趙 軍，曹 強(qiáng)，付憲弟，張飛飛，秦國英，閆文雯

(1.中國石油 大慶油田有限責(zé)任公司 第十采油廠，黑龍江 大慶 166405；2.中國石油 大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163618； 3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，武漢 430074)

地層剝蝕與區(qū)域性的構(gòu)造運動有關(guān)，其分布受到盆地局部差異翹傾的控制，對油氣生成、運移和聚集等產(chǎn)生重要的影響。同時，地層剝蝕厚度是恢復(fù)原型盆地、重建盆地沉積—構(gòu)造演化史及模擬成藏過程研究的重要參數(shù)[1-2]。

目前，恢復(fù)地層剝蝕厚度的方法主要有鏡質(zhì)體反射率法[3]、磷灰石裂變徑跡法[4-5]、流體包裹體法[6]、地質(zhì)分析對比法[6]、泥巖聲波時差法[7]和宇宙成因核素法[8]等。上述方法各有其適用范圍和特點，除地質(zhì)分析對比法和泥巖聲波時差法外，其他方法成本較高，而地質(zhì)分析對比法需要研究人員具有較強(qiáng)的地質(zhì)認(rèn)識能力，泥巖聲波時差法受到模型和壓實規(guī)律等嚴(yán)格限制。近年來，有學(xué)者提出基于米蘭科維奇旋回理論[9]，運用旋回地層分析方法恢復(fù)地層剝蝕厚度，但該方法在地層剝蝕厚度研究方面還沒有得到很好的應(yīng)用。本文選取遍布松遼盆地X油田全區(qū)的42口探井，基于測井曲線提取米蘭科維奇旋回信息，計算地層剝蝕厚度。

1 研究概況

地球繞太陽公轉(zhuǎn)的橢圓軌道形狀、黃赤交角(地球自轉(zhuǎn)軌道面與地球公轉(zhuǎn)軌道面的夾角)和地球自轉(zhuǎn)軸的周期性變化，分別用偏心率(e)、斜率(o)和歲差(p)來描述。天文軌道參數(shù)(偏心率、斜率和歲差)周期性變化驅(qū)動地球表層氣候周期性波動，對氣候變化敏感的沉積物呈旋回性保留在沉積地層中[10]，稱為米蘭科維奇旋回(簡稱米氏旋回)。通過頻譜分析、小波變換等技術(shù)手段，可以識別出地層中的米氏旋回信息。LASKAR等[11]認(rèn)為米氏旋回用于定量計算可以追溯到距今250 Ma，研究層段松遼盆地X油田青山口組符合時限條件。旋回地層的研究常用替代指標(biāo)提取天文周期，其中自然伽馬(GR)、自然電位(SP)測井曲線最為常用[12]，對砂泥巖反應(yīng)敏感，本次研究使用GR或SP測井曲線提取青山口組地層中的米氏旋回信息。基于米氏旋回理論，運用頻譜分析、小波變換和濾波技術(shù)，探索性地恢復(fù)研究區(qū)42口探井(直井且未鉆遇斷層)的青山口組(K2qn)剝蝕厚度，繪制X油田的地層剝蝕厚度平面分布圖，總結(jié)全區(qū)及4個三級構(gòu)造帶的地層剝蝕厚度分布特征，對青山口組沉積末期區(qū)域構(gòu)造運動差異性的深入認(rèn)識具有一定意義。

