A genetic and evolutionary model for the Pliocene granular limestone reef in the Madura Strait Basin, Indonesia
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摘要: 马都拉海峡盆地北部外陆架台地发育有E-W向一字排列的颗粒灰岩生物礁体。该生物礁是有孔虫（主要为抱球虫目）壳体经过各种沉积作用形成的堆积体，发育于早上新世挤压反转期盆地北部边缘区。由于生物礁生长发育所经历的特殊性，其岩石学特征等信息常常具有标志性的反映，因此礁体的剖面反射特征和地震属性相比于围岩会存在不小的差异。这些差异为人们利用地震解释和地震属性提取技术识别生物礁奠定了基础，如在地震剖面上，生物礁往往出现对称丘状外形反射、礁前斜坡前积反射、礁内部杂乱反射和不连续强反射的特征等等。以O-2井钻遇的存在抱球虫化石的马都拉海峡盆地上新统芒杜组沉积地层为研究对象，从地质背景入手，描述了盆地的新生代构造特征和发育各时期所对应的地层。通过进行层位标定和三维地震解释，结合地震属性提取技术，同时考虑到生物礁的发育形态与环境，最终获得了盆地抱球虫颗粒灰岩生物礁在空间上的分布。最后，本文结合盆地历史上的沉积构造活动，提出反转断裂带活动是研究区控制生物礁生长的重要因素，并据此总结了马都拉海峡盆地芒杜组台地边缘生物礁的发育模式。Abstract: Granular limestone reefs in an east-west direction are well developed on the outer shelf platform along the northern margin of the Madura Strait Basin, Indonesia. The reefs were formed by foraminifera shells during the compression and inversion period of early Pliocene in this region. Because of their specific origin, the petrological characteristics and seismic reflection attributes are obviously different from the surrounding rocks. These differences make it possible to identify reefs from others with seismic interpretation and seismic attribute extraction technology. For example, the reefs are often in a symmetrical hilly shape in seismic profiles, with inclined fore-reef reflection, disordered reflection and discontinuous strong reflections etc. This paper is devoted to the deposits of Pliocene Mundu Formation in the Madura Strait Basin mainly consisting of coccidian fossils from the drilling hole of Well O-2. It starts from the geological background of the region. An introduction is made to the Cenozoic tectonics and stratigraphic sequences of the basin. Through horizon calibration and three-dimensional seismic interpretation with seismic attribute extraction technology, and considering the development history and environmental patterns of the reefs, the spatial distribution of the granular coccidia limestone reefs in the basin is finally described. The study of the basin history suggests that the inverted fault zone activity is an important factor to control the reef growth in the study area. Upon the basis of this, a reef development model of the Madura Strait Basin is summarized.
