印度尼西亞庫(kù)泰盆地下中新統(tǒng)混積序列特征研究

魯銀濤，楊濤濤，許小勇，徐寧，劉忻蕾，閆春，邵大力，范國(guó)章，呂福亮，李東

1. 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 3100232. 中國(guó)石油海外勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 1000313. 華北科技學(xué)院，廊坊 065201

庫(kù)泰盆地是印尼最大的新生代盆地，位于加里曼丹島東部，西部整體逐漸抬升，是庫(kù)泰盆地新近紀(jì)沉積的主要物源區(qū)；東側(cè)向望加錫海峽方向逐漸過(guò)渡為深海盆地；盆地中部的海陸過(guò)渡-淺海區(qū)的馬哈坎褶皺帶是油氣勘探的重要區(qū)域（圖1）。庫(kù)泰盆地的油氣勘探始于19世紀(jì)末期，油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在庫(kù)泰盆地馬哈坎三角洲的中—上中新統(tǒng)陸相成藏組合內(nèi)[1]，前人研究也大多集中于此。

圖1 印度尼西亞庫(kù)泰盆地位置圖及地震-地質(zhì)綜合解釋成果剖面圖Fig.1 Location map of Kutai Basin, Indonesia and the cross-section of integrated seismic and geological interpretation results

通過(guò)區(qū)域地質(zhì)研究和成藏組合評(píng)價(jià)，中國(guó)石油于2009年首次在中中新統(tǒng)下部—下中新統(tǒng)濱海相砂巖中獲得油氣發(fā)現(xiàn)，并且首次對(duì)該區(qū)深層濱海相成藏組合進(jìn)行了系統(tǒng)研究[2-4]。但是，濱海相沉積序列在野外發(fā)育特征如何，垂向上如何演化，仍需要深入研究。為此，對(duì)下庫(kù)泰盆地馬哈坎三角洲開(kāi)展了多次野外地質(zhì)考察，在識(shí)別研究進(jìn)積型三角洲的同時(shí)，特別對(duì)早中新世濱海相沉積地層開(kāi)展了識(shí)別研究，厘清了其展布特征，并建立了該沉積序列的發(fā)育模式。通過(guò)鉆井詳細(xì)分析和野外地質(zhì)考察，認(rèn)為研究區(qū)下中新統(tǒng)不僅是普遍發(fā)育的濱海相沉積，而且是在三角洲和古構(gòu)造共同作用下發(fā)育的碎屑巖與碳酸鹽巖混積序列層系，表現(xiàn)為生屑灰?guī)r上覆在厚層砂巖之上，而且發(fā)育多套相似特征的沉積旋回。關(guān)于混合沉積的概念，前人指出，混合沉積在同一層形成碎屑巖—碳酸鹽巖混積巖系列；而由碎屑巖與碳酸鹽巖、碎屑巖與混積巖、碳酸鹽巖與混積巖和不同類(lèi)型混積巖之間的交互沉積以及與陸表海三角洲碎屑沉積交互成層，形成了混積序列?；旆e序列和混積巖共同構(gòu)成廣義的混合沉積[5-7]。

通常混合沉積在野外露頭上難以保留，而本文研究區(qū)為混合沉積研究提供了非常寶貴的地質(zhì)條件。通過(guò)對(duì)研究區(qū)鉆井、露頭下中新統(tǒng)濱海相沉積的研究，建立了濱海相沉積的發(fā)育模式，并建立了混積序列發(fā)育模式，分析了其主控因素，為混積序列這類(lèi)特殊的沉積現(xiàn)象提供了研究素材，進(jìn)而為預(yù)測(cè)巖性變化規(guī)律和有利儲(chǔ)層發(fā)育層段提供了理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

庫(kù)泰盆地位于加里曼丹島的東部，包括陸上和海 上 部 分，面 積 達(dá)27×104km2，其 中 陸 上 面 積約11×104km2，海上面積約16×104km2。其北部邊界為芒卡力哈山，與打拉根盆地相隔；南為阿當(dāng)斷層將其與Paternoster臺(tái)地和巴里托盆地分開(kāi)；西部為中加里曼丹凸起，將其與莫拉維盆地分隔；庫(kù)泰盆地東部延伸至望加錫海峽深水區(qū)，水深大于500 m的海域面積約6.7×104km2。盆地中部的三馬林達(dá)復(fù)背斜帶將庫(kù)泰盆地分為西部的上庫(kù)泰盆地和東部的下庫(kù)泰盆地，油氣發(fā)現(xiàn)集中在下庫(kù)泰盆地[8]。

