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

赵学钦 马 青 孙仕勇 黄时祯 刘永福

(1. 西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010；2. 浙江大学地球科学系 浙江杭州 310027；3. 西南石油大学地球科学与技术学院 四川成都 657000；4. 中国石油塔里木油田勘探开发研究院 新疆库尔勒 841000)



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

赵学钦1，2马 青3孙仕勇1黄时祯4刘永福4

(1. 西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010；2. 浙江大学地球科学系 浙江杭州 310027；3. 西南石油大学地球科学与技术学院 四川成都 657000；4. 中国石油塔里木油田勘探开发研究院 新疆库尔勒 841000)

在精细的岩性岩相分析和井-震标定研究的基础上，应用沉积学和层序地层学的理论及方法，通过井间及区域连井对比，对轮古东地区石炭系巴楚组(C1b)东河砂岩段-角砾岩段层序地层特征进行了详细研究，建立东河砂岩段-角砾岩段四级准层序发育模式图。研究认为东河砂岩段-角砾岩段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地层，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地层，是高位体系域的冲积扇-扇三角洲沉积产物，底界SB2层序界面为体系域转化界面而不是不整合面，其顶界面为一个海泛面。

塔里木盆地 石炭系 东河砂岩段 角砾岩段 层序地层

层序地层学自20世纪末提出以来，一直是国际油气地质学界研究的热点，在油气勘探领域的应用也日趋成熟，已成为识别和预测油气藏和油气储层的一种重要方法和手段。通过对层序地层学的研究，可以为含油气盆地的油气勘探提供沉积地质基础，从而指导隐蔽圈闭的油气藏勘探[1-5]。

塔北地区目前已经在东河砂岩段和角砾岩段地层中发现了HD4油田、DHT油田和LN59凝析气田，Ha6井在角砾岩段地层中也获低产油流，显示出该套地层的良好勘探前景[6-9]。然而，目前关于塔北地区东河砂岩段和角砾岩段层序地层及演化的观点存在较大分歧[10-12]。部分学者[10, 13]认为东河砂岩的顶界面与古风化暴露面的类型一致，属于风化剥蚀成因，在层序地层划分上主张东河砂岩是石炭系下部的一个三级层序；另外的观点则认为东河砂岩段与角砾岩段是连续沉积[14]，甚至有学者将角砾岩段归属于东河砂岩段[15-16]，层序地层划分相应的也有了不同的观点和看法[17]。笔者认为这种认知上的差异是由于盆地复杂的地质背景导致东河砂岩段和角砾岩段在不同的区域表现出不同的沉积特征，要详细了解东河砂岩段与角砾岩段的层序特征，要从其所处盆地区域着手，结合区域地质背景，综合考虑分布特征。

本文以轮古东地区为例，在精细的岩性岩相分析和井-震标定研究的基础上，应用沉积学和层序地层学的理论及方法，通过井间及区域连井对比，对石炭系巴楚组(C1b)东河砂岩段-角砾岩段进行层序地层划分和特征分析，建立层序地层格架及演化模式，以期指导塔里木东河砂岩段和角砾岩段地层的油气勘探，寻找出有利的勘探目标区带。

1 区域概况

1.1 构造背景

轮古东地区隶属于塔里木盆地塔北隆起中部，位于轮南潜山构造东部斜坡带，东部毗邻草湖生油凹陷，南为满加尔凹陷。由于受多期构造运动的影响，研究区内地层发育不全，全区缺失泥盆系，奥陶系、志留系遭受严重剥蚀。石炭系不整合覆盖于奥陶系或志留系及之上，石炭系巴楚组(C1b)东河砂岩段-角砾岩段沿轮南古潜山底部向顶部超覆。

1.2 地层划分

轮南地区上泥盆统-石炭系地层可划分为巴楚组、卡拉沙依组[16-17]。研究认为东河砂岩在盆地内从西向东表现为晚泥盆世晚期穿时沉积到早石炭世早期[15,18-20]，研究区内东河砂岩段和角砾岩段归属于石炭系下统巴楚组(C1b)，具体岩性地层划分见表1。东河砂岩段和角砾岩段岩性特征如下：

