四川盆地高磨地区寒武系沧浪铺组碳酸盐岩颗粒滩地震响应特征及展布规律

李珊珊，姜鹏飞，刘 磊，3，雷 程，曾云贤，陈仕臻，3，周 刚

（1.成都理工大学沉积地质研究院，成都 610059；2.中国石油西南油气田公司，成都 610051；3.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059；4.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，成都 610041）

0 引言

针对四川盆地震旦系—寒武系地层的勘探迄今已有50 余年的历史［1］。近年来，川中古隆起高磨地区寒武系龙王庙组油气勘探获得重大突破，揭示了四川盆地寒武系具有巨大的勘探潜力。寒武系烃源岩层段是页岩气赋存层段，主要发育于寒武系筇竹寺组，有效储层主要位于下寒武统龙王庙组颗粒滩白云岩和中寒武统洗象池组岩溶白云岩中［2］，且下寒武统筇竹寺组泥岩和中寒武统高台组膏盐岩又是良好的盖层，因而该区具备良好的生-储-盖组合［3-5］。以往研究人员对于四川盆地下寒武统沧浪铺组的研究大多侧重于整个盆地的沉积特征及储层分布，对高磨地区沉积微相及演化特征缺乏精细研究。风险探井JT1 井在兼探下寒武统沧浪铺组过程中获得高产工业气流，表明沧浪铺组的天然气勘探前景广阔，具备成为四川盆地后备勘探领域和接替层系的潜力。徐伟等［6］的研究表明，四川盆地下寒武统沧浪铺组沉积时期主要以浅海陆棚沉积为主，陆源碎屑的进积与波浪作用是混合沉积发育的主控因素，致使盆内颗粒滩分布规律复杂，因此对碳酸盐颗粒滩展布特征的研究显得不可或缺［7］。

基于高磨地区三维高分辨率地震及钻测井资料，通过选取多口典型井的岩心描述，结合地震属性分析［8］，开展碳酸盐岩颗粒滩地震反射特征研究，以揭示高磨地区沧浪铺组碳酸盐岩颗粒滩展布规律及主控因素，为混积陆棚背景下的碳酸盐岩颗粒滩预测提供新的思路，以期进一步指导高磨地区深层海相地层的勘探与开发。

1 地质概况

四川盆地位于扬子准地台西北侧，是一个菱形构造-沉积叠合盆地［9-10］（图1）。在沧浪铺组沉积时期，有汉南、摩天岭、泸定和康滇4 个古陆在不同时期为盆地提供物源，绵阳—长宁拉张槽和川中水下高地共同控制盆地内的沉积相分布［1，11-12］。根据沧浪铺组上下地层不同的岩性组合特征，将其自下而上划分为沧一段和沧二段。沧一段沉积时期，受西北侧物源影响，在德阳—安岳裂陷槽西侧发育碎屑岩陆棚沉积，裂陷槽内部逐渐被填平补齐形成棚内洼地，向东逐渐过渡为混积浅水陆棚；沧二段沉积时期，海平面大规模下降、盆地周边古陆规模扩大、向盆地输送的陆源碎屑逐渐增多，在乐山—龙女寺水下高地隆起和德阳安岳裂陷槽填平补齐的共同影响下，裂陷槽内部的棚内洼地范围逐渐缩减，在横断处及盆地其他区域均发育碎屑岩浅水陆棚沉积［12-15］。

图1 四川盆地高磨地区构造位置（a）及寒武系沧浪铺组岩性地层综合柱状图（b）Fig.1 Structural location of Gaoshiti-Moxi area（a）and stratigraphic column of Cambrian Canglangpu Formation（b）in Sichuan Basin

高磨地区位于四川盆地中部，北临遂宁市，南抵合川市，西达安岳县，东至广安市，面积约2.7×104km2，构造上属于川中古隆平缓带中西部的乐山—龙女寺古隆起［16-17］。沧浪铺组地层在高磨地区与下伏筇竹寺组整合接触，其中沧一段碳酸盐岩较为发育，以粉砂质泥岩夹薄层灰岩，灰色白云质粉砂岩、鲕粒云岩、砂质云岩互层的混合沉积为主；沧二段顶部与上覆龙王庙组整合接触，以泥岩、砂岩、泥质砂岩等碎屑岩沉积为主［7，12］。两段岩性的快速变化反映了沧浪铺中期周缘古陆发生快速隆升，研究区陆源碎屑自北部和西部大量注入，使碳酸盐岩沉积迅速转变为碎屑岩沉积。

