劉 策， 張義杰 ， 李洪輝， 曹穎輝， 趙一民， 楊 敏， 周 波

( 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083 )

塔里木盆地古城地區(qū)奧陶系鷹山組層序地層劃分及其地質(zhì)意義

劉 策， 張義杰 ， 李洪輝， 曹穎輝， 趙一民， 楊 敏， 周 波

( 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083 )

為研究塔里木盆地古城地區(qū)儲(chǔ)層、確定奧陶世沉積環(huán)境并建立層序地層格架，分析古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)巖石學(xué)、地震與測(cè)井特征，并對(duì)5口井巖心及井壁取心進(jìn)行碳、氧同位素實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：古城地區(qū)鷹山組劃分為兩個(gè)三級(jí)層序， SQ1沉積時(shí)期發(fā)育弱鑲邊結(jié)構(gòu)的半局限—開(kāi)闊臺(tái)地沉積，頂部層序界面SB2為平行不整合面，下部經(jīng)歷早成巖期巖溶作用，是研究區(qū)儲(chǔ)層規(guī)?；l(fā)育的主控因素； SQ2沉積時(shí)期受到快速海侵，由半局限臺(tái)地轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)闊臺(tái)地沉積，層序界面SB3的暴露規(guī)模與強(qiáng)度小于SB2的，對(duì)區(qū)域性儲(chǔ)層發(fā)育控制能力較弱；層序SQ1及SQ2的分界在巖石地層單位上大致與鷹山組三段白云巖及鷹山組二段灰?guī)r的分界對(duì)應(yīng)，界面附近表現(xiàn)顯著的碳同位素負(fù)漂移。在三級(jí)層序劃分基礎(chǔ)上，在SQ1內(nèi)部識(shí)別8～9個(gè)四級(jí)層序，在SQ2內(nèi)部識(shí)別4～6個(gè)四級(jí)層序，其中海侵體系域主要表現(xiàn)為對(duì)稱性良好的加積型疊置樣式，高位體系域表現(xiàn)為向上變淺的加積—進(jìn)積型疊置樣式；四級(jí)層序界面對(duì)儲(chǔ)層的控制作用有限，主要發(fā)育準(zhǔn)同生期巖溶作用，與古地貌較高部位疊合在小范圍內(nèi)并形成孤立透鏡狀儲(chǔ)層。古城地區(qū)奧陶系受加里東運(yùn)動(dòng)影響較小，不發(fā)育隆起顯著的風(fēng)化殼型巖溶。有利沉積相帶與三、四級(jí)層序界面疊合區(qū)是區(qū)域性優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要勘探目標(biāo)。

層序地層學(xué)； 奧陶系； 儲(chǔ)層； 古城地區(qū)； 鷹山組； 塔里木盆地

0 引言

塔里木盆地廣泛發(fā)育下古生界海相碳酸鹽巖，奧陶系鷹山組為其最重要的勘探與開(kāi)發(fā)層系。在塔中、塔北及塔西南等地已開(kāi)發(fā)一批以中下奧陶統(tǒng)為主要產(chǎn)層的油氣田，如輪南[1]、哈拉哈塘[2]、塔中[3]及塔河[4]等油田。古城地區(qū)位于塔中油田東側(cè)，古城6、古城8和古城9井在該地區(qū)鷹山組白云巖中獲得工業(yè)氣流，其中古城9井酸壓試氣日產(chǎn)氣高達(dá)百萬(wàn)方[5]，揭示鷹山組具有良好的儲(chǔ)集性能。古城地區(qū)在加里東晚期隆升幅度小，鷹山組并未遭受顯著的風(fēng)化剝蝕[6]，儲(chǔ)層類型與塔中油田及塔北哈拉哈塘油田“潛山風(fēng)化殼型巖溶”儲(chǔ)層[7]有差異；年代久、埋藏深的海相碳酸鹽巖的原生孔隙難以保存，未經(jīng)歷巖溶作用改造，難以形成規(guī)模儲(chǔ)層[8-9]。因此，在缺乏長(zhǎng)期構(gòu)造暴露事件的古城地區(qū)，需要研究受海平面升降作用影響的三、四級(jí)層序控制的同生期、準(zhǔn)同生期及早成巖期的暴露巖溶作用。

