川东北元坝地区长兴组层序地层及沉积相分析

田成伟，安显银，罗清园，徐少华

（1．四川省地质矿产勘查开发局 区域地质调查队，四川 双流 610213；2．中国地质大学（武汉）地球科学学院，湖北 武汉 430074；3．成都地质矿产研究所，四川 成都 610082；4．成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059）

0 引 言

2006年，在普光气田勘探思路的启示下，在川东北元坝地区发现大型飞仙关—长兴组礁滩相地质异常体，后经元坝1井、元坝1－侧1井、元坝2井等证实了该区长兴组—飞仙关组的含气性［1］，显示该区巨大的勘探开发前景。目前，该区勘探开发中存在的主要问题是储层的非均质性限制了油气大量产出，因此如何寻找长兴组—飞仙关组优质储层，即碳酸盐岩台地边缘礁滩相储层预测成为了该区目前亟待解决的问题。已有勘探实践表明，层序地层学是沉积特征和储层预测研究领域有力的地质方法［2－9］。因此，笔者利用露头、钻井、测井、地震等资料建立元坝地区长兴组层序地层格架，分析层序格架内部地层发育分布特征，并在层序地层格架模式的指导下，探讨沉积相及其平面展布特征，寻找有利礁滩储层相带，对元坝地区长兴组下一步勘探开发具有重要意义。

1 研究区概况

元坝地区位于四川盆地北部苍溪、旺苍、巴中交汇区域。从区域构造上看，该区位于龙门山北段前缘，受龙门山、米仓山和大巴山控制，为九龙山背斜、通南巴背斜以及南部—阆中凸起挟持之下的近东西向平缓构造带，被3个背斜构造带所围绕，总体为单斜构造，属于川中低缓构造带的一部分（图1［1］）。元坝地区作为一个大型低缓构造带，位于九龙山背斜构造带南翼、通南巴背斜构造带西南侧；受构造活动影响相对较弱，区内地层仅有轻微褶皱，构造形变弱，断裂不发育，仅形成小规模的低幅构造，以岩性圈闭为主［10］。

图1 元坝地区地理及构造位置Fig．1 Geographic and Tectonic Location of Yuanba Area

2 三级层序划分对比

2．1 钻井层序划分

在前人研究［11－12］的基础上，结合露头、测井、地震资料，对研究区内18口典型井进行层序划分。碳酸盐岩主要是生物生长式的原地沉积，而碎屑岩主要通过河流、海浪、潮汐搬运沉积，因此碳酸盐岩层序划分不能照搬碎屑岩的模式。笔者采用的层序地层划分步骤为：沉积趋势分析→堆砌方式确定→体系域划分→沉积层序划分。具体的层序地层单元划分为（以元坝X井为例）：元坝X井位于自西向东第2排堤礁靠海湾（潮汐通道）一侧，总体处于台地边缘礁滩相带；该井钻遇地层齐全，岩性变化所反映的沉积趋势变化非常清晰，层序地层划分具有代表性。利用Vail经典层序地层学理论将长兴组划分为2个三级层序，分别为SQ1和SQ2，并划分出4个体系域，由老到新层序依次划为SQ1海侵体系域（TST）、SQ1高水位体系域（HST）、SQ2海侵体系域、SQ2高水位体系域（图2）。

SQ1海侵体系域：基准面快速上升的沉积体系［13］，自然伽马曲线形态呈漏斗形。岩性剖面上，底部为高自然伽马的潟湖滨沼相碳质泥岩，其上为礁滩相的含云生屑灰岩夹生屑灰岩，再往上为泥质灰岩，顶部为硅质灰岩，反映岩性向上变细、基准面快速升高的沉积旋回，尤其从含云生屑灰岩直接过渡到泥质灰岩，这种岩性组合表明纵向上的跳相，反映基准面快速上升过程中的沉积。