2 沉积微相组合及地震反射特征

四川盆地高磨地区寒武系沧浪铺组经历了2次海平面升降旋回，发育多种沉积微相，依据混积陆棚沉积特征、井震资料与前人划分方案［14-15，18］，综合考虑地震反射振幅、频率、连续性等参数，共识别出4 类主要的地震反射特征，结合其地质含义，明确其对应的4 种沉积微相组合［12］。

2.1 单轴强振幅、中频、中连续反射

（1）地震反射特征。该类地震反射为单轴的强波峰反射，地震反射特征表现为亚平行结构，强振幅，频率为中频，内部同相轴较稳定，较连续性较好（图2）。

图2 四川盆地高磨地区寒武系沧浪铺组地震相及沉积成因Fig.2 Seismic facies and sedimentary genesis of Cambrian Canglangpu Formation in Gaoshiti-Moxi area，Sichuan Basin

（2）测井曲线特征。自然伽马（GR）曲线的形态为下部呈漏斗形上部呈钟形的组合特征（图3a），漏斗形GR值自下而上逐渐降低，沧一段发育鲕粒灰岩，GR值最低可达23 API，向上逐渐过渡为钟形，GR值逐渐增大，曲线呈齿状，底部渐变顶部突变，GR值最大可达162 API。声波时差（AC）曲线呈锯齿状，整体为中—高值，局部呈箱形低值对应GR曲线低值井段，AC平均值为56 μs/m。

（3）沉积背景与微相组合。单轴强振幅中频高连续反射对应的岩性组合为鲕粒灰岩—白云质泥岩—白云岩（沧一段），云质粉砂岩—粉砂岩—粉砂质泥岩（沧二段）。测井上齿化的漏斗形形-钟形GR曲线组合样式指示为水体动荡与频繁变化的沉积环境，水体先变浅再变深。其中沧一碳酸盐岩段，曲线底部突变顶部渐变，GR值向上逐渐降低并保持稳定，光滑程度为指状，向上曲线幅度变小，粒度变粗，灰岩逐渐过渡为白云岩。地震相上亚平行的强峰指示在沧浪铺组地层内波阻抗及其岩性发生了较大的变化，在过井处可见强波峰—波谷的亮点反射特征，可能由于碳酸盐岩层附近发生了岩性突变。综合以上分析认为，单轴强振幅、中频、高连续反射对应云质陆棚-颗粒滩-滩间海-砂泥质陆棚的沉积微相组合。

2.2 单轴强振幅、低频、高连续反射

（1）地震反射特征。该类地震反射为单轴中强波峰变为复波反射，地震反射特征表现为亚平行—波状结构，振幅强中变弱，频率由中频变为低频，同相轴连续性变好（图2）。

（2）测井曲线特征。GR曲线的形态为复合形与钟形的组合特征（图3b），下部复合形（漏斗形形-箱形）自然伽马曲线呈齿状，其数值向上降低，后呈齿化箱形并保持稳定，箱形曲线顶部与沧二段测井曲线呈突变接触，该段曲线整体呈钟形，光滑程度为锯齿状，GR值自下而上逐渐增大，最大可达175 API，而后GR值降低，呈齿状加积式沉积。AC曲线为指状—锯齿状，整体为中—高值，局部出现低值跳跃现象，对应GR曲线低值井段，AC平均值为54 μs/m。

（3）沉积背景与微相组合。复合波峰地震反射对应的岩性组合为泥质粉砂岩—鲕粒灰岩—泥质白云岩（沧一段），粉砂质泥岩—泥质粉砂岩—泥质白云岩（沧二段）。测井上复合形-钟形GR曲线组合样式指示水体先浅后深再变浅；在沧一碳酸盐岩段曲线下部为指状漏斗形，代表水动力频繁动荡并向上逐渐增强，沉积物粒度逐渐变粗。当GR值达到最低值时开始有鲕粒灰岩沉积，向上逐渐过渡为粉晶云岩、泥质云岩沉积，泥质沉积物含量相对增加。通过过井岩心薄片及测井曲线可看出，MX107井整体上孔隙度较低，只在鲕粒灰岩发育段孔隙度明显增加，地震同相轴由高频变为低频，由强振幅变为中—弱振幅，结合钻井岩性资料显示出该井发育孔隙度较高的鲕粒灰岩。综上分析认为，强振幅、低频、高连续反射对应灰质陆棚-云质陆棚-颗粒滩-砂泥质陆棚的沉积微相组合。

