紀友亮，周 勇，王改為，路琳琳

（中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

下?lián)P子地區(qū)古生界海相碳酸鹽巖層序地層發(fā)育模式及儲層預(yù)測

紀友亮，周 勇，王改為，路琳琳

（中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

以層序地層學(xué)、沉積學(xué)等理論、方法為指導(dǎo)，以野外露頭資料為主，綜合應(yīng)用鉆井、測井等資料對下?lián)P子地區(qū)古生代海相地層進行了研究。在野外考察過程中識別出代表四種類型層序邊界的不整合面，即隆升侵蝕型不整合、海侵上超型不整合、水下侵蝕型不整合和暴露侵蝕型不整合。此外，還識別出4種類型的凝縮段，即震旦系的煤層，志留系、石炭系高驪山組的頁巖，奧陶系的薄層白云巖以及石炭系的薄層灰?guī)r。根據(jù)這些界面標志，共劃分出11個二級層序，建立了下?lián)P子區(qū)層序地層格架。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)下?lián)P子地區(qū)古生界野外露頭剖面所確定的巖性、巖相、沉積構(gòu)造等沉積標志特征，確定了下?lián)P子地區(qū)古生界發(fā)育3種沉積體系類型，即大陸沉積體系，海陸過渡沉積體系和海洋沉積體系。最后結(jié)合區(qū)域性大地構(gòu)造背景及前人研究成果，對本區(qū)的盆地性質(zhì)及演化進行了研究，并分別建立了研究區(qū)震旦紀—晚奧陶世、泥盆世和石炭紀兩坳夾一隆型的克拉通盆地層序模式、晚奧陶世末到晚志留世的前陸盆地層序模式和中、晚奧陶世、晚二疊世—中三疊世的被動大陸邊緣盆地層序模式，總結(jié)了其各自的層序發(fā)育特征，明確了研究區(qū)不同類型背景的層序的儲層的發(fā)育特征。

層序模式；沉積體系；海相地層；碳酸鹽巖；層序地層學(xué)；古生界；下?lián)P子地區(qū)

1 地質(zhì)概況

本文所研究下?lián)P子地區(qū)為中國南方海相油氣勘探的重要地區(qū)，主要是指郯廬斷裂東南、江山-紹興斷裂西北的廣大地區(qū)；行政區(qū)劃上，主要包括蘇、皖、滬、浙西北地區(qū)（圖1）。區(qū)內(nèi)震旦紀、寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀和三疊紀等8個地質(zhì)時代的海相地層發(fā)育齊全，沉積類型多樣，生物化石豐富，具有良好的生物地層、年代地層和沉積相研究基礎(chǔ)。本次研究的層位也是下?lián)P子區(qū)內(nèi)從震旦紀至三疊紀8個時代的地層［1-4］。

2 下?lián)P子地區(qū)古生界層序地層格架

為了研究層序類型，建立層序格架，并預(yù)測儲層的發(fā)育特點，首先識別層序界面的成因類型。我們根據(jù)下?lián)P子地區(qū)野外露頭剖面所觀察到的巖性及其變化特點，對層序的成因類型進行了劃分。

2.1 層序界面的成因類型及特點

2.1.1 隆升侵蝕不整合型層序界面

隆升侵蝕不整合是以區(qū)域構(gòu)造活動為主所產(chǎn)生的效應(yīng)大于海平面下降的暴露侵蝕，構(gòu)造活動以隆升作用占主導(dǎo)。隆升侵蝕不整合與P.R.Vail所劃分的經(jīng)典的Ⅰ型層序界面相當，不整合特征明顯。下?lián)P子地區(qū)主要見于寒武系與燈影組、幕府山組與炮臺山組、志留系與泥盆系、上泥盆統(tǒng)與下石炭統(tǒng)、石炭系與二疊系、下二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)以及幕府山組和志留系內(nèi)部所發(fā)育的三級層序，此種類型的層序邊界也主要見于沉積古地貌的高部位，如碳酸鹽巖臺地沉積區(qū)、沉積盆地邊緣地區(qū)［5-7］。根據(jù)野外踏勘，其具有以下特征。