受歐亞板塊、太平洋板塊和澳大利亞板塊的相互作用影響，庫(kù)泰盆地經(jīng)歷了始新世裂谷期、漸新世至中中新世的區(qū)域沉降期和中中新世的擠壓反轉(zhuǎn)期3個(gè)主要的演化階段[9]，發(fā)育了陸相-海相-三角洲相沉積旋回（圖2）。其中，始于早中新世，劇烈于中中新世的構(gòu)造抬升及同期的三角洲進(jìn)積對(duì)區(qū)內(nèi)油氣成藏至關(guān)重要。

圖2 庫(kù)泰盆地巖性地質(zhì)剖面圖[8, 10]Fig.2 Stratigraphic chart of Kutei Basin

始新世裂谷期，盆地初始形態(tài)形成，主要沉積湖相、濱岸-陸架沉積，發(fā)育湖相-淺海相烴源巖，始新統(tǒng)油氣發(fā)現(xiàn)指示該時(shí)期烴源巖以生油為主；始新世末期至晚漸新世沉降期，沉積了區(qū)域性海相泥巖，并在淺水區(qū)發(fā)育開(kāi)闊海碳酸鹽巖臺(tái)地，局部發(fā)育濁積砂巖，有發(fā)育碳酸鹽巖、深水濁積砂巖儲(chǔ)層的潛力；早中新世末期至今的擠壓反轉(zhuǎn)導(dǎo)致東加里曼丹遭受擠壓反轉(zhuǎn)，形成一系列北東-南西走向的擠壓反轉(zhuǎn)背斜，自東向西擠壓反轉(zhuǎn)作用強(qiáng)度逐漸加大，盆地西部陸上部分沉積地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，該時(shí)期為圈閉形成主要時(shí)期。中中新世開(kāi)始，馬哈坎進(jìn)積型三角洲自西向東不斷前積、推進(jìn)，形成了巨厚馬哈坎三角洲沉積體系，沉積中心地層厚度可達(dá)14 km，是盆地內(nèi)迄今發(fā)現(xiàn)最主要的油氣儲(chǔ)層，同時(shí)也為油氣系統(tǒng)提供了優(yōu)質(zhì)烴源巖，以生氣為主[3]，為形成最為富集的油氣成藏組合提供了得天獨(dú)厚的地質(zhì)條件[10]。

庫(kù)泰盆地主力儲(chǔ)層即馬哈坎三角洲沉積體系內(nèi)的中中新統(tǒng)三角洲砂巖儲(chǔ)層，獲得了巨大發(fā)現(xiàn)。隨著勘探研究工作的深入，不斷向西部勘探，在下中新統(tǒng)混積序列中的濱海相砂巖儲(chǔ)層中獲得了突破。這兩類(lèi)砂巖具有很多相似的特征，因此在研究過(guò)程中需要通過(guò)綜合地質(zhì)研究進(jìn)行判別，認(rèn)準(zhǔn)勘探層系，為進(jìn)一步的勘探提供理論支撐。

2 中中新統(tǒng)三角洲砂巖沉積特征

2.1 測(cè)井響應(yīng)特征

中中新統(tǒng)三角洲砂巖典型特征為伽馬曲線(xiàn)表現(xiàn)為一系列反旋回，局部層段夾正旋回。這些反旋回解釋為粒度自下而上變粗的沉積序列，為典型河口壩沉積；而局部夾的正旋回解釋為粒度自下而上逐漸變細(xì)的正粒序沉積序列，為典型的水下分流河道沉積。這些水下分流河道砂巖、河口壩砂巖即為庫(kù)泰盆地主要油氣儲(chǔ)層。河口壩砂巖與水下分流河道砂巖厚度相當(dāng)，主體厚度為2～5 m（圖3）。整個(gè)庫(kù)泰盆地內(nèi)，水下分流河道砂巖的儲(chǔ)集物性最好，儲(chǔ)層的孔隙度為8%～39%，一般為中至高孔；滲透率普遍較高，為（30～5000）×10-3μm2[12-13]。但這兩類(lèi)儲(chǔ)層均受三角洲前緣相帶遷移控制，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，厚度在縱橫向上變化較快。鉆井揭示局部層段表現(xiàn)為高GR值，為三角洲平原亞相沉積和前三角洲亞相沉積，以泥質(zhì)為主，局部發(fā)育煤層，是油氣藏有利的層間蓋層（圖3）。

