汤原断陷始新统新安村组与达连河组层序地层模式

苗巧银，刘招君，杜江峰，柳 容，韩娇艳，潘明宝，张 平

(1.国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏 南京 210049;2.江苏省地质调查研究院，江苏南京 210018;3.吉林大学地球科学学院，吉林 长春 130000;4.中海油研究总院，北京 100027;5.东北石油局，吉林 长春 130000)

0 引言

国内外有关学者关于陆相断陷盆地层序地层模式及其沉积体系的组合和空间展布特征做了大量探索研究，取得了一定的成果(顾家裕，1995;魏魁生，1996;池英柳等，1996;邓宏文等，1996，1999，2001，2002;纪友亮等，1996;解习农等，1996;董清水等，1997;郭建华等，1998;冯有良等，2001，2006;李思田等，2002;蔡希源等，2003;郭少斌，2006;姜在兴等，2009;Vail，1987;Van Wagoner et al，1990;Posamentier et al，1991;Cross，2000)。但是，不同的学者对体系域的划分有自己不同的认识和见解，体系域的划分方法主要有以下几种：国外学者Scholz和Ryand均采用“两分法”：低水位和高水位体系域;徐怀大1993年主张陆相层序地层采用“三分”：低水位体系域、湖进体系域、高水位体系域;刘招君等(2002)在其陆相层序地层模式中首次提出了“四分法”：低水位体系域、湖进体系域、高水位体系域和水退体系域。本次研究以刘招君等的“四分体系域法”为理论依据，根据汤原断陷的盆地沉积特征和古地貌特征，建立符合汤原断陷和其相类似的断陷层序地层学模式，以便对油气资源的寻找起到预测和指导作用。

1 区域地质背景

1.1 区域构造单元划分

依舒地堑是著名的郯庐大断裂北延的一支，是东北地区构造特征最为复杂的含油气盆地，是在吉黑褶皱带基础上发育的中、新生代裂谷型地堑。2条大体平行、走向北东的主干大断裂控制了地堑的发育，并被北西向或东西向断裂横切，使整个地堑表现不连续，分为若干断陷和断隆。包括汤原断陷、依兰断隆、方正断陷、尚志断隆和胜利断陷5个一级构造单元及其邻近地带(图1)。

图1 依舒地堑北部构造单元划分及工区分布图Fig.1 Map showing tectonic unit division and work area distribution in the north of the Yishu graben

汤原断陷是位于依舒地堑最北端的次级构造单元，其边界主要由北东向大体平行延伸的2条深大断裂(F1和F2)控制。总体上是受东部边界大断裂F1控制的东断西超的箕状断陷，南北长460 km，东西宽5～30 km，总面积约3 320 km2。汤原断陷内部断裂非常发育，将整个盆地切割得十分破碎，具有东西分带、南北分块的构造格局。根据基底结构特点和断陷内部北东向大断裂强烈活动特点，将汤原断陷进一步由东向西划分为东部凹陷带、中央隆起带、西部凹陷带和西部斜坡带4个次级构造单元。汤原断陷基底为石榴云母片岩等岩性组合的元古代变质岩系，基底埋深差异很大。

1.2 沉积盖层发育

汤原断陷沉积盖层主要包括白垩系、古近系、新近系和第四系。其中，古近系以沉积盖层为主，发育有一套陆相碎屑沉积，厚度达3 000 m以上。地层从老到新依次为白垩系地层，古近系乌云组、新安村组、达连河组、宝泉岭组，新近系道台桥组以及第四系松散沉积物堆积。其中始新统新安村组(E2x)在区内广泛分布，岩性为灰白色砂砾岩、砂岩与灰、灰黑色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩呈不等厚互层，局部夹煤层、煤线。始新统达连河组(E2d)是断陷内发育齐全、厚度较稳定、分布广泛的一套地层，与下伏新安村组呈整合或平行不整合接触，岩性主要为灰白、灰色、灰黑色砂泥岩互层，煤系地层发育。达连河组下部岩性较细，以暗色厚层泥岩发育为特点，是研究区较为稳定的标志层，局部夹有少量的劣质煤线。上部岩性较粗，以砂泥岩呈薄互层、煤系地层发育为特征。

2 三级层序界面识别

2.1 岩芯识别标志

三级层序主要根据岩相的变化，即沉积相和岩性的变化为依据，主要以岩芯为基础，其依据基础为“Walther相序定律”：只有横向上成因相近且紧密相邻而发育的相，才能在垂向上依次叠覆出现而没有间断。也就是说，横向上相距较远的相类型在垂向上相邻出现必然意味着其间存在1个沉积间断。这种层段出现相带的突变和不连续现象在钻井剖面上表现得尤为清晰，这些部位有可能是层序界面。所以岩性、颜色、岩相以及沉积环境的突然变化都有可能是层序边界的标注。由于层序边界上存在不整合，其下伏地层常常露在地表，局部遭受风化剥蚀，且上下地层存在一定程度的沉积差异，所以在岩性剖面上也存在一定差异，如汤参3井的新安村组与达连河组之间的不整合界线，界面之上为深湖相灰—深灰色泥岩，界面之下为水下扇成因的灰白色砂砾层夹灰色粉砂质黏土和黏土。