圖1 研究區(qū)位置及露頭剖面點位置Fig.1 Locationmap of study area and outcrops

1）發(fā)育古風(fēng)化殼。風(fēng)化殼的厚度一般為幾毫米至幾厘米，總體上厚度較薄，成分主要為鐵質(zhì)風(fēng)化殼，顏色呈紅色。如在寧鎮(zhèn)地區(qū)的幕府山組與炮臺山組、五通組與茅山組之間的風(fēng)化殼特征非常明顯；上古生界石炭系底部與上泥盆統(tǒng)五通組之間下?lián)P子區(qū)南部發(fā)育有3～4層鋁土礦型風(fēng)化殼，泥盆系與志留系的分界面也存在一風(fēng)化殼。

2）發(fā)育古巖溶。在碳酸鹽沉積發(fā)育區(qū)，特別在碳酸鹽臺地沉積區(qū)較常見，由于海平面下降，碳酸鹽臺地出露水面，長期遭受淋濾，形成古喀斯特地貌。在古生界沉積地層常表現(xiàn)為古巖溶角礫巖，礫石棱角分明，角礫與下伏地層的巖性相同。如巢湖蘇家灣剖面燈影組頂部發(fā)育角礫狀硅質(zhì)巖；上石炭統(tǒng)船山組頂部的灰?guī)r具喀斯特特征（圖2），界面凹凸不齊，富含鐵的鋁土礦。

3）地層常存在一定的缺失，上下地層甚至出現(xiàn)產(chǎn)狀不一致，存在一定角度。不整合發(fā)育區(qū)，由于長期暴露，地層發(fā)育不全，有的三級層序中的體系域沉積不完整，常缺失低位體系域或湖侵體系域的下部，甚至局部地區(qū)可能缺失一個或多個三級層序。層序界面上下地層產(chǎn)狀的不一致性，與沉積區(qū)的構(gòu)造運動相關(guān)。如南京幕府山剖面的燈影組與幕府山組呈微角度接觸，燈影組頂部發(fā)育紅色殘積角礫。

4）碎屑巖沉積區(qū)，可發(fā)育海侵底礫巖。此現(xiàn)象在志留系、泥盆系中普遍發(fā)育，特別是泥盆系五通組底部的底礫巖最為典型，礫石的成分主要為石英和燧石，成分、結(jié)構(gòu)成熟度均較高，并且與風(fēng)化殼共生，礫巖層分布于風(fēng)化殼層之上。

有些地區(qū)該類型界面尚不具備有上述特征的古風(fēng)化殼或喀斯特地形，界面上下的接觸關(guān)系為整一接觸，該界面為一隱性層序界面。其特征是通過上下沉積物的沉積構(gòu)造樣式和沉積環(huán)境的差異來追溯和標識。該界面上下沉積物的沉積環(huán)境有明顯的差異，如下二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)間界面，界面之下為淺海陸架—濱海的陸源碎屑巖，而界面之上則為三角洲相的含煤陸源碎屑巖。

2.1.2 海侵上超不整合型層序界面

圖2 浙江省長興葡萄山剖面Fig.2 Changxing Putaoshang outcrop in Zhejiang province：the unconformity between the Chuanshang and Huanglong Fms is a type-Ⅰsequence boundary，the limestone on top of the Upper Carboniferous Chuanshang Formation is characterized by its carst features，uneven surface and the occurrence of alumyte rich in iron

此類型的不整合界面響應(yīng)特征沒有升隆侵蝕型清楚，以海侵上超不整合構(gòu)筑的層序界面通常具有3個特點：①盆地動力機制處于拉張沉降階段；②與全球或區(qū)域的海平面上升同步，盆地的沉降與海平面快速上升耦合，不僅導(dǎo)致有效可容納空間的增大，而且形成截切的海侵面；③界面之上的沉積體，通常為相對于下伏高水位體系域或低水位體系域具有向上變細、變深的沉積相組合體，往往具有雙向上超，界面之下為受長期剝蝕的沉積體，它是隆升侵蝕不整合，相對界面之上的海侵體系域而言，它又是海侵上超不整合，海侵面與層序不整合面合二為一，這是海平面上升速率快的表現(xiàn)［8-10］。

