轮南古潜山东—草湖凹陷东河砂岩段—角砾岩段高分辨率层序地层与沉积相特征.pdf

收稿日期：2023-02-07；改回日期：2023-03-12本文受中国石油油气和新能源分公司项目“塔里木盆地深层碎屑岩重点地区综合地质研究、目标优选、技术攻关与现场实验项目”（编号：2022KT0205）资助海 相 油 气 地 质0前言塔北地区蕴藏丰富的油气资源，在塔里木盆地油气勘探中占有十分重要的地位。从1989年在塔北隆起东河 1井首次钻遇高产海相碎屑岩储层以来，海相东河砂岩一直是塔里木盆地主要的勘探目的层和产油层1-3。东河砂岩为一套以灰白色为主、分选好、磨圆度较好的石英砂岩，且分布广泛、储层物性好，是塔北地区形成大型地层-岩性圈闭最有利的碎屑岩层系4。之前油气勘探开发主要集中在塔北隆起区，随着近年来勘探形势的转变，下凹找油势在必行，因此凹陷斜坡区下石炭统巴楚组东河砂岩段角砾岩段地层-岩性圈闭重新获得重视5。然而，目前该层段层序地层划分的精度、沉积相展布认识的深度难以支撑生产需求。有学者6-7将东河砂岩段角砾岩段划分为石炭系下统三级层序(SQC1)中的一个四级准层序组(SQC1-1)，包括了SQCd 和SQCj两个准层序。SQCd 准层序对应的岩性地层为东河砂岩段，属于在SB1 不整合面上发育起来的海侵沉积层序，为海侵体系域的滨岸带海滩沉积;SQCj 准层序对应的岩性地层为角砾岩段，是高位体系域的冲积扇-扇三角洲沉积产物。但是这些研究对东河砂岩段内部没有进一步进行层序分析。本文在前人研究的基础上，对轮南古潜山东草湖凹陷地区的巴楚组东河砂岩段的层序地层进行了精细划分，并开展了沉积亚相研究，以期为油气勘探和有利储集相带的预测提供依据和参考。1地质背景轮南古潜山东草湖凹陷位于塔里木盆地东北部，塔北隆起中东段，东北以巴里英断裂为界与库尔勒凸起相邻，北以轮台断裂为界与轮台凸起分割，南与北部坳陷相接（图1），其形成演化受塔里木板块南、北缘的拉张、俯冲和碰撞作用的影响。加里东构造运动造成研究区大规模隆升，形成明显角度不整合；志留纪凹陷东侧为沉降沉积中心，沉积厚度较大，后期沉积中心向西迁移，具有跷跷板式的沉积-构造特点；泥盆纪受早海西运动影响，地层遭受大规模剥蚀，形成大规模的不整合面8-10。轮南古潜山东草湖凹陷的基底由元古宇组成，在元古宇变质岩基底之上，沉积了震旦系、寒武摘要为查明塔里木盆地塔北隆起轮南古潜山东草湖凹陷地区下石炭统巴楚组东河砂岩段角砾岩段的层序地层与沉积相展布特征，基于钻井、测井和地震资料，应用沉积学、层序地层学和地震沉积学原理，对研究区巴楚组的层序地层与沉积环境进行了详细研究。结果表明：（1）从下至上，巴楚组的下部东河砂岩段可划分为1个准层序组、3个准层序（DH1、DH2、DH3），上部角砾岩段可划分为1个准层序组、1个准层序（DH4），4期准层序沉积期均为水进沉积环境。（2）研究区在巴楚组沉积期主要发育扇三角洲-滨岸沉积体系，其中第1期准层序（DH1）与第4期准层序（DH4）以扇三角洲沉积为主，第2期准层序（DH2）与第3期准层序（DH3）以海相滨岸砂岩沉积为主。关键词东河砂岩；准层序；沉积相；早石炭世；草湖凹陷；轮南古潜山；塔北隆起中图分类号：TE121.3文献标识码：A轮南古潜山东草湖凹陷东河砂岩段角砾岩段高分辨率层序地层与沉积相特征张 强，张荣虎，余朝丰中国石油杭州地质研究院MARINEMARINEMARINEMARINEORIGINPETROLEUMGEOLOGYORIGINPETROLEUMGEOLOGYORIGINPETROLEUMGEOLOGYORIGINPETROLEUMGEOLOGY海 相 油 气 地 质DOI：10.3969/j.issn.1672-9854.2023.02.002文章编号：1672-9854(2023)-02-0123-10第28卷 第2期沉积 储层2023年6月第一作者：张强，硕士，高级工程师，2009年毕业于中国石油大学（北京），主要从事油气成藏与资源评价工作。通信地址：310023浙江省杭州市西湖区西溪路920号 中国石油杭州地质研究院；E-mail：zhangqiang_1232023年 第28卷 第2期海相油气地质海相油气地质系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系等多套地层，其中下古生界为盆地斜坡相和陆棚相沉积，上古生界为扇三角洲滨岸潮坪沉积，中新生界为河流三角洲湖泊沉积。在盆地范围内，东河砂岩具有从西向东由晚泥盆世晚期穿时到早石炭世早期的沉积特征11。