塔里木盆地石炭系层序地层及油气
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发布时间：2022-04-22 13:41
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时间：2022-07-15 00:33
顾家裕
（中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院，北京 100083）
摘要 塔里木盆地是一个大型含油气盆地，具有丰富的油气资源和良好的勘探前景。石炭系是盆地中主要的含油气层系之一。根据地层关系和层序地层分析，塔里木盆地石炭系可划分成8个岩性段，3个层序。据层序分析认为其油源岩主要分布于西南部，厚约400m，其储层主要发育于海侵体系域下部，近200m（称为东河砂岩）和高位体系域的三角洲砂岩体。石炭系盖层发育良好，也是重要的区域性盖层之一。来自下古生界的油气聚集于该盖层以下，形成大、中型油气田。
关键词 层序边界 低位体系域 高位体系域 海侵体系域 海平面
1 引言
塔里木盆地是一个大型的含油气盆地，具有丰富的油气资源和良好的勘探前景。资源量达191亿t，占全国资源量的1/5。石炭系是盆地中主要的含油气层系，资源量约占全盆地的1/4。石炭系中已发现塔中4油田和东河塘油田。通过对石炭系层序地层研究，我们将进一步认识烃源岩、储层、盖层的分布规律，以便正确有效地发现更大的油气田。
2 石炭系沉积的构造背景
志留纪时塔里木盆地北缘拉张形成的南天山海盆，在石炭纪时开始收缩，一些地区的岩石组合显示此时以*沉积为主，广泛分布的含膏灰岩或膏质泥岩也指示石炭纪时为近乎封闭的海盆。盆地南侧，中昆仑山和塔里木陆块在前志留纪因碰撞作用而拼接在一起，西南部为一个被动*边缘。剖面对比说明石炭系为一海侵沉积系列。
塔里木盆地由塔西南克拉通边缘坳陷和塔里木克拉通坳陷组成。位于塔里木西南部的塔西南边缘坳陷，面积12.1万km2，属开阔台地相、台地边缘相和盆地斜坡相沉积，厚度约1000～2000m，塔里木克拉通坳陷是一个稳定沉降区，面积约40万km2，主要为滨岸和浅水台地相沉积，厚度500～1200m不等。应该强调的是下石炭统主要为灰白色的滨岸相砂岩，厚约100～200m及部分陆表海碳酸盐岩和碎屑岩沉积（图1）。
图1 塔里木盆地石炭系残余厚度图
3 塔里木盆地石炭系层序地层学
3.1 地层分布和岩性段划分
石炭纪地层主要在中部和西部，呈U形分布，从东至西厚度逐渐增加，东部及满西1井到塔中的低隆起区厚度分别为100～400m和400m，满加尔凹陷区厚度400～600m，和2井区及塔西南昆仑山前为800～1400m。
根据地层对比和层序分析，塔里木盆地石炭系可划分成8个岩性段，3个层序。这3个层序、8个岩性段在全盆地范围内可以对比。
第一岩性段（灰质泥岩段），为灰白色、灰色、黄褐色灰岩，泥岩和砂岩呈韵律性变化，在塔北地区主要由泥晶灰岩和部分生物礁屑灰岩组成，厚12～120m。
第二岩性段（砂质泥岩段），以灰白色、黄褐色砂岩、粉砂岩与灰色、绿灰色、暗紫褐色泥岩互层为特点，厚60～135m。
第三岩性段（上泥岩段），为浅灰色、浅褐色、暗紫色泥岩与薄层粉砂岩互层、灰质泥岩和泥质粉砂岩，厚度28～50m。
第四岩性段（双峰灰岩），岩石类型包括灰色泥晶灰岩、泥灰岩及与薄层泥岩的互层。在盆地内广泛分布，厚度稳定，为9.5～20.0m，可作为全盆地的标志层。
