Sequence Stratigraphy in Paleogeomorphy Analysis: An Example from Tahe Oilfield
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摘要: 层序界面的形成伴随着剥蚀夷平、水道下切、构造抬升等古地貌改造作用; 层序的样式、层序-体系域-准层序的平面分布及削截、超覆尖灭、前积角度、退积幅度等地震反射特征也受古地貌的直接影响.因而, 层序地层提供了可供古地貌分析的信息.通过对塔河油田石炭系层序地层研究, 应用初始海泛面、最大海泛面上超尖灭线、坡折线、褶皱形态等标志, 识别了SQ1、SQ3层序发育时期的隆起、差异压实低凸起、斜坡、缓坡、凹陷等古地貌单元, 揭示了SQ3层序发育之前的构造挤压活动, 应用Ⅱ油组的砂体平面分布验证了古地貌分析结果.综合上述分析, SQ1、SQ3层序发育时期, 斜坡带和凹陷带有助于低位体系域砂体局部聚集, 是研究区岩性圈闭发育的有利场所.Abstract: The development of sequence boundaries is usually associated with the eroding peneplaining, fluvial downcutting and tectonic uplifting processes which causes a great reforming of paleogeomorphy. By contrast, sequence patterns and the distributions of the sequences, their systems tracts and parasequences are influenced by paleogeomorphy, indicated by reflection characteristics such as truncation, lapout, progradation angle, regression scope on seismic sections. The sequence stratigraphy analysis here, therefore, provides a powerful tool to identify the paleogeomorphies. Based on the research on the sequence stratigraphy of the Carboniferous, Tahe oilfield, the marks of the onlap pinch-out lines of the first flooding surface and the maximum flooding surface, slope-break lines and folding shapes have been applied to identify the different paleogeomorphic units such as the uplifts, warps of differential compaction, moderately angled slopes, gently angled slopes and depressions during SQ1 and SQ3 sequence developments, firstly revealing an uplifting event caused by tectonic compression before SQ3 sequence. Meanwhile, the planar distribution of sand-bodies of the Ⅱ oil-unit has also been used to verify the results of paleogeomorphy. Through the synthetic analysis above, the authors have found that the sand bodies in lower systems tracts of SQ1 and SQ3 sequence are mainly distributed in the slopes and the depressions consist of the favorable sites of the lithologic trapping target.
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Key words:
- sequence stratigraphy /
- paleogeomorphy /
- Tahe oilfield
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古地貌是盆地分析的重要方面, 是研究区所受构造变形、沉积充填、差异压实、风化剥蚀等综合作用的结果, 特别是构造运动往往导致盆地面貌的整体变化, 是其中最大的影响因素.前人研究一般采用回剥分析恢复古地貌, 或借用沉积特征推测古地貌背景.层序地层学的产生和深入研究都始终贯穿着古地貌对层序发育的影响[1~3], 如层序地层学中坡折带、下切谷、斜坡扇等系列概念.构造运动也是层序形成的4个控制因素之一, 高级别(一、二级) 层序正是构造运动的结果.层序界面的形成伴随着剥蚀夷平、水道下切、构造活动等古地貌改造作用; 同时, 层序样式、层序-体系域-准层序的平面分布及削截、超覆尖灭、前积角度、退积幅度等地震反射特征也受古地貌的直接影响.因此, 层序地层学提高了地层等时性对比精度, 也提供了可供古地貌分析的标志, 具体包括: (1) 层序界面的削截反射及下部反射层缺失程度可初步分析古隆起区的位置. (2) 层序及其体系域的平面分布特点以及体系域、准层序发育的完整与缺失程度是全区宏观地貌分析的依据. (3) 与层序类型相关的地貌特征.其中, Ⅰ型层序的低水位时期伴随着河道下切等差异剥蚀, 形成下切谷; Ⅱ型层序以相对海平面缓慢下降和整体剥蚀夷平作用为特征. (4) Ⅰ型层序低位楔、斜坡扇指示斜坡带、坡折带的位置. (5) 在斜坡部位, 海进体系域退积反射上超点的水平迁移幅度可反映坡度的大小(图 1a). (6) 在斜坡部位, 低位体系域和高位体系域的前积角度可反映坡度的大小(图 1b). (7) 双超或前积充填反射反映局部洼地(图 1c).下文以塔河油田为例, 叙述层序地层应用于古地貌分析的过程及意义.
