0 引言
1 地质背景
古地理—构造背景控制碳酸盐岩沉积记录，因此，构造背景对碳酸盐岩沉积分析尤为重要[13,14,15]。塔里木盆地是一个长期发育的、在不同板块构造运动机制下形成的大型叠合盆地。南华纪—震旦纪，广泛发育的裂谷伸展构造造就了盆地南北分异的裂谷分布形态，并控制形成了盆地第一套沉积盖层。震旦纪末期的柯坪运动使得板块内部强烈隆升，大部分地区遭受广泛剥蚀，形成较为平缓的古地形地貌，但整体上仍具有南北分异的构造格局[16]。早寒武世海侵期塔里木板块具有宽阔的陆表浅海环境，并在肖尔布拉克组沉积期形成缓坡型碳酸盐岩台地[17,18]，主要发育内缓坡、中缓坡、外缓坡—盆地等沉积相带，其中柯坪露头区肖尔布拉克组整体为碳酸盐岩缓坡背景下的以“微生物层—微生物丘滩—潮坪”为主的沉积序列[19] 。
本文研究的柯坪露头区下寒武统（寒武系盐下）主要发育微生物丘、藻屑滩为主的丘滩复合体，地层出露完整，少植被覆盖，利于观测和测量。针对露头区28 km长、近北东向的条带状区域开展露头地质研究，选取7条典型剖面对肖尔布拉克组丘滩复合体进行实测、描述及地质建模[图1（b）]。
2 露头地质建模
2.1 地层特征
研究区肖尔布拉克组厚度相对稳定，7条剖面实测结果表明其平均厚度约为168.1 m，其中东3沟剖面厚度最小为158.2 m，东沟剖面厚度最大为178.2 m。通过详细描述与观测，依据卫星图片整体特征和岩性、颜色、层厚、结构、气味、风化面及实测GR等特征，将肖尔布拉克组划分为3段：肖上段、肖中段及肖下段，其中中段进一步划分为3个亚段：肖中1亚段、肖中2亚段及肖中3亚段（图2）。
肖下段总体以灰黑色薄层状层纹石白云岩为主，白云石晶体主要为泥—粉晶，岩性总体致密，平均厚度约为22.8 m。肖中1亚段岩石类型整体为一套灰色、深灰色薄层—中层状层纹石白云岩，表面发育一些层状分布的溶蚀孔洞及溶孔，平均厚度为32.7 m。肖中2亚段，总体以灰色中层状凝块石白云岩为主，发育少量的呈层状分布的溶蚀孔洞，向上逐渐减少，平均厚度约为41.2 m。肖中3亚段以厚层状—块状滩相、微生物白云岩为主，下部为灰色、灰白色厚层—块状细、中晶藻砂屑白云岩，局部可见保留下来的原岩结构或颗粒幻影结构；中部为灰白色中层状泡沫绵层石白云岩，球状蓝藻的轮廓完好保留，由粉晶白云石构成；上部主要为灰白色厚层状藻团粒及核形石白云岩，夹少量叠层石白云岩，藻团粒和核形石由泥—粉晶白云石构成，平均厚度约为37.3 m。肖上段岩性、颜色较为复杂，主要为中层状深灰色叠层石白云岩及黄灰色泥质白云岩，内部夹薄层状灰白色/褐红色藻砂屑白云岩及浅灰色粒泥/泥粒白云岩，平均厚度约为34.1 m。实测GR曲线肖下段、肖中段表现为低值且幅度变化小的特征，而肖上段GR值则较高，且呈锯齿状。
2.2 沉积特征
前文已述，肖尔布拉克组沉积期塔里木盆地西部为缓坡型碳酸盐岩台地，古地貌对缓坡型碳酸盐岩台地沉积相展布控制作用明显。研究区临近温宿古隆起，从温宿古隆起往盆地方向肖尔布拉克组沉积期依次发育内缓坡、中缓坡和外缓坡等沉积亚相。通过岩石类型、沉积构造等特征分析，在研究区进一步识别出泥云坪、藻云坪等7种主要的沉积微相（表1），其中泡沫绵层石丘和藻砂屑滩构成了丘滩体的主体，主要发育于内缓坡。
表1 柯坪露头区肖尔布拉克组主要沉积微相特征Table 1 Main sedimentary microfacies characteristics of Xiaoerbulake Formation in Keping outcrops area |
