楊 平,鄧 奎,劉學(xué)會,秦恩朋,余水生,劉桂花

(1.中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌 736202; 2.中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司冷湖油田管理處,青海冷湖 816000; 3.中國石油天然氣股份有限公司吐哈油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,新疆哈密 839009)

層序生物地層學(xué)在柴達(dá)木盆地中的應(yīng)用及展望

楊 平1,鄧 奎2,劉學(xué)會3,秦恩朋3,余水生3,劉桂花1

(1.中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌 736202; 2.中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司冷湖油田管理處,青海冷湖 816000; 3.中國石油天然氣股份有限公司吐哈油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,新疆哈密 839009)

在單井高分辨率層序地層分析基礎(chǔ)上,應(yīng)用層序生物地層學(xué)原理,以柴達(dá)木盆地西部咸東1井和咸8井為例,在新近系上油砂山組劃分了一個(gè)層序生物地層單元,作為與下油砂山組分界的標(biāo)志。以紅柳泉 -躍進(jìn)地區(qū)為例,在古近系下干柴溝組下段劃分了兩個(gè)層序生物地層單元。連井等時(shí)對比發(fā)現(xiàn),下干柴溝組下段標(biāo)志性的“紅層”頂界由西向東時(shí)代變新,反映了在基準(zhǔn)面旋回的波動(dòng)過程中湖泊范圍隨時(shí)間由西向東的擴(kuò)大。在烏南地區(qū),進(jìn)一步將層序生物地層單元與地震地層相結(jié)合,在標(biāo)準(zhǔn)化石的約束下建立了該區(qū)層序生物地層格架,為柴西南地層劃分對比建立了標(biāo)準(zhǔn)。研究認(rèn)為,古生物、地震和高分辨率層序地層學(xué)的結(jié)合是層序生物地層學(xué)研究并建立區(qū)域等時(shí)地層格架的良好途徑。

上油砂山組;下油砂山組;下干柴溝組;基準(zhǔn)面旋回;層序生物地層單元;柴達(dá)木盆地

高精度等時(shí)地層對比是油氣勘探開發(fā)中統(tǒng)一規(guī)劃、整體部署的基礎(chǔ)工作,因此,無論是海相還是陸相油氣田,層序地層學(xué)在地層對比、沉積儲層等研究領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用[1～3]。柴達(dá)木盆地是青藏高原北部陸相油氣勘探的重要區(qū)域,在半個(gè)世紀(jì)的石油地質(zhì)基礎(chǔ)研究中,已經(jīng)形成了一套全盆地框架性的新生界地層系統(tǒng)[4～6](表 1),但在實(shí)際工作中,地震地層與生物地層間的矛盾、不同構(gòu)造間地層對比的矛盾也同時(shí)存在。造成這種現(xiàn)象的表面原因是不同資料研究角度的差異,深層原因是缺乏能夠融合、發(fā)揮多種資料優(yōu)勢的地層對比方法和思路。

層序生物地層學(xué)[7]以便于鉆井層序劃分的高分辨率層序地層學(xué)為基礎(chǔ),充分發(fā)揮地震地層學(xué)和生物地層學(xué)的優(yōu)勢,以基準(zhǔn)面旋回的同步性、地震標(biāo)準(zhǔn)層的可追蹤性和標(biāo)準(zhǔn)化石的等時(shí)性優(yōu)勢互補(bǔ),進(jìn)行從井間到跨構(gòu)造、跨相區(qū)的等時(shí)地層對比,在柴達(dá)木盆地西部 (圖 1)油氣勘探中解決了一系列地質(zhì)問題。

1 層序生物地層學(xué)原理

層序生物地層學(xué)是層序地層學(xué)與生物地層學(xué)的結(jié)合。覃建雄 (1997)[7]指出:層序地層提供可預(yù)測的相關(guān)界面體系組成的一個(gè)物理框架,把生物地層學(xué)觀察結(jié)果置于此框架中,這些物理相關(guān)面確定了真實(shí)的年代地層單元,通過時(shí)間間隔網(wǎng)格,這些地層單元可用于評估生物帶“頂”和“底”的相對位置,這樣的地層單元就是層序生物地層單元。層序生物地層格架由一個(gè)或多個(gè)層序生物地層單元組成,通過地震引層,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離地層對比?？梢?化石帶和層序地層框架是層序生物地層學(xué)的主要研究對象。