轮古潜山东草湖凹陷的东河砂岩段和角砾岩段归属于石炭系下统巴楚组。2层序划分东河砂岩段是一套连续沉积、没有明显间断的地层。东河砂岩段在全盆地分布厚度不均一，且下伏地层岩性变化大，地震资料主频较低（平均 25Hz），地震分辨率低等原因，造成地震反射波组各地差异较大。按照 Vail等12经典层序地层学理论和Van Wagoner等13-14对层序和准层序的定义，准层序是构成层序的基本单元，是以海泛面为界的成因密切相关的向上变浅的连续沉积单元。准层序组是以较大的海泛面为顶底界面，由多个准层序叠置构成的一套成因上有联系的地层。Van Wagoner等进一步提出了进积、加积、退积类典型的准层序组叠置结构样式。滨岸海滩相沉积序列发育向上变浅、变粗的准层序，据此可进行高精度地层结构研究15。轮南古隆起东草湖凹陷石炭系自下而上可分为巴楚组与卡拉沙依组，巴楚组自下而上进一步划分为东河砂岩段与角砾岩段。东河砂岩段的底界面在地震剖面上表现为上超反射特征，测井曲线上与下伏志留纪或奥陶纪地层背景值发生明显突变，侵蚀接触关系非常明显，是一个典型不整合界面（图2）。图2塔北隆起轮南古潜山东草湖凹陷CH4井巴楚组层序地层与沉积相柱状图Fig.2Sequence stratigraphy and sedimentary facies column ofBachuFormation ofWellCH4 in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag ofthe TabeiUplift图1研究区构造位置图Fig.1Tectonic location ofthe study area124对 LD2 井等典型井的测井曲线特征（图 4）进行分析发现：东河砂岩段 DH1 准层序电阻率曲线具有高阻箱形结构的特征，自然电位显示为似钟形特图4轮南古潜山东草湖凹陷LD2井巴楚组测井相特征Fig.4Logging facies ofBachu Formation ofWellLD-2 in the easternLunnan ancientburied hill-Caohu Sag征，自然伽马显示为锯齿状；东河砂岩段DH2准层序电阻率曲线整体突变为低阻箱形结构，自然电位曲线整体向上收敛，自然伽马较DH1准层序表现为稍向右偏移的锯齿状，显示泥质含量较准层序DH1高；东河砂岩段DH3准层序电阻率曲线表现为低阻锯齿状特征，与DH2准层序有一个突变波峰，自然电位表现为漏斗形特征，自然伽马整体变化稳定；角砾岩段 DH4 准层序电阻率整体表现为高阻，与DH3准层序存在突变接触，同时自然电位与自然伽马曲线也显示出与DH3准层序突变接触的特征。2.2地震反射特征对过关键井的地震剖面反射特征的分析表明（图5），东河砂岩段角砾岩段的沉积为向周缘古隆起逐层超覆的过程。每个准层序逐级超覆于志留系不整合面之上，整体呈现水进特征，准层序下伏地层呈削截特征。随着各层序向周缘隆起超覆，DH1、DH2、DH3 和 DH4 的沉积范围从草湖凹基于关键井岩心、测井和地震资料研究分析，东河砂岩段角砾岩段沉积体系可进一步进行划分。东河砂岩段为准层序组，属于早期低位体系域沉积，可细分出 3个向上变深的准层序，自下而上分别为 DH1、DH2 和 DH3。角砾岩段为准层序组，包含1个准层序DH4。各准层序组均以海泛面为界，不整合面或海泛泥岩底作为准层序组顶界面。2.1岩心与测井曲线特征从岩心可以明显看出，东河砂岩段与角砾岩段之间存在明显岩性突变面，如CH4井5 6865 690 m井段（图3a）、QM1井5 5485 550 m井段（图3b），表明当时有较为明显的构造活动或沉积间断事件发生。从CH4井东河砂岩段角砾岩段综合柱状图（图2）可以看出，准层序1（DH1）为海侵早期沉积的锯齿状高伽马泥岩夹中薄层粉砂岩；准层序 2（DH2）为海侵中期沉积的锯齿状低伽马灰质粉砂岩；准层序3（DH3）为海侵后期沉积的正粒序低伽马厚层中砂岩、细砂岩；准层序4（DH4）呈正粒序状与下伏地层不整合接触，发育海侵早期沉积的箱状砂岩与高伽马角砾灰岩和灰质砂岩。图3轮南古潜山东草湖凹陷东河砂岩段与角砾岩段之间的不整合界面Fig.3Unconformity interface between Donghe Sandstone Member and Breccia Member in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag张强等：轮南古潜山东草湖凹陷东河砂岩段角砾岩段高分辨率层序地层与沉积相特征1252023年 第28卷 第2期海相油气地质海相油气地质陷向边缘隆起逐渐扩大，在周缘隆起区一般缺失准层序DH1与DH2，而凹陷区沉积较完整。