圖3 鉆井-1三角洲相沉積測(cè)井曲線(xiàn)柱狀圖Fig.3 Lithologic and sediment facies interpretation based on well log response of Well-1

2.2 野外露頭發(fā)育特征

庫(kù)泰盆地受擠壓變形強(qiáng)度由西向東減弱，盆地西部的陸上區(qū)域隆升幅度較大、遭受強(qiáng)烈剝蝕，而東部海域部分變形較弱，并被不斷前積的三角洲楔狀體覆蓋[11-13]。馬哈坎三角洲主要受馬哈坎河大量沉積輸入的控制，類(lèi)型上可歸為河控三角洲。中中新世，三角洲前緣位置到達(dá)研究區(qū)，因此露頭多表現(xiàn)為三角洲平原、三角洲前緣亞相沉積，局部可見(jiàn)前三角洲亞相沉積[14]（圖4）。

研究區(qū)內(nèi)中中新統(tǒng)三角洲相沉積露頭特征在野外延伸可達(dá)數(shù)百米甚至上千米。整個(gè)露頭以褐色、黑灰色為背景，巖性主要為砂泥巖互層夾煤層。水下分流河道沉積單層厚度一般5～10 m，底部具有明顯的侵蝕特征，切割了三角洲平原泥巖和煤層（圖4），局部可見(jiàn)水下分流河道侵蝕前三角洲暗色泥巖，形成不規(guī)則起伏的表面（圖4）。水下分流河道砂巖表現(xiàn)為正粒序特征，自下而上粒度變細(xì)，常見(jiàn)大型交錯(cuò)層理和沖刷面。

河口壩砂巖沒(méi)有明顯的侵蝕特征，呈透鏡體“包裹”在厚層泥巖內(nèi)（圖4），并表現(xiàn)為反粒序特征，自下而上粒度變粗。河口壩砂巖單層厚度較水下分流河道小，一般為1～2 m，橫向延伸范圍也有限，一般5～10 m。但馬哈坎三角洲淺海區(qū)的油氣勘探證實(shí)，庫(kù)泰盆地河口壩砂巖的規(guī)?？蛇_(dá)上百平方千米[11-13]。

圖4 研究區(qū)中中新統(tǒng)三角洲相沉積露頭位置見(jiàn)圖1。Fig.4 Outcrop of Middle Miocene deltaic sediment in study area

3 下中新統(tǒng)濱海相砂巖沉積特征

進(jìn)入下中新統(tǒng)，雖然地層整體以砂泥巖互層為主，地層發(fā)育特征與中中新統(tǒng)三角洲沉積相似，但是出現(xiàn)中厚層碳酸鹽巖，指示沉積環(huán)境的變化。

3.1 測(cè)井響應(yīng)特征

由于中中新統(tǒng)三角洲砂巖儲(chǔ)層在研究區(qū)已遭受抬升剝蝕，研究區(qū)的勘探層系由中中新統(tǒng)轉(zhuǎn)為更深層的下中新統(tǒng)，并獲成功[2-4]。通過(guò)鉆井分析，主力含氣儲(chǔ)層為下中新統(tǒng)砂巖，該下中新統(tǒng)砂巖儲(chǔ)層為濱海相砂巖，表現(xiàn)為一系列反旋回特征，主體為進(jìn)積型的中—細(xì)粒砂巖，頂部為中厚層碳酸鹽巖（圖5）。