2 層序生物地層學(xué)的應(yīng)用

2.1 咸水泉構(gòu)造上油砂山組層序生物地層單元的建立

高分辨率層序地層學(xué)分析以露頭、巖心、測井和高分辨率三維地震反射資料為基礎(chǔ)[8],在鉆井層序劃分中可廣泛應(yīng)用,單井層序劃分不但是研究沉積相平面展布的有效手段[9],而且還可以成為等時(shí)地層劃分的新方法。柴達(dá)木盆地西部咸東1井與咸 8井 (圖 1)經(jīng)過高分辨率層序地層劃分之后,上油砂山組下部的介形蟲標(biāo)志化石Eucypris concinna qaidam ensis(柴達(dá)木美麗真星介)—Cyprideis sp.2(正星介種 2)—Eucypris obtus(頓頭真星介)組合處于一個(gè)中期旋回之內(nèi),旋回底界位于化石組合帶之下,可作為層序界面和上油砂山組底界,標(biāo)定在地震剖面上相當(dāng)于地震標(biāo)準(zhǔn)層 T′2(圖2)。因此,上油砂山組下部的層序(中期旋回)頂、底界所代表的“物理相關(guān)面”與標(biāo)定該段地層的化石組合共同構(gòu)成了一個(gè)層序生物地層單元,該化石帶在盆地西部具有代表性,其所在層序生物地層單元是柴達(dá)木盆地西部上油砂山組下部的標(biāo)志。

表1 柴達(dá)木盆地新生界地層系統(tǒng)Table 1 Stratigraphic division of the Cenozoic in the Qa idam Basin

圖 1 柴達(dá)木盆地西部研究區(qū)井位Fig.1 Well location map of the study area in the western Qaidam Basin

圖 2 柴達(dá)木盆地咸 8井-咸東 1井上油砂山組層序生物地層單元示意圖Fig.2 A diagram showing the Upper Youshashan sequence biostratigraphic unit in the well Xian-8 and Xiandong-1 in the Qaidam Basin

2.2 紅柳泉-躍進(jìn)地區(qū)下干柴溝組下段層序生物地層對比

2.2.1 高分辨率層序地層劃分

柴達(dá)木盆地西部下干柴溝組下段可劃分為兩個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回,下部旋回由沖積扇辮狀河道-三角洲平原分流間灣-決口扇復(fù)合體[10]組成,含常見于該層位的輪藻化石;上部旋回由決口扇復(fù)合體-濱淺湖-三角洲前緣組成,產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化石Austrocypris(南星介)。以紅柳泉-躍進(jìn)地區(qū)為例,這些化石的產(chǎn)出局限在中期基準(zhǔn)面半旋回內(nèi)(圖3)。

1)半旋回Ⅰ:底界即下干柴溝組下段底界,常見河道砂礫巖沉積,具三級層序低位域性質(zhì),電測曲線箱狀低值,GR值快速升高。

2)半旋回Ⅱ:底界相當(dāng)于中期旋回最大洪泛面,GR曲線高值點(diǎn),氧化環(huán)境沉積為主,多見淺、淡水域中的輪藻化石。

3)半旋回Ⅲ:底界是下干柴溝組下段兩個(gè)中期旋回分界,位于紅層段上部,GR曲線低值點(diǎn)。中上部濱淺湖沉積含下干柴溝組下段標(biāo)準(zhǔn)化石Austrocypris(南星介)。

4)半旋回Ⅳ:底界位于層序最大湖泛面,泥巖段 GR曲線高值。頂界即下干柴溝組下段頂界,位于灰層段,GR曲線低值點(diǎn)。本段 GR值多呈減小趨勢,是一次短暫的進(jìn)積式半旋回沉積,之上泥灰?guī)r增多,GR值又逐漸升高,進(jìn)入了柴西古近紀(jì)最大規(guī)模的下干柴溝組上段湖泛時(shí)期。

圖 3 柴達(dá)木盆地西部下干柴溝組下段層序生物地層對比及紅層頂(紅線)示意圖Fig.3 Map showing the top boundary of red-bed and the sequence biostratigraphic correlation of the lowermember of the Lower Ganchaigou For maiton in the western Qaidam Basin

2.2.2 層序生物地層單元的建立及其對比

結(jié)合化石的古生態(tài)特征所反映的沉積環(huán)境來分析層序基準(zhǔn)面演化是建立層序生物地層單元的基本思路。古生物標(biāo)志經(jīng)常是沉積環(huán)境分析的直接證據(jù)[11]。研究區(qū)下干柴溝組下段的標(biāo)準(zhǔn)化石Austrocypris(南星介)主要分布于以灰色沉積為主的半旋回“Ⅲ”,Austrocypris體型扁平,屬淺水浮游類型,在這一層段出現(xiàn)說明紅層代表的水上沉積轉(zhuǎn)化為灰色水下沉積,層序基準(zhǔn)面上升。Croftiella(克氏輪藻)-Ggrogona(扁球輪藻)組合主要分布于以紅色沉積為主的半旋回“Ⅱ”(圖 3),輪藻生長于小型洼地、沼澤和靜水濱湖地帶,與層序基準(zhǔn)面下降之后的水上沉積有關(guān)。這兩套化石分別構(gòu)成了一個(gè)具有先后時(shí)間順序的層序生物地層單元并能相互對比。在構(gòu)成這些單元的基準(zhǔn)面旋回和古生物化石這兩個(gè)要素中,化石主要分布井段均在半旋回范圍內(nèi) (表 2),化石帶的頂、底界為半旋回邊界。與上油砂山組中期基準(zhǔn)面旋回基礎(chǔ)上的層序生物地層單元相比,這里的中期基準(zhǔn)面半旋回提供了層序生物地層格架?？梢?化石分布時(shí)限越短,層序生物地層單元的劃分精度就可以越高。