近年來(lái)，層序地層學(xué)在碳酸鹽巖沉積學(xué)研究及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮重要作用[10-12]，大氣淡水及海水在地表或近地表的沉積成巖過(guò)程中形成的溶蝕孔洞和洞穴具有“準(zhǔn)層狀”分布特征，在臺(tái)緣帶附近與高能礁灘沉積相帶復(fù)合可形成優(yōu)質(zhì)原生—淺埋藏儲(chǔ)層[13-14]，再與深成巖溶作用疊加有利于形成深層—超深層的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[15]。人們對(duì)塔里木盆地鷹山組的層序地層學(xué)研究主要集中于塔中和塔北地區(qū)[16-17]，對(duì)古城地區(qū)的研究相對(duì)薄弱。根據(jù)古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)的巖心、井壁取心、測(cè)井、地震及分析化驗(yàn)資料，劃分古城地區(qū)鷹山組三、四級(jí)層序，為該地區(qū)儲(chǔ)層研究提供參考。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地是中國(guó)內(nèi)陸最大的含油氣盆地，面積約為56×104km2，為受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制的疊合盆地，內(nèi)部發(fā)育“三隆四坳”七個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[18](見(jiàn)圖1(a))。研究區(qū)位于塔里木盆地中央隆起帶古城低凸起，東部與東南隆起相鄰，西南部與塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶、塔中隆起相鄰，北部與滿西低凸起相鄰(見(jiàn)圖1(b))。古城低凸起是一個(gè)繼承性發(fā)育的北西向鼻狀古隆起，形成于加里東中期，定型于加里東末期，海西期受南部擠壓作用影響而進(jìn)一步隆升，印支—喜山期構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱[19]。低凸起內(nèi)斷裂主要呈北東或北東東走向，斷穿下古生界地層。古城地區(qū)早、中奧陶世位于塔西臺(tái)地東南緣[20](見(jiàn)圖1(b))，發(fā)育穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積；晚奧陶世受塔里木板塊俯沖消減作用影響而發(fā)生強(qiáng)烈沉降，由碳酸鹽巖沉積轉(zhuǎn)為陸源碎屑流沉積。古城地區(qū)奧陶系鷹山組埋深在5 700～6 800 m之間，厚度在600～800 m之間(見(jiàn)圖2)。由于處于塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶下降盤一側(cè)，古城地區(qū)鷹山組比西側(cè)塔中地區(qū)的保存更好，與上部一間房組和下部蓬萊壩組呈整合/假整合接觸[5]。

圖1 塔里木盆地構(gòu)造劃分和研究區(qū)地理位置Fig.1 Tectonic units of Tarim basin and geographic location of syudy area

圖2 古城地區(qū)連井地層剖面Fig.2 Stratum contrast profile of Gucheng area

2 沉積環(huán)境

2.1 巖石學(xué)特征

古城地區(qū)鷹山組巖性復(fù)雜，具有平面分帶、垂向分層的特點(diǎn)。靠近臺(tái)地東部邊緣的城探1井和古城4井巖性為灰?guī)r；臺(tái)地內(nèi)部鷹山組下段(鷹下段)云質(zhì)成分增多，古城9井和古城7井白云巖連續(xù)厚度為50～150 m；臺(tái)地西部鷹下段的古城16井、古城13井和古城10井巖性為白云巖，連續(xù)厚度為500～600 m。鷹山組上段巖性為灰?guī)r(見(jiàn)圖2)。

巖心觀察及薄片鑒定顯示，鷹下段白云巖主要為原始結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的細(xì)—粗晶的結(jié)晶白云巖(見(jiàn)圖3(a-b))，部分樣品可見(jiàn)殘余藻紋層及顆粒結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3(c))。鷹山組灰?guī)r類型主要包括泥晶/微晶灰?guī)r、顆?；?guī)r及藻粘結(jié)灰?guī)r三類(見(jiàn)圖3(d-f))，其中顆?；?guī)r最發(fā)育，顆粒大小主要為細(xì)—中砂級(jí)，顆粒類型包括無(wú)紋層結(jié)構(gòu)的似球粒、放射狀紋層結(jié)構(gòu)的鮞粒及由似球粒組成的亮晶集合體；泥晶/微晶灰?guī)r中生屑成分較為豐富，主要為藻屑、棘皮類及雙殼類碎屑；藻粘結(jié)灰?guī)r以似球粒及顆粒集合體為主，格架間由藻類粘結(jié)，窗格孔發(fā)育。

圖3 古城地區(qū)中鷹山組巖相特征Fig.3 Petrographic characteristics of the Yingshan formation in Gucheng area

2.2 沉積環(huán)境及演化

根據(jù)地震反射特征和巖心觀察結(jié)果，分析古城地區(qū)沉積環(huán)境及演化，將古城地區(qū)沉積相劃分為臺(tái)地邊緣、開(kāi)闊臺(tái)地、臺(tái)內(nèi)洼地及顆粒灘相。古城地區(qū)上寒武統(tǒng)發(fā)育多期丘狀反射的鑲邊臺(tái)緣，城探1井、古城4井和古城8井的鉆探也證明上寒武統(tǒng)臺(tái)緣生物礁的發(fā)育，反映古城地區(qū)在該時(shí)期沉積環(huán)境主要為局限臺(tái)地(見(jiàn)圖4-5)。早奧陶世蓬萊壩組沉積時(shí)期，古城地區(qū)的沉積環(huán)境繼承晚寒武世鑲邊局限臺(tái)地的沉積格局，但快速海侵作用使蓬萊壩組底部形成一套致密泥晶灰?guī)r，抑制臺(tái)緣生物礁生長(zhǎng)，隨著后期海平面的下降，古城地區(qū)蓬萊壩組中上部發(fā)育原始結(jié)構(gòu)保存較好的粉晶白云巖。鷹山組沉積時(shí)期，塔里木板塊進(jìn)入由被動(dòng)大陸邊緣向活動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)變階段，水體持續(xù)上升，臺(tái)地規(guī)模進(jìn)一步縮小。古城地區(qū)東側(cè)(臺(tái)緣)與廣海之間水體溝通順暢,白云巖不再發(fā)育，臺(tái)緣形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)育臺(tái)緣灘的弱鑲邊臺(tái)緣(見(jiàn)圖4-5)；古城地區(qū)西側(cè)(臺(tái)內(nèi))受水體循環(huán)限制，沉積環(huán)境為局限—半開(kāi)闊臺(tái)地沉積，巖性以白云巖為主。鷹山組沉積中晚期—一間房組沉積時(shí)期，海平面進(jìn)一步升高，古城地區(qū)由鑲邊臺(tái)地轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)端變陡的緩坡臺(tái)地，古城4井—城探1井區(qū)域由晚寒武世鑲邊臺(tái)緣生物礁沉積轉(zhuǎn)變?yōu)橥饩徠履嗑Щ規(guī)r沉積，古城8井—古城16井發(fā)育中—內(nèi)緩坡臺(tái)內(nèi)灘沉積。

