塔河油田南部奥陶系水文地层格架定量划分及其地质意义

高济元 ,  李雨阳 ,  王诺宇 ,  蔡忠贤 ,  张恒

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (28) :12050-12064

PDF (41037KB)
科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (28) :12050-12064 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2507271
天文学、地球科学

塔河油田南部奥陶系水文地层格架定量划分及其地质意义

作者信息 +

Quantitative Division of Ordovician Hydrostratigraphic Framework and Its Geological Significance in Southern Tahe Oilfield

Author information +
文章历史 +

摘要

水文地层格架的研究对于揭示岩溶水的运移方式及孔隙、洞穴等储层的成因机制具有重要意义。塔河南部处于上奥陶统覆盖区,属于半承压-承压岩溶地质背景,在此条件下开展水文地层格架划分研究显得至关重要。基于三维地震资料、常规测井数据和岩心等数据,通过测井参数计算孔隙度,结合储集体的岩性及多孔介质类型,从流体流动特征角度划分单井含水层与隔水层,在此基础上建立连井水文地层对比格架,以揭示塔河南部水文地层的分布规律。结果表明:塔河地区奥陶系水文地层单元的划分标准为:基质孔隙度>2%的层段定义为扩散流层;溶蚀孔洞和裂缝孔洞发育层定义为孔洞流动层;裂缝发育的层段定义为渗漏型低渗透层;完全致密化层段定义为低渗透层。一级水文地层格架包括:下部含水层为蓬莱坝组白云岩,洞穴层为鹰山组下段至鹰山组上段下亚段,上部含水层为鹰山组上段上亚段至一间房组,承压层为上奥陶统。次一级水文地层格架中,上部含水层可进一步划分为两个次一级含水层夹一层次一级隔水层,洞穴层中可识别出两个次一级隔水层夹一层次一级含水层。水文地层格架垂向分异主要受岩性地层序列控制,高能岩性相决定优质物性,优质物性段控制含水层分布。水文地层格架的建立揭示了塔河南部奥陶系具备岩溶水层状流动的地质条件,并为理解该区中深层岩溶洞穴的形成机制提供了重要依据。

Abstract

Hydrostratigraphic frameworks are essential for understanding karst groundwater flow and the formation mechanisms of pore and cave reservoirs. The southern Tahe area is covered by Upper Ordovician strata and is characterized by a semi-confined to confined karst hydrogeological setting. Therefore, the establishment of a hydrostratigraphic framework is particularly important under these conditions.Three-dimensional seismic data, conventional well-log data, and core observations were used in this study. Porosity was calculated from well-log parameters. Lithology and types of porous media were integrated. Aquifers and aquitards in individual wells were classified according to fluid-flow characteristics. A multi-well hydrostratigraphic correlation framework was then established. The spatial distribution of the hydrostratigraphic units in the southern Tahe area was characterized.Four types of Ordovician hydrostratigraphic units were identified in the Tahe area. Intervals with matrix porosity greater than 2% are defined as diffuse-flow layers. Intervals with well-developed dissolution vugs and fracture-related vugs are defined as vug-dominated flow layers. Fracture-dominated intervals are defined as leaky low-permeability layers. Fully compacted intervals are defined as tight low-permeability layers. The first-order hydrostratigraphic framework consists of four units. The lower aquifer is represented by the dolostones of the Penglaiba Formation. The cave-bearing layer extends from the lower Yingshan Formation to the lower sub-member of the upper Yingshan Formation. The upper aquifer extends from the upper sub-member of the upper Yingshan Formation to the Yijianfang Formation. The overlying confining layer is formed by the Upper Ordovician strata. In the second-order hydrostratigraphic framework, the upper aquifer is subdivided into two secondary aquifers separated by one secondary aquitard. One secondary aquifer is identified between two secondary aquitards within the cave-bearing layer.The vertical differentiation of the hydrostratigraphic framework is mainly controlled by the lithostratigraphic succession. Favorable reservoir properties are controlled by high-energy lithofacies. The distribution of aquifers is controlled by intervals with favorable reservoir properties. The established hydrostratigraphic framework reveals that the Ordovician strata in the southern Tahe area possess geological conditions favorable for stratified karst groundwater flow. It also provides an important basis for understanding the formation mechanisms of middle-to deep-level karst caves in this area.

Graphical abstract

关键词

水文地层格架 / 塔河油田南部 / 孔隙度 / 含水层 / 隔水层

Key words

hydrostratigraphic framework / southern Tahe oilfield / porosity / aquifer / confining bed

引用本文

引用格式 ▾
高济元, 李雨阳, 王诺宇, 蔡忠贤, 张恒. 塔河油田南部奥陶系水文地层格架定量划分及其地质意义[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(28): 12050-12064 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2507271
GAO Ji-yuan, LI Yu-yang, WANG Nuo-yu, CAI Zhong-xian, ZHANG Heng. Quantitative Division of Ordovician Hydrostratigraphic Framework and Its Geological Significance in Southern Tahe Oilfield[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(28): 12050-12064 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2507271

