塔河地區志留系柯坪塔格組下段沉積相研究

劉若涵王　明姜在興楊偉利

（1.中國地質大學（北京）能源學院 北京 100083；2.中國石化石油勘探開發研究院 北京 100083）

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塔河地區志留系柯坪塔格組下段沉積相研究

劉若涵1王明2姜在興1楊偉利2

（1.中國地質大學（北京）能源學院 北京 100083；2.中國石化石油勘探開發研究院 北京 100083）

摘 要志留系柯坪塔格組作為塔河碎屑巖領域勘探的重點層系之一，隨著立體勘探的實施，展現出了良好的勘探前景，但一些沉積相認識上的瓶頸制約著該層系勘探的深入和井位的部署。文章以沉積學、地球物理和地球化學方法為指導，綜合利用巖芯、測井和地震資料，并結合粒度、微量元素及重礦物分析，明確了志留系柯坪塔格組下段的沉積相類型及物源方向。研究認為，柯下段主要發育河流相、潮坪相以及淺海陸棚相沉積。其中，下亞段發育河道及潮上—潮間帶泥坪沉積，中亞段發育淺海陸棚相沉積，上亞段則發育潮間坪的砂坪—混合坪沉積；柯坪塔格組下段的母巖主要來自于北西方向前寒武系的巖漿巖和變質巖。

關鍵詞河道 沉積相 柯坪塔格組下段 志留系 塔河地區

塔河地區作為塔里木盆地志留系勘探的重點地區，工區面積近2 000 km2，鉆井90余口，約70％鉆井在志留系均有良好的油氣顯示。2011年，與塔北有相似構造背景的塔中北坡順9井在志留系柯坪塔格組下段實現了勘探突破［1-2］，展現出志留系柯下段良好的勘探前景。

對于塔河地區志留系的柯坪塔格組，前人已從不同方面開展了大量研究。關于該地區的沉積相類型，前人眾說紛紜：一類是陸源碎屑濱岸沉積［3-5］，一類是潮坪相沉積［6-7］。但前人研究尚有待完善，主要表現為前人多將整個塔里木盆地的志留系作為目的層位，或將研究重點集中在柯坪塔格組上段。僅少數學者將塔河地區的柯下段作為目的層段進行針對性研究［5-6］，對其重視程度遠遠不夠，對柯下段內部垂向上的沉積相的演化沒有系統的分析；研究手段單一，多從測井、巖芯進行沉積相的分析，很少采用地球物理的手段，或將地球物理響應與巖芯、測井及地化相結合，以致對研究區目的層段的沉積相類型認識不清，多有爭議。

因此，文章以塔河地區96口單井的測井、錄井資料、8口重點取芯井（S108、S110、S114、TP2、TP3、TP7、TP16-1、TP18、TP213）的310 m巖芯特征及分其析化驗資料為基礎，以沉積學、地球物理及地球化學為手段，對志留系柯坪塔格組下段進行詳細的分析研究。本次研究，首次利用三維地震手段，將時間切片與沉積相相結合，從沉積特征和物源兩大方面分析了柯下段的沉積相類型。與前人柯下段整體發育潮坪相的認識不同，本次研究過程中，在柯下段下亞段識別出了河流相的存在，并詳細闡述了其沉積相特征，以期對該區志留系柯下段的勘探起到一定的指導作用。

1 地質背景

塔河地區位于塔里木盆地北部，地處新疆輪臺縣與庫車縣的交界處（圖1）。在構造單元上，塔河地區位于三級構造單元—阿克庫勒凸起的西南部，南北方向分別與順托果勒隆起及雅克拉斷凸相接，東西方向則與草湖凹陷及哈拉哈塘凹陷為鄰，是塔里木盆地最重要的油氣富集區［8-9］。