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1. 地质概况
渤中19-6潜山凝析气田是近年来渤海发现的最大千亿方大气田，该气田的发现将为缓解华北地区用气紧张、实现京津冀绿色低碳经济发展发挥重要作用。渤中19-6凝析气田位于渤中凹陷西南部，东南方向为渤南低凸起，西部为埕北低凸起，南接黄河口凹陷，北接渤中凹陷主洼，为渤中凹陷西南次洼和南次洼夹持的、具有洼中隆特征的背斜构造带（图1）。研究区渤中19-6构造带及周边纵向地层自上而下依次发育第四系平原组、明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组以及太古宇变质岩基底，除上述地层外，构造带南部还发育孔店组砂砾岩地层，构造带北部发育中生界地层。其中，沙三段、沙一段以及东三段为主要的3套烃源岩层，明化镇组、馆陶组、孔店组等主要发育碎屑岩储层，中生界地层岩性主要为砂砾岩和凝灰岩[1-2]，太古宇为变质岩基底。
太古宇变质岩潜山基底是研究区的主要含气层段，埋藏深度4200～5500 m，构造上被南北走向的郯庐断裂切割成东、西两部分，并进一步被近东西向次级断裂切割成复杂断块[3]。岩性以二长片麻岩、变质花岗岩以及混合花岗岩为主，储层空间分布复杂，储集空间类型以裂缝为主，同时发育一定数量的溶蚀孔隙。潜山平均孔隙度3.9%，平均渗透率2.6 mD，低孔低渗特征。凝析油含量平均700 g/m3，属于特高含凝析油的块状凝析气藏。
钻井揭示渤中19-6太古宇潜山储层发育规律复杂，主要表现在：①不同断块及同一断块不同位置储层发育厚度差异大，变化快，有效储层厚度40～400 m，测试产能差异大，测试产气量1.1～30万方/天；②含气层段长，储层不仅在潜山风化带发育，在进尺1000 m的内幕带仍发育有效储层。渤中19-6太古宇潜山的发现是近年来深层天然气勘探的重大突破，但目前对其储层发育模式及控制因素的研究、认识还不够深入。本文基于钻井、测井、测试等资料，综合阐述了渤中19-6太古宇潜山储层的发育规律和地质模式，对该气田及周边相似潜山油气田的储层认识及开发方案编制具有重要意义。
2. 潜山纵向分带
太古宇变质岩潜山储层形成的控制因素复杂，前人研究一般认为岩性、构造运动和风化淋滤作用是变质岩潜山储层形成的三大主要控制因素，其中岩石类型是内因，构造运动和风化淋滤作用是外因[4-5]。在潜山岩石类型相同的条件下随着深度增加，潜山内部受构造以及地表风化淋滤等作用的改造作用逐渐减弱，因此，潜山储集层纵向发育程度出现差异。潜山顶部除在构造运动过程中形成构造缝外，在出露地表期间遭受风化淋滤作用的进一步改造，形成风化缝、收缩缝、溶蚀孔缝等储集空间类型，越靠近潜山顶部，改造作用越强，储层中裂缝和孔隙越发育[6-11]。通常情况下，在石油勘探开发中将这部分受构造和风化淋滤作用双重影响的储集层段称为风化带。随着深度的增加，构造应力以及地表地质营力作用逐渐减弱，储集空间类型主要以构造缝为主且构造缝数量逐渐减少，这部分主要受构造运动控制而不受风化淋滤作用影响或影响很小的储集层称为内幕带[12-18]。在野外太古宇变质岩露头中这种纵向的差异比较普遍，在露头顶部裂缝非常发育，网状裂缝发育特征明显，岩石碎裂化程度高（图2a），随深度增大，裂缝数量逐渐减少，岩体越来越致密。
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图 2 山东泰安新泰地区断裂带野外地质露头特征Figure 2. Outcrops of a fault zone in Xintai region, Tai 'an, Shandong Province通过对渤中19-6凝析气田已钻井进行分析发现，风化带和内幕带储集性能的差异在物性以及钻时、电阻率等电测曲线上也有明显的体现。其中风化带由于裂缝较为发育，成像测井平均线裂缝密度3～6条/m，储集性能好，测井解释平均孔隙度2.4%～6.5%，净毛比0.33～0.62（表1）。而内幕带储集层整体较差，平均裂缝线密度0.8～1.2条/m，测井解释平均孔隙度1.7%～3.9%，净毛比小于0.35。从电测曲线上看，风化带裂缝发育，钻时和电阻率相对较低，钻时8～29 min/m，电阻率170～1100 Ω·m。另外，由于风化带受风化淋滤作用较强，黏土矿物增多，伽马能谱测井中TH、U含量较内幕带明显增高。内幕带致密层较为发育，钻时普遍较高，为12～52 min/m，电阻率明显高于风化带，为700～22000 Ω·m，由于内幕带受风化淋滤作用较弱，TH、U含量较风化带明显降低（图3）。
表 1 渤中19-6太古宇潜山风化带分带标准Table 1. Standards for classification of weathering zone in Bozhong19-6 field钻时/（min/m） RS/(Ω·m) RD/(Ω·m) 裂缝密度/（条/m） 孔隙度/% 净毛比% 风化带 8～29 75～930 180～1100 3～6 2.4～6.5 0.33～0.62 内幕带 12～52 440～6200 700～22000 0.8～1.2 1.7～3.9 ＜0.35 ![]()
图 3 渤中19-6太古宇潜山BZ19-6-G井单井纵向分带特征Figure 3. Vertical zonation of BZ19-6-G well in Bozhong 19-6 field3. 风化带储层特征
