建南地区长兴期层序地层与沉积相演化*

2014-06-01杨巍胡明毅高炎

西南石油大学学报(自然科学版) 2014年2期

杨巍，胡明毅，高炎

1.“油气资源与勘探技术”教育部重点实验室·长江大学，湖北武汉430100 2.长江大学地球科学学院，湖北武汉430100 3.中国石油新疆油田公司，新疆克拉玛依834000

建南地区长兴期层序地层与沉积相演化*

杨巍1，2，胡明毅1，2，高炎3

在建南地区长兴组沉积构造背景认识的基础上，针对沉积相与储层精细研究的需要，通过对关键层序界面的识别，并综合测井、岩性信息进行高精度的四级层序划分，将研究区长兴组划分为两个三级层序，5个四级层序，明确了建南地区四级层序地层格架内长兴期储层纵向发育部位及沉积相横向分布规律。将单井四级层序地层标定到地震剖面中并建立地震层序，通过引入地层等时切片技术，以四级层序格架内体系域为作图单元进行沉积相演化研究。结果表明，建南地区长兴组下部三级层序经历了3次海平面下降，高位体系域（HST）为主要的生物礁滩发育时期；上部三级层序主要以白云岩暴露滩体发育为主，规模明显小于下部三级层序，其分布范围有向研究区中部迁移趋势。

建南地区；长兴组；层序地层；地层等时切片；沉积相演化

杨巍，胡明毅，高炎．建南地区长兴期层序地层与沉积相演化[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（2）：24–34．

Yang Wei,Hu Mingyi,Gao Yan．Sequence Stratigraphy and Evolution of Sedimentary Facies of Upper Perma in Jiannan Area[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（2）：24–34．

引言

中国海相生物礁滩油气勘探在川东北普光地区实现突破后，主要产能层位上二叠统长兴组的生物礁滩相已经成为目前碳酸盐岩沉积学与层序地层学研究的热点领域[1-4]。而临近川东北地区的鄂西—渝东地区自1976年在建南构造带上二叠统长兴组发现中国第一个生物礁气藏后，长兴组生物礁勘探一直没有打开场面，前人对于该地区整体沉积相展布也持不同的观点，这在一定程度上制约了该地区的生物礁勘探工作。

前人对该地区沉积相演化研究主要以三级层序为基础，而三级层序的划分对整体认识长兴期大致的海平面变化、层序发育、沉积物供给有着宏观的指导作用，但不能细化到储层精细描述以及沉积相演化研究，无法满足目前勘探需要。在本次研究中，笔者建立更高精度的四级层序地层格架，以便能够更加精细地研究礁、滩相的纵向演化规律与平面展布特征。

1 建南地区长兴期沉积环境

建南地区在地理位置上位于湖北利川县建南镇及周缘地区，构造上隶属上扬子区川东褶皱带石柱复向斜中部（图1）。晚二叠世长兴期，四川盆地整体为海侵时期，本区在长兴早期为碳酸盐缓坡沉积，中晚期主要为碳酸盐台地沉积环境。在海西期拉张运动作用下，台地受到分割，拉张运动形成的低部位演化成陆棚，在台地边缘水动力条件较强的区域与台地内部古地貌局部高部位形成了生物礁、生屑滩，陆棚呈北西—南东走向，自开江—梁平向南延伸并与鄂西盆地相通，将鄂西渝东区分成南北两大台地，形成了“北礁南滩”的沉积格局。陆棚延伸到建南地区时，水体变浅，沉积带变窄，陆棚两侧水动力变弱，生物礁滩规模相对变小。总的来说，研究区长兴组主要发育有开阔台地、台地边缘礁滩、台地前缘斜坡和陆棚等沉积相类型。其中，在北东侧及南西的两大台地厚度较大，向中部过渡为台地边缘、斜坡和陆棚相带，地层厚度逐渐减小。

图1 建南地区构造位置图Fig.1 Tectonic location map of Jiannan Region

2 层序地层界面特征与划分

结合前人研究，根据岩性特征、测井资料、地震特征，建南地区长兴组纵向上由下至上可划分为两个不完整的II型三级层序：SQ1和SQ2；5个四级层序：ssq1、ssq2、ssq3、ssq4和ssq5。其中，SQ1可划分为3个四级层序：ssq1、ssq2和ssq3，SQ2可划分为两个四级层序：ssq4和ssq5。