2.3岩性组合特征以上分析表明，轮南古潜山东草湖凹陷下石炭统巴楚组各准层序具有明显的水进沉积地层结构。对研究区 3 口典型井 CH2 井（图 6a）、LN62井（图6b）、QM2井（图6c）的岩性组合进行分析，可以看出准层序 DH1 表现为退积式的叠加样式，由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和红褐色泥岩构成向上变细的准层序（图 6a），该准层序的下部红褐色泥岩较多，多为水上暴露环境，随着海平面的不断上升，向上红褐色泥岩减少。准层序 DH2 与 DH3具有相似的岩性特征，下部为泥岩与粉砂岩互层，上部为块状粉砂岩，显示出退积的叠加样式，这是在高位域形成的由前滨与临滨等亚相在垂向上相互叠加构成的准层序。准层序DH4在研究区北部为一套含砾岩，在研究区南部由于远离物源，过渡为中砂岩、细砂岩。图5轮南古潜山东草湖凹陷巴楚组连井地震解释剖面（剖面位置见图1）Fig.5Inter-wellseismic interpretation section ofBachu Formation in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag(profilelocationisshowninFig.1)图6轮南古潜山东草湖凹陷典型井巴楚组层序综合柱状图Fig.6Sequence comprehensive columns ofBachu Formation oftypicalwells in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag1263沉积相特征根据沉积构造与粒度等特征，认为研究区巴楚组东河砂岩段角砾岩段为海侵滨岸沙质海滩扇三角洲沉积环境。3.1粒度特征颗粒在搬运过程中的运动方式主要有滚动、跳跃、悬浮3种类型。在粒度概率曲线上，相同搬运类型的颗粒可组合为一条线段，粒径大小与沉积物分选程度、水动力强度有一定对应关系，据此可以判断砂体沉积时的水动力环境。根据粒度分析所绘制的累积概率曲线显示，东河砂岩段角砾岩段的粒度结构主要为三段式(图7)：QM2井样品中含粒度较粗的牵引总体（图 7a），指示三角洲河道沉积环境；LN62井与CH4井样品中跳跃总体+悬浮总体含量在80%以上（图7b，7c），指示沉积物分选较好、水动力较强的前滨沉积环境。3.2沉积构造特征沉积构造有生物成因、化学成因和物理成因，反映了沉积物沉积时的水动力条件和沉积环境，对沉积环境研究和识别具有重要的指示作用。总的来看，研究区的沉积构造以冲洗交错层理、平行层理和砾岩块状堆积为主（图8）。冲洗交错层理冲洗交错层理是典型的前滨沉图7轮南古潜山东草湖凹陷典型井巴楚组粒度累积概率曲线图Fig.7Particle size cumulative probability curve ofBachu Formation oftypicalwells in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag图8轮南古潜山东草湖凹陷典型井巴楚组岩心照片与素描图Fig.8Core photos and core sketches ofBachu Formation oftypicalwells in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag张强等：轮南古潜山东草湖凹陷东河砂岩段角砾岩段高分辨率层序地层与沉积相特征1272023年 第28卷 第2期海相油气地质海相油气地质积构造，两种不同类型的沉积构造以低角度相交，同一沉积构造内的层系和纹层界面之间较为平直。如LN62井DH3准层序5 573.05 573.5 m井段为典型的冲洗交错层理特征，显示前滨沉积环境（图8a）。平行层理指在较强的水动力条件下，高流态平坦的床沙迁移过程中，在床面上连续滚动的沙粒产生粗细分离而显出的水平细层。如LN59井DH4准层序5383.05 383.5m井段为典型的平行层理，指示扇三角洲前缘沉积环境（图8b）。砾岩块状堆积表现为砾石杂乱堆积。如CH4 井角砾岩段以灰质砾与硅质砾沉积为主，颗粒杂乱排列，磨圆度较好，局部可见交错层理夹砾石块状堆积。