古城地區(qū)碳酸鹽巖沉積特征及其主控因素

賀 鋒，林暢松，劉景彥，張字龍

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

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古城地區(qū)碳酸鹽巖沉積特征及其主控因素

賀 鋒1，2，林暢松3，劉景彥3，張字龍1，2

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

通過巖心精細(xì)描述、薄片鑒定、測井和地震特征及古地貌等分析，認(rèn)為塔里木盆地古城地區(qū)寒武—中晚奧陶世主要處在臺地—臺地邊緣—臺緣斜坡相帶，發(fā)育臺內(nèi)灘、臺地邊緣灘(礁灘復(fù)合體)、灘間海、臺緣斜坡等微相類型。中下奧陶統(tǒng)鷹山組三段臺緣灘和中上寒武統(tǒng)發(fā)育的縱向疊置的臺緣丘灘體是有利的沉積相帶，也是下一步勘探的重點(diǎn)。古地貌特征及其演化控制著沉積相帶及礁灘體的分布，臺緣坡折帶決定了臺緣帶的分布位置，古地貌高隆區(qū)控制著臺緣灘的發(fā)育。塔東地區(qū)沉積相演化主要受海平面升降控制，表現(xiàn)為臺地類型的變化和臺地邊緣相帶的遷移。探討古城地區(qū)碳酸鹽巖臺地沉積微相特征及主控因素，圈定有利沉積相帶，對于該區(qū)下步油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

碳酸鹽巖；沉積相；古地貌；海平面變化；古城地區(qū)；塔里木盆地

0 引 言

塔東地區(qū)海相碳酸鹽巖油氣資源豐富，但勘探程度低，勘探潛力巨大，古城地區(qū)和順南地區(qū)獲得了工業(yè)油氣流，塔東地區(qū)海相碳酸鹽巖逐步成為塔里木盆地石油勘探的熱點(diǎn)之一。前人對塔里木盆地寒武系—奧陶系海相碳酸鹽巖的層序地層格架、臺地結(jié)構(gòu)演化、沉積儲層特征及油氣成藏規(guī)律做了大量的研究，認(rèn)為寒武系—奧陶系盆地古地理格局由中西部大型塔西臺地、東部羅西臺地以及2個臺地之間的塔東深水陸棚和深水盆地相構(gòu)成，為典型的三分結(jié)構(gòu)[1-3]。

臺地的演化及沉積相的分布對碳酸鹽巖有效儲層的發(fā)育具有重要的控制作用，是碳酸鹽巖油氣成藏的關(guān)鍵因素。由于早期塔東地區(qū)鉆井較少，地震資料以二維為主，研究程度相對較低，對塔東古城地區(qū)碳酸鹽巖臺地的沉積演化特征及其主控因素還需要開展深入的研究工作。古城6、古城7和古城8等井的鉆井資料的補(bǔ)充，加之古城地區(qū)新采集的三維地震資料，可更加精細(xì)地刻畫古城地區(qū)碳酸鹽巖沉積相。此次研究綜合各種資料，并采用古地貌特征等方法，探討了古城地區(qū)碳酸鹽巖臺地沉積微相特征及其主控因素，并圈定有利沉積相帶，可為該區(qū)的后續(xù)油氣勘探提供有力借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

古城地區(qū)位于塔東地區(qū)西部古城低凸起構(gòu)造帶上，鄰近滿加爾生烴凹陷，為長期繼承性隆起，是油氣運(yùn)移有利指向區(qū)，聚油條件優(yōu)越。古城地區(qū)勘探目標(biāo)為下古生界碳酸鹽巖油氣藏，寒武系—奧陶系碳酸鹽巖主要分布于古城低凸起帶、東南隆起和羅布泊凸起帶[4-6]。近年來，部署的多口鉆井均見到良好油氣顯示，其中，古城6井和古城8井在中下奧陶統(tǒng)鷹山組三段獲工業(yè)油氣流。

