湯原斷陷始新統(tǒng)新安村組與達(dá)連河組層序地層模式

苗巧銀，劉招君，杜江峰，柳 容，韓嬌艷，潘明寶，張 平

(1.國土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210049;2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京 210018;3.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130000;4.中海油研究總院，北京 100027;5.東北石油局，吉林 長春 130000)

0 引言

國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者關(guān)于陸相斷陷盆地層序地層模式及其沉積體系的組合和空間展布特征做了大量探索研究，取得了一定的成果(顧家裕，1995;魏魁生，1996;池英柳等，1996;鄧宏文等，1996，1999，2001，2002;紀(jì)友亮等，1996;解習(xí)農(nóng)等，1996;董清水等，1997;郭建華等，1998;馮有良等，2001，2006;李思田等，2002;蔡希源等，2003;郭少斌，2006;姜在興等，2009;Vail，1987;Van Wagoner et al，1990;Posamentier et al，1991;Cross，2000)。但是，不同的學(xué)者對體系域的劃分有自己不同的認(rèn)識和見解，體系域的劃分方法主要有以下幾種：國外學(xué)者Scholz和Ryand均采用“兩分法”：低水位和高水位體系域;徐懷大1993年主張陸相層序地層采用“三分”：低水位體系域、湖進(jìn)體系域、高水位體系域;劉招君等(2002)在其陸相層序地層模式中首次提出了“四分法”：低水位體系域、湖進(jìn)體系域、高水位體系域和水退體系域。本次研究以劉招君等的“四分體系域法”為理論依據(jù)，根據(jù)湯原斷陷的盆地沉積特征和古地貌特征，建立符合湯原斷陷和其相類似的斷陷層序地層學(xué)模式，以便對油氣資源的尋找起到預(yù)測和指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造單元劃分

依舒地塹是著名的郯廬大斷裂北延的一支，是東北地區(qū)構(gòu)造特征最為復(fù)雜的含油氣盆地，是在吉黑褶皺帶基礎(chǔ)上發(fā)育的中、新生代裂谷型地塹。2條大體平行、走向北東的主干大斷裂控制了地塹的發(fā)育，并被北西向或東西向斷裂橫切，使整個地塹表現(xiàn)不連續(xù)，分為若干斷陷和斷隆。包括湯原斷陷、依蘭斷隆、方正斷陷、尚志斷隆和勝利斷陷5個一級構(gòu)造單元及其鄰近地帶(圖1)。

圖1 依舒地塹北部構(gòu)造單元劃分及工區(qū)分布圖Fig.1 Map showing tectonic unit division and work area distribution in the north of the Yishu graben

湯原斷陷是位于依舒地塹最北端的次級構(gòu)造單元，其邊界主要由北東向大體平行延伸的2條深大斷裂(F1和F2)控制?？傮w上是受東部邊界大斷裂F1控制的東斷西超的箕狀斷陷，南北長460 km，東西寬5～30 km，總面積約3 320 km2。湯原斷陷內(nèi)部斷裂非常發(fā)育，將整個盆地切割得十分破碎，具有東西分帶、南北分塊的構(gòu)造格局。根據(jù)基底結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和斷陷內(nèi)部北東向大斷裂強(qiáng)烈活動特點(diǎn)，將湯原斷陷進(jìn)一步由東向西劃分為東部凹陷帶、中央隆起帶、西部凹陷帶和西部斜坡帶4個次級構(gòu)造單元。湯原斷陷基底為石榴云母片巖等巖性組合的元古代變質(zhì)巖系，基底埋深差異很大。

1.2 沉積蓋層發(fā)育

湯原斷陷沉積蓋層主要包括白堊系、古近系、新近系和第四系。其中，古近系以沉積蓋層為主，發(fā)育有一套陸相碎屑沉積，厚度達(dá)3 000 m以上。地層從老到新依次為白堊系地層，古近系烏云組、新安村組、達(dá)連河組、寶泉嶺組，新近系道臺橋組以及第四系松散沉積物堆積。其中始新統(tǒng)新安村組(E2x)在區(qū)內(nèi)廣泛分布，巖性為灰白色砂礫巖、砂巖與灰、灰黑色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖呈不等厚互層，局部夾煤層、煤線。始新統(tǒng)達(dá)連河組(E2d)是斷陷內(nèi)發(fā)育齊全、厚度較穩(wěn)定、分布廣泛的一套地層，與下伏新安村組呈整合或平行不整合接觸，巖性主要為灰白、灰色、灰黑色砂泥巖互層，煤系地層發(fā)育。達(dá)連河組下部巖性較細(xì)，以暗色厚層泥巖發(fā)育為特點(diǎn)，是研究區(qū)較為穩(wěn)定的標(biāo)志層，局部夾有少量的劣質(zhì)煤線。上部巖性較粗，以砂泥巖呈薄互層、煤系地層發(fā)育為特征。

