雖然Kto被看作一個(gè)與Kti沉積同級(jí)別的沉積層,但其厚度相對(duì)較小,只有50 m左右,且基本全為泥質(zhì)沉積,可以做為區(qū)域的蓋層。同時(shí)從區(qū)域?qū)有虻貙由峡?Kto也可以作為最大的海泛面,相當(dāng)于密集段沉積,可以作為一個(gè)層序界面。

從地震剖面和構(gòu)造上看,結(jié)合連井剖面,在MON TE-200的西部和 Tepanchao-1114的西北部發(fā)育了2個(gè)臺(tái)內(nèi)洼地,形成了一套淺海相和蒸發(fā)巖相沉積。

在晚白堊世初期,西部地區(qū)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響發(fā)生抬升和變形,整個(gè)區(qū)域發(fā)育了來(lái)自墨西哥西部的陸源沉積。該時(shí)期開(kāi)始經(jīng)歷了擠壓作用,后期遭受抬升。隨著第三紀(jì)火山作用和海面逐漸向東退卻,碎屑巖沉積的海岸和三角洲隨之形成,白堊系沉積結(jié)束。

5 結(jié)論

白堊系儲(chǔ)層巖性主要為淺灰色灰泥巖,巖心上多見(jiàn)豐富的內(nèi)碎屑、蟲(chóng)孔和遺跡化石和微化石。碳酸鹽礦物主要為方解石,巖性以灰?guī)r為主,其次是白云巖。黏土礦物主要為伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石。

由于 EPC區(qū)域白堊系地層沉積厚度較薄(＜1 500 m)、埋深較淺(＜2 500 m),成巖為早-中階段。本區(qū)主要的成巖作用包括重結(jié)晶、交代和溶解等。殘余原生孔隙和裂縫是其主要的儲(chǔ)集空間。

區(qū)域上主要發(fā)育臺(tái)地相(局限臺(tái)地、開(kāi)闊臺(tái)地沉積)和臺(tái)緣相(臺(tái)地邊緣淺灘、生物礁相和臺(tái)前斜坡沉積),以臺(tái)地相沉積為主。臺(tái)緣和臺(tái)內(nèi)的高能相帶、有效的成巖改造帶、高裂縫發(fā)育強(qiáng)度帶應(yīng)該是比較有利的油氣富集區(qū)域。

[1] 白國(guó)平.世界碳酸鹽巖大油氣田分布特征[J].古地理學(xué)報(bào), 2006,8(2)：241-250.

[2] 阿尼埃爾B.墨西哥布蘭卡地區(qū)第三紀(jì)酸性火山巖型鈾礦床[M].孫維新,鄭一星,譯.北京：原子能出版社,1988：：4-20.

[3] Dante Mo rán-Zenteno.Geology of the M exican Republic(Series AAPG studies in geology)[M].Tulsa：American Association of Petroleum Geologists,1994：5-30.

[4] Nishenko S P,Singh S K.Conditional p robabilities fo r the recurrence of large and great interp late earthquakes along the Mexican subduction zone[J].Bulletin of the Seismological Society of America,1987,77(6)：2095-2114.

[5] David Jennette,Tim Waw rzyniec,Khaled Fouad,et al.Traps and turbidite reservoir characteristics from a comp lex and evolving tectonic setting,Veracruz Basin,southeastern Mexico [J].AAPGBulletin,2003,87(10)：1599-1622.

[6] Lew is Burnett Kellum.Similarity of surface geology in front range of Sierra Madre O riental to subsurface in Mexican south fields[J].AAPGBulletin,1930,14(1)：73-91.

[7] Dunham R J.Classification of carbonate rocks acco rding to depositional textures[R].AAPG Memoir 1,1961：108-121.

[8] 夏邦棟.普通地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社,1995：206-208.

[9] 馮增昭.沉積巖石學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1997：350-366.

[10] 威爾遜.地質(zhì)歷史中的碳酸鹽相[M].馮增昭,譯.北京：地質(zhì)出版社,1981：260-280.

[11] 強(qiáng)子同.碳酸鹽巖儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社, 1998：17-36.