(1)东河砂岩段：东河砂岩段岩性以灰色石英细砂岩为主，夹少量粉砂岩、泥质粉砂岩、含砾砂岩、薄层粉砂质泥岩及泥岩。底部与下伏地层不整合接触，盆地范围内表现为一个穿时的岩石地层单元，从西向东，从晚泥盆世晚期穿时沉积到早石炭世早期，为新一轮海侵沉积的底砂砾岩段地层[21-22]，研究区范围内为早石炭世早期沉积。

(2)角砾岩段：研究区内多数井均钻遇，岩性较杂，为厚层、巨厚层灰色砾岩、含砾砂岩、薄层灰岩、泥岩、粉砂岩互层。研究区下泥岩段主要为薄层泥岩，生屑灰岩段为薄层灰岩，部分区域见为大套灰色砾岩、含砾砂岩，下泥岩段和生屑灰岩段地层界面及层序界面不明显，且为同一海侵体系下的沉积，因此可将该区的上泥岩段和生屑灰岩段归属于角砾岩段。角砾岩段与东河砂岩段为连续沉积的整合接触，钻井过程中，在两组地层的分界处常钻遇灰岩或砾岩，或大套泥岩，通常以此作为角砾岩段与东河砂岩段分界。

表1 轮古东地区石炭系层序地层划分简表
Table 1 Division chart of stratigraphic sequence of Carboniferous in Eastern Lungu area

2 东河砂岩段与角砾岩段接触关系

东河砂岩段与上部含砾砂岩段或角砾岩段之间的接触关系一直存在较大的争议，部分学者[10, 13]认为东河砂岩的顶界面与古风化暴露面的类型一致，属于风化剥蚀成因。本次研究也发现在曲苦恰克、塔中和塔北地区东河砂岩段顶部常会出现冲积扇、扇三角洲和河流三角洲砾岩层直接盖在东河砂岩顶部的沉积现象，而且具有侵蚀沉积(图1)。的确，在单井取心或露头剖面分析时，这种接触关系表现为不整合面的特征，但是，根据区域地质特征研究发现，如果将其假定为不整合面，这个不整合面与东河砂岩段底部的大型不整合面是平行的关系，并且这个不整合面只削蚀东河砂岩地层，显然这种解释与地质学不整合接触关系的概念相悖。

图1 东河砂岩段与角砾岩段界面Fig.1 The boundary characteristics of Carboniferous Donghe Sand-Stone section and Briccia section

作者研究认为这种河道砾岩直接覆盖在滨岸砂岩之上的现象恰恰就是层序地层学中小层序总是向上变浅和海侵-高位沉积旋回的表现形式：滨岸地带的海侵沉积物东河砂岩沉积晚期由于海岸线长期在坡折带下方停滞，滨岸地带的可容空间可能会被填满，进而造成河流三角洲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，形成高位体系域沉积，而在滨岸地带高位体系域的底部是河道侵蚀沉积，河道底部往往是滞流底砾岩沉积，造成砾岩直接盖在东河砂岩上的现象。

3 层序地层划分方案及顶底界面特征识别

在精细的岩性岩相分析和井-震标定研究的基础上，笔者对轮古东地区石炭系巴楚组(C1b)东河砂岩段-角砾岩段层序地层进行了详细的划分。

轮古东地区石炭系东河砂岩段底界面(TD3d)，东河砂岩与其下伏地层呈角度不整合接触[12, 18, 23]，表现为盆地范围内的一个大型造山角度不整合面，界面上下地层产状不同，界面清楚，沉积特征差异明显。地震剖面上东河砂岩段底界面有明显削蚀下伏地层的现象。在三叠系底界面，全区石炭系地层强烈削蚀现象明显[24]，为一个明显的横跨塔里木盆地的区域不整合面I型层序底界面(SB1不整合面)，因此轮古东地区石炭系为限定在两个区域不整合之间的地层，为一个完整的二级层序(超层序)(图2)。

