(一)露头剖面沉积特征分析
1. 达坂塔格剖面
巴楚达坂塔格剖面鹰山组下段厚201.58m, 与下伏蓬莱坝组整合接触。岩性为浅灰—灰色泥粉晶白云岩、粉屑灰岩、亮晶砂屑灰岩、泥晶灰岩互层。该组下部含深色硅质条带, 中部见腹足类化石, 夹薄层黄灰色粉晶白云岩, 中上部发育藻纹层灰岩及灰色砾屑灰岩。鹰山组下段总体上表现为潮间带向潮下带或开阔台地过渡的海侵沉积旋回。
2. 柯坪县水泥厂剖面
柯坪县水泥厂剖面鹰山组下段厚72.79m, 与蓬莱坝组近假整合接触 (图版1, 图8),界面之上为 “填平补齐” 沉积特征。鹰山组下段为灰色—浅灰色泥粉晶灰岩、藻粘结灰岩、藻纹层灰岩与泥亮晶砂屑粉屑灰岩, 属开阔台地沉积。
3. 雅科瑞克剖面
雅科瑞克剖面鹰山组下段 (0层)为深灰—灰黑色薄层瘤状泥质灰岩或灰质泥岩(图版2, 图1)。 0层向上, 泥质含量逐渐加重, 单层厚度变薄, 表现为向上水体加深的外缓坡至浅海盆地相海侵沉积旋回; 0层以下可能为蓬莱坝组, 见多层白云化的颗粒灰岩(图版, 图2)。
4. 塔东地区剖面
塔东雅尔当山剖面与鹰山组下段时代相当的黑土凹组下部为黑色泥岩、凝灰质泥岩;却尔却克山剖面黑土凹组下部为深灰—灰黑色钙质泥岩夹灰色薄层泥晶灰岩, 总体上为水深较大的欠补偿盆地环境的反映。
塔里木盆地西北缘露头区表现为碳酸盐缓坡的海侵沉积特征 (图3-3-3)。 根据鹰山组下段地层厚度及岩性特征, 可以判断海侵方向由北向南,地层厚度和沉积特征与经典的碳酸盐岩层序地层模式类似(图3-3-4)。在清水碳酸盐岩沉积环境中, 经过快速初始海泛后,海侵体系域碳酸盐工厂主要分布在台地内侧或古地貌高部位, 形成巴楚—柯坪—乌什一线鹰山组下段地层厚度逐渐减小的特征。这一沉积及层序地层模式为覆盖区地层等厚图的地层及沉积相解释奠定了基础。
图3-3-3 塔里木盆地露头区下奥陶统鹰山组沉积模式图
图3-3-4 碳酸盐岩层序地层模式图(据《碳酸盐岩层序地层学:近期进展及应用》,2003)
(二)钻井剖面沉积特征分析
盆地内钻遇鹰山组下段的钻井相对较多, 主要分布在塔北和塔中-巴楚隆起,此外塔东地区也有分布。较多钻井资料的应用,大大提高了地震资料沉积地质解释的可靠性,特别是台地内部的解释。表3-3-2列出了主要钻井的岩性及沉积相特征。
表3-3-2 塔里木盆地下奥陶统鹰山组下段综合沉积相分析
续表
▽: 完钻。
1. 塔北地区
塔北地区主要沉积环境包括开阔台地、局限—半局限台地和台缘斜坡, 目前尚没有钻井钻遇鹰山组下段台地边缘相带。
塔北轮南地区鹰山组下段岩性主要为亮晶砂屑灰岩、泥晶灰岩、颗粒泥晶灰岩, 含燧石团块, 多含云质, 生物以蓝绿藻和介形类为主, 见藻纹层, 潜穴较为发育, 属开阔台地—半局限台地相。例如轮南1井鹰山组下段厚398m, 以褐灰色泥晶灰岩、白云质泥粉晶灰岩与白云岩互层为主, 夹薄层泥灰岩、砂屑灰岩和泥质条带, 是水体循环不畅, 能量较低的半局限台地环境的产物。
塔河地区鹰山组下段以藻纹层泥晶灰岩、藻鲕灰岩、藻粘结灰岩、砂屑灰岩为主,发育潮汐层理、鸟眼构造和窗格孔构造, 沉积环境与轮南地区类似。英买力地区鹰山组下段则以褐灰色纹层状砂屑灰岩与泥晶灰岩互层为主, 生屑含量少, 反映了开阔台地的沉积特点。
塔北东侧的库南1井与鹰山组下段同时代的黑土凹组下部厚218m, 岩性主要为绿灰色厚层含泥质泥晶灰岩、灰绿色或黑色薄层泥晶灰岩、瘤状灰岩、粉晶灰岩不等厚互层,夹砂屑灰岩和薄层灰黑色条带状钙质泥岩。岩性特征表明该时期库南1井位于靠近下斜坡的环境。
