碳酸盐岩层序界面识别标志研究

刘双双 黄 丹 张俊涛 赵 磊

(中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083) (中石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西 西安 710018) (中石油煤层气韩城分公司排采一队，陕西 韩城 715400) (中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083)

碳酸盐岩层序界面识别标志研究

刘双双 黄 丹 张俊涛 赵 磊

(中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083) (中石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西 西安 710018) (中石油煤层气韩城分公司排采一队，陕西 韩城 715400) (中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083)

碳酸盐岩层序界面的形成主要受控于相对海平面的变化。由于碳酸盐岩沉积对相对海平面的变化比较敏感，这使碳酸盐岩与硅质碎屑岩层序界面对海平面变化有不同的响应特征。从沉积环境、元素地球化学、电镜及薄片资料、测井资料、地震资料等方面研究了碳酸盐岩层序界面的识别标志，以期为海相碳酸盐岩地层油气勘探提供参考。

碳酸盐岩；层序界面；主控因素；识别标志

随着油气勘探的不断深入，海相碳酸盐岩地层分布区逐渐成为重要的油气勘探场所[1]，因而有关碳酸盐岩层序地层学研究将是今后我国油气勘探的研究热点[2-3]。为此，笔者在前人工作的基础上，从沉积环境、元素地球化学、电镜及薄片资料、测井资料、地震资料等方面对碳酸盐岩层序界面的识别标志进行总结归纳，以便为海相碳酸盐岩地层油气勘探提供参考。

1 碳酸盐岩层序界面形成的控制因素

碳酸盐岩层序的地层样式和岩相分布受构造沉降、沉积物供给、气候和全球海平面升降4个主要变量的控制[4]。构造沉降产生了沉积物沉积空间，同时，构造沉降作用也会影响碳酸盐岩台地的暴露及化学侵蚀。通常一级或二级层序界面由构造作用控制，有明显的地层缺失或者角度不整合现象[5]。沉积物供给控制古水深，气候控制全球海平面升降，全球海平面升降变化控制了地层的分布模式，其与构造沉降共同作用产生了相对海平面的升降变化。因此，构造沉降、沉积物供给、气候和全球海平面升降共同作用产生了相对海平面的升降变化，该变化对碳酸盐岩层序界面形成产生重要影响。

1.1与相对海平面迅速上升有关的层序界面

相对海平面上升速率远远超过碳酸盐岩的增长速率，导致台地长期淹没窒息，从而形成碳酸盐岩层序界面。该类型层序界面形成主要与海平面快速上升有关，代表了碳酸盐岩台地生产速率的降低或停止生产，从而形成沉积间断面[5]。

1.2与相对海平面下降有关的层序界面

相对海平面下降导致沉积区暴露地表遭受溶蚀，从而形成碳酸盐岩层序界面，具体分为以下2种情况：基底大范围隆升所引起的相对海平面下降而形成碳酸盐岩层序界面；区域海平面下降导致沉积区暴露地表而形成碳酸盐岩层序界面[6]。

2 层序界面识别标志

2.1沉积标志

层序界面标志是相对海平面的升降变化在沉积上的物质表现形式。当界面上下的2个相是Walther相律中2个相邻的相，若浅的相位于深的相之上，则代表沉积相向盆地方向迁移，即海平面相对下降，上述过程可指示层序界面的出现。如塔里木盆地桑塔木断垒带东部上奥陶统O1与中奥陶统O2的界面，其上下岩性突变，上覆为灰色亮晶藻砂屑灰岩，下伏地层为灰色、棕色含泥纹层泥晶灰岩及大段红色泥岩，这反映了沉积相向上的突变，从泻湖相到砂屑颗粒滩、生屑滩向粒屑的突变[7-8]。

通常情况下，相对海平面下降会导致沉积区暴露地表并遭受溶蚀而形成大的古风化暴露面，这代表了一段时间内的沉积间断，常常具有明显的成壤化特征。同时，铁质、铝质、钙质风化残积物、干裂、喀斯特地貌、落水洞和角砾岩化等也是常见产物。

