和什托洛蓋盆地中下侏羅統(tǒng)地震層序地層研究

馬小平

(1.中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074;2.吐魯番金源礦冶有限責(zé)任公司，新疆 昌吉 831100;3.新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)，新疆 昌吉 831100)

0 引言

地震層序解釋以地震剖面為基礎(chǔ)，確定代表與層序邊界不整合或與之對應(yīng)的整合面為界的，可以對比的相對整一的地震反射單元。識別不同級別、不同性質(zhì)的不整合面及其與之對應(yīng)的界面，并進(jìn)行橫向?qū)Ρ茸粉櫯c閉合，是進(jìn)行層序地層劃分和建立等時(shí)地層格架的重要基礎(chǔ)[1-4]。馮動(dòng)軍等[5]以準(zhǔn)噶爾盆地石南地區(qū)為例，進(jìn)行了地震層序界面的識別，指出了層序界面和最大洪泛面的地震剖面識別特征。張杰等[6]對鄂爾多斯盆地三疊系延長組地震層序地層進(jìn)行了研究，總結(jié)了一套在地震剖面上識別追蹤不整合面的方法。此外，還有學(xué)者成功利用地震剖面解釋開展了層序地層學(xué)研究[7-10]。

和什托洛蓋盆地位于準(zhǔn)噶爾盆地的西北緣，近年來開展了大規(guī)模的煤炭勘查工作，獲得了豐富的二維、三維地震資料。通過地震勘探，在盆地西部構(gòu)成主測線2 km和聯(lián)絡(luò)線4 km的地震測網(wǎng)，在盆地東部構(gòu)成主測線4 km和聯(lián)絡(luò)線8 km的地震測網(wǎng)，局部區(qū)域進(jìn)行了三維地震勘探。研究發(fā)現(xiàn)，以往多以鉆井和測井資料為基礎(chǔ)進(jìn)行煤田層序地層分析[11-14]，地震層序地層學(xué)多見于石油地質(zhì)勘探[15-16]中，將地震層序地層學(xué)應(yīng)用于煤田層序地層研究的較少。因此，本文開展陸相含煤盆地地震層序地層學(xué)研究，以期為煤田層序地層分析、煤層綜合對比及勘查開發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的和什托洛蓋盆地為近NE向展布的中新生代斷陷盆地[17]。盆地的構(gòu)造形態(tài)受基底起伏和基底繼承性斷裂的控制，構(gòu)造單元可劃分為北部坳陷帶、中部凸起帶和南部坳陷帶等“三帶”(圖1)。區(qū)域分布的地層有古生界奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系，中生界三疊系、侏羅系和白堊系，新生界古近系、新近系和第四系。古生界構(gòu)成了盆地的盆緣及基底，主要為泥盆系，次為石炭系。中生界是盆地中的主體沉積充填地層，白堊系和新生界是盆地中含煤巖系——侏羅系的蓋層。主要含煤地層為中下侏羅統(tǒng)水西溝群八道灣組和西山窯組。八道灣組含煤1—8層，單層最厚為9.72 m。西山窯組含煤5—32層，單層最厚為22.22 m。

圖1 和什托洛蓋盆地構(gòu)造略圖Fig.1 Structural sketch of Heshituoluogai basin1.盆地基底；2.坳陷區(qū)；3.凸起區(qū)；4.斷層；5.和什托洛蓋盆地

2 地震層序地層分析

2.1 層序界面特征識別

層序界面可以表現(xiàn)為多種形式，通常在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)反射層，地層終止方式具有上超、下超、頂超及削蝕特征，局部呈基準(zhǔn)面下降期形成的下切谷[18]。在盆地邊緣區(qū)域不整合面往往顯示強(qiáng)烈的上超或削蝕，與古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對應(yīng)，向盆地方向追索，層序界面表現(xiàn)為整合接觸。在盆緣坡折帶下部發(fā)育的大型三角洲前積反射層也是識別層序界面的良好標(biāo)志。二級層序?yàn)闃?gòu)造層序，受全球性或區(qū)域性的構(gòu)造因素控制，其界面常屬于區(qū)域性的不整合面或與之對應(yīng)的整合面，是重要的沉積間斷。三級層序是層序地層單元的基本層序，三級層序界面的特征與盆地內(nèi)部構(gòu)造演化、湖平面變化、沉積物供給、氣候特征及成煤期古地理環(huán)境等因素的變化緊密聯(lián)系。根據(jù)層序界面的識別特征，通過二維地震解釋及鉆井標(biāo)定，本文對和什托洛蓋盆地中下侏羅統(tǒng)層序界面特征進(jìn)行了研究，共識別出2個(gè)二級層序界面，6個(gè)三級層序界面(圖2)。

圖2 和什托洛蓋盆地01線地震剖面層序地層劃分Fig.2 Sequential stratigraphy division in seismic section of line 01in Heshituoluogai basin

