劉 犟,張克銀

(1.中國石化西南油氣分公司 博士后科研工作站，成都 610041；2.成都理工大學(xué) 博士后流動站，成都 610059； 3.四川旅游學(xué)院，成都 610100；4.中石化西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

麥地坪組-筇竹寺組是川南地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣重要勘探層位之一。四川盆地井研地區(qū)下寒武統(tǒng)麥地坪組-筇竹寺組頁巖氣勘探的目標(biāo)地層具有展布不均勻、沉積相特征差異明顯、沉積相變化較大等特點(diǎn)。由于川南地區(qū)在震旦紀(jì)末期至寒武紀(jì)初期受到強(qiáng)烈構(gòu)造作用的影響，在陸棚沉積體系中發(fā)育拉張槽，將正常平緩的陸棚沉積體系切分成沉積水體深淺變化較大的“水下凹臺”型[1-5]，使研究區(qū)下寒武統(tǒng)具有非常復(fù)雜的展布特征，為頁巖氣勘探造成了一定的難度。

通過巖心及野外剖面觀察，結(jié)合巖電模型對井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組進(jìn)行高分辨率層序地層劃分。在等時地層格架下對地層進(jìn)行追蹤，以求描述出井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組時空變化特征。

1 地層特征

在經(jīng)典高分辨率層序地層學(xué)中，高位體系域中的泥頁巖一般被視作高位體系域，即海泛面的標(biāo)志。但頁巖氣勘探地層中，泥頁巖厚度較大，其厚度從幾十米到超過100 m不等，具有巖性變化不明顯，以及測井自然伽馬高的特征，使高分辨率層序劃分在泥頁巖地層中的應(yīng)用較為困難。本文通過對巖心的精細(xì)觀察描述，將巖性微小變化與多種測井相結(jié)合，建立巖電模型，用以豐富對泥頁巖為主的地層進(jìn)行高分辨率層序地層劃分的依據(jù)。

1.1 巖性特征

井研地區(qū)麥地坪組下部為灰黑色含磷硅質(zhì)巖、硅質(zhì)磷塊巖(圖1-A)，向上漸變?yōu)楹缀谏搸r，部分地區(qū)底部見風(fēng)化形成的薄層灰黑色黏土；上部為灰黑色-黑色含粉砂質(zhì)頁巖與硅質(zhì)磷塊巖互層，頂部見灰色-深灰色巖屑石英粉砂巖與灰黑色粉砂質(zhì)泥巖互層(圖1-B)。研究區(qū)麥地坪組為發(fā)育于陸棚內(nèi)部裂谷中的強(qiáng)還原環(huán)境沉積，頂部為裂谷邊部斜坡在沉積水體下降過程中發(fā)育的重力流沉積。

研究區(qū)筇竹寺組可分為2段。下部第一段(簡稱“筇一段”)巖性為灰黑色-深灰色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖與灰色-深灰色鈣質(zhì)細(xì)粒巖屑砂巖、灰質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層，灰黑色-深灰色頁巖中見黃鐵礦團(tuán)塊或條帶(圖1-C、D)。從下至上由黑色頁巖為主逐漸變化為黑色頁巖與深灰色、灰色泥質(zhì)粉砂巖與灰質(zhì)粉砂巖夾層，互層增多，中上部含少量透鏡狀灰質(zhì)或硅質(zhì)結(jié)核，見少量呈星點(diǎn)狀產(chǎn)出的黃鐵礦(圖1-E)。上部第二段(簡稱“筇二段”)發(fā)育灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、頁巖與灰、淺灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層，可見少量三葉蟲和高肌蟲化石碎片(圖1-F)。結(jié)合構(gòu)造背景認(rèn)為，研究區(qū)筇竹寺組是發(fā)育在較穩(wěn)定構(gòu)造背景下的陸棚沉積，具有沉積水體深淺變化較快的特點(diǎn)。

1.2 測井響應(yīng)

由于麥地坪組-筇竹寺組整體巖性以泥頁巖為主，很難通過巖性直接分析總結(jié)出變化規(guī)律，需結(jié)合測井分析，特別是元素測井綜合對比。

1.2.1 常規(guī)測井

川南地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組測井特征獨(dú)特。由于巖性主要為泥頁巖與粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層，自然伽馬和電阻率曲線總體較平直。自然伽馬表現(xiàn)為較高值(普遍>80 API)，麥地坪組上部、筇一段底部和筇二段中部出現(xiàn)極高異常段(>270 API)。電阻率特征表現(xiàn)為麥地坪組普遍較高，曲線較為平直；筇竹寺組電阻率較麥地坪組稍低，仍然也較為平直；但有小幅度低值異常對應(yīng)出現(xiàn)在麥地坪組上部和筇一段底部(圖2)。