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

水文地质学是一门研究地下水分布、运动及其与地质环境相互作用的学科,其核心在于通过钻探、测井和地球物理探测等手段,识别地下水赋存的地质单元及其流动规律[1-2]。在这一研究体系中,水文地层格架被视为连接地质结构与地下水流动过程的关键分析框架,是认识地下水分层运移特征的重要基础。
随着水文地质研究的不断深入,学界相继提出了“水文地层格架”“水文地层单元”“水文学界面”等概念[3-5]。其中“水文地层单元”是指具有相似水文地质特征的地层或者地层组。可依据其渗透性和储水能力划分为含水层与隔水层两大类型。根据单元的厚度、连续性及空间规模,含水层可进一步划分为含水系统、含水组、超含水层、含水层和次级含水层等不同级次,而隔水层也可分为不同尺度类型[6]。含水层作为水文地层分类中的基本单元,是地下水存储与运移的主要空间载体;含水层与隔水层之间的界面则构成水文学界面,不同水文地层单元的组合共同形成水文地层格架。
在塔河油田开展奥陶系水文地层研究,旨在明确塔河南部是否具备岩溶水层状流动的地质条件,并为认识中深层岩溶洞穴的形成机制提供水文地质依据。塔河地区奥陶系水文地层研究尚处于起步阶段,前人工作主要从致密隔层或盖层的岩性、电性特征出发,对其在油气勘探与开发中的封隔作用进行了探讨[7-9]。这些高阻隔层或夹层在岩溶体系中与隔水层具有相似的水文功能,对地下水和油气的运移起重要控制作用[10]。然而,现有研究多集中于隔水层的岩性特征、电性响应及层序分布,对水文地层单元的水文属性、主导流体流动类型及其垂向分异特征缺乏系统分析。特别是在塔河南部深层碳酸盐岩中,尽管前人已在部分井区识别出多套岩溶隔水层或致密夹层[11-12],但这些研究主要服务于储盖组合分析,尚未从水文地质过程和流体流动视角系统建立含水层-隔水层的水文地层格架。尤其是对不同级次水文地层单元的识别标准、垂向叠置关系及其水动力学意义仍缺乏深入认识,制约了对深层岩溶水层状流动特征及洞穴发育机制的理解。
基于水文地质学基本理论,从地下流体流动方式出发,构建塔河南部奥陶系水文地层划分思路。相较于以往依据岩性或单一测井响应识别隔水层的方法,提出基于流体流动类型的含水层-隔水层划分标准,结合三孔隙度定量解释模型及三维地震剖面约束[13-15],将奥陶系碳酸盐岩储集层划分为扩散流层、孔洞流动层、渗漏低渗透层和低渗透层四类水文地层单元,并通过多井对比建立三级水文地层格架,揭示下部含水层(蓬莱坝组)-洞穴层(鹰山组)-上部含水层(一间房组)-承压层(上奥陶统)的垂向配置关系。在此基础上,进一步将建立的水文地层格架与上升型岩溶流动模型进行对比分析,首次从水动力学角度解释塔河南部深层洞穴集中发育于${\mathrm{T}}_{7}^{6}$界面以下的异常现象。研究成果揭示了岩相-物性耦合对含水层分布的控制作用,实现了研究思路由静态岩性描述向动态流体流动分析的转变,也为深层岩溶储层预测与油气开发提供了水文地层学层面的理论框架与技术思路。

1 地质概况

塔里木盆地地处新疆维吾尔自治区,介于天山及昆仑山两大山系之间,地理范围分布在74°00'E~91°00'E、36°00'N~42°00'N,面积约56×104 km2。该盆地包括塔北隆起(沙雅隆起)、巴楚隆起、塔中隆起(卡塔克隆起)、古城隆起和塔东南隆起共5大隆起和库车坳陷、阿瓦提坳陷、满加尔坳陷、塘沽巴斯坳陷、塔西南坳陷和塔东南坳陷共6个坳陷[图1(a)]。塔河油田位于沙雅隆起东部,北接雅克拉断凸、西邻哈拉哈塘凹陷、东邻草湖凹陷、南邻顺托果勒低隆和满加尔坳陷[16]。

阿克库勒地区在印支-燕山期出现稳定的升降。印支期该地区继续呈现南低北高,隆起范围缩减。在燕山期,隆升范围进一步减小。到喜马拉雅期,库车前陆盆地快速沉降,阿克库勒凸起受到影响,构造格局由南倾变为北倾,最终呈现为北低南高的格局[图1(b)]。

塔河油田南部油气产层主要为奥陶系,完整的地层自下而上可以划分为6套单元[图1(c)],分别为下统蓬莱坝组(Olp)、中-下统鹰山组(O1-2y)、中统一间房组(O2yj)、上统恰尔巴克组(O3q)、良里塔格组(O3l)及桑塔木组(O3s)。一间房组和鹰山组地层发育大段的较为纯净的厚层状灰岩,是发生大规模岩溶的主要层位,具备最好的含油气性能。桑塔木组尖灭线以南地层是完整的,向北转为剥蚀区,上奥陶统的地层逐渐缺失,至恰尔巴克组尖灭线以北,下部地层完全暴露。

2 关键技术与方法

在碳酸盐岩层系,水文地层单元识别与划分的关键在于含水层与隔水层的区分,其本质受控于孔隙结构和渗流能力。基于岩心、测井和地震数据,建立塔河油田南部奥陶系水文地层单元识别标准与格架构建方法。

