黔南-桂中地區(qū)泥盆系層序地層格架中的儲集體特征研究

康建威,林小兵,田景春,張 翔

(1.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,四川 成都 610081;2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059)

黔南-桂中地區(qū)泥盆系層序地層格架中的儲集體特征研究

康建威1,林小兵2,田景春2,張 翔2

(1.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,四川 成都 610081;2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059)

通過對黔南坳陷和桂中坳陷的地層對比和分析,識別出了 8種層序界面標(biāo)志,共劃分兩個超 (二級)層序 SS1和 SS2,并討論了各體系域特征。在層序格架中對研究區(qū)內(nèi)的儲集體類型進(jìn)行了總結(jié),主要包括生物礁 (灘)儲集體、白云巖儲集體和縫洞型儲集體等 3種類型。對層序格架中儲集體的成因類型進(jìn)行了總結(jié)歸納:有利的儲集體主要有 TST礁灘灰?guī)r儲集體、HST礁灘灰?guī)r、白云巖儲集體。

黔南凹陷;桂中凹陷;泥盆系;層序地層格架;儲集體

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū) (黔南坳陷和桂中坳陷,圖 1)及其鄰區(qū)是滇黔桂油氣勘探區(qū)的重要組成部分和有利的油氣遠(yuǎn)景區(qū)。黔南拗陷位于揚(yáng)子大陸的南緣,湘桂地體與揚(yáng)子大陸邊緣碰撞拼貼構(gòu)造帶北側(cè),是早古生代克拉通盆地與晚古生代被動大陸邊緣陷盆地以及中生代前陸盆地疊加而形成的疊合盆地。坳陷西北以安順-貴陽斷裂帶與黔中隆起為界,東以施洞口斷裂帶與雪峰隆起為界,西南以紫云-羅甸斷裂帶與湘桂地體為界,整體呈三角形展布。桂中坳陷位于揚(yáng)子地塊江南大陸邊緣的南緣,主體部分位于湘桂地體之上。湘桂地體在加里東早中期碰撞造山拼貼之后,全區(qū)上升隆起遭受剝失。華力西期,由于受古特提斯洋打開的影響,全區(qū)在拉張背景下沉接受沉積,形成被動大陸邊緣拗陷盆地,即為廣義的南盤江-右江盆地,桂中坳陷便是這一盆地的重要組成部分[1～3]。

2 地層劃分與對比

研究區(qū)泥盆系在黔南坳陷發(fā)育齊全 (表 1),厚度達(dá) 370～4800m,東部主要為淺海相,為淺色巖系富含底棲生物的獨(dú)山型;西部為獨(dú)山型和火烤型(為半深海至深海相,深色或黑色巖系富含浮游生物)相互交替的混合型[4-5]。厚度巨大,沉積中心大致在惠水王佑一帶。

桂中地區(qū)泥盆系 (表 1)明顯受基底構(gòu)造格局及沉積環(huán)境的制約,特別是早泥盆世塘丁期以后,各類沉積相差異明顯[6]。在坳陷西部地區(qū)以濱岸碎屑沉積為主,夾有少量陸相沉積物,生物群以廣鹽度的底棲類、魚類和植物為主,代表性剖面有蒼梧縣石橋、賀縣信都洪范 (平嶺)、合浦縣公館徑口等;在坳陷東部以碳酸鹽巖、泥質(zhì)巖為主,生物群主要為底棲類,亦有少數(shù)浮游生物,屬碳酸鹽巖臺地相,代表性剖面有象州縣大樂、武宣縣二塘等。

圖 1 研究區(qū)范圍Fig.1 Location of the South Guizhou depression and Central Guangxi depression

表 1 桂中地區(qū)泥盆系地層劃分表Table 1 Stratigraphic division and correlation in Central Guangxi

3 層序界面類型及識別

層序是被不整合面或可以與之對比的整合面所限定的、內(nèi)部相對整合、在成因上有聯(lián)系的等時地質(zhì)體,故層序地層學(xué)研究的關(guān)鍵的是層序界面的識別、鑒定、追索和對比,這些界面主要包括層序底界面、初始海泛面,最大海泛面及其伴生的凝縮段[7～10],它們是層序劃分的基礎(chǔ)和前提。

3.1 古風(fēng)化殼

古風(fēng)化殼是地球歷史時期地殼表層巖石經(jīng)長期風(fēng)化作用后所形成的分布于地殼表層的殘積物,它的存在表明了地質(zhì)歷史時期地殼上升、海平面下降、原巖暴露于水面之上而遭受的風(fēng)化剝蝕,所以古風(fēng)化殼面是一類典型的層序界面。