2.2元素地球化学标志

图1 高于庄组Sr/Ba比值法层序单元划分模式图

化学元素对环境的变化极为敏感，地层中化学元素的分配及比值变化、组合均在一定程度上纪录着古环境的演化历程，这对海平面相对变化具有重要的指示意义。罗顺社等[14]利用元素地球化学特征对冀北坳陷中元古界高于庄组层序地层单元进行研究，发现在古气候的影响下，相对海平面变化与碳酸盐岩中的元素含量及有关元素比值呈现明显的旋回变化特征。其中Sr/Ba比值法(见图1)与硼法判别精度相对较高，可以作为识别和划分碳酸盐层序界面的有效标志。

2.3电镜及薄片标志

在碳酸盐岩沉积及层序的研究中，电镜及薄片也是较直观的资料，能为精细刻划层序界面提供依据。周小康等[15]在研究珠江口盆地东沙隆起珠江组碳酸盐岩层序地层时，通过薄片资料发现在陆丰地区的SB1界面附近，多发育渗流粘土、褐铁矿化等代表暴露环境的标志(见图2)。

图3 塔里木盆地碳酸盐岩层序界面类型

2.4成岩标志

层序界面形成期间，由于沉积环境的变浅甚至暴露，导致不稳定的碳酸盐岩矿物极易发生成岩变化[16]。潘文庆等[17]将塔里木盆地碳酸盐岩层序界面划分为晚期强烈隆起喀斯特型、早期强制海退剥蚀微喀斯特型、准同生间歇暴露浅水礁滩型和同生无暴露碳酸盐岩台地型(见图3)。

1)晚期强烈隆起喀斯特型 碳酸盐岩沉积成岩后由于构造隆升，岩层长期出露地表遭受大气淡水淋滤而形成岩溶喀斯特地貌。当相对海平面再次上升接受沉积时，碳酸盐岩地层与上覆地层之间就形成喀斯特型层序界面。

2)早期强制海退剥蚀微喀斯特型 该类型是指受强制性海退导致高能滩暴露溶蚀而形成的界面。

3)准同生间歇暴露浅水礁滩型 当构造弱抬升形成的间断暴露及海平面间歇性下降形成无沉积时，容易在地处相对高部位的浅水礁滩形成准同生间歇暴露浅水礁滩型界面。

4)同生无暴露碳酸盐岩台地型 当海平面上长速率等于或略大于沉积物向上堆积速率，碳酸盐岩台地接受沉积时基本无暴露，且埋藏成岩后未遭受构造抬升剥蚀，碳酸盐岩地层与上覆地层之间形成同生无暴露型碳酸盐岩台地型层序界面。

2.5测井标志

测井资料作为层序地层学研究的基础资料，在层序地层界面识别中具有非常重要的作用。当沉积盆地的覆盖研究区的取心资料有限且不连续、地震分辨率低、露头资料少的情况下，应以测井原理和层序地层学理论为基础，重点运用测井资料进行层序地层界面识别[18]。通常可以利用自然伽马、声波时差和电阻率来识别层序界面，同时应根据研究区域的实际情况进行具体分析。由于有的研究区岩芯薄片资料较少，可以根据已有岩芯的单井资料分析岩电响应关系，以此进行相对海平面变化简单分析，进而为层序界面的划分提供依据。

2.6露头标志

露头层序地层的研究主要是通过对沉积相研究来识别层序的关键界面[19]。露头具有钻井和地震资料所不具备的高分辨率特征，可以选择那些地层出露齐全、能连续追踪、易于观察的露头进行野外露头踏勘、分层和丈量，由此收集层序边界的沉积相标志[20-21]。于炳松等[22]对阿克肖尔布拉克寒武系露头剖面进行野外调查，研究表明，碳酸盐岩层序发育在向上变浅的序列顶部，常常是岩溶发育的主要层段。在下寒武统肖尔布拉克组高频层序下部单元中，岩溶相对不发育(见图4 (a))；在上部单元中，溶孔发育，单个孔洞较小，约在1～15mm，但孔洞发育密集，呈蜂窝状(见图4 (b))。

2.7地震标志

图4 塔里木盆地寒武系层序中岩溶发育特征

地震勘探技术经历了数十年的发展，已成为当今世界油气勘探的主要技术手段之一[23]。利用层序界面的地震反射标志来识别层序界面，包括海岸上超的突然向海方向迁移、上覆地层的海岸上超、下伏地层的顶超及侵蚀截切等[24]。上超面是指后期沉积层与前期沉积层之间为上超接触关系，这是由于海平面下降后又上升这一转变过程的产物。下超面作为层序界面的前提是该研究区域内仅发育高位域或海侵体系域虽有发育但在地震资料上不能显示。

