碳酸盐层序地层学

碳酸盐层序地层学基本原理及找油意义

00612082 陈文琪

 摘要

本文简要介绍了碳酸盐层序地层学原理，并简单探讨了它在找油中的意义。

 前言

层序地层学的研究是对传统地震底层学的完善，碳酸盐层序地层学利用层序地层学概念解释碳酸盐岩沉积作用和早期成岩作用的预测性模式（图1），以及应用岩石、地震和测井资料识别和描绘浅海相碳酸盐岩沉积相的层序标志（据J.F Sarg, 1988），同时碳酸盐层序地层学的研究也对海相沉积中原油的探寻有重要意义，J.Ferguson（1988）认为，在碳酸盐生油岩中：1）油气完全是在原地形成并储集起来的；2）油气形成后经过运移并在碳酸盐杂岩体中储集起来。本文将简要介绍碳酸盐层序地层学方法的基本原理，以及它在油气勘探中的意义。

 碳酸盐层序地层学方法

 层序地层学

层序地层学是Vail（1977）提出的一种新概念，它“是以地震地层学为基础，综合利用地震、钻井及露头资料，结合沉积环境及岩相古地理解释，对地层层序格架进行综合解释的科学”（杨国臣，2009）。层序地层学中引入了体系域概念，并且提出了控制旋回性层序的四种并列因素，这是它与地震地层学相比的两个显著特点（据张光学）。

 碳酸岩层序地层学基本原理

（一） 浅海碳酸盐沉积背景

J.F Sarg（1988）认为，被动大陆边缘浅海相碳酸盐沉积在温暖的热带地区，根据其地层剖面在盆地中的位置及坡度，可划分三种沉积背景：（1）盆地边缘的区域性台地及缓坡．坡度<5°；（2）镶在盆地边缘的区域性进积滩或台地，前缘坡度5—35°；（3）滨外台地或孤立台地（图2）。

无论在哪种沉积背景下，都可以看出其地层剖面以较大厚度的加积型和前积型沉积物形式出现。在不同的沉积背景中所不同的是岩相的分布和体系域的划分，所以首先要通过反射地震剖面的测量来对碳酸盐沉积的沉积背景做出解释。

（二） 层序的划分

层序是指在成因上有联系的地层序列，其边界为不整合面，所以在划分层序的过程中，确定不整合是至关重要的。根据海平面下降的幅度和速度可以划分两种类型的不整合（据J.F Sarg，参考张光学）：

1．类型I不整合面 这类不整合面一般出现在全球性海平面快速下降的时候，当海平面快速下降至原来台缘或滩缘之下时，沉积岩暴露于地表，经过长期的剥蚀作用，形成I型不整合面。一般认为，I型不整合面的形成需要海平面快速下降幅度达到75-100m。但全球性海面升降变化旋回图表明如此大规模的海平面下降是很稀少的，所以通常情况只能形成小型I型不整合面。

I型不整合面出现时还有两个重要的特征：（1）斜坡前缘发生侵蚀；（2）区域性大气淡水透镜体向海移位。

2．类型II不整合面 与I相反，这种类型的不整合面体现的是海平面下降缓慢，且下降的幅度较小，外陆架沉积不会经历长时间的暴露被剥蚀过程。

层序的划分需要在反射地震剖面图中找出不连续面，然后参考露头上确定的不整合面类型，以此划分层序。

（三） 沉积体系域的划分

沉积体系域是同期的三维岩相组合，根据沉积体系域在层序中的位置和亚层序的叠加方式，总共划分出四种体系域，即高水位沉积体系域，海侵沉积体系域，陆架边缘沉积体系域，低水位沉积体系域。它们分别对应于海平面变化的各个阶段（据张光学）。

1． 高水位体系域

它是全球海平面上升晚期，静止时期以及下降早期的沉积产物。碳酸盐的高水位体系域的显著特点在于它的早期和晚期沉积能反映出高水位早晚期不同沉积物的容纳空间变化

速率及与其有关的水质条件。

2． 低水位体系域

低水位体系域是在海平面缓慢下降，然后又开始缓慢上升阶段的沉积。在不同的盆地边缘发育不同的低水位体系域。在有不连续的陆架边缘的盆地中，低水位体系域由不同时的上下两部分组成：下部为低水位扇或盆底扇；上部为低水位楔。

