伊拉克哈法亞油田古近系海相三角洲沉積特征及成藏主控因素

秦國省，王友凈，劉 輝，蘭宇坤，洪 亮

（1.中國石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州 730020）

中東地區油氣資源豐富，石油探明儲量占全球的48.3%，產量占全球的33.5%，是全球油氣勘探開發的熱點和重點地區，伊拉克作為中東地區第三大產油國，石油探明儲量占全球的8.5%，產量占全球的4.0%［1-4］。伊拉克巨型油氣田多為碳酸鹽巖儲層，儲層厚度較大，儲量豐富，為油田開發的主體［5-7］，碎屑巖儲量雖僅占14%，但因其普遍具有較好的儲層物性特征，儲量豐度高，開發工藝較簡單，較國內陸相三角洲油藏具有極好的開發優勢［8-9］，成為海外油田開發實現快速建產和資金回收的首選目標［10］。

中東地區碎屑巖主要發育于古生代基底形成初期、中生代穩定碳酸鹽臺地背景下的海平面快速下降期以及新生代前陸盆地發育初期，沉積類型以濱岸、三角洲為主［11-14］。古生代碎屑巖儲層因埋藏較深，多為過成熟天然氣藏，整體探明程度較低。中生界下白堊統Zubair、中白堊統Nahr Umr 和Bur?gan 為優質儲層［15-19］，多發育海相濱岸、三角洲及陸棚沉積，以中-細砂巖為主，儲層厚度近百米，滲透率為300～4 000 mD，隔夾層穩定發育，多為層狀邊水油藏。世界上最大的砂巖油田Burgan（儲量約為1 990億桶）即為三角洲沉積。新生代漸新世—早中新世，紅海和亞丁灣地區發生熱穹隆和裂谷作用導致阿拉伯地臺抬升［20］，發育大型海相三角洲沉積，因其罕有油藏發育，研究程度較低。伊拉克哈法亞油田古近系Upper Kirkuk 大型海相三角洲油藏具有典型的高孔超高滲透儲層特征，滲透率可至達西級別，富集大量油氣，是哈法亞油田建產的首選油藏。闡明Upper Kirkuk 海相三角洲油藏開發地質特征及成藏主控因素對于實現該油藏快速高效開發具有重要的現實意義，同時對于指導中東地區碎屑巖油藏勘探開發和豐富海相碎屑巖儲層理論具有一定的意義。

1 區域地質概況

哈法亞油田位于伊拉克東南部米桑省，美索不達米亞平原東南部，至東部與伊朗接壤（圖1）。整體屬于扎格羅斯構造帶，處于美索不達米亞前陸盆地前緣帶，為西南向東北方向傾斜的單斜構造背景下發育的局部背斜隆起構造。該區域聚集了伊拉克諸多巨型-大型油田，20 世紀六七十年代先后發現了魯邁拉、西古爾納等大型油氣田，油氣資源當量占伊拉克油氣資源總量的約53%［21-24］。哈法亞油田即為該區域的巨型油田，儲量逾百億桶，整體構造為北西-南東走向的寬緩背斜，背斜長度約為35 km，寬度約為10 km，兩翼傾角小于1°，圈閉面積近百平方公里。

圖1 哈法亞油田區域構造位置Fig.1 Tectonic location of Halfaya Oilfield

新生代初期，隨著新特提斯洋關閉阿拉伯板塊前陸盆地特征初顯，中生代碳酸鹽巖沉積主導的沉積環境逐漸轉變為海陸相共存的沉積特征，至漸新世—早中新世，紅海和亞丁灣地區發生熱穹隆和裂谷作用阿拉伯地臺抬升，發育碎屑巖沉積［25-28］，研究目的層Upper Kirkuk 組即為發育于古近系漸新統這一大地構造背景下的沉積，Upper Kirkuk 組厚度約為170 m，自上而下劃分為8 個小層（UK1—UK8），根據巖性特征進一步細分為若干單層，每個單層厚度約為7～14 m。其底部UK7 和UK8 小層以致密碳酸鹽巖為主，UK6 與UK7 小層之間呈不整合接觸。頂部UK1 小層與上覆Jeribe 組白云巖呈平行不整合接觸，巖性突變較明顯。UK6—UK1小層以砂巖、白云質砂巖、砂質白云巖和泥巖為主，UK6—UK4小層對應海侵沉積旋回，UK4—UK1 小層對應海退沉積旋回，區域最大海泛面Ng20 位于UK4-1 單層［29］（圖2）。