2.3 双轴强振幅、中高频、强连续和中振幅、高频、弱连续反射

（1）地震反射特征。具体特征为2 条同相轴近乎平行，上部为中高频、强振幅、同相轴稳定且连续，下部则为高频、中振幅、弱连续特征（图2）。

（2）测井曲线特征。由于碎屑岩和碳酸盐岩高频互层沉积，泥质含量变化较大，GR曲线下部表现为尖峰或圆滑的指形，上部曲线整体呈漏斗形，GR值在底部变化较小，顶部变化频繁并逐渐降低。

（3）沉积背景与微相组合。MX9 井对应的岩性组合为粉砂岩—泥质灰岩—页岩—灰质白云岩（沧一段）、泥岩—页岩—泥质粉砂岩（沧二段）（图3c）。沧一段指形曲线指示水动力变化频繁，GR曲线上部呈齿状且数值变化较小，反映其为加积式沉积，碳酸盐岩与碎屑岩互层发育；地震相上可见一强一弱的同相轴，表明该井段岩性可能发生多次改变，对应钻井数据揭示其岩性为以碳酸盐岩为主的混积岩夹于上下2 套较纯的碎屑岩中。由此认为，双轴强振幅、中高频、高连续和中振幅、高频、弱连续反射对应泥质陆棚-云质陆棚-灰质陆棚-泥质陆棚-砂泥质陆棚的沉积微相组合。

2.4 双轴强振幅、中频、中连续反射

（1）地震反射特征。以GK1 井为例，地震反射大致平行，反射特征为近似相同的2 条同相轴，地震反射特征具体表现为亚平行结构、强振幅、中频、同相轴较稳定且连续性强。

（2）测井曲线特征。GR曲线形态为复合形（齿化箱形-漏斗形），沧一段GR曲线呈多个齿化箱形在垂向上叠置，曲线向上逐渐过渡为漏斗形，并且整体自然伽马值自下而上逐渐降低。曲线形态呈锯齿状，向上逐渐变为指状（图3d）。

图3 四川盆地高磨地区典型井寒武系沧浪铺组沉积相岩性地层综合柱状图Fig.3 Stratigraphic column of Cambrian Canglangpu Formation of typical wells in Gaoshiti-Moxi area，Sichuan Basin

（3）沉积背景与微相组合。据岩心观察，GK1井垂向上对应的岩性组合为粉砂岩—泥岩—粉砂质灰岩—泥质白云岩（沧一段），粉砂质白云岩—粉砂质泥岩—粉砂岩（沧二段）。沧一段对应的测井GR曲线呈齿化箱形、自然伽马值较低，表明当时水动力较强，泥质含量少，对应碳酸盐岩沉积，而曲线上部呈漏斗形、总体GR值较高，对应大套的碎屑岩沉积，对应井段岩心主要为粉砂岩、泥岩等；地震剖面上的双强相位通常是由碎屑岩、碳酸盐岩、泥岩的交互沉积地层反射。由此认为，双轴强振幅、中频、中连续反射对应含泥粉砂质陆棚-灰质陆棚-云质陆棚-粉砂质陆棚的沉积微相组合。

3 地震属性平面特征

通过对四川盆地高磨地区寒武系沧浪铺组4种地震反射特征的识别及其微相组合的划分，可看出单轴强振幅、中频、中连续反射和强振幅、低频、高连续反射与颗粒滩的发育具有较好的对应关系，其中前者所对应的云质陆棚-颗粒滩-滩间海-砂泥质陆棚沉积微相组合，碳酸盐岩质颗粒滩最为发育。基于此，结合地震属性平面特征，对颗粒滩平面展布特征进行进一步研究。

3.1 相位分析与切片扫描

本文所使用的地震数据未经过90° 相位化处理，由于沧浪铺组存在碳酸盐岩到碎屑岩的转化界面，该界面的反射特征与地震同相轴之间可直接对应，因此标准的零相位地震数据可适用于沧浪铺组的岩性解释。研究区沧浪铺组内部地震同相轴以高—中连续、亚平行为主。在地层切片扫描过程中，选取连续的、具有等时地质意义的地震反射同相轴作为参考。本次研究选取沧一段底界面作为参考层，在对其精细解释的基础上，再以5 ms 时间间隔进行一系列地层切片扫描，目的是筛选出能体现沧一段碳酸盐岩颗粒滩横向变化特征的切片。