在界面的形成過程中，伴隨海平面的升降變化，界面上下的沉積物特征存在一定的差異，其識別特征主要表現(xiàn)在巖相變化上，例如南京湯山上寒武統(tǒng)西陽山組與下奧陶統(tǒng)譚家橋組之間的海侵上超不整合（圖3）。二疊紀時，下?lián)P子區(qū)具有海侵上超特點的層序界面主要為棲霞組底部的海侵體系域的上超面，海侵上超不整合與升隆侵蝕不整合界面合二為一。此外，二疊系茅口組與棲霞組之間、大隆組與龍?zhí)督M之間，石炭系和州組與高驪山組之間、黃龍組與和州組之間、船山組與黃龍組之間，各層序間均為海侵上超不整合。

2.1.3 水下侵蝕不整合型層序界面

水下侵蝕不整合主要出現(xiàn)于臺地前緣斜坡—盆地沉積相區(qū)，代表了水下沖刷、侵蝕和特殊的低水位體系域。該現(xiàn)象在奧陶系沉積期的下?lián)P子南部地區(qū)較常見，每個層序底部發(fā)育礫屑灰?guī)r，礫屑為盆內(nèi)碎屑，但顏色與礫屑間的充填物的顏色存在差異，礫屑多為淺灰色、灰白色，而充填物多為灰色、深灰色，同時礫屑灰?guī)r層中的滑塌變形構(gòu)造發(fā)育。如在太平上長源剖面，礫屑灰?guī)r，礫屑具定向排列（圖4）。

圖3 南京湯山上寒武統(tǒng)西陽山組與下奧陶統(tǒng)譚家橋組之間的海侵上超不整合Fig.3 The transgressive onlapping unconformity between the Upper Cambrian Yangsha Formation and the Lower Ordovician Tanjiaqiao Formation on the Nanjing Tangshan profile

圖4 安徽省太平上長源剖面Fig.4 Taiping Shangchangyuan outcrop in Anhui province showing an underwater erosional unconformity，with calcirudyte occurring on lower sequence boundary

2.1.4 暴露侵蝕不整合型層序界面

暴露侵蝕不整合是指以海平面相對下降為主控因素，使原水下沉積物暴露地表遭受風(fēng)化剝蝕而形成。這種類型的層序界面在下?lián)P子地區(qū)古生界發(fā)育廣泛，主要有以下識別特征：

1）界面上下沉積物存在較大的差別；

2）界面形態(tài)呈波狀彎曲，局部尚見有溶蝕角礫如黃龍組頂部的角礫成分為下伏體系域船山組的巖石，船山組的頂部還見到古土壤面；

3）在臺地出露地表后，則大量發(fā)育溶蝕孔洞和石膏白云巖化，局部地段有古土壤化（圖4）。金陵組灰?guī)r與高驪山組陸源碎屑沉積相接，沉積了粉砂質(zhì)頁巖和泥巖及粉砂巖，這些物質(zhì)組構(gòu)都說明是海平面下降的結(jié)果。

2.1.5 緩慢沉積段特征

在下?lián)P子地區(qū)古生界，緩慢沉積段（CS段）一般對應(yīng)于最大海泛面。該界面可以區(qū)分開海侵體系域和高位體系域，它是由薄層的深?；虬肷詈３练e物構(gòu)成的巖層。這類沉積物是在準層序逐步向岸推進，而盆地又缺少陸源沉積物的時期沉積的。這種層段中動物群的分異度和豐度在整個層序中都是最大的。盡管緩慢沉積段一般很薄，沉積物聚集速率很低，且經(jīng)歷很長時間，但該段的沉積作用卻是連續(xù)的，緩慢沉積段是最大海泛期沉積的產(chǎn)物，海侵體系域晚期在大套沉積巖中出現(xiàn)相對較薄的巖層應(yīng)考慮為凝縮段［11-13］。本次野外考察中常見的有四種類型的緩慢沉積段，即震旦系的煤層，志留系、石炭系高驪山組的頁巖（圖5），奧陶系的薄層白云巖以及石炭系的薄層灰?guī)r。這些層序界面和最大海泛面的密集巖性段在盆地范圍內(nèi)的對比是建立下?lián)P子研究區(qū)層序地層格架的基礎(chǔ)。