圖2 哈法亞油田Upper Kirkuk油藏綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic histogram of Upper Kirkuk reservoir in Halfaya Oilfield

2 沉積特征

2.1 巖石學特征

Upper Kirkuk 組巖性較復雜，整體可分為砂巖、白云巖化砂巖、泥巖和碳酸鹽巖四大類，根據巖心描述及全巖礦物分析（XRD）可進一步識別不同類型巖性。砂巖可進一步細分為純砂巖、含礫砂巖和泥質砂巖，其中純砂巖多為棕色細砂巖，巖心呈疏松狀（圖3a），XRD 分析其石英含量可高達96%，僅存在微量黏土礦物。含礫砂巖中礫石直徑多為5～20 mm，磨圓較好，且見定向排列特征（圖3b），巖心中多呈薄層分布，整體不發育，多指示了河道滯留沉積特征。泥質砂巖多為深灰色含泥細砂巖，巖心疏松不成形（圖3c），XRD 分析其泥質含量多為15%～35%，以高嶺石為主，可見伊利石和蒙脫石的混層分布。白云巖化砂巖可根據實驗分析白云石的含量進一步細分為白云質砂巖和砂質白云巖，白云質砂巖中白云石含量約為25%～40%，巖心中呈棕色和白色特征（圖3d），在紫外熒光下棕色和白色分布特征更加明顯（圖3e），指示了砂巖的部分白云巖化特征。砂質白云巖中白云石含量一般高達50%～75%，石英含量低于25%，巖心中呈灰色和棕色特征，無明顯顆粒特征（圖3f），在紫外熒光下多呈亮白色（圖3g），指示白云巖化程度較高。泥巖進一步細分為粉砂質泥巖和純泥巖，粉砂質泥巖多呈灰綠色（圖3h），巖心呈疏松黏結狀，純泥巖多為棕紅色（圖3i），巖心中呈破碎狀分布。碳酸鹽巖多為致密石灰巖，非儲層未取心，僅分布于UK7和UK8小層。

圖3 哈法亞油田Upper Kirkuk組典型巖石照片Fig.3 Typical rock photographs of Upper Kirkuk Formation in Halfaya Oilfield

2.2 儲層特征

Upper Kirkuk 組屬典型的高孔高滲透儲層，儲層孔隙度為25%～35%，平均孔隙度約為32%，滲透率為600～10 000 mD，部分樣品滲透率可至達西級別，平均滲透率約為2 500 mD。水下分流河道沉積儲層物性最好，其巖心顯示疏松的特征，鑄體薄片可見大面積孔隙空間分布，石英顆粒及部分膠結物呈漂浮狀分散于孔隙空間中（圖4a），掃描電鏡顯示石英顆粒的松散堆積特征，石英顆粒表面可見部分高嶺石黏土。分流河道沉積儲層物性較好，巖心呈弱膠結-黏結狀態，巖性多以泥質砂巖為主，薄片中孔隙空間較發育，巖屑及黏土礦物含量明顯增加（圖4b），掃描電鏡中亦可見石英顆粒表面分布大量的高嶺石黏土。濱岸砂/席狀砂沉積儲層物性較差，薄片中孔隙空間雖以粒間孔為主，但其分布不均，孔隙連通性較分流河道儲層差（圖4c）。溢岸沉積儲層物性最差，其孔隙空間分布有限，多被石英、白云巖化顆粒及巖屑充填（圖4d）。非儲層以泛濫平原和前三角洲沉積為主，巖性以粉砂質泥巖或泥巖為主，偶見次生溶蝕孔隙，大部分空間被黏土和石英顆粒充填（圖4e），此外前三角洲泥巖有嚴重白云巖化的趨勢，導致孔隙空間完全被白云石膠結充填，無儲集能力（圖4f）。

圖4 哈法亞油田Upper Kirkuk油藏典型儲層物性特征Fig.4 Petrophysical characteristics of typical reservoir layers of Upper Kirkuk reservoir in Halfaya Oilfield

2.3 沉積展布

2.3.1 沉積微相識別

Upper Kirkuk 組區域沉積特征以沖積河流相和三角洲相為主［30］，哈法亞油田主要以大型海相三角洲為主，發育部分濱岸相。哈法亞油田自下而上發育前三角洲、三角洲前緣和三角洲平原亞相。綜合巖性、測井及側向接觸關系，建立了各微相的綜合識別圖版（圖5）。

