碳酸鹽巖層序界面識別標志研究

劉雙雙 黃 丹 張俊濤 趙 磊

(中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京 100083) (中石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西 西安 710018) (中石油煤層氣韓城分公司排采一隊，陜西 韓城 715400) (中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京 100083)

碳酸鹽巖層序界面識別標志研究

劉雙雙 黃 丹 張俊濤 趙 磊

(中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京 100083) (中石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西 西安 710018) (中石油煤層氣韓城分公司排采一隊，陜西 韓城 715400) (中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京 100083)

碳酸鹽巖層序界面的形成主要受控于相對海平面的變化。由于碳酸鹽巖沉積對相對海平面的變化比較敏感，這使碳酸鹽巖與硅質(zhì)碎屑巖層序界面對海平面變化有不同的響應(yīng)特征。從沉積環(huán)境、元素地球化學、電鏡及薄片資料、測井資料、地震資料等方面研究了碳酸鹽巖層序界面的識別標志，以期為海相碳酸鹽巖地層油氣勘探提供參考。

碳酸鹽巖；層序界面；主控因素；識別標志

隨著油氣勘探的不斷深入，海相碳酸鹽巖地層分布區(qū)逐漸成為重要的油氣勘探場所[1]，因而有關(guān)碳酸鹽巖層序地層學研究將是今后我國油氣勘探的研究熱點[2-3]。為此，筆者在前人工作的基礎(chǔ)上，從沉積環(huán)境、元素地球化學、電鏡及薄片資料、測井資料、地震資料等方面對碳酸鹽巖層序界面的識別標志進行總結(jié)歸納，以便為海相碳酸鹽巖地層油氣勘探提供參考。

1 碳酸鹽巖層序界面形成的控制因素

碳酸鹽巖層序的地層樣式和巖相分布受構(gòu)造沉降、沉積物供給、氣候和全球海平面升降4個主要變量的控制[4]。構(gòu)造沉降產(chǎn)生了沉積物沉積空間，同時，構(gòu)造沉降作用也會影響碳酸鹽巖臺地的暴露及化學侵蝕。通常一級或二級層序界面由構(gòu)造作用控制，有明顯的地層缺失或者角度不整合現(xiàn)象[5]。沉積物供給控制古水深，氣候控制全球海平面升降，全球海平面升降變化控制了地層的分布模式，其與構(gòu)造沉降共同作用產(chǎn)生了相對海平面的升降變化。因此，構(gòu)造沉降、沉積物供給、氣候和全球海平面升降共同作用產(chǎn)生了相對海平面的升降變化，該變化對碳酸鹽巖層序界面形成產(chǎn)生重要影響。

1.1與相對海平面迅速上升有關(guān)的層序界面

相對海平面上升速率遠遠超過碳酸鹽巖的增長速率，導致臺地長期淹沒窒息，從而形成碳酸鹽巖層序界面。該類型層序界面形成主要與海平面快速上升有關(guān)，代表了碳酸鹽巖臺地生產(chǎn)速率的降低或停止生產(chǎn)，從而形成沉積間斷面[5]。

1.2與相對海平面下降有關(guān)的層序界面

相對海平面下降導致沉積區(qū)暴露地表遭受溶蝕，從而形成碳酸鹽巖層序界面，具體分為以下2種情況：基底大范圍隆升所引起的相對海平面下降而形成碳酸鹽巖層序界面；區(qū)域海平面下降導致沉積區(qū)暴露地表而形成碳酸鹽巖層序界面[6]。

2 層序界面識別標志

2.1沉積標志

層序界面標志是相對海平面的升降變化在沉積上的物質(zhì)表現(xiàn)形式。當界面上下的2個相是Walther相律中2個相鄰的相，若淺的相位于深的相之上，則代表沉積相向盆地方向遷移，即海平面相對下降，上述過程可指示層序界面的出現(xiàn)。如塔里木盆地桑塔木斷壘帶東部上奧陶統(tǒng)O1與中奧陶統(tǒng)O2的界面，其上下巖性突變，上覆為灰色亮晶藻砂屑灰?guī)r，下伏地層為灰色、棕色含泥紋層泥晶灰?guī)r及大段紅色泥巖，這反映了沉積相向上的突變，從瀉湖相到砂屑顆粒灘、生屑灘向粒屑的突變[7-8]。

通常情況下，相對海平面下降會導致沉積區(qū)暴露地表并遭受溶蝕而形成大的古風化暴露面，這代表了一段時間內(nèi)的沉積間斷，常常具有明顯的成壤化特征。同時，鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、鈣質(zhì)風化殘積物、干裂、喀斯特地貌、落水洞和角礫巖化等也是常見產(chǎn)物。