渤中19-6太古宇潜山风化带厚度42～415 m，厚度差异大，主要储集空间为构造裂缝、风化缝，其次是溶蚀缝、溶蚀孔等。岩心显示风化带整体裂缝较为发育，同时，宏观裂缝整体充填程度高，超过50%的宏观裂缝完全充填，为闭合无效缝，充填物主要为泥质、硅质、钙质、铁白云石等。成像测井解释有效裂缝开度200～600 μm，裂缝相互切割整体呈网状特征，越靠近潜山顶部风化改造作用越强，岩石碎裂化程度越高（图4a），随着深度增加，风化缝数量减少，以构造缝为主（图4b），裂缝间的岩块变致密。另外，张裂缝延伸长度短，裂缝壁不规则，平均张开度大，个别残留张裂缝开度大于2 mm，在部分张裂中可见发育完好的石英晶体（图4c），石英晶体的存在对裂缝的支撑作用明显，有效降低了压实过程中裂缝的闭合程度（图4d）。通过铸体薄片和扫描电镜分析发现，微观储集空间类型主要为微裂缝，其次是溶蚀孔隙，溶蚀孔隙沿微裂缝呈串珠状分布。微观储集空间整体充填程度也较高，铸体薄片定量统计结果显示微观裂缝充填比例达85.2%，主要充填物为白云石、铁白云石、硅质、泥质等（图5）。
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图 4 BZ19-6-G井太古宇潜山岩心特征Figure 4. Pictures of cores from well BZ19-6-G in Bozhong19-6 field![]()
图 5 渤中19-6潜山微观裂缝类型及充填特征Figure 5. The types and filling characteristics of micro-fractures in Bozhong 19-6 field4. 风化带储层发育控制因素
风化带储层受构造和风化淋滤双重作用控制，整体储层比较发育，空间连续性好，呈“似层状”分布。通过古地貌、断层、沟-脊、坡度等控制因素与风化带储层关系分析发现，风化带厚度主要受古地貌控制，古地貌构造越高，风化带厚度越大。同时，受局部断层、沟-脊、坡度等因素的调节作用，局部风化带储层厚度增大或减小。
4.1 宏观古地貌
通过风化带厚度与各控制因素的相关性分析发现，渤中19-6潜山风化带厚度受古地貌控制明显。渤中19-6太古宇潜山上覆地层为沙一段和沙二段，以稳定沉积的灰色、深灰色泥岩为主，且与上覆东营组沉积之间为整合接触，因此采用层拉平的方法将沙河街组顶拉平进行古地貌恢复[19]，恢复的古地貌能够反映潜山在埋藏前的相对古地貌形态（图6）。根据层拉平的机理，上覆沙河街组地层厚度变化即反映了古地貌的高低变化。统计发现，风化带厚度与潜山上覆沙河街组地层厚度相关性较好（图7），对应的古地貌构造高部位储层厚度大，向构造低部位储层厚度逐渐减薄。渤中19-6构造古近系沉积前的古地貌恢复结果显示，研究区构造整体呈近南北向的构造脊形态（图7），构造脊部位风化带厚度最大，储层平均厚度213 m，向两侧构造低部位厚度逐渐减薄，平均厚度仅为56 m，整体表现为从构造高部位向低部位逐渐减薄的“似层状”鲤鱼背模式。
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图 6 渤中19-6太古宇潜山古近系地层沉积前古地貌图Figure 6. Paleogeomorphology of buried hill in Bozhong19-6 field![]()
图 7 太古宇潜山风化带厚度与上覆沙河街组地层厚度交会图Figure 7. The relation of the weathering zone thickness to the strata thickness of the overlying Shahejie Formation潜山在构造运动过程中除形成控制断块边界的较大规模断层外，还会派生出一些较小规模的断层，这些小断层使得断块内部潜山顶面呈现出高低起伏的初始地貌特征。同时，由于断层及断层附近裂缝发育集中，岩体风化剥蚀速度快，逐渐被侵蚀成为沟谷，经过长期的风化剥蚀之后潜山顶面就形成了高低起伏的“沟-脊”地貌[20]。其中，“脊”为剥蚀残留高部位，风化带厚度大，“沟”为原断层位置被侵蚀而成的低谷部位，风化带厚度相对较薄。通过潜山顶面“沟脊”微地貌的精细刻画能够进一步表征潜山风化带厚度的变化规律和分布特征。沟脊在潜山构造高部位和低部位均发育，通过沟脊地貌的精细刻画，可以指导在构造高部位预测出裂缝发育相对差的“沟”，进而进一步指导开发井网部署。同时，也可以指导在构造低部位预测出裂缝相对发育的“脊”，据此进行潜力评价。
4.2 岩石类型
岩石类型是影响潜山储层发育的重要内因，特别是暗色矿物的含量直接影响了裂缝形成的难易程度。根据前人研究结果，黑云母、角闪石等暗色矿物为韧性矿物，不易形成构造裂缝[5]，因此暗色矿物含量越高越不利于裂缝型储层的形成。统计发现，渤中19-6潜山中央构造脊东西两侧暗色矿物含量差异明显，其中西块暗色矿物含量低，暗色矿物含量平均3.9%，储层厚度120～420 m，测试产量18～31万方/天，无阻流量45～160万方/天。东块暗色矿物含量较高，暗色矿物含量平均7.5%，储层厚度38～253 m，测试产量1.1～20万方/天，无阻流量1.2～70万方/天，西块储层及测试产能明显比东块好。
4.3 局部断层