阿克庫勒凸起發育于前震旦系的變質巖基底之上，于加里東晚期開始形成。凸起使志留系地層呈“V”字形剝蝕缺失，凸起的高部位地層被剝蝕殆盡，殘存地層則主要分布在阿克庫勒凸起的圍斜部位，并在向北上傾方向上呈剝蝕尖滅的楔形體。其中，志留系作為塔里木盆地塔河地區的重點勘探層系，直接超覆于上奧陶統桑塔木組之上，與其呈平行不整合接觸。塔河地區志留系地層主要發育柯坪塔格組上段（S1k3）、柯坪塔格組中段（S1k2）及柯坪塔格組下段（S1k1），部分地區發育塔塔埃爾塔格組（S1t）。

本次研究又將柯下段由底至頂進一步分為三個亞段：下亞段（S1k1-1）、中亞段（S1k1-2）和上亞段（S1k1-3）。下亞段（S1k1-1）巖性主要為灰色中砂巖、灰色細砂巖及泥礫；中亞段（S1k1-2）巖性主要為灰綠色、深灰色泥巖、粉砂質泥巖；上亞段（S1k1-3）巖性則主要是砂泥互層，灰綠色中—細砂巖、灰綠色粉砂巖夾灰綠色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖互層。其中，下亞段（S1k1-1）是發現河流相的層段，也是本次研究的重點目的層段。

圖1　塔河地區位置圖及柯坪塔格組下段巖性特征Fig.1 Location of Tahe area and the lithology characteristics of the lower Kepingtage Formation

2 沉積相類型

本次研究，根據巖性特征、測井曲線類型、沉積構造、分析化驗資料以及地震反射特征等資料，對研究區的沉積相類型進行了詳細的分析。分析認為研究區主要發育河流相、淺海陸棚相及潮坪相沉積，它們在平面上的分布見后文。

2.1 河道

2.1.1 沉積特征

主要發育在柯下段的下亞段（S1k1-1），巖性以灰色細砂巖、灰色中砂巖為主，頂部含灰色的泥巖，底部含砂礫巖，縱向上呈下粗上細的正韻律（圖3）；巖芯觀察發現，該段多發育平行層理（圖2A）、槽狀交錯層理等（圖2B），底部發育河道沖刷滯留沉積（圖2C，D）。測井曲線上，自然電位在泥巖段表現為正異常，砂巖段表現為負異常，自然伽馬曲線呈中—高值，其形態多呈鐘形（圖3）。粒度概率曲線呈現三段式以跳躍總體為主，且斜率較高（60°～65°），其次為懸浮總體，滾動總體含量極少（圖3）。

2.1.2 微量元素

圖2　塔河地區志留系柯坪塔格組下段沉積相層理構造A.TP213井，6 085.40 m，平行層理；B.TP213井，6 074.1 m，槽狀交錯層理；C.TP213井，6 096.0 m，河道滯留沉積；D.TP213井，6 096.0 m，河道滯留沉積；E.S108井，5 476.3m，生物擾動；F.S110井，6 566.45m，波紋層理；G.S108井，5 478.07m，透鏡狀層理；H.TP3井，5 745.50 m，脈狀層理［10］；I.TP2井，5 928.20 m，平行層理；J.TP2井，5 924.08 m，板狀交錯層理；K.TP2井，5 383.01 m，波痕［10］；L.TP24井，6 027.32 m，生物潛穴；M.TP2井，5 889.10 m，筆石［10］；N.TP213井，6 063.00m，腕足；O.TP2井，5 892.51 m，角石［10］。Fig.2 The sedimentary bedding structures of Silurian lower Kepingtage Formation in Tahe area

基于上述特征，對工區西北部的TP213、TP16-1、TP7、TP18井柯下段的下亞段（S1k1-1）進行微量元素的取樣分析。前人多通過Sr/Ba來反映古鹽度，Sr/ Ba小于1為陸相沉積，Sr/Ba大于1則為海相沉積［11］。工區西北部柯下段的 Sr/Ba值多在0.1～0.3之間，反映出陸相的沉積環境；另外，Tu/U的比值也可反映沉積環境，Tu/U大于7為陸相沉積，小于2為海相沉積［12］。工區西北部柯下段的Tu/U值多分布在4～6之間，也反映出一種陸上的沉積環境。同時，利用U/Tu、V/Cr以及Ni/Co比值來判斷工區西北部的沉積環境，所取泥巖樣品的U/Tu＜0.75，V/Cr＜2.0，Ni/Co小于5.0，均指示所在區域處于富氧環境，這與陸相沉積環境的結論相一致。