通過(guò)鉆井對(duì)比，認(rèn)為這套濱海相準(zhǔn)層序發(fā)育5個(gè)沉積旋回，均以中—厚層碳酸鹽巖出現(xiàn)為標(biāo)志，每期旋回的GR測(cè)線(xiàn)整體表現(xiàn)為逐漸變小的特征，呈反韻律特征（圖5）。鉆井1鉆遇3期旋回，總厚度158.5 m，單層砂巖厚度可達(dá)13.5 m[4]。可以通過(guò)反韻律特征，將鉆井1揭示的3期旋回細(xì)分為7期次旋回，每個(gè)次旋回的厚度為20～40 m。雖然有些旋回內(nèi)巖性有缺失，旋回1內(nèi)的次旋回1，未揭示厚層砂巖，表現(xiàn)為碳酸鹽巖直接上覆在厚層泥巖之上；旋回2內(nèi)的次旋回5和6，頂部未揭示厚層碳酸鹽巖，表現(xiàn)為厚層砂巖作為旋回頂面（圖5）。整體而言，自下而上均為泥巖-砂巖-碳酸鹽巖組合特征。表現(xiàn)最為典型的為旋回2內(nèi)的次旋回3和4，均表現(xiàn)為典型的反韻律特征，泥巖在下部，上覆厚層砂巖，頂部為厚層碳酸鹽巖（圖5）。

圖5 鉆井1下中新統(tǒng)濱海相沉積測(cè)井響應(yīng)及巖性解釋成果圖井位見(jiàn)圖1。Fig.5 Lithologic and sediment facies interpretation based on well log response of Well-1

3.2 野外露頭特征

下中新統(tǒng)濱海相沉積在野外露頭上—中中新統(tǒng)三角洲沉積中具有相似性，均以厚層砂巖為典型特征，但是泥巖含量有所增加，特別是這套濱海相沉積在野外露頭上以厚層碳酸鹽巖為標(biāo)志層，通過(guò)巖性判別，這些厚層碳酸鹽巖為生屑灰?guī)r。該生屑灰?guī)r在野外露頭上表現(xiàn)為淺灰色，厚度約2～3 m，由于暴露風(fēng)化，多具有破碎特征（圖6）。該灰?guī)r內(nèi)生物碎屑發(fā)育，主要有鹿角珊瑚、海膽、貝殼類(lèi)等生屑化石（圖7）。通過(guò)野外巖石樣品取樣制片觀察，這些生屑灰?guī)r內(nèi)富含珊瑚、海綿等造礁生物化石（圖8）。

圖6 濱海相沉積野外露頭剖面圖位置見(jiàn)圖1。Fig.6 Outcrop of littoral facies sediment

圖7 生屑灰?guī)r野外露頭露頭位置見(jiàn)圖6黃色方框。Fig.7 Outcrop of bioclastic limestoneThe location of the outcrop is shown in the yellow box in Fig. 6.

圖8 生屑灰?guī)r鏡下特征照片F(xiàn)ig.8 Microscopic pictures of bioclastic limestone

該厚層生屑灰?guī)r上覆在厚層砂巖之上，二者之間沒(méi)有明顯的泥巖層發(fā)育。厚層砂巖表現(xiàn)為黃色-淺黃色，厚度約4～5 m，鉆井揭示最大厚度可達(dá)20 m。砂巖內(nèi)多發(fā)育水平層理、丘狀-槽狀交錯(cuò)層理，頂部有大量炭屑和蟲(chóng)孔，反映了濱淺海相沉積環(huán)境。巖性由下向上：底部為粉砂巖-細(xì)粒砂巖、并向上逐漸變粗、變厚，呈現(xiàn)反韻律特征，厚層砂巖之下為暗色—淺棕色厚層泥巖，下伏厚層生屑灰?guī)r，指示著另一沉積旋回。