2.2 测井识别标志

测井资料进行层序界面识别的直观标志是测井曲线出现突变陡坎值，测井曲线形态发生旋回性变化。层序界面位于测井曲线基值发生明显改变的转折点上。当层序界面为不整合面或较大沉积间断面时，界面上下地层岩相和压实作用的差异性较大，因此其测井曲线的基值就会发生明显改变。如汤参2井、T4界面的声波测井曲线特征明显：界面之下为高速层，曲线幅值明显增大;界面之上幅值减小，界面之处存在明显坎值变化(图2)。

2.3 地震反射标志

用地震资料进行层序地层学分析正是利用了地震反射终止来识别层序、体系域等地层单元，因此地震反射终止类型是识别层序的标志之一。运用地震资料解释层序的发育以及空间展布是一项最直观、最有效的研究方法。地震上识别层序界面的标志通常是上超、削截及下切谷，其中上超和下切谷指示层序底界面的反射，削截为指示层序顶界面的反射。

通过对研究区一系列过井主测线方向的地震剖面进行对比追踪，发现所标定的主要层序界面与过井地震剖面中削截、上超和下切谷等地震反射界面对应(图3)。在反射剖面上近盆地边界处见下切谷反射特征。

图2 汤参2井声波测井曲线坎值变化Fig.2 Variations of acoustic logging curves of the Well Tangcan 2

图3 二维主测线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 各体系域的识别特征

3.1 低水位体系域

低水位体系域(LST)形成于盆地发育初期或湖平面快速下降期。其底界面以不整合面及其相应的整合面为底界，以首次湖泛面为顶界。盆地形成初期，低水位体系域以冲积扇－辫状河沉积为主，也可存在泛滥盆地或浅水湖泊。湖平面快速下降期形成的低水位体系域以小型(扇)三角洲－湖泊沉积体系为特征，并常发育反映干旱气候的红层膏盐沉积。在纵向上，低水位体系域中一般常见小型进积或加积型准层序组结构，水体略有变浅或变化不大，测井曲线多为幅值相近的中高幅指状交互组合式(图4)。整体测井曲线包络线近于垂直，一般低水位体系域以弱振幅断续乱岗状反射结构地震相为主(图3)。

3.2 水进体系域

水进体系域(TST)形成在连续湖侵造成的湖平面上升期，由首次湖泛面与最大湖泛面所限定。其中，首次湖泛面是指湖平面连续上升阶段的第一次湖泛作用形成的底界面，在层序剖面上与第一个上超面相对应。最大湖泛面是最大湖侵作用面，这一时期湖体最深，湖盆分布范围最广，厚层暗色泥岩与油页岩是这一时期的最主要沉积，且在最大湖泛面附近常发育凝缩层。水进体系域为退积式准层序组，总体粒度向上变细，水体自下而上明显变深，达最大湖泛面(图4)。但准层序组水体向上变深，视电阻率值向上逐渐减小，整体测井曲线包络线形态为中低幅指状组合的钟形。水进体系域以中强振幅较连续平行反射结构地震相为主，可见上超点反射结构地震相(图3)。

3.3 高水位体系域

高水位体系域(HST)形成于湖泊水体相对静止的高水位期，以最大湖泛面为底界。在湖盆区，高水位体系域以半深湖－深湖相沉积为主(图4)，在湖盆边缘区则常为细碎屑的边缘相沉积，即滨浅湖相。高水位体系域为加积式准层序组，粒度变化不大。水深变化不大;加积准层序组对应高水位体系域，有时可为低水位体系域，高水位体系域测井曲线幅值变化不大，多为低幅齿状;高水位体系域常以中强或强振幅连续平行反射结构地震相为主(图3)，与其他体系域相比，分布广泛，特征明显，易于识别。

3.4 水退体系域

水退体系域(RST)形成于高水位期后沉积物供给速率大于湖平面上升速率时的相对湖平面缓慢萎缩期。该时期由于沉积物楔状体不断向盆地中心推进，湖岸线也不断向盆地中心迁移，形成了进积型准层序组叠加结构，构成了典型的湖退型(扇)三角洲沉积体系(图4)。水退体系域为大型进积式准层序组，粒度向上变粗，水体越来越浅。

这个由2个过程(水进、水退)和2个状态(低水位、高水位)所构成的湖平面(基准面)变化控制了层序内沉积体系的构成和时空配置，明显地反映了一个湖盆层序地层发育的全过程，图4为汤参3井典型的井柱图。

图4 汤参3井新安村组层序地层分析柱状图Fig.4 Sequence stratigraphic column of the Xin'ancun Formation in the Well Tangcan 3

4 层序地层模式分析

4.1 层序地层格架的建立及各体系域沉积组合特征

通过分析层序界面识别和体系域的组成特征，该区共划分出4个三级层序：新安村组识别出2个三级层序SX1、SX2，达连河组识别出2个三级层序SD1、SD2，在深水区，这4个层序为发育较全，且发育较完整的4个体系域(图5)。?