断层及断层周围一定范围内为应力集中区，往往会派生或次生一些构造裂缝，形成的构造裂缝不仅可以直接作为潜山岩体的储渗空间，而且也为岩体出露地表后的风化淋滤提供了基础[5]。类比其他潜山油气田及野外地质露头勘测结果显示，断层单侧影响裂缝发育的距离约为150 m。对山东新泰野外一处断距约为150～200 m的断层进行观测，该断层上升盘出露太古宇变质岩，在断层带核心约20 m范围内裂缝相互切割，岩块基本完全碎裂，局部可见明显的断块角砾、靡棱岩等。随着与断层距离增加，裂缝密度逐渐降低，距离断层约50 m范围内，平均裂缝密度为20～30条/m（图2d），50～100 m范围内平面裂缝密度5～15条/m（图2c），100～150范围内平均裂缝密度3～10条/m（图2b），当距离断层距离超过150 m时，变质岩露头仅有零星裂缝发育，基本以致密岩块为主（表2）。在断层及其一定范围内由于裂缝发育，为后期的风化淋滤作用提供了便利，不仅岩块风化程度相比其他地方高，且沿裂缝风化的深度更大，最终形成的风化带厚度大，因此局部断层的发育会对风化带厚度起到一定的调节作用。
表 2 新泰变质岩露头断层附近裂缝发育密度统计Table 2. Fracture density on the metamorphic outcrop fault near Xintai与断层距离/m 20 40 100 150 200 裂缝密度/（条/m） 破碎带 20～30 5～15 ＜10 ＜5 4.4 构造坡度
构造坡度的陡缓影响风化带的保存程度，平缓的潜山面有利于风化带的保存，储集层厚度大，储集性能好；反之，潜山面陡，风化带更容易被侵蚀，不利于风化带的保存，风化带厚度薄，储集性能差。胜利油田太古宇潜山不同部位的生产井的试油资料统计证实，平缓潜山顶面的太古宇储集体的储集性能普遍优于陡峭的潜山斜坡[4]。渤中19-6潜山各断块坡度3.9°～16.4°，对应的风化带储层厚度差异较大，统计结果显示坡度小于9°的断块风化带厚度110～220 m，坡度大于9°的断块风化带厚度42～92 m（图8）。需要注意的是，实际的古地貌比较复杂，同一断块内也具有一定的构造起伏，不同部位坡度也都有一定差异，因此，在同一断块内部也会因为坡度的差异导致局部风化带厚度的增大或减小。
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图 8 渤中19-6凝析气田风化带厚度与坡度关系图Figure 8. Relationship between weathering zone thickness and slope in Bozhong19-6 field5. 内幕带储层特征
早期渤海海上已发现的太古宇潜山油气田，如锦州25-1南潜山、蓬莱9-1潜山油田、曹妃甸18-1/18-2油田等，含油气层段都集中分布在距离潜山顶50～300 m范围的风化带内。2011年在辽河兴隆台潜山深化勘探中钻探的兴古7井在潜山顶面1500 m以下深度段获得了高产油气流，这充分说明太古宇潜山储集层不一定限于潜山顶部的风化壳，在潜山内幕仍具有形成油气藏的可能，潜山内幕也具有巨大勘探潜力。渤中19-6凝析气田多口探井揭示在进山1000 m范围内的内幕带仍发育有效储层（图3）。
5.1 内幕带储层特征
内幕带岩心、铸体薄片、成像测井等综合分析结果表明，储层的主要储集空间类型为构造裂缝，风化淋滤作用形成的风化缝、溶蚀孔发育较少，基质相对致密，整体裂缝走向以NE向和近NE向为主。与风化带相比低角度裂缝数量减少，高角度裂缝比例增加，倾角大于60°的高角度缝比例占到26.1%～49%。另外，由于内幕带受风化淋滤作用影响小，溶蚀孔隙发育较少，长石矿物表面相对新鲜，蚀变程度较低。内幕带储层整体较差，储层净毛比小于0.35，测井解释孔隙度2.13%～3.86%，测井解释渗透率1.75～2.30 mD。
5.2 主控因素分析
对于潜山内幕储层的成因目前业内还没有形成统一意见，多数人认为构造改造程度是影响内幕储层发育的最关键因素，只要构造运动足够强烈，即使是岩石矿物中暗色矿物含量高或岩性单一，同样也可以形成优质储层[12]。
渤中19-6潜山经历了印支运动、燕山运动、喜山运动多期构造运动，形成了多期断裂系统：印支期扬子板块与华北板块碰撞，产生大量北西西向的逆冲断层；燕山期太平洋板块沿北西西向朝东亚大陆俯冲，郯庐断裂发生左旋挤压，派生出大量北东向的断层；燕山早期渤海湾盆地进入拉张裂陷阶段，在近南北向的拉张作用下，形成了大量东西向张性正断层。多期复杂的构造运动在潜山内部形成了大量的内幕高角度断层，这些内幕断层控制了内幕裂缝的发育。
5.3 内幕带储层分布模式
潜山内幕带储层主要受内幕高角度断层控制，内幕储层沿断层呈“带状”分布，内幕高角度断层的识别刻画成为内幕储层预测的关键。通过对原始地震数据进行F-K滤波处理，潜山内幕高角度断层的地震反射得到了很好的增强（图9），同时将不同倾向的高角度断层分开。其次，通过在潜山内幕不同深度提取沿层振幅切片，来表征潜山内幕高角度断层的平面分布特征。通过内幕高角度断层的识别，发现内幕高角度断层发育的区域幕带储层普遍发育好，高角度断层与井点储层特征及测试结果吻合较好。
