古城地區碳酸鹽巖沉積特征及其主控因素

賀 鋒，林暢松，劉景彥，張字龍

(1.核工業北京地質研究院，北京 100029；2.中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京 100029；3.中國地質大學(北京)，北京 100083)

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古城地區碳酸鹽巖沉積特征及其主控因素

賀 鋒1，2，林暢松3，劉景彥3，張字龍1，2

(1.核工業北京地質研究院，北京 100029；2.中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京 100029；3.中國地質大學(北京)，北京 100083)

通過巖心精細描述、薄片鑒定、測井和地震特征及古地貌等分析，認為塔里木盆地古城地區寒武—中晚奧陶世主要處在臺地—臺地邊緣—臺緣斜坡相帶，發育臺內灘、臺地邊緣灘(礁灘復合體)、灘間海、臺緣斜坡等微相類型。中下奧陶統鷹山組三段臺緣灘和中上寒武統發育的縱向疊置的臺緣丘灘體是有利的沉積相帶，也是下一步勘探的重點。古地貌特征及其演化控制著沉積相帶及礁灘體的分布，臺緣坡折帶決定了臺緣帶的分布位置，古地貌高隆區控制著臺緣灘的發育。塔東地區沉積相演化主要受海平面升降控制，表現為臺地類型的變化和臺地邊緣相帶的遷移。探討古城地區碳酸鹽巖臺地沉積微相特征及主控因素，圈定有利沉積相帶，對于該區下步油氣勘探具有重要的指導意義。

碳酸鹽巖；沉積相；古地貌；海平面變化；古城地區；塔里木盆地

0 引 言

塔東地區海相碳酸鹽巖油氣資源豐富，但勘探程度低，勘探潛力巨大，古城地區和順南地區獲得了工業油氣流，塔東地區海相碳酸鹽巖逐步成為塔里木盆地石油勘探的熱點之一。前人對塔里木盆地寒武系—奧陶系海相碳酸鹽巖的層序地層格架、臺地結構演化、沉積儲層特征及油氣成藏規律做了大量的研究，認為寒武系—奧陶系盆地古地理格局由中西部大型塔西臺地、東部羅西臺地以及2個臺地之間的塔東深水陸棚和深水盆地相構成，為典型的三分結構[1-3]。

臺地的演化及沉積相的分布對碳酸鹽巖有效儲層的發育具有重要的控制作用，是碳酸鹽巖油氣成藏的關鍵因素。由于早期塔東地區鉆井較少，地震資料以二維為主，研究程度相對較低，對塔東古城地區碳酸鹽巖臺地的沉積演化特征及其主控因素還需要開展深入的研究工作。古城6、古城7和古城8等井的鉆井資料的補充，加之古城地區新采集的三維地震資料，可更加精細地刻畫古城地區碳酸鹽巖沉積相。此次研究綜合各種資料，并采用古地貌特征等方法，探討了古城地區碳酸鹽巖臺地沉積微相特征及其主控因素，并圈定有利沉積相帶，可為該區的后續油氣勘探提供有力借鑒。

1 區域地質概況

古城地區位于塔東地區西部古城低凸起構造帶上，鄰近滿加爾生烴凹陷，為長期繼承性隆起，是油氣運移有利指向區，聚油條件優越。古城地區勘探目標為下古生界碳酸鹽巖油氣藏，寒武系—奧陶系碳酸鹽巖主要分布于古城低凸起帶、東南隆起和羅布泊凸起帶[4-6]。近年來，部署的多口鉆井均見到良好油氣顯示，其中，古城6井和古城8井在中下奧陶統鷹山組三段獲工業油氣流。

2 沉積相類型

從早寒武世到早中奧陶世，古城地區碳酸鹽巖臺地經歷了緩坡—弱鑲邊臺地—鑲邊臺地的發育過程[4-6]。通過巖心精細描述、薄片鑒定、測井和地震特征及古地貌分析，認為古城地區由西向東主要以臺地相和臺地邊緣相為主，發育臺內灘、臺地邊緣灘(礁灘復合體)、灘間海等微相類型，東部以盆地相沉積為主。

2.1 臺地相

碳酸鹽巖臺地主要分布在古城地區西側，可進一步劃分出開闊臺地、半局限臺地和局限臺地。開闊臺地發育于中晚奧陶世，古城6井鷹一段沉積相以開闊臺地相為主，巖性以泥晶灰巖和亮晶砂屑灰巖為主(圖1a、b)；局限臺地主要發育于中晚寒武世，古城7井上寒武統發育早成巖階段形成的準同生期白云巖以及低能環境微晶灰巖，表現出水流受限、能量較低的局限臺地沉積(圖1c、d)；半局限臺地主要發育于早奧陶世，古城7井蓬萊壩組上部發育同生期粉—細白云巖，下部發育高能亮晶砂屑灰巖、鮞粒灰巖及低能泥亮晶灰巖，整體表現出水流不暢，高、低能巖相并存的半局限臺地特征(圖1e、f)。