| 亚相 | 微相 | 主要岩石类型 | 沉积构造 | 水体能量 | 发育层位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 内缓坡 潮坪 | 泥云坪 | 粒泥白云岩、泥质泥晶白云岩、泥岩 | 水平层理 | 弱 | 肖上段 |
| 藻云坪 | 叠层石白云岩为主，少量核形石白云岩 | 帐篷构造 | 弱 | 肖上段 | |
| 内缓坡 丘滩 | 泡沫绵层石丘 | 球状蓝藻紧密堆积而成的微生物岩 | 平行层理 | 中等 | 肖中3亚段 |
| 砂屑滩 | 藻砂屑白云岩、细—中晶白云岩 | 交错层理 | 强 | 肖中3亚段 | |
| 中缓坡 | 凝块石层 | 蓝绿藻沉淀粘结灰泥堆积的微生物岩 | 凝块状 | 中等 | 肖中1、2亚段 |
| 外缓坡 | 层纹石层 | 底栖蓝绿藻沉淀而成的一类微生物岩 | 水平层理 | 弱 | 肖下段 |
从发育层位上看，丘滩体以肖中3亚段最为发育，其中丘以泡沫绵层石丘为主，由灰白色的球状蓝藻组成，近圆形的藻体紧密堆积且保留完好，其中孔隙较发育，且相对均匀，呈层状分布。镜下可见蓝藻轮廓往往保留完好，紧密排列且大小均匀的藻环内腔体往往被粉晶白云石充填，未被完全充填的孔隙类型多样，包括格架孔、体腔孔及铸模孔，而暗色纹层中藻环之间的泥晶套较厚[图3（a）—图3（c）]。泡沫绵层石在单个剖面中观察具有层状特征，建隆特征不明显，但从7条剖面的厚度来看（7.7~13.7 m），则是具有起伏的，且在西沟和西1沟剖面之间消失，说明其在局部数十公里范围内广泛片状发育，而非点状发育，因此称之为泡沫绵层石微生物丘。滩则以藻砂屑滩为主，由灰色—浅灰色的藻砂屑白云岩、细—中晶白云岩构成，从细—中晶白云岩中残余的颗粒幻影结合岩相特征分析，可以判断其为藻砂屑白云岩。显微镜下，由于该类岩石经历了埋藏期的重结晶作用，多数藻屑颗粒结构没有保留，因此主要表现为晶粒结构，由他形的中—细晶白云石构成。从少量保留了原岩颗粒结构或残留颗粒幻影结构岩石来看，粒间既有泥—粉晶胶结，也有细晶胶结。该类岩石构成了藻屑滩的主体，局部地区可见交错层理，且具有丘状体前积特征[图3（d）—图3（g）]，反映其形成于动荡的水体环境，受波浪、潮汐作用影响强烈，故而可以判断其形成于强水动力、高能环境的潮间带。丘滩复合体既可以是互层关系，也可以是丘夹薄层滩的关系，其中滩为完全晶粒化的藻屑白云岩，新鲜层面具有不均匀的晶间溶孔；丘为黏结藻屑微生物丘，表面存在不均匀的溶蚀孔洞，总体相对致密（图4）。
图3 东3沟剖面丘滩体岩石类型及特征(a) 泡沫绵层石，藻屑溶孔层状发育；(b) 泡沫绵层石，泡沫状黏结结构的球状蓝藻；(c) 泡沫绵层石，藻环大小均匀，发育不规则格架孔；(d) 藻砂屑白云岩，双向交错层理；(e) 藻砂屑白云岩，颗粒幻影结构；(f) 藻砂屑白云岩，晶粒结构；(g) 藻砂屑白云岩，丘状体前积结构 Fig.3 Types and features of mound-shoals complexes in Dong 3 outcrop |
2.3 地质建模
为了更好地表征肖尔布拉克组丘滩体的内部结构及其在横、纵向上的分布规律，在对露头区7条剖面实测，丘滩体描述、测量及横向对比追踪的基础上，结合肖尔布拉克组沉积演化特征，建立了大尺度的肖尔布拉克组沉积相模型（图5）。