2.1 层序界面特征

根据界面特征，建南地区长兴组发育岩性—岩相界面与暴露不整合界面两种层序界面类型。长兴组底部灰岩与下伏地层龙潭组泥岩为整合接触，分界面为岩性—岩相转换界面；与上覆地层飞仙关组为不整合接触，分界面为局部暴露不整合界面，且均为II型层序界面。SQ1与SQ2大致分别与长一段、长二段对应，界面为局部暴露不整合界面。研究区内，关键层序界面在单井上的识别标志主要为岩性突变转换界面与不整合界面（图2）；层序界面在测井特征上表现为伽马曲线值突然升高与电阻率曲线值降低。

图2 建南地区长兴组层序界面类型及识别特征Fig.1 Sequence boundary types and identification of Changxing Formation in Jiannan Region

2.2层序地层划分

箭竹1井分布在建南三维区北高点，构造上位于石柱复向斜，钻遇箭竹溪长兴组生物礁岩性圈闭。箭竹1井长兴组发育完整，以该井为标志井进行层序地层划分（图3），长兴组顶部为局部暴露不整合界面，与上覆飞仙关组为不整合接触，界面之下的长兴组为一套灰色粉晶云岩，上覆飞仙关组的深灰色含泥或泥质灰岩，两者在岩性上有明显差异。

图3 箭竹1井长兴组沉积相与层序地层综合柱状图Fig.3 Columnar section of sedimentary facies and sequence stratigraphic in Changxing Formation in Well Jianzhu 1

ssq1：相当于长一段下部，箭竹1井未钻穿，长兴组未见底。井段为4 503.4～4 610.0 m，因未见底，其厚度大于106.6 m。受海侵影响，ssq1仅发育并保存海侵体系域（TST）和高位体系域（HST），不发育低位体系域（LST），海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）之间为最大海泛面，该界面以高自然伽马、低电阻率为特征。其中ssq1的最大海泛面也为三级层序SQ1的最大海泛面。海侵体系域（TST）厚度大于75.8 m，岩性为深灰色硅质灰岩、中间夹薄层泥质灰岩，为浅水缓坡沉积；高位体系域（HST）厚度为30.8 m，岩性为浅灰色、灰色含云灰岩、含灰云岩，为生屑滩沉积，该时期形成的生屑滩为后期生物礁的发育奠定了基础。

ssq2：相当于长一段中上部，井段为4 423.1～4 503.4 m，厚度为80.3 m，该层序与ssq1之间为一局部暴露不整合界面，界面之下为灰色、浅灰色粉晶白云岩，之上为大套生物礁灰岩。受海侵条件的限制，该四级层序仅发育高位体系域（HST），最大海泛面与层序底界面重合，在电阻率曲线上有明显的突变。岩性为一套厚层灰色礁灰岩，局部夹生物泥晶灰岩，生物含量向上逐渐增大，最大可达60%左右，但是由于重结晶作用的存在，无法观察到生物骨架，为障积礁类型，该时期生物礁滩广泛发育。

ssq3：相当于长一段上部，井段为4 386.5～4 423.1 m，厚度为36.6 m，该层序底界面与ssq2顶界面之间为一局部暴露不整合界面，界面之下为灰色礁灰岩，之上为深灰色含生屑泥晶灰岩。ssq3与ssq2相似，仅发育高位体系域（HST），最大海泛面与层序底界面重合，在电阻率曲线上有明显的突变。下部岩性为灰色礁灰岩夹深灰色含生屑泥晶灰岩，上部为浅灰色–灰色含泥生屑灰岩，顶部为灰色粉晶白云岩，灰色含生屑粉晶白云岩。

ssq4：相当于长二段下部，井段为4 331.1～4 386.5 m，厚度为55.4 m，该层序与ssq3之间为一局部暴露不整合界面，界面之下为一套灰色粉晶白云岩，经后期的暴露侵蚀形成的暴露浅滩，界面之上为一套深灰色含泥灰岩，二者在岩性上具有明显的差异，且在自然伽马曲线与电阻率曲线上都有明显的突变。ssq4发育并保存了海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）。最大海泛面为一套灰黑色页岩，测井曲线上显示高伽马值，低电阻率值，与三级层序SQ2的最大海泛面重合。海侵体系域（TST）厚度为21.5 m，岩性为灰色、深灰色含泥灰岩、云质灰岩、含泥生屑灰岩，为一套瀉湖沉积；高位体系域（HST）厚度为33.9 m，岩性为灰色含云生屑灰岩、灰色含云灰岩与灰色粉晶灰岩，顶部为灰色粉晶白云岩夹薄层灰色云质灰岩、灰色泥质灰岩。

