王 強(qiáng)，王興志，徐劍良，劉 斌，張 沁

1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051 3.中國石油（土庫曼斯坦）阿姆河天然氣公司，北京 東城 100011

恰什古伊地區(qū)碳氧同位素地層學(xué)分析*

王 強(qiáng)1，2，王興志1，徐劍良2，劉 斌3，張 沁2

1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051 3.中國石油（土庫曼斯坦）阿姆河天然氣公司，北京 東城 100011

土庫曼斯坦恰什古伊地區(qū)有效儲集層為卡洛夫—牛津階碳酸鹽巖，該段GR變化小，旋回分析困難，導(dǎo)致有利儲層預(yù)測難。利用該區(qū)Cha–21井所取巖芯中采集的41個樣品測定的碳氧同位素，結(jié)合區(qū)域沉積演化分析資料，探討了卡洛夫—牛津階儲層段沉積時的海平面變化。結(jié)果表明，氧同位素的原始信息已被成巖作用破壞，而碳同位素基本保持了原始特征，因此碳同位素可用于同位素地層研究和古環(huán)境分析；據(jù)此計算出鹽度指數(shù)變化范圍為128.25～136.63，明顯大于海水和淡水的分界標(biāo)準(zhǔn)，反映成巖流體具有較高鹽度海源水性質(zhì)；由δ13C的變化所確定的研究區(qū)的海平面變化曲線與卡洛夫—牛津階全球海平面變化曲線吻合，印證了該區(qū)儲層地質(zhì)年代定為卡洛夫—牛津期是準(zhǔn)確的；依據(jù)海平面變化曲線，將卡洛夫—牛津階主力儲層段分為3個沉積旋回5個演化階段。該成果填補(bǔ)了該區(qū)碳氧同位素地層研究的空白，對深化盆地沉積演化規(guī)律的認(rèn)識及預(yù)測儲層有利區(qū)塊具有重要意義。

同位素地層學(xué)；沉積旋回；卡洛夫–牛津階；恰什古伊地區(qū)；土庫曼斯坦

王 強(qiáng)，王興志，徐劍良，等．恰什古伊地區(qū)碳氧同位素地層學(xué)分析[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，36（3）：27–34．

Wang Qiang,Wang Xingzhi,Xu Jianliang,et al．Carbon and Oxygen Isotope Stratigraphy Research in Chashgui Area[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（3）：27–34．

恰什古伊構(gòu)造位于土庫曼斯坦阿姆河右岸B區(qū)塊中部的阿爾金—阿塞爾地區(qū)，構(gòu)造上位于阿姆河盆地查爾朱斷階帶。該區(qū)卡洛夫—牛津階碳酸鹽巖是天然氣勘探的主要目的層段[1]。該段碳酸鹽巖整體較純，自然伽馬變化特征不明顯，僅根據(jù)測井曲線很難恢復(fù)古海平面變化。筆者利用該區(qū)系統(tǒng)采集的Cha–21井碳酸鹽巖樣品測定碳氧同位素數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)域沉積演化研究成果，探討該儲層段海平面變化特征。

1 地質(zhì)背景

阿姆河盆地位于土蘭地臺東南部，是在海西期褶皺基底上發(fā)育起來的中新生代盆地。盆地縱向上有基底、過渡層和地臺蓋層3個構(gòu)造層[2]，基底主要為古生界火成巖和變質(zhì)巖，埋藏深度變化很大；過渡層由二疊系—三疊系陸相碎屑巖組成，對盆地進(jìn)行填平；蓋層主要指侏羅系、白堊系、古近系、新近系與第四系。其中，中下侏羅統(tǒng)濱、淺海相含煤碎屑沉積具備優(yōu)越的生烴條件和巨大的資源潛力，而其上的上侏羅統(tǒng)卡洛夫—牛津階普遍發(fā)育有良好的碳酸鹽巖儲層，儲層之上直接覆蓋巨厚的上侏羅統(tǒng)基末利階鹽膏層。由此形成良好的生儲蓋組合[3]。

已有的研究成果表明，作為主要儲層的卡洛夫—牛津階巖性組合較簡單：底部主要為深水斜坡灰泥沉積；中部為淺—中深海相碳酸鹽巖；頂部為高伽馬泥巖。該地層單元在恰什古伊地區(qū)自下而上可劃分為XVI層、XVa2層、Z層、XVa1層、XVhp層和GAP層（圖1）。其中，XVI層為混積沉積的致密層，主要儲層分布在XVa2～XVhp層，頂部的高伽馬泥巖層與上覆的基末利鹽膏層為有效蓋層[4]。