肖尔布拉克组可划分为一个完整的三级层序，包括海侵体系域（肖下段）及高位体系域（肖中1亚段—肖上段）。整体上看，研究区各微相总体具有厚度相对稳定，横向展布连续的特征，说明不同环境的微生物生长稳定，且滩体的发育稳定。其中肖下段沉积期处于海侵期，水体能量整体较弱，主要沉积低能的以层纹石为主的微生物层，整体上呈席状展布，厚度变化小；局部夹薄层中高能的（黏结）藻屑滩。肖中1、2亚段沉积期处于高位期早期阶段正常浪基面之下，水体能量由弱开始逐渐变强，主要沉积中能的以凝块石为主的微生物层，整体上呈厚层层状展布；局部发育具黏结结构的藻屑滩，西1沟尤为典型，发育一套厚约10 m的黏结结构的藻屑滩，并在西1沟和西沟之间尖灭，滩体向西变厚，并且逐渐转变为丘滩复合体，最大厚度为12~14 m，一直延伸到地层剥蚀区，总体展布超过8 km。肖中3亚段沉积期位于潮下高能带，水体能量最强，主要沉积藻屑滩和以泡沫绵层石为主的微生物丘，藻屑滩呈席状分布，厚度在25.7~29.5 m之间，较为稳定；微生物丘则呈充填结构，具有丘状外形的特征，厚度在7.7~13.5 m之间，尖灭于西沟和西1沟剖面之间。进入肖上段处于高位晚期潮间—潮上带，但由于紧邻古陆，水体能量整体偏弱，因此主要沉积以叠层石为主的微生物层和泥质白云岩、粒泥白云岩，三者呈互层关系。
3 地震正演模拟研究
表2 露头样品岩石物理参数Table 2 Petrophysics parameters in outcrop area |
| 岩相 | 岩相代码 | 样品数 | 纵波速度中值/(m/s) | 密度中值/(kg/m3) |
|---|---|---|---|---|
| 泥晶白云岩 | S1 | 6 | 5 250 | 2 320 |
| 泥质白云岩 | S2 | 7 | 5 480 | 2 410 |
| 藻砂屑白云岩 | S3 | 10 | 5 950 | 2 540 |
| 凝块石白云岩 | S4 | 5 | 5 540 | 2 420 |
| 层纹石白云岩 | S5 | 6 | 5 680 | 2 460 |
| 叠层石白云岩 | S6/ S7 | 5 | 5 710 | 2 440 |
| 泡沫绵层石白云岩 | S8 | 11 | 5 310 | 2 360 |
| 黏结藻砂屑白云岩 | S9/ S10 | 6 | 5 920 | 2 510 |
实际模拟中，数据采集模式设定为点式震源激发，中间放炮、两侧接收。相关参数参考塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩丘滩体实际三维地震资料，炮检距设定为 50 m，检波距（道间距）为 25 m，空间采样率为 4 ms。相关参数设置应满足动校正拉伸畸变限量及速度分析精度的要求，模拟过程中，采用零相位Riker子波开展全波场波动方程数值模拟。首先基于波动方程计算各单炮的炮集记录，分别对各炮集的初至波进行切除，然后合并，在此基础上分别抽取共炮点道集生成共中心点道集；进一步进行速度分析，速度分析是地震正演模拟的关键因素之一，需手工逐个道集拾取速度数据，拾取过程中需反复进行交互验证，从而获取合适的叠加速度谱，并利用该速度数据进一步完成动校正处理；数据叠加亦是地震正演模拟数据处理中重要的环节之一，通过抽取各单炮的道集数据，采用共中心点叠加方式进行叠加，得到叠加数据体。叠加数据体也可用来分析地质体的地震反射特征，但对于地层结构较为复杂的模型，往往需进一步进行偏移计算。本文偏移主要采用叠后克希霍夫偏移方法进行计算，偏移过程中偏移孔径和偏移梯度是较为重要的参数，需多次反复测试并调整，通过选取合适的偏移参数，得到最终的叠加偏移地震记录。
