漣源凹陷泥盆紀(jì)佘田橋組沉積與地震相特征

呂 嶸，陳孝紅，王傳尚，王建坡，張保民，陳 林，田 巍，苗鳳彬，張國(guó)濤

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205）

湘中漣源凹陷礦產(chǎn)資源豐富，是石油天然氣以及頁(yè)巖氣等非常規(guī)能源礦產(chǎn)的重要調(diào)查評(píng)價(jià)地區(qū)。該區(qū)油氣勘探工作始于20 世紀(jì)60 年代，先后鉆探了幾十口天然氣探井，且多口井有良好的氣體顯示或低產(chǎn)氣流[1]。漣源凹陷受多期、多層次的滑脫構(gòu)造改造，構(gòu)造樣式復(fù)雜[2－5]，在早期的勘探中， 對(duì)地下構(gòu)造及沉積環(huán)境特征的認(rèn)識(shí)，主要依靠為數(shù)不多的淺井和地表露頭剖面資料進(jìn)行推測(cè)， 認(rèn)知難度較大。地震相是一定環(huán)境中所形成的沉積物地震反射特征總和，地震相分析包括對(duì)地震資料的識(shí)別和沉積環(huán)境解釋，二者互為因果，缺一不可[6－8]。運(yùn)用地震反射結(jié)構(gòu)特征分析開(kāi)展地下沉積相帶研究為比較準(zhǔn)確直觀的方法， 但目前在湘中漣源凹陷開(kāi)展較少。 本文利用2018 年采集的二維地震資料開(kāi)展佘田橋組臺(tái)盆相地震響應(yīng)特征及反射層結(jié)構(gòu)特征分析，預(yù)測(cè)臺(tái)盆相分布范圍，為本區(qū)頁(yè)巖氣參數(shù)井提供部署方向。

1 泥盆紀(jì)佘田橋組沉積特征

漣源凹陷位于湘中坳陷北端，整體呈NWW 向展布， 沉積基底為前泥盆紀(jì)地層， 區(qū)域構(gòu)造線呈NE－NNE 向，面積約 6770 km2（圖 1）。

佘田橋組沉積時(shí)期， 在整體性抬升構(gòu)造背景下， 前期形成的臺(tái)地和臺(tái)間盆地發(fā)生差異抬升，形成了臺(tái)間盆地進(jìn)一步擴(kuò)大的開(kāi)闊臺(tái)地和臺(tái)間盆地相間的沉積格局。 漣源地區(qū)主要發(fā)育臺(tái)間盆地相、臺(tái)地相沉積[9－12]，其中臺(tái)間盆地相區(qū)主要呈NE－SW向條帶狀展布，主要發(fā)育厚層灰黑色、黑色泥頁(yè)巖及?。駥幽噘|(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，局部可見(jiàn)條帶狀－透鏡狀黃鐵礦結(jié)核發(fā)育， 指示整體深水還原環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)堆積及保存；臺(tái)地相區(qū)在區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，主要由中－厚層泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r夾泥巖組成（圖2）。

圖1 湘中坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Division of structural units in Xiangzhong Depression

圖2 漣源凹陷泥盆系佘田橋組巖相圖Fig.2 Lithofacies map of Devonian Shetianqiao Formation in Lianyuan Depression

1.1 盆地相

為發(fā)育在碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)的相對(duì)深水凹陷沉積，主要形成于因斷裂活動(dòng)形成的裂陷盆地或凹槽內(nèi)，多呈長(zhǎng)條狀展布，水深數(shù)十米～幾百米不等[13-15]。研究區(qū)內(nèi)臺(tái)間盆地具有水體較深、 沉積物顆粒細(xì)、色暗、層薄特點(diǎn)，由于陽(yáng)光和氧氣不足，藻類絕跡、底棲生物大量減少， 主要以浮游生物、 游泳類生物為主。泥巖巖心中可見(jiàn)竹節(jié)石呈薄層狀密集分布，保存完整，無(wú)破碎和磨損，表明沉積環(huán)境為較深、靜水水體。局部見(jiàn)透鏡體狀黃鐵礦結(jié)核順層分布，反映黃鐵礦良好自生長(zhǎng)條件，指示穩(wěn)定還原環(huán)境，在湘新地3井巖心明顯可見(jiàn)（圖3），其巖性主要為深灰色厚層泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾暗色薄層灰質(zhì)泥頁(yè)巖等；佘田橋組盆地相沉積在新化地區(qū)明顯發(fā)育， 巖性主要為硅質(zhì)泥頁(yè)巖、含鈣質(zhì)泥頁(yè)巖，偶見(jiàn)灰?guī)r透鏡體。

1.2 臺(tái)地相

區(qū)內(nèi)臺(tái)地相主要位于正常浪基面之下和水深200 m 之間，該環(huán)境水體循環(huán)往往受到一定限制[16-18]。研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育于佘田橋組晚期，整體上水體較為安靜，陽(yáng)光較充足，水體含有較為充足氧氣。其巖性主要由深灰色泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖組成，中到厚層狀，生物化石少見(jiàn)，主要發(fā)育于佘田橋組上部，內(nèi)部層理不明顯，主要為水平層理。

