輪古東地區(qū)石炭系巴楚組東河砂巖段-角礫巖段層序地層特征

趙學(xué)欽 馬 青 孫仕勇 黃時(shí)禎 劉永福

(1. 西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621010；2. 浙江大學(xué)地球科學(xué)系 浙江杭州 310027；3. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川成都 657000；4. 中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院 新疆庫(kù)爾勒 841000)

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輪古東地區(qū)石炭系巴楚組東河砂巖段-角礫巖段層序地層特征

趙學(xué)欽1，2馬 青3孫仕勇1黃時(shí)禎4劉永福4

(1. 西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621010；2. 浙江大學(xué)地球科學(xué)系 浙江杭州 310027；3. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川成都 657000；4. 中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院 新疆庫(kù)爾勒 841000)

在精細(xì)的巖性巖相分析和井-震標(biāo)定研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用沉積學(xué)和層序地層學(xué)的理論及方法，通過(guò)井間及區(qū)域連井對(duì)比，對(duì)輪古東地區(qū)石炭系巴楚組(C1b)東河砂巖段-角礫巖段層序地層特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，建立東河砂巖段-角礫巖段四級(jí)準(zhǔn)層序發(fā)育模式圖。研究認(rèn)為東河砂巖段-角礫巖段為石炭系下統(tǒng)三級(jí)層序(SQC1)中的一個(gè)四級(jí)準(zhǔn)層序組(SQC1-1)，包括了SQCd和SQCj兩個(gè)準(zhǔn)層序。SQCd準(zhǔn)層序?qū)?yīng)的巖性地層為東河砂巖段地層，屬于在SB1不整合面上發(fā)育起來(lái)的海侵沉積層序，為海侵體系域的濱岸帶海灘沉積；SQCj準(zhǔn)層序?qū)?yīng)的巖性地層為角礫巖段地層，是高位體系域的沖積扇-扇三角洲沉積產(chǎn)物，底界SB2層序界面為體系域轉(zhuǎn)化界面而不是不整合面，其頂界面為一個(gè)海泛面。

塔里木盆地 石炭系 東河砂巖段 角礫巖段 層序地層

層序地層學(xué)自20世紀(jì)末提出以來(lái)，一直是國(guó)際油氣地質(zhì)學(xué)界研究的熱點(diǎn)，在油氣勘探領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨成熟，已成為識(shí)別和預(yù)測(cè)油氣藏和油氣儲(chǔ)層的一種重要方法和手段。通過(guò)對(duì)層序地層學(xué)的研究，可以為含油氣盆地的油氣勘探提供沉積地質(zhì)基礎(chǔ)，從而指導(dǎo)隱蔽圈閉的油氣藏勘探[1-5]。

塔北地區(qū)目前已經(jīng)在東河砂巖段和角礫巖段地層中發(fā)現(xiàn)了HD4油田、DHT油田和LN59凝析氣田，Ha6井在角礫巖段地層中也獲低產(chǎn)油流，顯示出該套地層的良好勘探前景[6-9]。然而，目前關(guān)于塔北地區(qū)東河砂巖段和角礫巖段層序地層及演化的觀點(diǎn)存在較大分歧[10-12]。部分學(xué)者[10, 13]認(rèn)為東河砂巖的頂界面與古風(fēng)化暴露面的類型一致，屬于風(fēng)化剝蝕成因，在層序地層劃分上主張東河砂巖是石炭系下部的一個(gè)三級(jí)層序；另外的觀點(diǎn)則認(rèn)為東河砂巖段與角礫巖段是連續(xù)沉積[14]，甚至有學(xué)者將角礫巖段歸屬于東河砂巖段[15-16]，層序地層劃分相應(yīng)的也有了不同的觀點(diǎn)和看法[17]。筆者認(rèn)為這種認(rèn)知上的差異是由于盆地復(fù)雜的地質(zhì)背景導(dǎo)致東河砂巖段和角礫巖段在不同的區(qū)域表現(xiàn)出不同的沉積特征，要詳細(xì)了解東河砂巖段與角礫巖段的層序特征，要從其所處盆地區(qū)域著手，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，綜合考慮分布特征。