圖3　研究區沉積微相特征對比Fig.3 Sedimentarymicrofacies of Silurian lower Kepingtage Formation in Tahe area

2.1.3 地震特征

隨著我國經濟發展方式的改變，工業化的興起，貴州省成為了我國外出務工人員較多的省份。外出務工提高了人們的收入，但是也帶來一些問題，尤其是對民族傳統。這給民族文化遺產的旅游資源開發帶來了一些不利的影響。除此之外，在旅游開發中面臨的同質化競爭也將是其發展旅游業的一大挑戰。

結合沉積特征及微量元素分析，本次又采用地震沉積學的方法［13］，對柯下段下亞段（S1k1-1）沉積相的平面分布進行刻畫。從下亞段提取的屬性圖（圖4）中可以看出，工區的西北部具有清楚的東西走向河道的特征。另外，灰色的相干切片（圖5）中也顯示在工區的的北部，具有大量的北西方向的水系。為此，在垂直于河道的近南北向，進行地震剖面反射特征的追蹤?？梢钥闯觯卣饘傩詧D及相干切片所顯示的河道，在地震剖面上也有相應的反射特征。由于河道規模較小，因此在地震剖面上表現為“串珠狀”的地震反射特征（圖4）。

2.2 潮間坪

2.2.1 泥坪

泥坪位于潮間坪的高潮線附近，巖性上以泥巖為主，多呈灰色、棕褐色，含少量粉砂巖薄層。層理構造不發育，可見生物擾動（圖2E）、波紋層理（圖2F）及透鏡狀層理（圖2G）等。電性上，自然伽馬中—高值，自然電位中—高值，正異常，電阻率曲線值較低，呈齒狀。總體反映出一種低能的沉積環境（圖3）。

表1　柯下段微量元素分析統計表Tab le 1 Statistical table of the trace element in lower member of Kepingtage Formation

圖4　塔河地區志留系柯坪塔格組下段河道影像及不同位置的地震反射特征Fig.4 The seism ic reflection characteristics of different position influenced by channel

圖5　塔河地區志留系柯坪塔格組下段下亞段（S1 k1-1）相干切片Fig.5 The coherent slice of Silurian lower Kepingtage Formation in Tahe area

2.2.2 混合坪

主要巖性為粉砂、細砂與泥巖的不等厚互層，灰色為主色調。層理發育，波狀層理、脈狀層理（圖2H）、透鏡狀層理等沉積構造普遍可見，同時還有大量生物擾動。電性上，電測曲線平直，自然伽馬中—高值，自然電位中—高值，呈齒狀。粒度概率曲線呈兩段式，以跳躍總體為主體，斜率高表現出較好的分選性。

2.2.3 砂坪

砂坪位于潮間坪的低潮線附近，巖性上以細砂巖、中砂巖為主，巖石多呈紫紅色、褐色或灰色。發育平行層理（圖2I）、板狀交錯層理（圖2J），可見波痕（圖2K）、蟲孔（圖2L）等沉積構造。電性上，砂坪的自然伽馬表現為中—低值，自然電位曲線呈箱形，邊緣表現為齒狀，電阻率值的變化范圍比較大。粒度概率曲線呈兩段式，以跳躍總體為主體，斜率高，懸浮總體所占比例則較小，表現出較強的水動力環境。

2.3 淺海陸棚

巖性以發育淺海陸棚泥為主，多為灰色、灰綠色的泥巖，含粉砂巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖薄層；層理構造不發育，化石種類較多，可見筆石（圖2M）、腕足（圖2N）、角石（圖2O）等生物化石。

3 物源分析

對古物源進行分析，主要方法有沉積學方法、巖石礦物學法以及重礦物法。本次研究以沉積學為指導，并結合重礦物組合的方法，分別從地層、巖石成分、重礦物等方面綜合分析物源方向，以確保結果更加可靠［14］。

