涟源凹陷泥盆纪佘田桥组沉积与地震相特征

2020-07-07陈孝红王传尚王建坡张保民苗凤彬张国涛

华南地质 2020年1期

吕嵘，陈孝红，王传尚，王建坡，张保民，陈林，田巍，苗凤彬，张国涛

（中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

湘中涟源凹陷矿产资源丰富，是石油天然气以及页岩气等非常规能源矿产的重要调查评价地区。该区油气勘探工作始于20 世纪60 年代，先后钻探了几十口天然气探井，且多口井有良好的气体显示或低产气流[1]。涟源凹陷受多期、多层次的滑脱构造改造，构造样式复杂[2－5]，在早期的勘探中，对地下构造及沉积环境特征的认识，主要依靠为数不多的浅井和地表露头剖面资料进行推测，认知难度较大。地震相是一定环境中所形成的沉积物地震反射特征总和，地震相分析包括对地震资料的识别和沉积环境解释，二者互为因果，缺一不可[6－8]。运用地震反射结构特征分析开展地下沉积相带研究为比较准确直观的方法，但目前在湘中涟源凹陷开展较少。本文利用2018 年采集的二维地震资料开展佘田桥组台盆相地震响应特征及反射层结构特征分析，预测台盆相分布范围，为本区页岩气参数井提供部署方向。

1 泥盆纪佘田桥组沉积特征

涟源凹陷位于湘中坳陷北端，整体呈NWW 向展布，沉积基底为前泥盆纪地层，区域构造线呈NE－NNE 向，面积约 6770 km2（图 1）。

佘田桥组沉积时期，在整体性抬升构造背景下，前期形成的台地和台间盆地发生差异抬升，形成了台间盆地进一步扩大的开阔台地和台间盆地相间的沉积格局。涟源地区主要发育台间盆地相、台地相沉积[9－12]，其中台间盆地相区主要呈NE－SW向条带状展布，主要发育厚层灰黑色、黑色泥页岩及薄－厚层泥质灰岩、泥质条带灰岩，局部可见条带状－透镜状黄铁矿结核发育，指示整体深水还原环境，有利于有机质堆积及保存；台地相区在区内广泛发育，主要由中－厚层泥灰岩、泥质灰岩、生物碎屑灰岩夹泥岩组成（图2）。

图1 湘中坳陷构造单元划分Fig.1 Division of structural units in Xiangzhong Depression

图2 涟源凹陷泥盆系佘田桥组岩相图Fig.2 Lithofacies map of Devonian Shetianqiao Formation in Lianyuan Depression

1.1 盆地相

为发育在碳酸盐岩台地内的相对深水凹陷沉积，主要形成于因断裂活动形成的裂陷盆地或凹槽内，多呈长条状展布，水深数十米～几百米不等[13-15]。研究区内台间盆地具有水体较深、沉积物颗粒细、色暗、层薄特点，由于阳光和氧气不足，藻类绝迹、底栖生物大量减少，主要以浮游生物、游泳类生物为主。泥岩岩心中可见竹节石呈薄层状密集分布，保存完整，无破碎和磨损，表明沉积环境为较深、静水水体。局部见透镜体状黄铁矿结核顺层分布，反映黄铁矿良好自生长条件，指示稳定还原环境，在湘新地3井岩心明显可见（图3），其岩性主要为深灰色厚层泥质灰岩、泥质条带灰岩夹暗色薄层灰质泥页岩等；佘田桥组盆地相沉积在新化地区明显发育，岩性主要为硅质泥页岩、含钙质泥页岩，偶见灰岩透镜体。

1.2 台地相

区内台地相主要位于正常浪基面之下和水深200 m 之间，该环境水体循环往往受到一定限制[16-18]。研究区内主要发育于佘田桥组晚期，整体上水体较为安静，阳光较充足，水体含有较为充足氧气。其岩性主要由深灰色泥质灰岩、钙质泥岩组成，中到厚层状，生物化石少见，主要发育于佘田桥组上部，内部层理不明显，主要为水平层理。

图3 涟源凹陷佘田桥组台地相和盆地相典型沉积特征Fig.3 Typical sedimentary characteristics of basin and platform facies of Shetianqiao Formation in Lianyuan Depression

根据湘新地3 井实钻情况，垂向上，佘田桥组主要可分为两段，盆地相沉积主要发育在下段，岩性主要为灰黑色泥页岩夹深灰色中-薄层细砂岩，为页岩气集中段。佘田桥组下段1040 ～1267 m 共227 m 为含气页岩集中段，含气页岩集中段气测明显异常，全烃含量4% ～8%左右，最高达22.34%；现场解吸总气量为 1.46 ～ 2.62 m3／t，平均 2.01 m3／t，水浸实验有较强气泡，收集气体能点火，为盆地相。中上段主要表现为灰色-深灰色厚层泥质灰岩与灰色中-厚层灰岩互层，局部夹中-薄层泥灰岩、生屑灰岩，向上泥灰岩厚度变大，为台地相（图4）。