3.2 古喀斯特作用面

是指地質(zhì)歷史時期發(fā)育的,并被后來沉積物所覆蓋的(含 CO2的地下水和地表水對可溶性碳酸鹽巖地溶解、淋濾、侵蝕和沉積等)古巖溶作用所形成的作用面。此類型界面的形成過程中,位于水體之下沉積的碳酸鹽巖在構(gòu)造抬升或海平面下降條件下暴露地表、遭受風(fēng)化、剝蝕,從而形成古喀斯特作用面。此類界面在研究區(qū)常表現(xiàn)為溶蝕孔洞縫中充填鐵泥質(zhì)紅色氧化殼及發(fā)育鐵質(zhì)結(jié)核等。如陽朔縣葡萄鄉(xiāng)垌村剖面上溶蝕角礫巖以及櫛殼狀方解石膠結(jié)結(jié)構(gòu)非常發(fā)育 (圖 2)。

圖 2 陽朔葡萄鄉(xiāng)垌村剖面民塘組與塘家灣組巖溶不整合面Fig.2 Palaeokarst unconfor mity between theMintang For mation and Tangjiawan For mation in the Tongcun section,Yangshuo

3.3 斜坡重力流沖刷侵蝕面

主要表現(xiàn)為一套臺地邊緣垮塌沉積或斜坡侵蝕作用所形成的不規(guī)則界面及其之上的低水位期的角礫狀灰?guī)r。這類界面是在海平面下降速率大于盆地沉降速率條件下所形成的典型層序界面,如陽朔縣思和垌剖面 (圖 3)等。

圖 3 陽朔縣思和垌剖面斜坡沉積Fig.3 Slope deposits in the Sihetong section in Yangshuo

3.4 巖性、巖相轉(zhuǎn)換面

此類界面在研究區(qū)廣泛發(fā)育,它是在海平面下降速率小于盆地沉降速率條件下形成的,其主要表象為陸上暴露而無河流回春現(xiàn)象發(fā)生,臺地上和臺地邊緣可能會經(jīng)歷短暫的暴露,斜坡侵蝕作用不明顯,盆地內(nèi)不發(fā)育低水位扇形體。

3.5 上超面

上超面是指后期沉積層與前期沉積層之間為上超接觸關(guān)系,是由于海平面下降后又上升這一轉(zhuǎn)變過程的產(chǎn)物。所以上超面也為一層序界面。此類型的界面在研究區(qū)也較為發(fā)育,如陽朔城北涼水井剖面民塘組上超于塘家灣組之上 (圖 4)。

3.6 最大海泛面

最大海泛面是劃分一個層序內(nèi)海侵體系域與高水位體系域之間的界面,反映最大海泛期的產(chǎn)物也稱為凝縮層或凝縮段。此類沉積在研究區(qū)廣泛發(fā)育,主要表現(xiàn)為薄層硅質(zhì)巖沉積或黑色頁巖沉積、薄板狀泥灰?guī)r沉積、生物化石密集層。

圖 4 陽朔城北涼水井剖面:民塘組上超于塘家灣組之上①生物屑灰?guī)r;②骨架礁灰?guī)r;③藻灰?guī)r;④礁前塌積巖;⑤礁屑角礫巖;⑥藻紋層白云巖、角礫白云巖;⑦薄層灰?guī)rFig.4 Overlap of the Minting Formation upon the Tangjiawan Fo rmation in the Liangshuijing section in Yangshuo①=bioclastic limestone;②=reef l imestone;③=algal l imestone;④=reef-front talus;⑤=reef breccias;⑥=algallaminated dolostone and brecciated dolostone;⑦=thin-bedded l imestone

3.7 地震波反射突變面

由于層序地層學(xué)是在地震地層學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。因此,地震勘探中獲得的反射波資料是地層的地震響應(yīng),同一反射界面的反射波有相同或相似的特征。如反射波振幅、波形、頻率、反射波波組的相位個數(shù)等等。根據(jù)這些特征,沿橫向?qū)Ρ茸粉櫷环瓷浣缑娴姆瓷?也就實(shí)現(xiàn)了同一地質(zhì)界面的對比,也就實(shí)現(xiàn)了層序劃分 (圖 5)。地震反射的地層之間的接觸關(guān)系有上超、下超、頂超等,它們均反映了層序界面的特征及體系域的演化特點(diǎn)。