圖1 古城地區不同沉積微相的巖心和薄片特征

2.2 臺地邊緣相

古城地區古城4、古城7、古城8井寒武系—中下奧陶統具有典型臺地邊緣相特征，臺地邊緣鮞粒灘(圖1g)和生屑灘(圖1h)局部發育，高能砂屑灘廣泛發育(圖1i—k)，屬于臺緣灘微相；巖性主要為泥晶灰巖、藻灰巖以及弱黏結亮晶砂屑灰巖(圖1l、m)，沉積能量相對較低，以灘間海微相為主。

臺緣斜坡位于臺地邊緣靠淺海盆地一側的斜坡地帶，巖性主要由深灰色泥質灰巖、泥質云灰巖夾黑色泥巖組成。在斜坡坡腳處發育滑塌角礫巖，是該相帶明顯的沉積特征(圖1n)。

2.3 盆地相

②Di Gangi，P．M．，and Wasko，M．，“Steal my idea!Organizational adoption of user innovations from a user innovation community:A case study of Dell Ideastorm”，Decision Support Systems，2009，48(1)，pp．303 ～312．

碳酸鹽巖盆地相主要發育淺海陸棚和深水盆地相，發育于古城地區東部塔東2井—塔東1井一帶(圖1o、p)。

3 地震相及對應的沉積相分析

臺地區、臺地邊緣區、臺緣斜坡區和盆地區均具有不同的地震反射特征。臺地區反射特征為中低頻、中強振幅，平行—亞平行結構；臺地邊緣常發育礁灘復合體，為弱振幅波狀、雜亂、空白反射特征，中上寒武統礁灘復合體外部呈丘形，內部由于能量屏蔽常常呈雜亂反射或空白反射，呈弧形沿臺地邊緣近南北向分布；臺緣斜坡相為中—強振幅、前積反射特征；盆地區為泥巖和頁巖沉積，呈中—弱振幅、平行、連續性較好的特征。

4 沉積相展布特征

通過鉆井巖心薄片定相，區域上進行古地貌和地震相分析，結合古城三維地震屬性分析，編制了該寒武系—中下奧陶統主要地層沉積相。

4.1 寒武系沉積相展布特征

塔東地區早寒武世主要發育斜坡—深水盆地相；中寒武世塔東地區出現臺地邊緣礁(丘)灘復合體建隆特征，向西過渡為半局限—局限臺地，向東為斜坡—盆地相；晚寒武世半局限臺地演化為局限臺地相，臺地邊緣礁(丘)灘復合體建隆繼續發育，且向盆地方向遷移。

4.2 中下奧陶統沉積相展布特征

塔東地區奧陶系總體處于開闊臺地背景，廣泛發育臺內灘、臺地邊緣灘(灘復合體)、灘間海等微相類型。下奧陶統蓬萊壩沉積期臺地類型為半局限臺地，臺內灘灘體規模較大；臺地邊緣相帶較窄，古城8井和古城4井沉積以臺緣灘為主。鷹山組至一間房組沉積期，臺地由半局限臺地開始向開闊臺地轉化。鷹山組下段古城6、古城7、古城8井主要發育臺地邊緣高能灘相沉積，鷹山組三段臺緣規模最大，臺地邊緣相帶較寬，可達40 km，鷹山組三段古城6和古城8井位于不同的臺緣灘上，臺緣灘沿著臺緣呈弧形近南北向展布，是該區最為有利勘探區域，也是下步勘探的重點。鷹山組上段臺地邊緣相開始變窄，寬度為20km，古城7和古城8井發育臺緣灘為主，古城6井位于臺緣和臺內的過渡帶。一間房組發育生屑灰巖、鮞粒灰巖，反映較強的水動力環境，為臺地邊緣生屑灘的特征。

4.3 有利沉積相帶

沉積相對碳酸鹽巖的形成、分布以及儲層物性具有明顯的控制作用，原始的高能相帶為儲集空間的形成提供了巖性基礎。

白云巖儲層主要發育在碳酸鹽巖臺內灘和臺地邊緣礁灘體相帶，主要因為白云化流體更容易進入孔滲較好的高能臺緣帶的顆粒灰巖，表現出白云巖分布的相控特點。古城臺地臺緣邊緣相帶證實了高能灘相沉積的存在，灘體面積大，臺地邊緣是有利儲層發育區。古城地區鷹三段為目前勘探的重點，鷹三段有利儲集相帶主要以臺緣灘為主，沿著臺緣帶呈南北向分布，靠NE附近的臺緣灘為最優的有利部位(圖2)。另外，在古城地區中上寒武統發育的縱向疊置的臺緣礁灘體也是有利的沉積相帶，亦是下一步勘探的重點。