2.2 下?lián)P子地區(qū)古生界層序地層格架

根據(jù)層序地層學(xué)原理，通過野外基干剖面、重點剖面的踏勘、觀測以及對前人研究成果的總結(jié)分析，根據(jù)上述識別出的各種類型的層序界面和緩慢沉積段，將下?lián)P子區(qū)海相中生界、古生界劃分出11個二級層序，其中震旦系上統(tǒng)為第1個二級層序，本區(qū)該二級層序海侵體系域發(fā)育的陡山沱組基本沒有出露，只發(fā)育相當于高水位體系域的燈影組沉積；下寒武統(tǒng)為第2個二級層序；中、上寒武統(tǒng)為第3個二級層序；下奧陶統(tǒng)中下部侖山組和紅花園組沉積期為第4個二級層序；下奧陶統(tǒng)上部、上奧陶統(tǒng)沉積為第5個二級層序；志留系為第6個二級層序；上泥盆統(tǒng)五通組沉積期為第7個二級層序；下石炭統(tǒng)沉積期為第8個二級層序；上石炭統(tǒng)沉積期為第9個二級層序；下二疊統(tǒng)棲霞組和孤峰組為第10個二級層序；上二疊統(tǒng)和中、下三疊統(tǒng)為第11個二級層序。

圖5 南京湯山鎮(zhèn)孔山剖面顯示的高驪山組砂頁巖韻律中的黑色頁巖Fig.5 Kongshan outcrop in Tangshan town of Nanjing showing the black shale in the Gaolishan Formation

通過對下?lián)P子全區(qū)中生界、古生界的劃分、對比，建立了該地區(qū)古生界的層序地層格架。

3 碳酸鹽巖地層層序類型與儲層預(yù)測

3.1 沉積體系類型

為了研究下?lián)P子地區(qū)古生界碳酸鹽巖地層層序類型與儲層的關(guān)系，并對儲層進行預(yù)測，需要對古生界碳酸鹽巖沉積體系和沉積相類型進行分析。

根據(jù)下?lián)P子地區(qū)古生界野外露頭剖面所確定的巖性、巖相、沉積構(gòu)造等沉積標志特征，確定了下?lián)P子地區(qū)古生界有如下沉積體系類型（表1）。

1）大陸沉積體系組

僅識別出了風(fēng)化殘積沉積體系，主要分布在各層序界面的風(fēng)化殼處。如震旦系頂面的風(fēng)化土層。

2）海陸過渡沉積體系組

主要發(fā)育在二疊系，為三角洲沉積體系的砂巖和頁巖沉積。

3）海洋沉積體系組

下?lián)P子地區(qū)古生界海洋沉積體系組非常發(fā)育，常見的有濱海沉積體系、陸棚沉積體系、臺地沉積體系、臺地邊緣沉積體系、大陸斜坡沉積體系、臺盆沉積體系、緩坡沉積體系和深海盆地沉積體系。

3.2 層序類型及有利儲層預(yù)測

表1 下?lián)P子地區(qū)古生界沉積體系（組）、相、亞相和微相劃分Table 1 Division of sedimentary system（formation），facies，sub-facies，and m icro-facies of the Paleozoic in the Lower Yangtze area

根據(jù)下?lián)P子區(qū)沉積背景和建立起來的古生界層序格架及不同層序內(nèi)沉積體系的組合特點，總結(jié)出如下幾種層序發(fā)育模式。

