四川盆地井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組高分辨率層序地層特征

劉 犟,張克銀

(1.中國石化西南油氣分公司 博士后科研工作站，成都 610041；2.成都理工大學 博士后流動站，成都 610059； 3.四川旅游學院，成都 610100；4.中石化西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

麥地坪組-筇竹寺組是川南地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣重要勘探層位之一。四川盆地井研地區(qū)下寒武統(tǒng)麥地坪組-筇竹寺組頁巖氣勘探的目標地層具有展布不均勻、沉積相特征差異明顯、沉積相變化較大等特點。由于川南地區(qū)在震旦紀末期至寒武紀初期受到強烈構造作用的影響，在陸棚沉積體系中發(fā)育拉張槽，將正常平緩的陸棚沉積體系切分成沉積水體深淺變化較大的“水下凹臺”型[1-5]，使研究區(qū)下寒武統(tǒng)具有非常復雜的展布特征，為頁巖氣勘探造成了一定的難度。

通過巖心及野外剖面觀察，結合巖電模型對井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組進行高分辨率層序地層劃分。在等時地層格架下對地層進行追蹤，以求描述出井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組時空變化特征。

1 地層特征

在經典高分辨率層序地層學中，高位體系域中的泥頁巖一般被視作高位體系域，即海泛面的標志。但頁巖氣勘探地層中，泥頁巖厚度較大，其厚度從幾十米到超過100 m不等，具有巖性變化不明顯，以及測井自然伽馬高的特征，使高分辨率層序劃分在泥頁巖地層中的應用較為困難。本文通過對巖心的精細觀察描述，將巖性微小變化與多種測井相結合，建立巖電模型，用以豐富對泥頁巖為主的地層進行高分辨率層序地層劃分的依據。

1.1 巖性特征

井研地區(qū)麥地坪組下部為灰黑色含磷硅質巖、硅質磷塊巖(圖1-A)，向上漸變?yōu)楹缀谏搸r，部分地區(qū)底部見風化形成的薄層灰黑色黏土；上部為灰黑色-黑色含粉砂質頁巖與硅質磷塊巖互層，頂部見灰色-深灰色巖屑石英粉砂巖與灰黑色粉砂質泥巖互層(圖1-B)。研究區(qū)麥地坪組為發(fā)育于陸棚內部裂谷中的強還原環(huán)境沉積，頂部為裂谷邊部斜坡在沉積水體下降過程中發(fā)育的重力流沉積。

研究區(qū)筇竹寺組可分為2段。下部第一段(簡稱“筇一段”)巖性為灰黑色-深灰色頁巖、粉砂質頁巖與灰色-深灰色鈣質細粒巖屑砂巖、灰質粉砂巖、泥質粉砂巖不等厚互層，灰黑色-深灰色頁巖中見黃鐵礦團塊或條帶(圖1-C、D)。從下至上由黑色頁巖為主逐漸變化為黑色頁巖與深灰色、灰色泥質粉砂巖與灰質粉砂巖夾層，互層增多，中上部含少量透鏡狀灰質或硅質結核，見少量呈星點狀產出的黃鐵礦(圖1-E)。上部第二段(簡稱“筇二段”)發(fā)育灰黑色泥巖、粉砂質泥巖、頁巖與灰、淺灰色粉砂巖、泥質粉砂巖不等厚互層，可見少量三葉蟲和高肌蟲化石碎片(圖1-F)。結合構造背景認為，研究區(qū)筇竹寺組是發(fā)育在較穩(wěn)定構造背景下的陸棚沉積，具有沉積水體深淺變化較快的特點。

1.2 測井響應

由于麥地坪組-筇竹寺組整體巖性以泥頁巖為主，很難通過巖性直接分析總結出變化規(guī)律，需結合測井分析，特別是元素測井綜合對比。

1.2.1 常規(guī)測井

川南地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組測井特征獨特。由于巖性主要為泥頁巖與粉砂質泥巖、泥質粉砂巖互層，自然伽馬和電阻率曲線總體較平直。自然伽馬表現(xiàn)為較高值(普遍>80 API)，麥地坪組上部、筇一段底部和筇二段中部出現(xiàn)極高異常段(>270 API)。電阻率特征表現(xiàn)為麥地坪組普遍較高，曲線較為平直；筇竹寺組電阻率較麥地坪組稍低，仍然也較為平直；但有小幅度低值異常對應出現(xiàn)在麥地坪組上部和筇一段底部(圖2)。

