順南地區(qū)中奧陶統(tǒng)一間房組沉積微相特征與展布規(guī)律研究

，，， (1.中國石化 勝利油田分公司純梁采油廠，山東 博興 56504；.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 10008；.山東科技大學 地球科學與工程學院，山東 青島 66590)

碳酸鹽巖地層具有巨大的油氣資源儲量，全球約60%的油氣產量來自碳酸鹽巖地層中[1-3]。塔里木盆地下古生界發(fā)育巨厚層海相碳酸鹽巖地層。近幾年，中國石化西北石油分公司在塔中地區(qū)北部斜坡發(fā)現油氣田，多口井中均見到良好油氣顯示，SN1、SN7井先后在中奧陶統(tǒng)一間房組獲得油氣突破，SN1井日產油4.83 m3，日產氣3.8 m3；SN7井一間房組日產氣達20.17 m3，說明順南地區(qū)一間房組存在有利圈閉，擁有巨大的勘探開發(fā)潛能。

為對下一步油氣勘探提供理論指導和技術支撐，通過對塔里木盆地順南地區(qū)區(qū)域地質背景研究，結合鉆、測井資料、巖心、鏡下薄片觀察等，對順南地區(qū)中奧陶統(tǒng)一間房組層序特征、沉積相特征進行分析，探討沉積微相在高頻層序格架內的演變規(guī)律。

1 區(qū)域地質概況

順南地區(qū)位于塔里木盆地中部塔中隆起北部圍斜區(qū)順托果勒南區(qū)塊(圖1)，構造上處于塔中Ⅰ號斷裂北側下盤斜坡部位，東臨滿加爾坳餡，是油氣運移的有利指向區(qū)，屬于順托果勒低隆和古城墟隆起的過渡區(qū)。

圖1 塔里木盆地順南地區(qū)構造位置及斷裂分布圖Fig.1 Tectonic location and fracture distribution of Shunnan aea,Tarim basin

在長期的構造演化過程中，順南地區(qū)經歷了加里東運動、海西運動、印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動。該地區(qū)發(fā)生多幕次抬升、暴露、剝蝕，形成了東南高、西北低的格局，主要發(fā)育NE、NEE、NW三組走滑斷裂[4]。除缺失侏羅紀地層外，其余地層均有發(fā)育。奧陶系自下而上分別為下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組、中下奧陶統(tǒng)鷹山組、中奧陶統(tǒng)一間房組、上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組、良里塔格組和桑塔木組。

自董寶清等[5]在TZ88井中發(fā)現斜坡相牙形石，并結合地震、測井資料首次在塔中低凸起發(fā)現一間房組的存在之后，張正紅等[6]在塔中北坡油氣勘探中也發(fā)現中奧陶晚期牙形石，確認一間房組的存在及其在塔中地區(qū)的分布。

在加里東運動中期I幕構造隆升和全球海平面上升期間，順南地區(qū)位于塔中I號斷裂帶下盤的構造斜坡區(qū)，使其暴露時間短，剝蝕程度弱，一間房組與恰爾巴克組之間連續(xù)過渡，并未造成沉積間斷。由于全球海平面在中奧陶統(tǒng)的迅速上升，使得順南地區(qū)水體變深，碳酸鹽巖生長速率明顯降低，其構造格局由下奧陶世的臺緣鑲邊結構逐漸演變?yōu)樯钏妓猁}巖緩坡[7-8]。

2 沉積特征

順南地區(qū)一間房組橫向上分布穩(wěn)定，埋深6 300～7 500 m，地層厚度200 m，研究區(qū)中部地層最厚，向東西兩端減薄。地層埋深自東南向西北逐漸增加，以SN3井達到最深，約7 300～7 500 m。

2.1 巖性特征

順南地區(qū)已鉆井在一間房組均有取心，不同井取心位置略有不同。據測井曲線、碳同位素地層學與生物群落特征對比，認為該地區(qū)一間房組地層可分為上下兩段。通過對各井巖心和鏡下薄片觀察，發(fā)現順南地區(qū)大多數井一間房組上段巖性主要以泥晶灰?guī)r為主，其次為砂屑灰?guī)r和生屑灰?guī)r，可見介形蟲、海綿骨針、腕足和藻類等生物碎屑，藻類以藍綠藻為主。SN5井見大量自形、半自形石英顆粒，晶粒大小0.04～0.18 mm；SN2井靠近順南地區(qū)東部邊緣，其巖性主要為亮晶砂屑灰?guī)r，亦見介形蟲、棘屑等生屑，局部晶間和顆粒分布瀝青質，說明沉積時水體能量較高。一間房組下段巖性多以砂屑灰?guī)r為主，其次為泥晶灰?guī)r和藻粘結灰?guī)r，其裂縫、縫合線和晶間孔較發(fā)育，大部分被方解石或黑色瀝青質所填充。