3.1 沉積厚度

根據柯下段的砂巖時間厚度圖（圖6），發現柯坪塔格組下段砂巖厚度較薄，砂體主要分布在工區的南部，由南東向北西方向逐漸減薄，反映了潮坪相的砂體展布特征。工區西北部地勢較高，水體較淺，屬于潮上—潮間帶沉積；南部水體較深，屬于潮間—潮下帶沉積。該段砂體厚度展布特征說明越靠近低潮坪，砂體越發育的特點，也直觀反映了該段物源來自于西北方向。

圖6　塔河地區志留系柯坪塔格組下段砂巖時間厚度圖Fig.6 The sand rock time thickness of Silurian lower Kepingtage Formation in Tahe area

3.2 碎屑組分

砂巖中所受風化程度不同、搬運距離不同，其碎屑組分的分布、組分含量也不同。因此可以利用碎屑組分的變化來判斷物源、且碎屑組分的類型能夠較準確的反映出物源區的巖性。通過對目的層砂巖樣品中石英、長石、巖屑的含量進行統計，來反映砂巖的成分成熟度，進而可以確定物源的方向及位置。本次研究主要對砂巖的石英、長石、巖屑三種端元組分進行統計分析，并探討他們的平面分布規律。

由巖石成分的平面分布（圖7）可以看出，柯下段巖石類型主要為長石巖屑砂巖，其次為含長石石英砂巖。可以明顯看出，各井的巖石類型在平面上表現出分帶現象：類型Ⅰ屬于河道較為發育的地區，其受河流的沖刷作用較強，表現出較高的成分成熟度，多以含長石石英砂巖為主；類型Ⅱ則由于受潮坪控制比較明顯，多以泥坪—混合坪為主，表現出較低的成分成熟度，多以長石巖屑砂巖為主；類型Ⅲ由于離物源區較遠，則成分成熟度又表現出升高的趨勢。

圖7　塔河志留系柯坪塔格組下段重礦物及巖石成分平面分布圖Fig.7 The heavy minerals and rock composition map of Silurian lower Kepingtage Formation in Tahe area

表2　塔河地區志留系柯下段重礦物百分含量表Table 2 Heavy m inerals type and con tent of Silurian lower Kepingtage Formation in Tahe area

3.3 重礦物組合特征

在實際重礦物分析中，同一種重礦物可能來自不同的母巖，單一重礦物的含量可以在某種程度上反映距物源區的遠近，但不能準確判斷物源區的母巖類型。因此，本次研究采用多種重礦物組合的方法來判斷母巖類型［15］。

在上述方法的基礎上對塔河地區志留系柯下段的7口井的重礦物資料進行處理，共有18個樣品，主要重礦物包括：鋯石、金紅石、電氣石、石榴石、白鈦礦、方鉛礦、鈦鐵礦、磁鐵礦和銳鈦礦（圖7、表2）?？梢钥闯?，柯下段重礦物種類較多，含量較高，類型以石榴石+鋯石+電氣石+金紅石的穩定礦物組合為主。在平面分布上，具有“南北分區，東西分段”的特征。南北方向上，區帶Ⅰ河流沖刷作用較強的區域，穩定礦物含量較高，至區帶Ⅱ潮坪控制的區域，則穩定礦物及較穩定礦物的含量有所下降，隨著物源的推進，至區帶Ⅲ則穩定礦物及較穩定礦物的含量又有上升趨勢；東西方向上，工區西部穩定礦物的含量要明顯高于工區東部地區，這是由于西部具有更強的水動力條件，東部雖然也靠近物源區，但由于水動力條件較弱，穩定礦物含量也較低。

綜合巖石成分及重礦物特征，可知物源應來自于北西方向。鄔光輝等人早在2010年已對研究區進行碎屑巖鋯石定齡，也表明西部塔北地區志留系物源只要來自北部古隆起的前寒武系基底［16］。且研究區多以長石巖屑砂巖為主，且結合柯坪塔格組沉積時的地層分布，認為母巖應來自北西方向前寒武的變質巖和巖漿巖。