2.1 水文地层格架划分基本原则

前人基于数字光学钻孔图像,将Biscayne含水层划分为4种流动类型,并建立了相应识别标准,其明确指出高孔高渗介质主要分布在接触孔洞流动层和扩散流层中[17-18]。结合塔河油田奥陶系缝洞储集空间发育的特征,提出塔河地区奥陶系水文地层单元的识别标准:①将基质孔隙发育的层段定为扩散流层;②将溶蚀孔洞和裂缝孔洞发育的层段定为孔洞流动层;③将裂缝发育的层段定为渗漏的低渗透层;④将完全致密化的层段定为低渗透层。其中,将①、②和③作为次一级的含水层,将④作为次一级的隔水层。此外,④属于致密化的碳酸盐岩层段,是区域性的隔水层。次一级含水层和次一级的隔水层可共同组成一级含水层。

2.2 水文地层单元识别标准

在碳酸盐岩储层级别与类型划分中,常用的基本储层参数包括基质孔隙度、裂缝孔隙度、孔洞孔隙度和总孔隙度,均需依据多种测井曲线综合解释获得。采用三孔隙度联合解释模型与计算方法,对塔河南部20余口单井进行计算与统计,结合储层类型判别图版,将研究区储层划分为裂缝型储层(0.05%<裂缝孔隙度<0.3%且总孔隙度<2%)、裂缝-孔洞型储层(0.05%<裂缝孔隙度<0.3%且总孔隙度>2%)、孔洞型储层(2%<总孔隙度<4.5%且裂缝孔隙度<0.05%)和洞穴型储层(裂缝孔隙度>0.3%且总孔隙度>4.5%)。上述划分标准综合参考了前人研究成果与本区孔隙度-渗透率关系曲线,阈值对应的物理意义与孔隙类型相匹配[19-20]。

通过对塔河地区重点取心井的308个实测有效孔隙度数据进行统计分析,建立中下奥陶统碳酸盐岩基质孔隙度-深度关系图(图2)。结果显示,5 200~6 400 m范围基质孔隙度介于0.1%~7.7%,平均值为1.37%。其中,大多数样品孔隙度低于2.0%,仅约10%的样品孔隙度超过2.0%,这些高孔段主要分布于5 600~6 400 m。综合孔隙度分布特征与岩相-孔隙结构特征,约2.0%的孔隙度值既处于研究区基质孔隙度分布的P90统计分界点(即约90%的数据点孔隙度<2%),又对应储层物性明显增强的岩性段,因而可将“基质孔隙度>2.0%”作为识别基质孔隙层(即扩散流层)的定量标准。

基于上述所识别的不同多孔介质类型,结合前人提出的不同多孔介质类型与不同地下水流动类型耦合关系,对裂缝型储层、裂缝-孔洞型储层、孔洞型储层、洞穴型储层、基质型储层和致密隔层进行识别。在裂缝型储层当中,深浅双侧向电阻率(RD、RS)一般在25~100 Ω·m,自然伽马(GR)一般介于15~30 API,将其划分为渗漏的低渗透层;在裂缝-孔洞型储层、孔洞型储层和洞穴型储层当中,RD、RS一般在10~1 000 Ω·m,GR一般介于5~20 API,将其划分为接触孔洞流动层;在基质型储层当中,RD、RS一般在1 000~2 000 Ω·m,GR一般介于20~30 API 将其划分为扩散流层。进一步可以将渗漏的低渗透层、接触孔洞流动层和扩散流层划分为次一级含水层(水文地层单元中最小级次的含水层)。在致密隔层中,RD、RS一般大于10 000 Ω·m,GR一般大于30 API,地下水几乎不流动,故将其划分为低渗漏层,其为天然的次一级隔水层(水文地层单元中最小级次的隔水层)[21-22],如图3所示。

3 水文地层格架划分

3.1 钻井尺度水文地层格架划分

3.1.1 单井水文地层格架划分

通过常规测井数据分别对W311井与W601井的基质孔隙度、裂缝孔隙度、孔洞孔隙度和总孔隙度进行定量化计算,涉及的主要常规测井参数包括井径测井(CAL)、自然伽马测井(GR)、深浅双侧向测井(RD、RS)、补偿中子测井(CNL)、声波速度测井(AC)、密度测井(DEN)。

W311井水文地层单元划分结果如图4(a)所示。该井发育4个集中的储集层段,因此,可识别出4套含水层和4套隔水层。W311井一间房组内部发育1套含水层和1套隔水层。一间房组6 350~6 360 m 和6 380~6 425 m的储集空间十分发育,以溶蚀孔洞和基质型储层为主,其对应的含水层厚度为55 m、隔水层厚度为89 m。W311井鹰山组 6 425~6 500 m主要为致密段,因此划分为隔水层,其厚度大约75 m。该井含水层在常规测井上的响应为:深浅电阻率为50~1 000 Ω·m,自然伽马一般在5~15 API,孔洞孔隙度>2%。隔水层:自然伽马一般大于12.5 API,井径一般在4.9~6.1 cm,密度为2.681 g/cm3,中子孔隙度曲线平直,接近0.8,声波时差曲线起伏,大于52 μs/ft(1 ft=0.304 8 m),深浅侧向电阻率大于1 000 Ω·m。