圖1 松遼盆地X油田青山口組頂面埋深及構(gòu)造區(qū)劃據(jù)徐啟[13]等修改。

圖2 松遼盆地白堊系地層綜合柱狀圖據(jù)張順等[14]、任延廣等[14]和吳懷春等[15]修改。

X油田位于松遼盆地中央坳陷區(qū)東部朝陽溝階地，呈NE-SW向展布(圖1)。東西向的剖面顯示，朝陽溝階地西北陡、東南緩。X油田劃分為H背斜、M鼻狀構(gòu)造、J背斜和N鼻狀構(gòu)造等4個三級構(gòu)造帶[13]。青山口組地層沉積于晚白堊世初期，距今88.8～94 Ma，處于裂后熱沉降坳陷發(fā)育階段。由下至上，青山口組劃分為青一段、青二段和青三段。青一段泥巖發(fā)育，見油頁巖；青二、三段上部主要為紫紅、灰綠色泥巖，淺灰色粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖沉積?？傮w上，青一段至青三段沉積末期，盆地經(jīng)歷了緩慢的構(gòu)造抬升，湖泊面積逐漸減小，相對湖平面逐漸降低，氣候由潮濕逐漸變得干燥，沉積層序呈現(xiàn)反旋回特征(圖2)。在青一段沉積時期，全區(qū)處于半深湖—深湖沉積環(huán)境；青三段沉積時期，研究區(qū)南部處于半深湖—深湖，而北部逐漸演變?yōu)闉I淺湖沉積環(huán)境。青山口組沉積末期，由于構(gòu)造隆升作用，盆地邊緣大部分區(qū)域處于剝蝕狀態(tài)，與上覆姚家組呈平行不整合接觸，局部出現(xiàn)角度不整合接觸。青山口組在哈爾濱—綏化地區(qū)遭受強(qiáng)烈剝蝕[16]，呼蘭隆起帶和長春嶺背斜遭受局部剝蝕[17]；而處于凹隆過渡帶的朝陽溝階地，青山口組是否遭受剝蝕、剝蝕量多少的相關(guān)研究較少。過TX51井南北向的地震剖面顯示，6號斷層兩側(cè)地震同向軸數(shù)目不等(圖1)。本文通過提取地層的天文旋回信息，揭示研究區(qū)的構(gòu)造運動特征，為盆地的沉積—構(gòu)造歷史演化和油氣成藏過程提供參考。

2 旋回地層分析

2.1 數(shù)據(jù)與方法

選取X油田鉆穿青山口組且未鉆遇斷層的42口直探井(表1)。優(yōu)先使用GR曲線，如無GR曲線，則用SP曲線代替?；诿资闲乩碚摚肦edfit3.8軟件[18]對GR或SP曲線進(jìn)行頻譜分析，同時使用TORRENCE等[19]提供的小波工具包進(jìn)行小波變換，綜合識別米氏旋回。通過對米氏旋回周期進(jìn)行高斯帶通濾波，以提取地層中記錄的米氏周期個數(shù)。由于米氏旋回受到構(gòu)造運動、沉積環(huán)境等因素的影響，旋回厚度呈現(xiàn)波動變化，因此，頻譜分析結(jié)果顯示的旋回厚度是平均值。小波變換對準(zhǔn)周期時變信號的檢測效果非常好，能夠檢測出偏心率、斜率和歲差在沉積過程中的能量變化。

2.2 處理結(jié)果與分析

LASKAR等[11]計算了新生代和中生代天文周期。在地史中，偏心率周期基本保持在100 ka左右，而斜率周期與歲差周期逐漸增大，但三者比值接近5∶2∶1。據(jù)此，如果在地層中識別出旋回厚度比值與天文周期3個參數(shù)比值相近的3種旋回，則認(rèn)為X油田青山口組沉積時期受到天文周期的影響。

以TX37井和TX50井為例。TX37井地震剖面反射軸橫向連續(xù)性較好，振幅能量較強(qiáng)，為穩(wěn)定沉積環(huán)境。在TX37井青山口組頻譜分析(圖3)結(jié)果中，找到11.5，4.5，2.3 m3個天文旋回厚度的比值為5∶1.957∶1，比值接近5∶2∶1，分別對應(yīng)偏心率100 ka、斜率40 ka和歲差20 ka天文周期，且振幅譜曲線的相對振幅能量是偏心率>斜率>歲差，反映出青山口組沉積序列受到偏心率的影響最大，其次是斜率，影響最小的是歲差；小波變換驗證了頻譜分析的結(jié)果。同樣，在TX50井青山口組頻譜分析的結(jié)果中找到了11.4，4.5，2.2 m3個天文旋回厚度(圖3)，其比值為5.18∶2.05∶1，接近于5∶2∶1，小波變換揭示出100ka偏心率周期的能量最強(qiáng)；其中100 ka偏心率周期對應(yīng)的旋回厚度，頻譜分析的結(jié)果11.4 m和濾波計算的結(jié)果11.76 m略有差異，但在允許的范圍內(nèi)。對研究區(qū)42口探井進(jìn)行頻譜分析和小波變換，均得到相同的結(jié)論。在青山口組沉積過程中，偏心率信息比較完整地保存在地層中，能量較強(qiáng)；而斜率和歲差受到構(gòu)造運動、氣候周期等的強(qiáng)烈干擾，其信息斷斷續(xù)續(xù)地被記錄下來，能量較弱。因此，選擇信息連續(xù)、能量較強(qiáng)的100 ka偏心率周期計算地層剝蝕厚度。

