塔里木盆地白堊系層序地層學

劉辰生，張琳婷，郭建華

(中南大學 地球科學與信息物理學院 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，湖南 長沙，410083)

塔里木盆地白堊系主要分布在庫車坳陷、阿克庫勒凸起、阿瓦提斜坡東部、順托果勒隆起、塔東隆起區(qū)、滿加爾坳陷、塔中隆起區(qū)東部等地區(qū)(圖1)。塔里木盆地白堊系為典型的寬淺型湖泊沉積[1]，沉積水體較淺，且氣候干旱，所以白堊系沉積物以棕紅色為主[2]。白堊系自下而上分為亞格列木組、舒善河組和巴什基奇克組。前人對白堊系研究較多，但研究范圍主要集中塔北和庫車坳陷等局部地區(qū)。如王改云等[3]認為阿克庫勒地區(qū)白堊系可識別出6個三級層序, 沈揚等[4]認為庫車坳陷白堊系以三角洲和濱淺湖沉積為主[4]，朱如凱對塔北地區(qū)白堊系沉積相及儲層做過研究[5]，王華等[5-10]均對庫車坳陷白堊系沉積相和層序地層學做過研究。本文作者以塔里木盆地地震大剖面為基礎(chǔ)，以野外露頭、巖心、測井及巖礦鑒定等資料為依據(jù)，對整個塔里木盆地白堊系層序地層學進行分析。

圖1 塔里木盆地構(gòu)造分區(qū)及白堊系分布范圍Fig.1 Structural zone of Tarim Basin and distribution scope of Cretaceous

1 巖石學特征

白堊系巖性以棕紅色薄-厚層細砂巖、中砂巖、泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主。巖石礦物中石英含量最多，平均為 66.8%，巖屑平均含量為 14.4%，長石平均含量 18.8%。砂巖中雜基以泥質(zhì)為主，平均含量為11.5%，膠結(jié)物以灰質(zhì)為主，平均含量為 8.9%。砂巖類型以巖屑長石砂巖、長石石英砂巖和長石砂巖為主，次之為長石巖屑砂巖和巖屑砂巖。巖石礦物顆粒的分選性以中等為主，占總巖樣的 50.6%，分選性好的巖樣占 34.5%，分選性差的占 14.9%，砂巖磨圓度以次圓狀-次棱角狀為主。砂巖以孔隙式膠結(jié)為主，顆粒支撐。總之，白堊系砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都為中等。

2 沉積相類型分析

根據(jù)野外露頭、測井資料、鉆井資料和地震資料，白堊系沉積相類型包括：沖積扇相、扇三角洲相、河流相、三角洲相(或辮狀河三角洲相)、湖泊相等。

沖積扇相主要分布在亞格列木組，沉積巖石類型以礫巖、含礫砂巖為主，如庫車河剖面的“城墻礫巖”。

扇三角洲相主要分布在塔東和塔中地區(qū)的亞格列木組和全盆的巴什基奇克組。扇三角洲主要為棕紅色厚層的細砂巖、含礫砂巖、中砂巖夾泥巖沉積，砂巖中發(fā)育大量的平行層理和槽狀交錯層理，部分井段具泥礫。測井曲線中扇三角洲呈齒化箱狀，在泥巖含量較高的井段測井曲線呈指狀和鋸齒狀，表明巴什基奇克組以加積為主，沉積期距離沉積物源較近，沉積物供應非常充分。

河流相主要分布在舒善河組和巴西蓋組，巖性以厚層狀棕紅色含礫砂巖、中砂巖和細砂巖為主，砂巖具平行層理和槽狀交錯層理。河流相砂巖的厚度遠比扇三角洲小，平均僅為15 m，尤其是舒善河組河流相砂體的厚度最小。河流相測井曲線呈鐘形或箱型，總體呈下粗上細的正韻律。