2.3.2 沉積相平面展布

大型海相三角洲沉積演化受海平面變化影響較明顯，Upper Kirkuk 組自下而上對應海平面上升再下降的完整旋回，其沉積演化也較好地反映了這一特征（圖6）：底部UK6-1 單層沉積時期處于海平面較低時期，主要發育近連片分布的分流河道，分流河道間偶見河道間及溢岸沉積，分流河道末端發育連片分布的席狀砂沉積；至上部UK5-1 單層沉積時期海平面上升，分流河道仍是主要的沉積類型，但此時分流間灣特征較明顯，部分分流河道呈枝狀向盆地方向延伸，整體具有近連片-條帶狀的展布特征；至UK4-2 單層沉積時期海平面上升到最大，即最大海泛面位置，此時分流河道以明顯的條帶狀為主，發育三個主要的分流河道，分流河道末端席狀砂亦局限分布；UK3-1 單層沉積時期海平面有所下降，分流河道又呈現連片分布的特征。

2.3.3 沉積相剖面展布

沉積剖面中可見分流河道、溢岸及席狀砂等主要沉積微相橫向展布同樣受到海平面變化的顯著影響。在海平面處于最高位時，UK4-2 單層分流河道橫向展布范圍有限，呈孤立分布特征，寬度約為2 km，且側向多與分流間灣泥巖相接觸，隨著海平面的不斷下降，分流河道更趨發育，主要表現為橫向連續性逐漸增強，由UK3 小層的以側向拼接為主演化為UK1 小層的單一河道連續分布，分流河道寬度一般為5～15 km。垂向上河道厚度亦呈現逐漸增加的特征，單一河道厚度由UK3 小層的3～5 m 變化為UK1小層的10 m左右。

3 成藏主控因素

3.1 烴源巖特征

中東地區古近系—新近系烴源巖發育有限且多處于未成熟期，難以為古近系—新近系儲層提供油氣供給。Upper Kirkuk 油藏油氣主要來自下部中白堊統阿爾比階的卡茲杜米組（Khazhdumi），該套烴源巖已證實為伊拉克東南部各大油田白堊系油氣藏主要油氣來源［31-32］。卡茲杜米組烴源巖主要分布于伊朗的西南部，并向海灣地區延伸，為迪茲富勒坳陷（Dezful Embayment）海相泥灰巖、頁巖沉積，整體為缺氧還原環境，總有機碳含量為3.1%～12.0%，厚度可達300 m，具有較好的生烴潛力，為伊朗西南部及伊拉克東南部白堊系及其以上層位的油氣聚集提供了物質基礎。

3.2 儲層及隔夾層發育特征

Upper Kirkuk 組頂部Lower Fars 層發育巨厚膏巖，構成了該油藏的頂部蓋層。Upper Kirkuk 組底部UK7 和UK8 小層發育致密灰巖，較好地分隔了下部地層流體，使得Upper Kirkuk 組具有較獨立的油水系統。優勢沉積微相分流河道具有較好的儲層物性及連續性，構成了Upper Kirkuk 油藏的主要儲層，其內部隔夾層的發育亦對油氣成藏及油藏類型起到重要的影響。

圖5 哈法亞油田Upper Kirkuk組沉積微相分類及特征Fig.5 Classification and characteristics of sedimentary microfacies of Upper Kirkuk Formation in Halfaya Oilfield

Upper Kirkuk 組內部隔夾層可分為兩種類型（圖7）：一種為泥巖/粉砂質泥巖巖性隔夾層，該類隔夾層巖性主要為前三角洲泥巖和分流間灣粉砂質泥巖，厚度為1～5 m，多數為2～3 m，平面展布多大于2 000 m，具有在全油藏范圍內較穩定分布，局部呈零散分布的特征，其垂向發育明顯受海平面變化控制，在最大海泛面UK4-1 單層附近該類隔夾層厚度較大且穩定分布，分隔不同層的油水系統。另一種為白云質砂巖/砂質白云巖隔夾層，該類隔夾層的形成主要受后期成巖白云巖化的影響，封隔能力與白云巖化程度相關，一般在該油藏的頂部和底部與白云巖、膏巖及致密灰巖接觸層段具有較充足的離子交換，導致白云巖化較嚴重，其展布具有全區穩定分布的特征。該油藏隔夾層發育具有頂底以白云巖化砂巖發育為主，中部以泥巖發育為主的特征，整體連續分布，局部零散分布，分隔該油藏的油水系統，使得該油藏具有層狀邊水油藏的特征。