砾石块状堆积以扇三角洲平原沉积为主，局部为砾质滨岸沉积（图8c），在准层序DH4常见。3.3地震属性特征在准层序界面约束下对各准层序提取均方根振幅属性，准层序DH1在地层尖灭线包围的草湖凹陷内部整体表现为低振幅特征，表明此时期研究区岩性在平面上差异较小（图9a）；准层序DH2在周缘存在振幅相对低值区，结合单井上的特征，预测为细粒沉积（图9b）；准层序DH3内部振幅能量平面变化较快，表明沉积结构与岩性在平面上变化快，综合单井分析，认为北部高振幅能量区为扇三角洲沉积，中部低振幅能量区为前滨沉积，南部局部高振幅能量区为后滨沉积（图9c）；准层序DH4显示为整体振幅能量高值，结合单井分析，认为研究区西北部高振幅能量区为扇三角洲沉积，通过地震反射特征类比研究，认为研究区东南部同样发育扇三角洲沉积（图9d）。图9轮南古潜山东草湖凹陷巴楚组各准层序地震属性平面图Fig.9Seismic attribute planes ofeach parasequence ofBachu Formation in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag4沉积体系展布研究区LN25井LN10井QM2井LG36井LD2 井沉积相连井对比分析表明，巴楚组东河砂岩段角砾岩段的准层序DH1与DH4以扇三角洲沉积为主，准层序 DH2 与 DH3 以海相滨岸砂岩沉128张强等：轮南古潜山东草湖凹陷东河砂岩段角砾岩段高分辨率层序地层与沉积相特征积为主（图10）。在单井、连井沉积相与地震属性分析的基础上，结合区域构造背景，建立轮南古潜山东草湖凹陷巴楚组东河砂岩段角砾岩段准层序DH1至DH4时期的沉积模式（图11）。在东河砂岩沉积早期（准层序DH1时期），研究区处于三面环山、一面朝海的地理背景，西、北、东三面同时提供物源。西部北部潜山隆起滨岸处为扇三角洲沉积，其物源图10轮南古潜山东草湖凹陷LN25井LN10井QM2井LG36井LD2井巴楚组沉积亚相对比图Fig.10Inter-wellsedimentary subfacies comparison section ofBachu Formation in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag图11轮南古潜山东草湖凹陷巴楚组4个准层序沉积模式图Fig.11Sedimentary models offour parasequences ofBachu Formation in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag1292023年 第28卷 第2期海相油气地质海相油气地质主要来自于紧邻的志留系硅质碎屑岩潜山，扇三角洲沙经波浪淘洗搬运成为后期东河砂岩滨岸相沉积的主要物源（图11a）。在东河砂岩沉积中晚期（准层序 DH2DH3时期），随着海平面持续上升，志留系硅质碎屑岩潜山部分淹没于水下，奥陶系灰岩潜山以表生溶蚀为主，提供的物源有限，此时在滨岸带发育一套含灰细砂岩沉积（图11b，图11c）。在角砾岩沉积时期（准层序DH4时期），在东河砂岩段短期暴露剥蚀之后，海平面再次缓慢上升，志留系硅质碎屑岩潜山大部分淹没于水下，研究区西部奥陶系灰质潜山开始大规模提供灰质角砾物源，近距离搬运至滨岸沉积。石灰岩具有易风化溶蚀的特性，经埋藏而且部分发生压溶形成角砾岩。同时，北部的碎屑岩潜山持续遭受风化剥蚀，形成大量扇三角洲沉积砂体（图11d）。在沉积模式的指导下，编制研究区各准层序沉积相分布图（图 12）。巴楚组东河砂岩准层序DH1沉积时期，海平面开始上升，海水从东部侵入草湖凹陷，沉积物源主要来自于北部隆起区，在凹陷北部发育扇三角洲，向南进积至 LN60 井附近图12轮南古潜山东草湖凹陷巴楚组4个准层序沉积亚相平面图Fig.12Sedimentary subfacies planes offour parasequences ofBachu Formation in the eastern Lunnan ancientburied hill-Caohu Sag130（图12a）。东河砂岩准层序DH2与DH3沉积时期，海平面持续上升，北部物源逐渐减弱，扇三角洲沉积范围逐渐缩小，此时在研究区北部 CH2 井区仍发育扇三角洲，中南部主要以滨海砂岩沉积为主（图12b、图12c）。