2 樣品采集與測試方法

采集Cha–21井3 469～3 725 m巖芯樣品41個，層位主要是卡洛夫—牛津階XVhp層、XVa1層、Z層和XVa2層（圖1），所取樣品主要為微晶灰?guī)r，部分為微晶顆?；?guī)r、微晶生物碎屑灰?guī)r，個別為介殼化石。為保證樣品反映原始海水性質(zhì)的可靠性和代表性，取樣時盡量避開明顯受到成巖蝕變、重結(jié)晶和方解石脈體部分。

樣品經(jīng)挑選后粉碎至200目，分成兩份，分別作Fe、Mn、Sr微量元素分析和C、O同位素測定。C、O同位素測試在中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院地質(zhì)實驗室完成，分析儀器為Finnigan公司MAT–252EM型質(zhì)譜儀，分析精密度±0.20‰，標(biāo)準(zhǔn)為PDB；Sr、Mn微量元素測試在成都礦產(chǎn)綜合利用研究所測試中心完成，儀器型號為2000DV，檢測依據(jù)為JY/T05—1996《ICP廣譜法》，測限0.001%，誤差0.002%。上述儀器測試精度都能滿足研究要求。

3 測試結(jié)果及有效性分析

由于碳酸鹽巖的δ18O值易受后生成巖蝕變作用的影響，而同等條件下δ13C值受到的影響程度相對較小[5]，因此，在應(yīng)用碳酸鹽巖的碳、氧同位素組成進(jìn)行古沉積環(huán)境研究之前，必須對成巖蝕變作用對樣品的影響進(jìn)行評估，剔除明顯受到成巖蝕變改造的樣品數(shù)據(jù)。

已有研究資料表明，δ18O低于–10.00‰，表明氧同位素原始組成可能已發(fā)生明顯改變；δ18O為–5.00‰～–10.00‰，表示氧同位素較原始組成可能稍有變化，但碳同位素組成的變化不大[6-7]。

樣品的Mn和Sr含量和Mn/Sr比值也是判斷其對海水代表性的重要指標(biāo)。Korte，et al在研究歐洲阿爾卑斯山三疊系海相灰?guī)r同位素組成時，將Mn含量小于250×10?6的樣品視為同位素地層研究好樣品[8]；Kaufnan認(rèn)為應(yīng)用鍶、碳同位素變化反演海水升降和古氣候時，只有碳酸鹽巖樣品中Mn/Sr＜2時，其同位素組成才是有價值的[9-11]。

對所分析的41件樣品進(jìn)行可靠性評估，得到36件樣品的有效分析數(shù)據(jù)（表1）。

表1實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結(jié)果見表2、圖2。將該結(jié)果與Bartolini，et al報道的古地中?？宸颉＝螂A海相灰?guī)r的δ13C（3.00‰～4.50‰）和δ18O（–1.17‰～–3.00‰）[12]作比較，可以看出，50%的氧同位素實驗數(shù)據(jù)較報道的數(shù)據(jù)范圍偏正，說明成巖作用對氧同位素的影響比較大；而碳同位素中，除生屑微晶灰?guī)r的值較報道結(jié)果偏小外，其余均與之匹配。因此，獲取的碳同位素數(shù)據(jù)適用于同位素地層研究和古環(huán)境分析。

利用文獻(xiàn)[13]的鹽度指數(shù)（Z）計算公式[Z=2.048（δ13CPDB＋50）+0.498（δ18OPDB＋50）]計算的Z平均值變化范圍為128.25～136.63（表1），均大于海水和淡水的分界標(biāo)準(zhǔn)（Z=120），反映成巖流體具有較高鹽度海源水性質(zhì)。

圖1 阿姆河盆地恰什古伊地區(qū)Cha–21井沉積相剖面圖Fig.1 The sedimentary facies cross-section of Well Cha–21 in Chashgui，the Amu-Darya Basin

表1 恰什古伊地區(qū)卡洛夫—牛津階碳酸鹽巖樣品C、O同位素數(shù)據(jù)Tab.1 Carbon and oxygen isotopes in Callovian–Oxfordian carbonate rocks，Chashgui

表2 卡洛夫—牛津組碳酸鹽巖碳、氧同位素分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of carbon and oxygen isotope in Callovian–Oxfordian carbonate rocks，Chashgui

