紀友亮，王勇，李清山，胡斌

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；2.中國石化江蘇油田分公司物探技術研究院，南京210046）

蘇北盆地高郵凹陷古近系戴南組層序發(fā)育模式及控制因素研究

紀友亮1，王勇2，李清山1，胡斌2

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；2.中國石化江蘇油田分公司物探技術研究院，南京210046）

根據(jù)巖心、鉆井、地震及分析化驗等資料，對高郵凹陷的主力勘探層系——古近系戴南組進行了層序地層綜合研究。首先，根據(jù)層序邊界的識別標志對層序進行劃分，將戴南組劃分為3個三級層序和8個四級層序，并建立了層序地層格架。其次，建立了2種層序發(fā)育模式，一種為完整型湖泊層序發(fā)育模式，由低位體系域、湖侵體系域和高位體系域構成；另一種為不完整型湖泊層序發(fā)育模式，由低位體系域、湖侵體系域構成。最后，通過分析層序發(fā)育的控制因素，認為構造沉降速率是控制三級層序結構的主要因素之一，氣候變化引起的湖平面變化和沉積物供應速率是控制四級層序結構的主要因素。

層序發(fā)育模式；層序格架；控制因素；古近系戴南組；高郵凹陷；蘇北盆地

0 引言

在陸相含油氣沉積盆地中，不同的層序類型和結構控制著生、儲、蓋組合樣式及儲層分布特征，而層序類型和結構又受構造活動、湖平面變化及其組合的控制［1-12］。筆者利用40口關鍵井的巖心和測井資料及20余條地震剖面，對高郵凹陷古近系戴南組進行層序劃分，建立2種層序發(fā)育模式，并對這2種層序發(fā)育時期的構造演化特征和湖平面變化進行分析，明確不同級別層序發(fā)育的控制因素。

1 區(qū)域構造背景

高郵凹陷是蘇北盆地南部東臺坳陷中的一個次級凹陷，東臨吳堡低凸起，西至菱塘橋低凸起，南接通揚隆起，北至柘垛低凸起，東西長約100 km，南北寬為25～35 km，面積為2 670 km2。高郵凹陷是在晚白堊世儀征運動和始新世末期吳堡運動作用下，由于斷塊差異升降形成的一個箕狀斷陷，凹陷中心偏向南面大斷層一側［13-15］。

本次研究的工區(qū)范圍為高郵凹陷中東部，南北向范圍為柘垛低凸起以南至邊界斷層，東西向范圍為永安—真武一線至吳堡低凸起構造帶（圖1）。高郵凹陷古近系戴南組充填厚度大于1 000 m，自下而上可劃分為戴一段（E2d1）和戴二段（E2d2），其中戴一段可劃分為3個亞段，戴二段可劃分為5個亞段（圖2）。戴南組主要形成于扇三角洲和湖泊沉積環(huán)境，巖性主要為砂泥巖不等厚互層［15-16］。

圖1 蘇北盆地構造區(qū)劃Fig.1Tectonic units of the northern Jiangsu Basin

圖2 高郵凹陷古近紀地層發(fā)育特征Fig.2Stratigraphic features of Paleogene in Gaoyou Sag

2 戴南組層序地層格架

2.1 層序及體系域界面的識別標志

本次研究充分利用巖心、地震剖面和測井資料（圖3～4）以及古生物標志，在戴南組共識別出4個三級層序界面，劃分出3個三級層序，分別為SQ1，SQ2和SQ3。SQ1層序底界面相當于戴一段底界；SQ2層序底界面位于戴一段中部；SQ3層序底界面位于戴二段底界，頂界面相當于戴二段頂界。

圖3 高郵凹陷戴南組層序地層劃分（過沙25—沙14井的地震測線T30—T24）T30.戴一段底界反射；T25.戴一段下部頂界反射；T24.戴二段底界反射；T23.戴二段頂界反射Fig.3Sequence stratigraphy division of Dainan Formation across Sha 25 well and Sha 14 well in Gaoyou Sag

圖4 高郵凹陷戴南組層序界面處測井曲線特征Fig.4The characteristics of logging curves at the sequence boundary of Dainan Formation in Gaoyou Sag

