全球海平面变化指标及海相构造层序研究方法——以塔里木盆地奥陶系为例

基于碳、氧同位素长期分馏原理,提出海相碳酸盐岩全岩或古生物化石壳的碳、氧同位素可作为反映全球海平面相对变化的指标。一般地,碳同位素变重或氧同位素变轻反映了全球海平面相对上升,反之则相对下降,对于古近纪之前的古老碳酸盐岩,碳同位素较氧同位素更为稳定且更适于作为全球海平面相对变化指标。由于三级层序时限(1~10 Ma)内碳酸盐台地一般不会发生大的纬度带变迁及其碳酸盐产率的显著变化,据此提出了海相构造层序研究方法--碳、氧同位素-沉积旋回对比分析法。该方法将海相三级层序划分为主要受全球海平面变化控制的全球海平面层序及主要受地区性构造沉降-抬升作用控制的构造层序2类,全球海平面层序的沉积旋回及沉积古水深变化趋势与碳、氧同位素反映的全球海平面相对变化趋势总体一致,构造层序的沉积旋回及沉积古水深变化趋势则与碳、氧同位素反映的全球海平面相对变化趋势不同。对塔里木盆地奥陶系三级层序研究表明,下奥陶统所发育的2个三级层序属于全球海平面层序,而中-上奥陶统所发育的6个三级层序主要受阿尔金岛弧及库地岛弧与塔里木板块的碰撞挤压运动控制、属于构造层序,尤其是上奥陶统层序OSQ6(良里塔格组)属于典型的构造层序。     

中—上扬子地区寒武系层序地层格架

以典型露头剖面实测分析为基础,结合岩石薄片、钻测井、全岩碳氧同位素和地震剖面的综合分析,将中—上扬子地区寒武系海相地层划分为6个区域上可对比的三级层序,建立了年代地层、岩石地层与层序地层之间的关系。层序CSQ1相当于下寒武统下部,由牛蹄塘组（或筇竹寺组）构成;层序CSQ2相当于下寒武统中部,由杷榔组（或沧浪铺组）构成;层序CSQ3相当于下寒武统上部,由清虚洞组（或龙王庙组）构成;层序CSQ4相当于中寒武统下部高台组;层序CSQ5相当于中寒武统上部—上寒武统下部,由孔王溪组和耗子沱群（或洗象池群）下部构成;层序CSQ6相当于上寒武统中—上部,由耗子沱群（或洗象池群）中—上部构成,6个三级层序纵向上叠置构成1个完整的寒武系二级层序。识别出2种层序界面类型,即相对海平面下降形成的Ⅱ型层序界面和暴露有关的Ⅰ型层序界面,区域上以Ⅱ型层序界面发育为主,仅层序CSQ1的底界面属典型的Ⅰ型层序界面。通过对比反映全球海平面相对变化的碳酸盐岩全岩碳同位素旋回和反映沉积古水深相对变化的沉积旋回,分析揭示,在古气候和沉积充填速率影响不大的背景下,中—上扬子地区寒武系三级层序CSQ1—层序CSQ4和层序CSQ6属于全球海平面层序,其可容空间的增加主要取决于全球海平面的上升,而层序CSQ5属于主要受控于扬子区西缘构造活动影响的构造层序。层序CSQ1发育于震旦纪末期桐湾运动灯影组剥蚀夷平面之上的碎屑陆棚环境,层序CSQ2—层序CSQ3演变为混积陆棚—碳酸盐岩缓坡环境;中—晚寒武世,受中—上扬子区碳酸盐岩台地边缘加积-进积作用的逐渐加强以及全球海平面上升的影响,陆源物质输入减少,层序CSQ4—层序CSQ6演变为典型的局限镶边台地环境。     