圖4 古城地區(qū)穿過(guò)臺(tái)緣帶上寒武統(tǒng)—中下奧陶統(tǒng)地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.4 Seismic section through the platform margin of upper Cambrian-middle & lower Ordovician in Gucheng area(section location in fig.1)

圖5 古城地臺(tái)緣帶上寒武統(tǒng)—中下奧陶統(tǒng)臺(tái)緣形態(tài)轉(zhuǎn)換示意

Fig.5 Diagram of carbonate platform margin evolution from upper Cambrian to middle & lower Ordovician, in Gucheng area

3 層序地層特征

3.1 劃分方法

3.1.1 三級(jí)層序

古城地區(qū)東西向地震剖面顯示中下奧陶統(tǒng)地層平緩，同相軸的連續(xù)性好，不具有塔中隆起區(qū)鷹山組內(nèi)部雙向同向軸終止的特征[21]，缺少同相軸超覆與削截特征，地震剖面上三級(jí)層序界面識(shí)別難度較大。碳酸鹽巖相比碎屑巖更易風(fēng)化，在風(fēng)化剝蝕面上，受氧化、暴露、淋濾及成土作用影響，自然能譜測(cè)井值異常，三級(jí)層序界面上，受長(zhǎng)期暴露巖溶作用影響的部位在成像測(cè)井上表現(xiàn)為明顯低電阻的斑狀溶蝕孔洞。全球海平面的升降造成碳酸鹽中碳—氧同位素的變化，且具有較強(qiáng)的等時(shí)性[22]。在時(shí)代老、埋深大的碳酸鹽巖地層中，δ18O易受到成巖作用影響，所以將δ13C作為研究海平面升降參數(shù)更可靠?？傊瑑H依靠地震反射特征識(shí)別古城地區(qū)三級(jí)層序難度較大，需要結(jié)合測(cè)井及巖心地球化學(xué)分析進(jìn)行識(shí)別。

3.1.2 四級(jí)層序

四級(jí)層序是三級(jí)層序內(nèi)部受控于偏心率變化引起的次級(jí)海平面升降而形成的高頻層序[23]，層序界面對(duì)應(yīng)短期風(fēng)化暴露面。古城地區(qū)碳酸鹽巖中四級(jí)層序規(guī)模僅為十幾米或幾十米，在中下奧陶統(tǒng)埋深普遍超過(guò)6 000 m，地表?xiàng)l件較差部位的地震分辨率僅為20 Hz，難以達(dá)到精細(xì)刻畫(huà)和追蹤的要求，同時(shí)取心密度和取心率也難以滿足精細(xì)地球化學(xué)分析的要求。人們主要根據(jù)測(cè)井曲線[24-25]研究碳酸鹽巖高頻層序(四級(jí)—六級(jí))，但對(duì)四級(jí)層序的劃分標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致層序劃分方案的分歧。文中研究古城地區(qū)層序與儲(chǔ)層間關(guān)系，認(rèn)為四級(jí)層序的頂?shù)捉缑鎸?duì)應(yīng)次級(jí)暴露風(fēng)化面，且在連井剖面上可以橫向追蹤。自然伽馬能譜測(cè)井中U、Th、K含量對(duì)于沉積環(huán)境變化及暴露作用非常敏感，風(fēng)化作用在暴露面形成黏土層，其中Th離子風(fēng)化穩(wěn)定性高、不易溶于水，在暴露面附近含量相對(duì)富集，K離子易溶于水而被搬運(yùn)走，因此Th/K常用于反映海平面的升降，高Th/k對(duì)應(yīng)海平面下降，低Th/K對(duì)應(yīng)海平面升高[26-27]。U離子通常富集于泥質(zhì)含量較高的地層，被認(rèn)為與基準(zhǔn)面升高有關(guān)；但碳酸鹽巖中泥質(zhì)成分來(lái)源復(fù)雜，易被溶蝕和破碎的特性使層序界面下的溶孔/洞或裂縫中充填泥質(zhì)引起的U離子含量升高，不能代表沉積環(huán)境的改變[28]。僅依靠自然伽馬能譜測(cè)井劃分四級(jí)層序并不準(zhǔn)確，而FMI成像測(cè)井對(duì)溶蝕孔洞及裂縫有較好的識(shí)別效果，與自然伽馬能譜測(cè)井及電阻率測(cè)井結(jié)合，有助于精細(xì)劃分四級(jí)層序界面。