3.2.1 兩坳夾一隆型的克拉通盆地層序模式

主要發(fā)育在震旦系—上奧陶統(tǒng)、泥盆系和石炭系。該層序和沉積模式在下古生界寒武系、中下奧陶統(tǒng)沉積期尤為典型（圖6）。構(gòu)造古格局控制沉積體系的展布，此時的地形為兩坳夾一隆，中部的南京—巢湖—宿松一帶為是北東-南西向古陸，周邊地區(qū)為臺地—臺地前緣斜坡。由于“兩坳夾一隆”的古地貌格局穩(wěn)定發(fā)育，沉積體系的展布具有對稱性，中部為臺地相沉積，此時期臺地為總體上為開闊臺地，巖石多為顆粒石灰?guī)r或白云巖，顆粒類型多為鮞粒、生物碎屑顆粒，可進一步分為開闊臺地邊緣淺灘、臺地淺灘沉積，局部地區(qū)可能發(fā)育了局限臺地沉積。在臺地的南部邊緣地帶，臺地邊緣淺灘沉積發(fā)育，如安徽丁香剖面，侖山組下部主要為高能淺灘相，巖性為殘余鮞粒白云巖、砂屑亮晶灰?guī)r及部分殘余砂屑白云巖，發(fā)育斜層理，是有利儲層發(fā)育帶。臺地的兩側(cè)發(fā)育了臺地邊緣斜坡相沉積，斜坡相前部為陸棚-盆地相，如滁州—盱眙—鹽城臺地斜坡-陸棚沉積相區(qū)，沉積為深灰色、灰色巨厚層灰?guī)r、灰色泥質(zhì)灰?guī)r，含燧石結(jié)核［14-15］。

3.2.2 前陸盆地層序模式

下?lián)P子地區(qū)古生界前陸盆地層序主要發(fā)育在晚奧陶世末到晚志留世。浙西長興及以北地區(qū)為前陸盆地的山前帶，該區(qū)帶為六和塔組濱岸相和近源粗粒扇三角洲沉積，上儲層發(fā)育區(qū)，由于造山帶（華夏古陸）的不斷向北逆沖，控制了儲集砂體的進積遷移。安徽涇縣和石臺地區(qū)為前淵帶，水體深，主要發(fā)育了高家邊組海相頁巖。在巢湖、南京龍?zhí)都耙员钡貐^(qū)，接近斜坡帶，發(fā)育了分頭組的斜坡帶遠源細粒三角洲。逆沖活動初期粗粒沉積發(fā)育，強烈活動期細粒沉積發(fā)育，由于造山帶的多期活動，造成了粗粒沉積和細粒沉積在垂向上的多次疊加（圖7）。

3.2.3 被動大陸邊緣盆地層序模式

圖6 下?lián)P子地區(qū)古生界克拉通盆地層序模式Fig.6 The sequence stratigraphic model of the Paleozoic craton basin in the Lower Yangtze area

下?lián)P子地區(qū)古生界被動大陸邊緣盆地層序主要發(fā)育于中上奧陶統(tǒng)沉積期、下二疊統(tǒng)—中三疊統(tǒng)沉積期，此時處于下?lián)P子克拉通盆地向前陸盆地轉(zhuǎn)化的過渡期（圖8）。海平面升降變化對其影響較大，湖侵期主要為陸棚相沉積，隨著海平面的下降，開始發(fā)育淺水沉積。進一步可識別出內(nèi)緩坡、中緩坡、外緩坡3個亞相和陸棚-盆地沉積相。此時陸棚地區(qū)位于浙西長興地區(qū)，發(fā)育長興組三角洲平原相的灰黃色細砂巖，長興以北地區(qū)為大陸斜坡，發(fā)育殷坑組前三角洲或三角洲前緣相的青灰色泥頁巖。盆地相位于貴池地區(qū)，發(fā)育大隆組海相黑色薄層硅質(zhì)巖和少量炭質(zhì)頁巖。南京地區(qū)則發(fā)育碳酸鹽臺地相，發(fā)育了棲霞組的含硅質(zhì)致密灰?guī)r。龍?zhí)兜貐^(qū)則發(fā)育潮坪-潟湖相，發(fā)育了龍?zhí)督M的薄層雜色頁巖。

