天然气地球科学 >

2019 , Vol. 30 >Issue 11: 1579 - 1589

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2019.08.001

天然气地质学

塔里木盆地英买力地区白垩系舒善河组相对湖平面变化

  • 夏辉 , 1 ,
  • 林畅松 , 2 ,
  • 刘永福 3 ,
  • 李浩 2 ,
  • 孙琦 3 ,
  • 赵海涛 3 ,
  • 苏洲 3
展开
  • 1. 中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083
  • 2. 中国地质大学（北京）海洋学院，北京 100083
  • 3. 中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒;841000
林畅松（1958-），男，广东遂溪人，教授，博士，主要从事沉积地质与盆地分析研究. E-mail：.

夏辉（1991-），男，陕西咸阳人，博士研究生，主要从事沉积学与盆地分析研究. E-mail：.

收稿日期: 2019-05-20

  修回日期: 2019-08-12

  网络出版日期: 2019-12-03

基金资助

国家自然科学基金重点项目“塔里木盆地古生代关键变革期的古构造

古地理演变及油气聚集效应”(41130422)

国家科技重大专项“大型地层油气藏形成主控因素与有利区带评价”(2017ZX05001-001)

收起

A research on relative lacustrine level changes of Cretaceous Shushanhe Formation in the Yingmaili area of Tarim Basin

  • Hui Xia , 1 ,
  • Chang-song Lin , 2 ,
  • Yong-fu Liu 3 ,
  • Hao Li 2 ,
  • Qi Sun 3 ,
  • Hai-tao Zhao 3 ,
  • Zhou Su 3
Expand
  • 1. School of Energy Resource，China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100083，China
  • 2. School of Ocean Sciences，China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100083，China
  • 3. Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Tarim Oilfield Branch Company，PetroChina, Korla 841000，China

Received date: 2019-05-20

  Revised date: 2019-08-12

  Online published: 2019-12-03

Fold

本文亮点

塔里木盆地英买力地区下白垩统舒善河组是岩性油气藏勘探的有利层位。然而，该区发育的浅水三角洲与滩坝沉积常相互交织叠加、难以区分，相对湖平面变化研究有助于确定该区沉积相类型及揭示其分布规律。依据高分辨率层序地层学理论，利用岩心、录井、测井等资料，通过结合定性层序划分与定量测井小波变换分析，对塔北隆起英买力地区白垩系舒善河组进行层序地层划分，定量划分出4个长期、8个中期、13个短期及84个超短期层序。基于超短期旋回的Fischer图解分析表明，舒善河组相对湖平面整体上为一次大规模湖侵到湖退，且在沉积中期湖平面缓慢上升至最大规模。舒善河组内部划分的4个长期旋回的湖平面分别对应一次完整的湖侵到湖退的变化过程。通过与前人的研究成果对比可以看出，取得的相对湖平面升降曲线与前人成果的整体趋势较吻合，其内部更精细的多次小规模湖平面变化可作为该区后续地质研究的理论基础。

本文引用格式

夏辉 , 林畅松 , 刘永福 , 李浩 , 孙琦 , 赵海涛 , 苏洲 . 塔里木盆地英买力地区白垩系舒善河组相对湖平面变化[J]. 天然气地球科学, 2019 , 30(11) : 1579 -1589 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2019.08.001

Highlights

Lower Cretaceous Shushanhe Formation in the Yingmaili area of Tarim Basin is a favorable exploration formation for lithologic hydrocarbon reservoir. However, the shallow water deltas and beach bars deposits in this area were superimposed, so it is difficult to distinguish them. The quantitative analysis of relative lacustrine level changes is helpful to determine sedimentary facies type and reveal their distribution rules. According to the sequence stratigraphy theory, the sequence division of Cretaceous Shushanhe Formation in Yingmaili area of Tabei Uplift was done by using the data of core, drilling and logging, combined with qualitative sequence division and quantitative logging wavelet transform analysis. This formation can be quantitatively divided into 4 long-term sequence cycles, 8 middle-term sequence cycles, 13 short-term sequence cycles and 84 super short-term sequence cycles. The Fischer plots with 84 super short-term sequence cycles indicate the law that the relative lacustrine level changes were integrally from a long time lacustrine transgressive to a long time lacustrine regression and rose the largest during the middle deposition period of Shushanhe Formation. The four long-term cycles of Shushanhe Formation have undergone a complete lacustrine transgressive and lacustrine regression. Compared with previous results, we find that relative lacustrine curve on overall trend in this research was quite in accordance with previous results. Several subtle small-scale relative lacustrine level changes of Shushanhe Formation can be used as a theoretical basis for follow-up geological research in this area.