3.2 劃分結(jié)果

3.2.1 三級(jí)層序

根據(jù)地震、測(cè)井特征，在古城地區(qū)鷹山組共識(shí)別出3個(gè)三級(jí)層序界面、2個(gè)三級(jí)層序(見(jiàn)圖6，其中碳同位素?cái)?shù)據(jù)整合于古城13井、古城14井和古城7井)。三級(jí)層序界面SB1在巖石地層上大致與蓬萊壩組—鷹山組分界對(duì)應(yīng)，整體表現(xiàn)為平行不整合。該界面在塔中隆起區(qū)經(jīng)歷6～8 Ma的抬升剝蝕[29]，在柯坪露頭區(qū)蓬萊壩組剖面對(duì)應(yīng)發(fā)育近50 cm厚的紫紅色白云巖風(fēng)化殼，溶蝕孔洞發(fā)育[30]，但古城地區(qū)早中奧陶世隆升幅度較小，其暴露時(shí)間可能小于塔中地區(qū)的。該界面在地震反射上表現(xiàn)為連續(xù)性較好的強(qiáng)振幅波谷反射，雖然上下未見(jiàn)明顯的超覆現(xiàn)象，但界面上部波阻抗強(qiáng)度較下覆地層明顯減小且同相軸連續(xù)性變差(見(jiàn)圖7)，而在測(cè)井響應(yīng)上反映更為明顯，以古城9井為例，其自然伽馬能譜測(cè)井在此界面處表現(xiàn)為由下部平緩的低值變?yōu)榉容^大的齒狀，其中Th與U離子在界面處明顯富集，成像測(cè)井表現(xiàn)為發(fā)育暗色低阻溶蝕孔洞(見(jiàn)圖8)，U離子的富集表明其中可能充填泥質(zhì)。在古城地區(qū)鉆遇蓬萊壩組的古城8井、古城12井及古城14井中有類似的測(cè)井特征，也反映該層序界面在工區(qū)內(nèi)具有可對(duì)比及可追蹤性，可能為一個(gè)區(qū)域性的風(fēng)化暴露面。

圖6 古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)沉積層序

圖7 古城地區(qū)鷹山組東西向及南北向地震剖面三級(jí)層序劃分

圖8 古城9井測(cè)井與地震三級(jí)層序界面特征Fig.8 The 3rd well-log and seimic sequence boundary characteristics of well GC9

三級(jí)層序界面SB2大致與地震解釋的鷹山組上下段分界對(duì)應(yīng)，該界面受加里東中期運(yùn)動(dòng)影響被剝蝕而造成缺失[31]，僅在古城地區(qū)及塔中北斜坡區(qū)保存較為完好，呈平行不整合面。地震反射上，該界面上下不具明顯超覆現(xiàn)象，界面之下發(fā)育“串珠”狀反射(見(jiàn)圖7)，代表地震波發(fā)生“繞射”，可能與巖溶作用相關(guān)[32]。界面SB2之下為連續(xù)性較好的弱反射，界面之上為雜亂的強(qiáng)弱相間的斷續(xù)反射(見(jiàn)圖7)，在工區(qū)東部最明顯。以古城9井為例，界面SB2在自然伽馬能譜測(cè)井上表現(xiàn)為Th與U離子富集，在FMI成像測(cè)井上表現(xiàn)為發(fā)育暗色低阻溶洞(見(jiàn)圖8)，地震及測(cè)井響應(yīng)表明界面處經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)期的暴露風(fēng)化作用。通過(guò)常規(guī)及井壁取心的穩(wěn)定同位素測(cè)試分析，在古城10井、古城13井、古城16井、古城7井和古城14井的層序界面SB2附近，δ13CPDB較層序內(nèi)部樣品顯著變輕(見(jiàn)圖9)，反映海平面下降，證實(shí)界面SB2為海退暴露面。

圖9 古城13、古城14、古城7、古城10及古城16井縱向碳同位素變化

三級(jí)層序界面SB3大致與鷹山組與一間房組分界對(duì)應(yīng)，在地震剖面上表現(xiàn)為明顯的振幅增強(qiáng)，對(duì)應(yīng)雜亂反射頂部的粗大的紅色波谷反射；測(cè)井響應(yīng)沒(méi)有表現(xiàn)出類似SB1與SB2那樣明顯的巖性及曲線變化，古城13、古城14和古城7井一間房組灰?guī)r樣品的δ13CPDB顯著偏重，反映沉積時(shí)期水體較深(見(jiàn)圖9)，因此界面SB3附近的暴露風(fēng)化程度低于界面SB1及SB2的。

3.2.2 四級(jí)層序

四級(jí)層序界面主要指短期的暴露間斷面，代表次級(jí)海平面升降造成區(qū)域性暴露事件。該類界面在小區(qū)域內(nèi)具有等時(shí)性；界面附近常發(fā)育同生或準(zhǔn)同生期巖溶作用，在薄片或巖心上表現(xiàn)為溶蝕孔洞或鳥(niǎo)眼構(gòu)造等標(biāo)志，在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為Th/k較低特征。有文獻(xiàn)將快速海侵形成的淹沒(méi)不整合面做為四級(jí)或五級(jí)層序界面[33-34]，但因其井下識(shí)別難度大，且與表生巖溶作用無(wú)直接關(guān)系，文中不采用。