碳酸盐岩层序沉积演化及海平面的控制作用——以塔里木盆地古城地区奥陶系为例

古城地区奥陶系碳酸盐岩是塔里木盆地油气勘探的接替区,但其层序沉积研究工作一直较薄弱,制约了该区的油气勘探进展。为此,基于碳同位素值旋回变化特征,结合测井曲线分析及井震标定,将该区奥陶系碳酸盐岩地层划分为4个三级层序;依据岩石薄片镜下识别出的亮晶胶结颗粒灰岩、藻黏结砂屑灰岩、泥粒灰岩、泥晶灰岩、中粗晶脏白云岩、粉细晶白云岩6种"微相"类型组合特征,解析了层序内的沉积体系分布及演化规律。结果表明:①该区发育台缘—半局限台地及台缘—开阔台地沉积体系,层序OSQ1和OSQ2均以海平面下降半旋回为主,主要发育台缘石灰岩及半局限台地白云岩;②层序OSQ3以海平面上升半旋回为主,海平面上升阶段早期发育台缘—半局限台地,之后发育台缘—开阔台地;③层序OSQ4由海平面上升半旋回构成,发育台缘—开阔台地石灰岩。结论认为:海平面升降旋回控制了该区层序内沉积体系的分布及演化,OSQ1、OSQ2层序在海平面下降阶段半局限台地最为发育,是白云岩发育的主要层段。     

华北地区中北部寒武系层序地层格架

华北地台寒武系碳酸盐岩是华北地区重要的深部油气勘探目标,加强寒武系层序格架及其充填样式的研究对于指导潜山油气藏和潜山内幕油气藏勘探具有重要的理论与现实意义。在系统分析典型露头剖面岩性和沉积序列发育特征的基础上,结合典型钻井、测井资料和地震资料,共识别出3种层序边界类型,即暴露成因的I型和II型层序边界以及淹没不整合型(III型)层序边界;将华北地区中北部寒武系划分为7个可区域性对比的三级层序,并建立层序地层格架。利用碳酸盐岩全岩碳同位素对全球海平面变化的良好表征性,与露头沉积微相分析得到的相对水深变化规律进行对比,探讨了三级层序发育的主控因素。认为在古气候和沉积充填速率影响不大的背景下,下寒武统CSQ1层序(相当于府君山组或昌平组)、CSQ2层序(相当于馒头组)和上寒武统CSQ5层序(相当于崮山组)的发育受全球海平面变化和板块内差异沉降等构造背景综合控制,特别是CSQ5层序属于典型的淹没不整合型三级层序;CSQ3层序(相当于毛庄组)、CSQ4层序(相当于徐庄组及张夏组)、CSQ6层序(相当于长山组)和CSQ7层序(相当于凤山组)的发育主要受控于全球海平面变化。     

下扬子地区古生界海相碳酸盐岩层序地层发育模式及储层预测

以层序地层学、沉积学等理论、方法为指导,以野外露头资料为主,综合应用钻井、测井等资料对下扬子地区古生代海相地层进行了研究。在野外考察过程中识别出代表四种类型层序边界的不整合面,即隆升侵蚀型不整合、海侵上超型不整合、水下侵蚀型不整合和暴露侵蚀型不整合。此外,还识别出4种类型的凝缩段,即震旦系的煤层,志留系、石炭系高骊山组的页岩,奥陶系的薄层白云岩以及石炭系的薄层灰岩。根据这些界面标志,共划分出11个二级层序,建立了下扬子区层序地层格架。在此基础上,根据下扬子地区古生界野外露头剖面所确定的岩性、岩相、沉积构造等沉积标志特征,确定了下扬子地区古生界发育3种沉积体系类型,即大陆沉积体系,海陆过渡沉积体系和海洋沉积体系。最后结合区域性大地构造背景及前人研究成果,对本区的盆地性质及演化进行了研究,并分别建立了研究区震旦纪-晚奥陶世、泥盆世和石炭纪两坳夹一隆型的克拉通盆地层序模式、晚奥陶世末到晚志留世的前陆盆地层序模式和中、晚奥陶世、晚二叠世-中三叠世的被动大陆边缘盆地层序模式,总结了其各自的层序发育特征,明确了研究区不同类型背景的层序的储层的发育特征。     

