渭河盆地北坡前新生界地层属性探讨

2017-03-02边小卫

石油地质与工程 2017年1期

关键词：古生界奥陶系寒武

王飞，边小卫

(1.西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069;2.陕西地质调查中心)

渭河盆地北坡前新生界地层属性探讨

王飞1，边小卫2

(1.西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069;2.陕西地质调查中心)

渭河盆地为新生代断陷盆地，盆地内新生代沉积巨厚，钻井鲜有钻穿。P1剖面过渭河盆地，呈近南北向，基底之上连续的强反射同相轴代表了奥陶系-寒武系地层。选取剖面中某区域制作地质模型，进行正演模拟，模拟的奥陶-寒武系地层较好地对应了原始剖面的反射情况。渭河盆地北部以及渭北隆起南部有部分古生界灰岩以及煤系地层出露、盆地北部部分钻井钻遇了奥陶系灰岩与二叠系煤系地层，佐证了渭河盆地北坡前新生界地层为连续分布的古生界碳酸盐岩，部分地区存在二叠系地层。

渭河盆地；前新生界；地震正演；碳酸盐岩

1 研究区概况

渭河盆地又称关中盆地，位于陕西省中部，是新生代的断陷盆地。盆地东西向长约为400 km，南北向宽50～60 km，平均海拔约为400 m，盆地面积约20 000 km2，呈东西向展布[1-3]。

盆地内断层发育，以近东西向的断裂为主，多为正断层，其中，秦岭北缘断裂、渭河断裂与渭河盆地北缘断裂是其三条主要的断裂，控制了盆地边界、内部次级断裂以及地形地貌的发育。

渭河盆地的基底以渭河断裂为界,可分为南北两区，渭河断裂以南的基底主要由太古界、元古界变质岩和加里东期-燕山期的花岗岩组成。以临潼-长安断裂为界将南部基底进一步划分为东部太古界变质岩区和西部元古界变质岩区。北区的基底主要由奥陶系灰岩以及浅变质岩或零星出现的上元古界片岩。根据基底与构造形态的不同，前人将渭河盆地划分为三大构造区，分别为北部斜坡区、南部坳陷区、西部隆起区，根据活动性的差异又将各区分为不同的构造单元[4-5](图1)。

20世纪60年代至70年代，在渭河盆地首先进行了油气调查，钻井数十口，部分井见到了一定的天然气显示。多年以来，不同的单位与个人以不同的角度对渭河盆地展开了研究工作，取得了丰富的成果[4-9]。尤其是近年来随着渭河盆地地热资源的开发利用，地热井中较为丰富的天然气、氦气的显示又推动了渭河盆地资源的研究[10-13]。但近年来的研究工作大多关注的是渭河盆地的新生界地层，对盆地前新生界地层研究甚少，且盆地内新生界地层巨厚，盆地内鲜有钻穿新生界地层的钻井。20世纪60年代至今，在渭河盆地共钻了30余口油井，300余口地热井，仅有5口井钻至前新生界地层，分别为渭3井、渭4井、渭参3井、平1井以及XR85井。因此对盆地内前新生界地层的性质、分布范围知之甚少。而渭河盆地紧邻鄂尔多斯盆地，奥陶系灰岩以及石炭-二叠煤系地层作为鄂尔多斯盆地的主力烃源岩若能在渭河盆地大面积存在，则会为盆地带来可观的油气资源，改变渭河盆地现有的能源格局。前人虽将渭河盆地断裂以北的基底定为奥陶系灰岩以及零星的上古生界地层，但缺乏地震剖面验证，综合证据不足。本文以渭河盆地断裂以北地区为研究对象，利用地震剖面解释、正演模拟、钻井以及露头辅证等方式，探讨渭河盆地北坡前新生界地层的性质。

2 盆地下古生界地震反射特征

图2是P1测线地震剖面。P1剖面位于西安市西部，北起乾县，南至西安户县，全长51 km，整体呈北西-南东走向。其经过了渭河盆地的乾县斜坡、咸渭凸起(礼泉断阶与咸阳断阶)与西安凹陷构造区。P1剖面显示了第四系，新近系张家坡组、蓝田-灞河组、高陵群，上古近系及下古近系，寒武-奥陶系底等6个地震反射层。图中，F2为岐山-乾县断裂，F4为礼泉-蒲城-合阳断裂，F5为渭河断裂，F6为尚村-狄寨断裂，F1为秦岭山前断裂。尚村-狄寨断裂将西安凹陷划分成了两个断块，并与渭河断裂呈Y字型相交；秦岭山前断裂与渭河断裂呈Y字型相交，这两个Y字型断裂组合共同控制了西安凹陷的发育演化。并在主断裂附近发育多条与主断裂倾向相同或相反的断裂。