以古城16井及古城8井為例，說(shuō)明古城地區(qū)西部及東部四級(jí)層序特征(見(jiàn)圖10)。根據(jù)自然伽馬曲線，將古城16井三級(jí)層序SQ1劃分為9個(gè)完整四級(jí)層序，SQ1巖性以粉—細(xì)晶白云巖為主，表明其沉積時(shí)期整體水體相對(duì)較淺，四級(jí)層序上升下降半旋回對(duì)稱性好、Th與U含量變化幅度大，反映該區(qū)對(duì)海平面升降響應(yīng)敏感，層序界面大致對(duì)應(yīng)Th離子測(cè)井值升高及Th/K高值。四級(jí)層序海侵面對(duì)應(yīng)較為寬緩的U離子測(cè)井值升高及Th/K低值，SQ1高位體系域中，部分界面呈Th與U含量異常增大現(xiàn)象；根據(jù)FMI成像測(cè)井觀察，界面下部發(fā)育低阻的暗色溶蝕孔洞。古城8井SQ1中的Th離子曲線變化幅度較低，U離子曲線多表現(xiàn)為突變式增高，Th與U離子相關(guān)關(guān)系較高，反映該區(qū)更高頻(五、六級(jí))層序界面對(duì)海平面波動(dòng)響應(yīng)不明顯，說(shuō)明該地區(qū)沉積時(shí)期水體相對(duì)較深，巖性以灰?guī)r為主。根據(jù)古城8井層序界面特征，識(shí)別出9個(gè)四級(jí)層序，與古城16井的一致，反映四級(jí)層序在研究區(qū)發(fā)育可追蹤性較高。

三級(jí)層序SQ2巖性以灰?guī)r為主，自然伽馬曲線較SQ1的更平直，偶爾夾有異常尖峰，表明SQ2沉積時(shí)期海平面波動(dòng)幅度與頻率較SQ1的減弱，短期海平面下降造成暴露頻率減少。古城16井識(shí)別出5個(gè)四級(jí)層序，層序界面識(shí)別標(biāo)志明顯，在成像測(cè)井上普遍發(fā)育溶蝕孔洞。古城8井層序界面特征較模糊，Th與U離子測(cè)井曲線平直，反映次級(jí)海平面下降的暴露作用在該區(qū)不顯著，結(jié)合Th/K的旋回性進(jìn)行層序劃分，識(shí)別出4個(gè)四級(jí)層序，層序差異性主要由鷹山組沉積中、后期快速海侵形成“臺(tái)盆分異”作用造成。

3.3 體系域及沉積特征

三級(jí)層序包含海侵體系域、高位體系域及低位體系域。三級(jí)層序SQ1的海侵體系域?yàn)槁俸Ｇ诌^(guò)程，在臺(tái)地內(nèi)部未形成半遠(yuǎn)洋—遠(yuǎn)洋沉積。研究區(qū)西側(cè)(古城16井、古城13井和古城10井)發(fā)育以厚層白云巖為主的臺(tái)坪相(見(jiàn)圖11)；中、東部發(fā)育以砂屑灰質(zhì)白云巖為主的臺(tái)內(nèi)灘，以及以白云質(zhì)灰?guī)r為主的灘間海沉積(古城6井、古城7井、古城9井和古城14井)；東部發(fā)育以顆粒灰?guī)r為主的臺(tái)緣灘(古城8井)，以及以隱藻泥晶灰?guī)r和砂屑粘結(jié)灰?guī)r為主的斜坡沉積(古城4井)。海平面上升晚期，碳酸鹽生長(zhǎng)速率超過(guò)可容納空間的增長(zhǎng)速率，碳酸鹽進(jìn)入快速發(fā)展階段，古城地區(qū)的沉積格局與海侵體系域基本保持一致。臺(tái)地整體能量升高使顆粒灘沉積體更為發(fā)育，隨后高位體系域晚期及低位體系域海平面下降至臺(tái)地邊緣(陸棚邊緣)以下，造成整個(gè)臺(tái)地喀斯特化(見(jiàn)圖11)。

三級(jí)層序SQ2海侵體系域?yàn)榭焖俸Ｇ诌^(guò)程，使整個(gè)臺(tái)地內(nèi)部迅速灰?guī)r化。研究區(qū)東部古城4井—古城8井發(fā)育藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)特征顯著的臺(tái)地前緣中緩坡低能灘和灰泥丘沉積(見(jiàn)圖11)，臺(tái)地內(nèi)部總體處于低能環(huán)境，少量零星灘體分布，以低能潮坪環(huán)境為主。隨后的高位體系域及低位體系域水體能量進(jìn)一步增強(qiáng)，并伴隨短期暴露，高能灘體由SQ1沉積時(shí)期的中東部向西部遷移。古城16井薄片顯示，鷹山組二段的亮晶鮞?；?guī)r十分發(fā)育，古城8井顆粒類型主要為較低能的球粒。

4 層序格架

4.1 東西向連井層序格架

研究區(qū)東西向連井剖面由西向東依次為古隆1井—古城13井—古城10井—古城9井—古城12井—古城8井，除古城13井均鉆穿鷹山組。連井剖面中，層序SQ1厚度穩(wěn)定(見(jiàn)圖10(a))，內(nèi)部可劃分出海侵體系域、高位體系域及低位體系域及9個(gè)四級(jí)層序，海侵體系域超覆在蓬萊壩組低位體系域上，兩者間的界面在測(cè)井曲線上呈連續(xù)的較強(qiáng)反射的波峰。

SQ1海侵體系域內(nèi)部包含4個(gè)四級(jí)層序，四級(jí)層序上升與下降半旋回對(duì)稱性良好(見(jiàn)圖10(a))，西部古城13井及古城10井海侵體系域上部發(fā)育紋層狀粉細(xì)晶白云巖(見(jiàn)圖3(b-c))，通過(guò)地震特征判斷其原巖為潮坪環(huán)境下泥晶灰?guī)r沉積；體系域受硅化改造作用明顯，向東硅化程度明顯減弱。由古城14井海侵體系域中未被白云化作用流體改造過(guò)的灰?guī)r(見(jiàn)圖3(e))可以看出，在四級(jí)層序上升半旋回中，巖性主要為致密的含云泥晶灰?guī)r，白云石沿低幅度縫合線分布。