1.2.2 元素測井

研究區(qū)麥地坪組-筇竹寺組沉積時期自然伽馬和電阻率很難準(zhǔn)確反映較短時間周期內(nèi)的海平面升降變化情況。結(jié)合元素測井，通過Ni/Co比值、Mn/Fe比值、Sr/Ca比值、Th/U比值以及Ca含量變化特征，綜合歸納各段響應(yīng)特征。

圖1 井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組巖性特征圖Fig.1 Lithological characteristics of Maidiping Formation and Qiongzhusi Formation in Jingyan area(A)黑色硅質(zhì)巖,見高角度裂縫,JY2井,深度3 728.6 m; (B)黑色硅質(zhì)巖夾鈣質(zhì)粉砂巖互層,見差異壓實(shí)變形,JY2井,深度3 724.7 m; (C)灰黑色-深灰色頁巖夾灰色灰質(zhì)粉砂巖,灰質(zhì)粉砂巖滴酸起泡,JY1井,深度3 532.7 m; (D)深灰色泥巖夾黃鐵礦條帶,JY1井,深度3 549.3 m; (E)深灰色泥巖,見星點(diǎn)狀黃鐵礦,JY1井,深度3 297.5 m;(F)灰黑色頁巖,見高肌蟲化石,JY1井,深度3 285.7 m

麥地坪組元素測井具有Mn/Fe高、Sr/Ca和Th/U低的特征，反映沉積水體較筇竹寺組深。但Ca含量高與深水沉積相悖。認(rèn)為該地層中Ca主要來源于早寒武世第一次生物大爆發(fā)——梅樹村動物群的小殼動物殼體[6-8]。

筇竹寺組Mn/Fe低和Ca含量較低，同時Sr/Ca和Th/U較高，均與麥地坪組呈明顯臺階狀突變。Ni/Co于筇竹寺組底部出現(xiàn)突變極高值，向上鐘型減小后逐漸增大。綜合表明筇竹寺組沉積時水體深度較麥地坪組沉積時期整體稍淺。筇一段與筇二段界線處及筇二段中上部，各元素比值及Ca含量均出現(xiàn)突變。其突變規(guī)律表明筇一段沉積水體深度大于筇二段(圖2)。

2 高分辨率層序地層特征

通過巖電模型建立，以及元素測井綜合對比，奠定了井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組進(jìn)行高分辨率層序劃分的基礎(chǔ)。以此識別各層序界面，進(jìn)行高分辨率層序地層劃分，最終建立等時地層格架。

2.1 層序界面

寒武系底界為桐灣運(yùn)動形成的不整合面，麥地坪組灰黑色磷質(zhì)粉-細(xì)晶白云巖、硅質(zhì)磷塊巖、含磷硅質(zhì)巖直接覆于燈影組灰色泥晶-粉晶白云巖之上[9-10]；筇竹寺組頂界與明心寺組整合接觸，上覆明心寺組白云巖與筇竹寺組頂部淺灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖形成鮮明的巖性突變面(圖3-A)；研究區(qū)麥地坪組頂部發(fā)育厚度不等的灰色-深灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，與筇竹寺組底部灰黑色頁巖形成巖性突變面(圖3-B)，同時P含量發(fā)生明顯變化(圖2)。以此作為長期及中期層序界面。結(jié)合元素測井各參數(shù)、比值綜合分析，對各短期旋回和各級海泛面進(jìn)行識別(表1)。

圖2 JY1井測井綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive well logging profile of the Well JY1

表1 各元素測井特征與沉積水體深淺變化對應(yīng)關(guān)系Table 1 Relationship between the logging characteristics of each element and the change of depositional water depth

需要特別注意的是，井研地區(qū)麥地坪組頂部發(fā)育10余米厚的灰色-深灰色粉砂巖-泥質(zhì)粉砂巖，見包卷層理、撕裂泥粒等典型重力流沉積構(gòu)造[11](圖3-C、D)。由于陸棚沉積長期處于沉積物供給遠(yuǎn)小于可容空間變化，在較深水沉積環(huán)境中，重力流一般發(fā)育于海平面相對下降較快速時期；或由于水動力作用形成重力流造成該時期海平面相對下降[12]。

2.2 高分辨率層序地層劃分

通過各層序界面識別，對研究區(qū)各井進(jìn)行高分辨率層序地層劃分。與資陽地區(qū)位于拉張槽內(nèi)部發(fā)育完整層序的ZY1井對比發(fā)現(xiàn)，各井長期及中期旋回發(fā)育情況基本相似，但中期旋回MSC2上升半旋回發(fā)育情況存在較大差異：該半旋回在JS1井和JY1井不發(fā)育，JY2井發(fā)育很薄。對比ZY1井完整發(fā)育的MSC2上升半旋回，短期層序在該半旋回中JS1井和JY1井SSC6～SSC9上升半旋回缺失，JY2井SSC6～SSC8缺失(圖4)。