W601井水文地层单元划分结果如图4(b)所示,该井垂向上识别出8个集中发育的储集层段、对应地识别出8套含水层和7套隔水层。W601井的一间房组上段主要发育基质型储层和溶蚀孔洞,整体储集性能较好;下段相对致密,仅在底部发育少量溶蚀孔洞与基质型储层。因此,在W601井的一间房组(5 880~6 000 m)内部可划分出2套含水区和1套隔水层,一间房组的含水区厚度大约为 52 m,隔水层厚度将近63 m。在鹰山组内部有6套隔水层,6套隔水区,隔水层厚度为254 m,含水区厚度为188 m。其中,鹰山组6 000~6 200 m储层相对致密,仅仅发育少量的溶蚀孔洞与基质型储层,因此,该段内识别出3套含水层,其厚度均约为 10 m。鹰山组6 200~6 440 m的储集空间非常发育,发育了大量溶蚀孔洞,裂缝孔洞以及基质型储层,可识别出2大套含水层。总体上W601井一间房组5 880~5 910 m和鹰山组6 200~6 440 m含水层厚度大,一间房组5 910~6 000 m和鹰山组 6 000~6 120 m隔水层较为发育。该井含水层在常规测井上的响应为:深浅电阻率在500~1 000 Ω·m,自然伽马一般在10~20 API,总孔隙度>2%。

W311和W601均反映一间房组内部总体上可划分出一套含水层和一套隔水层,一间房组上部基质孔隙异常发育、为含水层发育层段,一间房组下段相对致密,为隔水层。鹰山组顶部为一套含水层-隔水层组成的旋回,但是含水层厚度相对较小,隔水层厚度相对较大。

3.1.2 连井水文地层格架对比

基于单井识别的不同类型的水文地层单元,建立了塔河地区南部南北向水文地层格架剖面(图5)与东西向水文地层格架剖面(图6)。塔河地区中下奥陶统${\mathrm{T}}_{7}^{6}$界面以上可划分出至少3套含水层-隔水层组成的水文地层格架。

特别地,一间房组上段含水层为一套区域性的可横向对比的含水层(AQF1),多发育连通孔洞以及基质孔隙为主。一间房组下段为一套区域性的可横向对比的隔水层(AQI1),一间房组底部~鹰山组顶部为一套区域性的可横向对比的含水层(AQF2),鹰山组顶部以下则为一套区域性的可横向对比的隔水层(AQI2)。

塔河地区南北向水文地层格架对比剖面如图5所示。一间房组上段发育一套含水层(AQF1),其厚度为30~85 m,平均厚度约为40 m;一间房组下段发育一套隔水层(AQI1),其厚度为20~65 m,平均厚度约为55 m;鹰山组顶部发育一套含水层(AQF2),其厚度为20~70 m,平均厚度约为30 m;鹰山组顶部之下发育一套隔水层(AQI2),其厚度为25~65 m,平均厚度约为45 m。因此,自不整合面以下构成了2套含水层-隔水层组成的水文地层格架。

此外,自南向北,一间房组上段的含水层是稳定分布的,以基质孔隙层和溶蚀孔洞层段为特征。鹰山组顶部含水层的发育存在南北部的差异性,其中塔河北部鹰山组顶部储层比较发育,以基质孔隙层和溶蚀孔洞层为主,塔河南部鹰山组顶部基质孔隙和溶蚀孔洞相对欠发育、以裂缝为主,容易形成渗漏的低渗透层。

塔河地区南北向水文地层格架对比剖面如图5所示。一间房组上段发育一套含水层(AQF1),其厚度为20~80 m,平均厚度约为45 m;一间房组中下段发育一套隔水层(AQI1),其厚度为10~60 m,平均厚度约为25 m;一间房组下段~鹰山组顶部发育一套含水层(AQF2),其厚度变化较大;鹰山组顶部之下发育一套隔水层(AQI2),其厚度为25~60 m,W319与W604两口深井揭示了这一套隔水层的发育特征。因此,自不整合面以下构成了2套含水层-隔水层组成的水文地层格架。值得注意的是,一间房组下段~鹰山组顶部的含水层发育特征与南北向的剖面存在差别,这可能与一间房组沉积相带的变迁有关系。

3.2 含水层-隔水层地层格架

根据Klimchouk等[23]建立的上升流体流动模型(图7),从水力地层角度要构成一个上升型的流动体系必须具备下部含水层、上部含水层、上覆限制性地层及主要可溶性地层共4个水力地层单元。下部含水层最常见的情况是一个不溶的多孔或裂缝性层,可以作为穿越性洞穴作用的水源。上部含水层可以直接位于洞穴形成(可溶性)单元之上,或者被一个薄的渗漏的弱透水层分隔。上部含水层控制出流,因此是构建上升型循环体系中的重要组成部分。限制性地层覆于上部含水层之上,通常为区域范围分布且低渗透性的地层。穿越性洞穴作用通常出现于限制性地层厚度因侵蚀下切而减小从而引起可观渗滤的地区,或断裂作用及地层的软弱部位。塔河地区蓬莱坝组(${\mathrm{T}}_{7}^{8}$-${\mathrm{T}}_{8}^{0}$)为白云岩层段,基质孔隙相对发育,具有分散性流动介质特征,因此具备了下部含水层的条件。