二級層序界面層包括SB1和SB8，三級層序界面包括SB2、SB3、SB4、SB5、SB6和SB7。其中SB1位于侏羅系底界，是印支晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不整合面，界面之下在盆地西部為上三疊統(tǒng)白礫山組石英砂巖，在盆地東部為下二疊統(tǒng)卡拉崗組凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)礫巖和安山玢巖等，界面之上為下侏羅統(tǒng)八道灣組砂礫巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤層。地震剖面上，顯示地層削截，界面之上顯示上超、下超反射特征。SQ1低位體系域發(fā)育盆底扇和斜坡扇沉積，在88線上反映特征明顯(圖3)。SB8是西山窯組和上覆地層頭屯河組或白堊系或古近系之間的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)區(qū)域不整合面，對應(yīng)燕山運(yùn)動(dòng)I幕，大規(guī)模的盆地基底抬升致使白堊系大部以及侏羅系頂部被剝蝕干凈，形成全盆地剝蝕平行不整合，地震剖面上識別特征明顯。這兩個(gè)界面可稱為構(gòu)造侵蝕不整合面，其間的地層為一個(gè)二級層序，持續(xù)年齡近50 Ma。在這個(gè)二級層序中又可分為7個(gè)三級層序，其中的層序邊界都為“不整合面或與之對應(yīng)的整合面”，即在盆地邊緣及非沉降中心，其邊界為不整合面，而在沉降中心為整合面。

SB2和SB3分別是八道灣組3個(gè)層序的分界面，鉆井揭露界面附近發(fā)育大段低位期粗碎屑物沉積。SB4是三工河組與八道灣組的分界面，地震剖面上地層終止方式顯示為上超和下超特征。SB5是三工河組下部層序與上部層序的分界面，SB6是西山窯組與三工河組的分界面，鉆井巖芯顯示該界面局部為整合接觸，界面之上多發(fā)育砂礫巖和粗砂巖，多見對三工河組淺湖相泥巖沖刷侵蝕，地震剖面上只在局部顯示下超特征，其低位體系域有斜坡扇發(fā)育。SB7是西山窯組下部層序和上部層序的分界面。

2.2 體系域界面特征識別

(1)初始湖泛面

在近海陸架區(qū)，初始洪泛面理論上表現(xiàn)為海水初次漫過坡折帶，以下切谷被充填為標(biāo)志，堆疊樣式開始由進(jìn)積轉(zhuǎn)換為退積，形成向上逐漸變深的旋回[18]。在陸相坳陷湖盆中，初始湖泛面的識別較為困難，長期的基準(zhǔn)面下降使河流作用加強(qiáng)，在盆地邊緣形成不整合面，隨著湖平面由下降到緩慢上升，低位時(shí)期形成的粗碎屑物逐漸被細(xì)粒沉積物覆蓋，開始湖擴(kuò)期沉積，進(jìn)積向退積轉(zhuǎn)換，整體上形成向上變深的旋回。因此，研究區(qū)將低位晚期粗碎屑物之上發(fā)育的細(xì)粒沉積物的底界面作為初始湖泛面，在沒有粗碎屑物發(fā)育的地方，可能發(fā)育根土巖或古土壤層，初始湖泛面可能與層序界面重合。局部地區(qū)，初始湖泛期低位粗碎屑物之上可能發(fā)育煤層和炭質(zhì)泥巖，可作為初始湖泛面的標(biāo)志。若發(fā)育明顯的地形坡折帶，在識別低位進(jìn)積地震反射層的基礎(chǔ)上，可將首次超覆坡折帶的退積反射層作為初始湖泛面的標(biāo)志。研究區(qū)內(nèi)地震剖面上低位體系域之上首次超覆坡折帶的反射同相軸可作為初始湖泛面的標(biāo)志(圖3)。

圖3 和什托洛蓋盆地88線地震層序地層格架解釋Fig.3 The interpreted seismic sequential stratigraphy frame of line 88 in the basin

(2)最大湖泛面

最大湖泛面是在一個(gè)基準(zhǔn)面變化周期內(nèi)水體最深、可容納空間最大時(shí)期形成的最大沉積非補(bǔ)償面，是由湖擴(kuò)期退積向高位期進(jìn)積轉(zhuǎn)換的分界面[18]。鉆井巖芯上最大湖泛面處沉積物粒度最細(xì)(凝縮段)，表現(xiàn)為大段深水相泥巖。測井曲線上最大湖泛面處于總體變化的拐點(diǎn)處，表現(xiàn)為高的自然伽馬值和低的電阻率值。地震剖面上最大湖泛面一般難以識別，局部表現(xiàn)為一個(gè)收斂的下超面(圖4)。內(nèi)陸湖相盆地，最大湖泛面處于湖平面升降的拐點(diǎn)位置，該界面上、下地層巖性、物性和顏色變化特征具有明顯差異，界面之下為湖侵體系域，巖性多為暗色泥巖，界面之上砂巖含量明顯增加，總體顯示向上變淺、變粗的旋回。最大湖泛期沉積物多具有穩(wěn)定的區(qū)域分布和可對比性。研究區(qū)將全區(qū)分布穩(wěn)定的大段淺湖相泥巖，作為最大湖泛的標(biāo)志。