2 三級層序界面識別

2.1 巖芯識別標(biāo)志

三級層序主要根據(jù)巖相的變化，即沉積相和巖性的變化為依據(jù)，主要以巖芯為基礎(chǔ)，其依據(jù)基礎(chǔ)為“Walther相序定律”：只有橫向上成因相近且緊密相鄰而發(fā)育的相，才能在垂向上依次疊覆出現(xiàn)而沒有間斷。也就是說，橫向上相距較遠(yuǎn)的相類型在垂向上相鄰出現(xiàn)必然意味著其間存在1個沉積間斷。這種層段出現(xiàn)相帶的突變和不連續(xù)現(xiàn)象在鉆井剖面上表現(xiàn)得尤為清晰，這些部位有可能是層序界面。所以巖性、顏色、巖相以及沉積環(huán)境的突然變化都有可能是層序邊界的標(biāo)注。由于層序邊界上存在不整合，其下伏地層常常露在地表，局部遭受風(fēng)化剝蝕，且上下地層存在一定程度的沉積差異，所以在巖性剖面上也存在一定差異，如湯參3井的新安村組與達(dá)連河組之間的不整合界線，界面之上為深湖相灰—深灰色泥巖，界面之下為水下扇成因的灰白色砂礫層夾灰色粉砂質(zhì)黏土和黏土。

2.2 測井識別標(biāo)志

測井資料進(jìn)行層序界面識別的直觀標(biāo)志是測井曲線出現(xiàn)突變陡坎值，測井曲線形態(tài)發(fā)生旋回性變化。層序界面位于測井曲線基值發(fā)生明顯改變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上。當(dāng)層序界面為不整合面或較大沉積間斷面時，界面上下地層巖相和壓實(shí)作用的差異性較大，因此其測井曲線的基值就會發(fā)生明顯改變。如湯參2井、T4界面的聲波測井曲線特征明顯：界面之下為高速層，曲線幅值明顯增大;界面之上幅值減小，界面之處存在明顯坎值變化(圖2)。

2.3 地震反射標(biāo)志

用地震資料進(jìn)行層序地層學(xué)分析正是利用了地震反射終止來識別層序、體系域等地層單元，因此地震反射終止類型是識別層序的標(biāo)志之一。運(yùn)用地震資料解釋層序的發(fā)育以及空間展布是一項(xiàng)最直觀、最有效的研究方法。地震上識別層序界面的標(biāo)志通常是上超、削截及下切谷，其中上超和下切谷指示層序底界面的反射，削截為指示層序頂界面的反射。

通過對研究區(qū)一系列過井主測線方向的地震剖面進(jìn)行對比追蹤，發(fā)現(xiàn)所標(biāo)定的主要層序界面與過井地震剖面中削截、上超和下切谷等地震反射界面對應(yīng)(圖3)。在反射剖面上近盆地邊界處見下切谷反射特征。

圖2 湯參2井聲波測井曲線坎值變化Fig.2 Variations of acoustic logging curves of the Well Tangcan 2

圖3 二維主測線49.5－上下界面不同反射特征(2810—3110)Fig.3 Different reflection features of the top and bottom boundaries ofalong the two-dimensional main survey line 49.5(2810—3110)

3 各體系域的識別特征

3.1 低水位體系域

低水位體系域(LST)形成于盆地發(fā)育初期或湖平面快速下降期。其底界面以不整合面及其相應(yīng)的整合面為底界，以首次湖泛面為頂界。盆地形成初期，低水位體系域以沖積扇－辮狀河沉積為主，也可存在泛濫盆地或淺水湖泊。湖平面快速下降期形成的低水位體系域以小型(扇)三角洲－湖泊沉積體系為特征，并常發(fā)育反映干旱氣候的紅層膏鹽沉積。在縱向上，低水位體系域中一般常見小型進(jìn)積或加積型準(zhǔn)層序組結(jié)構(gòu)，水體略有變淺或變化不大，測井曲線多為幅值相近的中高幅指狀交互組合式(圖4)。整體測井曲線包絡(luò)線近于垂直，一般低水位體系域以弱振幅斷續(xù)亂崗狀反射結(jié)構(gòu)地震相為主(圖3)。