圖5 高郵凹陷曹38井戴南組層序地層及沉積相分析Fig.5Sequence stratigraphy and sedimentary facies of Dainan Formation in Cao 38 well in Gaoyou Sag

2.2 準層序及準層序組識別

2.2.1 準層序的識別及特征

準層序（相當于五級層序）是層序地層分析中最基本的沉積單元，以湖泛面或與之對應的邊界為特征。通過對研究區(qū)大量巖心資料、綜合錄井、測井曲線的分析，歸納出向上變粗或變細的準層序（圖5、表1），其中戴一段（SQ1層序）可以劃分出15個向上變粗的準層序，戴二段（SQ2層序）可以劃分出26個向上變粗的準層序。

2.2.2 準層序組的識別及特征

戴南組存在3類準層序組：進積式、加積式和退積式（圖6）。進積式準層序組由灰黑色泥巖和砂巖互層組成，自下而上單層砂巖厚度和砂泥比均增大，出現(xiàn)在三角洲前緣；自然電位曲線表現(xiàn)為厚層高幅復合箱形、漏斗形［圖6（a）］。加積式準層序組表現(xiàn)為垂向上單層砂巖厚度和砂泥比均基本不變，反映水體深度無明顯變化；自然電位曲線具有明顯的相似性，包絡線呈箱形［圖6（b）］。退積式準層序組自下而上單層泥巖厚度增加，砂泥比值降低，反映沉積水體變深的疊加樣式［圖6（c）］。

表1 高郵凹陷戴南組準層序類型劃分及其特征Table 1Classification and characteristics of parasequences of Dainan Formation in Gaoyou Sag

圖6 高郵凹陷戴南組準層序組類型劃分Fig.6Classification of parasequence sets of Dainan Formation in Gaoyou Sag

圖7 高郵凹陷戴南組層序劃分方案Fig.7Sequence stratigraphy divition scheme of Dainan Formation in Gaoyou Sag

2.3 層序劃分

根據(jù)地震、測井、鉆井資料中層序界面及湖泛面識別標志，將高郵凹陷中東部戴南組劃分為3個三級層序。在三級層序內(nèi)部，共劃分出8個四級層序及若干準層序（參見圖5、圖7）。

三級層序主要是由構造幕、氣候旋回及物源供給等導致的三級湖平面變化所產(chǎn)生的不整合面及其對應的整合面為邊界的等時地層單元［1-12］。戴南組的三級層序內(nèi)部雖然整體上表現(xiàn)出相似的旋回變化規(guī)律，但受物源供給變化的影響，地層累積厚度、巖性特征及沉積體系類型等均存在較大差異［16-20］。

（1）SQ1

該層序底界面為吳堡運動不整合面，地震剖面上對應T30反射軸（參見圖3），界面之下地層削截特征明顯，之上地層上超特征明顯。該層序巖性主要為不等厚互層的淺灰、灰色粉砂巖，不等粒砂巖及含礫砂巖與棕色、灰色、深灰色泥巖，垂向上形成由粗到細再到粗的完整旋回。該層序在斷階帶主要發(fā)育扇三角洲沉積，緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積，深凹帶由半深湖—深湖及濁積扇沉積構成，凹陷長軸方向為濱淺湖沉積。

（2）SQ2

從地震剖面上看，該層序底界面對應T25反射軸下部，不整合僅在盆地邊緣可見，界面上、下地震反射波組特征存在明顯差異，內(nèi)部表現(xiàn)為低頻、強振幅、高連續(xù)平行反射，而SQ1層序表現(xiàn)為中—弱振幅、連續(xù)性較差及雜亂—空白反射（參見圖3）。SQ2層序在南部斷階帶發(fā)育近岸水下扇及扇三角洲沉積，緩坡帶發(fā)育三角洲沉積，深凹帶發(fā)育重力流沉積，凹陷長軸方向主要為濱淺湖及半深湖沉積。該層序下部巖性為不等厚互層的淺灰色、灰色砂巖與淺灰、灰黑色泥巖，上部以分布廣泛的灰黑色“五高導”泥巖為特征，整體上表現(xiàn)為由粗到細的沉積旋回。該層序僅發(fā)育低位體系域和湖侵體系域，缺失高位體系域。