SQ1高位—低位體系域包含5個(gè)四級(jí)層序，地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)性較好反射，古城9井和古城14井在層序界面頂部發(fā)育“串珠”狀反射。高位體系域中，下部2個(gè)四級(jí)層序的上升與下降半旋回對(duì)稱性好，向上完整程度及對(duì)稱性變差。古隆1井、古城12井和古城8井在低位體系域上部發(fā)育下降半旋回，或上升半旋回明顯小于下降半旋回的四級(jí)層序。這類疊加樣式反映海平面快速升高后緩慢下降形成的上升半旋回，厚度較小，難以識(shí)別，或由于海平面快速升高而形成淹沒(méi)不整合，導(dǎo)致上升半旋回缺失。根據(jù)四級(jí)層序的疊置特征，SQ1總體表現(xiàn)為一個(gè)由海侵加積到海退進(jìn)積的層序結(jié)構(gòu)。

SQ2在東西方向上厚度由西向東減薄(見(jiàn)圖10(a))，除古城8井發(fā)育4個(gè)四級(jí)層序外，其余井發(fā)育5個(gè)完整的四級(jí)層序，在地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)性差的弱反射。SQ1沉積末期全球海平面大幅度下降，與SQ2之間存在百萬(wàn)年級(jí)的沉積間斷，是兩者發(fā)育個(gè)數(shù)差距較大的主要原因。SQ2沉積時(shí)期高能灘相向西部遷移，古城13井及古城16井常規(guī)和井壁取心顯示，高能的亮晶顆?；?guī)r主要發(fā)育于高位體系域上部。古城8井四級(jí)層序缺失的原因是其古地貌位置較低，海平面上升期間抑制碳酸鹽巖的生長(zhǎng)速率，從而缺少沉積記錄。

4.2 南北向連井層序格架

南北向連井剖面由西北向東南依次為古城16井—古城14井—古城7井—古城8井—古城12井，除古城6井均鉆穿鷹山組。連井剖面上，鷹山組厚度由西北向東南減薄(見(jiàn)圖10(b))，表明沉積時(shí)期西北部的古城16井區(qū)域古地貌較高，碳酸鹽巖加積速率快、厚度大，向東南部逐漸降低。連井剖面中包含SQ1與SQ2共2個(gè)三級(jí)層序，可進(jìn)一步劃分出13～15個(gè)四級(jí)層序，四級(jí)層序特征與東西向剖面的相似，沒(méi)有明顯缺失，表明古城地區(qū)在鷹山組沉積時(shí)期地層平緩，沒(méi)有大型隆起或洼陷。SQ1巖性除古城14井、古城8井以灰?guī)r為主，其余井以白云巖為主，原因?yàn)閮煽诰练e時(shí)期靠近臺(tái)地邊緣水體并與廣海溝通循環(huán)流暢。古城16井地震反射上振幅強(qiáng)度明顯高于其他井的(見(jiàn)圖7)，表明相比于臺(tái)地邊緣和臺(tái)地內(nèi)部的水體流通受限，蒸發(fā)作用導(dǎo)致的白云石化作用強(qiáng)烈。古城16井和古城14井中，硅化作用主要發(fā)生在SQ1海侵體系域中，古城7井及古城8井硅化程度較弱，古城12井硅化程度有所增強(qiáng)，硅化程度與井位、深大斷裂間的距離和活動(dòng)期次相關(guān)。南北向連井剖面上，層序的分布及地震、測(cè)井反應(yīng)與東西向剖面的類似，下部SQ1連續(xù)性和反射強(qiáng)度較高，上部SQ2表現(xiàn)為雜亂且強(qiáng)弱相間的斷續(xù)反射。

根據(jù)層序發(fā)育厚度，古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組沉積時(shí)期具有北高南低、西高東低的特點(diǎn)。該地區(qū)不發(fā)育大型臺(tái)地內(nèi)部隆起或深洼，沉積環(huán)境穩(wěn)定，基本可以對(duì)比各井之間的四級(jí)層序，微古地貌差異及海平升降是控制四級(jí)層序發(fā)育程度差異性的主要因素。SQ1沉積時(shí)期，東西向上沉積環(huán)境差異較大，西部區(qū)域主要為臺(tái)地內(nèi)部的低能潮坪沉積，水體較淺，普遍發(fā)育準(zhǔn)同生期白云巖化作用；東部近臺(tái)緣一側(cè)為能量較高的臺(tái)緣沉積，發(fā)育顆粒灘及灘間海兩類微相。SQ2沉積時(shí)期，海平面升高，古城地區(qū)沉積環(huán)境趨于一致，古地貌較高部位發(fā)育臺(tái)內(nèi)顆粒灘沉積，洼地發(fā)育藻粘結(jié)灰?guī)r。