0 引言

塔北隆起是塔里木盆地最有利的油气富集区之一，勘探潜力较大[1,2,3]，其中英买力地区下白垩统早期巴西盖组发现了系列碎屑岩油气藏，近年来舒善河组也有所突破[4,5]，揭示了良好的勘探前景。塔北隆起英买力地区白垩系舒善河组是发育在前陆盆地隆后坳陷区的大型氧化型浅水湖盆沉积，该时期处于白垩纪的构造宁静期，古气候炎热干燥[6,7,8]，这样的沉积背景下英买力地区舒善河组发育湖泊三角洲前缘与滨浅湖滩坝沉积[9,10,11,12]。湖平面频繁升降制约着发育的沉积相类型[13,14]，精细地分析湖平面的升降规律有助于确定不同可容纳空间下发育的沉积相类型。在塔里木盆地利用测井小波分析识别高频旋回的工作很早就有人开展过[15]，前人也曾在哈拉哈塘地区利用小波分析对白垩系卡普沙良群高频层序进行了划分[16]。目前英买力地区舒善河组湖平面变化曲线多是人们在针对研究区及邻区卡普沙良群层序地层研究时取得的定性认识[11,17,18]，塔里木盆地湖平面变化的精细研究只针对其他层位开展过[19,20]，白垩系舒善河组目前还未见报道，相关工作亟待开展。
在构造较为稳定的陆相湖盆中，湖平面可近似相当于基准面，其升降变化是构造运动、气候及沉积物供给等因素的综合响应，可以反映出基准面的变化[21]。相对湖平面的升降制约着湖盆可容纳空间的增减，其变化趋势一致，在沉积序列、准层序组叠加样式及沉积物厚度变化上均有响应[22,23,24]。故而，可以通过揭示可容纳空间的变化来反映湖平面的升降规律。
本文基于塔北隆起英买力地区下白垩统舒善河组小波变换高频层序定量划分，应用Fischer图解，揭示了研究区舒善河组相对湖平面的变化规律，为研究区的沉积相识别及储层研究提供基础，以期对后续寻找岩性圈闭提供理论借鉴。

1 区域地质概况

塔北隆起位于塔里木盆地北部（图1），是紧邻库车坳陷和北部坳陷的一级构造单元[25]。研究区位于塔北隆起西部英买力地区，主要包括了英买力低凸起及轮台凸起部分区域。塔北隆起经历了多期次的构造运动，自白垩纪开始库车前陆盆地的边界向南迁移，呈南高北低的北倾斜坡形态[26,27]。塔北英买力地区舒善河组为干旱炎热气候条件下的三角洲前缘及滨浅湖滩坝沉积，沉积物整体上为细粒碎屑岩。舒善河组岩性以红褐色泥岩及灰绿色粉砂岩为主，从底到顶依次为砂泥岩频繁互层→厚层泥岩夹砂岩→薄层砂岩夹泥岩，厚度在50~350m之间。
图1 塔北隆起构造单元划分及研究区位置