1.2.2 元素測井

研究區(qū)麥地坪組-筇竹寺組沉積時期自然伽馬和電阻率很難準確反映較短時間周期內的海平面升降變化情況。結合元素測井，通過Ni/Co比值、Mn/Fe比值、Sr/Ca比值、Th/U比值以及Ca含量變化特征，綜合歸納各段響應特征。

圖1 井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組巖性特征圖Fig.1 Lithological characteristics of Maidiping Formation and Qiongzhusi Formation in Jingyan area(A)黑色硅質巖,見高角度裂縫,JY2井,深度3 728.6 m; (B)黑色硅質巖夾鈣質粉砂巖互層,見差異壓實變形,JY2井,深度3 724.7 m; (C)灰黑色-深灰色頁巖夾灰色灰質粉砂巖,灰質粉砂巖滴酸起泡,JY1井,深度3 532.7 m; (D)深灰色泥巖夾黃鐵礦條帶,JY1井,深度3 549.3 m; (E)深灰色泥巖,見星點狀黃鐵礦,JY1井,深度3 297.5 m;(F)灰黑色頁巖,見高肌蟲化石,JY1井,深度3 285.7 m

麥地坪組元素測井具有Mn/Fe高、Sr/Ca和Th/U低的特征，反映沉積水體較筇竹寺組深。但Ca含量高與深水沉積相悖。認為該地層中Ca主要來源于早寒武世第一次生物大爆發(fā)——梅樹村動物群的小殼動物殼體[6-8]。

筇竹寺組Mn/Fe低和Ca含量較低，同時Sr/Ca和Th/U較高，均與麥地坪組呈明顯臺階狀突變。Ni/Co于筇竹寺組底部出現(xiàn)突變極高值，向上鐘型減小后逐漸增大。綜合表明筇竹寺組沉積時水體深度較麥地坪組沉積時期整體稍淺。筇一段與筇二段界線處及筇二段中上部，各元素比值及Ca含量均出現(xiàn)突變。其突變規(guī)律表明筇一段沉積水體深度大于筇二段(圖2)。

2 高分辨率層序地層特征

通過巖電模型建立，以及元素測井綜合對比，奠定了井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組進行高分辨率層序劃分的基礎。以此識別各層序界面，進行高分辨率層序地層劃分，最終建立等時地層格架。

2.1 層序界面

寒武系底界為桐灣運動形成的不整合面，麥地坪組灰黑色磷質粉-細晶白云巖、硅質磷塊巖、含磷硅質巖直接覆于燈影組灰色泥晶-粉晶白云巖之上[9-10]；筇竹寺組頂界與明心寺組整合接觸，上覆明心寺組白云巖與筇竹寺組頂部淺灰色粉砂巖、泥質粉砂巖形成鮮明的巖性突變面(圖3-A)；研究區(qū)麥地坪組頂部發(fā)育厚度不等的灰色-深灰色泥質粉砂巖、粉砂巖，與筇竹寺組底部灰黑色頁巖形成巖性突變面(圖3-B)，同時P含量發(fā)生明顯變化(圖2)。以此作為長期及中期層序界面。結合元素測井各參數、比值綜合分析，對各短期旋回和各級海泛面進行識別(表1)。

圖2 JY1井測井綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive well logging profile of the Well JY1

表1 各元素測井特征與沉積水體深淺變化對應關系Table 1 Relationship between the logging characteristics of each element and the change of depositional water depth

需要特別注意的是，井研地區(qū)麥地坪組頂部發(fā)育10余米厚的灰色-深灰色粉砂巖-泥質粉砂巖，見包卷層理、撕裂泥粒等典型重力流沉積構造[11](圖3-C、D)。由于陸棚沉積長期處于沉積物供給遠小于可容空間變化，在較深水沉積環(huán)境中，重力流一般發(fā)育于海平面相對下降較快速時期；或由于水動力作用形成重力流造成該時期海平面相對下降[12]。

2.2 高分辨率層序地層劃分

通過各層序界面識別，對研究區(qū)各井進行高分辨率層序地層劃分。與資陽地區(qū)位于拉張槽內部發(fā)育完整層序的ZY1井對比發(fā)現(xiàn)，各井長期及中期旋回發(fā)育情況基本相似，但中期旋回MSC2上升半旋回發(fā)育情況存在較大差異：該半旋回在JS1井和JY1井不發(fā)育，JY2井發(fā)育很薄。對比ZY1井完整發(fā)育的MSC2上升半旋回，短期層序在該半旋回中JS1井和JY1井SSC6～SSC9上升半旋回缺失，JY2井SSC6～SSC8缺失(圖4)。