表1 松遼盆地X油田青山口組天文周期分析和剝蝕厚度計算

圖3 松遼盆地X油田TX37井和TX50井青山口組旋回地層分析

對研究區(qū)42口探井青山口組的100 ka偏心率周期進(jìn)行高斯帶通濾波，提取旋回地層信息。以TX14、TX6、TX50和TX37井為例，總體特點是在地層頂?shù)滋幍男匦畔⑤^明顯，而其間的信息能量較弱，反映出青山口組沉積開始與結(jié)束時，沉積環(huán)境發(fā)生明顯變化。沉積開始時發(fā)生明顯的水進(jìn)，沉積結(jié)束時發(fā)生明顯的水退，而其間出現(xiàn)多幕次級水進(jìn)—水退事件(圖2)。經(jīng)過濾波，TX14、TX6、TX50和TX37井分別檢測出40、42、43和39個100 ka偏心率周期(圖4)。在同一穩(wěn)定沉積區(qū)域內(nèi)，地層記錄的100 ka偏心率周期個數(shù)應(yīng)相同，但研究區(qū)濾波結(jié)果顯示，42口探井記錄的100 ka偏心率周期的數(shù)量不盡相同(表1)，介于35～43個之間，說明存在地層缺失現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因極有可能是剝蝕作用。因此，利用地層記錄的100 ka偏心率周期個數(shù)的差異，可以用來恢復(fù)剝蝕厚度。

3 地層剝蝕厚度

3.1 計算方法及過程

根據(jù)研究區(qū)42口探井青山口組100 ka偏心率周期的濾波結(jié)果，最大值為43，最小值為35，將記錄43個100 ka偏心率周期的地層定為完整的沉積序列(未遭受剝蝕)，而低于此值的地層被認(rèn)定為遭受剝蝕，此剝蝕厚度為青山口組現(xiàn)今埋藏深度下的“最小視剝蝕厚度”。

圖4 松遼盆地X油田青山口組濾波結(jié)果

以TX37井為例，姚家組底深為732.5m，青山口組底深為1 184 m，研究層段共記錄39個100 ka偏心率周期，平均旋回厚度為(1 184-732.5)/39=11.58 m，與頻譜分析的結(jié)果近乎一致。由于缺失4個100 ka偏心率周期，因此缺失的地層厚度應(yīng)為(43-39)×11.58=46 m，即TX37井青山口組被剝蝕地層厚度為46 m。按照上述方法，對研究區(qū)42口探井青山口組的剝蝕厚度進(jìn)行計算并統(tǒng)計結(jié)果(表1)。

3.2 對比分析

基于研究區(qū)目的層段現(xiàn)有的泥巖聲波時差資料，以TX44井計算結(jié)果為例進(jìn)行剝蝕厚度對比分析。TX44井青山口組頂深為429 m，底深為826 m，目的層段上部主要發(fā)育綠灰色和紫紅色泥巖，下部主要發(fā)育灰黑色、黑色泥巖和黑褐色油頁巖。

旋回地層分析法顯示，TX44井青山口組共記錄36個100 ka偏心率周期，平均旋回厚度為11.03 m，因此，其青山口組“最小視剝蝕厚度”為(43-36)×11.03=77 m。

本區(qū)青山口組埋深較淺，壓實規(guī)律保存較好，適合使用泥巖聲波時差法。選擇厚度超過2 m的泥巖段進(jìn)行讀值，讀值點盡可能地分布均勻，讀值時讀取1/2幅值處。由于姚家組與嫩江組整合接觸(圖5左)，所以將其作為不整合面上的一個整體進(jìn)行讀值；由于青山口組上部埋深較淺且發(fā)育大段泥巖(圖5左)，因此，將青山口組上部地層作為不整合面之下的部分進(jìn)行讀值。對不整合面上、下讀取的泥巖聲波時差取對數(shù)，在散點圖上做回歸分析，恢復(fù)出TX44井青山口組地層的剝蝕厚度約為174 m(圖5右)。

