通过相分析、沉积构造和成岩控制因素对沙特阿拉伯上白垩统-古新世阿鲁马地层储层质量进行评估的地质意义

时间:2026年1月13日
来源:Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C

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该研究系统分析了沙特阿拉伯中央地区Aruma组的沉积相、构造特征及成岩演化,通过野外与薄片数据综合研究。Aruma组由下部的Khanasir页岩-粉砂质灰岩段(厚达64米)、中部的Hajajah灰岩-泥灰岩段及上部的Lina页岩-灰岩互层段组成,揭示了从陆架边缘向陆架过渡的沉积环境演变。成岩作用包括生物扰动、微晶化、重结晶等,形成了孔隙度2.5-9.36%和渗透率0.27-11.53mD的储层空间,其中Khanasir段生物扰动和溶蚀作用形成的优质储层是重点勘探目标。

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雷扬·哈利勒(Rayan Khalil)
沙特阿拉伯吉达阿卜杜勒-阿齐兹国王大学地球科学学院石油地质与沉积学系,邮编21589

摘要

晚白垩世-古新世的阿鲁玛地层(Aruma Formation)是阿拉伯板块中一个重要的含烃地层。本研究通过综合野外和岩石学数据,探讨了该地层的相特征、沉积构造及成岩历史。野外观察表明,阿鲁玛地层由下坎纳西尔段(Lower Khanasir member)、中哈贾贾段(Middle Hajajah member)和上利纳段(Upper Lina member)三个部分组成。在研究区域内,坎纳西尔段的厚度可达64米。该段底部主要由页岩和绿泥石砂岩构成,而中部和上部则含有结核状洞穴石灰岩。中哈贾贾段由泥灰岩和石灰岩组成,向上逐渐过渡为具有圆顶状板状石珊瑚相的岩性。上利纳段厚度为40米,主要由页岩与石灰岩-泥灰岩互层构成。上部的碳酸盐岩段为块状层理石灰岩,质地柔软、含黏土质成分较高,并部分发生白云石化作用。从岩石学角度来看,该地层主要包含碎屑岩、胶结岩和杂岩微相。成岩作用(如生物扰动、微晶化、新成作用、溶解作用和白云石化作用)改变了地层的储层特征。阿鲁玛地层的孔隙类型包括孔隙状孔隙、模孔隙、窗孔隙和溶解孔隙,孔隙度范围为2.5-9.36%,渗透率范围为0.27-11.53米达西(mD),这些孔隙主要形成于生物扰动、溶解作用和断裂作用过程中。生物扰动和溶解作用显著提高了地层的储层质量,在坎纳西尔段形成了高渗透率区域,因此这些区域应成为未来油气勘探的重点。

引言

碳酸盐岩占所有沉积岩的五分之一(20%)(Tucker和Wright,1990;Moore,2001;Moore和Wade,2013)。碳酸盐岩是众所周知的烃类储层和地下水含水层(Lucia等人,2003;Ahr,2011;Moore和Wade,2013;Rahim等人,2024;Shahzeb等人,2024)。由于多样的相类型和成岩过程,碳酸盐岩具有复杂的结构和矿物组成,从而导致储层在空间和时间上的非均质性(El-Yamani等人,2022;Hakimi等人,2024)。沉积非均质性和成岩演化对孔隙网络的分布有深远影响,进而显著影响储层性质(Tavakoli等人,2011;Rahim等人,2020、2024;Hollis和Al Hajri等人,2022;Koeshidayatullah等人,2022;Jiang等人,2024;Shahzeb等人,2024;Mollaali等人,2025)。中东地区的白垩纪碳酸盐岩层含有50%的可采石油和13%的可采天然气储量(Ehrenberg等人,2008;Sharland等人,2001;Tavakoli等人,2011;Farouk等人,2020)。为了研究地下储层性质,通常需要岩芯样本,但这些样本较为稀缺;因此,露头岩性可以作为研究储层非均质性的重要依据,因为它能提供岩性参数的横向和纵向变化信息。本研究有助于建立露头与地下数据之间的地层对比(Sharp等人,2010;Longhitano等人,2015)。
阿尔-哈尔杰(Al-Kharj)地区位于利雅得东南部,在沙特阿拉伯中部具有重要的环境和社会经济意义。从环境角度来看,这里是阿拉伯半岛主要的地下水补给区之一,得益于广泛的喀斯特化碳酸盐岩含水层,长期以来为泉水、湿地和当地生物多样性提供了支持。从社会经济角度来看,阿尔-哈尔杰是重要的农业中心,以大规模农业、乳制品生产和枣类种植闻名,这些活动严重依赖该地区的地下水资源。其肥沃的土地和沿主要交通走廊的战略位置也促进了区域粮食安全和经济发展(Al-Subaiee,2016)。近几十年来,快速的都市扩张和工业发展(包括食品加工和农业产业)进一步凸显了了解该地区地下地质和地下水动态的重要性。因此,像阿鲁玛地层这样的地质研究不仅对于重建区域沉积系统至关重要,也为可持续的地下水管理和长期土地利用规划提供了依据。
晚白垩世的阿鲁玛地层是沙特阿拉伯中部及整个阿拉伯板块中重要的以碳酸盐岩为主的岩层,形成于同斜坡环境(Gameil等人,2015;Al-Hashim等人,2022)。该地层是阿拉伯板块石油系统的重要组成部分,具有良好的孔隙发育特征,同时在一些白垩纪地层中还起到盖层作用(Ehrenberg等人,2008;Al-Hashim等人,2022)。该地层记录了阿拉伯板块从晚白垩世到早古新世的完整构造和沉积历史,但由于其在阿拉伯半岛的广泛分布及丰富的化石组合,其年龄存在争议(El-Nakhal等人,1994)。根据岩性地层特征,阿鲁玛地层被划分为三个段:坎纳西尔段、哈贾贾段和利纳段(El Asa’ad,1983a,b)。
早期关于阿鲁玛地层的研究主要集中在岩性地层学和生物地层学方面(Sharland等人,2001;Gameil和El-Sorogy,2015;Ozer等人,2019),而很少有研究关注其沉积环境和层序地层学(Philip等人,2002;Al-Kahtany等人,2016;El-Sorogy等人,2016;Farouk等人,2020)。目前尚未有研究探讨该地层的成岩变化过程。
本研究主要实现了以下几点:(i)首次系统分析了沉积相与其成岩变化之间的关联,这对储层性质有重要影响;(ii)详细分析了阿尔-哈尔杰地区的阿鲁玛地层相特征和沉积环境,该地区是阿拉伯半岛上发育最好的地层之一(Philip等人,2002);(iii)此外,还探讨了该地层在油气和地下水方面的经济潜力。