图5 汤原断陷始新统层序地层格架与基准面变化综合图Fig.5 Comprehensive profile showing the Eocene series，sequence stratigraphic framework and base level variations in the Tangyuan fault depression

汤原断陷整体为东断西超的箕状断陷盆地，由于构造作用，致使部分地区中部为隆起区，两侧为凹陷区，所以形成其特有的层序地层特征和沉积体系组合。根据全区24个钻孔和十几条连孔地震剖面分析，得出了不发育隆起区和发育隆起区各体系域内沉积体系的组合特征(表1、表2)。

表1 发育隆起区各体系域内沉积体系组合特征Table 1 Combination features of sedimentary systems in system tract of the developed uplift areas

表2 不发育隆起区各体系域内沉积体系组合特征Table 2 Combination features of sedimentary systems in system tract of the under developed uplift areas

4.2 层序地层模式的建立及其意义

根据2种地貌类型总结特征可知，该盆地的沉积体系组合特征为：在缓坡部位发育冲积扇－扇三角洲，深水部位发育水下扇，其中在低水位时下切谷发育，见低水位楔状体。在陡坡多发育下切谷，以冲积扇－扇三角洲－湖底扇沉积体系为主。隆起区顶部为扇三角洲－湖泊沉积体系，斜坡部位则为扇三角洲前缘－湖泊－水下扇沉积体系为主。

综合以上不同地貌区块类型内各体系域沉积体系组合特征，并以该区层序地层格架地貌特征为框架，得出该区典型理想模式(图6)。

图6 汤原断陷层序地层模式Fig.6 Sequence stratigraphic model for the Tangyuan fault depression

层序地层学模式是根据一个地区的概况，建立能反映该地区共性特征的模式。建立层序地层学模式的重要作用在于对新的工区类比和借鉴，并且能起到预测作用，同时该模式对形成背景相同的依舒地堑内其他断陷盆地具较好的借鉴和类比作用。

由该模式可知，发育隆起区的箕状断陷盆地，缓坡一侧浅水区，由于各体系域均发育三角洲前缘砂体，为较好的岩性油气藏，所以缓坡侧的浅水区和易于发生重力流的深水区为油气资源的有利预测区块;缓坡一侧深水区在低水位体系域和水退体系域易发育重力流，有时水进体系域和高水位由于动力因素的影响也会形成重力流，重力流是比较好的岩性油气藏。而高水位体系域所形成的富含有机质的泥岩则是较好的生油层。

不发育隆起区的典型箕状断陷盆地在缓坡一侧，与发育隆起区的沉积体系组合特征相似，所以缓坡侧的浅水区和易于发生重力流的深水区为油气资源的有利预测区块。在陡坡一侧，由于发育扇三角洲前缘砂体，所以各体系域均有可能成为较好的岩性油藏。

无论以上哪种盆地类型，断陷盆地缓坡一侧，在浅水区低水位时均易出现下切谷，而下切谷的砂体充填极易形成以岩性圈闭为主的隐蔽圈闭，是较好的岩性油藏。

以上根据层序地层研究，预测可能存在的有利区(岩性油藏)经勘探已获得证实，所以该层序地层模式的建立对寻找隐蔽油气藏起到了较好的预测和类比作用，具有较大的实用性，且为同类型沉积盆地油气资源的寻找起到了较好的引导作用，省去了一些繁琐的分析工作，可直接进行应用。

5 结论

(1)始新统新安村组、达连河组共划分为4个三级层序，新安村组为SX1、SX2两个三级层序，达连河组为SD1、SD2两个三级层序，建立了该区层序地层格架。

(2)进一步识别出工区不同区块各层序内所发育的体系域及主要沉积相类型。低位域：扇三角洲和重力流;水进体系域：扇三角洲－滨浅湖;高水位体系域：半深湖－重力流;水退体系域：扇三角洲或冲积扇－滨浅湖。

(3)根据层序地层研究，预测可能存在的有利区(岩性油藏)经勘探获得证实，建立了层序地层学模式，缓坡的浅水区和陡坡区为较好的岩性油藏区块，缓坡的深水区由于在低水位和水退体系域发育重力流，成为较好的岩性油藏。所以该模式的建立对寻找隐蔽油气藏起到了较好的预测和类比作用。

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