3.2 属性提取

地层岩性的变化会引起波阻抗的变化，同时也会引起地震波运动学和动力学特征（能量特征、相位特征、频率特征等多方面信息）的变化［19］，因此，在储层预测时，通常采用地震振幅沿层切片的方法来反映储层的平面变化［20］。根据识别出的颗粒滩典型地震反射特征，在众多地震属性中，选取均方根振幅属性和频率属性对颗粒滩平面分布进行刻画。

频率类地震属性可较好地反映碳酸盐岩储层的发育及流体特征，当生物礁储层发育时，地震频率会发生明显的衰减，显示低频特征。在地震频率平面图上，绿色和蓝色区域为瞬时频率低值区，红色和黄色区域为瞬时频率高值区，在颗粒滩发育的位置频率衰减较快，普遍呈现低频现象（图4a）。低频区沿磨溪隆起展布，同时在研究区南部也可见北东向展布的低频区，显示该区可能存在较好的滩相储层［21］。

图4 四川盆地高磨地区寒武系沧浪铺组一段颗粒滩地震属性及剖面（a）均方根振幅属性；（b）频率属性；（c）测线AA'地震剖面；（d）测线BB'地震剖面Fig.4 Seismic attributes and section of the first member of Cambrian Canglangpu Formation in Gaoshiti-Moxi area，Sichuan Basin

均方根振幅对振幅变化的敏感性很强，可增强振幅属性的对比度，同时又可以反映特定时窗内振幅变化的平均水平，其数值大小跟流体性质、储层性质以及岩石成分密切相关［22］。因此利用沿层均方根振幅切片可以定性预测地质体的大致范围。

基于均方根振幅（RMS）平面图，将RMS 属性分为强、中、弱3 类地震相区（图4b）。其中强RMS对应图中黄—白色，在平面上呈北东向连片分布，地震剖面上强RMS 区域主要对应单轴强振幅、中频、中连续反射和单轴强振幅、低频、高连续反射区。中RMS 区对应图中橘红色部分，零星分布在高值异常带周围，通过跨研究区的地震剖面可知，中RMS 区主要为双轴强振幅、中高频、高连续和中振幅、高频、弱连续反射。弱RMS 区在图中显示为绿色—蓝色，其大面积分布于研究区东侧，从剖面上可见弱RMS 区主要是双强相位地震反射。综上所述，RMS属性与颗粒岩存在较好的对应关系［23-24］。

4 沉积微相特征

在对四川盆地高磨地区剖面进行地震相识别和划分的基础上，通过对相关地震属性的分析，利用高精度三维资料，优选均方根振幅和频率属性对高磨地区沧浪铺组颗粒滩沉积特征进行刻画。颗粒滩具有低频、强均方根振幅特征，通过将RMS 属性图与频率属性图叠合，可精细刻画颗粒滩的空间展布（图5）。

图5 四川盆地高磨地区寒武系沧浪铺组一段颗粒滩平面分布Fig.5 Distribution of shoals of the first member of Cambrian Canglangpu Formation in Gaoshiti-Moxi area，Sichuan Basin

在沧浪铺组沉积时期，高磨地区整体属于浅海陆棚相，其中沧一段以混积陆棚亚相为主，在靠近陆源西部，发育碎屑浅水陆棚相；由于受到筇竹寺组快速海侵的充填，德阳—安岳裂陷槽逐渐演化为棚内洼地，以泥质碎屑充填为主，该洼地以东区域，碎屑物质输送减少，碳酸盐岩开始发育，沉积了一套以鲕粒灰岩、泥质白云岩、含泥粉砂岩为主的混积陆棚亚相地层。高磨区块大量发育碳酸盐岩颗粒滩，主要分布在磨溪—高石梯断裂以东并围绕着高石梯、磨溪古隆起呈北东—南西向展布。基于钻井岩性及地震剖面可知：AP1 井、BL1 井、MX107 井的沧浪铺组地层位于颗粒滩的滩缘，发育一套5～15 m 厚的鲕粒灰岩；磨溪古隆起核心附近的MX8 井的沧浪铺组主要发育颗粒云岩；研究区西侧的MX23井附近的沧浪铺组颗粒滩主要由生屑云岩组成。研究区沧浪铺组的颗粒滩体形态为条带状或不规则状，长轴方向近似平行于古隆起边界，说明古隆起与颗粒滩的空间分布具有很好的对应关系。