圖3 漣源凹陷佘田橋組臺(tái)地相和盆地相典型沉積特征Fig.3 Typical sedimentary characteristics of basin and platform facies of Shetianqiao Formation in Lianyuan Depression

根據(jù)湘新地3 井實(shí)鉆情況，垂向上，佘田橋組主要可分為兩段， 盆地相沉積主要發(fā)育在下段，巖性主要為灰黑色泥頁(yè)巖夾深灰色中-薄層細(xì)砂巖，為頁(yè)巖氣集中段。 佘田橋組下段1040 ～1267 m 共227 m 為含氣頁(yè)巖集中段，含氣頁(yè)巖集中段氣測(cè)明顯異常，全烴含量4% ～8%左右，最高達(dá)22.34%；現(xiàn)場(chǎng)解吸總氣量為 1.46 ～ 2.62 m3／t，平均 2.01 m3／t，水浸實(shí)驗(yàn)有較強(qiáng)氣泡，收集氣體能點(diǎn)火，為盆地相。中上段主要表現(xiàn)為灰色-深灰色厚層泥質(zhì)灰?guī)r與灰色中-厚層灰?guī)r互層，局部夾中-薄層泥灰?guī)r、生屑灰?guī)r，向上泥灰?guī)r厚度變大，為臺(tái)地相（圖4）。

2 佘田橋組地震相特征

地震相包括地震反射層的外形結(jié)構(gòu)、 頻率、振幅及連續(xù)性等相。 振幅、頻率、連續(xù)性在識(shí)別巖性、巖相中起重要作用，反射層外形結(jié)構(gòu)則反映了沉積前的古地貌，是地震相中變化最大的相，常見(jiàn)有平行、 亞平行、前積、上超、下超等反射結(jié)構(gòu)[19]。把已知鉆井點(diǎn)的地質(zhì)情況，通過(guò)合成地震記錄與地震反射記錄結(jié)合起來(lái)，將巖性、巖相變化與地震反射特征聯(lián)系起來(lái)，由此賦予各種地震相類型相應(yīng)的地質(zhì)含義，并據(jù)地震相單元的分布分析沉積環(huán)境[20]。

本次研究所用地震資料為2018 年采集的四條二維地震測(cè)線，分別為：2018HX-Z1 線，滿覆蓋長(zhǎng)度11 km；2018HX-Z2，滿覆蓋長(zhǎng)度 19 km；2018HZ-Z3，滿覆蓋長(zhǎng)度30 km；2018HZ-Z4， 滿覆蓋長(zhǎng)度25 km；合計(jì) 85 km（圖 5）。

2.1 井震合成記錄標(biāo)定

圖4 漣源凹陷湘新地3井佘田橋組沉積相綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensive column map of sedimentary facies of Shetianqiao Formation of Well Xiangxindi 3 in Lianyuan Depression

測(cè)井資料是進(jìn)行層位標(biāo)定最直接最準(zhǔn)確的方法，利用所測(cè)得的聲波時(shí)差和密度可直接求得反射系數(shù)序列，然后與剖面頻率相一致的子波褶積得到合成地震記錄道，由此對(duì)剖面進(jìn)行標(biāo)定。 區(qū)內(nèi)測(cè)井資料較少，僅有湘新地3 井的測(cè)井資料可用，研究區(qū)主要以該井的合成地震記錄為基礎(chǔ)進(jìn)行標(biāo)定。

湘新地3 井處于研究工區(qū)西南部，完鉆地層為跳馬澗組 （表1）。 湘新地3 井佘田橋組底部1040～1267 m 井段黑色頁(yè)巖TOC 含量0.47%-3.48%，平均1.5%，獲良好頁(yè)巖氣顯示（圖4）。 對(duì)湘新地3井1040 ～1267 m 井段共227 m 含氣頁(yè)巖段進(jìn)行了精細(xì)標(biāo)定，并明確了本區(qū)佘田橋組含氣頁(yè)巖段的地震反射響應(yīng)特征（圖6）。

湘新地3 井含氣頁(yè)巖段頂部界面為砂巖與泥頁(yè)巖接觸，底部界面為泥頁(yè)巖與灰?guī)r段接觸，巖性的差異性會(huì)形成明顯強(qiáng)振幅反射，且含氣頁(yè)巖段內(nèi)部多夾泥灰?guī)r及細(xì)砂巖條帶， 內(nèi)部波組抗差異較大，易形成多套強(qiáng)振幅反射波組，結(jié)合湘新地3 井測(cè)井曲線特征， 明確了湘新地3 井1040 ～1267 m共227 m 含氣頁(yè)巖集中段的地震響應(yīng)特征為4-5個(gè)相位組合的連續(xù)強(qiáng)振幅反射波組，剖面上反射特征清晰。