Fig.1 Location of study area and subdivision of tectonic units in Tabei Uplift

2 高频层序地层研究

2.1　高分辨率层序划分

高分辨率层序地层定性研究通常基于野外露头、岩心、测井及地震资料，识别出各级次层序界面，进行多级次层序划分。基于前人提出的层序划分标准，通常六级（超短期）以下的旋回都是受基准面变化形成的异旋回[28,29]。定性划分层序主要是识别地层叠置样式的转变界面及沉积相的转变界面。对于低频层序在露头、岩心上可识别出代表水退的冲刷侵蚀界面，各种测井曲线上易识别地层由进积向加积或退积叠加样式的转换界面。研究区长周期旋回界面在岩心上为明显的冲刷面，测井上表现为进积到退积或加积的转变面、电测曲线的突变面。中期旋回界面在岩心上表现为小型的侵蚀面，测井上为进积到退积地层叠加样式的转变面、各种测井曲线的突变点。短期旋回界面测井上表现为进积到退积地层叠加样式的转变面，超短期旋回在本区难以定性识别。湖泛面主要表现为自然伽马曲线的极大值，岩性主要以泥岩或粉砂质泥岩为主。
本文在研究区采用了定性层序划分和小波分析定量层序划分2种方法。基于岩心、录井及测井资料，依据研究区舒善河组层序界面及湖泛面特征，对各级旋回进行了界面识别及定性层序划分，舒善河组可识别出5个长期层序界面、9个中期层序界面及13个短期层序界面，进一步划分为4个长期层序、8个中期层序及12个短期层序（图2）。
图2 英买力地区舒善河组高分辨率层序地层划分

Fig.2 High resolution sequence stratigraphy division of Shushanhe Formation in Yingmaili area

2.2　小波变换定量层序划分

不同级次层序界面的识别对于层序地层的分析至关重要，高频层序界面的识别是建立高精度或高分辨率层序地层格架的关键[30,31]，而应用被誉为“数学显微镜”的小波分析进行测井信号不同频度域的解析是识别高频层序界面的有效手段[32,33]。测井资料垂向分辨率高、连续性好，记录着丰富的地质周期信息，利用其所代表的地层叠加样式的转变点或区域可以很好地识别出地层内部的沉积旋回。测井数据经小波变换后取得的小波系数曲线的周期性突变点可看成是相应级别的层序界面的响应，可作为层序划分的依据[34,35]。
测井信号中的突变点通常反映了该突变地层附近沉积环境的变化，而小波变化可将原始信号分解成不同尺度域，有利于分析不同频率的突变点，帮助识别层序界面和湖泛面。测井小波分析主要是通过不同的小波函数对原始测井信号进行处理，将其重新解析成不同频度的小波曲线，经过小波分析后的低频信号及高频信号分别对应着较长的地质周期与较短的地质周期，从而进行识别并划分出不同级次的层序。这种高频的信号可有效弥补传统定性层序划分的不足，划分出更高级别的层序，有助于沉积储层的精细研究。
在进行小波分析之前，首先要对原始的信号进行预处理，运用MATLAB软件生成原始信号的M文件，通过全局软阈值将小波系数进行截断，压制其中的噪声信号，得到消噪重构后的信号[32,33]（图3）。塔北英买力地区白垩系舒善河组以频繁的砂泥岩互层为特征，自然伽马曲线相较于其他测井曲线，对这种地层岩性的变化更为敏感，通过多种信号对比分析，结合前人的研究经验，本文研究选择自然伽马测井曲线进行小波变化。
图3 测井曲线原始信号与降噪信号对比

Fig.3 Comparison of original signal and de-noised signal of logging curves

MATLAB工具箱中有多种较常用的小波，其具有不同的函数和形态，小波函数的选取影响着高频层序的划分方案，通常应尝试多种小波分析、相互比对，选用与研究区最相符的小波类型[16,32,33]。前人们已取得的成果主要应用了Daubechies（DB）小波、Dmeyer小波及Morlet小波，不同的小波类型直接影响着沉积旋回划分的结果。Daubechies小波和Dmeyer小波可进行一维离散小波和一维连续小波分析，得到各种不同频度的小波系数曲线。Morlet小波进行一维连续小波分析，可获得小波系数曲线及时频能谱图（图4）。通过分析各种频度的小波系数曲线的周期性变化及能量频谱图中能量团的变化，建立沉积旋回与各级层序界面的对应关系，最终进行层序地层研究。
图4 YM4井测井信号小波变换