2.塔中-巴楚地区
总体来说,巴楚-塔中隆起和古城地区沉积环境为半局限台地、开阔台地(可以分为较浅水开阔台地和较深水开阔台地)向台缘斜坡过渡。
半局限台地相主要分布在和4井—和3井—方1井—塔参2井之间, 以灰色泥晶灰岩等反应较静水环境的产物为主。例如和4井鹰山组下段厚365m, 底部为砂屑灰岩, 其上为中厚层泥晶灰岩夹白云岩; 中上部主体为粉—细晶白云岩夹亮晶砂屑灰岩及硅质岩,总体上为半局限台地环境。
相对于巴楚地区,塔中地区多见颗粒灰岩。塔参1井鹰山组下段上部被剥蚀,残余厚度208m,其中上部取心岩性为浅灰色含砾屑亮晶砂 (生)屑灰岩夹薄层泥晶灰岩或者浅灰色颗粒灰岩, 属于典型的开阔台地内高能颗粒滩环境。
塔中162井鹰山组下段残余厚度700m,在该段获取的岩心为浅灰色藻粘结灰岩、藻凝块灰岩、泥晶灰岩,夹生物扰动粉晶白云岩、砂砾屑灰岩和柱状叠层石。可见该地区鹰山组下段表现为灰泥丘沉积向较强水体能量环境的颗粒灰岩的过渡。这一地区发育灰泥丘,是因为其宏观背景处于较浅水开阔台地与较深水开阔台地过渡的台内缓坡的部位。这种相带变化是由于古地形变化所引起的。
塔中5井鹰山组下段钻遇灰色白云质崩塌角砾岩, 角砾成分主要是浅灰色藻叠层泥晶白云岩、亮晶砂屑白云岩, 少量为深灰色—黑灰色泥晶白云岩, 角砾呈棱角状, 大小混杂。结合区域地质背景及地震等厚图资料, 可以判断这套角砾岩属于台缘斜坡的礁前塌积物。
3.塔东地区
塔东地区岩相特征变化不大, 主体为一套反映较深水环境的泥岩、薄层泥晶灰岩沉积。罗西1井钻遇大套质纯灰岩, 颗粒发育, 反映了东部台地边缘相带特征。
(三)地震资料沉积地质特征分析
1.地震相分析
鉴于钻遇鹰山组下段的钻井较多, 而且Tg53—Tg54地震层序品质较好, 因此鹰山组只做了粗略的地震相分析, 而将研究重点放在了地震资料的沉积地质特征分析上。核心部分是碳酸盐岩台地台内洼地和台内滩的解译。
2.地震资料的沉积地质特征分析
(1)台地边缘
台地边缘相带的反射特征如第一节所述, 位于阿瓦提和满加尔坳陷过渡带的地震剖面(图3-3-5)清晰地揭示了这些特征。从图上可以看出, 蓬莱坝组台地边缘相带的特征更加明显, 具有典型的地层增厚和进积现象。虽然鹰山组内这种特点相对不明显, 但仍可见到杂乱反射和向台地内部方向的进积, 这些现象应该是台地边缘颗粒滩的响应。利用地震资料可以精确地刻画鹰山组台地边缘相带, 与蓬莱坝组沉积期相比, 没有明显的变化。
图3-3-5 阿满过渡带奥陶系碳酸盐岩台地边缘地震反射特征
(2)颗粒滩
颗粒滩是在波浪、潮汐流和沿岸流作用下由各种碳酸盐颗粒形成的一些大型的底形,一般具有低缓的 (相对于礁而言)正地形, 但不形成坚固的抗浪构造, 主要由松散的碳酸盐砂组成。底质活动性大, 没有任何原地生长的造礁生物, 没有骨架、粘结和障积结构。形态上无一定限制, 或是长形, 或是其他形状。 主要发育在碳酸盐岩台地边缘 (缓坡型台地中缓坡地带), 水深大部分处于波浪带的深度范围内, 从5～10m到高出水面。滩相发育区海水循环良好, 氧气充足, 盐度正常, 但由于底质处于移动状态, 不适于海洋生物栖息繁殖, 故少有原地生物。