圖2 古城地區下奧陶統鷹山組三段均方根振幅與構造疊合

5 沉積微相主控因素

在海相碳酸鹽巖沉積體系中，臺緣坡折帶決定了臺緣帶的分布位置，古地貌特征及其演化控制著沉積相帶及礁灘體的分布，海平面的升降控制臺地類型及礁灘體的縱向變化和橫向遷移。

5.1 古地貌對沉積相的控制

早寒武沉積期，古城地區古地貌特征以斜坡為主；中晚寒武才開始建隆，靠近斜坡的地貌高部位為臺地邊緣相帶區，主要發育臺緣礁灘體；到蓬萊壩沉積期，古地貌地勢開始變得平緩，鑲邊不明顯，臺緣帶開始發育；鷹山組沉積期，碳酸鹽巖開始鑲邊建隆，臺緣斜坡變陡，臺緣帶沿坡折帶高隆區發育(圖3)。在古城地區相對古地貌較高的區域，相對海平面較低，水動力更足；臺地邊緣灘和臺內灘都屬于沉積水體能量較高時的產物。因此，在古地貌相對較高的地區砂屑灘更為發育，而相對低洼處則為較深水的以泥晶灰巖為主的灘間海沉積。

圖3 古城地區寒武系—中下奧陶統碳酸鹽巖古地貌形態

5.2 海平面變化對臺地類型及臺緣帶的控制

塔東地區沉積相演化主要受海平面升降控制，表現為臺地類型的變化和臺緣帶的遷移。隨著海平面的上升，臺地類型變化為由寒武系的局限臺地—早奧陶統的半局限臺地—中奧陶統的開闊臺地。當海平面上升時，臺緣帶開始變窄；海平面下降，臺緣帶變寬且向盆地遷移。塔里木盆地海平面存在3次大的海侵和2次較大的海退：早寒武世海侵及中晚寒武海退；早奧陶世第2次海侵及中奧陶世海退；晚奧陶世再次海侵[7-8]。塔東地區早寒武世主要為斜坡相—深水盆地沉積，臺緣相不發育；隨著海平面不斷下降，中晚寒武世時沉積相格局變為(半)局限臺地相—開闊臺地—臺緣礁灘相—臺緣斜坡相、淺海陸棚、盆地相；晚寒武世沉積格局不變，較中寒武世海平面進一步下降，臺地邊緣向盆地內遷移。早奧陶世全球海平面開始上升，沉積格局從西向東開始變為開闊臺地—臺緣灘相—臺緣斜坡相—盆地相；一間房組沉積之后隨海平面快速上升，古城臺地淹沒并消亡(圖4)。

圖4 古城臺地寒武—奧陶系碳酸鹽巖臺地沉積演化模式

6 結 論

(1) 古城地區主要處在臺地—臺緣帶沉積相帶上，廣泛發育臺內灘、臺地邊緣灘(礁灘復合體)、灘間海等微相類型。臺內灘、臺緣灘是高能的沉積相帶，是后期白云巖化作用的物質基礎。中下奧陶統鷹山組三段臺緣灘和中上寒武統發育的縱向疊置的臺緣丘灘體是有利的沉積相帶，也是下一步勘探的重點。

(2) 臺緣坡折帶決定了臺緣帶的分布位置，古地貌特征及其演化控制著沉積相帶及礁灘體的分布，古地貌高隆區相對海平面較低洼處淺，水動力更足，臺緣灘更為發育。相反在相對低洼處，則是較深水的、以泥晶灰巖為主的灘間海沉積。

(3) 塔東地區沉積相演化主要受海平面升降控制，表現為臺地類型及礁灘體的縱向變化和橫向遷移，隨著海平面的變化，碳酸鹽巖臺地經歷了寒武系局限臺地—早奧陶統半局限臺地—中奧陶統開闊臺地的演化過程。

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編輯 林樹龍

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.004

20160405；改回日期：20160712

國家重點基礎研究發展計劃“973”項目“中國西部疊合盆地深部有效碳酸鹽巖儲層形成機制與分布預測”(2011CB201100-03)；國家自然科學基金重點項目“塔里木盆地古生代古構造、古地理演變與成藏效應”(41130422)

賀鋒(1984-)，男，工程師，2006年畢業于中國地質大學(北京)資源勘查專業，2015年畢業于該校礦產普查與勘探專業，獲博士學位，現主要從事沉積地質與盆地分析工作。

TE122.2

A

1006-6535(2016)05-0017-05