塔河桑塔木地区石炭系卡拉沙依组层序地层及砂体发育特征

谢才铸，傅 恒，朱梦琦，王文博

(成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059)

0 引言

塔河油田为中国第一个大型古生界海相碳酸盐岩油田[1-3]，其油气主要产自下古生界奥陶系碳酸盐岩[4-7]。塔河地区石炭系卡拉沙依组碎屑岩地层具有良好的油气显示。石炭系卡拉沙依组逐渐成为塔河地区油气勘探开发的潜力地层之一，为塔河油田高产稳产提供支撑作用[8-9]。

人们对塔河石炭系卡拉沙依组层序地层、沉积体系等进行研究。根据岩心、测井和地震等资料，崔金栋等[10-11]对塔河局部地区展开研究，将卡拉沙依组划分为3个三级层序，并在层序格架内部建立陆架型扇三角洲、潮坪及碳酸盐岩台地沉积体系；根据地震和钻井层序地层分析，王家豪等[12]将塔河石炭系卡拉沙依组和巴楚组划分为3个三级层序，其中卡拉沙依组砂泥岩段划分为2个三级层序，其内部发育障壁岛—潟湖、潮控碎屑滨岸、辫状河三角洲沉积体系，由于缺乏岩石取心，对沉积相的划分不够充分；根据井震资料，徐微等[13]建立塔河油田石炭系卡拉沙依组的高精度层序地层格架，将卡拉沙依组划分为2个三级层序，并在层序格架内部建立三角洲和潮坪相交互沉积体系；结合测录井、古生物、地球化学等资料综合分析,钟大康等[14-15]在塔河南部石炭系卡拉沙依组建立河口湾性质的潮坪沉积体系。

塔河桑塔木地区石炭系卡拉沙依组的层序地层及沉积相存在争议，储层砂体的发育特征认识不清。以层序地层学理论为指导，笔者综合利用塔河桑塔木地区地震、测录井资料，建立石炭系卡拉沙依组层序地层格架，阐明沉积相及砂体的发育特征，为塔河地区石炭系研究及勘探提供指导。

1 区域地质概况

2 层序地层特征

2.1 层序界面识别

2.1.1 二级层序界面

2.1.2 三级层序界面

三级层序界面(侵蚀不整合)是海平面下降形成的层序不整合界面。主要表现为垂向上岩性岩相突变，多为界面下伏沉积水深相对较深的岩相突变为上覆沉积水深相对较浅的岩相。

SB5为石炭系下统卡拉沙依组上泥岩段与砂泥岩段的分界面，界面下伏地层为上泥岩段(C1k6)的泥质砂岩与粉砂岩，界面上覆地层为砂泥岩段(C1k5)的中到薄层泥岩。GR曲线自下而上表现为突变，界面之下GR曲线表现为低幅齿形；界面之上GR曲线表现为中高幅指形、齿形等(见图3)。SB5在地震剖面上连续性较好，振幅较强，区域易对比追踪，同时上下地层具备中振幅的反射特点(见图2(a))。

SB4—SB1为卡拉沙依组砂泥岩段中岩性亚段的分界面，界面之下沉积砾岩或砂岩，界面之上沉积泥岩，垂向上表现为下粗上细，为岩性岩相转换面。界面之下SP与GR曲线呈箱形、钟形、指形等，界面之上SP与GR曲线突变为靠近泥岩基值的平直状(见图3)。界面地震反射特征为中—弱振幅，连续性为中—差，区域上对比追踪度一般，同时在层序界面之下可见明显的削截反射特征(见图2(a))。

2.2 最大海泛面识别

受发育条件的限制，研究区卡拉沙依组沉积期位于陆架坡折带之上，不发育低位体系域，只发育海侵体系域与高位体系域，以最大海泛面为界。SQ6内部最大海泛面在地震剖面上为连续反射的强轴(见图2(a))，测井曲线上表现为由下到上GR曲线由低幅变为中高幅(见图3)。SQ5—SQ1内部最大海泛面在地震剖面上为连续反射的强轴或连续前积下超收敛(见图2)，在测井曲线上位于GR曲线突变处，SP曲线由靠近泥岩基线的平直或低幅突变为指形、箱形中高幅(见图3)。