东河砂岩段-角砾岩段为石炭系下统三级层序(SQC1)中一个四级准层序(SQC1-1)，包括了SQCd和SQCj两个准层序。

图2 轮古东地区石炭系井震标定及层序界面识别剖面图Fig.2 Cross-section of Carboniferous well-seismic calibration and sequence boundary recognitions in Easter Lungu area

SQCd准层序：对应的岩性地层为东河砂岩段，底界为SB1(TD3d地震反射面)层序界面， SB1界面之上沉积物为一套滨岸相石英砂岩沉积，岩性单一，粒度具有下粗上细特征，为海侵体系域沉积物。而其顶界面为一个河流或河道侵蚀面或者是体系域的突然转化界面，在岩性上表现为东河砂岩顶部突然覆盖了高位体系域河流三角洲河道砾岩或冲积扇砾岩，并且顶部具有河道下切侵蚀现象。

SQCj准层序：对应的岩性地层为角砾岩段，底界为SB2(TDB-3地震反射面)层序界面。该界面在地震剖面上表现为连续的强反射，区域上极易对比追踪；电阻率测井曲线由东河砂岩的低电阻突变为高电阻，分层界面清楚。界面之上的角砾岩段为厚层、巨厚层冲积扇-扇三角洲灰色砾岩、含砾砂岩，明显表现为高位体系域沉积产物。顶界(TC1k-5地震反射面)为角砾岩段顶部高伽玛薄层泥岩构成的海泛面。

4 QM2井层序地层特征分析

本次研究以QM2井为典型，重点对QM2井进行单井层序分析(图3)，从而揭示轮古东地区石炭系东河砂岩段-角砾岩段层序地层特征。

4.1 准层序SQCd

(1)界面特征：QM2井准层序SQCd底界面位于5 469 m；地震反射界面上见上超和削蚀现象；测井响应表现为下伏的高伽玛曲线、高电阻突变为层序SQCd的低伽玛、低电阻的特征。

(2)体系域特征：井段5 445～5 469 m，厚24 m，表现为海侵体系域特征。地层下部由厚层砂岩夹泥岩薄层组成，上部由厚层砂岩组成。岩性以灰色、灰褐色中砂岩、细砂岩为主夹粉砂岩和泥岩薄层，发育平行层理、低角度冲洗层理、浪成交错层理、板状斜层理、冲刷面等沉积构造，沉积物分选、磨圆度较好，属浪控滨岸前滨-临滨环境的沉积砂体。

4.2 准层序SQCj

(1)界面特征：底界面以下为东河砂岩段地层，顶界面以上为中泥岩段地层，顶底界面接触关系为整合(底界面有河道侵蚀现象)。界面之下为大套呈退积式准层序样式的海滩沉积的中-细粒石英砂岩，界面之上突变为冲积扇沉积的大套进积式的砂砾岩夹泥岩、泥灰岩序列；在测井曲线上为截变，由东河砂岩段的低自然伽玛、低电阻突变为角砾岩段的低自然伽玛、高电阻的特征。顶界面测井响应表现为下伏低伽玛突变为中泥岩段的高伽玛，电阻率曲线由下伏锯齿状变为平滑状。

(2)体系域特征：由角砾岩段地层组成，井段5 387～5 445 m，厚58 m，表现为高位体系域特征。主要由冲积扇砾岩呈进积式准层序样式的地层组成，岩性中下部为灰色、褐灰色砾岩，上部为灰色细砂岩夹泥岩。

图3 QM2井石炭系东河砂岩段-角砾岩段层序地层及沉积相综合柱状图Fig.3 Drill columnar section of stratigraphic sequence and sedimentary facies of Carboniferous Donghe Sand-Stone section and Briccia section, well QM2

5 层序地层格架及层序发育模式

本次研究在轮古东地区单井石炭系层序地层划分的基础上进行了关键井连井层序地层及沉积相对比分析，建立了一条北西向的地层层序连井对比剖面(图4)。分析研究区各套地层的厚度、尖灭线位置和地层缺失情况，结合连井地震剖面标定，建立了研究区的层序地层格架及发育模式图(图5)。