塔河油田位于新疆维吾尔自治区轮台县境内, 面积644.29 km2, 构造上属塔里木盆地沙雅隆起的次一级构造单元——阿克库勒凸起的南部.石炭系发育之前, 研究区遭受海西早期运动抬升, 中、上奥陶统—泥盆系剥蚀殆尽, 下奥陶统也存在不同程度缺失.早二叠世末的海西晚期运动使研究区再次抬升剥蚀, 仅保存了下石炭统巴楚组、卡拉沙依组地层.石炭系沉积时期, 潮坪相发育普遍, 特别是标志层段——巴楚组双峰灰岩为台地相沉积[4, 5], 厚度6~25 m, 分布稳定, 早期研究认为该时期地形高差约1/2 500, 显示了研究区总体地势平缓的地貌特点.
1. 石炭系层序地层识别
本次研究以南北剖面为骨干、以东西向剖面为辅, 进行了全区三维地震层序解释.研究区南北向地震剖面明显呈三层结构, 根据反射终止类型, 共识别层序界面4个: Sb1—Sb4, 分别对应于强连续反射界面T70、T56、T55、T50, 为研究区内强振幅- (较) 强连续反射轴, 界面之下削截或顶超接触关系明显, 界面之上普遍表现为下超、上超或双超反射接触类型[1, 4] (图 2).其中T70、T50分别与海西早、晚期运动对应.依此将石炭系划分为SQ1、SQ2、SQ3共3个三级层序.在南北向地震剖面上, SQ1层序呈向东南缘和西北缘张开的长颈喇叭状; SQ2层序呈上下界面相对平行的带状; SQ3层序呈上平下凹、中部厚、两端薄的勺状.
图 2 层序界面识别及其体系域划分Fig. 2. Identification of sequence boundaries and their systems tracts体系域转换界面——初始海泛面(ts) 和最大海泛面(mfs), 除了SQ1-ts之外, 在研究区表现为仅次于层序界面的较连续、连续-强反射同相轴, 最大海泛面反射普遍比初始海泛面反射连续性好, 由一组相位垂向迁移幅度小、水平迁移幅度大的退积反射组成(图 2).
2. SQ1层序发育时期古地貌分析
(1) 体系域平面分布: SQ1低位体系域(SQ1-LST) 仅发育在研究区西北缘、东南缘, 呈丘状双超或前积反射(图 2, 3a).海进体系域(SQ1-TST) 在研究区东北部不发育.高位体系域(SQ1-HST) 在整个研究区发育, 主要为空白反射和少量断续反射, 在西北缘、东南缘呈前积反射, 在东南缘由于后期差异压实变形, 地震反射呈束状(图 2). (2) SQ1-TST在研究区西北缘、东南缘为3个退积反射波组, 但分别向东、向北仅存最大海泛反射波组, 地层厚度明显变薄, 其下部反射波组上超尖灭, 表明地形斜坡存在, 尖灭点指示坡折点的位置[2, 6] (图 3b). (3) 研究区西南部, SQ1-TST在东西向地震剖面上, 退积反射从东、西2个方向上超, 表现为一个低凸起(图 3c); 在南北向地震剖面上, 为一组水平迁移幅度大、较连续的退积反射和最大海泛反射波组组成.总体表现为呈SW向倾伏的鼻状低凸起.
图 3 SQ1层序发育时期古地貌分析依据Fig. 3. Analysis evidences of paleogeomorphy in period of SQ1 sequence development结合体系域的平面分布、坡折线位置、最大海泛面上超尖灭点(图 2) 的位置, 研究区可分为东北隆起区、西南鼻状低凸起、东南缓坡区、西北斜坡区、东南斜坡区5个地貌单元(图 4).根据反射波组的对应关系, 鼻状低凸起北部高程与东南缓坡区相当.东北隆起区仅发育SQ1-HST, 是SQ1时期的物源供给区.西北斜坡区、东南斜坡区是该时期的低地和粗粒沉积物汇聚的场所.