Fig.4 Log signal（Well YM4）by wavelet transform

本文研究选取了YM2井自然伽马原始测井信号进行了小波变换。基于前人[16,36,37,38]研究经验，结合研究区实际情况，同时选取了Daubechies小波和Dmeyer小波对自然伽马曲线进行一维离散小波变换，通过与定性的层序划分方案进行比对，发现设定阶数为10、最大级数为10时，可较好地识别出各级层序。通过Daubechies一维离散小波分析，根据DB10 d9小波系数曲线（结合Dmeyer10 d9）中的d9曲线识别出5个长期层序界面及相应的4个长期层序；据DB10 d8曲线(结合Dmeyer10 d8)识别出9个中期层序界面及相应的8个中期层序;据DB10 d7曲线(结合Dmeyer10 d7)识别出14个短期层序界面及13个短期层序；据DB10 d4曲线(结合Dmeyer10 d4)识别出85个超短期层序界面及84个超短期层序(图5)。各个级别层序的划分与前人在该区井震结合定性研究取得成果可以进行比对[11,16]。综上所述，可看出应用2种方法的层序划分结果基本一致。
图5 英买力地区YM2井舒善河组小波分析及高分辨率层序划分方案

Fig.5 Wavelet analysis and classification scheme of the high-resolution sequence (Well YM2 ) of Shushanhe Formation in Yingmaili area

3 小波变换结合Fischer图解基准面变化分析

3.1　Fischer图解

Fischer图解是Fischer在1964年研究奥地利三叠系潮坪碳酸盐岩的Lofter旋回厚度变化规律时提出的[39]，后来经过了发展和修正。现在常用的Fischer图解以“旋回数”作为横坐标，宜采用50个以上的米级旋回，以各“平均厚度累积偏移”为纵坐标[40]，连接各个旋回的顶点坐标所得到的曲线即为Fischer图解曲线，其代表了沉积物堆积时形成的新的可容空间的变化，可作为研究相对海（湖）平面变化的一种有效方法。Fischer图解在国内最早应用于碳酸盐岩的研究，近些年逐渐推广到了碎屑岩。应用Fischer图解在高频旋回的基础上分析湖平面的升降规律，前人们在各个盆地中已取得了许多成果[41,42,43]。
应用Fischer图解探究塔北英买力地区舒善河组宽浅氧化型湖盆湖沉积时，在东南方向碎屑物源持续供给下，如果湖平面上升，则湖盆扩张，可容纳空间持续增长，会在垂向沉积序列表现出沉积地层逐渐变厚，相应的在Fischer图解上呈厚度累积偏差值的正向偏移；如果湖平面下降，则会在沉积序列上表现为沉积地层明显减薄，Fischer图解上变为厚度累积偏差值的负向偏移。所以，Fischer图解曲线可以反映出相对湖平面的变化规律。
由于研究区目的层段缺少岩心实测孔隙度数据，所以本文研究使用的超短期旋回厚度未进行去压实校正。未经去压实校正的旋回厚度对所取得的Fischer曲线变化趋势没有影响[22,43]。研究区舒善河组基于小波分析划分的84个超短期旋回，旋回的厚度范围在1.6~4.81m之间，平均厚度为2.78m，对其平均厚度累计偏差统计后(表1)，绘制了Fischer图解(图6)。
表1 英买力地区YM2井舒善河组超短期层序划分及厚度偏移累计统计

Table 1 Accumulated statistical data table of super short-term sequences thickness deviation of Well YM2 of Shushanhe Formation in Yingmaili area