（3）SQ3

該層序底界面對應區(qū)域性不整合面，地震剖面上對應T24反射軸（參見圖3），存在削截現(xiàn)象；在東部陳堡地區(qū)及深凹帶的次凹部位，表現(xiàn)為戴二段超覆在戴一段之上；頂界面為真武運動形成的區(qū)域性不整合，為戴南組與三垛組分界，地震剖面上相當于T23反射軸，該界面之上存在上超，之下存在削截現(xiàn)象。層序SQ3在斷階帶主要發(fā)育扇三角洲沉積，緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積，深凹帶發(fā)育濁積扇沉積。該層序巖性為互層的淺灰色砂巖與暗紅色、棕色泥巖，局部地區(qū)與黑色泥巖呈不等厚互層，真武部分地區(qū)發(fā)育膏巖，垂向上表現(xiàn)為由粗到細再到粗的完整旋回。該層序發(fā)育低位體系域、湖侵體系域及高位體系域。

3 戴南組層序發(fā)育模式及控制因素

3.1 層序發(fā)育模式

根據(jù)層序發(fā)育是否完整，可將其發(fā)育模式劃分為完整型斷陷湖泊層序和不完整型斷陷湖泊層序。

3.1.1 完整型斷陷湖泊層序

SQ1和SQ3層序為完整型斷陷湖泊層序，由低位體系域、湖侵體系域和高位體系域構成［圖8（a）］。低位體系域由加積式準層序組構成，緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積，陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲沉積；湖侵體系域由退積式準層序組構成，緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積，陡坡帶主要發(fā)育湖底扇沉積，較深湖面積明顯擴大；高位體系域由進積和加積式準層序組構成，緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積，陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲沉積，湖泊沉積范圍縮小。該類層序緩坡帶地層薄，發(fā)育上超和頂超；陡坡帶地層厚，發(fā)育斷層上超。此種類型層序發(fā)育時期，構造活動相對平緩，層序樣式受構造活動控制。

圖8 高郵凹陷戴南組層序發(fā)育模式Fig.8Sequence models of Dainan Formation in Gaoyou Sag

3.1.2 不完整型斷陷湖泊層序

SQ2層序為不完整型斷陷湖泊層序，其內(nèi)部只發(fā)育低位體系域和湖侵體系域，不發(fā)育高位體系域［圖8（b）］。低位體系域由加積式準層序組構成，緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積，陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲沉積；湖侵體系域由退積式準層序組構成。該類層序緩坡帶地層薄，發(fā)育上超和削截；陡坡帶地層厚，發(fā)育斷層上超。SQ2層序沉積時期，高郵凹陷發(fā)生大規(guī)模的湖侵，低位體系域之上發(fā)育了大面積的湖侵泥巖，而高位體系域沉積時期，氣候干旱，湖平面迅速下降，高位體系域來不及沉積或在沉積規(guī)模較小的情況下（鉆井剖面上無法識別）就開始發(fā)育SQ3層序的低位體系域，最終導致其直接疊覆在SQ2層序的湖侵體系域泥巖之上。

3.2 層序發(fā)育控制因素分析

高郵凹陷屬于陸相斷陷盆地，由于具有多物源、多沉積中心、相變快、相帶窄、水域面積小及變化大等特點，層序發(fā)育受構造沉降、沉積物供給、氣候及湖平面變化因素的影響［1-12］。

3.2.1 構造因素

在陸相裂陷盆地中，構造作用不僅控制著盆內(nèi)的沉降速率、可容納空間的變化和沉積充填，還控制著沉積古地貌及沉積物的來源等，從而對沉積體系域的發(fā)育和分布、層序界面及層序構成樣式產(chǎn)生明顯的控制作用［13-15］。