2.3 “紅層”頂?shù)臅r(shí)代與沉降中心遷移

“紅層”是下干柴溝組下段中、下部呈紅、綠、黃及雜色沖積河流相巖石的總稱,是一重要的巖相識別標(biāo)志,一般厚幾十米至 300 m不等。紅柳泉-躍進(jìn)地區(qū)層序生物地層等時(shí)對比發(fā)現(xiàn),“紅層”頂界在高分辨率層序地層格架中因地理位置不同而處于不同的基準(zhǔn)面旋回——即時(shí)代不同,從紅深 6井到躍 127井,紅層頂界從半旋回“Ⅱ”上部遷移到半旋回“Ⅲ”中部 (圖 3),說明紅 -灰沉積轉(zhuǎn)化期在靠西的紅深 6井地區(qū)更早,接著隨時(shí)間推移向東梯次出現(xiàn)紅灰?guī)r相轉(zhuǎn)化面,說明湖泊范圍從西部山前向東部盆地方向逐步擴(kuò)大。最上部基準(zhǔn)面半旋回“Ⅳ”中,砂西構(gòu)造以西的紅柳泉構(gòu)造紅 13井、紅深 6井等均見氧化條件成因的雜色泥巖夾層,而砂西 1井及其以東各井均為較深湖相灰色泥巖?；鶞?zhǔn)面旋回控制的地層單元分布型式的這種變化規(guī)律為地層和沉積相預(yù)測[12～19]提供了前提,說明西部近山前的湖泊早發(fā)育、早結(jié)束,隨著層序的發(fā)育,下干柴溝組下段沉降中心從阿爾金山前紅柳泉地區(qū)向東南部砂西、躍進(jìn)地區(qū)遷移。

表2 柴達(dá)木盆地西部下干柴溝組基準(zhǔn)面半旋回中的化石分布Table 2 Fossil distribution in the Lower Gancha igou base-level hem i-cycle of in the western Qa idam Bas in

3 井-震一體的層序生物地層格架

單井層序劃分結(jié)果經(jīng)過連井地震剖面的標(biāo)定,互相校正之后才能成為較為完整的等時(shí)界面體系。柴達(dá)木盆地躍進(jìn)-烏南地區(qū)新生界做了大量井-震一體的層序生物地層對比工作,在不同斷塊同一標(biāo)準(zhǔn)化石與地震標(biāo)準(zhǔn)層配合,實(shí)現(xiàn)區(qū)域等時(shí)地層對比。首先在單井以中期基準(zhǔn)面旋回為層序劃分單元,標(biāo)準(zhǔn)化石Cyprideis(正星介)、Hem icyprinotus(半美星介)、Austrocypris(南星介)等控制層序的年代,然后將劃分結(jié)果標(biāo)定在地震剖面上遠(yuǎn)距離追蹤對比,形成井-震等時(shí)對比體系 (圖4)。地震標(biāo)準(zhǔn)層 (T2,T3,…)是一個(gè)物理相關(guān)面,它與附近標(biāo)識地質(zhì)年代的古生物化石建立了層序生物地層單元,在縱向上多個(gè)層序生物地層單元的疊加構(gòu)成井-震一體的層序生物地層格架。同一構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和古氣候背景下,基準(zhǔn)面旋回的同步性以及生物演化階段的可對比性是層序生物地層格架跨斷層、跨相區(qū)建立的理論基礎(chǔ)。