地质背景

白垩纪期间,阿拉伯平台的北部边缘经历了复杂的构造运动,显著影响了该地区的沉降和抬升速率,从而影响了其沉积历史(Alsharhane等人,1990;Philip等人,2002;Haq和Al-Qahtani,2005;Al-Hashim等人,2022;Khalil,2024;Khalil等人,2024;Awan等人,2025)。在此期间,阿拉伯板块的东南部受到压缩构造作用的影响

野外工作与采样

本研究基于利雅得东南部阿尔-哈尔杰地区阿鲁玛地层的广泛分布的地层剖面,这些剖面此前由Philip等人(2002)进行过记录,并在此基础上进行了详细研究。这些优质的阿鲁玛地层露头使我们能够研究其岩性地层单元、厚度及其垂直和横向分布(见图1b)。岩石学特征包括颜色、质地、沉积结构等

坎纳西尔石灰岩(Khanasir Limestone)

坎纳西尔段是阿鲁玛地层的最下部。在研究区域内,该段的厚度可达64米(见图2)。该段底部由页岩和绿泥石泥岩组成,之上覆盖着被洞穴广泛侵蚀的结核状石灰岩(见图3b、c)。在露头尺度上,底部可见喀斯特特征,如天坑和洞穴,这些洞穴通常与洞穴侵蚀现象相关(见图3b、c)。

沉积环境

沉积环境的解释基于野外观察、岩石学研究及以往的相关研究(Al-Hashim等人,2022;Philip等人,2002;Farouk等人,2020;Khan等人,2019;2024)。综合沉积学数据表明,阿鲁玛地层形成于一个逐渐加深的碳酸盐岩坡道上(见图11a)。
最低部的坎纳西尔相(单元1)主要由碎屑岩和胶结岩组成

结论

根据以上研究结果,可以得出以下结论:
  • 对微相的分析表明,该地层包含泥质碎屑岩、碎屑岩、碎屑-胶结岩和生物碎屑胶结岩。微相分析表明,石灰岩主要形成于外坡、中坡及前坡区域。由于在动态构造环境中被沉积物覆盖,典型的珊瑚礁难以在此地层中生长
未引用的参考文献
Ahmad等人,2025;Alsharhan和Nairn,1990;Bathurst,1966;Dunham,1962;El-Nakhal和El-Naggar,1994;El-Sorogy,2016;Gameil等人,2020;Hashim和Kaczmarek,2019;Hollis和Al Hajri,2022;Jafarian等人,2024;Jan等人,2024;Khan和Sinha,2019;Newport等人,2020;Okla,1992;Powers等人,1966;Singh等人,2017。

利益冲突声明

作者声明在本文的研究、作者身份及发表过程中不存在任何潜在的利益冲突。

资助信息

本项目由沙特阿拉伯吉达阿卜杜勒-阿齐兹国王大学的科学研究办公室(DSR)资助,项目编号为IPP: 276-145-2025。作者对此表示感谢。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

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