四川盆地井研地区麦地坪组-筇竹寺组高分辨率层序地层特征

刘 犟,张克银

(1.中国石化西南油气分公司 博士后科研工作站，成都 610041；2.成都理工大学 博士后流动站，成都 610059； 3.四川旅游学院，成都 610100；4.中石化西南油气分公司 勘探开发研究院，成都 610041)

麦地坪组-筇竹寺组是川南地区下寒武统页岩气重要勘探层位之一。四川盆地井研地区下寒武统麦地坪组-筇竹寺组页岩气勘探的目标地层具有展布不均匀、沉积相特征差异明显、沉积相变化较大等特点。由于川南地区在震旦纪末期至寒武纪初期受到强烈构造作用的影响，在陆棚沉积体系中发育拉张槽，将正常平缓的陆棚沉积体系切分成沉积水体深浅变化较大的“水下凹台”型[1-5]，使研究区下寒武统具有非常复杂的展布特征，为页岩气勘探造成了一定的难度。

通过岩心及野外剖面观察，结合岩电模型对井研地区麦地坪组-筇竹寺组进行高分辨率层序地层划分。在等时地层格架下对地层进行追踪，以求描述出井研地区麦地坪组-筇竹寺组时空变化特征。

1 地层特征

在经典高分辨率层序地层学中，高位体系域中的泥页岩一般被视作高位体系域，即海泛面的标志。但页岩气勘探地层中，泥页岩厚度较大，其厚度从几十米到超过100 m不等，具有岩性变化不明显，以及测井自然伽马高的特征，使高分辨率层序划分在泥页岩地层中的应用较为困难。本文通过对岩心的精细观察描述，将岩性微小变化与多种测井相结合，建立岩电模型，用以丰富对泥页岩为主的地层进行高分辨率层序地层划分的依据。

1.1 岩性特征

井研地区麦地坪组下部为灰黑色含磷硅质岩、硅质磷块岩(图1-A)，向上渐变为含磷黑色页岩，部分地区底部见风化形成的薄层灰黑色黏土；上部为灰黑色-黑色含粉砂质页岩与硅质磷块岩互层，顶部见灰色-深灰色岩屑石英粉砂岩与灰黑色粉砂质泥岩互层(图1-B)。研究区麦地坪组为发育于陆棚内部裂谷中的强还原环境沉积，顶部为裂谷边部斜坡在沉积水体下降过程中发育的重力流沉积。

研究区筇竹寺组可分为2段。下部第一段(简称“筇一段”)岩性为灰黑色-深灰色页岩、粉砂质页岩与灰色-深灰色钙质细粒岩屑砂岩、灰质粉砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层，灰黑色-深灰色页岩中见黄铁矿团块或条带(图1-C、D)。从下至上由黑色页岩为主逐渐变化为黑色页岩与深灰色、灰色泥质粉砂岩与灰质粉砂岩夹层，互层增多，中上部含少量透镜状灰质或硅质结核，见少量呈星点状产出的黄铁矿(图1-E)。上部第二段(简称“筇二段”)发育灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、页岩与灰、浅灰色粉砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层，可见少量三叶虫和高肌虫化石碎片(图1-F)。结合构造背景认为，研究区筇竹寺组是发育在较稳定构造背景下的陆棚沉积，具有沉积水体深浅变化较快的特点。

1.2 测井响应

由于麦地坪组-筇竹寺组整体岩性以泥页岩为主，很难通过岩性直接分析总结出变化规律，需结合测井分析，特别是元素测井综合对比。

1.2.1 常规测井

川南地区麦地坪组-筇竹寺组测井特征独特。由于岩性主要为泥页岩与粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层，自然伽马和电阻率曲线总体较平直。自然伽马表现为较高值(普遍>80 API)，麦地坪组上部、筇一段底部和筇二段中部出现极高异常段(>270 API)。电阻率特征表现为麦地坪组普遍较高，曲线较为平直；筇竹寺组电阻率较麦地坪组稍低，仍然也较为平直；但有小幅度低值异常对应出现在麦地坪组上部和筇一段底部(图2)。