4 研究區(qū)二級層序劃分

層序界面的級別取決于層序的級別,而層序是構(gòu)造活動、全球海平面變化以及沉積作用的地層記錄,它表現(xiàn)為不同事件跨度及空間分布范圍的旋回特征。我們所研究的二級層序通常是因洋中脊擴(kuò)張引起的大洋體積的變化造成海平面的升降所致,其時間跨度一般為 (10～100)×(3～5)Ma;以露頭層序地層研究為主,在深入研究區(qū)內(nèi)泥盆系若干剖面的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)結(jié)合關(guān)鍵性界面以及層序劃分的各種標(biāo)志,對研究區(qū)泥盆系進(jìn)行了如下的層序劃分[7～9](表 2),共劃分兩個超 (二級)層序:

圖 5 地震剖面中的二級層序界面D-C界限Fig.5 Second-order sequence boundary at the Devonian-Carboniferous boundary in the seis mic profile

4.1 SS1超層序

SS1二級層序由 10個三級層序組成,代表的時間為早泥盆世至中泥盆世早期,巖石底層單位由下而上為蓮花山組、那高嶺組、郁江組、四排組和應(yīng)堂組。該層序的底界面主要表現(xiàn)為區(qū)域性不整合,泥盆系不整合于加里東構(gòu)造運(yùn)動界面之上。

1.LST期沉積

該二級層序的低水位體系域的時間為 13Ma,其巖石地層單元在廣西為蓮花山組或北均塘組,在云南為坡松沖組或翠峰上組的下西山村段和百屯段。在貴州缺失,總體上為一套河流相、濱岸相、海陸交互相和淺海相沉積。巖性主要為礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖。

2.TST期沉積

該套沉積與下伏的 LST之間表現(xiàn)為海侵上超面,海侵體系域由那高嶺組和部分郁江組的底層組成,包括兩個半三級層序 (DSQ4、DSQ5和 DSQ6的TST),主要為陸棚相的粉砂質(zhì)泥巖和泥巖,反映最大海泛期的凝縮層主要為陸棚相的粉砂質(zhì)泥巖沉積。

3.HST期沉積

由部分郁江組、四排組和應(yīng)堂組及其相當(dāng)?shù)牡讓铀鶚?gòu)成。在不同地區(qū)具有不同的沉積特征,其巖性和巖相變化較大。在廣西南丹剖面,該體系域主要由斜坡—盆地相的粉沙質(zhì)泥巖、濁積巖夾泥巖構(gòu)成,反映出海平面下降的特征。

4.2 SS2超層序

該二級層序可分為海侵體系域和高水位體系域,雖然其沉積環(huán)境和巖性特點(diǎn)在單個剖面上變化不大,但從整個區(qū)域上看,海侵范圍較第 1超層序時期內(nèi)往北擴(kuò)展。

1.TST期沉積

海侵體系域由東崗組和部分佘田橋組的底層所構(gòu)成,總體上表現(xiàn)為向上變深的沉積相序。該體系域形成時期,由于同沉積斷裂活動造成臺盆相間的沉積格局,沉積分異明顯,在臺緣發(fā)育分布廣泛的生物礁,在臺盆邊緣形成了大量重力流成因的碳酸鹽角礫巖,該期的凝縮段主要為臺盆相的薄層硅質(zhì)巖和生物化石層構(gòu)成。

2.HST期沉積

高水位體系域反映出向上變淺的相序,此期海域范圍縮小,早期的臺盆和臺棚迅速變淺,由潮坪 -瀉湖相、三角洲或陸棚沉積所代替。

5 層序地層格架中儲集體的類型

5.1 礁 (灘)相灰?guī)r儲集體

泥盆紀(jì)是研究區(qū)重要的成礁期,生物礁、灘相發(fā)育較為普遍[10-11]。集體成礁主要是在中泥盆統(tǒng)二級層序 SS2的 TST(尤其是塘家灣組)。在研究區(qū)內(nèi)生物礁灘廣泛發(fā)育。

