塔河桑塔木地區石炭系卡拉沙依組層序地層及砂體發育特征

謝才鑄，傅 恒，朱夢琦，王文博

(成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059)

0 引言

塔河油田為中國第一個大型古生界海相碳酸鹽巖油田[1-3]，其油氣主要產自下古生界奧陶系碳酸鹽巖[4-7]。塔河地區石炭系卡拉沙依組碎屑巖地層具有良好的油氣顯示。石炭系卡拉沙依組逐漸成為塔河地區油氣勘探開發的潛力地層之一，為塔河油田高產穩產提供支撐作用[8-9]。

人們對塔河石炭系卡拉沙依組層序地層、沉積體系等進行研究。根據巖心、測井和地震等資料，崔金棟等[10-11]對塔河局部地區展開研究，將卡拉沙依組劃分為3個三級層序，并在層序格架內部建立陸架型扇三角洲、潮坪及碳酸鹽巖臺地沉積體系；根據地震和鉆井層序地層分析，王家豪等[12]將塔河石炭系卡拉沙依組和巴楚組劃分為3個三級層序，其中卡拉沙依組砂泥巖段劃分為2個三級層序，其內部發育障壁島—潟湖、潮控碎屑濱岸、辮狀河三角洲沉積體系，由于缺乏巖石取心，對沉積相的劃分不夠充分；根據井震資料，徐微等[13]建立塔河油田石炭系卡拉沙依組的高精度層序地層格架，將卡拉沙依組劃分為2個三級層序，并在層序格架內部建立三角洲和潮坪相交互沉積體系；結合測錄井、古生物、地球化學等資料綜合分析,鐘大康等[14-15]在塔河南部石炭系卡拉沙依組建立河口灣性質的潮坪沉積體系。

塔河桑塔木地區石炭系卡拉沙依組的層序地層及沉積相存在爭議，儲層砂體的發育特征認識不清。以層序地層學理論為指導，筆者綜合利用塔河桑塔木地區地震、測錄井資料，建立石炭系卡拉沙依組層序地層格架，闡明沉積相及砂體的發育特征，為塔河地區石炭系研究及勘探提供指導。

1 區域地質概況

2 層序地層特征

2.1 層序界面識別

2.1.1 二級層序界面

2.1.2 三級層序界面

三級層序界面(侵蝕不整合)是海平面下降形成的層序不整合界面。主要表現為垂向上巖性巖相突變，多為界面下伏沉積水深相對較深的巖相突變為上覆沉積水深相對較淺的巖相。

SB5為石炭系下統卡拉沙依組上泥巖段與砂泥巖段的分界面，界面下伏地層為上泥巖段(C1k6)的泥質砂巖與粉砂巖，界面上覆地層為砂泥巖段(C1k5)的中到薄層泥巖。GR曲線自下而上表現為突變，界面之下GR曲線表現為低幅齒形；界面之上GR曲線表現為中高幅指形、齒形等(見圖3)。SB5在地震剖面上連續性較好，振幅較強，區域易對比追蹤，同時上下地層具備中振幅的反射特點(見圖2(a))。

SB4—SB1為卡拉沙依組砂泥巖段中巖性亞段的分界面，界面之下沉積礫巖或砂巖，界面之上沉積泥巖，垂向上表現為下粗上細，為巖性巖相轉換面。界面之下SP與GR曲線呈箱形、鐘形、指形等，界面之上SP與GR曲線突變為靠近泥巖基值的平直狀(見圖3)。界面地震反射特征為中—弱振幅，連續性為中—差，區域上對比追蹤度一般，同時在層序界面之下可見明顯的削截反射特征(見圖2(a))。

2.2 最大海泛面識別

受發育條件的限制，研究區卡拉沙依組沉積期位于陸架坡折帶之上，不發育低位體系域，只發育海侵體系域與高位體系域，以最大海泛面為界。SQ6內部最大海泛面在地震剖面上為連續反射的強軸(見圖2(a))，測井曲線上表現為由下到上GR曲線由低幅變為中高幅(見圖3)。SQ5—SQ1內部最大海泛面在地震剖面上為連續反射的強軸或連續前積下超收斂(見圖2)，在測井曲線上位于GR曲線突變處，SP曲線由靠近泥巖基線的平直或低幅突變為指形、箱形中高幅(見圖3)。