编号 顶深/m 底深/m 厚度偏移累积/m 编号 顶深/m 底深/m 厚度偏移累积/m 编号 顶深/m 底深/m 厚度偏移累积/m
1 4 490.28 4 494.08 4.824 29 4 412.51 4 414.42 4.852 57 4 334.81 4 337.88 4.810
2 4 487.48 4 490.28 4.847 30 4 410.30 4 412.51 4.285 58 4 330.87 4 334.81 5.973
3 4 483.96 4 487.48 5.591 31 4 408.67 4 410.30 3.139 59 4 327.75 4 330.87 6.317
4 4 480.46 4 483.96 6.314 32 4 405.48 4 408.67 3.552 60 4 324.79 4 327.75 6.500
5 4 478.31 4 480.46 5.688 33 4 402.56 4 405.48 3.696 61 4 322.53 4 324.79 5.984
6 4 476.71 4 478.31 4.511 34 4 399.83 4 402.56 3.649 62 4 320.13 4 322.53 5.607
7 4 473.58 4 476.71 4.865 35 4 396.83 4 399.83 3.873 63 4 316.67 4 320.13 6.291
8 4 471.18 4 473.58 4.488 36 4 394.19 4 396.83 3.736 64 4 314.61 4 316.67 5.574
9 4 468.55 4 471.18 4.342 37 4 391.56 4 394.19 3.590 65 4 311.70 4 314.61 5.708
10 4 466.41 4 468.55 3.705 38 4 388.62 4 391.56 3.753 66 4 309.50 4 311.70 5.131
11 4 464.44 4 466.41 2.899 39 4 385.33 4 388.62 4.267 67 4 307.72 4 309.50 4.135
12 4 462.52 4 464.44 2.042 40 4 381.35 4 385.33 5.470 68 4 304.82 4 307.72 4.258
13 4 460.44 4 462.52 1.346 41 4 377.56 4 381.35 6.484 69 4 301.73 4 304.82 4.572
14 4 457.40 4 460.44 1.609 42 4 374.81 4 377.56 6.457 70 4 298.98 4 301.73 4.545
15 4 454.25 4 457.40 1.983 43 4 372.65 4 374.81 5.841 71 4 296.15 4 298.98 4.599
16 4 452.52 4 454.25 0.936 44 4 370.45 4 372.65 5.264 72 4 293.62 4 296.15 4.352
17 4 450.48 4 452.52 0.200 45 4 366.85 4 370.45 6.088 73 4 290.77 4 293.62 4.426
18 4 447.44 4 450.48 0.463 46 4 362.85 4 366.85 7.311 74 4 288.19 4 290.77 4.229
19 4 442.63 4 447.44 2.497 47 4 359.54 4 362.85 7.845 75 4 284.53 4 288.19 5.113
20 4 438.67 4 442.63 3.680 48 4 357.52 4 359.54 7.088 76 4 282.66 4 284.53 4.206
21 4 434.96 4 438.67 4.614 49 4 355.54 4 357.52 6.292 77 4 279.82 4 282.66 4.270
22 4 431.86 4 434.96 4.937 50 4 352.67 4 355.54 6.385 78 4 276.67 4 279.82 4.643
23 4 428.67 4 431.86 5.351 51 4 349.77 4 352.67 6.509 79 4 274.39 4 276.67 4.147
24 4 425.69 4 428.67 5.554 52 4 347.51 4 349.77 5.992 80 4 272.37 4 274.39 3.390
25 4 423.35 4 425.69 5.118 53 4 345.52 4 347.51 5.206 81 4 270.76 4 272.37 2.224
26 4 420.54 4 423.35 5.151 54 4 343.52 4 345.52 4.429 82 4 267.81 4 270.76 2.397
27 4 417.67 4 420.54 5.245 55 4 340.81 4 343.52 4.363 83 4 265.17 4 267.81 2.261
28 4 414.42 4 417.67 5.718 56 4 337.88 4 340.81 4.516 84 4 260.85 4 265.17 3.804
图6 英买力地区YM2井舒善河组Fischer图解分析

Fig.6 Fischer plots of Well YM2 of Shushanhe Formation in Yingmaili area

从绘制的Fischer图解可以看出舒善河组相对湖平面整体表现为一次大规模湖侵到湖退。舒善河组内部划分的4个三级层序的湖平面分别对应一次完整的湖侵到湖退的变化过程。舒善河组SQ1沉积时期，湖平面发生快速湖侵，然后缓慢湖退，此过程中湖平面下降至整个舒善河组最低点；舒善河组SQ2沉积时期，湖平面缓慢上升，然后又发生迅速下降；舒善河组SQ3沉积时期，湖平面缓慢上升，持续时间较长，发生了大规模湖侵，湖平面的上升达到了整个舒善河组沉积期的最大规模，随后又发生快速湖退，在这个过程中又伴随着几次小规模的湖平面动荡；舒善河组SQ4沉积时期，湖平面快速上升，然后又发生大规模的湖退（图6）。总体上舒善河组沉积早期和晚期表现出快速湖侵到缓慢湖退的特征，沉积中期则是缓慢湖侵到快速湖退。