圖7 下?lián)P子地區(qū)古生界前陸盆地層序模式Fig.7 The sequence stratigraphic model of the Paleozoic foreland basin in the Lower Yangtze area

4 結(jié)論

運用Vail經(jīng)典層序地層學(xué)理論中相關(guān)的概念，以及該理論體系在我國層序分析中已取得的眾多成功經(jīng)驗為指導(dǎo)，對下?lián)P子區(qū)中生界、古生界露頭層序地層特征進行了系統(tǒng)研究，在野外露頭勘查、室內(nèi)綜合研究相結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過近兩年的研究，總體上取得了以下主要結(jié)論和認識。

1）系統(tǒng)總結(jié)了該地區(qū)的層序界面識別標志和層序界面的成因類型，并通過野外踏勘、室內(nèi)綜合研究，同時結(jié)合區(qū)域性研究，對下?lián)P子區(qū)震旦系燈影組—三疊系進行了層序地層的研究劃分，共劃分出11個二級層序。

2）識別出4種層序邊界不整合面，即隆升侵蝕層序不整合面、海侵上超層序不整合面、水下侵蝕層序不整合面以及暴露層序不整合面。

3）識別出4種類型的凝縮段，即瘤狀泥灰?guī)r、深色泥巖、薄煤層、薄層狀硅質(zhì)巖。凝縮段是最大海泛期沉積的產(chǎn)物，海侵體系域晚期在大套沉積巖中出現(xiàn)相對較薄的巖層應(yīng)考慮為凝縮段。

4）結(jié)合研究區(qū)盆地背景，首次系統(tǒng)總結(jié)了下?lián)P子地區(qū)中生界、古生界層序地層演化模式格局，并分別建立了克拉通盆地、前陸盆地、被動大陸邊緣盆地背景下的層序地層發(fā)育模式并對其各自的層序發(fā)育特點進行了精細分析。

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［15］江蘇地礦局.江蘇省巖石地層［M］.中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.

Geological survey of Jiansu Province.Petrology and stratigraphy of Jiansu province［M］.Beijing：China University of Geology Press，1997：57-81.

（編輯 董 立）

Sequence stratigraphic models and reservoir prediction of the Paleozoic marine carbonates in the Lower Yangtze area

Ji Youliang，Zhou Yong，Wang Gaiwei and Lu Linlin
（College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

According to the principles of sequence stratigraphy and sedimentology，we studied the Paleozoic marine deposits in the Lower Yangtze area by using outcrop observation data integrated with drilling and logging data.We identified four types of unconformities through field observation，including uplifting-erosion unconformity，transgressive onlapping unconformity，underwater erosional unconformity and subareal erosional unconformity.In addition，we also identified 4 types of condensed sections，including the Sinian coal layer，the Silurian-Carboniferous Gaolishan Formation shale，thin Ordovician dolomite and thin Carboniferous limestone.According to these boundarymarks，11 second-order sequenceswere recognized and a sequence stratigraphic framework was established in the Lower Yangtze area.According to the lithologies，facies and sedimentary structures defined through field outcrop observation，we established three sedimentary systems for the Paleozoic in the study area，namely continental sedimentary system，transition sedimentary system and ocean sedimentary system.Finally，based on the regional tectonic setting and previous research results，we studied the nature and evolution of basin in the study area.Three sequence stratigraphicmodelswere established，i.e.the Sinian-Late Ordovician，Devonian and Carboniferous stratigraphy model of craton basin，the latest Ordovician-Late Silurian stratigraphy model of foreland basin and the Middle and Late Ordovician，Late Permian-Middle Triassic stratigraphymodel of passivemar-gin basin.Their sequence characteristicswere summarized.

sequencemodel，sedimentary system，marine strata，carbonate rock，sequence stratigraphy，Paleozoic，Lower Yangtze area

TE121.3

A

0253-9985（2011）05-0724-09

2011-03-01。

紀友亮（1962—），男，博士、教授、博士生導(dǎo)師，層序地層學(xué)和儲層地質(zhì)學(xué)。

國家科技重大專項（2011ZX05009-003；2011ZX05003-002）。