2.3 等時地層格架

以短期旋回為最小單元，建立等時地層格架(圖5)。對比發(fā)現(xiàn)，ZY1井位于拉張槽內部，發(fā)育完整的沉積層序。沉積主要受古地貌控制，均位于埃迪卡拉紀巖溶谷地古地貌及興凱地裂運動形成的拉張槽范圍內。

MSC1沉積時期各井各短期旋回均正常發(fā)育，井研地區(qū)和ZY1井一樣，位于巖溶谷地較低部位，沉積古地理位置相當。MSC2上升半旋回時期，井研地區(qū)底部SSC6～SSC9不同程度缺失，說明此時該區(qū)域沉積部位相對較高，位于拉張槽西側斜坡帶，且JS1井和JY1井高于JY2井，其沉積古地理明顯呈階梯狀。研究區(qū)位于拉張槽西側斜坡，主要受控于興凱地裂運動形成的拉張槽及其范圍。

圖3 麥地坪組-筇竹寺組層序界面Fig.3 Sequence boundary of Maidiping Formation and Qiongzhusi Formation(A)明心寺組白云巖與筇竹寺組淺灰色泥質粉砂巖整合接觸,重慶秀山; (B)筇竹寺組灰黑色頁巖與麥地坪組灰色泥質粉砂巖突變面,JY2井,深度3 722.9 m; (C)筇竹寺組灰色粉砂質頁巖,見包卷層,JY1井,深度3 586.95 m; (D)淺灰色鈣質粉砂巖中泥礫順層發(fā)育,JY1井,深度3 537.8 m

3 沉積模式

根據井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組高分辨率短期旋回劃分對比及等時地層格架，結合沉積背景[13-15]，建立井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組沉積模式(圖6)。

MSC1沉積時期，研究區(qū)各井均發(fā)育完整的沉積序列，沉積主要受埃迪卡拉紀巖溶谷地古地貌控制。此時的沉積主要發(fā)育于巖溶谷地中，對其進行填平補齊。研究區(qū)各井MSC1沉積厚度與ZY1井相當，表明井研地區(qū)與資陽地區(qū)此時位于相似的沉積古地理位置，均位于巖溶谷地底部。

MSC2沉積時期，JS1井和JY1井缺失情況相同，均缺失SSC6～SSC9上升半旋回；而JY2井缺失SSC6～SSC8，SSC9上升半旋回正常發(fā)育。當受到興凱地裂運動壯年期影響形成大規(guī)?？焖俸Ｇ謺r，海平面快速階段式上升，JY2井較JS1井和JY1井更早開始進入沉積過程。JY2井這一時期的古地理位置略低于JS1井和JY1井。此時，雖整個川南地區(qū)均被較深海水覆蓋，發(fā)育陸棚沉積，但研究區(qū)古地理位置略高，位于斜坡中部。井研地區(qū)各井SSC6～SSC9缺失情況說明拉張槽西側寬緩，呈階梯狀。構造運動使沉積中心向東發(fā)生部分偏移，使MSC1沉積時期兩側相對較對稱的巖溶谷地地貌變化為兩側不對稱的、具有階梯狀斜坡且西緩東陡的拉張槽古地貌。

MSC3沉積時期是在MSC1～MSC2沉積時期已經將溶蝕谷地及拉張槽進行填平補齊的基礎上，進入正常寬緩的西淺東深的陸棚相沉積體系。研究區(qū)位于西側較高部位，主要發(fā)育淺水陸棚沉積。海平面短暫上升時，發(fā)育少量深水陸棚沉積。

4 結 論

a.元素測井中的單元素及元素比值綜合分析，在泥頁巖高分辨率層序地層劃分中能夠發(fā)揮非常重要的作用，有助于短期層序精確劃分。

b.研究區(qū)MSC2上升半旋回沉積時期，各井各短期旋回發(fā)育情況有所差異，JS1井和JY1井SSC6～SSC9缺失，JY2井SSC6～SSC8缺失。這種差異受控于興凱地裂運動形成的拉張槽及其范圍。

c.研究區(qū)MSC1時期主要繼承埃迪卡拉紀巖溶谷地古地貌，沉積與ZY1井相似；MSC2時期受興凱地裂運動形成的拉張槽影響，位于拉張槽西側呈階梯狀西高東低的寬緩斜坡帶中部，古地理位置較ZY1井略高。2個沉積時期沉積中心發(fā)生了一定程度的偏移。