四川盆地寒武纪-奥陶纪层序岩相古地理、有利储层展布与勘探区带

通过对四川盆地寒武系、奥陶系野外露头剖面、钻井岩心、录井和测井等资料的详细分析,认为寒武系-奥陶系主要发育局限台地相、开阔台地相和台地边缘相。结合地震资料,应用层序地层学理论和方法将寒武系划分为5个三级层序,奥陶系划分为6个三级层序。以三级层序为单元,采用单因素编图、多因素综合的方法,编制了四川盆地及邻区寒武系-奥陶系层序岩相古地理图,认为寒武纪-奥陶纪总体呈现西部以陆源碎屑沉积为主、东部以碳酸盐岩沉积为主的格局,碳酸盐台地演化呈现出由早寒武世早期（梅树村期-筇竹寺期）碎屑-混积陆棚、早寒武世中期（沧浪铺期）缓坡台地向早寒武世晚期（龙王庙期）至中奥陶世镶边台地的转变,在晚奥陶世,因全球海平面上升再加上扬子板块东南被动陆缘向华夏陆块之下俯冲聚敛的构造沉降效应,导致沉积水体快速加深,致使上扬子（四川）台地被淹没而成为较深水缓坡-盆地相。寒武纪从早期陆源碎屑和碳酸盐混积为主转变到晚期清水碳酸盐沉积为主,盆地内部大面积发育局限台地相台内滩和台内白云岩有利储集体;奥陶纪受海侵影响,盆地内部以开阔台地沉积为主,台内滩呈带状分布;晚奥陶世台地被淹没沉积了宝塔组、临湘组及五峰组泥晶灰岩、泥质灰岩及泥岩,成为遍及全盆地的区域盖层,五峰组还可作为优质烃源岩。有利天然气储层为砂屑白云岩、鲕粒白云岩和细粉晶白云岩,溶蚀孔洞发育,储层平均孔隙度2%～6%,储层单层厚度较大,空间上连续性较好。在有利储集体评价的基础上,通过成藏条件综合分析,优选了4个寒武系-奥陶系有利勘探区带,其中乐山-龙女寺古隆起有利区带和泸州古隆起有利区带发育大型构造圈闭,有利储集体大面积分布,有较大勘探潜力。     

塔里木盆地寒武系-奥陶系层序格架中生储盖组合特征与勘探意义

塔里木盆地在早古生代属于不同类型克拉通盆地沉积,构造运动和海平面升降是控制寒武系-奥陶系层序地层发育的主要因素。综合露头、岩心、测井以及地震资料,并结合井-震标定结果,在塔里木盆地寒武系-奥陶系识别出15个层序界面,将寒武系划分为6个层序、奥陶系划分为8个层序。根据层序地层发育特征,并考虑断层和不整合面在油气运聚成藏中的重要作用,将塔里木盆地寒武系-奥陶系层序格架中生储盖组合划分为连续型、间断型和复合型3大类8小类。现实的生储盖组合包括侧变式连续型和间断型,潜在的生储盖组合包括上生中储上盖连续型和复合型,值得探索的生储盖组合包括下生中储上盖连续型和封闭式连续型。     

北京西山淹没不整合型高频旋回层序地层研究

以北京西山寒武系张夏组地层为例,运用米兰柯维奇高频旋回层序地层分析方法与地球化学结合研究的手段,对三级快速海侵背景下的寒武系张夏组高频旋回层序地层格架进行划分。研究认为,该区张夏组灰岩地层并非传统的I、II型碳酸盐岩层序模式,应为典型淹没不整合型层序。建立了从三级层序到六级米级旋回的张夏组淹没不整合型高频旋回层序地层格架。淹没不整合型层序格架内有利储层主要发育于三级、四级层序的高水位体系域中。快速海侵事件标志着碳酸盐岩台地的沉积间断。通过对淹没不整合型碳酸盐岩层序地层的研究来指导未来的石油勘探生产,具有现实的研究意义。     

沉积基准面在层序划分及油气藏预测中的应用

沉积基准面旋回变化控制着陆相层序地层的形成与演化。与海相盆地不同,陆相盆地的沉积基准面既不是海平面也不是湖平面,而是相当于河流平衡剖面的一个抽象界面。在沉积基准面旋回中,不同位置的可容纳空间大小不同,致使沉积物在不同相域内进行体积分配,从而导致了地层堆积样式、旋回厚度的变化。这些变化正是层序划分对比的标志。依据沉积基准面旋回中沉积物的体积分配原理,高分辨率层序地层对比应当是有时岩石与岩石、有时岩石与界面、有时界面与界面的对比;而不是岩性对比和等厚度对比。沉积基准面旋回变化过程中,可容纳空间大小变化的差异与不同体系域的生储盖发育以及地层不整合面、岩性尖灭线的分布之间存在密切关系。     

珠江口盆地海相中新统层序地层分析及其意义

对珠江口盆地5口井的海相中新统层序地层分析,发现了10个层序界面及9个最大海侵面,用综合生物地层年表确定了层序界面年代.大多数层序界面在时间上可与深海沉积间断及氧同位素曲线正向偏移相对应,气候变冷及冰川型海退是形成层序界面的重要原因.本区古水深曲线与Haq等(1987)的海平面曲线对比表明,古水深的变化在二级周期上受沉降和海平面变化控制.本文讨论了中中新世早中期本区北东向古海流的加强事件及区域储盖组合与海平面相对变化之间的关系,并据层序地层分析将上、下第三系分界置于珠江组下部大砂岩底附近.     