为了更好的让地震正演模拟的结果能有效指导地下实际资料的预测，模拟中通过改变频率多次模拟观测丘滩体的地震反射特征。且重点监测岩相代码为S8的泡沫绵层石丘，代码为S3的藻砂屑滩及代码为S9的藻黏结砂屑丘滩复合体的地震记录，并生成波场快照，反复调整相关模拟参数，得到最终的地震模拟结果。
通过设定不同的频率（25 Hz、50 Hz、75 Hz、100 Hz）进行模拟，结果表明，针对研究区目的层丘滩体的厚度，只有当频率提高到100 Hz时，才能识别丘滩体内部结构及外部形态。丘（S8）往往表现为高频、强振幅、较连续反射，丘状外形，充填结构；滩（S3）往往表现为中—高频，中—强振幅，连续席状反射，内部斜交叠置；丘滩复合体（S9）则表现为弱反射背景下强反射，丘状外形，内部层状叠置（图8）。在利用实际地震资料预测丘滩体分布时，可以通过分频处理的方法，提取地震资料高频成分，通过地震属性、外部形态及内部结构来表征丘滩体的分布。
4 应用实例
在前述基于露头地质建模的丘滩体地震表征基础上，以塔中三维地震区实际资料开展研究，刻画肖尔布拉克组丘滩体的分布，取得了较好的效果。塔中三维地震区实际地震资料主频为25 Hz，采样率为4 ms，肖尔布拉克组沉积前具有南高北低的古地貌特征[图9(c）]，中部平台区为颗粒滩发育提供了有利地貌条件。实钻井A结果表明肖尔布拉克组发育内缓坡颗粒滩相，但由于肖尔布拉克组厚度小，常规剖面难以直接识别刻画丘滩体的分布[图9(a）]，通过前述基于野外露头地质建模的地震正演模拟表征的丘滩体地震特征，采取分频处理的方法，提取塔中三维地震区中部高密度采集的地震资料100 Hz高频成分，通过地震反射外部形态、内部结构及地震属性能较好地识别丘滩复合体的分布[图9(b）]。依据该方法刻画了目标区肖尔布拉克组8个丘滩复合体的分布，为该区肖尔布拉克组丘滩体后续钻探目标评价提供了参考依据。
通过建立地震尺度的丘滩体露头地质模型，并依据地质模型开展地震正演模拟研究，明确了高频资料下丘滩体的地震反射特征，应用于地下实际资料的预测中取得了较好的效果，表明该方法行之有效，对于其他钻井资料少，目标层厚度薄但露头资料丰富的地区有一定的参考及借鉴意义。
5 结论
（1）通过野外露头地质实测与建模，明确了丘滩体主要发育于碳酸盐岩缓坡沉积体系的内缓坡中。其中丘主要以黏结结构藻丘和泡沫绵层石丘为主，具丘状结构、充填结构；滩主要以藻砂屑滩为主，具席状结构，成层性好，厚度相对稳定，横向展布具有连续性。
（2）基于露头地质模型的地震正演模拟研究结果表明地震资料的高频成分能表征丘滩体的内部结构及外部形态，丘表现为高频、强振幅、较连续反射，丘状外形，充填结构；滩表现为中—高频，中—强振幅，连续席状反射，内部斜交叠置；丘滩复合体表现为弱反射背景下强反射，丘状外形，内部层状叠置。
（3）通过频谱分解提取地震资料的高频成分可用来预测丘滩体的分布，并在塔中三维地震区肖尔布拉克组丘滩体预测中取得了较好效果，表明该方法行之有效，对于其他钻井资料少、目标层厚度薄但露头资料丰富的地区有一定的参考及借鉴意义。
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