本文以輪古東地區(qū)為例，在精細(xì)的巖性巖相分析和井-震標(biāo)定研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用沉積學(xué)和層序地層學(xué)的理論及方法，通過(guò)井間及區(qū)域連井對(duì)比，對(duì)石炭系巴楚組(C1b)東河砂巖段-角礫巖段進(jìn)行層序地層劃分和特征分析，建立層序地層格架及演化模式，以期指導(dǎo)塔里木東河砂巖段和角礫巖段地層的油氣勘探，尋找出有利的勘探目標(biāo)區(qū)帶。

1 區(qū)域概況

1.1 構(gòu)造背景

輪古東地區(qū)隸屬于塔里木盆地塔北隆起中部，位于輪南潛山構(gòu)造東部斜坡帶，東部毗鄰草湖生油凹陷，南為滿加爾凹陷。由于受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，研究區(qū)內(nèi)地層發(fā)育不全，全區(qū)缺失泥盆系，奧陶系、志留系遭受嚴(yán)重剝蝕。石炭系不整合覆蓋于奧陶系或志留系及之上，石炭系巴楚組(C1b)東河砂巖段-角礫巖段沿輪南古潛山底部向頂部超覆。

1.2 地層劃分

輪南地區(qū)上泥盆統(tǒng)-石炭系地層可劃分為巴楚組、卡拉沙依組[16-17]。研究認(rèn)為東河砂巖在盆地內(nèi)從西向東表現(xiàn)為晚泥盆世晚期穿時(shí)沉積到早石炭世早期[15,18-20]，研究區(qū)內(nèi)東河砂巖段和角礫巖段歸屬于石炭系下統(tǒng)巴楚組(C1b)，具體巖性地層劃分見(jiàn)表1。東河砂巖段和角礫巖段巖性特征如下：

(1)東河砂巖段：東河砂巖段巖性以灰色石英細(xì)砂巖為主，夾少量粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、含礫砂巖、薄層粉砂質(zhì)泥巖及泥巖。底部與下伏地層不整合接觸，盆地范圍內(nèi)表現(xiàn)為一個(gè)穿時(shí)的巖石地層單元，從西向東，從晚泥盆世晚期穿時(shí)沉積到早石炭世早期，為新一輪海侵沉積的底砂礫巖段地層[21-22]，研究區(qū)范圍內(nèi)為早石炭世早期沉積。

(2)角礫巖段：研究區(qū)內(nèi)多數(shù)井均鉆遇，巖性較雜，為厚層、巨厚層灰色礫巖、含礫砂巖、薄層灰?guī)r、泥巖、粉砂巖互層。研究區(qū)下泥巖段主要為薄層泥巖，生屑灰?guī)r段為薄層灰?guī)r，部分區(qū)域見(jiàn)為大套灰色礫巖、含礫砂巖，下泥巖段和生屑灰?guī)r段地層界面及層序界面不明顯，且為同一海侵體系下的沉積，因此可將該區(qū)的上泥巖段和生屑灰?guī)r段歸屬于角礫巖段。角礫巖段與東河砂巖段為連續(xù)沉積的整合接觸，鉆井過(guò)程中，在兩組地層的分界處常鉆遇灰?guī)r或礫巖，或大套泥巖，通常以此作為角礫巖段與東河砂巖段分界。

表1 輪古東地區(qū)石炭系層序地層劃分簡(jiǎn)表
Table 1 Division chart of stratigraphic sequence of Carboniferous in Eastern Lungu area

2 東河砂巖段與角礫巖段接觸關(guān)系

東河砂巖段與上部含礫砂巖段或角礫巖段之間的接觸關(guān)系一直存在較大的爭(zhēng)議，部分學(xué)者[10, 13]認(rèn)為東河砂巖的頂界面與古風(fēng)化暴露面的類型一致，屬于風(fēng)化剝蝕成因。本次研究也發(fā)現(xiàn)在曲苦恰克、塔中和塔北地區(qū)東河砂巖段頂部常會(huì)出現(xiàn)沖積扇、扇三角洲和河流三角洲礫巖層直接蓋在東河砂巖頂部的沉積現(xiàn)象，而且具有侵蝕沉積(圖1)。的確，在單井取心或露頭剖面分析時(shí)，這種接觸關(guān)系表現(xiàn)為不整合面的特征，但是，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征研究發(fā)現(xiàn)，如果將其假定為不整合面，這個(gè)不整合面與東河砂巖段底部的大型不整合面是平行的關(guān)系，并且這個(gè)不整合面只削蝕東河砂巖地層，顯然這種解釋與地質(zhì)學(xué)不整合接觸關(guān)系的概念相悖。