2.2 層序劃分

高志前等[9]跟據地震反射特征及相序變化，將塔里木盆地寒武—奧陶系劃分為8個超層序(SSq1-SSq8)，其中奧陶系包含5個(SSq4—SSq8)，分別對應下奧陶統(tǒng)下部地層、下奧陶統(tǒng)上部地層、中奧陶統(tǒng)下部地層、中奧陶統(tǒng)上部—上奧陶統(tǒng)下部地層、上奧陶統(tǒng)上部地層。

碳酸鹽巖以盆內沉積為主，因此顆粒大小和圓度不像碎屑巖一樣能反映水動力作用的過程和強弱。在成巖作用時，一方面碳酸鹽巖改造強烈，減弱了原生沉積的旋回性；另一方面，碳酸鹽巖沉積、成巖作用對沉積環(huán)境變化非常敏感，較小級別的海平面變化也會使得非漸變沉積模式變得具有一定旋回性[10]。因此，對碳酸鹽巖地層層序劃分的主要依據是測井參數中自然伽馬(GR)值的變化。

自然伽馬測井主要是測定巖石中放射性元素含量的變化。碳酸鹽巖沉積時泥質含量較高或含有火成巖或硅質成分時，GR值較高；而在穩(wěn)定的清水沉積環(huán)境中，GR值則較低。 根據碳酸鹽中GR的高低，可反映沉積環(huán)境的變化，并可進行層序劃分。

根據地震、測井及露頭剖面等資料，可在一間房組識別出一個獨立的三級層序SQ4[11]。SQ4上界面SB5之上表現為自然伽馬值明顯升高，電阻率降低，且?guī)r性主要為泥質灰?guī)r或灰質泥巖。SQ4中部穩(wěn)定泥晶灰?guī)r段為一套海泛界面MSF4，代表了一次快速海侵過程。SQ4下邊界SB4之上自然伽馬為低值中幅齒狀，而邊界之下呈中值高幅齒狀(圖2)。

一間房組SQ4整體上構成一個完整的海侵小旋回。SQ4高位域(HST)的GR值較高，約為20 API，Th、K值較下段略高，說明高水位期沉積的泥質含量變高；海侵域(TST)的GR值較低，約為10 API，主要為較純碳酸鹽巖沉積。利用高精度層序地層學預測方法[12-13]，將露頭、巖心與測井資料相結合，可在一間房組識別出4個四級層序，并由此建立順南地區(qū)一間房組的層序地層格架(圖3)。

由圖3可以看出，各井測井曲線均表現出相似的頻率特征，均可識別出與四級層序相對應且每個三級層序或體系域內數量相當的地層層序。說明各井該級次層序的形成可能都受相同或相似地質過程或地質事件控制。因此，通過該方法可以進行各井間的高頻層序識別與對比，具有較高的可操作性和可靠性。

圖2 SN7井一間房組層序劃分圖Fig.2 Division of stratigraphic sequence in Yijianfang formation in well SN7

圖3 一間房組高精度層序地層格架Fig.3 The division of the high-resolution sequence stratigraphy in Yijianfang formation

3 沉積微相特征及微相組合

3.1 巖性微相分析

通過對碳酸鹽巖薄片鏡下鑒定和沉積微相分析，描述巖石沉積特征和古生物學特征，進而建立微相組合，解釋古環(huán)境和沉積背景具有重要意義[14]。基于順南地區(qū)300余張薄片觀察，將研究區(qū)一間房組沉積微相歸納為7種(圖4)。

(a)含鮞粒砂屑灰?guī)r，×2.5(-)，SN2井，6 454.97 m；(b)泥晶砂屑灰?guī)r，×5(-)，SN501井，6 368.03 m；(c)含石英泥晶砂屑灰?guī)r，石英呈自形-半字形，×5(-)，SN5井，6 615 m；(d)生屑泥晶灰?guī)r，可見棘屑、三葉蟲、海綿骨針、腕足等生物碎屑，×5(-)，SN7井，6 382 m；(e)泥晶灰?guī)r，×10(-)，SN3井，7 546 m；(f)藻屑灰?guī)r，×5(-)，SN501井，6 413.59 m；(g)藻粘結灰?guī)r，×10(-)，SN7，6 489.86 m；(h)藻粘結灰?guī)r，×10(-)，SN7井，6 532.03 m；(i)亮晶砂屑灰?guī)r，×5(-)，SN2井，6 451.76 m