5 儲(chǔ)集層分布

隨著塔里木盆地勘探由隆起區(qū)向低凸起區(qū)及斜坡區(qū)推進(jìn)，后兩個(gè)區(qū)域通常不具備形成潛山型巖溶的條件，因此三級(jí)—四級(jí)層序界面附近發(fā)生準(zhǔn)同生期—早成巖期巖溶作用，對(duì)于非隆起區(qū)儲(chǔ)集層形成十分關(guān)鍵。在氣候潮濕、降雨豐沛的環(huán)境下，現(xiàn)代碳酸鹽巖臺(tái)地沉積短期暴露作用可以形成大規(guī)?？λ固刈饔?，如赤道附近的巴布亞新幾內(nèi)亞的碳酸鹽巖臺(tái)地溶蝕速率高達(dá)270～760 mm/ka；在110 ka時(shí)間內(nèi)溶蝕厚度達(dá)55 m[35]。塔里木盆地在早中奧陶世時(shí)期地處赤道附近，雨水作用豐沛[36]，十萬(wàn)年級(jí)的四級(jí)海平面旋回及百萬(wàn)年級(jí)的三級(jí)海平面旋回發(fā)生顯著的巖溶作用。

5.1 巖溶作用

5.1.1 巖石學(xué)特征

三級(jí)—四級(jí)層序界附近巖溶作用主要發(fā)生在準(zhǔn)同生期地表滲流帶或淺埋藏早成巖階段的可滲透性地層中。古城地區(qū)常規(guī)井壁取心薄片中，巖溶作用主要表現(xiàn)圓狀—次圓狀溶蝕孔洞非常發(fā)育(見(jiàn)圖12(a-b、d))，部分溶蝕孔洞中充填滲濾泥或砂(見(jiàn)圖12(e-f))，還可見(jiàn)具有暴露性標(biāo)志的鈣結(jié)殼，表明地層曾暴露于大氣環(huán)境且發(fā)生溶蝕及滲流作用。顆?；?guī)r中多為淡水潛流環(huán)境下形成的粒狀方解石膠結(jié)(見(jiàn)圖12(h-i))，而中、早期海水潛流環(huán)境下形成的櫛殼狀或纖維狀方解石膠結(jié)保存較差、含量較少。反映沉積物在固結(jié)成巖過(guò)程中受到大氣淡水淋慮作用，早期海水潛流帶膠結(jié)物喪失，一些顆粒發(fā)生溶解而僅保留外殼，內(nèi)部被粒狀方解石(見(jiàn)圖12(c))充填，如在古城14井巖心上可觀察到垮塌作用形成的洞穴角礫(見(jiàn)圖12(g))。

圖12 古城地區(qū)奧陶系準(zhǔn)同生—早成巖期巖溶作用特征Fig.12 Dissolution features of penecontemporaneous and eogenetic stage of Ordovician, in Gucheng area

5.1.2 測(cè)井及地震特征

分析古城地區(qū)鉆井資料，鷹山組內(nèi)部大型溶蝕洞穴(直徑大于10 cm)不很發(fā)育，與塔中地區(qū)的有較大區(qū)別；層序界面FMI成像測(cè)井多表現(xiàn)為在裂縫較少的亮色基質(zhì)當(dāng)中發(fā)育小型暗色斑點(diǎn)，判斷它為早成巖階段。此外，有大量暗色斑狀與裂縫共生且與層序界面不吻合，判斷它為晚期與裂縫有關(guān)的深部溶蝕。地震剖面上，“串珠”狀反射通常反映洞穴體系特征，古城地區(qū)的“串珠”狀反射不如塔中及塔北地區(qū)的發(fā)育，地震分辨率較低、地表覆蓋條件差及暴露時(shí)間較短導(dǎo)致“串珠”狀反射較少。古城14井、古城9井及古城8井在SB1層序界面附近具有“串珠”狀反射特征(見(jiàn)圖13)，對(duì)應(yīng)較為明顯洞穴系統(tǒng)。古城14井與古城9井在“串珠”狀反射段、在成像測(cè)井上表現(xiàn)為以暗色條帶為主、局部夾有亮色條紋，或所有極板為黑色(見(jiàn)圖13)，尤為明顯；古城8井“串珠”狀反射段裂縫十分發(fā)育，并伴有小型溶蝕孔洞(見(jiàn)圖13)，未見(jiàn)所有成像極板為黑色的洞穴型儲(chǔ)層特征，靠近北東向走滑斷裂，判斷它形成“串珠”狀反射與斷裂相關(guān)的埋藏巖溶作用有關(guān)。

圖13 古城地區(qū)鷹山組三級(jí)層序SB2之下“串珠”狀反射特征及成像測(cè)井特征Fig.13 The feature of beads-shaped reflection and corresponding imaging logging under SB2 of Yingshan formation,Gucheng area