3.2 水進(jìn)體系域

水進(jìn)體系域(TST)形成在連續(xù)湖侵造成的湖平面上升期，由首次湖泛面與最大湖泛面所限定。其中，首次湖泛面是指湖平面連續(xù)上升階段的第一次湖泛作用形成的底界面，在層序剖面上與第一個上超面相對應(yīng)。最大湖泛面是最大湖侵作用面，這一時期湖體最深，湖盆分布范圍最廣，厚層暗色泥巖與油頁巖是這一時期的最主要沉積，且在最大湖泛面附近常發(fā)育凝縮層。水進(jìn)體系域?yàn)橥朔e式準(zhǔn)層序組，總體粒度向上變細(xì)，水體自下而上明顯變深，達(dá)最大湖泛面(圖4)。但準(zhǔn)層序組水體向上變深，視電阻率值向上逐漸減小，整體測井曲線包絡(luò)線形態(tài)為中低幅指狀組合的鐘形。水進(jìn)體系域以中強(qiáng)振幅較連續(xù)平行反射結(jié)構(gòu)地震相為主，可見上超點(diǎn)反射結(jié)構(gòu)地震相(圖3)。

3.3 高水位體系域

高水位體系域(HST)形成于湖泊水體相對靜止的高水位期，以最大湖泛面為底界。在湖盆區(qū)，高水位體系域以半深湖－深湖相沉積為主(圖4)，在湖盆邊緣區(qū)則常為細(xì)碎屑的邊緣相沉積，即濱淺湖相。高水位體系域?yàn)榧臃e式準(zhǔn)層序組，粒度變化不大。水深變化不大;加積準(zhǔn)層序組對應(yīng)高水位體系域，有時可為低水位體系域，高水位體系域測井曲線幅值變化不大，多為低幅齒狀;高水位體系域常以中強(qiáng)或強(qiáng)振幅連續(xù)平行反射結(jié)構(gòu)地震相為主(圖3)，與其他體系域相比，分布廣泛，特征明顯，易于識別。

3.4 水退體系域

水退體系域(RST)形成于高水位期后沉積物供給速率大于湖平面上升速率時的相對湖平面緩慢萎縮期。該時期由于沉積物楔狀體不斷向盆地中心推進(jìn)，湖岸線也不斷向盆地中心遷移，形成了進(jìn)積型準(zhǔn)層序組疊加結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了典型的湖退型(扇)三角洲沉積體系(圖4)。水退體系域?yàn)榇笮瓦M(jìn)積式準(zhǔn)層序組，粒度向上變粗，水體越來越淺。

這個由2個過程(水進(jìn)、水退)和2個狀態(tài)(低水位、高水位)所構(gòu)成的湖平面(基準(zhǔn)面)變化控制了層序內(nèi)沉積體系的構(gòu)成和時空配置，明顯地反映了一個湖盆層序地層發(fā)育的全過程，圖4為湯參3井典型的井柱圖。

圖4 湯參3井新安村組層序地層分析柱狀圖Fig.4 Sequence stratigraphic column of the Xin'ancun Formation in the Well Tangcan 3

4 層序地層模式分析

4.1 層序地層格架的建立及各體系域沉積組合特征

通過分析層序界面識別和體系域的組成特征，該區(qū)共劃分出4個三級層序：新安村組識別出2個三級層序SX1、SX2，達(dá)連河組識別出2個三級層序SD1、SD2，在深水區(qū)，這4個層序?yàn)榘l(fā)育較全，且發(fā)育較完整的4個體系域(圖5)。?

圖5 湯原斷陷始新統(tǒng)層序地層格架與基準(zhǔn)面變化綜合圖Fig.5 Comprehensive profile showing the Eocene series，sequence stratigraphic framework and base level variations in the Tangyuan fault depression

湯原斷陷整體為東斷西超的箕狀斷陷盆地，由于構(gòu)造作用，致使部分地區(qū)中部為隆起區(qū)，兩側(cè)為凹陷區(qū)，所以形成其特有的層序地層特征和沉積體系組合。根據(jù)全區(qū)24個鉆孔和十幾條連孔地震剖面分析，得出了不發(fā)育隆起區(qū)和發(fā)育隆起區(qū)各體系域內(nèi)沉積體系的組合特征(表1、表2)。

表1 發(fā)育隆起區(qū)各體系域內(nèi)沉積體系組合特征Table 1 Combination features of sedimentary systems in system tract of the developed uplift areas