第五岩性（下泥岩段），为浅灰色、暗紫色和褐色泥岩、泥质粉砂岩与薄层粉砂岩互层。满加尔凹陷有厚层膏质岩，石膏层和泥质膏盐岩在和2井中发育，厚达43～110m。
第六岩性段（灰质白云岩段），主要为泥晶生屑白云质灰岩、泥晶白云岩、泥晶藻屑白云质灰岩等，钙屑灰岩、生屑亮晶灰岩、白云岩和灰岩呈韵律性变化，厚20～40m。
第七岩性段（泥岩段），以浅灰色泥岩、粉砂岩为主要岩性，岩性受沉积相控制，岩性变化大，厚度为20～45m。
第八岩性段（东河砂岩段），此段首先在东河塘地区发现而得名，主要为褐灰色、浅灰色细砂岩，中砂岩和粉砂质细砂岩，分选性好，厚80～200m。
3.2 层序边界的确定和层序划分
Van Wagoner等[1]指出沉积层序是以不整合和其相对应的整合为界的一套沉积层。划分层序的关键是确定层序边界。当层序边界确定后，位于两个边界之间的地层单元就是一个层序。
3.2.1 层序边界的确定
（1）从露头上可以发现下石炭统不整合地超覆于泥盆系、志留系等不同地质时代的地层之上。
（2）虽然在一些地方石炭系与泥盆系呈整合接触，但砂岩的岩性、成分、胶结程度是不同的。
（3）在小海子露头剖面上，在石炭系底部与泥盆系不整合面上发现一层长石风化形成的高岭土，它广泛分布于露头区，可视长度10m以上，这就是所谓的古土壤层。
（4）在地震剖面上，很清楚地显示出：石炭系切割下部地层，在塔北和塔东隆起上石炭系底部上超，上部削截，下石炭统明显侵蚀和充填于下伏老地层之上。
（5）在测井曲线上，岩性、岩相、古生物的突变及沉积旋回的变化，可以确定层序边界；测井曲线显示石炭系与下伏地层突变，可以与泥盆系、志留系乃至奥陶系、寒武系接触。在隆起区边缘，河流沉积直接覆盖于海相沉积之上。
（6）测井曲线的突变（声波测井曲线由低突然变高），说明有一个明显的速度变化，是界面的反映。
3.2.2 层序划分
根据层序边界的类型，石炭系可划分为三个层序，石炭系底是I型层序边界，其内部有两个Ⅱ型层序边界。
层序的类型反映，下部层序形成于全球海平面下降速率超过海岸坡折处的沉积速度，海水退至海岸坡折处以下，下切现象广泛出现于陆架，发现有盆底扇沉积，因而，层序I可以划分成三个体系域，即低位体系域、海侵体系域和高位体系域。石炭纪中晚期海平面下降速率略低于或相等于沉积速率，则形成层序Ⅱ、I。说明海平面下降很少，特别是在盆地中心区，海平面升降很难辨别，因此，我们在盆地中仅发现海侵体系域和高位体系域，而没有发现低位体系域沉积。
4 体系域特征
由于塔里木盆地主体部分的古生代构造相对稳定，地震反射剖面比较平直，因此盆地中划分层序比较困难。为了有效地划分层序和区别不同的沉积体系域，我们主要根据岩心及测井资料去标定地震剖面。
首先，用测井剖面上的井深与地震剖面上的时间建立对应关系，对有资料的地层建立声波层速度与岩性特征的关系。最后根据声波层速度、地震记录和岩性特征划分层序。在层序内部，根据其剖面反射结构特点，确定地震相，区分体系域。据地震相和沉积相的对应关系，从而确定沉积相的水平分布。
4.1 体系域的划分
H.W.Posamentier等人（1988）指出，沉积体系域是相对海平面变化的产物，虽然沉积体系域指示地层在剖面上的位置，但在低位体系域中，海平面迅速由A点下降到B点，由B点缓慢下降至C点，由C点缓慢上升到D点，会形成盆底扇、斜坡扇、低位楔。当海平面快速由D点上升到E点时，会形成海侵体系域。海平面又缓慢上升到F，后又缓慢降落到G则形成高位体系域。