三角洲相主要分布在舒善河組，巖性為棕紅色薄至中層狀細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖，巖性剖面呈下細上粗的反旋回。三角洲相可識別出三角洲前緣和前三角洲亞相。三角洲前緣亞相主要為下細上粗的反旋回，下部為泥質(zhì)粉砂巖，上部為粉砂巖和細砂巖沉積，砂巖中分布有大量的沙紋層理和槽狀交錯層理，部分層段還發(fā)育有蟲孔。測井曲線上，三角洲整體呈漏斗狀。

湖泊相以棕紅色泥巖夾薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和細砂巖沉積為主。湖泊相砂巖中發(fā)育大量的砂紋層理。我國地質(zhì)學家公認塔里木盆地白堊系湖泊為寬淺型湖泊，該類型湖泊以濱淺湖泥巖沉積為主，半深湖和深湖不發(fā)育。在物源供應充分的條件下，寬淺型湖泊發(fā)育三角洲或扇三角洲，這種三角洲可以延伸很遠，甚至可以貫穿整個盆地，如巴什基奇克組扇三角洲就覆蓋了整個塔里木盆地。在物源不發(fā)育的條件下，寬淺型湖泊以濱淺湖泥巖沉積為主，如舒善河組湖泊相。由于氣候干旱，在濱湖向陸方向也可能發(fā)育后濱風成沙丘，如在庫車河剖面中具高角度的槽狀交錯層理的風成沙丘。

3 單井層序地層學分析

白堊系可識別出8個三級層序界面，分別命名為：KSB1，KSB2，KSB3，KSB4，KSB5，KSB6，KSB7和KSB8。

KSB1界面位于侏羅系和白堊系分界處，從地震剖面上該界面就是T40地震反射界面，從地震剖面上可以清晰的看出該界面是一個削蝕面。

從野外露頭中也可以分析出該界面是一個Ⅰ型層序界面。庫車河露頭中，界面之下的侏羅系為棕紅色泥巖，其沉積環(huán)境是濱淺湖相。界面之上為白堊系沖積扇或扇三角洲沉積的礫巖沉積，界面上、下沉積相發(fā)生突變，應為Ⅰ型層序界面。

KSB2層序邊界位于白堊系舒善河組內(nèi)部。該界面之下為舒善河組下砂巖段，該砂巖段為三角洲相中砂巖、細砂巖以及粉砂巖沉積。界面之上為濱淺湖砂泥巖沉積，局部地區(qū)為河流相細砂巖和粉砂巖沉積。在研究區(qū)的西部靠近物源區(qū)的附近為扇三角洲沉積(順1、順2井周圍)。所以，在盆地邊緣河流對下部地層的侵蝕作用仍然存在，形成Ⅰ型層序界面，但在盆地內(nèi)部該界面上、下地層之間卻表現(xiàn)為連續(xù)沉積，Ⅰ型層序界面特征不明顯。所以，KSB2仍然為Ⅰ型層序界面。

KSB3層序界面分布在舒善河組上部。該界面以下分濱淺湖或三角洲相砂泥巖沉積，而界面以上為河流相中、細砂巖或濱淺湖砂泥巖沉積。該界面在有河流相沉積的地方，地層的侵蝕接觸關(guān)系明顯，河流相不發(fā)育的地區(qū)界面上下為連續(xù)地層沉積。所以，該界面為Ⅰ型層序界面。

KSB4層序邊界位于舒善河組和巴西蓋組交界處。巴西蓋組與舒善河組為平行不整合接觸。地震剖面上，T30代表白堊系頂界面，T40代表侏羅系頂界面，T32代表舒善河組頂界面，即KSB4界面，該界面為削截面(圖2)，是Ⅰ型層序界面。庫車河野外剖面中，該界面之下為舒善河組三角洲相砂泥巖沉積，界面之上為巴西蓋組河流相厚層中砂巖，具大型平行層理。界面上、下沉積相發(fā)生突變，所以KSB4為Ⅰ型層序界面。該層序界面在測井上表現(xiàn)為測井曲線幅度的突變。界面之下測井曲線包絡(luò)線基本處于基線附近，界面之上測井曲線幅度突變增大，表明測井相發(fā)生突變，應為Ⅰ型層序界面。