1.2.2 元素测井

研究区麦地坪组-筇竹寺组沉积时期自然伽马和电阻率很难准确反映较短时间周期内的海平面升降变化情况。结合元素测井，通过Ni/Co比值、Mn/Fe比值、Sr/Ca比值、Th/U比值以及Ca含量变化特征，综合归纳各段响应特征。

图1 井研地区麦地坪组-筇竹寺组岩性特征图Fig.1 Lithological characteristics of Maidiping Formation and Qiongzhusi Formation in Jingyan area(A)黑色硅质岩,见高角度裂缝,JY2井,深度3 728.6 m; (B)黑色硅质岩夹钙质粉砂岩互层,见差异压实变形,JY2井,深度3 724.7 m; (C)灰黑色-深灰色页岩夹灰色灰质粉砂岩,灰质粉砂岩滴酸起泡,JY1井,深度3 532.7 m; (D)深灰色泥岩夹黄铁矿条带,JY1井,深度3 549.3 m; (E)深灰色泥岩,见星点状黄铁矿,JY1井,深度3 297.5 m;(F)灰黑色页岩,见高肌虫化石,JY1井,深度3 285.7 m

麦地坪组元素测井具有Mn/Fe高、Sr/Ca和Th/U低的特征，反映沉积水体较筇竹寺组深。但Ca含量高与深水沉积相悖。认为该地层中Ca主要来源于早寒武世第一次生物大爆发——梅树村动物群的小壳动物壳体[6-8]。

筇竹寺组Mn/Fe低和Ca含量较低，同时Sr/Ca和Th/U较高，均与麦地坪组呈明显台阶状突变。Ni/Co于筇竹寺组底部出现突变极高值，向上钟型减小后逐渐增大。综合表明筇竹寺组沉积时水体深度较麦地坪组沉积时期整体稍浅。筇一段与筇二段界线处及筇二段中上部，各元素比值及Ca含量均出现突变。其突变规律表明筇一段沉积水体深度大于筇二段(图2)。

2 高分辨率层序地层特征

通过岩电模型建立，以及元素测井综合对比，奠定了井研地区麦地坪组-筇竹寺组进行高分辨率层序划分的基础。以此识别各层序界面，进行高分辨率层序地层划分，最终建立等时地层格架。

2.1 层序界面

寒武系底界为桐湾运动形成的不整合面，麦地坪组灰黑色磷质粉-细晶白云岩、硅质磷块岩、含磷硅质岩直接覆于灯影组灰色泥晶-粉晶白云岩之上[9-10]；筇竹寺组顶界与明心寺组整合接触，上覆明心寺组白云岩与筇竹寺组顶部浅灰色粉砂岩、泥质粉砂岩形成鲜明的岩性突变面(图3-A)；研究区麦地坪组顶部发育厚度不等的灰色-深灰色泥质粉砂岩、粉砂岩，与筇竹寺组底部灰黑色页岩形成岩性突变面(图3-B)，同时P含量发生明显变化(图2)。以此作为长期及中期层序界面。结合元素测井各参数、比值综合分析，对各短期旋回和各级海泛面进行识别(表1)。

图2 JY1井测井综合柱状图Fig.2 Comprehensive well logging profile of the Well JY1

表1 各元素测井特征与沉积水体深浅变化对应关系Table 1 Relationship between the logging characteristics of each element and the change of depositional water depth

需要特别注意的是，井研地区麦地坪组顶部发育10余米厚的灰色-深灰色粉砂岩-泥质粉砂岩，见包卷层理、撕裂泥粒等典型重力流沉积构造[11](图3-C、D)。由于陆棚沉积长期处于沉积物供给远小于可容空间变化，在较深水沉积环境中，重力流一般发育于海平面相对下降较快速时期；或由于水动力作用形成重力流造成该时期海平面相对下降[12]。

2.2 高分辨率层序地层划分

通过各层序界面识别，对研究区各井进行高分辨率层序地层划分。与资阳地区位于拉张槽内部发育完整层序的ZY1井对比发现，各井长期及中期旋回发育情况基本相似，但中期旋回MSC2上升半旋回发育情况存在较大差异：该半旋回在JS1井和JY1井不发育，JY2井发育很薄。对比ZY1井完整发育的MSC2上升半旋回，短期层序在该半旋回中JS1井和JY1井SSC6～SSC9上升半旋回缺失，JY2井SSC6～SSC8缺失(图4)。