2 佘田桥组地震相特征

地震相包括地震反射层的外形结构、频率、振幅及连续性等相。振幅、频率、连续性在识别岩性、岩相中起重要作用，反射层外形结构则反映了沉积前的古地貌，是地震相中变化最大的相，常见有平行、亚平行、前积、上超、下超等反射结构[19]。把已知钻井点的地质情况，通过合成地震记录与地震反射记录结合起来，将岩性、岩相变化与地震反射特征联系起来，由此赋予各种地震相类型相应的地质含义，并据地震相单元的分布分析沉积环境[20]。

本次研究所用地震资料为2018 年采集的四条二维地震测线，分别为：2018HX-Z1 线，满覆盖长度11 km；2018HX-Z2，满覆盖长度 19 km；2018HZ-Z3，满覆盖长度30 km；2018HZ-Z4，满覆盖长度25 km；合计 85 km（图 5）。

2.1 井震合成记录标定

图4 涟源凹陷湘新地3井佘田桥组沉积相综合柱状图Fig.4 Comprehensive column map of sedimentary facies of Shetianqiao Formation of Well Xiangxindi 3 in Lianyuan Depression

测井资料是进行层位标定最直接最准确的方法，利用所测得的声波时差和密度可直接求得反射系数序列，然后与剖面频率相一致的子波褶积得到合成地震记录道，由此对剖面进行标定。区内测井资料较少，仅有湘新地3 井的测井资料可用，研究区主要以该井的合成地震记录为基础进行标定。

湘新地3 井处于研究工区西南部，完钻地层为跳马涧组（表1）。湘新地3 井佘田桥组底部1040～1267 m 井段黑色页岩TOC 含量0.47%-3.48%，平均1.5%，获良好页岩气显示（图4）。对湘新地3井1040 ～1267 m 井段共227 m 含气页岩段进行了精细标定，并明确了本区佘田桥组含气页岩段的地震反射响应特征（图6）。

湘新地3 井含气页岩段顶部界面为砂岩与泥页岩接触，底部界面为泥页岩与灰岩段接触，岩性的差异性会形成明显强振幅反射，且含气页岩段内部多夹泥灰岩及细砂岩条带，内部波组抗差异较大，易形成多套强振幅反射波组，结合湘新地3 井测井曲线特征，明确了湘新地3 井1040 ～1267 m共227 m 含气页岩集中段的地震响应特征为4-5个相位组合的连续强振幅反射波组，剖面上反射特征清晰。

区域地质研究表明，泥盆系底部与下伏奥陶系为不整合接触[21]，岩性波阻抗差异大易形成强反射界面。湘新地3 井完钻层位为泥盆系底部跳马涧组，临近该不整合面，结合湘新地3 井的合成记录标定，从而在地震剖面上识别出了该不整合面，特征表现为界面顶部为连续强振幅反射，内部有2-3个相位的强振幅反射，在区域上稳定，可作为区域标志层。基于该不整合面的控制和湘新地3 井含气页岩段的精细标定，开展全区不整合面、含气页岩气顶和含气页岩气底三套层位的闭合解释追踪。

图5 新化地区二维地震测线分布图Fig.5 2-D Seismic line distribution map in Xinhua area

表1 湘新地3井钻井分层数据表Table 1 Drilling stratification data of Well Xiangxindi 3

图6 湘新地3井1040-1267 m含气页岩集中段合成记录标定Fig.6 Calibration of synthetic records of 1040-1267 m gas-bearing shale concentrated section in Xiangxindi Well 3

2.2 地震响应特征

从湘新地3 井钻探岩性分析，佘田桥组520 ～1040 m 井段之间为台地相沉积，主要为灰岩发育区，内部岩性差异不大，地震响应特征为一套不连续弱振幅-杂乱结构反射特征；该井页岩气集中段（1040 ～1267 m）为台盆相，地震响应特征为连续强振幅-平行结构反射特征；下部棋梓桥组岩性以灰岩为主，岩性波阻抗差异不大，内部反射特征为不连续弱振幅-亚平行结构，为台地相响应特征；底部泥盆系与奥陶系之间不整合面则为明显的连续强振幅反射特征。因此湘新地3 井纵向上地震相反射特征可总结为 “不连续弱振幅-连续强振幅-不连续弱振幅-连续强振幅” 的四层结构（图 7）。

图7 湘新地3井地震相特征剖面图Fig.7 Seismic facies characteristic profile of Well Xiangxindi 3

基于上述认识，在地震相特征分析基础上，在湘新地3 井含气页岩集中段1040 ～1267 m 标定气顶和气底的层位处开取合适时窗（气顶上开30 ms，气底下开30 ms），利用振幅的差异性，开展区域沉积地震相平面预测，刻画了两种不同地震相的展布范围，其中黄红色为相对强振幅的盆地相，绿蓝色为中-弱振幅的台地相（图8）。佘田桥组页岩气有利相区呈北东向条带状展布，已有良好气显的湘新地3 井处于有利相区，有利相区的地震相预测为该区页岩气勘探部署提供了有力依据，目前已在更为有利的区域部署一口页岩气参数井。