5.2 層序控儲(chǔ)機(jī)理

5.2.1 三級(jí)層序

臺(tái)地演化進(jìn)入高位體系域后，碳酸鹽巖生長(zhǎng)速率高于海平面上升速率，成巖環(huán)境由海水潛流轉(zhuǎn)變?yōu)榇髿獾c海水混合成巖環(huán)境，大氣淡水混入使流體對(duì)碳酸鹽不飽和，進(jìn)而在水下發(fā)生巖溶作用。巖溶作用的形成以組構(gòu)選擇型的粒間、粒內(nèi)及鑄?？诪橹鳎呶惑w系域晚期海平面持續(xù)下降，臺(tái)地古地貌較高部位完全暴露于大氣環(huán)境；低位體系域早期海平面持續(xù)下降，使臺(tái)地全部暴露而形成大規(guī)模的巖溶體系(見(jiàn)圖14)?？臻g類型以非組構(gòu)選擇型的溶蝕孔洞為主，大氣淡水沿垂向裂縫帶滲透至表層沉積物下部的碳酸鹽巖中，發(fā)生表層準(zhǔn)同生溶蝕與淺埋藏的層間巖溶作用。低位體系域晚期海平面升高，臺(tái)地內(nèi)洼地接受沉積、高地和圍斜地區(qū)發(fā)生暴露溶蝕，直到下一個(gè)層序海侵體系域才結(jié)束大規(guī)模巖溶作用。古城地區(qū)連井層序地層格架中，三級(jí)層序界面SB2下近100 m為儲(chǔ)層發(fā)育的主要區(qū)域(見(jiàn)圖10)，反映三級(jí)層序控制下的準(zhǔn)同生—早成巖巖溶作用對(duì)儲(chǔ)層形成控制作用顯著。塔里木盆地鷹山組沉積時(shí)間對(duì)應(yīng)弗洛階—大坪階((478.6±1.7)～(468.1±1.6) Ma)[37]，層序SQ1沉積時(shí)間為4.0～5.0 Ma，高位體系域晚期—低位體系域早期發(fā)生暴露作用時(shí)間為1～2 Ma，伴隨百萬(wàn)年級(jí)的暴露作用的巖溶作用形成大量淺埋藏的早成巖期儲(chǔ)層，是區(qū)域性儲(chǔ)集層形成的關(guān)鍵。

5.2.2 四級(jí)層序

海平面升降使四級(jí)層序的暴露剝蝕作用比三級(jí)層序的弱，影響的主要區(qū)域?yàn)榕_(tái)地內(nèi)部的古隆起區(qū)。地震剖面顯示，古城地區(qū)鷹山組整體地層平緩，不發(fā)育顯著的臺(tái)內(nèi)古隆起，次級(jí)海平面升降主要影響微古地貌較高部位。連井層序地層格架中，在古城10井、13井、14井和16井四級(jí)層序界面附近發(fā)育孔洞型儲(chǔ)層(見(jiàn)圖10)，鏡下可見(jiàn)被滲濾砂及方解石充填的溶蝕孔洞。微古地貌高位的礁灘體易暴露在大氣淡水環(huán)境中而受風(fēng)化淋慮作用改造，改造發(fā)生在向上變淺半旋回頂部，時(shí)間為沉積物形成不久后、碳酸鹽巖礦物處在轉(zhuǎn)化階段的準(zhǔn)同生期，形成的孔隙類型主要為組構(gòu)選擇型。高頻層序和微古地貌疊加控制的準(zhǔn)同生期巖溶儲(chǔ)層通常呈孤立的透鏡狀分布，為尋找?guī)r性油氣藏的關(guān)鍵區(qū)域。

圖14 鷹山組層序SQ1與SQ2沉積層序及儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.14 Sedimentary sequence model of SQ1 and SQ2 of Yingshan formation in Gucheng area

6 結(jié)論

(1)古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)鷹山組可劃分為2個(gè)三級(jí)層序及13～15個(gè)四級(jí)層序。其中三級(jí)層序SQ1大致與鷹山組下段對(duì)應(yīng)，由8～9個(gè)四級(jí)層序組成；三級(jí)層序SQ2與鷹山組上段對(duì)應(yīng)，由4～6個(gè)四級(jí)層序組成，三級(jí)層序海侵體系域以對(duì)稱的退積/加積式四級(jí)層序?yàn)橹?，高位—低位體系域主要發(fā)育加積/進(jìn)積式的四級(jí)層序。

(2)三級(jí)層序SQ1沉積時(shí)期，研究區(qū)為弱鑲邊的半局限—開(kāi)闊臺(tái)地，西側(cè)為云坪沉積，高能灘相主要集中在研究區(qū)東側(cè)；SQ2沉積時(shí)期，研究區(qū)為遠(yuǎn)端變陡的緩坡開(kāi)闊臺(tái)地沉積，隨著臺(tái)地的沉降，整體進(jìn)入快速海侵階段，東側(cè)轉(zhuǎn)為中—下緩坡沉積，高能灘相向西側(cè)遷移至上緩坡。

(3)三級(jí)層序界面SB2附近受大氣淡水溶蝕改造作用強(qiáng)烈，地震剖面上表現(xiàn)為“串珠”狀反射，自然伽馬能譜測(cè)井的Th及U離子含量較高，成像測(cè)井表現(xiàn)為發(fā)育亮色基質(zhì)中夾雜大量暗色溶蝕孔洞。SQ1高位體系域中后期—低位體系域早中期的海退事件使研究區(qū)整體暴露時(shí)間為1.0～2.0 Ma，是區(qū)域性準(zhǔn)層狀儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵。

(4)同一四級(jí)層序在臺(tái)地內(nèi)部不同區(qū)域儲(chǔ)層發(fā)育差異性較大，古地貌較高的研究區(qū)西側(cè)及部分微古地貌較高部位的四級(jí)層序界面附近，大氣淡水溶蝕痕跡較為顯著，具有形成透鏡狀巖性油氣藏的可能性。

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2016-08-10；編輯：張兆虹

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05004-001)

劉 策(1988-),男,博士研究生,主要從事含油氣盆地沉積學(xué)方面的研究。

TE121.1

A

2095-4107(2017)01-0082-15

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.01.009