對比分析旋回地層分析法和泥巖聲波時差法，二者計算結(jié)果相差97 m。旋回地層分析法依據(jù)地層中記錄的100 ka偏心率周期計算剝蝕厚度，其精度主要取決于旋回信息的強(qiáng)弱、構(gòu)造運動的程度及沉積間斷是否存在等。而泥巖聲波時差法的準(zhǔn)確性受到泥巖埋深、讀值方式等地質(zhì)和非地質(zhì)因素的影響，得到的剝蝕厚度是個估計值。因此，綜合分析認(rèn)為旋回地層分析法恢復(fù)的剝蝕厚度可靠性較高，可以在研究區(qū)推廣應(yīng)用。

3.3 剝蝕厚度分析

基于研究區(qū)42口探井的計算結(jié)果，繪制X油田青山口組剝蝕厚度平面分布圖(圖6)。H背斜是剝蝕量高值區(qū)，剝蝕厚度呈東北—西南條帶狀分布，剝蝕厚度在34～98 m之間，以60 m以上為主；其西南和東南局部地區(qū)的剝蝕厚度較小，在40 m左右。M鼻狀構(gòu)造是剝蝕量低值區(qū)，剝蝕厚度有向南減弱的趨勢，剝蝕量在20～50 m之間。J背斜東北部繼承了H背斜的剝蝕量高值區(qū)，局部剝蝕厚度高達(dá)70 m；其西北方向、靠近三肇凹陷的地區(qū)出現(xiàn)剝蝕量低值區(qū)，普遍低于20 m。N鼻狀構(gòu)造出現(xiàn)大面積的未剝蝕區(qū)，主要位于西南部；其東南方向、靠近長春嶺背斜帶的局部地區(qū)出現(xiàn)剝蝕區(qū)域，剝蝕厚度在40～60 m之間。

圖5 松遼盆地X油田TX44井巖心柱狀圖(左)和泥巖聲波時差計算青山口組剝蝕厚度(右)

圖6 松遼盆地X油田青山口組剝蝕厚度平面分布

總體上，研究區(qū)地層剝蝕厚度呈現(xiàn)出東北高、西南低的特征，剝蝕厚度在0～98 m之間，未剝蝕區(qū)主要分布在西南部N鼻狀構(gòu)造，強(qiáng)烈剝蝕區(qū)主要分布在東北部H背斜。剝蝕厚度的分布特征與盆地的構(gòu)造相吻合。朝陽溝階地東北部與東北隆起區(qū)的呼蘭隆起帶相接，東部與東南隆起區(qū)的長春嶺背斜帶相接，反映出青山口組沉積末期的構(gòu)造隆升作用，對朝陽溝階地產(chǎn)生了局部影響，其構(gòu)造擠壓應(yīng)力主要來自東北方向的呼蘭隆起帶，至朝陽溝階地逐漸減弱；同時反映出當(dāng)時松遼盆地的沉積中心位于西南或西北方向。

4 結(jié)論

(1)松遼盆地X油田青山口組存在米氏旋回天文周期，可檢測出100 ka偏心率、40 ka斜率和20 ka歲差周期，其中以100 ka偏心率周期信號較強(qiáng)且連續(xù)。基于米氏旋回理論計算剝蝕厚度表明，由東北向西南，剝蝕厚度逐漸減薄，直至出現(xiàn)大面積分布的未剝蝕區(qū)，反映出來自東北方向構(gòu)造擠壓應(yīng)力逐漸減弱的過程。

(2)青山口組沉積末期，在松遼盆地東部整體構(gòu)造隆升的背景下，高出基準(zhǔn)面的地層遭受剝蝕，同時由于區(qū)域構(gòu)造運動的應(yīng)力存在著差異，導(dǎo)致地層剝蝕量分布不均勻。研究結(jié)果對朝陽溝階地深部地層最大埋深、生烴潛力等指標(biāo)的評價提供指導(dǎo)意見，解決了盆地模擬中青山口組沉積時期的構(gòu)造演化問題，為油氣成藏過程的定量研究提供了依據(jù)。

(3)該方法可操作性較強(qiáng)，不受地層定年的影響，不受剝蝕模型的限制，充分考慮到了先沉積后剝蝕、邊沉積邊剝蝕的沉積模式，適用范圍較廣，計算出的地層剝蝕厚度誤差較小。但該方法也存在不足之處，選取數(shù)據(jù)時需要排除斷層的影響，對無井、少井區(qū)域缺乏預(yù)測性的解釋。

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