區(qū)域地質(zhì)研究表明，泥盆系底部與下伏奧陶系為不整合接觸[21]，巖性波阻抗差異大易形成強(qiáng)反射界面。 湘新地3 井完鉆層位為泥盆系底部跳馬澗組，臨近該不整合面，結(jié)合湘新地3 井的合成記錄標(biāo)定， 從而在地震剖面上識(shí)別出了該不整合面，特征表現(xiàn)為界面頂部為連續(xù)強(qiáng)振幅反射， 內(nèi)部有2-3個(gè)相位的強(qiáng)振幅反射，在區(qū)域上穩(wěn)定，可作為區(qū)域標(biāo)志層。 基于該不整合面的控制和湘新地3 井含氣頁(yè)巖段的精細(xì)標(biāo)定，開(kāi)展全區(qū)不整合面、含氣頁(yè)巖氣頂和含氣頁(yè)巖氣底三套層位的閉合解釋追蹤。

圖5 新化地區(qū)二維地震測(cè)線分布圖Fig.5 2-D Seismic line distribution map in Xinhua area

表1 湘新地3井鉆井分層數(shù)據(jù)表Table 1 Drilling stratification data of Well Xiangxindi 3

圖6 湘新地3井1040-1267 m含氣頁(yè)巖集中段合成記錄標(biāo)定Fig.6 Calibration of synthetic records of 1040-1267 m gas-bearing shale concentrated section in Xiangxindi Well 3

2.2 地震響應(yīng)特征

從湘新地3 井鉆探巖性分析， 佘田橋組520 ～1040 m 井段之間為臺(tái)地相沉積，主要為灰?guī)r發(fā)育區(qū)，內(nèi)部巖性差異不大，地震響應(yīng)特征為一套不連續(xù)弱振幅-雜亂結(jié)構(gòu)反射特征； 該井頁(yè)巖氣集中段（1040 ～1267 m）為臺(tái)盆相，地震響應(yīng)特征為連續(xù)強(qiáng)振幅-平行結(jié)構(gòu)反射特征； 下部棋梓橋組巖性以灰?guī)r為主，巖性波阻抗差異不大，內(nèi)部反射特征為不連續(xù)弱振幅-亞平行結(jié)構(gòu)， 為臺(tái)地相響應(yīng)特征；底部泥盆系與奧陶系之間不整合面則為明顯的連續(xù)強(qiáng)振幅反射特征。 因此湘新地3 井縱向上地震相反射特征可總結(jié)為 “不連續(xù)弱振幅-連續(xù)強(qiáng)振幅-不連續(xù)弱振幅-連續(xù)強(qiáng)振幅” 的四層結(jié)構(gòu)（圖 7）。

圖7 湘新地3井地震相特征剖面圖Fig.7 Seismic facies characteristic profile of Well Xiangxindi 3

基于上述認(rèn)識(shí)， 在地震相特征分析基礎(chǔ)上，在湘新地3 井含氣頁(yè)巖集中段1040 ～1267 m 標(biāo)定氣頂和氣底的層位處開(kāi)取合適時(shí)窗（氣頂上開(kāi)30 ms，氣底下開(kāi)30 ms），利用振幅的差異性，開(kāi)展區(qū)域沉積地震相平面預(yù)測(cè)，刻畫(huà)了兩種不同地震相的展布范圍，其中黃紅色為相對(duì)強(qiáng)振幅的盆地相，綠藍(lán)色為中-弱振幅的臺(tái)地相（圖8）。 佘田橋組頁(yè)巖氣有利相區(qū)呈北東向條帶狀展布，已有良好氣顯的湘新地3 井處于有利相區(qū)，有利相區(qū)的地震相預(yù)測(cè)為該區(qū)頁(yè)巖氣勘探部署提供了有力依據(jù)，目前已在更為有利的區(qū)域部署一口頁(yè)巖氣參數(shù)井。

圖8 新化地區(qū)佘田橋組地震相預(yù)測(cè)圖Fig.8 Seismic Facies Map of Shetianqiao Formation in Xinhua Area

3 結(jié)語(yǔ)

（1）湘中漣源凹陷泥盆系佘田橋組為臺(tái)盆相間的沉積特征，盆地相為有利的頁(yè)巖氣富集區(qū)，實(shí)鉆井也得到了驗(yàn)證，具有較大的勘探潛力，目前已部署一口頁(yè)巖氣參數(shù)井。

（2）利用地震相特征分析開(kāi)展有利相區(qū)預(yù)測(cè)為較直觀有效的技術(shù)方法，泥盆紀(jì)佘田橋組臺(tái)地相地震反射特征為不連續(xù)弱振幅雜亂-亞平行結(jié)構(gòu)，盆地相地震反射特征為連續(xù)強(qiáng)振幅平行結(jié)構(gòu)，平面預(yù)測(cè)與實(shí)鉆井情況一致。

（3）漣源凹陷佘田橋組臺(tái)地相和臺(tái)盆相地震響應(yīng)特征明顯，對(duì)頁(yè)巖氣有利區(qū)預(yù)測(cè)具有較好的指導(dǎo)意義。