2.3 等时地层格架

以短期旋回为最小单元，建立等时地层格架(图5)。对比发现，ZY1井位于拉张槽内部，发育完整的沉积层序。沉积主要受古地貌控制，均位于埃迪卡拉纪岩溶谷地古地貌及兴凯地裂运动形成的拉张槽范围内。

MSC1沉积时期各井各短期旋回均正常发育，井研地区和ZY1井一样，位于岩溶谷地较低部位，沉积古地理位置相当。MSC2上升半旋回时期，井研地区底部SSC6～SSC9不同程度缺失，说明此时该区域沉积部位相对较高，位于拉张槽西侧斜坡带，且JS1井和JY1井高于JY2井，其沉积古地理明显呈阶梯状。研究区位于拉张槽西侧斜坡，主要受控于兴凯地裂运动形成的拉张槽及其范围。

图3 麦地坪组-筇竹寺组层序界面Fig.3 Sequence boundary of Maidiping Formation and Qiongzhusi Formation(A)明心寺组白云岩与筇竹寺组浅灰色泥质粉砂岩整合接触,重庆秀山; (B)筇竹寺组灰黑色页岩与麦地坪组灰色泥质粉砂岩突变面,JY2井,深度3 722.9 m; (C)筇竹寺组灰色粉砂质页岩,见包卷层,JY1井,深度3 586.95 m; (D)浅灰色钙质粉砂岩中泥砾顺层发育,JY1井,深度3 537.8 m

3 沉积模式

根据井研地区麦地坪组-筇竹寺组高分辨率短期旋回划分对比及等时地层格架，结合沉积背景[13-15]，建立井研地区麦地坪组-筇竹寺组沉积模式(图6)。

MSC1沉积时期，研究区各井均发育完整的沉积序列，沉积主要受埃迪卡拉纪岩溶谷地古地貌控制。此时的沉积主要发育于岩溶谷地中，对其进行填平补齐。研究区各井MSC1沉积厚度与ZY1井相当，表明井研地区与资阳地区此时位于相似的沉积古地理位置，均位于岩溶谷地底部。

MSC2沉积时期，JS1井和JY1井缺失情况相同，均缺失SSC6～SSC9上升半旋回；而JY2井缺失SSC6～SSC8，SSC9上升半旋回正常发育。当受到兴凯地裂运动壮年期影响形成大规模快速海侵时，海平面快速阶段式上升，JY2井较JS1井和JY1井更早开始进入沉积过程。JY2井这一时期的古地理位置略低于JS1井和JY1井。此时，虽整个川南地区均被较深海水覆盖，发育陆棚沉积，但研究区古地理位置略高，位于斜坡中部。井研地区各井SSC6～SSC9缺失情况说明拉张槽西侧宽缓，呈阶梯状。构造运动使沉积中心向东发生部分偏移，使MSC1沉积时期两侧相对较对称的岩溶谷地地貌变化为两侧不对称的、具有阶梯状斜坡且西缓东陡的拉张槽古地貌。

MSC3沉积时期是在MSC1～MSC2沉积时期已经将溶蚀谷地及拉张槽进行填平补齐的基础上，进入正常宽缓的西浅东深的陆棚相沉积体系。研究区位于西侧较高部位，主要发育浅水陆棚沉积。海平面短暂上升时，发育少量深水陆棚沉积。

4 结 论

a.元素测井中的单元素及元素比值综合分析，在泥页岩高分辨率层序地层划分中能够发挥非常重要的作用，有助于短期层序精确划分。

b.研究区MSC2上升半旋回沉积时期，各井各短期旋回发育情况有所差异，JS1井和JY1井SSC6～SSC9缺失，JY2井SSC6～SSC8缺失。这种差异受控于兴凯地裂运动形成的拉张槽及其范围。

c.研究区MSC1时期主要继承埃迪卡拉纪岩溶谷地古地貌，沉积与ZY1井相似；MSC2时期受兴凯地裂运动形成的拉张槽影响，位于拉张槽西侧呈阶梯状西高东低的宽缓斜坡带中部，古地理位置较ZY1井略高。2个沉积时期沉积中心发生了一定程度的偏移。