图 4 SQ1层序发育时期古地貌单元及分布1.最大海泛面上超尖灭线; 2.低位体系城分布范围; 3.坡折线; 4.钻井; 5.地震侧线Fig. 4. Paleogeomorphic units and their distributions in period of SQ1 sequence development3. SQ3层序发育时期古地貌分析
(1) 构造挤压作用与褶皱隆起: 如图 2所示, 在S23井处, SQ1、SQ2地层呈“M”形双脊褶皱, 而在SQ3地层呈宽缓背斜, 构造的不协调指示了SQ2发育之后研究区经受了一期构造活动, 并且S47井、S46井、S23井部位褶皱最明显, 褶皱轴呈NWW向延伸, 反映NNE向构造挤压作用.从SQ2到SQ3, 沉积体系由粉、细砂岩为主潮控碎屑滨岸体系转变为砂砾岩发育的辫状三角洲体系, 反映了研究区北部强烈抬升, 提供了辫状三角洲发育所需物源供给条件, 也是构造运动的有力证据. (2) 差异压实低凸起: 在研究区东南缘, 巴楚组时期沉积了厚层泻湖相盐岩——南尕盐体[7], 结晶盐岩与其北部泥岩之间可压实率急剧变化导致SQ3时期初步形成差异压实低凸起, 在该部位地震剖面上可见SQ3低位体系域明显变薄, 相反, SQ2地层厚度基本一致(图 2). (3) 次级凹陷与洼地: 在褶皱隆起与南部低凸起之间, SQ3-LST为一组角度较大的前积反射, 反射层厚度明显大于两侧的隆起和凸起区(图 2), 表现为一个次级凹陷区; 在褶皱隆起的北部, SQ3-LST呈双超充填反射, 反映小规模的局部洼地(图 2). (4) 研究区西南部, SQ3-LST呈平缓、较连续的前积反射, 为缓坡区反射特征. (5) 研究区北缘不发育低位体系域, 可见SQ3-ts轴上超尖灭在Sb3界面之上(图 2), 反映研究区北高南低的地势特点.
结合SQ3-ts上超尖灭线的位置(西部后期抬升剥蚀幅度大, 上超尖灭仅在东北缘可见), SQ3层序发育时期可分为北部隆起区、褶皱隆起带、差异压实低凸起区、东南凹陷带、东北低洼带、西南缓坡区、东北缓坡区共7个古地貌单元(图 5).
图 5 SQ3层序发育时期古地貌单元及分布1.褶皱轴线s2.初始海泛面反射上超尖灭线; 3.古地貌单元分界线Fig. 5. Paleogeomorphic units and their distributions in period of SQ3 sequence development卡拉沙依组Ⅱ油组与SQ3-LST、TST对应, 结合其砂体平面展布、岩心、测井曲线特征分析, Ⅱ油组沉积时期, 研究区发育SSW向展布的4个大小相间的辫状河三角洲砂体(图 6).其中, 西部砂体厚度小、呈鸟足状, 反映为沉积区坡度平缓、可容纳空间低、前积距离远的特点.中部沿S23井-TK203井分布的砂体厚(最厚45 m)、呈朵叶状, 反映可容纳空间较大, 并且沿S47井-S23井-S68井一线砂体呈细颈状, 与褶皱隆起带位置一致.总体上, 三角洲的发育、砂体的展布明显受该时期的古地貌控制.
图 6 卡拉沙依组Ⅱ油组砂体等厚图及沉积相1.辫状河三角洲平原相; 2.辫状河三角洲前缘相; 3.前三角洲; 4.砂岩等厚线(m); 5.剥蚀界限Fig. 6. Sand-body isopach map and sedimentary facies in Ⅱ oil-unit, Kalashayi Formation4. 地质意义
本文以三级层序为时间单元, 分析了塔河油田SQ1、SQ3发育时期的古地貌特点; 揭示了研究区SQ2发育之后发生一期构造运动; 运用砂体分布和沉积特点验证了SQ3古地貌分析结果.古地貌影响着沉积物来源和供给方向、沉积物的分布及地层保存与受剥蚀程度[2], 特别是一些次级凹陷往往是低水位期砂体局部聚集和岩性圈闭发育的有利场所.本次研究进一步指出, 塔河油田SQ1发育时期的西北斜坡区和东南斜坡区、SQ3发育时期东南凹陷带是寻找岩性圈闭油气藏有利区[3] (图 7).总之, 即使在地形坡度总体平缓的研究区, 如塔河油田, 层序地层学应用于古地貌分析都具有较大意义.
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图 2 层序界面识别及其体系域划分
Fig. 2. Identification of sequence boundaries and their systems tracts
图 3 SQ1层序发育时期古地貌分析依据
Fig. 3. Analysis evidences of paleogeomorphy in period of SQ1 sequence development
图 4 SQ1层序发育时期古地貌单元及分布
1.最大海泛面上超尖灭线; 2.低位体系城分布范围; 3.坡折线; 4.钻井; 5.地震侧线
Fig. 4. Paleogeomorphic units and their distributions in period of SQ1 sequence development
图 5 SQ3层序发育时期古地貌单元及分布
1.褶皱轴线s2.初始海泛面反射上超尖灭线; 3.古地貌单元分界线
Fig. 5. Paleogeomorphic units and their distributions in period of SQ3 sequence development
图 6 卡拉沙依组Ⅱ油组砂体等厚图及沉积相
1.辫状河三角洲平原相; 2.辫状河三角洲前缘相; 3.前三角洲; 4.砂岩等厚线(m); 5.剥蚀界限
Fig. 6. Sand-body isopach map and sedimentary facies in Ⅱ oil-unit, Kalashayi Formation
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