和什托洛盖盆地中下侏罗统地震层序地层研究

马小平

(1.中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074;2.吐鲁番金源矿冶有限责任公司，新疆 昌吉 831100;3.新疆地矿局第一地质大队，新疆 昌吉 831100)

0 引言

地震层序解释以地震剖面为基础，确定代表与层序边界不整合或与之对应的整合面为界的，可以对比的相对整一的地震反射单元。识别不同级别、不同性质的不整合面及其与之对应的界面，并进行横向对比追踪与闭合，是进行层序地层划分和建立等时地层格架的重要基础[1-4]。冯动军等[5]以准噶尔盆地石南地区为例，进行了地震层序界面的识别，指出了层序界面和最大洪泛面的地震剖面识别特征。张杰等[6]对鄂尔多斯盆地三叠系延长组地震层序地层进行了研究，总结了一套在地震剖面上识别追踪不整合面的方法。此外，还有学者成功利用地震剖面解释开展了层序地层学研究[7-10]。

和什托洛盖盆地位于准噶尔盆地的西北缘，近年来开展了大规模的煤炭勘查工作，获得了丰富的二维、三维地震资料。通过地震勘探，在盆地西部构成主测线2 km和联络线4 km的地震测网，在盆地东部构成主测线4 km和联络线8 km的地震测网，局部区域进行了三维地震勘探。研究发现，以往多以钻井和测井资料为基础进行煤田层序地层分析[11-14]，地震层序地层学多见于石油地质勘探[15-16]中，将地震层序地层学应用于煤田层序地层研究的较少。因此，本文开展陆相含煤盆地地震层序地层学研究，以期为煤田层序地层分析、煤层综合对比及勘查开发提供借鉴。

1 地质概况

位于新疆准噶尔盆地西北缘的和什托洛盖盆地为近NE向展布的中新生代断陷盆地[17]。盆地的构造形态受基底起伏和基底继承性断裂的控制，构造单元可划分为北部坳陷带、中部凸起带和南部坳陷带等“三带”(图1)。区域分布的地层有古生界奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二叠系，中生界三叠系、侏罗系和白垩系，新生界古近系、新近系和第四系。古生界构成了盆地的盆缘及基底，主要为泥盆系，次为石炭系。中生界是盆地中的主体沉积充填地层，白垩系和新生界是盆地中含煤岩系——侏罗系的盖层。主要含煤地层为中下侏罗统水西沟群八道湾组和西山窑组。八道湾组含煤1—8层，单层最厚为9.72 m。西山窑组含煤5—32层，单层最厚为22.22 m。

图1 和什托洛盖盆地构造略图Fig.1 Structural sketch of Heshituoluogai basin1.盆地基底；2.坳陷区；3.凸起区；4.断层；5.和什托洛盖盆地

2 地震层序地层分析

2.1 层序界面特征识别

层序界面可以表现为多种形式，通常在地震剖面上表现为强反射层，地层终止方式具有上超、下超、顶超及削蚀特征，局部呈基准面下降期形成的下切谷[18]。在盆地边缘区域不整合面往往显示强烈的上超或削蚀，与古构造运动对应，向盆地方向追索，层序界面表现为整合接触。在盆缘坡折带下部发育的大型三角洲前积反射层也是识别层序界面的良好标志。二级层序为构造层序，受全球性或区域性的构造因素控制，其界面常属于区域性的不整合面或与之对应的整合面，是重要的沉积间断。三级层序是层序地层单元的基本层序，三级层序界面的特征与盆地内部构造演化、湖平面变化、沉积物供给、气候特征及成煤期古地理环境等因素的变化紧密联系。根据层序界面的识别特征，通过二维地震解释及钻井标定，本文对和什托洛盖盆地中下侏罗统层序界面特征进行了研究，共识别出2个二级层序界面，6个三级层序界面(图2)。

图2 和什托洛盖盆地01线地震剖面层序地层划分Fig.2 Sequential stratigraphy division in seismic section of line 01in Heshituoluogai basin