地震剖面上, 滩体通常表现为杂乱反射, 可以见到滩体迁移产生的进积特征, 而且滩体的厚度通常较其邻近的滩间海沉积厚度大 (图3-3-6), 因此弱振幅、低频、连续且厚度较周围略大的杂乱反射可以作为解释滩体的依据。此外台地边缘滩还常与礁体的丘状反射特征组合出现。 即便如此, 还是很难单纯从地震剖面上对滩体的位置和轮廓做出准确的解释, 需要结合地层等厚图以及钻井、测井信息来综合判断。
图3-3-6 美国堪萨斯州西部Damme油田Genevieve灰岩颗粒滩沉积模式
(3)台内洼地
台内洼地是指台地上相对低洼、水体相对较深的地区, 其底部位于晴天浪基面之下,但通常在风暴浪基面之上 (Read, 1985), 水体深度一般不会超过外陆棚的水体深度(<200m)。岩性上, 通常以泥页岩、泥灰岩、泥质泥晶灰岩和泥质灰质粉砂岩 (远基风暴岩)为主。
台内洼地内部通常以中—强振幅、中—好连续性为特征, 反映了台内洼地泥质灰岩或与纯灰岩稳定的互层沉积。更为重要的是, 在台内洼地周缘常有丘状反射和杂乱反射存在, 并且在台内洼地周围有上超和地层增厚。 丘状反射和杂乱反射可能为台内洼地周缘缓坡位置发育的灰泥丘(图3-3-7), 前积反射则可能是颗粒滩的地震响应 (图3-3-8)。而台内洼地周围有上超和地层增厚方向反映出沉积期该地区处于相对低的地形部位。
图3-3-7 丘状反射及中—强振幅、中—好连续性平行反射特征
图3-3-8 哈拉哈塘地区前积反射特征(Tg5-4拉平)
(四)地层厚度图分析
根据塔里木盆地奥陶系对比和解释成果, 获得鹰山组下段地层厚度等值线图(图3-3-9), 具有以下几个特点:
1)在碳酸盐岩台地与盆地过渡区, 地层厚度呈现明显的两级台阶。
第一级台阶沿库南1井—满参1井—塔中35井—古城4井—塘古1井—塔中5井—塘参1井一线, 是一个向西突出的环满加尔凹陷的马蹄形, 并在古城4井地区向西延伸,最终在塘参1井向南延伸。这一台阶在中、下奥陶统一直存在, 可能是早、中奥陶世真正意义上的陆棚边缘, 在此带以内的塔里木中西部地区, 既可发育大面积分布、占据整个陆棚的碳酸盐岩台地, 也可能发育多个碳酸盐岩台地与台间浅海盆地 (陆棚内盆地)的组合面貌。第二级台阶位于第一级台阶西侧, 向南延伸至塔参1井方向, 并最终与第一级台阶合并。
2)在塔中—轮南—和4井之间存在一个三角形的地层厚度高值区, 轮南和塔中是厚度值最大的地方。
3)三角形高值区内地层厚度并非是一成不变的, 同样存在小范围的相对厚度高值区。
4)英买力—塔中45井—羊屋2井之间存在一个地层厚度的相对低值区。
碳酸盐岩台地的沉积速率主要决定于潮下碳酸盐工厂的产率。碳酸盐工厂产生碳酸盐岩沉积物的能力取决于纬度、温度、盐度、水深、光照强度和养料供应等因素的相互作用(Hallock和Schlager, 1986; Lees, 1975; Wilson, 1975; Lees和Buller, 1972)。 当这些因素都有利于有机和无机碳酸盐岩沉积物的生产并且相互作用恰当时即可产生强劲的碳酸盐工厂。呈层状的碳酸盐工厂包括热带水面到清澈海水之下100m之间的范围, 但主要产率在顶部的10m范围 (Wilson, 1975)。
根据以上分析,可以判断三角形地层厚度高值区在鹰山组下段沉积时期处于古地貌相对高部位,是一个相对浅水区, 循环通畅, 光照充分, 生物丰富, 是碳酸盐产率最大的地区, 因而形成较其他地区更厚的碳酸盐岩沉积。而根据地层厚度分台阶的特点, 可将其分为较浅水开阔台地和较深水开阔台地。他们之间存在台内地形差异,形成台内缓坡,缓坡内侧发育如塔中162井的灰泥丘与滩相的组合,形成厚度异常高值区。