4 現(xiàn)狀與展望

柴達(dá)木盆地層序生物地層學(xué)研究從單井層序劃分到連井對比,再到標(biāo)準(zhǔn)化石約束下的跨構(gòu)造三維(二維)地震校對,是一個(gè)嘗試性的研究,具有明顯特色。但其古生物、測井和地震等多學(xué)科相結(jié)合的方法是大勢所趨,如吐哈油田在古生界地層對比中大量應(yīng)用露頭與井下結(jié)合的巖石地層和生物地層方法,輔之以測井和地震資料,同時(shí)應(yīng)用了地球化學(xué)資料[14],展現(xiàn)了地層研究中多學(xué)科、多方法綜合應(yīng)用的前景。為使地層研究在勘探地質(zhì)和開發(fā)地質(zhì)繼續(xù)產(chǎn)生更大的作為,可從 3個(gè)方面加深、加強(qiáng)層序生物地層學(xué)研究:1)更系統(tǒng)的露頭和巖心多門類古生物化石分析;2)更精細(xì)的鉆井高分辨率層序地層劃分;3)更積極的三維地震資料應(yīng)用。

圖 4 柴達(dá)木盆地躍進(jìn)-烏南地區(qū)新生界井-震等時(shí)對比Fig.4 Well-tie seis mic section showing isochronal stratigraphic correlation in Yuejin-Wunan area of the Qaidam Basin

5 認(rèn)識與結(jié)論

1)在柴達(dá)木盆地西部咸東 1井-咸 8井地區(qū)上油砂山組下部建立的層序生物地層單元是劃分上油砂山組與下油砂山組的依據(jù)。高分辨率層序地層學(xué)中期基準(zhǔn)面旋回和穩(wěn)定化石帶是層序生物地層單元的構(gòu)成要素。

2)古近系下干柴溝組下段可劃分為兩個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回。在淺湖區(qū)浮游南星介Austrocypris出現(xiàn)在基準(zhǔn)面上升半旋回,在靜水濱湖和沼澤生長的克氏輪藻Croftiella等出現(xiàn)在基準(zhǔn)面下降半旋回內(nèi),據(jù)此可建立以基準(zhǔn)面半旋回為層序框架的層序生物地層單元。因此,層序生物地層單元的精度依基準(zhǔn)面旋回和化石帶范圍而定。

3)在層序生物地層格架內(nèi)的等時(shí)對比發(fā)現(xiàn),紅柳泉-躍進(jìn)地區(qū)下干柴溝組下段紅層頂界時(shí)代由西向東變新,反映了隨時(shí)代變新沉積范圍從西部山前向東部盆地方向逐步擴(kuò)大的地質(zhì)歷史。

4)單井層序劃分結(jié)果在地震時(shí)間剖面上對比校正后才能形成較為完善的等時(shí)界面體系。古生物、地震資料與高分辨率層序地層學(xué)的結(jié)合是建立跨構(gòu)造層序生物地層格架的有效手段。

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Application of sequence biostratigraphy in the Qaidam Bas in and its prospects

Yang Ping1,Deng Kui2,Liu Xuehui3,Qin Enpeng3,Yu Shuisheng3and Liu Guihua1

(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Developm ent,PtroChina Q inghaiOilfield Company,Dunhuang, Gansu736202,China;2.Lenghu Oilfield,PtroChina Q inghaiOilfield Company,Lenghu,Q inghai816000,China;3.Research Institute of Petroleum Exploration and Developm ent,PtroChina Turpan Oilfield Company, Ham i,Xinjiang839009,China)

An integration of high-resolution sequence stratigraphic and sequence biostratigraphic analysis of well logs allows the recognition of a distinctive sequence biostratigraphic unit from the Neogene Shangyoushashan Formation of the well Xiandong-1 and the well Xiandong-8 in western Qaidam Basin,NWChina.The unit is distinguished from the Xiayoushashan For mation in the same well of the same area and is used as a boundary marker. Two comparable sequence biostratigraphic units are also recognized from the lower Paleogene Xiaganchaigou Formation in the Hongliuquan-Yuejin area of the basin.Sequence biostratigraphic correlations show that the top boundary of the remarkable“red bed”in the lower Xiaganchaigou For mation gets younger eas twards,indicating an eastward lake expansion following fluctuationsof base-level cycle.In theWunan area of the basin,a sequence biostratigraphic framework is constructed under the constraint of characteristic fossils by integrating sequence biostratigraphic unitswith seis mic stratigraphy,providing standards for regional stratigraphic division and correlations in southwestern Qaidam Basin.Accordingly,the integration of biostratigraphy,seis mic stratigraphy and high-resolution sequence stratigraphy is a powerful approach in sequence biostratigraphic study and establishing regional isochronous stratigraphic frameworks.

Upper Youshashan Formation,Lower Youshashan Formation,Lower Ganchaigou Formation,baselevel cycle,sequence biostratigraphic unit,Qaidam Basin

中國石油天然氣股份有限公司項(xiàng)目(07-01Z-01-02)。

TE121.3

A

0253-9985(2010)05-0561-06

2009-10-26。

楊平(1968—),男,博士、高級工程師,古生物與層序地層學(xué)。

(編輯 張亞雄)