圖2 塔里木盆地地震剖面中KSB4層序界面反射特征Fig.2 Reflection features of KSB4 in seismic section in Tarim Basin

KSB5層序邊界位于巴西蓋組與巴什基奇克組分界處。界面之下為巴西蓋組濱淺湖砂泥巖沉積，而界面之上為巴什基奇克組扇三角洲砂礫巖沉積，界面上、下沉積相發(fā)生突變，所以該界面為層序界面。庫車河剖面中，該界面表現(xiàn)為沖刷面，界面之下為濱淺湖粉砂巖和泥巖互層沉積，界面之上為沖積扇中礫巖沉積，所以，從野外露頭可以判斷該界面為Ⅰ型層序界面。

KSB6和KSB7層序界面位于巴什基奇克組地層內(nèi)部，這2個層序界面都是依據(jù)測井相進行識別。界面之下為濱淺湖相砂泥巖，該砂泥巖段的厚度一般較薄，為短暫湖侵期沉積，界面之上為扇三角洲含礫砂巖或細礫巖沉積。界面上、下沉積相發(fā)生突變，所以判斷為層序界面。

KSB8層序邊界位于白堊系巴什基奇克組頂部，古近系庫姆格列木組底部。該界面為區(qū)域不整合面，界面上、下地層間為角度不整合。該不整合面在地震剖面和野外露頭中均可見到。在地震剖面中該界面為削蝕面。野外剖面中，該層序邊界表現(xiàn)為一個不整合風化帶，該帶主要由白云質(zhì)礫巖組成，分選性較差。不整合風化帶之下為巴什基奇克組扇三角洲砂質(zhì)礫巖，所以KSB8為Ⅰ型層序界面。

根據(jù)8個三級層序邊界，白堊系可識別出7個三級層序，自下而上分別為 KSQ1，KSQ2，KSQ3，KSQ4，KSQ5，KSQ6和KSQ7層序(圖3)。

KSQ1層序：該層序可識別出低位體系域(LST)、湖侵體系域(TST)和高位體系域(HST)。低位體系域主要分布在亞格列木組下部砂礫巖段，該段砂礫巖分選性較差，磨圓度中等。低位體系域沉積相類型包括沖積扇相和扇三角洲相。沖積扇分布在庫車河地區(qū)等靠近盆地邊緣的區(qū)域，其沉積物多為泥質(zhì)支撐的中礫巖-粗礫巖，分選性差，而盆地內(nèi)部主要為扇三角洲和湖泊相沉積。扇三角洲以灰色含礫砂巖沉積為主，砂巖中具大量的平行層理、槽狀交錯層理以及板狀斜層理，常發(fā)育反韻律，在粒度較細的砂巖中還發(fā)育大量的砂紋層理。砂巖上部的砂泥巖段分選性較差，多呈塊狀，泥質(zhì)粉砂巖呈不規(guī)則條帶狀分布于暗色泥巖中，表明沉積期物源供應充分且堆積速度較快。低位體系域總體可識別出兩個準層序，這2個準層序可全區(qū)對比，表明沉積期湖平面發(fā)生過2次次級湖平面升降。

KSQ2層序：該層序可識別出低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。低位體系域主要分布在舒善河組下部砂巖段上部，該體系域分布不穩(wěn)定，僅在部分井有分布，如星火1井、順1井、順8井、于奇4井和滿參1等井，這些井均分布在盆地邊緣。該低位體系域砂巖或礫巖等粗粒沉積厚度巨大，為扇三角洲平原或河流相沉積。湖侵體系域主要分布在舒善河組中部，該體系域以泥巖沉積為主，夾薄層狀細砂巖和粉砂巖，顏色以棕紅色為主，是典型的濱淺湖砂泥巖沉積。