高郵凹陷戴南組構造活動研究表明，不同三級層序發(fā)育時期構造活動對可容納空間和湖平面變化均有重要的控制作用（圖9）。SQ1層序沉積時期，盆地基底的沉降是間歇式的，由于盆地基底的2次突然沉降，引起可容納空間的2次突然增加（圖9），因此SQ1層序的結構包含2個進積式準層序組（參見圖5）。SQ2層序沉積前，由于構造沉降和邊界斷裂的斷陷拉張作用，形成可容納空間，之后沉積了SQ2層序的低位體系域［圖9、圖10（a）］；SQ2層序沉積中期，由于構造繼續(xù)沉降和湖水的持續(xù)供給，水體加深，湖泊發(fā)生擴張，可容納空間增大，形成一系列反映湖進的退積序列［圖9、圖10（b）］；SQ2層序沉積末期，邊界斷裂活動加強，導致陡坡帶基底下降明顯，緩坡帶湖岸線向陡坡方向遷移并發(fā)生湖退，形成層序界面和SQ3層序的低位體系域［圖9、圖10（c）］。SQ3層序沉積早期，由于構造沉降和邊界斷裂的斷陷拉張作用，形成可容納空間，之后沉積了SQ3層序的低位體系域［圖10（a）］；SQ3層序沉積中期，構造繼續(xù)沉降和湖水持續(xù)供給，水體加深，湖泊發(fā)生擴張，可容納空間增大，形成一系列反映湖進的退積序列［圖10（b）］；SQ3層序沉積末期，構造活動逐漸減弱，可容納空間基本不再增加，由于沉積物的強烈進積，形成高位體系域［圖10（d）］，從而形成完整的層序模式。

圖9 高郵凹陷戴南組構造沉降引起的可容納空間變化Fig.9Changes of accommodation space caused by tectonic subsidence during the sedimentation of Dainan Formation in Gaoyou Sag

圖10 高郵凹陷控陷斷裂活動對可容納空間及湖平面變化的控制作用Fig.10The control of faults activities on accommodation space and lake level changes in Gaoyou Sag

3.2.2 沉積物供給

沉積物的充填和構造沉降可使沉積中心有規(guī)律地遷移，也可使層序地層厚度有規(guī)律地遷移［20-23］，從而造成低位體系域和高位體系域中扇體朵葉在橫向上有規(guī)律地疊置、遷移。高郵凹陷戴南組沉積期，控陷邊界斷裂強烈活動時期會造成強制性湖退，從而導致緩坡帶湖岸線向凹陷中心移動，沉積物不斷向湖盆中心推進，而沉積中心向陡坡帶遷移。另外，對于高頻層序而言，沉積物的遷移擺動也會造成同一時期不同地區(qū)準層序組疊加樣式的改變。例如，由于同一物源三角洲朵葉橫向擺動，在戴二段沉積早期，富20井表現(xiàn)為退積式準層序組，而富54井表現(xiàn)為進積式準層序組。

3.2.3 氣候及湖平面變化

氣候變化是湖平面變化的重要控制因素之一，其對湖泊影響較為明顯。湖泊的淡水補給量與蒸發(fā)量和地下滲流量決定著湖盆內(nèi)部水體容量的多少，這種此消彼長的作用與氣候干濕變化有直接關系，而這種干濕周期性的變化又與氣候的變化周期有關。顯然，氣候周期性變化是影響層序發(fā)育樣式的因素之一［24-26］。

高郵凹陷戴南組不同層序發(fā)育時期氣候具有明顯的差異。戴一段沉積時期，整體處于溫暖、潮濕的亞熱帶氣候。戴一段沉積早期，氣候相對較干旱，凹陷規(guī)模較小，形成SQ1層序的低位體系域，發(fā)育了沖積扇、扇三角洲及三角洲的較淺湖盆沉積；隨著氣候逐漸變得溫暖、潮濕，湖平面不斷上升，沉積物供給充足，形成了SQ1層序的湖侵及高位體系域；戴一段沉積末期，氣候較之前更為濕熱，湖平面快速上升，導致水體加深，形成了凹陷內(nèi)廣泛分布的SQ2層序頂部的湖侵體系域泥巖（“五高導”泥巖），這一時期形成了三角洲-扇三角洲-湖底扇-湖泥的沉積體系組合。戴二段沉積時期仍處于溫暖濕潤的亞熱帶氣候，但是在該段中、上部均出現(xiàn)了生活于干旱氣候高鹽環(huán)境的生物種屬（麻黃屬花粉、浪花介等），說明戴二段中后期降雨量減少，湖平面下降，水體變淺，氣候逐漸變得干旱，從而影響了沉積作用。這一時期南部斷裂帶的近岸水下扇及深凹帶的湖底扇沉積減少，形成了沖積扇-扇三角洲-三角洲及半封閉湖灣的沉積體系組合。