2.3 等時地層格架

以短期旋回為最小單元，建立等時地層格架(圖5)。對比發(fā)現(xiàn)，ZY1井位于拉張槽內(nèi)部，發(fā)育完整的沉積層序。沉積主要受古地貌控制，均位于埃迪卡拉紀(jì)巖溶谷地古地貌及興凱地裂運(yùn)動形成的拉張槽范圍內(nèi)。

MSC1沉積時期各井各短期旋回均正常發(fā)育，井研地區(qū)和ZY1井一樣，位于巖溶谷地較低部位，沉積古地理位置相當(dāng)。MSC2上升半旋回時期，井研地區(qū)底部SSC6～SSC9不同程度缺失，說明此時該區(qū)域沉積部位相對較高，位于拉張槽西側(cè)斜坡帶，且JS1井和JY1井高于JY2井，其沉積古地理明顯呈階梯狀。研究區(qū)位于拉張槽西側(cè)斜坡，主要受控于興凱地裂運(yùn)動形成的拉張槽及其范圍。

圖3 麥地坪組-筇竹寺組層序界面Fig.3 Sequence boundary of Maidiping Formation and Qiongzhusi Formation(A)明心寺組白云巖與筇竹寺組淺灰色泥質(zhì)粉砂巖整合接觸,重慶秀山; (B)筇竹寺組灰黑色頁巖與麥地坪組灰色泥質(zhì)粉砂巖突變面,JY2井,深度3 722.9 m; (C)筇竹寺組灰色粉砂質(zhì)頁巖,見包卷層,JY1井,深度3 586.95 m; (D)淺灰色鈣質(zhì)粉砂巖中泥礫順層發(fā)育,JY1井,深度3 537.8 m

3 沉積模式

根據(jù)井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組高分辨率短期旋回劃分對比及等時地層格架，結(jié)合沉積背景[13-15]，建立井研地區(qū)麥地坪組-筇竹寺組沉積模式(圖6)。

MSC1沉積時期，研究區(qū)各井均發(fā)育完整的沉積序列，沉積主要受埃迪卡拉紀(jì)巖溶谷地古地貌控制。此時的沉積主要發(fā)育于巖溶谷地中，對其進(jìn)行填平補(bǔ)齊。研究區(qū)各井MSC1沉積厚度與ZY1井相當(dāng)，表明井研地區(qū)與資陽地區(qū)此時位于相似的沉積古地理位置，均位于巖溶谷地底部。

MSC2沉積時期，JS1井和JY1井缺失情況相同，均缺失SSC6～SSC9上升半旋回；而JY2井缺失SSC6～SSC8，SSC9上升半旋回正常發(fā)育。當(dāng)受到興凱地裂運(yùn)動壯年期影響形成大規(guī)?？焖俸Ｇ謺r，海平面快速階段式上升，JY2井較JS1井和JY1井更早開始進(jìn)入沉積過程。JY2井這一時期的古地理位置略低于JS1井和JY1井。此時，雖整個川南地區(qū)均被較深海水覆蓋，發(fā)育陸棚沉積，但研究區(qū)古地理位置略高，位于斜坡中部。井研地區(qū)各井SSC6～SSC9缺失情況說明拉張槽西側(cè)寬緩，呈階梯狀。構(gòu)造運(yùn)動使沉積中心向東發(fā)生部分偏移，使MSC1沉積時期兩側(cè)相對較對稱的巖溶谷地地貌變化為兩側(cè)不對稱的、具有階梯狀斜坡且西緩東陡的拉張槽古地貌。

MSC3沉積時期是在MSC1～MSC2沉積時期已經(jīng)將溶蝕谷地及拉張槽進(jìn)行填平補(bǔ)齊的基礎(chǔ)上，進(jìn)入正常寬緩的西淺東深的陸棚相沉積體系。研究區(qū)位于西側(cè)較高部位，主要發(fā)育淺水陸棚沉積。海平面短暫上升時，發(fā)育少量深水陸棚沉積。

4 結(jié) 論

a.元素測井中的單元素及元素比值綜合分析，在泥頁巖高分辨率層序地層劃分中能夠發(fā)揮非常重要的作用，有助于短期層序精確劃分。

b.研究區(qū)MSC2上升半旋回沉積時期，各井各短期旋回發(fā)育情況有所差異，JS1井和JY1井SSC6～SSC9缺失，JY2井SSC6～SSC8缺失。這種差異受控于興凱地裂運(yùn)動形成的拉張槽及其范圍。

c.研究區(qū)MSC1時期主要繼承埃迪卡拉紀(jì)巖溶谷地古地貌，沉積與ZY1井相似；MSC2時期受興凱地裂運(yùn)動形成的拉張槽影響，位于拉張槽西側(cè)呈階梯狀西高東低的寬緩斜坡帶中部，古地理位置較ZY1井略高。2個沉積時期沉積中心發(fā)生了一定程度的偏移。