2.3 三级层序内部特征

三级层序形成的主控因素为全球海平面变化，古生物及钙元素变化反映三级海平面变化有关旋回特点，也间接证明全球海平面变化与工区石炭系卡拉沙依组三级层序划分的可对比性[25-26]；卡拉沙依组内部三级层序发育时期，该地区构造运动较弱，三级层序发育主要受海平面变化控制。综合年代地层、岩石地层、地震地层研究成果，结合区域构造运动分析，桑塔木地区石炭系卡拉沙依组发育于1个二级层序内部，其中砂泥岩段自下而上划分为5个三级层序(SQ5—SQ1)，每个三级层序平均时限约为2.4 Ma，上泥岩段划分为1个三级层序(SQ6)。每个三级层序根据最大海泛面划分为海侵体系域(TST)与高位体系域(HST)(见图4)。

SQ6对应卡拉沙依组上泥岩段，在国际地层表上对应整个维宪阶，沉积时间为16.0 Ma[26]，但沉积厚度不足100 m，推测经历较长时间的剥蚀。海侵体系域底部为三级层序界面，顶部为最大海泛面，内部发育浅海陆棚沉积，岩性主要为泥岩；高位体系域底部为最大海泛面，顶部为三级层序界面，内部发育退积型前三角洲沉积，岩性主要为砂泥岩(见图4)。

SQ5—SQ1对应卡拉沙依组的砂泥岩段，在国际地层表上处于谢尔普霍夫阶和巴什基尔阶，沉积时间为12.8 Ma[26]，海侵体系域底部为三级层序界面，顶部为最大海泛面，内部发育进积型前三角洲沉积，岩性主要为泥岩；高位体系域底部为最大海泛面，顶部为三级或二级层序界面，内部发育退积型三角洲平原—三角洲前缘—前三角洲沉积，岩性主要为砂砾泥混杂沉积(见图4)。

3 砂体发育特征及控制因素

3.1 砂体类型

石炭系卡拉沙依组砂体主要发育分流河道和水下分流河道微相。其他微相如河口坝、席状砂、决口扇等占比小或不发育，不能构成有效储层。

分流河道砂体主要分布在SQ5—SQ1高位体系域三角洲平原亚相中，是辫状河三角洲平原的辫状河道。取心资料显示，分流河道主要为砂砾混杂沉积。沉积物分选差，通常砂砾混杂，粒度较粗，多含砾石，砾石以次圆状为主，发育冲刷面，可见砾岩定向排列(见图5(b-d))。垂向上常以多个正粒序叠置为主，局部层段自下而上构成砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩完整的向上变细的正韵律特征。SP和GR曲线表现为齿化箱形、钟形[27]、指形、低幅齿形及平直线形等(见图5(a))。地震反射特征表现为楔状外形、前积构型、中振幅，连续性为中—差，为中频反射(见图6)。

水下分流河道砂体主要分布在SQ5—SQ1高位体系域三角洲前缘亚相中，是三角洲平原分流河道的水下延伸部分[28]。取心资料显示，分流河道沉积物主要为中、细砂岩，一般不含砾石，常见泥砾，发育平行层理、交错层理、砂纹层理和冲刷面等(见图5(e-g))。垂向上常以多个正粒序叠置为主，局部层段自下而上构成含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩、泥岩完整的向上变细的正韵律特征。SP和GR曲线多表现为箱形、漏斗形和齿形(见图5(a))。地震反射特征表现为席状外形、亚平行，强—中振幅，连续性为好—中，为中频反射(见图6)。