2 沉積相類型

從早寒武世到早中奧陶世，古城地區(qū)碳酸鹽巖臺地經(jīng)歷了緩坡—弱鑲邊臺地—鑲邊臺地的發(fā)育過程[4-6]。通過巖心精細(xì)描述、薄片鑒定、測井和地震特征及古地貌分析，認(rèn)為古城地區(qū)由西向東主要以臺地相和臺地邊緣相為主，發(fā)育臺內(nèi)灘、臺地邊緣灘(礁灘復(fù)合體)、灘間海等微相類型，東部以盆地相沉積為主。

2.1 臺地相

碳酸鹽巖臺地主要分布在古城地區(qū)西側(cè)，可進(jìn)一步劃分出開闊臺地、半局限臺地和局限臺地。開闊臺地發(fā)育于中晚奧陶世，古城6井鷹一段沉積相以開闊臺地相為主，巖性以泥晶灰?guī)r和亮晶砂屑灰?guī)r為主(圖1a、b)；局限臺地主要發(fā)育于中晚寒武世，古城7井上寒武統(tǒng)發(fā)育早成巖階段形成的準(zhǔn)同生期白云巖以及低能環(huán)境微晶灰?guī)r，表現(xiàn)出水流受限、能量較低的局限臺地沉積(圖1c、d)；半局限臺地主要發(fā)育于早奧陶世，古城7井蓬萊壩組上部發(fā)育同生期粉—細(xì)白云巖，下部發(fā)育高能亮晶砂屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r及低能泥亮晶灰?guī)r，整體表現(xiàn)出水流不暢，高、低能巖相并存的半局限臺地特征(圖1e、f)。

圖1 古城地區(qū)不同沉積微相的巖心和薄片特征

2.2 臺地邊緣相

古城地區(qū)古城4、古城7、古城8井寒武系—中下奧陶統(tǒng)具有典型臺地邊緣相特征，臺地邊緣鮞粒灘(圖1g)和生屑灘(圖1h)局部發(fā)育，高能砂屑灘廣泛發(fā)育(圖1i—k)，屬于臺緣灘微相；巖性主要為泥晶灰?guī)r、藻灰?guī)r以及弱黏結(jié)亮晶砂屑灰?guī)r(圖1l、m)，沉積能量相對較低，以灘間海微相為主。

臺緣斜坡位于臺地邊緣靠淺海盆地一側(cè)的斜坡地帶，巖性主要由深灰色泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)云灰?guī)r夾黑色泥巖組成。在斜坡坡腳處發(fā)育滑塌角礫巖，是該相帶明顯的沉積特征(圖1n)。

2.3 盆地相

②Di Gangi，P．M．，and Wasko，M．，“Steal my idea!Organizational adoption of user innovations from a user innovation community:A case study of Dell Ideastorm”，Decision Support Systems，2009，48(1)，pp．303 ～312．

碳酸鹽巖盆地相主要發(fā)育淺海陸棚和深水盆地相，發(fā)育于古城地區(qū)東部塔東2井—塔東1井一帶(圖1o、p)。

3 地震相及對應(yīng)的沉積相分析

臺地區(qū)、臺地邊緣區(qū)、臺緣斜坡區(qū)和盆地區(qū)均具有不同的地震反射特征。臺地區(qū)反射特征為中低頻、中強(qiáng)振幅，平行—亞平行結(jié)構(gòu)；臺地邊緣常發(fā)育礁灘復(fù)合體，為弱振幅波狀、雜亂、空白反射特征，中上寒武統(tǒng)礁灘復(fù)合體外部呈丘形，內(nèi)部由于能量屏蔽常常呈雜亂反射或空白反射，呈弧形沿臺地邊緣近南北向分布；臺緣斜坡相為中—強(qiáng)振幅、前積反射特征；盆地區(qū)為泥巖和頁巖沉積，呈中—弱振幅、平行、連續(xù)性較好的特征。