2.3 三級層序內部特征

三級層序形成的主控因素為全球海平面變化，古生物及鈣元素變化反映三級海平面變化有關旋回特點，也間接證明全球海平面變化與工區石炭系卡拉沙依組三級層序劃分的可對比性[25-26]；卡拉沙依組內部三級層序發育時期，該地區構造運動較弱，三級層序發育主要受海平面變化控制。綜合年代地層、巖石地層、地震地層研究成果，結合區域構造運動分析，桑塔木地區石炭系卡拉沙依組發育于1個二級層序內部，其中砂泥巖段自下而上劃分為5個三級層序(SQ5—SQ1)，每個三級層序平均時限約為2.4 Ma，上泥巖段劃分為1個三級層序(SQ6)。每個三級層序根據最大海泛面劃分為海侵體系域(TST)與高位體系域(HST)(見圖4)。

SQ6對應卡拉沙依組上泥巖段，在國際地層表上對應整個維憲階，沉積時間為16.0 Ma[26]，但沉積厚度不足100 m，推測經歷較長時間的剝蝕。海侵體系域底部為三級層序界面，頂部為最大海泛面，內部發育淺海陸棚沉積，巖性主要為泥巖；高位體系域底部為最大海泛面，頂部為三級層序界面，內部發育退積型前三角洲沉積，巖性主要為砂泥巖(見圖4)。

SQ5—SQ1對應卡拉沙依組的砂泥巖段，在國際地層表上處于謝爾普霍夫階和巴什基爾階，沉積時間為12.8 Ma[26]，海侵體系域底部為三級層序界面，頂部為最大海泛面，內部發育進積型前三角洲沉積，巖性主要為泥巖；高位體系域底部為最大海泛面，頂部為三級或二級層序界面，內部發育退積型三角洲平原—三角洲前緣—前三角洲沉積，巖性主要為砂礫泥混雜沉積(見圖4)。

3 砂體發育特征及控制因素

3.1 砂體類型

石炭系卡拉沙依組砂體主要發育分流河道和水下分流河道微相。其他微相如河口壩、席狀砂、決口扇等占比小或不發育，不能構成有效儲層。

分流河道砂體主要分布在SQ5—SQ1高位體系域三角洲平原亞相中，是辮狀河三角洲平原的辮狀河道。取心資料顯示，分流河道主要為砂礫混雜沉積。沉積物分選差，通常砂礫混雜，粒度較粗，多含礫石，礫石以次圓狀為主，發育沖刷面，可見礫巖定向排列(見圖5(b-d))。垂向上常以多個正粒序疊置為主，局部層段自下而上構成礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥巖完整的向上變細的正韻律特征。SP和GR曲線表現為齒化箱形、鐘形[27]、指形、低幅齒形及平直線形等(見圖5(a))。地震反射特征表現為楔狀外形、前積構型、中振幅，連續性為中—差，為中頻反射(見圖6)。

水下分流河道砂體主要分布在SQ5—SQ1高位體系域三角洲前緣亞相中，是三角洲平原分流河道的水下延伸部分[28]。取心資料顯示，分流河道沉積物主要為中、細砂巖，一般不含礫石，常見泥礫，發育平行層理、交錯層理、砂紋層理和沖刷面等(見圖5(e-g))。垂向上常以多個正粒序疊置為主，局部層段自下而上構成含礫砂巖、粗砂巖、細砂巖、泥巖完整的向上變細的正韻律特征。SP和GR曲線多表現為箱形、漏斗形和齒形(見圖5(a))。地震反射特征表現為席狀外形、亞平行，強—中振幅，連續性為好—中，為中頻反射(見圖6)。