重庆南川地区中奥陶统-上奥陶统牙形石序列及地质意义

通过对重庆南川地区三泉镇中奥陶统-上奥陶统的露头剖面进行连续的牙形石采样分析,确定了29属55种牙形石,建立了8个牙形石带,自下而上分别为Baltoniodus norrlandicus带、Lenodus antivariabilis带、Lenodus variabilis带、Pygodus serra带、Yangtzeplacognathus jianyeensis带、Baltoniodus variabilis带、Hamarodus brevirameus带和Protopanderodus insculptus带,其发育时代为中奥陶世达瑞威尔期-晚奥陶世凯迪期。其中,可能缺失2期牙形石带及相应的地层,包括牯牛潭组顶部缺失与湖北宜昌地区黄花场剖面相对应的Yangtzeplacognathus protoramosus带,大田坝组与宝塔组之间缺失与黄花场剖面大致相当的Baltoniodus alobatus带。从中扬子的湖北宜昌地区向西至重庆石柱地区,再到上扬子的重庆南川-贵州习水地区,中奥陶统-上奥陶统由发育完整转变为在中奥陶统达瑞威尔阶中-上部缺失1期牙形石带及相应地层,在达瑞尔威尔阶的中-上部和桑比阶内部缺失2期牙形石带及相应地层。地层特征表明,中奥陶世-晚奥陶世上扬子地区曾存在古陆,而中扬子地区则一直保持了海洋的古地理格局。     

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??The Ordovician carbonate rocks in the Gucheng area are the potential replacement zone for oil and gas exploration in the Tarim Basin. However, its sedimentary sequence has been less studied, which restricts the progress of oil and gas exploration in this area. In this paper, based on the cyclic changes of the carbon isotope value, together with the analysis of logging curves and well-seismic calibration, the Ordovician carbonate strata were divided into 4 third-order sequences. According to the six types of microfacies (i.e. calcsparite cemented grain limestone, algal-cemented calcarenite, packstone, micrite limestone, medium-coarse crystalline dirty dolomite, and fine powder crystal dolomite) identified under microscopic observation of thin sections, the distribution and evolution law of sedimentary systems in the sequence were analyzed. The following results are obtained. First, the platform margin–semi-restricted platform and platform margin–open platform sedimentary systems developed in this area. Both OSQ1 and OSQ2 are predominantly sea-level falling half-cycle sequences, and platform margin limestone and semi-restricted platform dolomite are dominant. Second, OSQ3 is predominantly sea-level rising half-cycle sequence. In the early stage of sea-level rising, platform margin–semi-restricted platform developed, and later platform margin-open platform developed. Third, OSQ4 is composed of sea-level rising half cycle and platform margin–open platform limestone developed. It is concluded that the sea-level rising/falling cycle controlled the distribution and evolution of sedimentary system in the sequences in this area. In the sea-level falling stage, semi-restricted platform best developed in OSQ1 and OSQ2, recording as the main horizons for the development of dolomite.     

塔里木盆地哈得逊地区巴楚组地层序列及成因机理

通过研究确定塔里木盆地哈得逊地区巴楚组地层序列类型及其成因机理,解决地层演化和沉积历史的相关争议。通过岩心、测井资料的分析及区域地层对比,确定哈得逊地区巴楚组东河砂岩段之上存在下泥岩段和生屑灰岩段。哈得逊地区东河砂岩段、下泥岩段、生屑灰岩段在石炭系早期依次沉积,此沉积序列为该区巴楚组标准沉积序列,该标准序列与塔里木盆地其他地区的东河砂岩段_下泥岩段_生屑灰岩段沉积序列一致。由于在沉积之后即受构造抬升、不均匀剥蚀及混积作用影响,该区大部分巴楚组标准地层序列不再完整,并形成角砾岩段,形成5种地层序列类型（自下而上）：Ⅰ东河砂岩-下泥岩-生屑灰岩;Ⅱ东河砂岩-下泥岩-角砾岩;Ⅲ东河砂岩-下泥岩;Ⅳ东河砂岩-角砾岩;Ⅴ东河砂岩,此种地层序列在东河砂岩油藏区具有明显的分区性。对哈得逊地区巴楚组地层序列的正确认识对该区沉积环境和沉积层序、东河砂岩钙质来源和成岩作用、地震资料应用以及油气勘探等研究具有重要意义。     

