塔里木盆地石炭系層序地層劃分及演化

肖朝暉，王招明，吳金才，姜仁旗

(1.成都理工大學(xué) 資源學(xué)院，成都 610059； 2.吉斯克能源技術(shù)(北京)有限公司，北京 100101；3.中國石油天然氣股份有限公司 塔里木油田分公司， 新疆 庫爾勒 841000)

在前人研究基礎(chǔ)上，通過野外露頭觀察、巖心觀察、鉆/測井層序分析以及地震資料的綜合解釋，以石炭系為例，建立層序地層解釋模型，識(shí)別露頭—鉆/測井—地震的層序界面，建立塔里木盆地石炭系層序地層格架。重點(diǎn)進(jìn)行覺馬-賽克區(qū)東河砂巖段層序解釋，探討層序格架形成演化，為下一步進(jìn)行地層巖性圈閉發(fā)育有利部位研究提供基礎(chǔ)資料。

1 層序地層理論基礎(chǔ)

層序地層學(xué)是通過構(gòu)造沉降、海平面變化、沉積物供應(yīng)速率及氣候等4大因素的綜合分析來研究可供沉積物沉積時(shí)空(即可容納空間)的周期性變化。一個(gè)海平面變化周期內(nèi)的沉積稱為層序，同一周期內(nèi)海平面不同變化階段沉積的地層劃分為不同的體系域[1]。

塔里木盆地石炭系層序?yàn)樗樾紟r與碳酸鹽巖混合型層序。本次研究采用旋回理論，根據(jù)塔里木盆地石炭系層序發(fā)育的環(huán)境、準(zhǔn)層序厚度變化及準(zhǔn)層序疊加樣式、體系域的發(fā)育規(guī)模，認(rèn)為石炭系為緩坡背景層序發(fā)育模式[2-3]；然后根據(jù)塔里木盆地下古生界層序發(fā)育的實(shí)際情況，分析塔里木盆地石炭系各層序特征，并對有利勘探領(lǐng)域進(jìn)行評價(jià)。

圖1 緩坡背景層序發(fā)育模式Fig.1 Pattern for sequence development in gentle slope setting

Van Wangoner等人[4]認(rèn)為：在大陸邊緣，在坡度很緩的情況下，斜坡邊緣多具有緩坡特征(多小于1°)，在斜坡邊緣具有發(fā)育低位體系域的能力，但低位體系域規(guī)模不大。低位體系域由相對薄的低水位楔(lowstand wedge)組成，它可能包含2個(gè)部分：第一部分以河流下切作用和沉積物過路沖蝕海岸平原為特征，是在海平面相對下降時(shí)期發(fā)生的，在該時(shí)期濱線快速地向盆地方向推進(jìn)，直至相對海面下降穩(wěn)定下來為止。低水位楔的第二部分以海面的緩慢相對上升、下切河谷的充填以及濱線的連續(xù)前積為特征，造成一個(gè)由逆傾向的下切河谷充填沉積物和順傾向的一個(gè)或多個(gè)前積準(zhǔn)層序組構(gòu)成的低水位楔(圖1)。

在解釋石炭系時(shí)，層序模式的指導(dǎo)也起了很重要作用。石炭系層序發(fā)育時(shí)盆地為緩坡濱岸環(huán)境，緩坡背景低位域不發(fā)育或發(fā)育規(guī)模很小，在地震剖面上其低位域特征不明顯，層序主體為海進(jìn)域和高位域構(gòu)成[5]。

2 石炭系地層格架及層序基本特征

塔里木盆地石炭紀(jì)屬于克拉通內(nèi)部坳陷沉積盆地，石炭系為一套淺海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，沉積了厚約700～1 000 m的地層[6]，由下統(tǒng)的巴楚組、卡拉沙依組和上統(tǒng)的小海子組組成，自下而上包括了巴楚組的東河砂巖段、下泥巖段、生屑灰?guī)r段，卡拉沙依組的中泥巖段、標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r段、上泥巖段和砂泥巖段及小海子組的灰?guī)r段(表1)。鉆井取心、巖屑資料、測井曲線資料及地震資料等均反映出石炭系巖性分布較穩(wěn)定[7-8]。