圖4 和什托洛蓋盆地116地震剖面層序界面特征Fig.4 Characteristics of sequential interface of seismic section 116 in the basin

2.3 侏羅系層序地層劃分

通過對盆地二維地震剖面、鉆井巖性及測井曲線的分析，將中下侏羅統(tǒng)地層劃分出1個(gè)二級層序，7個(gè)三級層序，其中八道灣組劃分為SQ1、SQ2、SQ3等3個(gè)層序，三工河組劃分為SQ4、SQ5等2個(gè)層序，西山窯組劃分為SQ6、SQ7等2個(gè)層序(表1)。三工河組兩個(gè)層序在盆地大部分地方缺失了高位體系域，具有低位體系域和湖擴(kuò)體系域的二元結(jié)構(gòu)。八道灣組、西山窯組發(fā)育低位體系域、湖擴(kuò)體系域和高位體系域3個(gè)完整的體系域。

表1 和什托洛蓋盆地下-中侏羅統(tǒng)層序地層劃分Table 1 Sequential stratigraphic division of lower-middle Jurassic Series in the basin

SQ1為侏羅紀(jì)沉積早期，處于盆地形成時(shí)期的初始沉降階段。SQ1低位體系域發(fā)育較厚的沖積扇-扇三角洲粗碎屑沉積，湖擴(kuò)體系域發(fā)育灰色、灰白色的泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，高位體系域?yàn)樯热侵奁皆蜕热侵耷熬壋练e，普遍發(fā)育有側(cè)向連續(xù)的煤層，厚約5 m。SQ2、SQ3和SQ4處于盆地加速沉降階段，對應(yīng)八道灣組中后期及三工河組早期。SQ2和SQ3體系域構(gòu)成及其特征與SQ1相似，低位體系域發(fā)育厚度不等的扇三角洲砂礫巖夾砂巖，湖擴(kuò)體系域發(fā)育濱淺湖相泥巖與泥炭沼澤，煤層厚約10 m，高位體系域?yàn)樯热侵奁皆蜕热侵耷熬壋练e，發(fā)育有薄煤層。SQ4為三工河組上部層序，發(fā)育低位體系域和湖擴(kuò)體系域，高位體系域缺失。SQ5及SQ6早期為盆地最大沉降階段，SQ6中晚期和SQ7處于湖盆萎縮於淺階段。SQ4和SQ5整體為非含煤巖系，巖性主要為砂礫巖、砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖。圖5為和什托洛蓋盆地132ZK1井層序地層及沉積體系劃分。SQ6在盆地北緣發(fā)育有低位體系域辮狀河道沉積的大套砂巖，湖擴(kuò)體系域和高位體系域均發(fā)育有厚度不等的煤層。SQ7的高位體系域發(fā)育厚煤層，且在全區(qū)連續(xù)分布，為西山窯組主要成煤期，煤層厚度15 m左右。

圖5 和什托洛蓋盆地132ZK1井層序地層及沉積體系劃分Fig.5 Division of sequential stratigraphy and sedimentary system in well 132zk1 in the basin

3 結(jié)語

(1)層序界面在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)反射層，二級層序受全球性或區(qū)域性的構(gòu)造因素控制，三級層序與盆地內(nèi)部構(gòu)造演化、湖平面變化、沉積物供給及古地理環(huán)境等因素的變化有關(guān)。研究區(qū)中下侏羅統(tǒng)可識別出2個(gè)二級層序界面，6個(gè)三級層序界面。二級層序界面層包括SB1和SB8，三級層序界面包括SB2、SB3、SB4、SB5、SB6和SB7。

(2)綜合研究地震剖面，結(jié)合鉆井標(biāo)定和測井解釋，研究區(qū)中下侏羅統(tǒng)地層可劃分出1個(gè)二級層序，7個(gè)三級層序，其中八道灣組劃分為SQ1、SQ2、SQ3等3個(gè)層序，三工河組劃分為SQ4、SQ5等2個(gè)層序，西山窯組劃分為SQ6、SQ7等2個(gè)層序。

(3)地震剖面上低位體系域之上首次超覆坡折帶的反射同相軸可作為初始湖泛面的標(biāo)志，全區(qū)分布穩(wěn)定的大段淺湖相泥巖可作為最大湖泛的標(biāo)志。三工河組在盆地大部分地方缺失了高位體系域，具有低位體系域和湖擴(kuò)體系域的二元結(jié)構(gòu)。八道灣組、西山窯組發(fā)育低位體系域、湖擴(kuò)體系域和高位體系域3個(gè)完整的體系域。SQ1高位體系域及SQ6、SQ7湖擴(kuò)體系域和高位體系普遍發(fā)育煤層，主要煤層位于SQ7高位體系域。