3 结 语

从油田勘探开发的角度来看，古老的碳酸盐岩层序界面的划分既应体现理论性，又具有实用性，因而对碳酸盐岩层序界面的识别显得十分重要。由于层序界面标志是相对海平面的升降变化在沉积上的物质表现形式，因而在不同的研究区划分层序界面时，应根据每个研究区域独特的沉积构造特征，充分利用已有的资料，同时结合区块的沉积构造演化背景来进行层序界面的识别与划分。

[1]陶洪兴，张荫本，唐泽尧，等.中国油气储层研究图集[M].北京:石油工业出版社，1994：1-2.

[2]杨国臣，于炳松.层序地层学的发展现状及其学科地位与研究前沿[J].石油地质与工程，2009，23(2)：1-4.

[3]顾家裕，范土芝.层序地层学回顾与展望[J].海相油气地质，2001，6(4)：15-25.

[4]威尔格斯.层序地层学原理-海平面变化综合分析[M].徐怀大 译. 北京：石油工业出版社，1993：185-219.

[5]樊太亮，于炳松，高志前.塔里木盆地碳酸盐岩层序地层特征及控油作用[J].现代地质，2007，21(1)：57-65.

[6]崔思华，王明磊，彭秀丽.碳酸盐岩地层综合划分[J].西南石油大学学报(自然科学版)，2011，33(5)：41-48.

[7]王维纲，吕炳全.小尺度的碳酸盐岩层序地层学分析——塔里木盆地桑塔木断垒带奥陶系层序地层学研究[J].沉积学报，1997，15(4)：24-29.

[8]赵宗举，潘文庆，张丽娟，等.塔里木盆地奥陶系层序地层格架[J].大地构造与成矿学，2009，2(33)：175-188.

[9]符颖，韩林.淹没不整合型层序——一种特殊的加深淹没[J].海相油气地质，2007，12(3)：15-20.

[10]梅冥相.淹没不整合型碳酸盐三级旋回层序-兼论碳酸盐台地的“凝缩作用”[J].岩相古地理，1996，16(6)：24-32.

[11]Schlager W.Sequence stratigraphy of carbonate rocks[J].Geologic Column，1999，16(4)： 901-906.

[12]蔡忠贤，贾振远.碳酸盐岩台地三级层序界面的讨论[J].地球科学-中国地质大学学报，1997，22(5)：456-458.

[13]崔学慧，刘忠宝，杨圣彬.塔里木盆地寒武-奥陶系碳酸盐岩层序地层在油气勘探中的应用[J].世界地质，2010，29(2)：271-276.

[14]罗顺社，汪凯明.元素地球化学特征在识别碳酸盐岩层序界面中的应用-以冀北坳陷中元古界高于庄组为例[J].中国地质，2010，37(2)：430-437.

[15]周小康，汪瑞良，曾驿，等.珠江口盆地东沙隆起珠江组碳酸盐岩层序地层及沉积模式[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2011，33(9)：1-6.

[16]徐中波.普光气田层序界面识别及层序划分[J].石油与天然气学报(江汉石油学院学报)，2008，30 (1)： 198-201.

[17]潘文庆，王招明，孙崇浩，等.塔里木盆地地下古生界碳酸盐岩层序界面类型划分及其意义[J].石油与天然气地质，2011，32(4)：532-541.

[18] 操应长，姜在兴，夏斌.利用测井资料识别层序地层界面的几种方法[J].石油大学学报，2003，27(2)：23-27.

[19]王华，肖军，崔宝琛，等.露头层序地层学研究方法综述[J].地质科技情报，2002，12(21)：15-22.

[20]王训练.露头层序地层学研究的几个基本理论问题[J].中国科学，1999，29(1)：22-30.

[21]王训练.露头层序地层学研究中定义和识别不同级别沉积层序的标准[J].中国科学，2003，33(11)：1058-1067.

[22]于炳松，樊太亮.层序地层格架中岩溶储层发育的预测模型[J].石油学报，2007，28(4)：41-45.

[23]徐怀大，王世凤，陈开远.地震地层学解释基础[M].武汉：中国地质大学出版社，1990.

[24]Schlager W. The future of applied sedimentary geology[J].Journal of Sedimentary Research，2000，70(1)：2-9.

[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.009

P539.2

A

1673-1409(2012)06-N027-04