圖2 不同類型碳酸鹽巖的δ13C與δ18O值交會圖Fig.2 δ13C&δ18O correlation in different carbonate rocks

4 碳氧同位素地層曲線與海平面變化

鄭榮才、李玉成等分別利用碳、鍶同位素在龍門山泥盆紀(jì)和在華南晚二疊世證明了碳氧同位素地層曲線演化總趨勢與對應(yīng)時期海平面升降變化規(guī)律基本一致，整體表現(xiàn)為δ13C高值區(qū)對應(yīng)高海平面，低值區(qū)對應(yīng)低海平面[14-17]。

由恰什古伊地區(qū)各類樣品的δ13C、δ18O與深度關(guān)系圖（圖3）可以看出，前者與深度變化的相關(guān)性較好，后者則較差。這與前人認(rèn)為碳酸鹽巖碳同位素反映古海洋海平面變化比氧同位素更為有效的結(jié)論相吻合[5，18]。因此，本區(qū)卡洛夫—牛津階同位素地層分析主要利用碳同位素進(jìn)行。

縱觀恰什古伊地區(qū)不同層位碳同位素地層曲線可知，該區(qū)在XVa2層至XVhp層沉積時，可劃分出A、B、C、D、E等5個海平面升降階段。

A階段：該時段對應(yīng)XVa2中上部到Z層中部，δ13C值由4.452‰下降為3.804‰，表明其沉積環(huán)境由中緩坡（灰泥為主）向斜坡（灰泥丘）演化，整體上表現(xiàn)為海平面相對下降，形成向上變淺的相序列。

B階段：該時段對應(yīng)Z中部到XVa1層中部，δ13C值由3.804‰增大到4.269‰，呈持續(xù)緩慢上升趨勢，但波動不大，結(jié)合其巖性特征，可以看出，該時間段為中緩坡生物丘和淺灘與斜坡泥交替發(fā)育環(huán)境，沉積環(huán)境相對穩(wěn)較定。

C階段：該時段對應(yīng)XVa1中上部到XVhp層中部，δ13C值由4.269‰下降至2.505‰，表明其沉積環(huán)境仍為中緩坡，但海平面呈現(xiàn)下降趨勢。

D階段：該時段對應(yīng)XVhp中部到XVhp層上部，δ13C值由2.505‰小幅升高至3.53‰，表明其沉積環(huán)境仍為中緩坡（灰泥丘）或斜坡（泥和生物丘），對應(yīng)海平面的小幅升高。

E階段：該時間段沉積環(huán)境表現(xiàn)為中緩坡內(nèi)的生物丘和斜坡泥，是牛津階逐漸開始向基末利階轉(zhuǎn)變的過程，這時期δ13C值變化急劇，δ13C值由最高的3.185‰急劇減小到0.545‰，反映海平面下降速度比C階段更快，水體更淺。

圖3 恰什古伊地區(qū)碳、氧同位素與深度關(guān)系圖Fig.3 Relation between depth and carbon and oxygen isotope，Chashgui Area

從上述特征可以看出，研究區(qū)卡洛夫階海平面上升階段的碳同位素受海平面變化控制明顯，反映了海平面總體處于較高的位置，且海平面有振蕩降低。沉積環(huán)境也反映了總體能量較低的中緩坡沉積環(huán)境。

5 碳同位素地層對比

將本實驗分析數(shù)據(jù)研究所得海平面變化曲線與Prokoph A和Bartolini對全球同位素的最新研究成果對比[19-20]（圖4），可以得出古地中海、意大利中部的C同位素曲線和土庫曼阿姆河右岸卡洛夫牛津階碳同位素地層曲線演化的總體趨勢近一致，也基本與全球海平面變化曲線吻合，只是在早—中卡洛夫階的上升期，本區(qū)未進(jìn)行取樣分析，但晚卡洛夫階—牛津期下降的趨勢與上述兩地區(qū)極為相似，都表現(xiàn)出相同的波動趨勢。此為阿姆河盆地恰什古依地區(qū)氣田主力產(chǎn)層地質(zhì)年代屬于上侏羅統(tǒng)卡洛夫—牛津階的重要證據(jù)。

圖4 Cha–21井與其他地區(qū)碳同位素曲線對比圖Fig.4 Correlation of carbon isotope curves of Cha–21 with other areas