2．1盆底扇：是在低的斜坡和盆底沉积的以海底扇为特征的低水位体系域的一部分。扇的形成与峡谷侵蚀到斜坡和河谷下切至大陆架有关。硅质碎屑沉积物通过河谷和峡谷穿过斜坡和大陆架形成盆底扇。尽管盆底扇的出现远离峡谷口，或者峡谷口不明显，但是盆底扇可能形成于峡谷口。盆底扇的底面（与低水位体系域的底面一致）是Ⅰ型层序界面，扇顶则是下超面（Van Wagoner，1987）。

2．2斜坡扇：由浊积有堤水道和越岸沉积物组成的扇状体，盖在盆底扇上且被上覆的低水位楔下超（Van Wagoner，1987，1988，1991；Vail，1988）。

2．3低水位楔：由一个或多个进积小层序组组成的沉积楔。向海方向被陆架坡折限制，上超在先前形成的层序斜坡上。因此，低水位体系域的准层序组有加积（盆底扇和斜坡扇）、进积等型式（低水位楔）。

3． 陆架边缘体系域

是Ⅱ型层序的最下部的体系域，即II类层序界面之上的第一个体系域，它由一个或多个微显进积至加积的小层序或小层序组组成。在沉积滨岸线坡折的向海一侧，该体系域下

超在Ⅱ类层序界面之上。特点：陆架边缘体系域沉积期间，随着海退的不断进展，陆架虽有暴露，但其大部分可暂时被半咸水淹没，因此陆架边缘体系域顶部附近可有广泛的煤系分布。一般地，陆架（棚）边缘体系域内部沉积相的叠置特征是自下而上海相沉积逐渐增多，与上覆的海进体系域的分界面为海进面。

4． 海侵体系域

海进体系域是I类和II类层序的中部体系域，其下界面为海进面，下伏体系域为低水位体系域或陆架边缘体系域。海进体系域是海平面上升期间的沉积，因此它由一个至多个退积小层序组成。不同类型的层序中海进体系域发育程度不尽相同，比较而言II类层序中的海侵体系域更为发育。它的特点是：（1）在发育I类层序界面的情况下，海进早期阶段的沉积局限于深切谷内，而且，低水位体系域沉积之后海平面仍在陆架之下，广大的陆架地区没有海进沉积。只有在海平面开始迅速上升之后，陆架才逐渐覆水并最终被淹没，沉积中心也逐渐向陆迁移，此时才有较为广泛的海进沉积；（2）在发育II类层序界面的情况下，由于没有深切谷，而且陆架也未全部露出水面，因而海进一开始便有沉积的广阔空间，所以II类层序中的海进体系域更为发育和广泛。

 碳酸盐层序地层学在找油中的意义

碳酸盐岩沉积对于油气的聚集需要从以下两个方面进行考虑：一是哪种沉积环境的碳酸盐岩是合适的储层，二是哪种沉积环境的碳酸盐岩易生油。

一般认为，合适的储层存在于高水位体系域中，这是因为高水位体系域长期暴露于空气中，以富颗粒贫灰泥相和无弥漫性水下胶结物为特征（据张光学），容易形成较多的次生孔隙。另外，“平衡”型的海侵体系域也可作为较好的储层。

根据Burwood（1984），J.Ferguson（1988）等认为，碳酸盐生油岩主要为两个相：缺氧深海陆架相和与蒸发盐沉积有关的中盐度浅水相，在海侵沉积后退时，可以形成储集层与潜在生油气层互层的结构。

在海相碳酸盐沉积找油过程中，如果注意到以上几点，将会给找油工作带来一定帮助。

 参考文献

程双喜，郭四辈，职太平，2008．豫北辉县地区下古生代陆表海碳酸盐层序地层研究．西部探矿工程，2008，11：150-152．

李淑进，吕大炜，刘海燕，2008．层序地层学研究的新进展及发展方向．山东煤层科技，2008，6：155-157．

徐维胜，2008．层序地层学在隐蔽油气藏勘探中的应用．内蒙古石油化工，2008，20：98-100．

杨国臣，于炳松，2009．层序地层学的发展现状及其学科地位与研究前沿．石油地质与工程，23（2）：1-4．

张光学，1994．碳酸盐层序地层学研究方法综述及找油意义．海洋地质，1994，2：16-26．

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J.Ferguson, 1988. 关于海相碳酸盐层序中原油生成与运移的综述．Journal of Petroleum Geology, 1988, V. II, No.4, 389-402, 陈松乔译．