滩 (丘)体的刻画是本次研究的一个关键环节,也是最困难的部分。通过地层等厚图结合地震反射特征,并用钻井信息标定的方法来确定滩 (丘)体的展布。在刻画滩体时,并没有采用一个绝对的一成不变的厚度值作为滩体与滩间海沉积的界线,这主要是因为在不同地区,甚至同一地区不同沉积时期, 由于台地类型、沉积环境、滩的类型等因素的影响, 造成滩体刻画的复杂性。 区域厚度高值区及低值区可以反映相对水体的深浅,但并不一定反映水体能量的高低,但是在区域高值区或低值区内的相对高值区往往反映了较强水体能量下产生的滩相沉积。 因此, 可以通过在地层厚度等值线图上标注出地层厚度的高值区来确定滩体的分布 (图3-3-10),滩体的边界则可以用钻井来确定和修正。
例如在较浅水开阔台地内滩体所在位置的地层厚度均在500m以上, 如果将500m作为台内滩亚相与滩间海亚相的界线, 按照这一标准, 古隆1井所处的位置 (位于较深水开阔台地内)地层厚度在200～300m,应解释为滩间海。事实上, 古隆1井鹰山组下段为颗粒泥晶灰岩、亮晶颗粒灰岩、泥晶灰岩不等厚互层, 其优势相为台内滩亚相。 所以说,如果采取一个绝对值作为滩与滩间海沉积的界线, 就会产生地层厚度等值线分析结果与实际钻井资料不符的结果。
图3-3-9 塔里木盆地下奥陶统鹰山组下段地层厚度图
图3-3-10 塔里木盆地下奥陶统鹰山组下段碳酸盐颗粒滩分布预测图
目前相对厚度高值区内钻遇鹰山组下段的探井, 除塔中162井灰泥丘和滩同时发育外, 其他井的优势岩相均为颗粒灰岩, 如塔中43井、古隆1井、塔参1井等。根据以上原则在Tg5-3—Tg5-4刻画出15个滩体, 滩体形状为近圆形、近椭圆形和长条状, 其中以长条形居多, 而且走向多沿北北东方向。滩体大小不一, 主要分布在较浅水开阔台地 (12个), 滩体类型包括台缘滩和台内滩, 其中又以台内滩为多 (13个)。
(五)岩相古地理特征
塔里木盆地早奥陶世道保湾期古地理格局 (图3-3-11)体现了以下几个特征:
1)借助地震资料揭示了台地边缘的位置和走向, 特别是台地边缘相带在经过古城4井后开始向西延伸, 塔中5井—塔中3井一线为台缘斜坡发育的部位, 台缘带经塘参1井后向南延伸。
2)开阔台地可划分为较深水开阔台地和较浅水开阔台地, 其边界以及较浅水开阔台地内颗粒滩发育。
3)台地内部有台内洼地存在, 台内洼地周围有颗粒滩和生物丘分布, 通常在迎风面为滩体, 在背风面为生物丘。
4)台地边缘相带并非处处都发育高能礁滩体, 海侵背景下较深水开阔台地边缘高能滩可能只局部发育。
5)海侵背景下的局限台地相对不发育。
该时期由于构造活动的影响, 两大隆起——塔中隆起和塔北隆起已经具有雏形, 产生了地形上的分异, 而这种分异直接控制了碳酸盐岩沉积的分布。在清水碳酸盐岩沉积环境海侵背景下, 地貌高部位水体开阔, 有机质和日照等条件适合生物生存, 具有更高的碳酸盐产率。在其内部一些地区, 水深过浅, 水体和海底的摩擦造成水体能量小, 循环不畅,形成半局限环境。 台地东侧和南侧主要为镶边型台地边缘或远端变陡型台地边缘, 轮南东部则表现为缓坡型碳酸盐岩台地, 露头特征揭示盆地西北缘为缓坡型台地, 北侧地层被剥蚀, 推测应为镶边型碳酸盐岩台地。 台地内部则有台内洼地和台内滩的分布。 台内洼地内的静水沉积可能是一套较好的烃源岩, 而大范围分布的台内滩则可能发育有效储层。