6 結(jié) 論

（1）各類碳酸鹽巖的碳、氧穩(wěn)定同位素組成是沉積作用和成巖作用疊加的結(jié)果，成巖作用已經(jīng)破壞氧同位素的原始沉積信息，而碳同位素保持了原始特征，可以用于海平面升、降與古環(huán)境分析。

（2）恰什古伊地區(qū)卡洛夫—牛津階δ13C地層曲線與古地中海、意大利中部的C同位素曲線對比表明，其同位素地層曲線演化的總體趨勢近一致，與全球海平面變化曲線吻合，是該主力產(chǎn)層地質(zhì)年代屬性的重要證據(jù)。

（3）恰什古伊地區(qū)卡洛夫—牛津階δ13C地層曲線表明，該區(qū)主力儲層段沉積時期，海平面逐漸降低，XVa2中部到XVhp層頂部可以劃分為5個海平面升降期。其中，XVa2中上部到Z層中部沉積期海平面逐漸降低；XVa1層中部沉積期海平面緩慢升高；XVhp層中部沉積期海平面下降；XVhp層上部沉積期海平面小幅升高；XVhp頂部沉積期海平面快速降低。由此可以將卡洛夫—牛津階主力儲層段分為3個沉積旋回。

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編輯：張云云

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Carbon and Oxygen Isotope Stratigraphy Research in Chashgui Area

Wang Qiang1，2,Wang Xingzhi1,Xu Jianliang2,Liu Bin3,Zhang Qin2
1.School of Geoscience and Technology，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China 2.Geologic Exploration&Development Research Institute，Chuanqing Drilling Engineering Co.Ltd.，CNPC，Chengdu，Sichuan 610051，China 3.CNPC（Turkmenistan）Amu Darya River Gas Company，Dongcheng，Beijing 100011，China

The effective reservoir in Chashgui Area，Turkmenistan，is Callovian–Oxfordian carbonate rocks.Since the GR curve does not varies much，it is difficult to predict the favorable reservoir distribution.Using the carbon and oxygen isotope from the 41 samples out of the core of the Well Cha-21 in Chashgui Area，combining with the data of the sedimentary evolution，this paper discusses the sea-level changes during the sedimentation of the Callovian–Oxfordian reservoirs.It is shown that the information in the oxygen isotope has been damaged，and the information in the carbon isotope has been preserved.So the carbon isotope can be used to study the isotope stratigraphy and analyze the Palaeo-environment.The calculated salinity index is 128.25～136.63，which is higher than the division standard between brine and freshwater，so the diagenetic fluid is high salinity brine.The carbon-isotope stratigraphic curve is almost consistent with the global sea-level curve，which proved that the reservoir geologic period is really Callovian–Oxfordian.According to the sea-level change curve，the main reservoirs in Callovian–Oxfordian are divided into 3 sedimentary cycles and 5 evolutionary phases.Those results fill up the blank in the isotopic stratigraphy studies，which are important significance for the in-deep understanding of the law of sedimentary evolution，and predicting the favorable blocks.

isotopestratigraphy；sedimentary cycle；Callovian–Oxfordian；Chashgui Area；Turkmenistan

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2014.02.24.04.html

王強(qiáng)，1976年生，男，漢族，四川南溪人，高級工程師，博士研究生，主要從事沉積學(xué)和儲層地質(zhì)學(xué)、油氣成藏和油氣勘探研究工作。E-mail：dqsc@163.com

王興志，1964年生，男，漢族，四川劍閣人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)與儲層地質(zhì)學(xué)教學(xué)與研究工作。E-mail：wxzswpi@163.com

徐劍良，1976年生，男，漢族，吉林松原人，高級工程師，博士，主要從事碳酸鹽巖油氣藏地質(zhì)研究。E-mail：xujlsc@cnpc.com.cn

劉斌，1973年生，男，漢族，黑龍江慶安人，工程師，碩士，主要油氣勘探井位部署與設(shè)計、儲量評估等工作。E-mail：liubin01@cnpcag.com

張沁，1983年生，女，漢族，四川營山人，碩士，主要從事油氣地質(zhì)方面的翻譯工作。E-mail：aquatazq@163.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2014.02.24.04

1674-5086（2014）03-0027-08

TE122

A

2014–02–24 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間：

時間：2014–05–21

中國石油天然氣股份有限公司重大專項（2011E–2505，2013D–0904）；國家示范工程（2011ZX–05059）。