4 結論

（1）高郵凹陷戴南組可劃分為3個三級層序，其中戴一段可劃分為2個三級層序（SQ1和SQ2）和3個四級層序，戴二段可劃分為1個三級層序（SQ3）和5個四級層序。

（2）高郵凹陷戴南組三級層序可劃分為完整型斷陷湖泊層序和不完整型斷陷湖泊層序。SQ1和SQ3層序為完整型斷陷湖泊層序，由低位體系域、湖侵體系域和高位體系域組成；SQ2層序為不完整型斷陷湖泊層序，僅發(fā)育低位體系域和湖侵體系域，缺失高位體系域。

（3）高郵凹陷中東部戴南組沉積時期為陸相湖泊沉積。戴一段早期（SQ1層序）主要發(fā)育扇三角洲、三角洲和濱淺湖沉積體系；戴一段晚期（SQ2層序）主要發(fā)育近岸水下扇、扇三角洲、三角洲和深湖—半深湖沉積體系；戴二段時期（SQ3層序）主要發(fā)育三角洲、扇三角洲、湖底扇和淺湖—半深湖沉積體系。

（4）層序發(fā)育的主要控制因素是構造沉降速率、氣候變化引起的湖平面變化和沉積物供應速率。在構造沉降穩(wěn)定和氣候穩(wěn)定的條件下，發(fā)育完整體系域的沉積層序；在構造不穩(wěn)定和氣候突變的條件下，發(fā)育不完整體系域的沉積層序。

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（本文編輯：涂曉燕）

Study on sequence models and controlling factors of Paleogene Dainan Formation in Gaoyou Sag,northern Jiangsu Basin

JI Youliang1，WANG Yong2，LI Qingshan1，HU Bin2
（1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Geophysical Research Institute of Jiangsu Oilfield Company，Sinopec，Nanjing 210046，China）

According to core,drilling,seismic data and laboratory analysis,this paper carried out a comprehensive study on sequence stratigraphy of Paleogene Dainan Formation in Gaoyou Sag.The sequences were divided into three third-order sequences and eight fourth-order sequences accorded to the identifying mark of sequence boundary,and the sequence strtigraphy framework was established.Two kinds of sequence models were established.One is a completed lacustrine sequence model,and it is composed of lowstand system tract,transgressive system tract and highstand system tract.Another is an uncompleted lacustrine sequence model,and it is composed of lowstand system tract and transgressive system tract.At last,the controlling factors to the sequence development were analyzed.It is considered that the tectonic subsidence is the main controlling factors for the third-order sequence structure,and that the lake level change caused by the climate and the rate of sediments supplying are the main controlling factors for the fourth-order sequence in this area.

sequence models；sequence framework；controlling factor；Paleogene Dainan Formation；Gaoyou Sag；northern Jiangsu Basin

TE121.3

A

1673-8926（2014）04-0009-07

2014-04-20；

2014-05-25

國家自然科學基金項目“地質(zhì)歷史時期儲層物性參數(shù)恢復”（編號：41272157）、國家重大科技專項“中西部前陸盆地構造地質(zhì)與沉積儲層特征”（編號：2011ZX05003-002）和“復雜儲層構型精細表征與建?！保ň幪枺?011ZX05009-003）聯(lián)合資助

紀友亮（1962-），男，博士，教授，博士生導師，主要從事沉積學和石油地質(zhì)學方面的教學與科研工作。地址：（102249）北京市昌平區(qū)府學路18號中國石油大學地球科學學院。E-mail：jiyouliang@#edu.cn。