密集段及其在区域地层对比中的意义

李 鹏，张 芸，王 宁，吕晓伟，石富伦

（1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室·长江大学，湖北荆州 434023；2.长江大学地球科学学院；3.长江大学地球化学学院）

密集段及其在区域地层对比中的意义

李 鹏1，2，张 芸3，王 宁1，2，吕晓伟1，2，石富伦1，2

（1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室·长江大学，湖北荆州 434023；2.长江大学地球科学学院；3.长江大学地球化学学院）

密集段是由沉积速率极低的薄层半深海、深海沉积物组成，可以从岩石学特征、地球化学特征、地震剖面及测井响应等方面进行识别。密集段在区域地层对比以及油气成藏条件分析中发挥着重要作用，文章阐述了在地层对比中忽视密集段的存在而带来的一些问题。以珠江口盆地白云凹陷为例，对该地区密集段的发育部位、响应特征及其地质意义进行了探讨。

珠江口盆地；白云凹陷；密集段；层序地层学；层序划分

密集段（condensed section）在不同学者的文献中，称谓不同，有的称为“凝缩层“［1］，也有的称作“缓慢沉积段”，而徐怀大将其译为“密集段”［2］。在本文中，笔者采用“密集段”一词作为称谓。

经典的层序地层学定义密集段是以沉积速率极低（小于1～10 mm／1 000 a）为特征的一种薄层海相地层单元［3］。它们由远洋到半远洋沉积物组成，缺乏陆源碎屑物质，是在海平面相对上升最大、海岸线海侵最大时期在外陆架、陆坡和盆地底部沉积的［3］。此外，葛铭、孟祥化认为［4］，密集段并非泛指任何一种低速率的沉积物，而是具有等时性的层序地层学概念。因为密集段反映的是在海平面变化周期曲线上相对海平面迅速上升到最大海泛期的沉积单元，本文将详细阐述的是在地层划分与对比的过程中忽视密集段的存在而带来的一些问题。最后，以珠江口盆地白云凹陷为例研究密集段在该地区的发育部位、响应特征及其地质意义。

1 密集段的主要特征

密集段也称饥饿段，它是由沉积速率极低的薄层半深海、深海沉积物组成的。在沉积体系域中位于海侵和高位体系域之间的最大泛滥面，通常为海平面最高时期的沉积标志。实际上，密集段向海一侧包含了海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）远端部分（图1）。密集段分布范围很大，可以由盆地延伸到陆棚，成薄层且稳定的沉积单元将滨浅海沉积与较深水的远海沉积地层联系起来，从而作为地层划分对比以及恢复古环境的一个关键沉积层段。

图1 密集段在层序中的发育部

1.1 密集段的岩石学特征

密集段主要由暗色细粒的泥岩或油页岩组成，在陆棚至盆地区以硅质、泥质远洋至半远洋沉积为主，在陆棚区则以瘤状灰岩、泥岩、磷块岩、锰矿层等相对较深水沉积为特征。常见生物扰动结构，单层厚度仅数毫米到数厘米［5-10］。由于发生海解与成岩作用，密集段中常常含有多种指相矿物，如海绿石、菱铁矿、磷灰石等。

1.2 密集段的生物化学特征

密集段的地球化学特征比较复杂，这可能与缓慢沉积或无沉积作用（由水进引起）、局部湖水条件、气候等的相互作用有关。密集段中含有大量的有机质，具有巨大的生烃潜力，是有利的烃源岩，故进行有机碳总量（TOC）的取样的测试中，此处TOC值往往会达到峰值。密集段往往是古生物比较富集的层段，常含丰富的多种多样的浮游和底栖生物组合，古生物化石在陆坡至盆地地区以浮游生物的聚集式密集保存为特征，如硅质岩中的反射虫和泥质岩中的笔石、竹节石、菊石等；在陆棚区则以密集的较深水生物遗迹化石、保存完整而丰富的原位底栖介壳化石为特征［11-18］。并常表现为沉积作用和生态环境的转换层，由下伏的浅水沉积及与海侵作用相伴生的底栖生物群落变为深水或较深水沉积及与之伴生的浮游生物组合。

2 密集段的识别

2.1 地震识别

利用地震方法在三维空间内识别密集段是我们最常用的方法之一。由于受分辨率的限制，地震剖面上目前只可以识别到三级或者三级以上层序所对应的密集段。在不同的体系域内，对应不同的发育层位、空间规模和展布，密集段在地震剖面上所对应的识别特征亦不相同（图2）。