根据三维地震资料,结合钻井岩性,对塔河南部奥陶系水文地层结构进行了系统划分。在三维地震剖面中,洞穴型储层常呈现串珠状反射特征,其成因主要与洞穴介质与围岩碳酸盐岩之间显著的波阻抗差异以及地震资料的分辨率限制有关。洞穴内部多充填流体或松散物质,与致密围岩之间形成明显的声阻抗突变,可产生较强反射响应,即“串珠状”反射。该类反射特征指示层段内部发育高渗透性溶蚀空间,有利于地下水的汇集与运移,在水文地层划分中被识别为洞穴层并作为重要含水层单元[24-25]。

结合三维地震剖面反射特征(图8),塔河地区奥陶系地层对应不同水力地层单元,上奥陶统在地震剖面上表现为反射连续、振幅稳定的层段,整体渗透性较低,对应区域性限制性地层;其下鹰山组上段上亚段至一间房组反射连续性较好、层理稳定,以孔隙-裂隙型介质为主,构成控制地下水出流的上部含水层。鹰山组下段至鹰山组上段下亚段内部普遍发育反射连续性减弱、局部反射中断及振幅异常等特征,其空间展布与钻井揭示的洞穴及强溶蚀发育层段相对应,代表洞穴作用发育的主要可溶性地层。进一步向下,蓬莱坝组白云岩虽整体反射连续,但内部可溶性强,钻井揭示其孔隙-裂隙系统发育,在地震剖面约束下被识别为洞穴形成之下的重要下部含水层,为穿越性洞穴作用提供主要水源条件。而依据南北向和东西向水文地层对比格架剖面,进而可以构建次一级水文地层格架:将上部含水层进一步划分为两个次一级含水层夹次一级隔水层,可溶性地层中进一步划分出两个次一级隔水层夹一个次一级含水层。

4 水文地层单元垂向分异的主控因素

4.1 高能的岩性相决定优质物性

通过对W427和W409井两口连续取芯井的岩性、实测基质物性和测井基质孔隙度计算曲线的综合研究,发现:基质孔隙度大于2%的取样层段,其基质孔隙度曲线上往往呈现出局部的峰值。如W427井5 988~5 992 m取芯段三个样品点,基质孔隙度数据远远超出2%,在基质孔隙度曲线上呈现出两个峰值区段;W409井5 945~5 960 m取芯段实测了25个样品点的基质孔隙度,其中11个样品点基质孔隙度大于2%,在该井的基质孔隙度曲线上则呈现出三个峰值区段。这些峰值区段即指示了单井基质孔隙层的发育部位(图9)。

岩心证据表明,这些高孔隙度段主要发育于高能浅滩或藻丘复合相带中,岩石类型以亮晶鲕粒灰岩、亮晶砂屑灰岩和生物碎屑藻砂屑灰岩为主。亮晶鲕粒灰岩及亮晶砂屑灰岩多呈粒支结构,粒间孔及粒内模孔发育,局部孔隙因亮晶方解石胶结而部分被填充;生物碎屑藻砂屑灰岩及藻黏结砂屑灰岩具明显生物胶结结构,常见次生溶蚀孔及裂缝扩溶孔;泥晶生屑灰岩则代表低能滞流区沉积,孔隙度低且多被方解石或沥青充填。总体上,基质孔隙层集中分布于粒支结构或生物胶结结构发育的岩石中,显示沉积能量与早期成岩溶蚀对基质孔隙层形成具有关键控制作用。

因此,图9所示的孔隙度峰值不仅反映了数值上的高孔区段,也对应于特定的沉积构造、成岩特征与孔隙类型。这表明塔河南部奥陶系基质孔隙的形成与演化受控于沉积-成岩耦合作用,为水文地层格架划分提供了可靠的地质依据。

4.2 优质物性段控制含水层分布

${\mathrm{T}}_{7}^{5\mathrm{-}1}$地层以上的奥陶系地层主要为一套泥晶灰岩夹颗粒灰岩段,从目前上奥陶统覆盖区的钻井岩心和微观薄片中明显展示了多孔介质的特征,基本孔隙类型为残余粒间孔、铸模孔等,属于典型的分散性流动介质,因此可以作为上部含水层。这套地层为加里东中期Ⅱ~Ⅲ幕以及海西早期南部上升型岩溶地下水的横向排驱提供了重要输导层。当上升型的岩溶流体经过${\mathrm{T}}_{7}^{5\mathrm{-}1}$界面时,界面之下由断层主导的集中流动消失,因而,${\mathrm{T}}_{7}^{5\mathrm{-}1}$界面也是深部热水排出的地层边界(图10)。

鹰山组下段及鹰山组上段的下亚段(${\mathrm{T}}_{7}^{5\mathrm{-}1}$-${\mathrm{T}}_{7}^{8}$)主要为一套白云质灰岩、泥晶灰岩段,也是塔河地区岩溶洞穴和岩溶暗河发育的主要层段,为可溶性地层单元[26]。