表 2 層序劃分方案Table 2 Sequence stratigraphic division in the study area

早泥盆世中、晚期,區(qū)內(nèi)已出現(xiàn)碳酸鹽沉積,造礁生物開始發(fā)育 (第一個成礁期),以蜂巢珊瑚、群體四射珊瑚及層孔蟲為主。分布較為廣泛。中泥盆世早期,是本區(qū)第二個成礁期,但在區(qū)域上分布少,大廠龍頭山、普安罐子窯生物礁屬于這一時期的產(chǎn)物。中泥盆世中期 (局部延伸到晚泥盆世早期),是第三個成礁期,也是本區(qū)造礁極盛期,造礁生物以珊瑚、層孔蟲為主,附礁生物門類繁多,生物礁分布廣。晚泥盆世早期成礁帶主要向 NE方向遷移,集中粵北或湘粵交界處,另外在局限臺地內(nèi)也有點(diǎn)礁分布?？傮w來看,隨著海侵逐漸由南向北推進(jìn),生物礁也逐漸由南向北擴(kuò)展,其時代逐漸由早泥盆世晚期到晚泥盆世早期,生物礁主要發(fā)育在同沉積構(gòu)造活動帶的上升盤,并沿臺地邊緣呈疊置丘礁發(fā)育。

5.2 白云巖儲集體

研究區(qū)不同層位白云巖發(fā)育的規(guī)模有明顯的差異,宏觀上的產(chǎn)出的形態(tài)有層狀、斑塊狀、透鏡狀、角礫狀、裂縫狀等,微觀上白云石主要呈自形 -半自形密集狀、自形散狀、半自形 -它形不規(guī)則狀、自形 -半自形縫合線狀、它形生物腔充填狀等 (表 3)。

表 3 白云巖儲集體發(fā)育相帶Table 3 Facies belts of the dolostone reservoirs

可以看出,白云巖在臺地 -臺地邊緣 -盆地環(huán)境均有產(chǎn)出,正是由于沉積環(huán)境的差異,也導(dǎo)致白云巖有厚層塊狀(臺地)、中厚層狀(臺緣)、角礫狀、薄層或夾層狀(臺盆)等多種多種產(chǎn)狀。

從礁云巖與礁灰?guī)r的對比中,也可以看出白云石化對儲層的建設(shè)性作用。根據(jù)礁云巖和礁灰?guī)r滲透率的對比統(tǒng)計(jì)(表 4)可知:同是與礁有關(guān)的儲集巖,白云巖的滲透率好于灰?guī)r。在所采集生物礁儲層樣品中,可在鏡下觀察到在其孔隙和裂縫壁上至今還殘留有有機(jī)質(zhì)的薄膜,說明該儲層曾經(jīng)聚集過油氣。

表 4 礁云巖與礁灰?guī)r滲透率對比統(tǒng)計(jì)表(據(jù)林小兵,2007)Table 4 Comparative statistics of the permeability of the reef dolostone and reef l imestone(after L in Xiaobing,2007)

從生儲蓋組合來看,由于研究整體沉積背景和格局為臺、盆相間的格局,孤立臺地處于具有較強(qiáng)生油能力的臺盆之中,因而斜坡白云巖更具優(yōu)先接受運(yùn)移來的油氣條件,而臺地邊緣生物礁中的白云巖由于本身地貌隆起即可構(gòu)成巖性圈閉,故礁體中的白云巖有利于油氣的儲集、保存,而深水中的白云巖由于本身儲集性相對較差,再加之厚度薄,盡管其本身生、儲、蓋匹配良好,但其實(shí)際意義相對較差。

6 層序地層格架中的儲集體成因類型

研究區(qū)泥盆紀(jì)地層油氣儲集體類型豐富、分布廣泛。按成因可將研究區(qū)內(nèi)儲集體歸納為三種成因類型:①與低水位體系域相關(guān)的儲層;②與海侵體系域有關(guān)的儲層;③與高水位體系域相關(guān)的儲層。

6.1 與 LST期有關(guān)的儲集體

與LST有關(guān)的儲集體,主要為臺盆或盆地層序格架中的儲集體,即深水型儲集體,是研究區(qū)典型的鈣屑濁積巖,分布時代跨度大,不具有研究的現(xiàn)實(shí)意義。

6.2 與 TST期有關(guān)的儲集體

勘探實(shí)踐業(yè)已證明,華南地區(qū)如四川盆地、建南氣田、江漢盆地及目前川東、鄂西一些氣田的重要儲層均與海侵體系域有關(guān)。就研究區(qū)而言,Dl3、D2-D3l等層位二級層序的丘礁灘顆粒碳酸鹽巖、礁灰?guī)r均屬海侵型儲集體 (表 5)。對于三級層序格架,幾乎每一層序的 TST格架中均分布有相應(yīng)的儲集體 (圖 7)。