表2 不發(fā)育隆起區(qū)各體系域內(nèi)沉積體系組合特征Table 2 Combination features of sedimentary systems in system tract of the under developed uplift areas

4.2 層序地層模式的建立及其意義

根據(jù)2種地貌類型總結(jié)特征可知，該盆地的沉積體系組合特征為：在緩坡部位發(fā)育沖積扇－扇三角洲，深水部位發(fā)育水下扇，其中在低水位時下切谷發(fā)育，見低水位楔狀體。在陡坡多發(fā)育下切谷，以沖積扇－扇三角洲－湖底扇沉積體系為主。隆起區(qū)頂部為扇三角洲－湖泊沉積體系，斜坡部位則為扇三角洲前緣－湖泊－水下扇沉積體系為主。

綜合以上不同地貌區(qū)塊類型內(nèi)各體系域沉積體系組合特征，并以該區(qū)層序地層格架地貌特征為框架，得出該區(qū)典型理想模式(圖6)。

圖6 湯原斷陷層序地層模式Fig.6 Sequence stratigraphic model for the Tangyuan fault depression

層序地層學(xué)模式是根據(jù)一個地區(qū)的概況，建立能反映該地區(qū)共性特征的模式。建立層序地層學(xué)模式的重要作用在于對新的工區(qū)類比和借鑒，并且能起到預(yù)測作用，同時該模式對形成背景相同的依舒地塹內(nèi)其他斷陷盆地具較好的借鑒和類比作用。

由該模式可知，發(fā)育隆起區(qū)的箕狀斷陷盆地，緩坡一側(cè)淺水區(qū)，由于各體系域均發(fā)育三角洲前緣砂體，為較好的巖性油氣藏，所以緩坡側(cè)的淺水區(qū)和易于發(fā)生重力流的深水區(qū)為油氣資源的有利預(yù)測區(qū)塊;緩坡一側(cè)深水區(qū)在低水位體系域和水退體系域易發(fā)育重力流，有時水進(jìn)體系域和高水位由于動力因素的影響也會形成重力流，重力流是比較好的巖性油氣藏。而高水位體系域所形成的富含有機(jī)質(zhì)的泥巖則是較好的生油層。

不發(fā)育隆起區(qū)的典型箕狀斷陷盆地在緩坡一側(cè)，與發(fā)育隆起區(qū)的沉積體系組合特征相似，所以緩坡側(cè)的淺水區(qū)和易于發(fā)生重力流的深水區(qū)為油氣資源的有利預(yù)測區(qū)塊。在陡坡一側(cè)，由于發(fā)育扇三角洲前緣砂體，所以各體系域均有可能成為較好的巖性油藏。

無論以上哪種盆地類型，斷陷盆地緩坡一側(cè)，在淺水區(qū)低水位時均易出現(xiàn)下切谷，而下切谷的砂體充填極易形成以巖性圈閉為主的隱蔽圈閉，是較好的巖性油藏。

以上根據(jù)層序地層研究，預(yù)測可能存在的有利區(qū)(巖性油藏)經(jīng)勘探已獲得證實(shí)，所以該層序地層模式的建立對尋找隱蔽油氣藏起到了較好的預(yù)測和類比作用，具有較大的實(shí)用性，且為同類型沉積盆地油氣資源的尋找起到了較好的引導(dǎo)作用，省去了一些繁瑣的分析工作，可直接進(jìn)行應(yīng)用。

5 結(jié)論

(1)始新統(tǒng)新安村組、達(dá)連河組共劃分為4個三級層序，新安村組為SX1、SX2兩個三級層序，達(dá)連河組為SD1、SD2兩個三級層序，建立了該區(qū)層序地層格架。

(2)進(jìn)一步識別出工區(qū)不同區(qū)塊各層序內(nèi)所發(fā)育的體系域及主要沉積相類型。低位域：扇三角洲和重力流;水進(jìn)體系域：扇三角洲－濱淺湖;高水位體系域：半深湖－重力流;水退體系域：扇三角洲或沖積扇－濱淺湖。

(3)根據(jù)層序地層研究，預(yù)測可能存在的有利區(qū)(巖性油藏)經(jīng)勘探獲得證實(shí)，建立了層序地層學(xué)模式，緩坡的淺水區(qū)和陡坡區(qū)為較好的巖性油藏區(qū)塊，緩坡的深水區(qū)由于在低水位和水退體系域發(fā)育重力流，成為較好的巖性油藏。所以該模式的建立對尋找隱蔽油氣藏起到了較好的預(yù)測和類比作用。

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