圖4順南地區(qū)一間房組主要沉積微相巖性薄片(MF1—MF7)

Fig.4 Main microfacies of Yijianfang formation in Shunnan area

微相1(MF1)含鮞粒砂屑灰?guī)r(圖4(a))：以正常鮞粒為主，亦見藻鮞、表皮鮞，含量20%，砂屑含量60%，亮晶方解石膠結，幾乎不含生物碎屑。該微相主要見于研究區(qū)東部SN2井、SN4-1井一間房組上段，表明其沉積時水體往復動蕩，能量較高，但還不足以形成真正的鮞粒灘，為開闊臺地內較高能含鮞砂屑灘。

微相2(MF2)泥晶顆?；?guī)r(圖4(b),4(c))：主要為泥晶粉屑灰?guī)r(圖4(b))，亦見泥晶砂屑灰?guī)r(圖4(c))。其中顆粒含量大于60%，顆粒支撐，見泥晶重結晶，含少量(約1%)三葉蟲、介形蟲、棘類等生物碎屑，局部白云化，呈自形細晶。表明沉積時水動力條件中等—較弱，形成于開闊臺地中低能灘等淺水環(huán)境。

微相3(MF3)生屑泥晶灰?guī)r(圖4(d))：主要由灰泥組成，生物種類較豐富，可見棘類、三葉蟲、腕足、介形蟲等淺海生物，保存完整。內部為泥晶方解石充填，部分泥晶重結晶為中、粗晶，偶見亮晶膠結物。形成于開闊臺地水體能量較低的環(huán)境。

微相4(MF4)泥晶灰?guī)r(圖4(e))：主要由泥晶方解石組成，含量大于90%，部分含少量粒屑，生屑含量較少。表明當時的水動力條件微弱，主要形成于開闊臺地低能的灘間海等沉積環(huán)境。

微相5(MF5)藻屑灰?guī)r(圖4(f))：藻屑灰?guī)r在研究區(qū)分布廣泛，顏色為灰色、深灰色，基質以藻類為主，多為粉泥晶膠結，無明顯藻粘結結構(圖4(f))。主要形成于臺地水體能量較低的灰泥丘(丘翼)中。

微相6(MF6)藻粘結灰?guī)r(圖4(g),4(h))：具有藻粘結結構，由葛萬藻、直管藻等藻類通過粘結作用粘結砂屑、粉屑和灰泥所形成。藻粘結灰?guī)r中的亮晶方解石膠結物(圖4(g))，多見于能量偏高的灘中，若為泥晶(圖4(h))多見于能量偏低的灰泥丘等淺水環(huán)境。

微相7(MF7)亮晶顆?；?guī)r(圖4(i))：包括亮晶砂屑灰?guī)r和亮晶粉屑灰?guī)r，主要以亮晶砂屑灰?guī)r為主。其中，砂屑含量約80%，膠結物為亮晶方解石，約占20%，幾乎不含泥晶基質，含少量生物碎屑。形成于開闊臺地水動力條件持續(xù)穩(wěn)定的中高能臺內灘。

3.2 沉積微相組合

順南地區(qū)在中奧陶統(tǒng)時其構造格局由早奧陶統(tǒng)的臺緣鑲邊結構變?yōu)榫徠屡_地。通過對研究區(qū)內各井的巖心觀察以及巖性微相的組合，在臺地內部進一步識別出臺內灘、灘間海和灰泥丘(表1)。

表1 順南地區(qū)一間房組主要沉積微相組合與沉積環(huán)境解釋Tab.1 Main microfacies association and sedimentary interpretation of Yijianfang formation

1) 臺內灘型微相組合(MA1)

臺內灘一般發(fā)育在臺地內部水體淺，粒屑豐富的高地貌處，以波浪、潮汐作用為主，水動力條件較強，多成孤立狀，也可連片出現。該微相組合底部主要為生屑泥晶灰?guī)r(MF3)或泥晶粉屑灰?guī)r(MF2)，中部為泥晶顆?；?guī)r或亮晶砂屑灰?guī)r(MF7)，頂部發(fā)育亮晶砂屑或含鮞粒顆?；?guī)r(MF1)。該微相組合是一個向上水體變淺、能量變高的沉積序列。由于其更容易受到水動力作用的影響，根據水體能量的高低可進一步分為高能含鮞砂屑灘、中高能砂屑灘和中能生屑砂屑灘3種類型。