圖1 東河砂巖段與角礫巖段界面Fig.1 The boundary characteristics of Carboniferous Donghe Sand-Stone section and Briccia section

作者研究認(rèn)為這種河道礫巖直接覆蓋在濱岸砂巖之上的現(xiàn)象恰恰就是層序地層學(xué)中小層序總是向上變淺和海侵-高位沉積旋回的表現(xiàn)形式：濱岸地帶的海侵沉積物東河砂巖沉積晚期由于海岸線長(zhǎng)期在坡折帶下方停滯，濱岸地帶的可容空間可能會(huì)被填滿，進(jìn)而造成河流三角洲攜帶大量沉積物越過(guò)濱岸地帶向遠(yuǎn)濱-濱外陸棚有可容空間的海區(qū)進(jìn)積，形成高位體系域沉積，而在濱岸地帶高位體系域的底部是河道侵蝕沉積，河道底部往往是滯流底礫巖沉積，造成礫巖直接蓋在東河砂巖上的現(xiàn)象。

3 層序地層劃分方案及頂?shù)捉缑嫣卣髯R(shí)別

在精細(xì)的巖性巖相分析和井-震標(biāo)定研究的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)輪古東地區(qū)石炭系巴楚組(C1b)東河砂巖段-角礫巖段層序地層進(jìn)行了詳細(xì)的劃分。

輪古東地區(qū)石炭系東河砂巖段底界面(TD3d)，東河砂巖與其下伏地層呈角度不整合接觸[12, 18, 23]，表現(xiàn)為盆地范圍內(nèi)的一個(gè)大型造山角度不整合面，界面上下地層產(chǎn)狀不同，界面清楚，沉積特征差異明顯。地震剖面上東河砂巖段底界面有明顯削蝕下伏地層的現(xiàn)象。在三疊系底界面，全區(qū)石炭系地層強(qiáng)烈削蝕現(xiàn)象明顯[24]，為一個(gè)明顯的橫跨塔里木盆地的區(qū)域不整合面I型層序底界面(SB1不整合面)，因此輪古東地區(qū)石炭系為限定在兩個(gè)區(qū)域不整合之間的地層，為一個(gè)完整的二級(jí)層序(超層序)(圖2)。

東河砂巖段-角礫巖段為石炭系下統(tǒng)三級(jí)層序(SQC1)中一個(gè)四級(jí)準(zhǔn)層序(SQC1-1)，包括了SQCd和SQCj兩個(gè)準(zhǔn)層序。

圖2 輪古東地區(qū)石炭系井震標(biāo)定及層序界面識(shí)別剖面圖Fig.2 Cross-section of Carboniferous well-seismic calibration and sequence boundary recognitions in Easter Lungu area

SQCd準(zhǔn)層序：對(duì)應(yīng)的巖性地層為東河砂巖段，底界為SB1(TD3d地震反射面)層序界面， SB1界面之上沉積物為一套濱岸相石英砂巖沉積，巖性單一，粒度具有下粗上細(xì)特征，為海侵體系域沉積物。而其頂界面為一個(gè)河流或河道侵蝕面或者是體系域的突然轉(zhuǎn)化界面，在巖性上表現(xiàn)為東河砂巖頂部突然覆蓋了高位體系域河流三角洲河道礫巖或沖積扇礫巖，并且頂部具有河道下切侵蝕現(xiàn)象。

SQCj準(zhǔn)層序：對(duì)應(yīng)的巖性地層為角礫巖段，底界為SB2(TDB-3地震反射面)層序界面。該界面在地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)的強(qiáng)反射，區(qū)域上極易對(duì)比追蹤；電阻率測(cè)井曲線由東河砂巖的低電阻突變?yōu)楦唠娮?，分層界面清楚。界面之上的角礫巖段為厚層、巨厚層沖積扇-扇三角洲灰色礫巖、含礫砂巖，明顯表現(xiàn)為高位體系域沉積產(chǎn)物。頂界(TC1k-5地震反射面)為角礫巖段頂部高伽瑪薄層泥巖構(gòu)成的海泛面。