4 沉積相演化及其意義

在分析沉積特征及物源分析的基礎上，分別從縱向（圖8）和平面（圖9，10）進行沉積相展布的研究，詳細探討了柯坪塔格組下段沉積相的展布及演化規律。

S1k1-1沉積期，以 TP18—TP16-1—TP7—TP5—TP35—TK1104—TK1120（圖1）一線為界，西北部地勢較高，南部地勢偏低。受北西方向物源的控制，S109井、TP4井所在地區遭受侵蝕，形成了局部地區的不整合。隨著海平面的的上升，河流不能向海繼續運送陸源物質，并在河流底部沉積滯留沉積礫巖，形成下粗上細的正韻律；工區南部則位于海平面以下，但沉積水體較淺，在該區形成泥坪沉積。

S1k1-2沉積期，水體加深，研究區均處于海平面以下，因此在整個塔河地區形成了淺海陸棚相。

S1k1-3沉積期，海平面緩慢下降，但仍位于陸棚折坡帶以上。以TP3—S119-1—S112-1—S117—AT5—AT23X一線（圖1）為界，北部地勢較高，南部地勢稍低。因水體深度不同，地勢較高的S109井、TP4井所在地區屬于泥坪—混合坪沉積，而TP38、TP2井所在地區則主要為砂坪沉積。

圖8　塔河地區柯坪塔格組下段南北向連井相圖Fig.8 South-north cross-section of Silurian lower Kepingtage Formation in Tahe area

5 結論

（1）研究區柯下段發育多種沉積相，主要類型為河流相、淺海陸棚相及潮坪相沉積。其中下亞段（S1k1-1）沉積時期，研究區海平面較低，在西北部形成了大量的河道，并向海方向運送陸源物質；至中亞段（S1k1-2）沉積時期，海平面上升，形成了大規模的淺海陸棚沉積；上亞段（S1k1-3）沉積時期，海平面又緩慢下降，此時研究區發育潮間坪沉積。

（2）文章結合砂體展布、巖石成分以及重礦物特征，認為研究區物源方向為北西向，沉積物主要來自于北部古隆起前寒武系的巖漿巖和變質巖。

圖9　塔河地區柯坪塔格組下段下亞段（S1 k1-1）沉積相圖Fig.9 Sedimentary faciesmap of lowermember in lower Kepingtage Formation of Tahe area

圖10　塔河地區柯坪塔格組下段上亞段（S1 k1-3）沉積相圖Fig.10 Sedimentary faciesmap of uppermember in lower Kepingtage Formation of Tahe area

（3）柯下段河道的發現，說明柯坪塔格組早期存在暴露沉積，而并非前人研究的單一潮坪環境，這為下一步的油氣勘探提供進一步的指導意義。

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Development of Sedimentary Facies Type in Silurian Lower Kepingtage Formation，Tahe Area

LIU RuoHan1WANG Ming2JIANG ZaiXing1YANGWeiLi2
（1.School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2.Exp loration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China）

Abstract：Silurian Kepingtage Formation is the key formation of clastic rock exploration in Tahe area.With the implementation of the three-dimensional exploration，showing good potential for further exploration.But lack of intergraded study on sedimentary facies restricts the deep exploration in future and well placement.Core analysis，logging response and seismic data are applied for sedimentary facies identification and source direction in combination of the study of trace elements and grain size in the guidance of Sedimentology，Geophysical and Geochemical.Study suggests that，the lowermember of Kepingtage Formation is channel，tidal flat and shallow shelf.And S1k1-1is channel and mud flat deposition，S1k1-2is the continental shelf facies，S1k1-3is sand flat deposition.The origin of rock mainly comes from the igneous and metammorphic rocks of Cambrian in north-west.

Key words：channel；sedimentary facies；the Lower Member of Kepingtage Formation；Silurian；Tahe

第一作者簡介劉若涵 女 1990年出生 博士研究生 層序地層學及沉積學 E-mail：lrhsuper@163.com

中圖分類號P534.43 P512.2

文獻標識碼A

文章編號：1000-0550（2016）02-0326-10

doi：10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.011

收稿日期：2015-06-23；收修改稿日期：2015-08-28

基金項目：國家科技重大專項（2011ZX05002-003-004）［Foundation：National Science and Technology Major Project，No.2011ZX05002-003-004］