①含鮞砂屑灘(MA1-1)：形成于開闊臺地水體往復動蕩環(huán)境，主要發(fā)育在水動力條件較高條件。主要微相為含鮞粒砂屑灰?guī)r和亮晶砂屑灰?guī)r，幾乎不含生物碎屑。該微相組合主要發(fā)育在靠近臺緣地帶的水體能量高的開闊臺地內，SN2井、SN4-1井都不同程度鉆遇該微相組合。

②砂屑灘(MA1-2)：形成于強烈的波浪、潮汐作用中。主要微相為亮晶砂屑灰?guī)r和泥晶砂屑灰?guī)r，砂屑含量一般大于50%，以細—中屑為主，少量粉屑，分選中等，磨圓度較好，幾乎不含生物碎屑。發(fā)育于開闊臺地水體能量中—高地區(qū)，SN1井、SN2井、SN5井均不同程度鉆遇該微相組合。

③生屑砂屑灘(MA1-3)：主要微相為生屑泥晶灰?guī)r和泥晶粉屑灰?guī)r，見棘類、三葉蟲、腕足、介形蟲等。發(fā)育于水體能量中等環(huán)境，SN501井、SN7井均不同程度鉆遇該微相。

2) 灘間海型微相組合(MA2)

灘間海在開闊臺地內廣泛發(fā)育，形成于浪基面以下較深水體環(huán)境。在這種低能靜水環(huán)境，沉積物多為懸浮的細小顆粒，顏色較暗，生物碎屑含量較少，可見腕足類、腹足類等以底棲為主的生物。其微相以泥晶灰?guī)r(MF4)夾薄層含藻屑球?；?guī)r(MF5)或泥晶粉屑灰?guī)r(MF2)為主。順南地區(qū)各井均不同程度鉆遇該微相組合。

3) 臺內灰泥丘型微相組合(MA3)

灰泥丘的主要造丘生物為藍綠藻、細菌和真菌。這種微相組合通常是在水體能量偏低環(huán)境下形成的。完整發(fā)育的灰泥丘橫向上可分為丘核、丘翼2個微相；縱向上可分為丘基、丘核、丘蓋和丘坪4個微相[15]。其中，丘基一般由砂屑組成；丘核是隱藻生物所形成的泥晶凝塊，以至于產生塊狀扛浪格架；丘蓋、丘坪常是藍綠藻通過披覆、粘結纏繞其他生物或碎屑、砂屑以及泥晶基質形成。該微相組合主要分布在一間房組海侵體系域，其下部為泥晶顆?；?guī)r，上部為藻粘結灰?guī)r(MF6)和藻屑灰?guī)r(MF5)。SN5-1井、SN501井、SN7井均不同程度鉆遇該微相組合。

4 高精度層序對比與微相組合平面展布

碳酸鹽巖沉積微相受高頻海平面變化影響。通過研究區(qū)多口井沉積微相精細劃分和高頻層序分析，歸納出順南地區(qū)一間房組沉積微相組合在垂相上和橫向上的變化規(guī)律和空間展布。

順南地區(qū)中奧陶世整體處于開闊臺地(圖5)，通過一間房組沉積相平面分布圖a-a′、b-b′兩條剖面進行四級層序格架的沉積微相組合連井對比，發(fā)現其分布具一定規(guī)律性差異變化。剖面a-a′為貫穿順南緩坡東西向的剖面，東起SN1井，經SN7井至西部SN2井；剖面b-b′為貫穿順南緩坡南北向剖面，北起SN7井，經SN5-1井至南部SN501井。

圖5 順南地區(qū)一間房組沉積相分布平面圖Fig.5 Distribution of sedimentary facies of Yijianfang formation in Shunnan area

一間房組各四級旋回內發(fā)育多個沉積微相組合(圖6、圖7)，橫向上具有一定連續(xù)性。以每一個次級海泛面為底界面，水體能量自下而上逐漸增強，低能以灘間海為主，高能以砂屑灘為主，到頂部以次級海退面代表一個沉積序列的結束，可能伴隨有短暫的沉積間斷。位于研究區(qū)西部的SN1井、SN6井位于臺地內部，其微相組合主要發(fā)育灘間海(MA2)和砂屑灘(MA1-2)；研究區(qū)中部的SN7、SN5、SN501等鉆井，其微相組合主要以灰泥丘(MA3)和砂屑灘(MA1-2)為主；研究區(qū)東部的SN2、SN4-1井靠近臺地邊緣地區(qū)，主要發(fā)育含鮞砂屑灘(MA1-1)、砂屑灘(MA1-2)和灘間海(MA2)兩種微相組合。