高位體系域主要分布在舒善河組中、上部。高位體系域的下部以棕紅色泥巖為主，其沉積相類型為淺湖或前三角洲亞相；上部以薄層狀粉砂巖沉積為主，夾泥巖，為三角洲前緣沉積。三角洲主要分布在盆地周緣。由于該期湖平面寬闊，三角洲前緣沉積物在波浪作用下被帶至盆地中心沉積，但沉積物粒度較細，沉積物的厚度也較薄。該體系域可識別出2個向上粒度逐漸增大、砂泥比逐漸增加、水體逐漸變淺的進積準層序組。

KSQ3層序：該層序可識別出低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。低位體系域主要分布在舒善河組上砂巖段下部。低位體系域沉積相類型包括河流相和扇三角洲相。扇三角洲相沉積物的粒度較粗，包括含礫粗砂巖、粗砂巖和中砂巖。扇三角洲主要分布在順1、順2和勝利1井中，這些井都分布在盆地西部邊緣。河流相主要為細砂巖和中砂巖沉積，厚度相對較小，平均厚度為15 m。河流相主要分布在盆地周邊，如DG1井、DH1井周圍。

湖侵體系域分布在舒善河組上部，主要為濱淺湖棕紅色泥巖夾薄層粉砂巖沉積。該體系域可識別出 1個準層序組。高位體系域分布在舒善河組頂部，為濱淺湖-三角洲相沉積。濱淺湖主要分布在高位體系域的下部，上部為三角洲相砂泥巖沉積。該體系域可識別出 2個準層序組，每個準層序組的下部均為淺湖-前三角洲泥巖沉積為主，上部為三角洲前緣河口砂壩沉積。由于上部層序的侵蝕作用，該層序的高位體系域發(fā)育不全，且這種侵蝕界面在地震剖面中清晰可見(圖 2)。

KSQ4層序：該層序包括整個巴西蓋組地層，可識別出低位體系域和湖侵體系域，高位體系域在研究區(qū)不發(fā)育，這主要是由于上部層序?qū)υ搶有虍a(chǎn)生強烈的侵蝕作用。低位體系域主要為中砂巖-粉砂巖沉積，其沉積相類型包括沖積扇相和河流相。沖積扇相主要分布在順1、順2、阿滿1和塔中地區(qū)的井中，沉積物厚度巨大，為棕紅色含礫中砂巖-中砂巖沉積。河流相分布在盆地邊緣，如星火1井、勝利1井和AT1井等井區(qū)，其沉積物以細砂巖為主，分選性中等，磨圓度好。湖侵體系域主要為湖泊相沉積，其沉積物以泥巖沉積為主，夾薄層的細砂巖-粉砂巖。由于上部層序?qū)υ搶有虍a(chǎn)生強烈的侵蝕作用，使KSQ4層序的湖侵體系域常發(fā)育不全。高位體系域僅在部分井中殘留，如草2井、孔雀2井等，這些井均分布在盆地沉積中心。

圖3 塔里木盆地AD18井白堊系單井層序劃分Fig.3 Sequence division of well AD18 in Tarim Basin

KSQ5層序：該層序位于巴什基奇克組下部，可識別出低位體系域和湖侵體系域。低位體系域主要為扇三角洲沉積，沉積物以棕紅色細砂巖為主，部分井中發(fā)育中砂巖。低位體系域沉積厚度巨大，砂泥比高，泥巖呈薄層狀夾于厚層砂巖中，準層序組為加積型。湖侵體系域以細砂巖沉積為主，泥巖呈薄層狀夾于砂巖中，湖侵體系域的砂泥比小于低位體系域，表明可容納空間增大，準層序組為退積型。該層序高位體系域不發(fā)育，這主要是由于上部層序低位體系域?qū)υ搶有蛏喜康貙赢a(chǎn)生強烈的剝蝕作用造成的，甚至部分湖侵體系域也被剝蝕，使該層序發(fā)育不完整。