高位体系域（HST）内：往往会出现进积层序组，是海（湖）平面缓慢下降的过程中，沉积作用向盆地扩张，地层大规模的前积而形成的。体系域内部，前积斜层的底界面（下超面）是密集段存在的一个标志［15］。密集段在前积斜层的前端及远端发育。

图2 密集段的地震识别标志

海侵体系域（TST）内：出现退积层序组，是在海（湖）平面迅速上升过程中，沉积物供应速率降低，沉积作用向陆地方向退缩而形成。退积层序组的顶部和前端是密集段发育的区带。此外，上超点的出现以及层序厚度向盆地内部方向迅速减薄时，都预示着盆地中心的深水区发育细粒沉积物为主的密集段。

2.2 测井识别

通过测井资料和综合录井资料，可以比较容易的识别到密集段（图3），主要通过以下判别方法进行识别。

图3 密集段的测井响应及其岩心特征

2.2.1 测井曲线反映的特征

（1）密集段由于富含磷灰石，海绿石的灰色泥岩或页岩，会呈现高自然伽马的显著特征。

（2）密集段为薄层钙质泥页岩或灰岩组成时，会出现低自然电位，高电阻，高密度，高声波的反映。

（3）如果密集段是比较纯的海湖相泥岩组成，在测井曲线上则会显示出低自然电位和低电阻的标志层。

（4）密集段发育的部位常常位于测井响应向上变细到向上变粗的的转折处［19-20］。

（5）密集段是在最大海泛期形成的，其测井曲线表现稳定。

2.2.2 通过识别体系域来间接识别密集段

通过长期的研究得知，密集段在层序内部正好是海（湖）侵体系域晚期到高水位体系域早起沉积的这套地层。因此，准确把握体系域的空间展布，就可以正确的识别出密集段。体系域的识别依据主要有准层序叠加方式、砂泥岩比率、颜色的变化等。海（湖）侵体系域内准层序组以退积型为主，向上泥岩比率高，泥岩颜色变深；高水位体系域早期准层序组以进积型为主，向上砂岩比率高，泥岩颜色开始变浅。而退积型向进积型转换的过渡层段正是我们要识别的密集段。

3 区域地层对比

密集段是在利用层序地层学研究大陆边缘盆地并建立大陆边缘层序模式的过程中提出来的。因此，密集段又被称作是大陆边缘层序年代确定和对比的钥匙［2］，在区域地层对比以及油气成藏条件分析中，发挥着重要作用。在此，本文将详细阐述在地层分析中忽视密集段的存在而带来的一些问题。

（1）在确定地层年代格架时，如果漏掉了密集段，就可能人为错误的解释出不整合面。在对某工区进行地层年代分析中，取得某一口井的岩心资料，将其进行取样分析来测定整套地层各个层段的年限。假设我们每隔10 m取样一次，经化验分析测得结果如图4所示。由于密集段是暗色、细粒的泥岩或者油页岩组成的薄层，沉积连续性很强，在密集段上下取样时，岩层年代跨度会很大。所以，在没考虑到密集段存在的情况下，很可能会将密集段（图中A、B处）误认为是层序界面（巨大不整合）。因此，当取样检测时突然出现年代跨度很大的一段地层时，我们要对该地层进行更精细的取样，如每隔2 m对该层段再进行取样，得到的结果应该是该地层的年代是连续的。而真正的不整合面地层是有缺失的，地层年限是不连续的。

（2）密集段与下伏地层通常为整合接触，因此，往往含有更加丰富的浮游生物化石。除岩性、粒度之外，生物化石也是重要的相标志。在进行相解释时如果不考虑密集段的因素，往往会造成错误的认识。如图4所示，通过钻井取心后，在图中A、B处分别发现大量深水古生物化石群，可以基本判定两段地层都为深水沉积。此时如果没有根据同一口井的测井和地震资料来综合分析，就可能将整套地层解释为连续深水环境，而把层序界面附近出现的砂体判定为深水环境下形成的浊积砂体。而实际上，如果考虑到密集段的存在的话，砂体是在层序边界附近出现，应为浅水环境，有可能是河流三角洲砂体。可见，正是由于没有考虑密集段的存在，在沉积相划分时错误地将浅水相砂体解释为深水相。