4 沉積相展布特征

通過鉆井巖心薄片定相，區(qū)域上進(jìn)行古地貌和地震相分析，結(jié)合古城三維地震屬性分析，編制了該寒武系—中下奧陶統(tǒng)主要地層沉積相。

4.1 寒武系沉積相展布特征

塔東地區(qū)早寒武世主要發(fā)育斜坡—深水盆地相；中寒武世塔東地區(qū)出現(xiàn)臺地邊緣礁(丘)灘復(fù)合體建隆特征，向西過渡為半局限—局限臺地，向東為斜坡—盆地相；晚寒武世半局限臺地演化為局限臺地相，臺地邊緣礁(丘)灘復(fù)合體建隆繼續(xù)發(fā)育，且向盆地方向遷移。

4.2 中下奧陶統(tǒng)沉積相展布特征

塔東地區(qū)奧陶系總體處于開闊臺地背景，廣泛發(fā)育臺內(nèi)灘、臺地邊緣灘(灘復(fù)合體)、灘間海等微相類型。下奧陶統(tǒng)蓬萊壩沉積期臺地類型為半局限臺地，臺內(nèi)灘灘體規(guī)模較大；臺地邊緣相帶較窄，古城8井和古城4井沉積以臺緣灘為主。鷹山組至一間房組沉積期，臺地由半局限臺地開始向開闊臺地轉(zhuǎn)化。鷹山組下段古城6、古城7、古城8井主要發(fā)育臺地邊緣高能灘相沉積，鷹山組三段臺緣規(guī)模最大，臺地邊緣相帶較寬，可達(dá)40 km，鷹山組三段古城6和古城8井位于不同的臺緣灘上，臺緣灘沿著臺緣呈弧形近南北向展布，是該區(qū)最為有利勘探區(qū)域，也是下步勘探的重點(diǎn)。鷹山組上段臺地邊緣相開始變窄，寬度為20km，古城7和古城8井發(fā)育臺緣灘為主，古城6井位于臺緣和臺內(nèi)的過渡帶。一間房組發(fā)育生屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r，反映較強(qiáng)的水動力環(huán)境，為臺地邊緣生屑灘的特征。

4.3 有利沉積相帶

沉積相對碳酸鹽巖的形成、分布以及儲層物性具有明顯的控制作用，原始的高能相帶為儲集空間的形成提供了巖性基礎(chǔ)。

白云巖儲層主要發(fā)育在碳酸鹽巖臺內(nèi)灘和臺地邊緣礁灘體相帶，主要因?yàn)榘自苹黧w更容易進(jìn)入孔滲較好的高能臺緣帶的顆?；?guī)r，表現(xiàn)出白云巖分布的相控特點(diǎn)。古城臺地臺緣邊緣相帶證實(shí)了高能灘相沉積的存在，灘體面積大，臺地邊緣是有利儲層發(fā)育區(qū)。古城地區(qū)鷹三段為目前勘探的重點(diǎn)，鷹三段有利儲集相帶主要以臺緣灘為主，沿著臺緣帶呈南北向分布，靠NE附近的臺緣灘為最優(yōu)的有利部位(圖2)。另外，在古城地區(qū)中上寒武統(tǒng)發(fā)育的縱向疊置的臺緣礁灘體也是有利的沉積相帶，亦是下一步勘探的重點(diǎn)。

圖2 古城地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組三段均方根振幅與構(gòu)造疊合

5 沉積微相主控因素

在海相碳酸鹽巖沉積體系中，臺緣坡折帶決定了臺緣帶的分布位置，古地貌特征及其演化控制著沉積相帶及礁灘體的分布，海平面的升降控制臺地類型及礁灘體的縱向變化和橫向遷移。

5.1 古地貌對沉積相的控制

早寒武沉積期，古城地區(qū)古地貌特征以斜坡為主；中晚寒武才開始建隆，靠近斜坡的地貌高部位為臺地邊緣相帶區(qū)，主要發(fā)育臺緣礁灘體；到蓬萊壩沉積期，古地貌地勢開始變得平緩，鑲邊不明顯，臺緣帶開始發(fā)育；鷹山組沉積期，碳酸鹽巖開始鑲邊建隆，臺緣斜坡變陡，臺緣帶沿坡折帶高隆區(qū)發(fā)育(圖3)。在古城地區(qū)相對古地貌較高的區(qū)域，相對海平面較低，水動力更足；臺地邊緣灘和臺內(nèi)灘都屬于沉積水體能量較高時的產(chǎn)物。因此，在古地貌相對較高的地區(qū)砂屑灘更為發(fā)育，而相對低洼處則為較深水的以泥晶灰?guī)r為主的灘間海沉積。