塔河南部地区古洞穴在垂直上主要分布在上鹰山组下亚段(${\mathrm{T}}_{7}^{5\mathrm{-}1}$-${\mathrm{T}}_{7}^{6}$)的原因是岩石地层层序和多孔介质的变化。可溶岩石和不可溶岩石的垂直非均质性对流体流动模式有重要影响。

蓬莱坝组(${\mathrm{T}}_{7}^{8}$-${\mathrm{T}}_{8}^{0}$)结晶孔隙发育良好,地层流体呈弥散分布[27]。鹰山组下段(${\mathrm{T}}_{7}^{6}$-${\mathrm{T}}_{7}^{8}$)地层较为致密[15],因此,该套地层的流体流动方式以断层诱导的集中流为主。当热水到达${\mathrm{T}}_{7}^{6}$界面时,流体将从走滑断层根部流入花状构造。由于一间房组与鹰山组上段上亚段之间存在原生孔隙[28-29],流体分布在${\mathrm{T}}_{7}^{5\mathrm{-}1}$和${\mathrm{T}}_{7}^{4}$界面之间会呈现扩散流动模式。

5 水文地层格架划分的地质意义

水文地层格架的建立为塔河南部奥陶系岩溶水南北向的运动样式提供了地质格架。塔河油田奥陶系南北分异的格局十分显著,即以上奥陶统尖灭线为界,北部为非承压岩溶区(暴露型岩溶)、南部为半承压-承压岩溶区(覆盖型岩溶)。塔河北部和南部大气淡水的分布和运动方式完全不同。北部由于直接裸露在地表,因而形成了大规模南北向汇流的水系结构,大气降雨都直接汇聚到这些地表水文网络或者通过一定的地下径流之后汇聚到地表水系中。因此,塔河北部的岩溶水呈现出裸露畅排的结构特征。塔河南部由于上覆承压地层的存在,来自北部的大量的地表降雨将自地表转入到地下,这种条件下,岩溶水的运动方式难以确定。水文地层格架的建立揭示了塔河南部奥陶系具备岩溶水层状流动的地质条件,并为理解中深层岩溶洞穴的形成机制提供了重要依据。

水文地层格架的建立有助于理解塔河南部中深层岩溶洞穴形成机制。塔河油田南部和北部都发育了大量的岩溶洞穴,其中北部的岩溶洞穴以大型岩溶暗河和断控孤立岩溶洞穴为主,且主要发育在${\mathrm{T}}_{7}^{4}$-${\mathrm{T}}_{7}^{6}$界面内,而南部的岩溶洞穴以断控孤立岩溶洞穴为主,主要分布在${\mathrm{T}}_{7}^{6}$界面以下。显然塔河南部岩溶洞穴的形成条件与塔河北部完全不同。水文地层格架的建立,为理解塔河南部洞穴发育条件提供了有效的地质依据。经典理论认为,在承压岩溶区,洞穴发育通常受特定水文地层格架的控制,该格架由下部含水层、可溶性岩层(洞穴发育层)、上部含水层及上覆承压层共同组成,构成有利于上升型岩溶流动的水动力学条件。在塔河南部建立的水文地层格架恰好符合上述水力地层配置特征,从水文地质角度为南部岩溶洞穴主要发育于${\mathrm{T}}_{7}^{6}$界面以下的现象提供了合理解释。

6 结论

(1)从流体流动类型的角度,基于多孔介质类型的测井识别与划分含水层。建立了塔河地区奥陶系水文地层单元的识别标准:①将基质孔隙度>2%的层段定为扩散流层;②将溶蚀孔洞和裂缝孔洞发育的层段定为孔洞流动层;③将裂缝发育的层段定为渗漏的低渗透层;④将完全致密化的层段定为低渗透层。

(2)塔河南部奥陶系所建立的水文地层格架的基本格局:一级水文地层格架:下部含水层为蓬莱坝组白云岩,洞穴层为鹰山组下段~鹰山组上段下亚段,上部含水层为鹰山组上段上亚段~一间房组,承压层为上奥陶统。次一级水文地层格架:将上部含水层进一步划分为两个次一级含水层夹次一级隔水层,洞穴层中进一步划分出两个次一级隔水层夹一个次一级含水层。

(3)水文地层格架垂向分异的主控因素是岩性地层序列。岩性地层跟水文地层的耦合关系:高能的岩性相决定优质物性、优质物性段控制含水层分布。

(4)水文地层格架的建立揭示了塔河南部奥陶系具备岩溶水层状流动的地质条件,并为理解中深层岩溶洞穴的形成机制提供了重要依据。

参考文献

[1]

李佩成, 乔长录, 程建军. 水文地质学原理[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2017.

[2]

Li Peicheng, Qiao Changlu, Cheng Jianjun. Principles of hydrogeology[M]. Beijing: China Water & Power Press, 2017.

[3]

张发旺, 陈立, 王滨, 等. 矿区水文地质研究进展及中长期发展方向[J]. 地质学报, 2016, 90(9): 2464-2475.

[4]

Zhang Fawang, Chen Li, Wang Bin, et al. Research progress and medium-to long-term development directions of hydrogeological stu-dies in mining areas[J]. Acta Geologica Sinica, 2016, 90(9): 2464-2475.