KSQ6層序：該層序位于巴什基奇克組中部，可識別出低位體系域和湖侵體系域。由于上部層序?qū)υ搶由喜康貙訌娏业膭兾g作用，使該層序缺失高位體系域，甚至部分湖侵體系域也被剝蝕。低位體系域為厚層狀棕紅色砂巖沉積，沉積相以扇三角洲為主。湖侵體系域以砂泥巖沉積為主，砂泥比小于低位體系域，其主要為湖泊相濱淺湖砂壩或砂嘴沉積。

KSQ7層序：該層序位于巴什基奇克組上部，可識別出低位體系域和湖侵體系域。低位體系域以厚層狀棕紅色砂巖沉積為主，泥巖呈薄層狀夾于砂巖中。砂巖以細砂巖為主，少有中砂巖和粉砂巖，砂泥比高。低位體系域沉積相類型為扇三角洲。湖侵體系域為砂泥巖沉積，以泥巖為主，砂泥比較低。湖侵體系域主要為濱淺湖沉積。由于上部層序的侵蝕作用，使高位體系域發(fā)育不全。

4 白堊系層序分布特征

白堊系層序在全盆均較發(fā)育，特別是在盆地內(nèi)部，各層序發(fā)育較全，沉積厚度大。地震剖面反映巴什基奇克組在研究區(qū)西部和西北部的順托果勒和阿瓦提地區(qū)剝蝕嚴重，大部分剖面缺失KSQ6和KSQ7層序。連井對比表明在盆地邊緣KSQ1至KSQ4層序低位體系域較發(fā)育，而盆地中心低位體系域則不發(fā)育，但湖侵體系域較發(fā)育(圖4)。

KSQ1層序除在塔中地區(qū)、研究區(qū)東部和南部等盆地邊緣區(qū)域不發(fā)育外，其他區(qū)域均有分布。KSQ1層序在滿加爾坳陷區(qū)厚度較大，平均厚度為50 m，其他地區(qū)平均厚度為35 m。這種厚度分布格局表明滿加爾坳陷是KSQ1層序的沉積中心，而盆地邊緣隆起區(qū)為物源的區(qū)。KSQ2層序全區(qū)均有分布，其厚度在草湖坳陷的東部、塔東東部以及塔中等盆地邊緣區(qū)域較小，在滿加爾地區(qū)沉積厚度最大，為盆地的沉積中心。該層序低位體系域主要分布在盆地邊緣區(qū)域，平均厚度為28 m。該層序湖侵體系域遍布全區(qū)，均為棕紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等沉積，平均厚度為130 m。該層序高位體系域全區(qū)均有發(fā)育，多為三角洲和濱淺湖砂泥巖沉積。KSQ3層序低位體系域也多分布在盆地邊緣，如塔東東部、塔中地區(qū)以及沙雅隆起西部等地區(qū)，湖侵體系域全區(qū)廣泛分布。由于高位體系域受到上部層序的侵蝕作用而發(fā)育不全。KSQ4層序全區(qū)均有分布，該層序低位體系域為河流相沉積。由于前期填平補齊作用，使研究區(qū)變得非常平坦，所以河流相沉積在研究區(qū)較發(fā)育，甚至可以貫穿整個盆地沉積區(qū)。該層序湖侵體系域和高位體系域由于受到上部層序的侵蝕作用而保存較少。KSQ5，KSQ6和KSQ7層序形成期，由于構(gòu)造運動的影響，盆地周邊物源區(qū)隆升，整個研究區(qū)廣泛發(fā)育扇三角洲，僅在湖侵期發(fā)育短暫的濱淺湖沉積[11]。這些層序沉積厚度巨大，但盆地沉積區(qū)沉積物粒度并不粗，多為細砂巖沉積。

圖4 塔里木盆地白堊系層序地層學連井對比Fig.4 Well correlation of sequence stratigraphy of Tarim Basin