2.1 石炭系層序界面基本特征

通過巴楚小海子水庫東側(cè)石炭系野外露頭剖面觀察，同時(shí)結(jié)合井下巖心觀察和測井資料解釋以及盆地地震剖面解釋，在石炭系中共識(shí)別出6個(gè)層序界面(表1)：

表1 塔里木盆地石炭系層序邊界劃分Table 1 Boundary division for Carboniferous sequences, Tarim Basin

2.2 層序邊界綜合特征

層序邊界C-SB1相當(dāng)于東河砂巖段底，電測曲線上為電性突變形態(tài)；層序邊界C-SB2相當(dāng)于巴楚組下泥巖段底，電測曲線上為電性突變特征；層序邊界C-SB3相當(dāng)于生屑灰?guī)r段底，電測曲線上為電性突變特征明顯(圖2)，在巖心剖面上表現(xiàn)為一巖心突變面(圖3)。

地震剖面上層序邊界C-SB3,C-SB4,C-SB5,C-SB6為連續(xù)的強(qiáng)反射同相軸，容易追蹤對比；層序邊界C-SB1,C-SB2,C-SB3地震反射較弱，追蹤比較困難(圖4)。

2.3 石炭系層序基本特征

通過對石炭系露頭觀察、鉆/測井資料分析及地震剖面解釋，石炭系共劃分6個(gè)層序(圖2)：

2.3.1 層序C-SQ1

相當(dāng)于巴楚組東河砂巖段，在巖性剖面上其底部層序邊界C-SB1為區(qū)域不整合面，地震剖面上為Tg3的反射。在小海子露頭區(qū)層序底部見薄層古風(fēng)化殼，為基準(zhǔn)面上升半旋回層序(圖5)。

2.3.2 層序C-SQ2

相當(dāng)于巴楚組下泥巖段，其頂?shù)捉缑鏋槌练e相突變面。在小海子露頭區(qū)層序底部見海灘砂礫巖底部沖蝕面(圖5)。層序底部層序邊界C-SB2為區(qū)域不整合面，地震剖面上為Tg2”的反射。該層序在工區(qū)內(nèi)不發(fā)育，只有在塔東地區(qū)的JM1井鉆遇層序C-SQ2。為基準(zhǔn)面上升半旋回層序(圖5)。

圖2 塔里木盆地T1井層序解釋柱狀圖Fig.2 Histogram for interpretation of sequences in Well T1, Tarim Basin

圖3 塔里木盆地B1井東河砂巖及其上覆的角礫巖段巖心照片第8筒心的第4塊。Fig.3 Donghe sandstone and its overlying breccia section (4th core in 8th barrel), Well B1, Tarim Basin

圖4 塔里木盆地過LN60井inline1284線石炭系層位邊界標(biāo)定Fig.4 Carboniferous horizon boundaries along Inline 1284 crossing Well LN 60, Tarim Basin

2.3.3 層序C-SQ3

相當(dāng)于巴楚組生屑灰?guī)r段和卡拉沙依組中泥巖段，層序底部為沉積相突變面，層序下部在電測曲線上為低電位、高電阻，表現(xiàn)為“鐘型”，為基準(zhǔn)面上升半旋回沉積。層序上部在電測曲線上表現(xiàn)為“漏斗型”，為基準(zhǔn)面下降半旋回沉積。在小海子露頭區(qū)層序底部見薄層古風(fēng)化殼(圖5)。

圖5 塔里木盆地石炭系井下及露頭區(qū)層序劃分綜合柱狀圖Fig.5 Generalized columns for division of Carboniferous sequences in wells and outcrops, Tarim Basin

2.3.4 層序C-SQ4

相當(dāng)于卡拉沙依組標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r段和上泥巖段，在電測曲線上具有與層序C-SQ3相同特征(圖2)。為完整基準(zhǔn)面升降旋回型層序(圖5)。

2.3.5 層序C-SQ5

相當(dāng)于卡拉沙依組砂泥巖段，為一套砂泥互層。在電測曲線上表現(xiàn)為“箱型”特征(圖2)，其準(zhǔn)層序以加積疊加樣式為主。為完整基準(zhǔn)面升降旋回型層序(圖5)。

2.3.6 層序C-SQ6

相當(dāng)于小海子組頂灰?guī)r段(圖5)，主要為一套含灰?guī)r沉積。在小海子露頭區(qū)層序底部見薄層古風(fēng)化殼。為完整基準(zhǔn)面升降旋回型層序。