圖3 古城地區(qū)寒武系—中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖古地貌形態(tài)

5.2 海平面變化對臺地類型及臺緣帶的控制

塔東地區(qū)沉積相演化主要受海平面升降控制，表現(xiàn)為臺地類型的變化和臺緣帶的遷移。隨著海平面的上升，臺地類型變化為由寒武系的局限臺地—早奧陶統(tǒng)的半局限臺地—中奧陶統(tǒng)的開闊臺地。當(dāng)海平面上升時，臺緣帶開始變窄；海平面下降，臺緣帶變寬且向盆地遷移。塔里木盆地海平面存在3次大的海侵和2次較大的海退：早寒武世海侵及中晚寒武海退；早奧陶世第2次海侵及中奧陶世海退；晚奧陶世再次海侵[7-8]。塔東地區(qū)早寒武世主要為斜坡相—深水盆地沉積，臺緣相不發(fā)育；隨著海平面不斷下降，中晚寒武世時沉積相格局變?yōu)?半)局限臺地相—開闊臺地—臺緣礁灘相—臺緣斜坡相、淺海陸棚、盆地相；晚寒武世沉積格局不變，較中寒武世海平面進(jìn)一步下降，臺地邊緣向盆地內(nèi)遷移。早奧陶世全球海平面開始上升，沉積格局從西向東開始變?yōu)殚_闊臺地—臺緣灘相—臺緣斜坡相—盆地相；一間房組沉積之后隨海平面快速上升，古城臺地淹沒并消亡(圖4)。

圖4 古城臺地寒武—奧陶系碳酸鹽巖臺地沉積演化模式

6 結(jié) 論

(1) 古城地區(qū)主要處在臺地—臺緣帶沉積相帶上，廣泛發(fā)育臺內(nèi)灘、臺地邊緣灘(礁灘復(fù)合體)、灘間海等微相類型。臺內(nèi)灘、臺緣灘是高能的沉積相帶，是后期白云巖化作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。中下奧陶統(tǒng)鷹山組三段臺緣灘和中上寒武統(tǒng)發(fā)育的縱向疊置的臺緣丘灘體是有利的沉積相帶，也是下一步勘探的重點(diǎn)。

(2) 臺緣坡折帶決定了臺緣帶的分布位置，古地貌特征及其演化控制著沉積相帶及礁灘體的分布，古地貌高隆區(qū)相對海平面較低洼處淺，水動力更足，臺緣灘更為發(fā)育。相反在相對低洼處，則是較深水的、以泥晶灰?guī)r為主的灘間海沉積。

(3) 塔東地區(qū)沉積相演化主要受海平面升降控制，表現(xiàn)為臺地類型及礁灘體的縱向變化和橫向遷移，隨著海平面的變化，碳酸鹽巖臺地經(jīng)歷了寒武系局限臺地—早奧陶統(tǒng)半局限臺地—中奧陶統(tǒng)開闊臺地的演化過程。

[1] 高志前，樊太亮，焦志峰，等.塔里木盆地寒武—奧陶系碳酸鹽巖臺地樣式及其沉積響應(yīng)特征[J].沉積學(xué)報(bào)，2006，24(1)：19-27.

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編輯 林樹龍

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.004

20160405；改回日期：20160712

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目“中國西部疊合盆地深部有效碳酸鹽巖儲層形成機(jī)制與分布預(yù)測”(2011CB201100-03)；國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“塔里木盆地古生代古構(gòu)造、古地理演變與成藏效應(yīng)”(41130422)

賀鋒(1984-)，男，工程師，2006年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)資源勘查專業(yè)，2015年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事沉積地質(zhì)與盆地分析工作。

TE122.2

A

1006-6535(2016)05-0017-05