准层序DH4沉积时期，随着海平面进一步上升，滨岸地带的可容空间被填满，进而造成河流携带大量沉积物越过滨岸地带向远滨滨外陆棚有可容空间的海区进积，形成高位体系域的河流三角洲相的砂泥岩互层沉积；而在滨岸地带高位体系域的底部发育河道侵蚀沉积，河道底部往往是滞流砾岩沉积，这样就造成砂砾岩直接盖在东河砂岩上的侵蚀沉积现象16。此时期研究区北部、西部与东部同时提供物源，扇三角洲重新大规模发育（图12d）。5结论（1）塔北隆起轮南古潜山东草湖凹陷巴楚组东河砂岩段角砾岩段可划分为4个准层序，其中东河砂岩段划分为3个准层序（DH1、DH2、DH3），角砾岩段划分为1个准层序（DH4），所有准层序沉积期均为水进沉积环境。（2）巴楚组东河砂岩段角砾岩段为扇三角洲-滨岸沉积体系。在东河砂岩沉积时期随着海平面逐渐升高，从第1期准层序DH1第2期准层序DH2第3期准层序DH3扇三角洲沉积范围逐渐缩小，前滨范围逐渐增大；至角砾岩段沉积时期，即第4期准层序DH4扇三角洲范围再次扩大。参 考 文 献1 郭建华,朱美衡,刘辰生,等.阿克库勒凸起东河砂岩的沉积相与层序地层J.石油与天然气地质,2005,26(6):808-815.GUO Jianhua,ZHU Meiheng,LIU Chensheng,et al.Sedimentary facies and sequence stratigraphy of Donghe Sandstone inAkekule Uplift J.Oil&gas geology,2005,26(6):808-815.2 郭建华,曾允孚,翟永红,等.塔中地区石炭系东河砂岩层序地层研究 J.沉积学报,1996,14(2):56-65.GUO Jianhua,ZENG Yunfu,ZHAI Yonghong,et al.Sequencestratigraphy of Carboniferous Donghe Sandstone in Tazhong area,Tarim Basin J.Acta sedimentologica sinica,1996,14(2):56-65.3 朱筱敏,张强,赵澄林,等.塔里木中部地区东河砂岩段沉积特征和沉积环境演变 J.地质科学,2004,39(1):27-35.ZHU Xiaomin,ZHANG Qiang,ZHAO Chenglin,et al.Sedimentary facies and environmental changes of the Donghe Sandstone in central Tarim J.Chinese journal of geology,2004,39(1):27-35.4 储呈林,林畅松,朱永峰,等.塔北隆起东河砂岩层序地层和沉积体系研究 J.西南石油大学学报(自然科学版),2011,33(1):15-20.CHU Chenglin,LIN Changsong,ZHU Yongfeng,et al.Studyon the sequence stratigraphy and depositional system of Donghe Sandstone in Tabei Uplift J.Journal of Southwest Petroleum University(science&technology edition),2011,33(1):15-20.5 田军,王清华,杨海军,等.塔里木盆地油气勘探历程与启示 J.新疆石油地质,2021,42(3):272-282.TIAN Jun,WANG Qinghua,YANG Haijun,et al.Petroleumexploration history and enlightenment in Tarim Basin J.Xinjiang petroleum geology,2021,42(3):272-282.6 赵学钦,马青,孙仕勇,等.轮古东地区石炭系巴楚组东河砂岩段-角砾岩段层序地层特征 J.