2.2元素地球化學標志

圖1 高于莊組Sr/Ba比值法層序單元劃分模式圖

化學元素對環(huán)境的變化極為敏感，地層中化學元素的分配及比值變化、組合均在一定程度上紀錄著古環(huán)境的演化歷程，這對海平面相對變化具有重要的指示意義。羅順社等[14]利用元素地球化學特征對冀北坳陷中元古界高于莊組層序地層單元進行研究，發(fā)現(xiàn)在古氣候的影響下，相對海平面變化與碳酸鹽巖中的元素含量及有關(guān)元素比值呈現(xiàn)明顯的旋回變化特征。其中Sr/Ba比值法(見圖1)與硼法判別精度相對較高，可以作為識別和劃分碳酸鹽層序界面的有效標志。

2.3電鏡及薄片標志

在碳酸鹽巖沉積及層序的研究中，電鏡及薄片也是較直觀的資料，能為精細刻劃層序界面提供依據(jù)。周小康等[15]在研究珠江口盆地東沙隆起珠江組碳酸鹽巖層序地層時，通過薄片資料發(fā)現(xiàn)在陸豐地區(qū)的SB1界面附近，多發(fā)育滲流粘土、褐鐵礦化等代表暴露環(huán)境的標志(見圖2)。

圖3 塔里木盆地碳酸鹽巖層序界面類型

2.4成巖標志

層序界面形成期間，由于沉積環(huán)境的變淺甚至暴露，導致不穩(wěn)定的碳酸鹽巖礦物極易發(fā)生成巖變化[16]。潘文慶等[17]將塔里木盆地碳酸鹽巖層序界面劃分為晚期強烈隆起喀斯特型、早期強制海退剝蝕微喀斯特型、準同生間歇暴露淺水礁灘型和同生無暴露碳酸鹽巖臺地型(見圖3)。

1)晚期強烈隆起喀斯特型 碳酸鹽巖沉積成巖后由于構(gòu)造隆升，巖層長期出露地表遭受大氣淡水淋濾而形成巖溶喀斯特地貌。當相對海平面再次上升接受沉積時，碳酸鹽巖地層與上覆地層之間就形成喀斯特型層序界面。

2)早期強制海退剝蝕微喀斯特型 該類型是指受強制性海退導致高能灘暴露溶蝕而形成的界面。

3)準同生間歇暴露淺水礁灘型 當構(gòu)造弱抬升形成的間斷暴露及海平面間歇性下降形成無沉積時，容易在地處相對高部位的淺水礁灘形成準同生間歇暴露淺水礁灘型界面。

4)同生無暴露碳酸鹽巖臺地型 當海平面上長速率等于或略大于沉積物向上堆積速率，碳酸鹽巖臺地接受沉積時基本無暴露，且埋藏成巖后未遭受構(gòu)造抬升剝蝕，碳酸鹽巖地層與上覆地層之間形成同生無暴露型碳酸鹽巖臺地型層序界面。

2.5測井標志

測井資料作為層序地層學研究的基礎(chǔ)資料，在層序地層界面識別中具有非常重要的作用。當沉積盆地的覆蓋研究區(qū)的取心資料有限且不連續(xù)、地震分辨率低、露頭資料少的情況下，應(yīng)以測井原理和層序地層學理論為基礎(chǔ)，重點運用測井資料進行層序地層界面識別[18]。通?？梢岳米匀毁ゑR、聲波時差和電阻率來識別層序界面，同時應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的實際情況進行具體分析。由于有的研究區(qū)巖芯薄片資料較少，可以根據(jù)已有巖芯的單井資料分析巖電響應(yīng)關(guān)系，以此進行相對海平面變化簡單分析，進而為層序界面的劃分提供依據(jù)。

2.6露頭標志

露頭層序地層的研究主要是通過對沉積相研究來識別層序的關(guān)鍵界面[19]。露頭具有鉆井和地震資料所不具備的高分辨率特征，可以選擇那些地層出露齊全、能連續(xù)追蹤、易于觀察的露頭進行野外露頭踏勘、分層和丈量，由此收集層序邊界的沉積相標志[20-21]。于炳松等[22]對阿克肖爾布拉克寒武系露頭剖面進行野外調(diào)查，研究表明，碳酸鹽巖層序發(fā)育在向上變淺的序列頂部，常常是巖溶發(fā)育的主要層段。在下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組高頻層序下部單元中，巖溶相對不發(fā)育(見圖4 (a))；在上部單元中，溶孔發(fā)育，單個孔洞較小，約在1～15mm，但孔洞發(fā)育密集，呈蜂窩狀(見圖4 (b))。

2.7地震標志

圖4 塔里木盆地寒武系層序中巖溶發(fā)育特征

地震勘探技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，已成為當今世界油氣勘探的主要技術(shù)手段之一[23]。利用層序界面的地震反射標志來識別層序界面，包括海岸上超的突然向海方向遷移、上覆地層的海岸上超、下伏地層的頂超及侵蝕截切等[24]。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，這是由于海平面下降后又上升這一轉(zhuǎn)變過程的產(chǎn)物。下超面作為層序界面的前提是該研究區(qū)域內(nèi)僅發(fā)育高位域或海侵體系域雖有發(fā)育但在地震資料上不能顯示。