SQ1高水位体系域：海侵结束到基准面快速下降开始时的沉积体系［10］，自然伽马逐渐减小，自然伽马曲线形态呈钟形。岩性剖面上，岩性由老到新依次为硅质灰岩、生屑灰岩、微晶灰岩、生屑灰岩、白云岩、生屑灰岩、白云岩。其中，下部由硅质灰岩－生屑灰岩的岩性组合变为微晶灰岩－生屑灰岩，表明海平面来回动荡但整体呈缓慢上升的台地边缘相沉积，上部的2个生屑灰岩→白云岩的沉积旋回表明基准面稳定在最高位置的潟湖潮坪相沉积。

SQ2海侵体系域：自然伽马从下到上逐渐增大，该体系域为白云岩→含云灰岩→生屑灰岩→微晶灰岩的岩性组合，表明海平面快速上升过程中的沉积，此时可容空间增量大于沉积物沉积量，为欠补偿沉积。

图2 元坝X井层序地层综合柱状图Fig．2 Integrated Columnar Section of Sequence Stratigraphy of Well YuanbaX

SQ2高水位体系域：由10个向上变粗的、岩性从生屑灰岩变为白云岩或生屑白云岩的准层序组成，表明基准面在较高位置来回动荡并整体呈缓慢上升的沉积，此时基准面虽有上升但可容空间增量小于沉积物的沉积量，为过饱和沉积。生屑灰岩夹白云岩的组合表明整体处于蒸发环境。

2．2 层序地层对比

为保证层序边界在平面上的协调性和一致性，并进一步掌握各层序地层单元横向上的展布特征及纵向上的演化规律［14］，在单井层序地层分析的基础上，选择过元坝22井—元坝X井—元坝3井—元坝4井的联井剖面进行层序地层横向对比分析（图3），得出元坝地区二叠系长兴组三级层序具有以下特征：①2个三级层序的层序界面为Ⅱ型层序界面，其中主要发育并保存了海侵体系域和高水位体系域；②层序向盆地方向逐渐减薄，岩性由白云岩、生屑灰岩变为含泥灰岩、泥质灰岩、页岩，表明层序的发育与沉积环境密切相关；③2个三级层序中海侵体系域横向分布稳定，厚度较薄，表明该体系域沉积时期海侵速度快，时间短；④SQ2中高水位体系域在元坝X井中较元坝22井更为发育，而从岩性上看，该时期为礁最为发育的时期，说明在具有足够生长空间的前提下，由于波浪能够从远洋带来生物礁生长所需的营养物质，越靠近盆地营养越丰富，从而使台地边缘礁越靠近盆地生长速度越快。

3 沉积相分析

3．1 沉积相类型

上二叠系长兴期，元坝地区位于龙门山海槽东南侧、乐山—龙女寺古隆起东北侧以及开江—梁平海槽西北侧，整体上处于古隆起到深水海槽的坡折带。针对研究区特殊环境，利用钻井、测井、地震资料将该区长兴组划分为盆地、陆棚、（礁前）斜坡、开阔台地、礁、滩、潟湖、潮坪以及滨海（沼泽）9个相带。

图3 元坝22井—元坝4井长兴组沉积相剖面Fig．3 Sedimentary Facies Profiles of Changxing Formation from Well Yuanba22to Well Yuanba4

（1）盆地－陆棚－（礁前）斜坡相为深水环境，以沉积远洋灰泥为特征，自然伽马较高。盆地相典型标志为页岩（密集段）；深水陆棚发育大量泥灰岩；（礁前）斜坡相以发育泥灰岩、滑塌堆积的生物屑灰岩为特征。在地震剖面上，（礁前）斜坡以楔状收敛强反射为特征［图4（a）］，盆地以平行光滑连续强振幅为特征［图4（b）］，陆棚则为弱振幅杂乱反射（图4）。

（2）开阔台地－礁－滩相为一个浅水高能环境组合，自然伽马较低。开阔台地相以发育微晶灰岩、生屑灰岩为特征，礁相在抗浪条件下发育，水深可以与开阔台地相当或更深，滩相则在相对浅水无抗浪条件下发育。在地震剖面上，开阔台地为层状弱反射［图4（c）］，滩为强振幅丘状叠置反射［图4（d）］，礁为丘状凸起内部近空白反射［图4（e）］。