3.2 砂体发育控制因素

构造沉降、全球海平面变化、物源供给等控制层序的发育[29-32]，从而控制砂体发育[33]。

构造运动对层序控制主要集中在两个部分，一是塔里木盆地石炭纪—二叠纪中世(残余)弧后裂陷盆地演化阶段形成的平坦古地貌，盆地北部与南部边缘形成大片的构造隆升剥蚀区，为卡拉沙依组沉积提供物源区。二是海西晚期与印支早期的两次构造运动对卡拉沙依组顶部地层产生剥蚀，下三叠统柯吐尔组湖相泥岩超覆在下石炭统卡拉沙依组碎屑岩上，对沉积控制较小，主要控制顶部二级层序界面的形成。

三级海平面升降旋回控制三级层序发育，进而控制三级层序内部的沉积特征与砂体发育。研究区在巴楚组双峰灰岩沉积后地势平坦，SQ6发育期，相对海平面快速上升和下降，海侵体系域发育较厚的陆棚泥质沉积，高位体系域发育进积型前三角洲泥质沉积。SQ5—SQ1海侵体系域发育期，相对海平面快速上升，形成以海泛泥质沉积为主的退积型前三角洲。SQ5—SQ1高位体系域发育期，相对海平面从最大海泛面开始缓慢下降，期间发生几次小规模的升降(见图4)，发育进积型辫状河三角洲沉积体系，三角洲前缘相带扩大，发育从北向南流向的分流河道、水下分流河道，但是辫状河三角洲发育期相对短，形成多期河道叠置，造成两种砂体展布呈现交叉变化。同时，来自北部塔北剥蚀区物源供给不充分，造成砂体厚度相对薄。

3.3 砂体发育规律

在地震剖面上，根据砂体反射特征与测井曲线的精细对比，刻画砂体的发育构型特征。研究区卡拉沙依组三级层序内部沉积特征表现为下细上粗的二元沉积特征。SQ5—SQ1内部以最大海泛面为界，海侵体系域整体发育退积型前三角洲泥质沉积；高位体系域发育进积型三角洲平原砂砾质沉积、三角洲前缘砂质沉积。砂体发育集中在SQ5—SQ1高位体系域中，主要发育分流河道与水下分流河道微相砂体(见图7)。

桑塔木地区卡拉沙依组辫状河三角洲平原分流河道、前缘水下分流河道砂体主要从北向南顺河流方向分布。分流河道砂体沉积时水体能量大，岩性以颗粒较大的砾岩、砂砾岩为主，纵向上，呈条带状相互叠加，横向上，砂体相互拼接，也有的呈叠加—孤立型，侧向上延伸不远。水下分流河道砂体沉积时水体能量相对较小，岩性主要为中—细砂岩，纵向上，砂体分布较宽，横向上，延伸比较广，砂体整体较厚，连续性好，顺物源方向砂体厚度呈明显减薄趋势。根据层序地层格架及井间地震反射特征，井间砂体的连通性比较好，砂体由北向南呈前积发育(见图7(a))。

4 结论

(1)塔河桑塔木地区卡拉沙依组划分为6个三级层序，其中上泥岩段划分为1个三级层序(SQ6)，砂泥岩段划分为5个三级层序(SQ5—SQ1)。每个三级层序内部进一步划分为海侵体系域(TST)与高位体系域(HST)。

(2)研究区卡拉沙依组主要发育辫状河三角洲、浅海陆棚沉积相及水下分流河道、分流河道微相砂体，两种微相主要发育于SQ5—SQ1的高位体系域。纵向上，分流河道砂体呈条带状相互叠加，横向上，砂体相互拼接，有的呈叠加—孤立型，侧向上延伸不远；纵向上，水下分流河道砂体分布较宽，横向上，砂体延伸比较广，整体较厚，连续性好，顺物源方向砂体厚度呈明显减薄趋势。

(3)研究区卡拉沙依组层序发育主要受构造运动、海平面升降和物源供给控制。其中构造沉降、全球相对海平面变化控制三级层序的发育及其内部结构特征，进而控制砂体发育；物源控制沉积物的充填，从而控制砂体垂向特征及演化规律。