塔里木盆地阿瓦提断陷中-上奥陶统萨尔干组沉积地质模型与烃源岩分布预测

中-上奥陶统萨尔干组烃源岩是塔里木盆地重要的海相烃源岩。针对阿瓦提断陷中-上奥陶统埋深大、缺乏钻井进行层位标定,以及萨尔干组烃源岩发育层段的地震响应特征不明的问题,用传统的技术手段识别该套烃源岩的分布范围可能难以取得好的效果。通过对柯坪地区露头剖面中-上奥陶统萨尔干组及其上下地层不同岩性及地层结构的认识,建立沉积地质模型,进行地震正演模拟,将地质模型和地震模型有机地结合起来,为烃源岩地震相识别追踪提供依据;在对研究区内二维地震测线逐条解释的基础上,依据地震反射波组的反射特征,进行地震相-沉积相分析;针对露头发育烃源岩而断陷内未有钻井揭示的地区,建立了海相烃源岩识别方法和流程,对研究区中-上奥陶统萨尔干组烃源岩进行了重新识别和空间展布预测。研究表明,萨尔干组烃源岩的发育受海平面上升控制作用明显,属于深水陆棚相沉积;萨尔干组烃源岩在区内广泛分布,厚度范围约为0~120 m,在西南部最厚,受控于阿恰断裂和吐木休克断裂,向东北部减薄,向北超覆尖灭于英买3井以南,向东至阿-满过渡带西缘仍有少量分布。     

四川盆地及邻区奥陶纪构造-沉积环境与原型盆地演化

奥陶系是中国重要的海相碳酸盐岩层系。目前,在塔里木、鄂尔多斯盆地奥陶系发现一系列大型油气田,但在四川盆地奥陶系至今仍未取得突破。研究和恢复奥陶纪的构造-沉积环境是研究四川盆地及邻区的构造历史和预测奥陶系有利储集相带的基础。根据野外露头、钻井、测井、地震和地球化学资料,从周缘大地构造背景、沉积相、沉积充填、古地理、古生态、构造变形出发,将盆地充填演化与周缘隆起、海盆演化相结合,重建了四川盆地奥陶纪不同时期的构造-沉积环境,并探讨了隆起性质和原型盆地演化。四川盆地及邻区在奥陶纪表现为克拉通内坳陷和克拉通边缘坳陷相复合的盆地性质,周缘动力学环境经历了拉张→挤压的演变,主要体现在基底沉降以及隆起/隆升两种机制上。盆地周缘为克拉通边缘坳陷盆地,主要为深水盆地相。研究区中部为克拉通内坳陷盆地,经历了两次大的海平面升降旋回,沉积序列由下向 上表现为早奥陶世镶边台地→中奥陶世混积陆棚-镶边台地→晚奥陶世缓坡-深水陆棚相沉积。中奥陶世古华南海盆的消亡,华南板块陆内造山,导致川中隆起、黔中隆起等盆地边缘隆起不断隆升和扩展,海平面持续上升,至晚奥陶世五峰组沉积期,基底快速沉降,形成深水陆棚沉积环境,标志着盆地性质的急剧转变,结束了自震旦纪以来的碳酸盐台地沉积历史。     

塔河油田奥陶系碳酸盐岩沉积相及地层学研究

根据岩心和薄片观察,塔河南缘S69—S76井的亮晶鲕粒灰岩和藻粘结灰岩与其它地区的微晶灰岩、亮晶砾砂屑灰岩及微亮晶砂屑灰岩形成对比,因而早奥陶世的沉积格局分界线应西移到库南2井—满参1井一线。依据岩性、岩石结构、沉积构造、剖面结构、古生物组合等标志,识别出下奥陶统有开阔台地相、台内浅滩相和台地边缘丘滩相3种沉积相类型;中上奥陶统为较深水陆棚相和潮缘沉积相。从层序地层学的角度将下奥陶统划分为海侵体系域和高水位体系域两个二级层序;中上奥陶统划分为海侵体系域、高水位体系域和低水位体系域。同时研究了层序和体系域的发育特征,初步确定了下奥陶统层序地层的对比方案。