3 結(jié) 語

從油田勘探開發(fā)的角度來看，古老的碳酸鹽巖層序界面的劃分既應(yīng)體現(xiàn)理論性，又具有實用性，因而對碳酸鹽巖層序界面的識別顯得十分重要。由于層序界面標志是相對海平面的升降變化在沉積上的物質(zhì)表現(xiàn)形式，因而在不同的研究區(qū)劃分層序界面時，應(yīng)根據(jù)每個研究區(qū)域獨特的沉積構(gòu)造特征，充分利用已有的資料，同時結(jié)合區(qū)塊的沉積構(gòu)造演化背景來進行層序界面的識別與劃分。

[1]陶洪興，張蔭本，唐澤堯，等.中國油氣儲層研究圖集[M].北京:石油工業(yè)出版社，1994：1-2.

[2]楊國臣，于炳松.層序地層學的發(fā)展現(xiàn)狀及其學科地位與研究前沿[J].石油地質(zhì)與工程，2009，23(2)：1-4.

[3]顧家裕，范土芝.層序地層學回顧與展望[J].海相油氣地質(zhì)，2001，6(4)：15-25.

[4]威爾格斯.層序地層學原理-海平面變化綜合分析[M].徐懷大 譯. 北京：石油工業(yè)出版社，1993：185-219.

[5]樊太亮，于炳松，高志前.塔里木盆地碳酸鹽巖層序地層特征及控油作用[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2007，21(1)：57-65.

[6]崔思華，王明磊，彭秀麗.碳酸鹽巖地層綜合劃分[J].西南石油大學學報(自然科學版)，2011，33(5)：41-48.

[7]王維綱，呂炳全.小尺度的碳酸鹽巖層序地層學分析——塔里木盆地桑塔木斷壘帶奧陶系層序地層學研究[J].沉積學報，1997，15(4)：24-29.

[8]趙宗舉，潘文慶，張麗娟，等.塔里木盆地奧陶系層序地層格架[J].大地構(gòu)造與成礦學，2009，2(33)：175-188.

[9]符穎，韓林.淹沒不整合型層序——一種特殊的加深淹沒[J].海相油氣地質(zhì)，2007，12(3)：15-20.

[10]梅冥相.淹沒不整合型碳酸鹽三級旋回層序-兼論碳酸鹽臺地的“凝縮作用”[J].巖相古地理，1996，16(6)：24-32.

[11]Schlager W.Sequence stratigraphy of carbonate rocks[J].Geologic Column，1999，16(4)： 901-906.

[12]蔡忠賢，賈振遠.碳酸鹽巖臺地三級層序界面的討論[J].地球科學-中國地質(zhì)大學學報，1997，22(5)：456-458.

[13]崔學慧，劉忠寶，楊圣彬.塔里木盆地寒武-奧陶系碳酸鹽巖層序地層在油氣勘探中的應(yīng)用[J].世界地質(zhì)，2010，29(2)：271-276.

[14]羅順社，汪凱明.元素地球化學特征在識別碳酸鹽巖層序界面中的應(yīng)用-以冀北坳陷中元古界高于莊組為例[J].中國地質(zhì)，2010，37(2)：430-437.

[15]周小康，汪瑞良，曾驛，等.珠江口盆地東沙隆起珠江組碳酸鹽巖層序地層及沉積模式[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，2011，33(9)：1-6.

[16]徐中波.普光氣田層序界面識別及層序劃分[J].石油與天然氣學報(江漢石油學院學報)，2008，30 (1)： 198-201.

[17]潘文慶，王招明，孫崇浩，等.塔里木盆地地下古生界碳酸鹽巖層序界面類型劃分及其意義[J].石油與天然氣地質(zhì)，2011，32(4)：532-541.

[18] 操應(yīng)長，姜在興，夏斌.利用測井資料識別層序地層界面的幾種方法[J].石油大學學報，2003，27(2)：23-27.

[19]王華，肖軍，崔寶琛，等.露頭層序地層學研究方法綜述[J].地質(zhì)科技情報，2002，12(21)：15-22.

[20]王訓練.露頭層序地層學研究的幾個基本理論問題[J].中國科學，1999，29(1)：22-30.

[21]王訓練.露頭層序地層學研究中定義和識別不同級別沉積層序的標準[J].中國科學，2003，33(11)：1058-1067.

[22]于炳松，樊太亮.層序地層格架中巖溶儲層發(fā)育的預測模型[J].石油學報，2007，28(4)：41-45.

[23]徐懷大，王世鳳，陳開遠.地震地層學解釋基礎(chǔ)[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1990.

[24]Schlager W. The future of applied sedimentary geology[J].Journal of Sedimentary Research，2000，70(1)：2-9.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.009

P539.2

A

1673-1409(2012)06-N027-04