4 下中新統(tǒng)濱海相混積序列沉積模式

4.1 混積序列沉積模式

庫(kù)泰盆地馬哈坎褶皺帶在早中新世臨近陸架坡折，在海平面較高時(shí)期，主要沉積海相泥巖，對(duì)應(yīng)著鉆井和露頭觀察到的厚層暗色—淺棕色泥巖。由于馬哈坎三角洲向東進(jìn)積發(fā)育，攜帶大量物源至研究區(qū)，在相對(duì)海平面較低時(shí)期，大量的粗粒碎屑被搬運(yùn)至河口進(jìn)入海岸，在波浪的搬運(yùn)下，沉積至臨濱，且細(xì)粒、偏泥質(zhì)沉積物被攜帶相對(duì)較遠(yuǎn)（圖9）。隨著相對(duì)海平面持續(xù)下降，粗粒物質(zhì)能被攜帶的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，在垂向上形成反韻律特征（圖9）。

在一段時(shí)間的相對(duì)海平面下降后，發(fā)生海侵事件，海平面快速升高，三角洲退積，陸源碎屑影響不到研究區(qū)。由于研究區(qū)處于熱帶，有利于生屑灰?guī)r發(fā)育，在研究區(qū)沉積厚層生屑灰?guī)r（圖9）。但隨著海平面不斷上升，一段時(shí)間后，生屑灰?guī)r被海水淹沒(méi)，停止發(fā)育，此時(shí)研究區(qū)沉積海相泥巖，表現(xiàn)為厚層泥巖覆蓋在生屑灰?guī)r之上，此時(shí)對(duì)應(yīng)最大海泛面，也標(biāo)志著海侵事件的結(jié)束。

圖9 濱海相地層發(fā)育模式圖Fig.9 Sketched model for the development of shallow marinesediments

隨后，另一期海退事件發(fā)生，相對(duì)海平面快速下降，馬哈坎三角洲進(jìn)積，碎屑巖沉積占主導(dǎo)地位，沉積進(jìn)積型砂巖，開(kāi)始一個(gè)新的旋回。馬哈坎褶皺帶早中新世多次海侵、海退頻繁發(fā)生導(dǎo)致了多套濱海相泥巖-砂巖-生屑灰?guī)r沉積旋回的發(fā)育。

4.2 混積序列發(fā)育控制因素

研究區(qū)下中新統(tǒng)濱海相沉積獨(dú)特之處在于厚層砂巖上覆厚層生屑灰?guī)r，具有明顯的交互混合沉積特征[15-17]，這種混積序列主要控制因素包括構(gòu)造升降、海平面變化、氣候、物源供應(yīng)、突發(fā)性事件等[17]。下中新統(tǒng)濱海相沉積發(fā)育多套特征相似的混合沉積旋回，在相對(duì)純凈的砂巖之上發(fā)育厚層生屑灰?guī)r，似乎與經(jīng)典的碳酸鹽巖生長(zhǎng)模式相悖[18-27]。但是研究區(qū)所處的構(gòu)造背景和地理位置可以解釋該交互混積序列發(fā)育的可能。

相對(duì)海平面的頻繁變化可能為該混積序列發(fā)育的主控因素。伴隨南海擴(kuò)張、東蘇拉威西海消亡及晚期蘇祿海擴(kuò)張，庫(kù)泰盆地進(jìn)入拗陷期，海平面整體處于上升階段。但是，由于庫(kù)泰盆地馬哈坎褶皺帶處于近東西向擠壓應(yīng)力場(chǎng)，早中新世開(kāi)始，構(gòu)造變形即比較強(qiáng)烈，研究區(qū)擠壓背斜開(kāi)始形成。始于早中新世的擠壓反轉(zhuǎn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造就了一系列近北北東-南南西向背斜，這些背斜的軸部走向基本與海岸線(xiàn)、陸架坡折帶平行[10-13]。擠壓反轉(zhuǎn)隆升速率和海平面的變化主要控制了相對(duì)海平面的變化，進(jìn)而導(dǎo)致了三角洲進(jìn)積的速率，影響了濱海相沉積旋回的發(fā)育。由于馬哈坎褶皺帶擠壓應(yīng)力活躍，幕式擠壓反轉(zhuǎn)作用導(dǎo)致研究區(qū)相對(duì)海平面頻繁快速變化，導(dǎo)致碎屑巖和生屑灰?guī)r交互發(fā)育。