3 石炭系東河砂巖層序發(fā)育模式

石炭系包括巴楚組、卡拉沙依組和小海子組，根據(jù)層序地層研究，石炭系中共劃分出6個(gè)層序：C-SQ1,C-SQ2,C-SQ3,C-SQ4,C-SQ5,C-SQ6。東河砂巖段是其主要勘探目的層。

東河砂巖段是一套跨時(shí)沉積單元，在盆地的不同部位表現(xiàn)出不同的巖性特征。在盆地中西部相當(dāng)于東河砂巖段和下泥巖段[7]，即C-SQ1和C-SQ2，在東河塘—輪南地區(qū)相當(dāng)于生屑灰?guī)r段，即層序C-SQ3海進(jìn)域(TST)。在輪南覺馬—賽克區(qū)相當(dāng)于層序C-SQ2和C-SQ3。石炭系層序C-SQ1,C-SQ2,C-SQ3為基準(zhǔn)面上升半旋回型層序，層序C-SQ4,C-SQ5,C-SQ6為完整基準(zhǔn)面升降旋回型層序。層序C-SQ1,C-SQ2,C-SQ3為重點(diǎn)勘探層序，海進(jìn)域?yàn)I岸砂體為重點(diǎn)勘探對象。由此可見，東河砂巖共跨越了層序C-SQ1—C-SQ3。盡管東河砂巖在盆地的不同部位其層序的歸屬不同，但東河砂巖層序主要為濱岸的沉積，屬基準(zhǔn)面上升半旋回的沉積，主體為不同層序的低位—海進(jìn)體系域部分(圖6)。

通過鉆/測井層序解釋，東河砂巖層序在東河塘—輪南地區(qū)主要為濱岸的沉積，屬基準(zhǔn)面上升半旋回的沉積，海岸上傾尖滅砂體形成地層尖滅圈閉。

4 石炭系東河砂巖層序研究

覺馬—賽克地區(qū)石炭系東河砂巖相當(dāng)于層序C-SQ2和C-SQ3海進(jìn)體系域部分，向南逐漸相變?yōu)槟鄮r沉積。

石炭系東河砂巖在地震剖面上識(shí)別起來比較困難，主要是這套地層在覺馬—賽克地區(qū)厚度較小，一般只有幾米至幾十米，在地震剖面上不到一個(gè)相位(圖7)。通過地震屬性分析發(fā)現(xiàn)，石炭系東河砂巖雖然厚度不大，但在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射特征，因此在對覺馬—賽克地區(qū)石炭系東河砂巖進(jìn)行解釋時(shí)，一是要利用工區(qū)內(nèi)的鉆井資料，對石炭系東河砂巖進(jìn)行鉆井標(biāo)定，開展石炭系東河砂巖追綜對比研究；二是要結(jié)合振幅分析資料，從而有效圈定石炭系東河砂巖的平面展布。

從層序解釋的結(jié)果看，覺馬—賽克地區(qū)石炭系東河砂巖主體相當(dāng)于層序C-SQ2海進(jìn)體系域部分，部分相當(dāng)于C-SQ3海進(jìn)體系域部分。這類層序海岸上傾尖滅砂體是形成地層尖滅圈閉的主體。

覺馬—賽克地區(qū)石炭系東河砂巖向北、向西均遭到剝蝕，形成削截尖滅帶，而向南石炭系東河砂巖發(fā)生相變，形成巖性尖滅帶。因此在地層巖性尖滅帶一線有望形成地層巖性圈閉，而地層削截尖滅帶有望形成構(gòu)造地層復(fù)合圈閉。

圖6 塔里木盆地石炭系東河砂巖層序發(fā)育模式據(jù)中石油資料修編。Fig.6 Pattern for development of Carboniferous Donghe sandstone sequences, Tarim Basin

圖7 塔里木盆地BS1-SK1井連井層序地震解釋剖面Fig.7 Seismic interpreted section for sequences from Well BS1 to SK1, Tarim Basin