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图 9 潜山内幕高角度断层地震反射特征Figure 9. The seismic reflection characteristics of high Angle faults of a buried hill内幕高角度断层属性分析显示，内幕高角度断层整体分布具有局部发育集中、不均匀、平面分布不连续的特征。同时，潜山向下随深度增加应力差减小，溶蚀作用减弱，改善储层物性的成岩作用减弱。但是，压实及胶结作用增强，导致储层物性逐渐变差。因此，潜山内幕带储层纵向具有沿内幕高角度断层“带状”分布，同时在一定范围内自上而下裂缝带逐渐变窄，呈“漏斗形”的展布模式（图10）。
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图 10 渤中19-6凝析气田太古宇潜山地质模式Figure 10. The geological model of a buried hill in Bozhong19-6 field6. 结论
（1）渤中19-6潜山纵向上分为风化带和内幕带，风化带厚度42～415 m，空间上分布连续，从高部位到低部位厚度逐渐减薄，呈“似层状”分布。内幕带沿内幕高角度断层呈“带状”漏斗型分布，空间分布不连续，通过内幕高角度断层与风化带连通。
（2）风化带储层厚度整体与宏观古地貌相关性好，同时受岩石类型、局部断层、沟脊微地貌以及坡度等因素的调节控制，局部厚度增大或减小。风化带储层受构造运动和风化淋滤作用双重控制，储集空间包括构造缝、风化缝及溶蚀孔隙等，物性较好；
（3）内幕带储层主要受控于岩石类型和构造运动两大因素，渤中19-6潜山岩性较为单一，矿物组成差异小，构造改造程度是潜山内幕裂缝是否发育的关键因素。潜山内幕储集空间以构造裂缝为主，基质致密，物性相对较差。
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图 1 东爪哇盆地一级大断裂带分布图[18]
Figure 1. Distribution map of first-order large fault zones in East Java Basin
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图 2 O-2井不同深度岩心薄片数字图像
a：深度906 m；b：深度912 m；c：深度926 m；d：深度933 m；e：深度938 m；f：深度956 m。
Figure 2. Digital images of thin sections of well O-2 in different depths
a. 906 m deep; b. 912 m deep; c. 926 m deep; d. 933 m deep; e. 938 m deep; f. 956 m deep.
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图 4 东爪哇盆地南部马都拉海峡盆地测线及断裂带
Figure 4. Seismic survey area and fault zone in southern East Java Basin
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图 5 O-2井测井曲线及岩心薄片数字图像对应位置
Figure 5. Log curve of well O-2 and locations of digital images of thin sections
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图 6 芒杜组属性提取图
a：均方根振幅；b：总振幅；c：峰值谱频率；d：平均反射强度；e：瞬时频率斜率；f：平均瞬时相位；圆圈为O-2钻井位置。
Figure 6. Attribute extraction diagrams of Mundu Formation
a. RMS amplitude; b. total amplitude; c. peak spectral frequency; d. average reflection strength; e. slope of instantaneous frequency; f. average instantaneous phase; the circle is O-2 drilling position.
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图 8 a测线三维区芒杜组生物礁丘状特征地震相
Figure 8. Seismic facies of the mound-like reefs in Mundu Formation along section a
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图 9 b测线三维区芒杜组生物礁丘状特征地震相
Figure 9. Seismic facies of a mound-like reef in Mundu Formation along section b
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