4 QM2井層序地層特征分析

本次研究以QM2井為典型，重點(diǎn)對(duì)QM2井進(jìn)行單井層序分析(圖3)，從而揭示輪古東地區(qū)石炭系東河砂巖段-角礫巖段層序地層特征。

4.1 準(zhǔn)層序SQCd

(1)界面特征：QM2井準(zhǔn)層序SQCd底界面位于5 469 m；地震反射界面上見(jiàn)上超和削蝕現(xiàn)象；測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)為下伏的高伽瑪曲線、高電阻突變?yōu)閷有騍QCd的低伽瑪、低電阻的特征。

(2)體系域特征：井段5 445～5 469 m，厚24 m，表現(xiàn)為海侵體系域特征。地層下部由厚層砂巖夾泥巖薄層組成，上部由厚層砂巖組成。巖性以灰色、灰褐色中砂巖、細(xì)砂巖為主夾粉砂巖和泥巖薄層，發(fā)育平行層理、低角度沖洗層理、浪成交錯(cuò)層理、板狀斜層理、沖刷面等沉積構(gòu)造，沉積物分選、磨圓度較好，屬浪控濱岸前濱-臨濱環(huán)境的沉積砂體。

4.2 準(zhǔn)層序SQCj

(1)界面特征：底界面以下為東河砂巖段地層，頂界面以上為中泥巖段地層，頂?shù)捉缑娼佑|關(guān)系為整合(底界面有河道侵蝕現(xiàn)象)。界面之下為大套呈退積式準(zhǔn)層序樣式的海灘沉積的中-細(xì)粒石英砂巖，界面之上突變?yōu)闆_積扇沉積的大套進(jìn)積式的砂礫巖夾泥巖、泥灰?guī)r序列；在測(cè)井曲線上為截變，由東河砂巖段的低自然伽瑪、低電阻突變?yōu)榻堑[巖段的低自然伽瑪、高電阻的特征。頂界面測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)為下伏低伽瑪突變?yōu)橹心鄮r段的高伽瑪，電阻率曲線由下伏鋸齒狀變?yōu)槠交瑺睢?/p>

(2)體系域特征：由角礫巖段地層組成，井段5 387～5 445 m，厚58 m，表現(xiàn)為高位體系域特征。主要由沖積扇礫巖呈進(jìn)積式準(zhǔn)層序樣式的地層組成，巖性中下部為灰色、褐灰色礫巖，上部為灰色細(xì)砂巖夾泥巖。

圖3 QM2井石炭系東河砂巖段-角礫巖段層序地層及沉積相綜合柱狀圖Fig.3 Drill columnar section of stratigraphic sequence and sedimentary facies of Carboniferous Donghe Sand-Stone section and Briccia section, well QM2

5 層序地層格架及層序發(fā)育模式

本次研究在輪古東地區(qū)單井石炭系層序地層劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行了關(guān)鍵井連井層序地層及沉積相對(duì)比分析，建立了一條北西向的地層層序連井對(duì)比剖面(圖4)。分析研究區(qū)各套地層的厚度、尖滅線位置和地層缺失情況，結(jié)合連井地震剖面標(biāo)定，建立了研究區(qū)的層序地層格架及發(fā)育模式圖(圖5)。

(1)準(zhǔn)層序SQCd屬于在SB1不整合面上發(fā)育起來(lái)的海侵沉積層序，為海侵體系域的濱岸帶海灘沉積。石炭系沉積前的古地貌對(duì)SQCd準(zhǔn)層序的發(fā)育和分布起著控制作用，東河砂巖超覆在古隆起斜坡部位并形成東河砂巖尖滅線。該套準(zhǔn)層序?qū)儆诤Ｇ煮w系域沉積，巖性較單一，主要以受潮汐控制的濱岸相砂巖沉積的向上變細(xì)又變粗的準(zhǔn)層序?yàn)樘卣?，垂向上疊置成退積式準(zhǔn)層序。