ssq5：相当于长二段上部，井段为4 291.5～4 331.1 m，厚度39.5 m，该层序与ssq4之间为以岩性–岩相转换界面，界面之下为灰色粉晶白云岩，经后期的暴露侵蚀形成暴露浅滩，界面之上为深灰色泥灰岩，二者在岩性上具有明显的差异，在自然伽马曲线与电阻率曲线上都有明显的突变。ssq5发育并保存了海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）。最大海泛面为灰黑色页岩层，厚度较小，测井曲线上显示高伽马值，低电阻率值。海侵体系域（TST）厚度为5.9 m，岩性为灰黑色页岩、深灰色泥灰岩为低能带沉积；高位体系域（HST）厚度为33.7 m，岩性为灰色含云灰岩、含泥灰岩、粉晶白云岩。

3 地震层序建立

研究过程中，笔者利用单井资料上建立的层序地层格架，通过地震合成记录的时深关系，在地震剖面上进行长兴组内部四级层序标定，建立地震层序界面。结合单井岩性变化，对该生物礁内部地震反射特征，频率、振幅、相位进行地质解译，从而为区域上等时层序地层格架控制下沉积演化研究提供地质依据。

箭竹1井为钻遇研究区箭竹溪生物礁体的典型井，井震结合分析反射特征并建立地震层序（图4）如下：

（1）相位1为连续、强振幅反射。其原因主要是ssq1海侵时期发育的一套低速泥岩层覆盖在高速灰岩段之上，引起较大的速度变化，形成相位转换界面。相位1为区域上广泛分布、稳定发育的一套海泛面识别的标志层。

（2）相位2表现为连续、强振幅、中频反射。相位2下部岩性主要为含灰质云岩与云质灰岩，为早期海平面下降暴露时期形成的生屑滩，可以作为生物礁生长的礁基，岩性平均速度为6 547 m/s；上部为生物礁礁核部位，同样是SQ1期生物礁主要发育期，岩性主要为生物含量较多的礁灰岩，孔隙度较高，平均速度为6 276 m/s。

图4 过箭竹1井生物礁体长兴组四级层序地震剖面标定Fig.4 Seismic profile calibration of the 4th sequence in Changxing Formation crossing reef of Well Jianzhu 1

（3）相位3为连续、中振幅、高频反射，同时也是SQ2底界面，该界面为区域的局部暴露不整合界面，界面之下为浅灰色中厚层细晶白云岩、残余生屑灰质白云岩沉积，平均速度为6 410 m/s；界面之上为灰色中层状含泥灰岩、泥晶灰岩沉积，平均速度为6 200 m/s。

（4）相位4为连续、中振幅、高频反射。其下部为含云生屑灰岩、粉晶白云岩，为海平面下降时期形成的暴露生屑滩，是SQ2期发育的第一期滩体，平均速度为6 454 m/s；上部为泥岩、生屑泥灰岩、页岩，为海平面升高时期形成的瀉湖，平均速度为6 129 m/s。该相位能够反映局部暴露的不整合界面。

（5）相位5为连续、中振幅、低频反射。其下部为粉晶白云岩、含云灰岩，为海平面下降时期形成的暴露生屑滩，是SQ2期发育的第二期滩体，平均速度为6 320 m/s；上部为飞仙关组底部海平面升高形成的泥质灰岩，平均速度为5 800 m/s。该相位是区域上的一套岩性–岩相转换界面，相位5振幅强度相对横向上有变弱的趋势，主要是滩体的发育，使得岩性之间的速度差异变小，从而使得振幅强度弱。

生物礁内部地震反射特征的变化，主要是海平面升降使得岩性产生变化，不同岩性的地震波速度差异所引起，同时，岩性厚度大小也影响振幅的强弱与频率的大小。生物礁内部地震反射形成的强振幅相位能够与层序界面相对应，可以反映海平面升降旋回，也可以进行礁滩体发育期次划分。正确对生物礁内部地震相位反射特征进行地质解译，能够更好地在区域上识别地震层序界面，进行沉积相演化研究。

4 四级层序格架内沉积相横向展布

在已经建立的单井层序地层格架的基础上，进行四级层序格架内连井沉积相横向展布的研究。如图5，连井剖面呈南西—北东方向展布，研究层段可划分为两个三级层序：SQ1和SQ2。SQ1底界面为II型层序界面，为岩性—岩相转换界面；SQ1与SQ2之间的界面为II型层序界面，为局部暴露侵蚀界面，以界面之下的一套白云岩为识别特征；SQ2顶界面为长兴组与飞仙关组之间的界面，属于II型层序界面，为岩性—岩相转换界面。在三级层序内部，结合测井曲线和岩性特征进一步可划分出5个四级层序。