5 層序影響因素分析

通過對單井層序劃分和層序格架研究表明白堊系層序明顯受到構(gòu)造運動、氣候、沉積期古地貌和湖盆性質(zhì)的影響。

白堊系明顯受到 2次大規(guī)模構(gòu)造運動的影響[12-13]，第1次發(fā)生在亞格列木組沉積期(KSQ1層序低位體系域)，使研究區(qū)遍布扇三角洲沉積，但該期扇三角洲規(guī)模較小。該次構(gòu)造運動之后盆地發(fā)生填平補齊的沉積作用，至巴西蓋組沉積期盆地已經(jīng)非常平坦；第2次大規(guī)模構(gòu)造運動發(fā)生在巴什基奇克組沉積期，同樣，該期運動使盆地發(fā)育大規(guī)模的扇三角洲，且這些扇三角洲也均為低位體系域沉積。氣候?qū)有虻挠绊戵w現(xiàn)在2個方面：一是氣候直接影響沉積物的供應量。干旱氣候沉積物供應量有限且搬運距離較短，所以物源供應不充分，僅在物源區(qū)附近發(fā)育河流相和扇三角洲。白堊系沉積期氣候干旱，所以各層序低位體系域多為河流相和扇三角洲相，且河流相多分布在盆地邊緣區(qū)域；二是氣候直接影響湖平面高低，間接影響基準面變化。氣候干旱湖平面低，湖盆可容納空間非常有限，少量的沉積物即可填滿湖盆，基準面變化也較快。白堊系沉積期僅舒善河組就可識別出37個準層序，所以基準面變化頻繁是這種氧化型寬淺湖層序的特色之一[14-15]。古地貌在白堊系常表現(xiàn)為物源區(qū)與盆地沉積區(qū)的海拔高差。古地貌對層序的影響主要體現(xiàn)在各層序體系域的平面分布特征上以及沉積體系平面展布上。如低位體系域主要分布在物源區(qū)附近，而盆地內(nèi)部地勢平坦，常發(fā)育湖侵體系域和高位體系域濱淺湖砂泥巖等細粒沉積[16]。湖盆的性質(zhì)對層序體系域和沉積體系具有一定的控制作用。白堊系寬淺型湖盆限制了沉積物長距離搬運，使低位體系域局限的分布在盆地邊緣。當然，如果物源供應非常充分，低位體系域仍可遍布全盆，如KSQ5，KSQ6和KSQ7層序低位體系域全盆均有分布。

6 結(jié)論

(1) 白堊系巖性以巖屑長石砂巖、長石石英砂巖和長石砂巖為主，砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都為中等。結(jié)合野外露頭、測井資料、鉆井資料和地震資料，白堊系沉積相可劃分為沖積扇相、扇三角洲相、河流相、三角洲相(或辮狀河三角洲相)、湖泊相等。

(2) 塔里木盆地白堊系可識別出 8個三級層序邊界，它們識別的依據(jù)是界面上、下沉積相突變；界面上、下準層序組疊置方式發(fā)生變化；界面上、下在地震剖面中常見削蝕、上超或下超現(xiàn)象。

(3) 根據(jù)8個層序邊界可識別出7個三級層序，7個層序均為Ⅰ型三級層序。KSQ1至KSQ4層序的低位體系域在盆地的邊緣較發(fā)育，湖侵體系域和高位體系域在整個盆地均較發(fā)育。由于基準面升降頻繁，KSQ5至KSQ7高位體系域多被侵蝕，所以在整個盆地中不發(fā)育，但低位體系域全盆均有發(fā)育。

(4) 白堊系層序發(fā)育過程中受到多種因素的影響，其中最主要的影響因素是構(gòu)造運動，白堊系曾經(jīng)發(fā)生過2次大規(guī)模的構(gòu)造活動，形成了KSQ1～KSQ4和KSQ5～KSQ7 2個層序組，從沉積物的組成上來看，構(gòu)造運動初期形成的層序沉積粒度粗，向上粒度逐漸變細。這與構(gòu)造活動逐漸變?nèi)酰璧匦再|(zhì)發(fā)生變化有關(guān)。

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