[5]

Carter T R, Fortner L D, Russell H A J, et al. A hydrostratigraphic framework for the Paleozoic bedrock of southern Ontario[J]. Geoscience Canada, 2021, 48(1): 23-58.

[6]

Al-Aswad A A, Al-Bassam A M. Proposed hydrostratigraphical classification and nomenclature: application to the Palaeozoic in Saudi Arabia[J]. Journal of African Earth Sciences, 1997, 24(4): 497-510.

[7]

Domenico P A, Schwartz F W. Physical and chemical hydrogeology[M]. Hoboken: John Wiley International Publishing Group, 1997.

[8]

Al-Bassam A M, Al-Dabbagh M E, Hussein M T. Application of a revised hydrostratigraphical classification and nomenclature to the Mesozoic and Cenozoic succession of Saudi Arabia[J]. Journal of African Earth Sciences, 2000, 30(4): 917-927.

[9]

邓亚, 郭睿, 田中元, 等. 碳酸盐岩储集层隔夹层地质特征及成因——以伊拉克西古尔纳油田白垩系Mishrif组为例[J]. 石油勘探与开发, 2016, 43(1): 136-144.

[10]

Deng Ya, Guo Rui, Tian Zhongyuan, et al. Geological characteristics and genesis of barriers and interlayers in carbonate reservoirs: a case study of the Cretaceous Mishrif Formation in the west Qurna oilfield, Iraq[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016, 43(1): 136-144.

[11]

黄腊梅, 罗日升, 韩杰, 等. 塔北隆起英买潜山区白云岩夹层特征及识别[J]. 中国岩溶, 2015, 34(2): 187-194.

[12]

Huang Lamei, Luo Risheng, Han Jie, et al. Characteristics and identification of dolomite interlayers in the Yingmai buried-hill area of the Tabei uplift[J]. Carsoligica Sinica, 2015, 34(2): 187-194.

[13]

李峰峰, 李蕾, 万继方, 等. 伊拉克X油田碳酸盐岩隔夹层隐蔽性特征及封隔性评价[J]. 中国石油大学学报(自然科学版), 2024, 48(4): 1-11.

[14]

Li Fengfeng, Li Lei, Wan Jifang, et al. Concealed characteristics and sealing evaluation of carbonate barriers and interlayers in the X oilfield, Iraq[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2024, 48(4): 1-11.

[15]

Ford D, Williams P D. Karst hydrogeology and geomorphology[M]. Hoboken: John Wiley International Publishing Group, 2007.

[16]

Wu J, Fan T, Gao Z, et al. Identification and characteristic ana-lysis of carbonate cap rock: a case study from the Lower-Middle Ordovician Yingshan Formation in Tahe oilfield, Tarim Basin, China[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2018, 164: 362-381.

[17]

张长建, 张振哲, 金燕林. 塔河油田浅覆盖区中—下奥陶统承压岩溶缝洞结构特征——以T738井区为例[J]. 海相油气地质, 2023, 28(2): 133-143.

[18]

Zhang Changjian, Zhang Zhenzhe, Jin Yanlin. Structural characteristics of confined karst fracture-cave systems in the Middle-Lower Ordovician under shallow cover in the Tahe oilfield: a case study of the T738 well area[J]. Marine Origin Petroleum Geology, 2023, 28(2): 133-143.

[19]

智慧文, 杨志彬, 肖兹, 等. 塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层孔隙度测井解释方法研究[J]. 新疆石油天然气, 2007, 3(4): 5-8.

[20]

Zhi Huiwen, Yang Zhibin, Xiao Zi, et al. Study on porosity log interpretation methods for Ordovician carbonate reservoirs in the Tahe oilfield[J]. Xinjiang Petroleumand Natural Gas, 2007, 3(4): 5-8.

[21]

Salifou I A M, Zhang H, Boukari I O, et al. New vuggy porosity models-based interpretation methodology for reliable pore system characterization, Ordovician carbonate reservoirs in Tahe oilfield, north Tarim Basin[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2021, 196: 107700.

[22]

Zhang H, Cai Z, Hao F, et al. Hydrogeomorphologic architecture of epikarst reservoirs in the Middle-Lower Ordovician, Tazhong Uplift, Tarim Basin, China[J]. Marine and Petroleum Geology, 2018, 98: 146-161.

[23]

李田智, 乐平, 王佳乐, 等. 基于动静结合的缝洞型油藏建模数模一体化及应用: 以塔河油田T436单元为例[J]. 科学技术与工程, 2024, 24(33): 14195-14204.

[24]

Li Tianzhi, Le Ping, Wang Jiale, et al. Integrated static-dynamic modeling and numerical simulation of fracture-cavity reservoirs: a case study of the T436 unit in the Tahe oilfield[J]. Science Technology and Engineering, 2024, 24(33): 14195-14204.

[25]

Runkel A C, Tipping R G, Alexander Jr E C, et al. Hydrostratigraphic characterization of intergranular and secondary porosity in part of the Cambrian sandstone aquifer system of the cratonic interior of north America: improving predictability of hydrogeologic properties[J]. Sedimentary Geology, 2006, 184(3/4): 281-304.