图4 盆地某井位岩心资料

4 实例分析

珠江口盆地位于中国南海的陆架上，属于被动大陆边缘裂谷盆地，由四大构造单元组成（图5）。在珠江口盆地油气勘探的长期过程中，地震测线密度较大，在相当多的地区已实现了三维覆盖，随着探井数量不断的增加，在层序地层方面取得了大量的研究成果。在惠州地区中新统地层中确定了25个具有等时特征的层序界面，划分出24个有地层分层意义层序，初步建立了惠州凹陷（12 000 km2的范围）中新统层序地层格架。

图5 珠江口盆地区域构造单元划分

通过岩心、测井资料及地震资料的分析，发现密集段在该区广泛发育。在整个工区范围内，密集段具有低电阻率、高自然伽马值的测井响应。在靠近物源区的西江凹陷（XJ-A井、XJ-B井）沉积相带以河流相-三角洲平原沉积为主，水动力条件较强，水体较浅，在这一沉积环境下，可容纳空间小，沉积物供给充足，沉积以厚层砂质沉积为主，其沉积微相以三角洲平原分支水道为主。在自然伽马曲线上，往往呈现出厚层的箱形。此处自然伽马曲线在层序界面上下均为箱型，发育在其间的密集段以薄层高幅泥质夹层为主要特征（图6）。在离物源较远地区（PY-A井），沉积相以三角洲前缘沉积为主，水动力条件较弱，在该沉积环境中，可容纳空间大，沉积物供给不足，沉积以砂泥互层为主要特征。在自然伽马曲线上，层序界面之下为漏斗形河口砂坝-远砂坝沉积，界面之上为直线形前三角洲泥质沉积。这是因为珠江口盆地地形坡度较小，在层序界面之上，海平面上升过程中岸线向陆方向迅速迁移，致使可容纳空间迅速增加，沉积物供给不足，该处的密集段以暗色页岩沉积为主（图6）。

图6 SQ2层序内部密集段的追踪

通过对密集段的识别，在惠州凹陷新近系的珠江组SQ2层序内部追踪到最大海泛面（MFS18.5 Ma），最大海泛面在地震剖面上主要表现为一个收敛面，往往是下超面。朝陆方向最大海泛面可以和层序界面相重合。最大海泛面之上为高位体系域，最大海泛面之下为水进体系域。由于密集段的岩性细，多为暗色泥岩，古生物的门类和丰度较高，在测井曲线上的响应特征为：高自然伽马、低自然电位、尖峰状高电阻、低密度、声波时差高值、位于测井曲线总体变化趋势的拐点处。多具有区域可对比性，可作为最大海泛面的重要标志［21-34］。

在白云凹陷（图6），沉积完SQ1后，海平面下降到SQ2坡折以下，开始发育SQ2的低位体系域，在低位发育初期海平面缓慢下降，随后在海平面逐步回升的过程中，由于物源供给充分，这时发育的是斜坡楔状体，地震上表现为前积反射结构。在海平面进一步上升，越过坡折开始发育海侵体系域，地震上表现为上超式反射特征。此时层序顶部和前端是密集段发育的区带。海侵之后开始发育高位体系域，随着海平面的下降，高位发育前积。密集段在高位前积斜层的前端及远端发育。

5 结论

（1）密集段具有颜色深、粒度细、沉积速率低、富含微量元素和生物化石、具有低电阻率、高自然伽马值的测井响应、地震剖面上具有下超反射等特征。

（2）密集段在地层对比、沉积微相划分和层序解释中都具有非常重要的作用。

（3）珠江口盆地为我国目前存在的新生代最典型的海相盆地，它是伴随着南海的形成演化而形成。经过大量的地震剖面解释，结合测井和地化等资料，发现密集段在盆地北部三角洲-滨岸-陆棚沉积，盆地南部陆架边缘三角洲-半深海沉积中都有发育。其中惠州凹陷新近系的珠江组SQ2层序内部最大海泛面（MFS18.5 Ma）附近，密集段的地震反射特征最为明显。

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TE111.3

A

1673-8217（2012）06-0005-05

2012-07-12；改回日期：2012-09-05

李鹏，1985年生，2009年毕业于长江大学电子信息工程专业，在读硕士研究生，现从事储层沉积学、层序地层学研究。基金项目：国家“十二五”重大专项（2011ZX05023-002-007）资助。

吴官生