3.3 圈閉特征

圖6 哈法亞油田Upper Kirkuk油藏沉積相平面及剖面展布特征Fig.6 Sedimentary facies distribution and profiles of Upper Kirkuk reservoir in Halfaya Oilfield

中東地區圈閉成因主要有鹽流動、基底活動和側向擠壓三種，基底活動多影響古生界及中生界圈閉形成，鹽流動多影響其上覆地層圈閉的形成，而側向擠壓主要由扎格羅斯山控制中-新生代圈閉形成，Upper Kirkuk 背斜構造圈閉的形成即受側向擠壓的影響。扎格羅斯褶皺沖斷帶最初形成于晚白堊世，阿拉伯板塊的洋殼向北俯沖到歐亞板塊之下，造成扎格羅斯山隆起，并最終在上新世基本定型。受扎格羅斯隆升造山側向擠壓的影響，Upper Kirkuk 組形成與擠壓主應力近垂直方向的背斜構造，Upper Kirkuk 背斜構造近北西-南東向，呈東北陡西南緩的特征。背斜長度約為15 km，寬度約為8 km，圈閉面積約為75 km2，為后續油氣聚集提供了廣闊的空間。

圖7 哈法亞油田Upper Kirkuk油藏隔夾層類型及展布Fig.7 Distribution and types of barriers of Upper Kirkuk reservoir in Halfaya Oilfield

綜上所述，優質儲層的發育及蓋層的廣泛發育是決定Upper Kirkuk 油藏形成的關鍵，同時受扎格羅斯造山作用影響形成寬緩長軸背斜構造形態亦有利于油氣的聚集。進一步分析認為沉積和成巖作用共同控制了Upper Kirkuk 油藏內部特征，儲層及隔夾層的控制因素各不相同：優質儲層多為分流河道沉積，且以石英顆粒富集雜基不發育為特征，儲層內部流體運移暢通，基本不受后期成巖作用的影響。優質儲層的展布主要受沉積作用控制，根本原因受海平面變化控制，當海平面處于低位時期，發育連片分布的分流河道沉積，此時儲層廣泛連續分布，當海平面上升到最大海泛面時，發育條帶狀展布的分流河道，儲層發育有限。隔夾層的發育一方面受沉積的控制，另一方面也受到成巖作用的控制，泥巖及粉砂質泥巖隔夾層主要發育于海平面上升時期，多呈穩定分布，分隔不同的流體系統。此外，白云巖化砂巖亦為主要的隔夾層類型，其成因主要受后期成巖作用的影響，上部層段臨近上覆的Jeribe 白云巖及頂部膏巖層，成巖離子運移活動頻繁，使得物性較差的儲層長期與成巖離子接觸發生膠結及交代作用，最終形成白云巖化隔夾層。各小層內部由沉積作用控制的儲層連續分布，由沉積-成巖作用共同控制的隔夾層呈較穩定連續分布的特征，二者共同決定了該油藏的分層內幕結構特征，加之寬緩的背斜構造特征和長期油水分異，使得該油藏具有較穩定統一的油水界面，上述特征綜合控制了該油藏為層狀邊水油藏（圖8）。

圖8 哈法亞油田Upper Kirkuk油藏綜合剖面特征Fig.8 Integrated profile characteristic of Upper Kirkuk reservoir in Halfaya Oilfield

4 結論

哈法亞油田Upper Kirkuk 油藏沉積類型為大型海相三角洲，沉積展布受海平面變化控制明顯，自下而上經歷海平面先上升后下降的完整旋回，沉積類型由下部近連片分流河道發育演化為最大海泛面時期條帶狀分流河道發育，最終隨海平面再次下降演化為連片分布的分流河道。

分流河道沉積巖性以純砂巖為主，石英顆粒呈漂浮狀分布于孔隙空間，其間不發育雜基，整體呈基底式膠結，后期受成巖作用改造作用較小，為Up?per Kirkuk 油藏最為優質的儲層類型。溢岸及席狀砂沉積較薄，展布有限，且顆粒間多充填巖屑及黏土等雜基，物性較差，儲集能力次之。前三角洲泥巖及分流間灣粉砂質泥巖多為非儲層，構成該油藏主要的隔夾層。

Upper Kirkuk 油藏各小層內部由沉積作用控制的儲層連續分布，由沉積-成巖作用共同控制的隔夾層呈較穩定連續分布的特征，二者共同決定了該油藏的分層內幕結構特征，加之寬緩的背斜構造特征和長期油水分異，使得該油藏具有較穩定統一的油水界面，共同控制了該油藏類型為層狀邊水油藏。