3.2　综合对比分析

通过将得到的Fischer图解投影到综合柱状图上，与前人的研究成果进行对比分析，可以校验层序划分的可靠度并提高相对湖平面变化分析的准确性。通过与徐桂芬等[11]、刘永福等[17]以及林畅松等[18]的研究成果进行对比分析，可以看出本文取得的研究区舒善河组Fischer曲线所反映的湖平面升降变化规律与前人成果具有很高的吻合度（图7）。
图7 英买力地区YM2井舒善河组Fischer图解综合柱状图对比分析

Fig.7 Synthesis columnar section analysis and comparison of Fischer plots of Well YM2 of Shushanhe Formation in Yingmaili area

本文研究成果与徐桂芬等[11]在塔北隆起西部英买力—羊塔克—玉东地区取得的认识基本一致，总体上舒善河组沉积期表现为一次完整的湖侵到湖退的过程，且其最大湖泛面位于舒善河组沉积中期的湖泛面处。内部三级层序所代表的的小规模的多次湖侵到湖退的变化规律与刘永福等[17]在邻区哈拉哈塘地区的成果大体一致，但由于哈拉哈塘地区更靠近坳陷区，地层沉积厚度大，层序界面存在一定的差异，因此内部三级层序所对应的湖侵及湖退面的位置不完全一致。由于库车坳陷的舒善河组厚度要远大于英买力地区，内部划分的三级层序数量存在差异，所以三级层序的湖退与湖侵界面与林畅松等[18]的成果也存在差别，但是舒善河组整体湖平面变化趋势是基本一致的。
早白垩世早期（亚格列木组沉积期）库车坳陷处于构造快速沉降期，随后构造挠曲沉降或黏弹性均衡沉降期，可容纳空间迅速增加，发生大规模湖侵，从而使得舒善河组堆积了巨厚的湖相泥质沉积夹薄层砂岩[18]，此时库车坳陷与隆后坳陷区连为一体，以滨浅湖沉积为主[44,45,46]。英买力地区处于隆后坳陷区，舒善河组沉积期虽表现为缓慢沉降充填的特征，但其最大水进期与库车坳陷有同步的趋势，且这种湖平面的升降导致其早期水进期发育滨浅湖滩坝，晚期水退期三角洲前缘砂体逐渐发育。
通过顺物源方向的连井沉积相对比剖面可以看出（图8），垂向上舒善河组SQ1—SQ4表现出沉积早期三角洲沉积发生退积，随后滨浅湖范围扩大，到沉积末期三角洲又向湖盆内推进，表现为明显进积。SQ1沉积期大部分地区为一套三角洲沉积，低位体系域不发育，高位体系域为三角洲前缘近端到远端沉积。SQ2时期为滨浅湖沉积，主要发育滨浅湖滩坝，SQ3时期湖侵体系域为滨浅湖沉积，局部发育滩坝砂，靠近物源方向的东南部井区高位体系域三角洲逐渐又向湖盆内推进，西北部井区为滨浅湖滩坝沉积，SQ4时期为大规模三角洲沉积。整体上最大的湖侵期位于SQ3沉积期，舒善河组的垂向沉积演化反映了一次明显的湖侵到湖退的沉积过程。
图8 英买力地区白垩系舒善河组沉积相剖面

Fig.8 Sedimentary facies profile of the Cretaceous Shushanhe Formation in the Yingmaili area

4 结论

（1）在砂泥岩频繁互层的滨浅湖沉积环境下，小波分析可有效进行沉积旋回的识别及各级次层序划分。基于小波变换的高频层序划分结合Fischer图解，可揭示湖盆内精细的相对湖平面变化规律。
（2）通过传统地质定性层序划分结合定量测井小波变换分析，在塔北隆起英买力地区舒善河组可划分出4个长期层序、8个中期层序、13个短期层序、84个超短期层序。
（3）研究区舒善河组相对湖平面整体表现为一次湖侵到湖退，划分的4个三级层序分别对应一次完整的湖侵到湖退的过程。内部由SQ1—SQ4沉积期，表现出湖平面快速上升→缓慢下降→缓慢上升→快速下降→缓慢上升→快速下降→快速上升→缓慢下降。舒善河组沉积早期和晚期表现出快速湖侵到缓慢湖退的特征，沉积中期则是缓慢湖侵到快速湖退。

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