塔河桑塔木地區(qū)石炭系卡拉沙依組層序地層及砂體發(fā)育特征

謝才鑄，傅 恒，朱夢琦，王文博

(成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059)

0 引言

塔河油田為中國第一個大型古生界海相碳酸鹽巖油田[1-3]，其油氣主要產(chǎn)自下古生界奧陶系碳酸鹽巖[4-7]。塔河地區(qū)石炭系卡拉沙依組碎屑巖地層具有良好的油氣顯示。石炭系卡拉沙依組逐漸成為塔河地區(qū)油氣勘探開發(fā)的潛力地層之一，為塔河油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供支撐作用[8-9]。

人們對塔河石炭系卡拉沙依組層序地層、沉積體系等進行研究。根據(jù)巖心、測井和地震等資料，崔金棟等[10-11]對塔河局部地區(qū)展開研究，將卡拉沙依組劃分為3個三級層序，并在層序格架內(nèi)部建立陸架型扇三角洲、潮坪及碳酸鹽巖臺地沉積體系；根據(jù)地震和鉆井層序地層分析，王家豪等[12]將塔河石炭系卡拉沙依組和巴楚組劃分為3個三級層序，其中卡拉沙依組砂泥巖段劃分為2個三級層序，其內(nèi)部發(fā)育障壁島—潟湖、潮控碎屑濱岸、辮狀河三角洲沉積體系，由于缺乏巖石取心，對沉積相的劃分不夠充分；根據(jù)井震資料，徐微等[13]建立塔河油田石炭系卡拉沙依組的高精度層序地層格架，將卡拉沙依組劃分為2個三級層序，并在層序格架內(nèi)部建立三角洲和潮坪相交互沉積體系；結合測錄井、古生物、地球化學等資料綜合分析,鐘大康等[14-15]在塔河南部石炭系卡拉沙依組建立河口灣性質(zhì)的潮坪沉積體系。

塔河桑塔木地區(qū)石炭系卡拉沙依組的層序地層及沉積相存在爭議，儲層砂體的發(fā)育特征認識不清。以層序地層學理論為指導，筆者綜合利用塔河桑塔木地區(qū)地震、測錄井資料，建立石炭系卡拉沙依組層序地層格架，闡明沉積相及砂體的發(fā)育特征，為塔河地區(qū)石炭系研究及勘探提供指導。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

2 層序地層特征

2.1 層序界面識別

2.1.1 二級層序界面

2.1.2 三級層序界面

三級層序界面(侵蝕不整合)是海平面下降形成的層序不整合界面。主要表現(xiàn)為垂向上巖性巖相突變，多為界面下伏沉積水深相對較深的巖相突變?yōu)樯细渤练e水深相對較淺的巖相。

SB5為石炭系下統(tǒng)卡拉沙依組上泥巖段與砂泥巖段的分界面，界面下伏地層為上泥巖段(C1k6)的泥質(zhì)砂巖與粉砂巖，界面上覆地層為砂泥巖段(C1k5)的中到薄層泥巖。GR曲線自下而上表現(xiàn)為突變，界面之下GR曲線表現(xiàn)為低幅齒形；界面之上GR曲線表現(xiàn)為中高幅指形、齒形等(見圖3)。SB5在地震剖面上連續(xù)性較好，振幅較強，區(qū)域易對比追蹤，同時上下地層具備中振幅的反射特點(見圖2(a))。

SB4—SB1為卡拉沙依組砂泥巖段中巖性亞段的分界面，界面之下沉積礫巖或砂巖，界面之上沉積泥巖，垂向上表現(xiàn)為下粗上細，為巖性巖相轉(zhuǎn)換面。界面之下SP與GR曲線呈箱形、鐘形、指形等，界面之上SP與GR曲線突變?yōu)榭拷鄮r基值的平直狀(見圖3)。界面地震反射特征為中—弱振幅，連續(xù)性為中—差，區(qū)域上對比追蹤度一般，同時在層序界面之下可見明顯的削截反射特征(見圖2(a))。

2.2 最大海泛面識別

受發(fā)育條件的限制，研究區(qū)卡拉沙依組沉積期位于陸架坡折帶之上，不發(fā)育低位體系域，只發(fā)育海侵體系域與高位體系域，以最大海泛面為界。SQ6內(nèi)部最大海泛面在地震剖面上為連續(xù)反射的強軸(見圖2(a))，測井曲線上表現(xiàn)為由下到上GR曲線由低幅變?yōu)橹懈叻?見圖3)。SQ5—SQ1內(nèi)部最大海泛面在地震剖面上為連續(xù)反射的強軸或連續(xù)前積下超收斂(見圖2)，在測井曲線上位于GR曲線突變處，SP曲線由靠近泥巖基線的平直或低幅突變?yōu)橹感?、箱形中高?見圖3)。