二级层序界面层包括SB1和SB8，三级层序界面包括SB2、SB3、SB4、SB5、SB6和SB7。其中SB1位于侏罗系底界，是印支晚期构造运动不整合面，界面之下在盆地西部为上三叠统白砾山组石英砂岩，在盆地东部为下二叠统卡拉岗组凝灰质砂岩、凝灰质砾岩和安山玢岩等，界面之上为下侏罗统八道湾组砂砾岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层。地震剖面上，显示地层削截，界面之上显示上超、下超反射特征。SQ1低位体系域发育盆底扇和斜坡扇沉积，在88线上反映特征明显(图3)。SB8是西山窑组和上覆地层头屯河组或白垩系或古近系之间的构造运动区域不整合面，对应燕山运动I幕，大规模的盆地基底抬升致使白垩系大部以及侏罗系顶部被剥蚀干净，形成全盆地剥蚀平行不整合，地震剖面上识别特征明显。这两个界面可称为构造侵蚀不整合面，其间的地层为一个二级层序，持续年龄近50 Ma。在这个二级层序中又可分为7个三级层序，其中的层序边界都为“不整合面或与之对应的整合面”，即在盆地边缘及非沉降中心，其边界为不整合面，而在沉降中心为整合面。

SB2和SB3分别是八道湾组3个层序的分界面，钻井揭露界面附近发育大段低位期粗碎屑物沉积。SB4是三工河组与八道湾组的分界面，地震剖面上地层终止方式显示为上超和下超特征。SB5是三工河组下部层序与上部层序的分界面，SB6是西山窑组与三工河组的分界面，钻井岩芯显示该界面局部为整合接触，界面之上多发育砂砾岩和粗砂岩，多见对三工河组浅湖相泥岩冲刷侵蚀，地震剖面上只在局部显示下超特征，其低位体系域有斜坡扇发育。SB7是西山窑组下部层序和上部层序的分界面。

2.2 体系域界面特征识别

(1)初始湖泛面

在近海陆架区，初始洪泛面理论上表现为海水初次漫过坡折带，以下切谷被充填为标志，堆叠样式开始由进积转换为退积，形成向上逐渐变深的旋回[18]。在陆相坳陷湖盆中，初始湖泛面的识别较为困难，长期的基准面下降使河流作用加强，在盆地边缘形成不整合面，随着湖平面由下降到缓慢上升，低位时期形成的粗碎屑物逐渐被细粒沉积物覆盖，开始湖扩期沉积，进积向退积转换，整体上形成向上变深的旋回。因此，研究区将低位晚期粗碎屑物之上发育的细粒沉积物的底界面作为初始湖泛面，在没有粗碎屑物发育的地方，可能发育根土岩或古土壤层，初始湖泛面可能与层序界面重合。局部地区，初始湖泛期低位粗碎屑物之上可能发育煤层和炭质泥岩，可作为初始湖泛面的标志。若发育明显的地形坡折带，在识别低位进积地震反射层的基础上，可将首次超覆坡折带的退积反射层作为初始湖泛面的标志。研究区内地震剖面上低位体系域之上首次超覆坡折带的反射同相轴可作为初始湖泛面的标志(图3)。

图3 和什托洛盖盆地88线地震层序地层格架解释Fig.3 The interpreted seismic sequential stratigraphy frame of line 88 in the basin

(2)最大湖泛面

最大湖泛面是在一个基准面变化周期内水体最深、可容纳空间最大时期形成的最大沉积非补偿面，是由湖扩期退积向高位期进积转换的分界面[18]。钻井岩芯上最大湖泛面处沉积物粒度最细(凝缩段)，表现为大段深水相泥岩。测井曲线上最大湖泛面处于总体变化的拐点处，表现为高的自然伽马值和低的电阻率值。地震剖面上最大湖泛面一般难以识别，局部表现为一个收敛的下超面(图4)。内陆湖相盆地，最大湖泛面处于湖平面升降的拐点位置，该界面上、下地层岩性、物性和颜色变化特征具有明显差异，界面之下为湖侵体系域，岩性多为暗色泥岩，界面之上砂岩含量明显增加，总体显示向上变浅、变粗的旋回。最大湖泛期沉积物多具有稳定的区域分布和可对比性。研究区将全区分布稳定的大段浅湖相泥岩，作为最大湖泛的标志。