纵向上，该连井剖面自下而上依次发育碳酸盐缓坡和碳酸盐台地。碳酸盐缓坡主要沉积一套灰色、深灰色含泥泥晶灰岩、含生屑灰岩或云岩、硅质灰岩，台地相带向上可分为台地边缘和开阔台地相，台地边缘相带范围较大，主要沉积一套浅灰色、灰色生屑灰岩、礁灰岩；开阔台地相带仅在局部地区有发育，主要沉积一套灰色中厚层状泥晶灰岩。

横向上，每个四级层序内部的沉积相特征如下：

ssq1–TST期受海侵条件的制约，为缓坡沉积模式，自南西向北东的连井层序格架内，主要沉积了一套硅质灰岩，为碳酸盐缓坡沉积，其中礁滩体不发育，这也是该时期的一个典型沉积特征。

ssq1–HST、ssq2、ssq3期，研究区开始为台地沉积模式，主要发育台地边缘相带，仅在西侧的建47井处发育开阔台地相带。研究区中部为陆棚沉积，代表井为建39井，其主要岩性为微晶灰岩、含泥硅质灰岩，岩石中骨针含量达到5%～30%，指示水动力相对低能的沉积环境。陆棚两侧台缘礁滩广泛发育，主要发育在ssq2和ssq3的高位体系域（HST）。其中建27井、建平2井、建25井、建平7井和建42井发育台缘滩，箭竹1井发育台缘礁，陆棚穿过建39井，建39井位于浅水陆棚沉积。ssq3–HST为研究区经历的一个暴露时期，一套薄层的白云岩、白云质灰岩在全区整体存在。

ssq4和ssq5期，研究区主要发育开阔台地相和台地边缘相带，前者主要分布在三维区南西侧，后者主要分布在北东侧，台内滩和台缘滩均较发育。

总的来说，该连井剖面四级层序内部沉积相展布特征为：ssq1–TST期为碳酸盐缓坡沉积；ssq1–HST、ssq2、ssq3期自南西向北东依次为开阔台地—台地边缘—斜坡—浅水陆棚—斜坡—台地边缘，相带发育完整，台缘礁滩极为发育，主要分布在ssq2和ssq3、ssq4和ssq5期，该剖面自南西向北东依次发育开阔台地相和台地边缘相带。

5 四级层序地层格架内沉积相演化

在单井四级层序与地震四级层序建立的基础上，对研究区三维地震数据运用地层等时切片技术，以四级层序地层格架的体系域为作图单元，进行沉积相演化分析。地层切片技术是选取两条具有等时沉积界面对比意义的地震参考同相轴，在其间按线性比例内插产生一系列地震数据切片（图6a），这种方法产生的切片能够更好地反映沉积相的等时性演化特征。地层切片技术考虑了沉积速率随平面位置的变化，比时间切片和沿层切片更加合理，且更接近于等时沉积界面。

在生物礁发育过程以及沉积相演化特征研究中，运用等比例地层切片技术，对地震瞬时频率属性体进行切片（图6b），并在地震瞬时频率属性剖面上对层序格架进行时深关系标定，选择每个层序界面所对应的切片层数。礁体内部岩性纵向变化大，层数多，其频率往往高于沉积稳定的陆棚相，生物礁滩主要表现为高频，陆棚表现为低频。

图6 等比例切片示意图与频率属性剖面层序标定Fig.6 Proportion of slice and calibration of sequence on frequency attribute profiles