(1)准层序SQCd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。石炭系沉积前的古地貌对SQCd准层序的发育和分布起着控制作用，东河砂岩超覆在古隆起斜坡部位并形成东河砂岩尖灭线。该套准层序属于海侵体系域沉积，岩性较单一，主要以受潮汐控制的滨岸相砂岩沉积的向上变细又变粗的准层序为特征，垂向上叠置成退积式准层序。

(2)准层序SQCj为高位体系域的冲积扇-扇三角洲沉积产物，在冲积扇扇根-扇中部位角砾岩段沉积较厚，扇缘部位沉积较薄，古地貌对该层序的发育和分布起着控制作用。角砾岩段在研究区分布稳定，基本超覆在东河砂岩地层之上，可进行很好的横向对比，但其穿时沉积也较明显，如LN24井角砾岩段明显是中泥岩段沉积时期的产物。

(3)准层序SQCj(角砾岩段)的顶界面之上主要为滨外陆棚(半局限泻湖)粉砂岩和泥岩沉积，因此该界面是一个海泛面(mfs)，测井曲线表现高伽玛低电阻特征。

图4 LN24井-C4井石炭系标准灰岩段以下层序地层对比剖面图Fig.4 Stratigraphic sequence correlation cross-section of below Carboniferous norm limestone section from well LN24 to C4

图5 轮古东地区东河砂岩段-角砾岩段四级准层序发育模式图Fig.5 Fourth-order parasequence development pattern of Donghe Sand-Stone section and Briccia section in Easter Lungu area

6 结论

(1)东河砂岩段-角砾岩段为石炭系下统三级层序(SQC1)中一个四级准层序组(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地层，底界对应的SB1层序界面为盆地范围内的一个大型造山角度不整合面；SQCj准层序在轮古东地区对应的岩性地层为角砾岩段地层，底界SB2层序界面为体系域转化界面而不是不整合面。

(2)准层序SQCd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；准层序SQCj为高位体系域的冲积扇-扇三角洲沉积产物，其顶界面是一个海泛面，表现在测井曲线上就是出现了一层高伽玛低电阻沉积层。

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Stratigraphic Sequence Characteristic of Carboniferous Donghe
Sand-Stone and Briccia Section in Eastern Lungu Area, Tarim Basin

ZHAO Xue-qin1,2，MA Qin3，SUN Shi-yong1，HUANG Shi-zhen4，LIU Yong-fu4

(1.InstituteofEnvironmentalEngineeringandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China; 2.DepartmentofEarthSciencesatZhejiangUniversity,Hangzhou310027,Zhejiang,China; 3.SchoolofGeosciencesandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu10500,Sicuan,China; 4.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,TarimOilfieldBranchCompany,CNPC,Korla841000,Xinjiang,China)

Based on the refined analysis of lithology and petrographic, as well as the elaborate calibration of drill-seism, by the principle and method of sedimentlogy and Stratigraphic Sequence, contrasting drill-drill and drill-tie, the Stratigraphic Sequence Character of Carboniferous Donghe Sand-Stone and Briccia Section in Easter Lungu area were studied in detail, and the development model was built. The studies show that Donghe Sand-Stone and Briccia Section is a fourth parasequence formations (SQC1-1) which includes SQCd parasequence and SQCj parasequence. The lithostratigraphic corresponding with SQCd is Donghe Sand-Stone section, a transgressive sedimentary sequence which develops on the SB1unconformity, as coastal beach sedimentary of transgressive systems tract. The lithostratigraphic corresponding with SQCd is Bricca section, which is alluvial fan-fan delta high sedimentary of high stand system. SB2 sequence boundary which under SQCj is not the unconformity but the transform boundary of system tract; and the upper boundary is maximum flooding surface.

Tarim Basin; Carboniferous; Donghe Sand-Stone Section;Briccia section; Stratigraphic Sequence

2014-12-30

油气资源与探测国家重点实验室开放课题基金(PRP/open-1303)。

赵学钦(1977—)，博士后，研究方向为石油地质、构造地质。E-mail:zxqch@sina.com

P535.2

A

1671-8755(2015)02-0034-07