（3）潟湖－潮坪－滨海（沼泽）相为浅水低能环境组合，自然伽马较高。在抗浪的前排高大礁体之上发育潮坪相白云岩，礁体之后区域发育潟湖相泥晶灰岩、生屑灰岩、礁灰岩、白云岩，以含云、高自然伽马为特征。潟湖－滨海（沼泽）相地震响应为：下凹古地貌、整洁—不整洁、弱—中振幅反射［图4（f）］。

3．2 沉积相平面展布特征

本研究的沉积相图是利用每个时期的古地貌图叠加地震相分析得到的礁滩相带、低能相带以及开阔台地相、潟湖相等标定制作而成。

通过SQ1海侵时期古地貌图与礁滩沉积体（地震扫描解释）的叠合，得到SQ1层序中海侵体系域的沉积相图（图5）。其主要特征为：碳酸盐岩台地初见雏形，台地边缘坡折带礁滩呈个体出现，独立发育，规模较小，礁滩总体欠发育。

同样方法得到的SQ1层序中高水位体系域沉积相图（图6）主要特征为：碳酸盐岩台地开始初步形成，开阔台地相带、台地边缘礁滩相带、盆地相带清晰可辨，但此时（礁前）斜坡／陆棚相带比较模糊，不能辨认。台地边缘坡折带礁滩快速发育，并通过礁体的侧向生长连接成为堤礁，呈5排北西向右旋雁行排列，整个台地边缘内部发育礁群、点礁、滩群构成台地边缘礁滩相带。与海侵体系域时期相比研究区西南角由斜坡变为开阔台地相，（礁前）斜坡／陆棚相带范围向盆地方向扩大，台地边缘礁滩由规模小独立发育的点礁连接成为规模较大的礁滩群。

SQ2层序中的海侵体系域时期海平面快速上升，持续时间短，沉积厚度较薄。虽然在台地边缘继续发育礁滩，但生长缓慢，规模小。斜坡盆地内沉积含泥灰岩。礁滩的生长厚度与斜坡盆地内灰岩的沉积厚度大致相等。

图7为SQ2层序中的高水位体系域沉积相图。其主要特征为：碳酸盐岩台地正式形成，各相带之间界限非常清晰。台地边缘坡折带礁滩继续在原地生长，由SQ1时期的5排堤礁演变为7排，台地边缘内部礁滩大量发育，几乎充填了所有可以生长的空间，扩大了台地边缘礁滩相带的范围，研究区西南角的开阔台地相已演变成台地边缘礁滩相。

图4 各沉积相带地震响应特征Fig．4 Seismic Reflection Characteristics of Different Sedimentary Facies Zones

图5 SQ1层序海侵体系域沉积相分布Fig．5 Distribution of Sedimentary Facies of Transgressive System Tract in SQ1Sequence

图6 SQ1层序高水位体系域沉积相分布Fig．6 Distribution of Sedimentary Facies of Highstand System Tract in SQ1Sequence

图7 SQ2高水位体系域沉积相分布Fig．7 Distribution of Sedimentary Facies of Highstand System Tract in SQ2Sequence

4 结 语

（1）以Vail经典层序地层学理论为指导，在川东北元坝地区上二叠系长兴组划分出2个三级层序（SQ1、SQ2），其均由海侵体系域和高水位体系域组成。层序界面为Ⅱ型层序界面。层序横向上分布稳定，向盆地方向逐渐减薄，2个三级层序中海侵体系域厚度较薄。

（2）礁滩主要在三级层序的高水位体系域中生长。海侵体系域中虽也有生长，但是规模小，且水位较高，不易遭受溶蚀形成储层。因此，建议将元坝地区长兴组高水位体系域台地边缘礁滩相带作为下一步勘探开发目标，落实含油气性。

（3）应用露头、钻井、测井、地震等资料综合分析碳酸盐岩沉积特征的层序地层学方法，无疑是预测碳酸盐岩沉积特征的一种有效而实用的方法，这为碳酸盐岩勘探提供了一套非常适用的手段。

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