2.3 三級層序內(nèi)部特征

三級層序形成的主控因素為全球海平面變化，古生物及鈣元素變化反映三級海平面變化有關旋回特點，也間接證明全球海平面變化與工區(qū)石炭系卡拉沙依組三級層序劃分的可對比性[25-26]；卡拉沙依組內(nèi)部三級層序發(fā)育時期，該地區(qū)構造運動較弱，三級層序發(fā)育主要受海平面變化控制。綜合年代地層、巖石地層、地震地層研究成果，結合區(qū)域構造運動分析，桑塔木地區(qū)石炭系卡拉沙依組發(fā)育于1個二級層序內(nèi)部，其中砂泥巖段自下而上劃分為5個三級層序(SQ5—SQ1)，每個三級層序平均時限約為2.4 Ma，上泥巖段劃分為1個三級層序(SQ6)。每個三級層序根據(jù)最大海泛面劃分為海侵體系域(TST)與高位體系域(HST)(見圖4)。

SQ6對應卡拉沙依組上泥巖段，在國際地層表上對應整個維憲階，沉積時間為16.0 Ma[26]，但沉積厚度不足100 m，推測經(jīng)歷較長時間的剝蝕。海侵體系域底部為三級層序界面，頂部為最大海泛面，內(nèi)部發(fā)育淺海陸棚沉積，巖性主要為泥巖；高位體系域底部為最大海泛面，頂部為三級層序界面，內(nèi)部發(fā)育退積型前三角洲沉積，巖性主要為砂泥巖(見圖4)。

SQ5—SQ1對應卡拉沙依組的砂泥巖段，在國際地層表上處于謝爾普霍夫階和巴什基爾階，沉積時間為12.8 Ma[26]，海侵體系域底部為三級層序界面，頂部為最大海泛面，內(nèi)部發(fā)育進積型前三角洲沉積，巖性主要為泥巖；高位體系域底部為最大海泛面，頂部為三級或二級層序界面，內(nèi)部發(fā)育退積型三角洲平原—三角洲前緣—前三角洲沉積，巖性主要為砂礫泥混雜沉積(見圖4)。

3 砂體發(fā)育特征及控制因素

3.1 砂體類型

石炭系卡拉沙依組砂體主要發(fā)育分流河道和水下分流河道微相。其他微相如河口壩、席狀砂、決口扇等占比小或不發(fā)育，不能構成有效儲層。

分流河道砂體主要分布在SQ5—SQ1高位體系域三角洲平原亞相中，是辮狀河三角洲平原的辮狀河道。取心資料顯示，分流河道主要為砂礫混雜沉積。沉積物分選差，通常砂礫混雜，粒度較粗，多含礫石，礫石以次圓狀為主，發(fā)育沖刷面，可見礫巖定向排列(見圖5(b-d))。垂向上常以多個正粒序疊置為主，局部層段自下而上構成礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥巖完整的向上變細的正韻律特征。SP和GR曲線表現(xiàn)為齒化箱形、鐘形[27]、指形、低幅齒形及平直線形等(見圖5(a))。地震反射特征表現(xiàn)為楔狀外形、前積構型、中振幅，連續(xù)性為中—差，為中頻反射(見圖6)。

水下分流河道砂體主要分布在SQ5—SQ1高位體系域三角洲前緣亞相中，是三角洲平原分流河道的水下延伸部分[28]。取心資料顯示，分流河道沉積物主要為中、細砂巖，一般不含礫石，常見泥礫，發(fā)育平行層理、交錯層理、砂紋層理和沖刷面等(見圖5(e-g))。垂向上常以多個正粒序疊置為主，局部層段自下而上構成含礫砂巖、粗砂巖、細砂巖、泥巖完整的向上變細的正韻律特征。SP和GR曲線多表現(xiàn)為箱形、漏斗形和齒形(見圖5(a))。地震反射特征表現(xiàn)為席狀外形、亞平行，強—中振幅，連續(xù)性為好—中，為中頻反射(見圖6)。