3.2 砂體發育控制因素

構造沉降、全球海平面變化、物源供給等控制層序的發育[29-32]，從而控制砂體發育[33]。

構造運動對層序控制主要集中在兩個部分，一是塔里木盆地石炭紀—二疊紀中世(殘余)弧后裂陷盆地演化階段形成的平坦古地貌，盆地北部與南部邊緣形成大片的構造隆升剝蝕區，為卡拉沙依組沉積提供物源區。二是海西晚期與印支早期的兩次構造運動對卡拉沙依組頂部地層產生剝蝕，下三疊統柯吐爾組湖相泥巖超覆在下石炭統卡拉沙依組碎屑巖上，對沉積控制較小，主要控制頂部二級層序界面的形成。

三級海平面升降旋回控制三級層序發育，進而控制三級層序內部的沉積特征與砂體發育。研究區在巴楚組雙峰灰巖沉積后地勢平坦，SQ6發育期，相對海平面快速上升和下降，海侵體系域發育較厚的陸棚泥質沉積，高位體系域發育進積型前三角洲泥質沉積。SQ5—SQ1海侵體系域發育期，相對海平面快速上升，形成以海泛泥質沉積為主的退積型前三角洲。SQ5—SQ1高位體系域發育期，相對海平面從最大海泛面開始緩慢下降，期間發生幾次小規模的升降(見圖4)，發育進積型辮狀河三角洲沉積體系，三角洲前緣相帶擴大，發育從北向南流向的分流河道、水下分流河道，但是辮狀河三角洲發育期相對短，形成多期河道疊置，造成兩種砂體展布呈現交叉變化。同時，來自北部塔北剝蝕區物源供給不充分，造成砂體厚度相對薄。

3.3 砂體發育規律

在地震剖面上，根據砂體反射特征與測井曲線的精細對比，刻畫砂體的發育構型特征。研究區卡拉沙依組三級層序內部沉積特征表現為下細上粗的二元沉積特征。SQ5—SQ1內部以最大海泛面為界，海侵體系域整體發育退積型前三角洲泥質沉積；高位體系域發育進積型三角洲平原砂礫質沉積、三角洲前緣砂質沉積。砂體發育集中在SQ5—SQ1高位體系域中，主要發育分流河道與水下分流河道微相砂體(見圖7)。

桑塔木地區卡拉沙依組辮狀河三角洲平原分流河道、前緣水下分流河道砂體主要從北向南順河流方向分布。分流河道砂體沉積時水體能量大，巖性以顆粒較大的礫巖、砂礫巖為主，縱向上，呈條帶狀相互疊加，橫向上，砂體相互拼接，也有的呈疊加—孤立型，側向上延伸不遠。水下分流河道砂體沉積時水體能量相對較小，巖性主要為中—細砂巖，縱向上，砂體分布較寬，橫向上，延伸比較廣，砂體整體較厚，連續性好，順物源方向砂體厚度呈明顯減薄趨勢。根據層序地層格架及井間地震反射特征，井間砂體的連通性比較好，砂體由北向南呈前積發育(見圖7(a))。

4 結論

(1)塔河桑塔木地區卡拉沙依組劃分為6個三級層序，其中上泥巖段劃分為1個三級層序(SQ6)，砂泥巖段劃分為5個三級層序(SQ5—SQ1)。每個三級層序內部進一步劃分為海侵體系域(TST)與高位體系域(HST)。

(2)研究區卡拉沙依組主要發育辮狀河三角洲、淺海陸棚沉積相及水下分流河道、分流河道微相砂體，兩種微相主要發育于SQ5—SQ1的高位體系域。縱向上，分流河道砂體呈條帶狀相互疊加，橫向上，砂體相互拼接，有的呈疊加—孤立型，側向上延伸不遠；縱向上，水下分流河道砂體分布較寬，橫向上，砂體延伸比較廣，整體較厚，連續性好，順物源方向砂體厚度呈明顯減薄趨勢。

(3)研究區卡拉沙依組層序發育主要受構造運動、海平面升降和物源供給控制。其中構造沉降、全球相對海平面變化控制三級層序的發育及其內部結構特征，進而控制砂體發育；物源控制沉積物的充填，從而控制砂體垂向特征及演化規律。