(2)準(zhǔn)層序SQCj為高位體系域的沖積扇-扇三角洲沉積產(chǎn)物，在沖積扇扇根-扇中部位角礫巖段沉積較厚，扇緣部位沉積較薄，古地貌對(duì)該層序的發(fā)育和分布起著控制作用。角礫巖段在研究區(qū)分布穩(wěn)定，基本超覆在東河砂巖地層之上，可進(jìn)行很好的橫向?qū)Ρ龋浯r(shí)沉積也較明顯，如LN24井角礫巖段明顯是中泥巖段沉積時(shí)期的產(chǎn)物。

(3)準(zhǔn)層序SQCj(角礫巖段)的頂界面之上主要為濱外陸棚(半局限瀉湖)粉砂巖和泥巖沉積，因此該界面是一個(gè)海泛面(mfs)，測(cè)井曲線表現(xiàn)高伽瑪?shù)碗娮杼卣鳌?/p>

圖4 LN24井-C4井石炭系標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r段以下層序地層對(duì)比剖面圖Fig.4 Stratigraphic sequence correlation cross-section of below Carboniferous norm limestone section from well LN24 to C4

圖5 輪古東地區(qū)東河砂巖段-角礫巖段四級(jí)準(zhǔn)層序發(fā)育模式圖Fig.5 Fourth-order parasequence development pattern of Donghe Sand-Stone section and Briccia section in Easter Lungu area

6 結(jié)論

(1)東河砂巖段-角礫巖段為石炭系下統(tǒng)三級(jí)層序(SQC1)中一個(gè)四級(jí)準(zhǔn)層序組(SQC1-1)，包括了SQCd和SQCj兩個(gè)準(zhǔn)層序。SQCd準(zhǔn)層序?qū)?yīng)的巖性地層為東河砂巖段地層，底界對(duì)應(yīng)的SB1層序界面為盆地范圍內(nèi)的一個(gè)大型造山角度不整合面；SQCj準(zhǔn)層序在輪古東地區(qū)對(duì)應(yīng)的巖性地層為角礫巖段地層，底界SB2層序界面為體系域轉(zhuǎn)化界面而不是不整合面。

(2)準(zhǔn)層序SQCd屬于在SB1不整合面上發(fā)育起來(lái)的海侵沉積層序，為海侵體系域的濱岸帶海灘沉積；準(zhǔn)層序SQCj為高位體系域的沖積扇-扇三角洲沉積產(chǎn)物，其頂界面是一個(gè)海泛面，表現(xiàn)在測(cè)井曲線上就是出現(xiàn)了一層高伽瑪?shù)碗娮璩练e層。

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Stratigraphic Sequence Characteristic of Carboniferous Donghe
Sand-Stone and Briccia Section in Eastern Lungu Area, Tarim Basin

ZHAO Xue-qin1,2，MA Qin3，SUN Shi-yong1，HUANG Shi-zhen4，LIU Yong-fu4

(1.InstituteofEnvironmentalEngineeringandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China; 2.DepartmentofEarthSciencesatZhejiangUniversity,Hangzhou310027,Zhejiang,China; 3.SchoolofGeosciencesandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu10500,Sicuan,China; 4.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,TarimOilfieldBranchCompany,CNPC,Korla841000,Xinjiang,China)

Based on the refined analysis of lithology and petrographic, as well as the elaborate calibration of drill-seism, by the principle and method of sedimentlogy and Stratigraphic Sequence, contrasting drill-drill and drill-tie, the Stratigraphic Sequence Character of Carboniferous Donghe Sand-Stone and Briccia Section in Easter Lungu area were studied in detail, and the development model was built. The studies show that Donghe Sand-Stone and Briccia Section is a fourth parasequence formations (SQC1-1) which includes SQCd parasequence and SQCj parasequence. The lithostratigraphic corresponding with SQCd is Donghe Sand-Stone section, a transgressive sedimentary sequence which develops on the SB1unconformity, as coastal beach sedimentary of transgressive systems tract. The lithostratigraphic corresponding with SQCd is Bricca section, which is alluvial fan-fan delta high sedimentary of high stand system. SB2 sequence boundary which under SQCj is not the unconformity but the transform boundary of system tract; and the upper boundary is maximum flooding surface.

Tarim Basin; Carboniferous; Donghe Sand-Stone Section;Briccia section; Stratigraphic Sequence

2014-12-30

油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金(PRP/open-1303)。

趙學(xué)欽(1977—)，博士后，研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)。E-mail:zxqch@sina.com

P535.2

A

1671-8755(2015)02-0034-07