在海平面相對(duì)低時(shí)期，三角洲占據(jù)主導(dǎo)地位，雖然早中新世馬哈坎三角洲還未發(fā)育至中中新世規(guī)模，但也能輸入大量的陸源碎屑至河口，進(jìn)而被波浪作用攜帶至臨濱，沉積厚層砂巖；在構(gòu)造相對(duì)平靜期，整體南海擴(kuò)張和蘇祿海擴(kuò)張的背景下，海平面上升，馬哈坎褶皺帶發(fā)育的一系列背斜構(gòu)造為生屑灰?guī)r的發(fā)育提供了有利的場(chǎng)所，這些生屑灰?guī)r往往在這些局部高點(diǎn)上生長(zhǎng)[20-22]，沿著或平行于陸架坡折帶，呈北北東-南南西向展布（圖10），而且研究區(qū)位于熱帶，所處的地理位置有利于生屑灰?guī)r的發(fā)育[23]。

圖10 研究區(qū)混積序列沉積模式圖Fig.10 Sketched model for the mixed sediment system in shallow marine system

隨著海平面持續(xù)上升，生屑灰?guī)r停止發(fā)育，之上覆蓋厚層海相泥巖，這套泥巖也代表一次最大海泛面。但在此之后，擠壓構(gòu)造又占據(jù)主導(dǎo)，相對(duì)海平面下降，三角洲進(jìn)積，在厚層海相泥巖之上沉積厚層濱海相砂巖，一個(gè)新的沉積旋回開(kāi)始。因此，在研究區(qū)這種特殊的擠壓構(gòu)造活動(dòng)頻繁的熱帶地區(qū)[22-23]，發(fā)育了生屑灰?guī)r直接上覆于砂巖之上的沉積現(xiàn)象，泥巖上覆于生屑灰?guī)r之上。

4.3 下中新統(tǒng)混積序列油氣勘探意義

庫(kù)泰盆地下中新統(tǒng)交互混積序列的發(fā)現(xiàn)，揭示了下中新統(tǒng)受碳酸鹽巖碎屑干擾的規(guī)模砂巖儲(chǔ)層，擴(kuò)展了庫(kù)泰盆地油氣勘探新層系，這套混積序列臨近烴源巖層系，厚度大、分布廣、物性好，是規(guī)模有利儲(chǔ)層，在庫(kù)泰盆地馬哈坎褶皺帶及其以西地區(qū)，尋找該混積序列是油氣勘探的關(guān)鍵。同時(shí)，該套混積序列明確了研究區(qū)濱海相砂巖儲(chǔ)層的重要標(biāo)志層—上覆的碳酸鹽巖沉積。在鉆井過(guò)程中，厚層海相碳酸鹽巖的出現(xiàn)，即預(yù)示下伏規(guī)模濱海相砂巖儲(chǔ)層的出現(xiàn)，可能發(fā)現(xiàn)規(guī)模氣層，為油氣勘探作業(yè)提供了技術(shù)保障。

5 結(jié)論

（1）庫(kù)泰盆地馬哈坎大型三角洲的發(fā)育，為馬哈坎褶皺帶中中新統(tǒng)三角洲砂巖儲(chǔ)層提供了充足的物源，使馬哈坎褶皺帶成為庫(kù)泰盆地主要油氣產(chǎn)區(qū)。同時(shí)，馬哈坎三角洲的發(fā)育與相對(duì)海平面的變化，控制了下中新統(tǒng)海相地層的沉積旋回的發(fā)育，導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)沉積多期次旋回的混合沉積。

（2）早中新世，在相對(duì)海平面低時(shí)期，三角洲占主導(dǎo)，馬哈坎三角洲輸入的陸源碎屑被波浪作用搬運(yùn)至臨濱，形成濱海相砂巖；在相對(duì)海平面高時(shí)期，馬哈坎三角洲退積，在濱海-陸架坡折位置發(fā)育生屑灰?guī)r；隨著海平面持續(xù)上升，生屑灰?guī)r淹沒(méi)，被厚層泥巖覆蓋；隨著海平面的下降，開(kāi)始下一個(gè)沉積旋回，以厚層濱海相砂巖為標(biāo)志。擠壓應(yīng)力場(chǎng)為主的環(huán)境控制了頻繁的相對(duì)海平面變化，導(dǎo)致了研究區(qū)內(nèi)濱海相混合沉積的發(fā)育。