图4 和什托洛盖盆地116地震剖面层序界面特征Fig.4 Characteristics of sequential interface of seismic section 116 in the basin

2.3 侏罗系层序地层划分

通过对盆地二维地震剖面、钻井岩性及测井曲线的分析，将中下侏罗统地层划分出1个二级层序，7个三级层序，其中八道湾组划分为SQ1、SQ2、SQ3等3个层序，三工河组划分为SQ4、SQ5等2个层序，西山窑组划分为SQ6、SQ7等2个层序(表1)。三工河组两个层序在盆地大部分地方缺失了高位体系域，具有低位体系域和湖扩体系域的二元结构。八道湾组、西山窑组发育低位体系域、湖扩体系域和高位体系域3个完整的体系域。

表1 和什托洛盖盆地下-中侏罗统层序地层划分Table 1 Sequential stratigraphic division of lower-middle Jurassic Series in the basin

SQ1为侏罗纪沉积早期，处于盆地形成时期的初始沉降阶段。SQ1低位体系域发育较厚的冲积扇-扇三角洲粗碎屑沉积，湖扩体系域发育灰色、灰白色的泥岩和粉砂质泥岩，高位体系域为扇三角洲平原和扇三角洲前缘沉积，普遍发育有侧向连续的煤层，厚约5 m。SQ2、SQ3和SQ4处于盆地加速沉降阶段，对应八道湾组中后期及三工河组早期。SQ2和SQ3体系域构成及其特征与SQ1相似，低位体系域发育厚度不等的扇三角洲砂砾岩夹砂岩，湖扩体系域发育滨浅湖相泥岩与泥炭沼泽，煤层厚约10 m，高位体系域为扇三角洲平原和扇三角洲前缘沉积，发育有薄煤层。SQ4为三工河组上部层序，发育低位体系域和湖扩体系域，高位体系域缺失。SQ5及SQ6早期为盆地最大沉降阶段，SQ6中晚期和SQ7处于湖盆萎缩於浅阶段。SQ4和SQ5整体为非含煤岩系，岩性主要为砂砾岩、砂岩、粉砂质泥岩和泥岩。图5为和什托洛盖盆地132ZK1井层序地层及沉积体系划分。SQ6在盆地北缘发育有低位体系域辫状河道沉积的大套砂岩，湖扩体系域和高位体系域均发育有厚度不等的煤层。SQ7的高位体系域发育厚煤层，且在全区连续分布，为西山窑组主要成煤期，煤层厚度15 m左右。

图5 和什托洛盖盆地132ZK1井层序地层及沉积体系划分Fig.5 Division of sequential stratigraphy and sedimentary system in well 132zk1 in the basin

3 结语

(1)层序界面在地震剖面上表现为强反射层，二级层序受全球性或区域性的构造因素控制，三级层序与盆地内部构造演化、湖平面变化、沉积物供给及古地理环境等因素的变化有关。研究区中下侏罗统可识别出2个二级层序界面，6个三级层序界面。二级层序界面层包括SB1和SB8，三级层序界面包括SB2、SB3、SB4、SB5、SB6和SB7。

(2)综合研究地震剖面，结合钻井标定和测井解释，研究区中下侏罗统地层可划分出1个二级层序，7个三级层序，其中八道湾组划分为SQ1、SQ2、SQ3等3个层序，三工河组划分为SQ4、SQ5等2个层序，西山窑组划分为SQ6、SQ7等2个层序。

(3)地震剖面上低位体系域之上首次超覆坡折带的反射同相轴可作为初始湖泛面的标志，全区分布稳定的大段浅湖相泥岩可作为最大湖泛的标志。三工河组在盆地大部分地方缺失了高位体系域，具有低位体系域和湖扩体系域的二元结构。八道湾组、西山窑组发育低位体系域、湖扩体系域和高位体系域3个完整的体系域。SQ1高位体系域及SQ6、SQ7湖扩体系域和高位体系普遍发育煤层，主要煤层位于SQ7高位体系域。