在瞬时频率属性体上，选取关键层序界面地层切片，进行生物礁发育过程与沉积相演化研究。从图7a中的瞬时频率属性地层切片可以看出，长兴期前，为海平面上升时期，整个工区中部几乎都为蓝色低频区域，为低能水深的盆地相，西南与东北局部水体较浅，地势较高，为陆棚相。到ssq1–TST期（图7b），为最大海泛面时期，该时期区域上整体沉积一套泥质灰岩，在地震剖面上为具有强轴反射的标志界面，在切片上可以看出，蓝色低频区域继续扩大，几乎充满全区，整体表现为低能环境。到ssq1–HST期（图7c），长兴期第1次海退时期，水体变浅，中部为蓝色低频的陆棚区域，南部与北部伴随海退，形成大范围黄色中频区域，在陆棚两侧缘有红色高频区开始发育，西北部也有小规模发育，该时期为早期礁基开始形成，其岩性主要为暴露形成的白云岩。到ssq2–HST期（图7d），为长兴期第2次海退期，蓝色低频陆棚区域在南部开始缩口，在北部逐渐消亡形成一个回湾，陆棚北部红色高频台缘礁持续发育，陆棚南部则水动力条件较弱，以黄色中频滩体发育为主，在工区西北与东北局部小范围仍然有红色高频礁体发育。到ssq3–HST期（图7e），为长兴期第3次海退，蓝色低频区域范围继续缩小，陆棚两侧的红色高频礁体与黄色中频滩体发育范围具有继承发育的特点，礁滩体分布范围逐步定型，礁滩体分布规律也与研究区古地貌形态相吻合。到ssq4–TST期（图7f），长兴组SQ2海平面上升时期，整体以蓝色低频低能环境为主，黄色区域偏淡，礁体停止发育。到ssq4–HST期（图7g），长兴期第4次海退，古地貌局部高部位暴露，形成滩体。到ssq5–HST期（图7h），为长兴期第6次海退，滩体发育部位基本继承第1次暴露时期形成的滩体。

通过对研究区各体系域时期地层切片的解释，整个长兴期，从下至上，SQ1期经历了3次海平面下降，为生物礁滩体主要发育期，SQ2期经历了两次海平面下降，以小规模滩体发育为主。

图7 四级层序地层格架内瞬时频率属性地层等时切片Fig.7 Instantaneous frequency attributes of strata-isochronal slice in the 4th sequence stratigraphic framework

6 结论

（1）建南地区晚二叠世长兴期发育有局部暴露不整合和岩性岩相转换界面两种类型的II型层序界面，将长兴组划分出两个三级层序和5个四级层序，ssq1–HST、ssq2–HST、ssq3–HST这3次海平面下降时期暴露形成的白云岩或白云质灰岩为主要的生物礁滩储层。

（2）建南地区自南西向北东方向相带分异明显，纵向上相带演化明显。长兴期由下至上依次发育碳酸盐缓坡和碳酸盐台地。SQ1高位域时期南西向北东依次为开阔台地—台地边缘—斜坡—浅水陆棚—斜坡—台地边缘，相带发育完整，台地边缘生物礁滩极为发育。

（3）建南地区长兴组四级层序高位体系域期，在陆棚侧缘发育一定规模的生物礁滩，其中SQ1期为生物礁滩主体发育时期，规模大，研究区北部台地边缘带为生物礁滩主要发育部位。而SQ2期主要为滩体发育，受到该时期整体海平面有所下降的影响，分布范围有所局限，滩体分布范围有向研究区中部迁移的特征。

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胡明毅，1965年生，男，汉族，湖北荆门人，教授，博士生导师，主要从事储层沉积学、地震沉积学综合研究。

高炎，1984年生，男，汉族，湖北随州人，工程师，主要从事沉积学、油藏描述研究。

编辑：张云云

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Sequence Stratigraphy and Evolution of Sedimentary Facies of Upper Perma in Jiannan Area

Yang Wei1，2,Hu Mingyi1，2,Gao Yan3
1.MOE Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China 2.Faculty of Earth Science，Yangtze University，Wuhan，Hubei 430100，China 3.Xinjiang Oilfield Company，CNPC，Karamay，Xinjiang 834000，China

Based on previous researches of sedimentary structure of Changxing Formation，and combining with reorganization of sequence boundary，logging and lithology data，Changxing Formation in Jiannan Area has been divided into two three-order sequencesandfivefourth-ordersequences，thedevelopmentofreservoirandtransversedistributionofsedimentaryfacieswithin fourth-order sequence in Changxing Formation have been studied in this paper.According to the calibration of fourth-order sequence on seismic section and time-slice map of strata，taking system tract of fourth-order sequence as mapping unit，the evolution of sedimentary facies is also discussed.The results indicate that the lower three-order sequence experienced three times relative fall of sea level，the organic reef and bank mainly developing in the stage of HST；in the upper three-order sequence，exposed organic bank with lithology of dolomite is widely distributed，but the scale is smaller than that of lower three-order sequence and the distribution range moves to the central part of study area gradually.

Jiannan Area；Changxing Formation；sequence stratigraphy；isochronous strata slicing；sedimentary facies evolution

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2013.04.02.01.html