輪南圍斜石炭系東河砂巖為層序C-SQ3海進(jìn)體系域，海岸上傾尖滅砂體是形成地層尖滅圈閉的主體。

5 層序格架及形成演化

塔里木地區(qū)在經(jīng)歷了海西早期的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之后，形成了塔里木陸塊腹地內(nèi)石炭紀(jì)克拉通內(nèi)部擠壓性坳陷原型盆地[9]。石炭紀(jì)早期，海水由西南方向的塔西南坳陷和西北方向的阿瓦提坳陷這2個(gè)通道涌進(jìn)，在以濱岸沉積環(huán)境下的東河砂巖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對準(zhǔn)平原化的盆底填平補(bǔ)齊。首先表現(xiàn)為較粗粒的含礫砂巖作為低位晚期海平面緩慢回升期，沿東河砂巖頂部的侵蝕溝谷的充填作用；而后的海侵期限制了粗粒碎屑物質(zhì)的供給，主要以較深水的陸架泥或較封閉的潟湖沉積為主，高位期海平面的相對下降主要是以干旱潮坪沉積為主。之后，在石炭紀(jì)經(jīng)歷了較大規(guī)模的海平面升降旋回(三級旋回)，其中以海進(jìn)域的清水碳酸巖沉積和高位域的碎屑巖沉積，組成了區(qū)內(nèi)頗具特色的碳酸鹽巖與碎屑巖相間出現(xiàn)的巖相序列。結(jié)合全盆石炭紀(jì)沉積特征及層序地層單元演化的分析表明，塔里木盆地在石炭紀(jì)屬于克拉通內(nèi)部坳陷沉積盆地，具有盆底平坦，盆內(nèi)水淺，局部發(fā)育河道，氣候條件較為干旱的沉積環(huán)境特點(diǎn)，但整體上石炭紀(jì)沉積盆地范圍由小到大，海侵規(guī)模一次超過一次。

6 結(jié)論

1)通過對露頭剖面的觀察與分析、大量的井巖

心觀察和單井層序地層綜合解釋以及大量的地震剖面對比研究，石炭系共劃分6個(gè)層序。

2)通過鉆/測井層序解釋，東河砂巖層序在東河塘—輪南地區(qū)主要為濱岸的沉積，屬基準(zhǔn)面上升半旋回的沉積，海岸上傾尖滅砂體形成地層尖滅圈閉。

3)石炭系層序C-SQ1,C-SQ2,C-SQ3為基準(zhǔn)面上升半旋回型層序，層序C-SQ4,C-SQ5,C-SQ6為完整基準(zhǔn)面升降旋回型層序。層序C-SQ1,C-SQ2,C-SQ3為重點(diǎn)勘探層序，海進(jìn)域?yàn)I岸砂體為重點(diǎn)勘探對象。C-SQ1-C-SQ3發(fā)育海進(jìn)體系域?yàn)I岸砂體以及高位體系域的前積復(fù)合砂體勘探領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn):

[1] 吳因業(yè),李熙喆,施和生,等，層序地層學(xué)在非構(gòu)造圈閉勘探中的應(yīng)用論文集[C]. 北京：石油工業(yè)出版社,2008.

[2] 顧家裕,朱筱敏,王貴文,等. 塔里木盆地沉積層序特征及其演化[M]. 北京：石油工業(yè)出版社,1996.

[3] 威爾格斯C K. 層序地層學(xué)原理(海平面變化綜合分析)[M]. 徐懷大,魏魁生,洪衛(wèi)東,等譯. 北京：石油工業(yè)出版社,1992.

[4] Van Wagoner J C, Posamentier H W,Mitchum P R, et al. An overview of the fundamentals of sequence stratigraphy and key definitions[J]. SEPM special publication ,1988(42):39-45.

[5] 李興平,許國明,李靜璉,等. 新疆塔里木盆地層序地層格架[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),1996,18(2):134-145.

[6] 王君奇,武濤. 塔里木盆地石炭系沉積特征及石油地質(zhì)意義[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),1999,21(1):25-29.

[7] 蔣小瓊,郭建華,管宏林,等. 塔里木盆地滿西地區(qū)石炭系層序地層與沉積體系分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2004,26(4):333-337.

[8] 朱懷誠,羅輝,王啟飛,等. 論塔里木盆地“東河砂巖”的地質(zhì)時(shí)代[J]. 地層學(xué)雜志，2002,26(3):197-201.

[9] 張光亞. 塔里木古生代克拉通盆地形成演化與油氣[M]. 北京：地質(zhì)出版社,2000.