图1 渭河盆地构造分区及地震测线位置

前人利用P1剖面附近的渭深10井制作了合成记录，进行了层位标定。渭深10井自上而下依次钻遇了第四系，新近系张家坡组、蓝田-灞河组、高陵群，古近系地层。第四系地层以黄色黏土与细砂岩为主，新近系张家坡组以泥岩粉砂岩为主，蓝田-灞河组上部以棕红色砂岩、砾岩与红色黏土为主，下部以黄棕色泥岩、砂岩为主，高陵群以褐色泥岩与灰白色细砂岩泥岩互层为主，古近系以灰白色块状砂岩、黄棕色泥岩为主。新生界地层沉积厚度由南向北依次减薄，呈现出了南断北超的特点，地层向缓坡一带超覆，证明北部断裂活动相对较弱，秦岭山前断裂主要控制了盆地的沉积，呈现出了明显的半地堑特征。剖面中古近系地层主要分布在西安凹陷以及咸渭凸起的南部，向北逐渐上倾尖灭。基底深度约8 000 m,古近系最大埋深约7 600 m。

虽然渭深10井并未钻穿新生界，但渭河盆地与鄂尔多斯盆地曾经连为一体，同为华北板块的一部分，应一致性沉积了奥陶-寒武系地层，随后抬升遭受剥蚀[13-15]。盆地北部的渭参3井钻穿了新生界地层，钻遇了奥陶系灰岩地层。前人亦利用重磁资料分析，认为渭河盆地北部应存在广泛的古生界地层[13]。地震反射中弱振幅、连续性较差的部分推测为上古生界的石炭-二叠系地层，向北逐渐被剥蚀；之下的几套同相轴振幅较强，推测为寒武-奥陶系地层，碳酸盐岩的高速层，自身空白反射以及寒武系砂泥岩造成了这套强反射的产生。根据露头资料显示，奥陶系灰岩在渭河盆地北部边界与鄂尔多斯盆地渭北隆起有部分出露，应为这套地层的延伸出露。

3 正演模拟验证

为验证P1剖面中关于奥陶-寒武地层推断的正确性，选择剖面上一部分区域(图2蓝框)，根据P1剖面特征以及研究区地质情况，制作地质模型，进行正演模拟。

利用Tesseral软件进行正演模拟研究，制作的正演地质模型如图3所示。正演地质模型的范围在咸渭凸起附近，深度范围为2 000～4 000 m，从上向下依次为蓝田-灞河组、高陵群以及上古近系砂泥岩，蓝色条带为砂岩层；深蓝色区域为奥陶系碳酸盐岩与寒武系砂泥岩，紫色条带模拟为碳酸盐岩中的高速层，图中淡蓝色条带模拟寒武系砂泥岩，之下为前震旦纪变质岩基底。正演地质模型的水平距离约15 km。正演区域为四条断裂所切割，位于渭河盆地咸渭凸起与乾县斜坡区域，地层整体向北上倾。

根据不同岩类的地震波速度，对新生界砂岩层设置的地震纵波速度值为3 500 m/s，泥岩背景速度值设置为3 000 m/s；奥陶系碳酸盐岩背景设置的地震纵波速度值为4 000 m/s，寒武系砂泥岩层设置速度为3 400 m/s；前震旦系基底的地震纵波速度设置为5 000 m/s。自激自收，子波选取雷克子波，频率设定为35 Hz。

图3 地质模型及正演结果

模拟出的地震反射剖面如图3，其中，高陵群、上古近系和下古近系由于砂泥互层呈现出部分强反射；奥陶系-寒武系灰岩、泥岩形成了连续的强反射；前震旦系基底呈现出杂乱反射，四条断裂表示明显，模拟结果较好地对应了P1地震剖面。基底之上较连续的、较强的反射轴为基底与寒武系地层之间的界面所形成的反射(与绿色虚线重合)。模拟的奥陶-寒武系灰岩-泥岩反射，较好地对应了P1地震剖面中连续的强同向轴的反射情况。

4 前新生界地层属性综合分析

4.1 露头资料分析

渭河盆地依次经过了加里东期、海西期以及晚印支-早燕山期不同格局的构造演化时期，在早白垩世，渭河盆地开始形成，并依次经历了挤压隆起、走滑拉分以及拉张断陷等发育时期[13-15]。中生代后，随着鄂尔多斯盆地南部地区的抬升而隆起，之前沉积地层遭受剥蚀，并在早白垩世后，由于渭河盆地发生进一步的挤压隆升，之前沉积的地层进一步遭受剥蚀。始新世之后开始走滑拉分，拉张断陷，之后沉积了巨厚的新生界地层。

渭河盆地拉张断陷之后，渭北隆起与渭河盆地北部边界翘倾抬升。因此，鄂尔多斯盆地渭北隆起南部地区大面积出露古生界地层，这些古生界碳酸盐岩地层构成了大量的单面山。这些单面山北坡缓、南坡陡，自北部山地依次向南出露中生界和古生界，时代依次变老[13]。

这些碳酸盐岩地层由南进入渭河盆地中，可以辅证渭河盆地北部斜坡地层存在奥陶-寒武系地层。

4.2 钻井地层分析

在钻穿渭河盆地新生界地层的钻井中，渭4井位于西部隆起区，其新生界地层直接与前寒武系地层相接触；XR85井位于骊山凸起，井深 2 727.7 m，新生界地层直接与太古宇地层相接触。平1井与渭参3井分别位于固市凹陷北缘与西北缘，平1井井深2 453 m，钻遇中奥陶统马家沟组，渭参3井井深2 669.9 m，钻遇二叠统石盒子组；渭3井井深985.8 m，位于盆地北部斜坡，钻遇奥陶系地层[16](表1)。