5 控制因素

5.1 海平面变化

相对海平面升降变化对碳酸盐岩颗粒滩沉积特征具有明显控制作用［25］，由于海平面的升降会引起海水深度、动荡程度以及水动力条件的变化，从而导致沉积界面能量的变化，且颗粒滩体发育需要较高能量的沉积环境，所以海平面变化控制着颗粒滩体的发育特征［26-27］。研究结果表明，高磨地区沧浪铺组由2 个三级海平面变化旋回构成（参见图1），并存在多个次一级的周期性海平面升降变化，具有多旋回高频率震荡特征［13，28-29］。沧一段沉积时期的快速海侵使沉积界面处于浪基面之下，沉积能量降低，因而下部通常沉积泥岩和钙质泥岩等细粒碎屑岩。海退期，由于高磨地区受乐山—龙女寺古隆起发育影响，并伴随海平面缓慢下降，沉积水体变浅，沉积界面处能量升高，颗粒滩开始发育。在波浪和潮汐作用下，位于高石梯、磨溪古隆起高能带上的颗粒滩滩体纵向多次叠加，横向变化快，最终形成一个向上变浅的沉积序列［26，30-31］。沧二段沉积时期，由于汉南古陆抬升地表，陆源物质自西部和北部向盆地内大量输入，而德阳—安岳棚内洼地内大部分区域已被填平，从而碎屑物质进入裂陷槽以东区域，使得研究区内原混积陆棚演变为碎屑浅水陆棚［7］。

5.2 古地貌

沉积期古地貌差异控制了滩体平面展布以及沉积相的发育［26，32-33］。通过对地震剖面使用层拉平的方法可恢复沧浪铺组沉积时期的古地貌形态，该沉积期内，研究区存在北西—南东向的隆起区（MX8，MX17，BL1，MX107 等井区）和南西方向的洼陷区（GS23，GS6，GS19等井区）（图6）。综合分析可知：高磨地区沧浪铺组颗粒滩展布规律与古地貌关系密切，沧浪铺组颗粒滩呈条带状集中分布于地貌高部位。结合四川盆地构造演化史研究发现，高磨地区自震旦纪至今一直处于古隆起高部位，其在桐湾期逐步形成雏形，直至寒武纪龙王庙组沉积时期古隆起持续保持隆升发育趋势［34］，使得地貌高部位水动力较强，有利于颗粒滩的形成。颗粒滩最发育区位于古地貌呈北西—南东向展布的地貌高部位，而在地貌低部位和古地貌斜坡带，颗粒滩发育程度相对较弱。

图6 四川盆地高磨地区寒武系沧浪铺组层拉平剖面Fig.6 Horizon-flattening section of Cambrian Canglangpu Formation in Gaoshiti-Moxi area，Sichuan Basin

5.3 物源供给

物源对混合沉积的影响主要表现在物源供给量和供给方向。物源供给量对混合沉积发育规模产生影响，而物源供给方向则对混合沉积发育的平面展布状态产生影响［35］。沧一段沉积时期，在靠近物源的棚内洼地区，地形坡度较大，且陆源碎屑供给量远大于对混积浅水陆棚的物源供给，从而使碳酸盐岩的发育受到抑制（参见图1），因而主要发育以砂岩为主的碎屑岩沉积。在远离物源区的混积陆棚相发育区，由于德阳—安岳裂陷槽在沧一段沉积时期还未填平，碎屑物质多在裂陷槽内沉积，极少量碎屑沉积物被带到研究区东侧，与此同时，高磨地区存在一个古隆起，阻挡了陆源碎屑的注入，使得研究区中东部发育碳酸盐岩沉积。沧二段沉积时期，由于汉南古陆的抬升，摩天岭古陆和汉南古陆向盆地内部大量注入物源，拉张槽填平补齐后，泸定古陆向南部隆起，范围扩大，向盆地内大量输送碎屑沉积物，从而使得高磨地区沧浪铺组在垂向沉积序列上表现为大套的碎屑岩夹少量薄层的碳酸盐岩。

6 结论

（1）从四川盆地沧浪铺组在高磨地区的地震剖面上识别出4 种地震反射特征，分别对应4 类沉积微相组合，其中强振幅、低频、高连续反射对应的沉积微相组合的颗粒滩最为发育。

（2）沧浪铺组颗粒滩多分布于沧一段上部，平面上分布于高磨断裂以东，并围绕研究区内2 个隆起区呈北东东和北北西向分布，形态为条带状或不规则状，长轴方向近似平行于古隆起边界。

（3）高磨地区寒武系沧浪铺组颗粒滩的发育主要受海平面变化和古地貌的双重控制，同时也受到物源供给影响。海平面变化控制颗粒滩发育特征，古地貌变化控制颗粒滩展布范围，而物源的供给则对颗粒滩的分布区域具有影响。