[26]

Cunningham K J, Renken R A, Wacker M A, et al. Application of carbonate cyclostratigraphy and borehole geophysics to delineate porosity and preferential flow in the karst limestone of the Biscayne aquifer, SE Florida[J]. Perspectives on Karst Geomorphology Hydrology & Geochemistry, 2006, 404(8): 191-208.

[27]

成锁, 简世凯, 谭杨, 等. 塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层孔隙特征刻画[J]. 断块油气田, 2023, 30(5): 816-821.

[28]

Cheng Suo, Jian Shikai, Tan Yang, et al. Characterization of pore features in Ordovician carbonate reservoirs of the Tarim Basin[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 2023, 30(5): 816-821.

[29]

徐珂, 张辉, 尹国庆, 等. 超深断控缝洞型碳酸盐岩储层品质评价方法与应用——以塔里木盆地富满油田X井区为例[J]. 天然气地球科学, 2025, 36(3): 469-478.

[30]

Xu Ke, Zhang Hui, Yin Guoqing, et al. Reservoir quality evaluation method and application for ultra-deep fault-controlled fracture-cave carbonate reservoirs: a case study of the X well area in the Fuman Oilfield, Tarim Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2025, 36(3): 469-478.

[31]

康志宏, 戎意民, 魏历灵, 等. 塔河油田奥陶系碳酸盐岩岩溶储集体类型及划分方法研究[J]. 现代地质, 2014, 28(5): 986-994.

[32]

Kang Zhihong, Rong Yimin, Wei Liling, et al. Types and classification methods of karst reservoirs in Ordovician carbonates of the Tahe oilfield[J]. Geological Science and Technology Information, 2014, 28(5): 986-994.

[33]

高济元, 张恒, 蔡忠贤, 等. 碳酸盐岩缝洞型油藏古岩溶洞穴充填作用研究进展——以塔河油田为例[J]. 石油科学通报, 2025, 10(2): 326-341.

[34]

Gao Jiyuan, Zhang Heng, Cai Zhongxian, et al. Research progress on paleokarst cave filling in carbonate fracture-cavity reservoirs: a case study of the Tahe oilfield[J]. Petroleum Science Bulletin, 2025, 10(2): 326-341.

[35]

Klimchouk A. Morphogenesis of hypogenic caves[J]. Geomorphology, 2009, 106(1/2): 100-117.

[36]

邓光校, 马永强, 谢玮. 碳酸盐岩小缝洞群储集体地震表征方法[J]. 科学技术与工程, 2022, 22(8): 3038-3042.

[37]

Deng Guangxiao, Ma Yongqiang, Xie Wei. Seismic characterization methods for small fracture-vuggy reservoir clusters in carbonate rocks[J]. Science Technology and Engineering, 2022, 22(8): 3038-3042.

[38]

王鑫, 邓光校, 霍晗勇, 等. 塔河地区奥陶系碳酸盐岩储层溶洞断裂定量分级技术[J]. 科学技术与工程, 2024, 24(28): 12016-12024.

[39]

Wang Xin, Deng Guangxiao, Huo Hanyong, et al. Quantitative grading techniques for dissolution caves and fractures in Ordovician carbonate reservoirs of the Tahe area[J]. Science Technology and Engineering, 2024, 24(28): 12016-12024.

[40]

高济元, 王诺宇, 李雨阳, 等. 塔河油田奥陶系古岩溶暗河结构划分与充填程度智能定量预测[J]. 石油勘探与开发, 2026, 53(2): 369-383.

[41]

Gao Jiyuan, Wang Nuoyu, Li Yuyang, et al. Classification of Ordovician paleokarst underground-river structures and intelligent quantitative prediction of fillingdegree in the Tahe oilfield[J]. Petroleum Exploration and Development, 2026, 53(2): 369-383.

[42]

乔占峰, 张天付, 贺训云, 等. 塔里木盆地蓬莱坝组层状白云岩储层发育规律[J]. 地球科学, 2023, 48(2): 673-689.

[43]

Qiao Zhanfeng, Zhang Tianfu, He Xunyun, et al. Development characteristics of stratified dolomite reservoirs in the Penglaiba Formation, Tarim Basin[J]. Earth Science, 2023, 48(2): 673-689.

[44]

彭守涛, 何治亮, 丁勇, 等. 塔河油田托甫台地区奥陶系一间房组碳酸盐岩储层特征及主控因素[J]. 石油实验地质, 2010, 32(2): 108-114.

[45]

Peng Shoutao, He Zhiliang, Ding Yong, et al. Reservoir characteristics and main controlling factors of Ordovician Yijianfang Formation carbonates in the Tuofutai area, Tahe oilfield[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2010, 32(2): 108-114.

[46]

杨德彬, 高济元, 张恒, 等. 塔里木盆地塔河油田奥陶系大型岩溶暗河类型、发育特征及其形成条件[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 483-496.

[47]

Yang Debin, Gao Jiyuan, Zhang Heng, et al. Types, development characteristics and formation conditions of large paleokarst conduits in the Ordovician, Tahe oilfield, Tarim Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(4): 483-496.

基金资助

油气勘探开发理论与技术湖北省重点实验室开放基金(TTPED-2021-12)

中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA14010302)

PDF (41037KB)

49

访问

0

被引

详细

导航
相关文章

/

〈 〉