通過剖面a-a′(圖6)、b-b′(圖7)微相組合連井剖面對比分析，認為順南地區(qū)一間房組SQ4高位域以中—低能沉積為主，主要發(fā)育灘間海和少量中—低能臺內灘，臺內灘相沉積發(fā)育于每個四級層序界面附近，一間房組頂部界面常發(fā)育厚層灘相沉積，且生屑砂屑灘僅在順南地區(qū)中部靠近頂部界面處發(fā)育。SQ4海侵域以中—低能沉積為主夾高能沉積，兩條剖面中各井微相組合發(fā)育略有不同。SN1井、SN2井以臺內灘、灘間海疊置模式為主，而SN7、SN5-1、SN501井則主要發(fā)育灰泥丘和灘間海，代表了海侵過程中持續(xù)低能-中高能循環(huán)的水體環(huán)境。

圖6 SN1井—SN7井—SN2井微相組合連井對比圖Fig.6 Microfacies association pattern connecting well section SN1-SN7-SN2

圖7 SN7—SN5-1—SN501井微相組合連井對比圖Fig.7 Microfacies association pattern connecting well section SN7-SN5-1-SN501

從平面展布特征分析，橫向上，灘間海廣泛分布，主要由泥晶灰?guī)r組成，一間房組MSF4對應一段由泥晶灰?guī)r組成的灘間海；灰泥丘、臺內灘多成孤立狀局限分布，研究區(qū)自西向東水體能量逐漸增高，靠近臺緣方向出現高能量含鮞粒砂屑灘；垂向上，一間房組地層縱向上發(fā)育多個臺內灘、灘間海和灰泥丘的沉積旋回。SN1井和SN2井主要為臺內灘與灘間海疊置發(fā)育，SN7、SN5-1、SN501井則以發(fā)育臺內低能生屑灘、灰泥丘以及灘間海為主。臺內灘相在SN1、SN5-1井主要為亮晶砂屑灰?guī)r和泥晶顆?；?guī)r組成的中低能砂屑灘；SN501、SN7井為生屑泥晶灰?guī)r、泥晶粉屑灰?guī)r組成的生屑砂屑灘；SN2井靠近臺緣地帶，水體能量較中西部略高，其灘相主要為含鮞粒砂屑灰?guī)r、亮晶顆?；?guī)r和泥晶顆粒灰?guī)r組成的含鮞粒砂屑灘和砂屑灘。

5 結論

順南地區(qū)一間房組地層在橫向上穩(wěn)定發(fā)育，該組識別出1個獨立的三級層序SQ4，其界面上下存在明顯相序變化差異，整體上構成一個海侵小旋回。對SQ4內部進一步可劃分出4個四級旋回，建立順南地區(qū)一間房組的高精度層序地層格架。

SQ4高位域時期巖性以內碎屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r互層為主；海泛面上下發(fā)育穩(wěn)定的泥晶灰?guī)r段，海侵期各井間巖性差異較大，位于研究區(qū)東部的 SN2、SN4、SN4-1等井以亮晶砂屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r互層為主；研究區(qū)中部的SN7、SN5、SN501等井以藻粘結灰?guī)r、藻球?；?guī)r以及砂屑灰?guī)r為主；研究區(qū)西部的SN1、SN6井以泥晶灰?guī)r為主。反映了高位域時期海平面上升緩慢，可容納空間較大，水體能量偏低，臺內沉積厚、向臺緣方向變薄，表現為對地貌的填平補齊；而海侵期為水體較淺、循環(huán)加深的演化過程，較高能量的灘-丘組合發(fā)育，生屑含量較少，為典型的海侵體系域追長特征。

順南地區(qū)一間房組沉積微相可識別出7種類型，其中垂相上發(fā)育3種微相組合，分別為臺內灘微相組合(MA1)、灘間海微相組合(MA2)和灰泥丘微相組合(MA3)。通過沉積微相組合在高頻層序格架內的展布特征和演變規(guī)律研究，認為每一個四級層序界面附近為灘相沉積，研究區(qū)東部靠近臺緣地區(qū)水體能量比中西部高，主要發(fā)育能量較高的臺內灘；中部灰泥丘呈南北向廣泛發(fā)育；西部位于臺地內部，主要為灘間海和能量較低的砂屑灘。垂向上，研究區(qū)一間房組地層發(fā)育多個臺內灘、灘間海和灰泥丘的沉積旋回。在SQ4海侵期研究區(qū)東部和西部垂相上臺內灘和灘間海的疊置發(fā)育，中部各井在垂相上則以灰泥丘和灘間海為主，反映了南北向條帶狀展布的沉積特征。

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