西南科技大学学报,2015,30(2):34-40.ZHAO 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sedimentology,sequence stratigraphy and seismic sedimentology.The results show that the Donghe Sandstone Member can be divided into three parasequences,the Breccia Member can bedivided into one parasequence,and these four parasequences are named DH-1,DH-2,DH-3 and DH-4 from bottom totop.These four parasequences all developed in marine transgressive sendimentary environment.A fan-delta-shoresedimentary system are mainly developed during the deposition period of Donghe Sandstone Member-Breccia Member inthe study area,in which the first and fourth parasequences are dominated by fan-delta deposits,and the second and thirdparasequences are dominated by marine shore sandstone deposits.The above understanding has an important referencerole for the exploration of structural-lithologic oil and gas traps in the eastern Lunnan ancient buried hill-Caohu Sag ofthe Tabei Uplift.Key words：Donghe Sandstone;parasequence;sedimentary facies;Early Carboniferous;Caohu Sag;Lunnan ancient buried hill;Tabei UpliftZHANG Qiang,First author:MSc,Seinior Engineer,mainly engaged in the evaluation of oil and gas resources.Add:PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology,No.920 Xixi Rd.,Xihu District,Hangzhou,Zhejiang 310023,China编辑：黄革萍the Donghe Sandstone in the Tarim Basin J.Journal of stratigraphy,2002,26(3):197-201.12VAIL P R,MITCHUM R M,Jr,THOMPSON S III.Seismicstratigraphy and global changes of sea level,part 4:global cycles of relative changes of sea level M/PAYTON C E.Seismic stratigraphy-applications to hydrocarbon exploration.Tulsa:American Association of Petroleum Geologists,1977:83-97.13 VAN WAGONER J C,POSAMENTIER H W,MITCHUM RM,et al.An overview of the fundamentals of sequence stratigraphy and key definitions M/WILGUS C K,HASTINGS BS,POSAMENTIER H,et al.Sea-level changes:an integratedapproach.Tulsa:SEPM Society for Sedimentary Geology,1988:39-45.14 VAN WAGONER J C,MITCHUM R M,CAMPION K M,etal.Siliciclastic sequence stratigraphy in well logs,cores,andoutcrops:concepts for 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