表 5 與海侵體系域相關(guān)的儲集體成因類型及分布Table 5 Genetic types and distribution of the reservoir rocks associated with the transgressive system s tract

與 TST相關(guān)的又一重要儲集體是海侵礁及相關(guān)的丘礁灘灰?guī)r,就二級層序框架而言,主要分布于Dl3、D2-D31礁主要分布于研究區(qū)的隆林含山、橫縣六景等地區(qū);D2早期海侵礁僅見于普安罐子窯等地區(qū);D22-D31海侵礁分布廣泛,自南向北分成多個成礁帶:盤溪 -罐子窯成礁帶、南丹 -王佑成礁帶、城步-桂林成礁帶等。不同時期空隙度、滲透率、面孔率見表 6。

6.3 與 HST期有關(guān)的儲集體平面分布特征

與 HST相關(guān)的儲集體類型豐富,分布廣泛,規(guī)模大 (表 7),物性佳,儲集意義最為重大。高水位期灰?guī)r儲層包括礁灰?guī)r、灘灰?guī)r、顆?；?guī)r,與 HST期白云巖儲層的時空分布相近,常與海侵期灰?guī)r儲層及高水位期儲層共生。另據(jù)前期油氣勘探成果,四川盆地許多油氣藏均與隱伏礁灰?guī)r、灘灰?guī)r有關(guān),而研究區(qū)中的碳酸鹽孤臺巖性油氣圈閉主要與高水位期相關(guān)。

表 6 研究區(qū)主要儲集巖物性(據(jù)石油指揮部資料(1987)綜合補(bǔ)充)Table 6 Physical properties of the reservoir rocks in the study area

就二級層序框架而言,與 HST相關(guān)的儲集層(二級儲層)主要有 D3白云巖儲層 (孤臺及臺緣),其次是D1-D21白云巖儲層,這些儲層分布廣泛,成層穩(wěn)定,幾乎在臺地背景的剖面上均能可見,為有利儲集帶 (圖 8)。

表 7 與高位體系域或相關(guān)的儲集體成因類型及分布Table 7 Genetic types and distribution of the reservoir rocks assoc iated with the highstand system s tract

圖 6 SS2海侵體系域儲集體分布預(yù)測圖Fig.6 Distribution of the reservoir rocks in the transgressive systems tract

圖 7 高位體系域儲集體主要分布圖Fig.7 Distribution of the reservoir rocks in the highstand systems tract

4 結(jié) 論

(1)通過對研究區(qū)野外剖面、鉆井剖面詳細(xì)觀察和層序特征的研究,將研究區(qū)泥盆系劃分為 2個超層序 (二級層序)。

(2)研究區(qū)內(nèi)層序格架中的儲集體類型主要為:生物礁 (灘)儲集體、白云巖儲集體。

(3)研究區(qū)有利的儲集體主要有 TST礁灘灰?guī)r儲集體、HST礁灘灰?guī)r、白云巖儲集體。

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Reservoir characteristics with in the Devonian sequence stratigraphic framework in the southern Guizhou-central Guangxi region

KANG Jian-wei1,L IN Xiao-bing2,T IAN Jing-chun2,ZHANG Xiang2
(1.Chengdu Institute of Geology and M ineral Resources,Chengdu610081,Sichuan,China;2.State Key Laboratory of O il and Gas ReservoirGeology and Exploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu610059,Sichuan,China)

Eight sequence boundaries are recognized for the South Guizhou depression and Central Guangxi depression,including two supersequences(second-order sequences)SS1 composed of lowstand systems tract(LST),transgressive systems tract(TST)and highstand systems tract(HST),and SS2 composed of transgressive systems tract(TST)and highstand systems tract(HST).The reservoir rockswithin the above-mentioned sequence stratigraphic framework consist of organic reef(bank)reservoirs,dolostone reservoirs and fissure-type reservoirs.The favourable reservoir rocks include the organic reef(bank)l imestone reservoirs in the transgressive systems tract,organic reef(bank)l imestone reservoirs and dolostone reservoirs in the highstand systems tract.

South Guizhou depression;Central Guangxi depression;Devonian;sequence stratigraphic framework;reservoir rock

1009-3850(2010)03-0076-08

2010-06-08;改回日期2010-08-10

康建威 (1980-),碩士,主要從事沉積學(xué)研究

中國地質(zhì)調(diào)查局《中國巖相古地理編圖》(基[2009]01-12-13)

E122.2+3

A