3.2 砂體發(fā)育控制因素

構造沉降、全球海平面變化、物源供給等控制層序的發(fā)育[29-32]，從而控制砂體發(fā)育[33]。

構造運動對層序控制主要集中在兩個部分，一是塔里木盆地石炭紀—二疊紀中世(殘余)弧后裂陷盆地演化階段形成的平坦古地貌，盆地北部與南部邊緣形成大片的構造隆升剝蝕區(qū)，為卡拉沙依組沉積提供物源區(qū)。二是海西晚期與印支早期的兩次構造運動對卡拉沙依組頂部地層產(chǎn)生剝蝕，下三疊統(tǒng)柯吐爾組湖相泥巖超覆在下石炭統(tǒng)卡拉沙依組碎屑巖上，對沉積控制較小，主要控制頂部二級層序界面的形成。

三級海平面升降旋回控制三級層序發(fā)育，進而控制三級層序內(nèi)部的沉積特征與砂體發(fā)育。研究區(qū)在巴楚組雙峰灰?guī)r沉積后地勢平坦，SQ6發(fā)育期，相對海平面快速上升和下降，海侵體系域發(fā)育較厚的陸棚泥質(zhì)沉積，高位體系域發(fā)育進積型前三角洲泥質(zhì)沉積。SQ5—SQ1海侵體系域發(fā)育期，相對海平面快速上升，形成以海泛泥質(zhì)沉積為主的退積型前三角洲。SQ5—SQ1高位體系域發(fā)育期，相對海平面從最大海泛面開始緩慢下降，期間發(fā)生幾次小規(guī)模的升降(見圖4)，發(fā)育進積型辮狀河三角洲沉積體系，三角洲前緣相帶擴大，發(fā)育從北向南流向的分流河道、水下分流河道，但是辮狀河三角洲發(fā)育期相對短，形成多期河道疊置，造成兩種砂體展布呈現(xiàn)交叉變化。同時，來自北部塔北剝蝕區(qū)物源供給不充分，造成砂體厚度相對薄。

3.3 砂體發(fā)育規(guī)律

在地震剖面上，根據(jù)砂體反射特征與測井曲線的精細對比，刻畫砂體的發(fā)育構型特征。研究區(qū)卡拉沙依組三級層序內(nèi)部沉積特征表現(xiàn)為下細上粗的二元沉積特征。SQ5—SQ1內(nèi)部以最大海泛面為界，海侵體系域整體發(fā)育退積型前三角洲泥質(zhì)沉積；高位體系域發(fā)育進積型三角洲平原砂礫質(zhì)沉積、三角洲前緣砂質(zhì)沉積。砂體發(fā)育集中在SQ5—SQ1高位體系域中，主要發(fā)育分流河道與水下分流河道微相砂體(見圖7)。

桑塔木地區(qū)卡拉沙依組辮狀河三角洲平原分流河道、前緣水下分流河道砂體主要從北向南順河流方向分布。分流河道砂體沉積時水體能量大，巖性以顆粒較大的礫巖、砂礫巖為主，縱向上，呈條帶狀相互疊加，橫向上，砂體相互拼接，也有的呈疊加—孤立型，側(cè)向上延伸不遠。水下分流河道砂體沉積時水體能量相對較小，巖性主要為中—細砂巖，縱向上，砂體分布較寬，橫向上，延伸比較廣，砂體整體較厚，連續(xù)性好，順物源方向砂體厚度呈明顯減薄趨勢。根據(jù)層序地層格架及井間地震反射特征，井間砂體的連通性比較好，砂體由北向南呈前積發(fā)育(見圖7(a))。

4 結論

(1)塔河桑塔木地區(qū)卡拉沙依組劃分為6個三級層序，其中上泥巖段劃分為1個三級層序(SQ6)，砂泥巖段劃分為5個三級層序(SQ5—SQ1)。每個三級層序內(nèi)部進一步劃分為海侵體系域(TST)與高位體系域(HST)。

(2)研究區(qū)卡拉沙依組主要發(fā)育辮狀河三角洲、淺海陸棚沉積相及水下分流河道、分流河道微相砂體，兩種微相主要發(fā)育于SQ5—SQ1的高位體系域。縱向上，分流河道砂體呈條帶狀相互疊加，橫向上，砂體相互拼接，有的呈疊加—孤立型，側(cè)向上延伸不遠；縱向上，水下分流河道砂體分布較寬，橫向上，砂體延伸比較廣，整體較厚，連續(xù)性好，順物源方向砂體厚度呈明顯減薄趨勢。

(3)研究區(qū)卡拉沙依組層序發(fā)育主要受構造運動、海平面升降和物源供給控制。其中構造沉降、全球相對海平面變化控制三級層序的發(fā)育及其內(nèi)部結構特征，進而控制砂體發(fā)育；物源控制沉積物的充填，從而控制砂體垂向特征及演化規(guī)律。