由上述可以看出，要区分三个体系域的关键是确定海平面迅速下降的起始点（面）、迅速海侵的起始点（面）和最大海泛面。
地质历史中海平面的变化表现在两个方面：海洋沉积物向*进侵或远离*，或发生岩性变化。我们发现把第一个上超点作为快速海侵点（面），然后向上追踪海侵点，可以确定最大海泛面。从层序底部至第一个上超点的沉积单元，则为低位体系域；第一个上超点至最远的一个上超点之间的沉积单元为海侵体系域。沉积物输入体积超过海平面缓慢上升或下降，提供的可容空间时则形成海退，这一套沉积为高位体系域。
4.2 不同体系域的特点
塔里木盆地三个层序中各体系域的组合与沉积特征有很大的差异。三个层序中的低位体系域仅分布于乌什地区，而盆地内部并不存在。层序I的低位体系域为盆底扇沉积和暗色海相泥岩，主要由沉积于侵蚀面之上的砾质砂岩和砂岩组成。盆地内部则有薄的河流滞留沉积和充填沉积。在层序Ⅱ、Ⅲ的低位体系域中，由砂岩与页岩或砂质砾岩互层组成的陆坡扇是十分重要的组分。由于构造演化变动，斜坡地区重力流十分发育（图2）。海侵体系域在塔里木盆地中发育广泛，沉积物厚度也较大，海侵由西而东，沉积物特征也出现从西向东有规律的变化。
图2 塔里木盆地层序解释剖面
由于海侵由西而东，因此海侵初期，盆地西缘以陆架碳酸盐岩为主，在盆地中由于水体浅，地形有高差，有充足的陆源碎屑供给，因此以陆源碎屑沉积为主。随着海侵范围的扩大，沉积物逐渐变细，由砂岩变成泥质砂岩和粉砂岩。
海侵达到*时，陆源碎屑物质向*后退，供给不足，在广阔的台地上沉积碳酸盐岩（如泥灰岩和部分白云岩）。
层序Ⅲ中的海侵体系域，由于受海西运动对盆地的影响，海侵缓慢，气候温暖，海侵初期和中期西部边缘沉积深水泥岩，而盆地内部则为绿灰色泥岩、含膏泥岩和膏质岩与白云岩的互层。在塔东地区从隆起区域附近高地上有大量陆源碎屑物质供给，因此以富砂三角洲和海岸沉积为主。
石炭系高位体系域相对较薄，地层可能受后期侵蚀。在西部以陆架粉砂质泥岩为主，主要岩石类型为紫褐色泥质粉砂岩、潮坪粉砂质泥岩及部分低能潮间和潮下带沉积。
5 烃源岩、储层及盖层预测
塔里木盆地石炭纪主要为浅水陆表海沉积。沉积学上称为台地沉积。除塔西南地区发育厚400m左右的生油岩外，整个盆地生油岩不发育。储集层主要发育于海侵体系域上部，主要由滨岸碎屑砂岩和三角洲砂岩体组成，一般厚度200m左右，砂体具良好的储层物性。高位体系域沉积物由于受侵蚀，物性差，不是好的储集层。
石炭系盖层发育良好，是全盆地重要的区域性盖层，具有分布广、封盖好的特性，岩性主要为膏质泥岩，厚40～360m，占石炭纪地层总厚的16%～86%，主要形成于海侵体系域的中上部。
6 结论
塔里木盆地石炭系可分成8个岩性段，3个层序，23个准层序；准层序的堆积形式有前积、退积和加积三种。在盆地中，除层序I外，低位体系域沉积很薄，形成于海侵体系域早期，其海滩沉积是优质储层。海侵体系域中、上部主要为灰色泥岩和泥晶灰岩、部分膏泥岩，形成良好的盖层，来自下古生界的油气聚集于这套盖层以下形成大、中型油气田。
参考文献
[1]J.C.Van Wagoner et al..Siliciclastic Sequence stratigraphy in Well logs，cores，and outcrops:concepts for high-resolution correlation of time and Facies.AAPG Methods in Exploration Series，1990，7，55.
