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南黄海盆地二叠系地震-沉积相分析及烃源岩分布预测

邱尔康 杨风丽 张若愚 周晓峰

邱尔康, 杨风丽, 张若愚, 周晓峰. 南黄海盆地二叠系地震-沉积相分析及烃源岩分布预测[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2018, 38(3): 96-106. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.03.009
引用本文: 邱尔康, 杨风丽, 张若愚, 周晓峰. 南黄海盆地二叠系地震-沉积相分析及烃源岩分布预测[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2018, 38(3): 96-106. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.03.009
QIU Erkang, YANG Fengli, ZHANG Ruoyu, ZHOU Xiaofeng. Seismic and sedimentary facies analysis and prediction of favorable Permian source rocks in the South Yellow Sea basin[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2018, 38(3): 96-106. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.03.009
Citation: QIU Erkang, YANG Fengli, ZHANG Ruoyu, ZHOU Xiaofeng. Seismic and sedimentary facies analysis and prediction of favorable Permian source rocks in the South Yellow Sea basin[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2018, 38(3): 96-106. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.03.009

南黄海盆地二叠系地震-沉积相分析及烃源岩分布预测


doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.03.009
详细信息
    作者简介:

    邱尔康(1994—),男,硕士研究生,构造地质学专业,E-mail:qiuerkang@126.com

    通讯作者: 杨风丽(1964—),女,博士,教授,博士生导师,从事构造与含油气盆地分析方面的研究,E-mail:yangfl@tongji.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金“台湾海峡中-新生代张裂盆地形成机制及油气响应” 41541027

    国家重点研发计划项目“中新元古代中国古大陆重建与盆地演化及油气远景” 2016YFC0601005

    国家科技重大专项子课题“长江坳陷油气资源潜力评价” 2016ZX05027008

  • 中图分类号: P744.4

Seismic and sedimentary facies analysis and prediction of favorable Permian source rocks in the South Yellow Sea basin

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-12
  • 修回日期:  2017-11-24
  • 刊出日期:  2018-06-28

南黄海盆地二叠系地震-沉积相分析及烃源岩分布预测

doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.03.009
    作者简介:

    邱尔康(1994—),男,硕士研究生,构造地质学专业,E-mail:qiuerkang@126.com

    通讯作者: 杨风丽(1964—),女,博士,教授,博士生导师,从事构造与含油气盆地分析方面的研究,E-mail:yangfl@tongji.edu.cn
基金项目:

国家自然科学基金“台湾海峡中-新生代张裂盆地形成机制及油气响应” 41541027

国家重点研发计划项目“中新元古代中国古大陆重建与盆地演化及油气远景” 2016YFC0601005

国家科技重大专项子课题“长江坳陷油气资源潜力评价” 2016ZX05027008

  • 中图分类号: P744.4

摘要: 二叠系烃源岩是南黄海盆地多套优质烃源岩之一,多年来,由于地震测线少和品质差,导致对其分布一直认识不清。基于南黄海盆地近年来新采集处理的大量二维地震测线,结合老地震测线和5口钻遇二叠系的钻测井资料,通过单井相分析、地震-沉积相分析,开展了对南黄海下二叠统、上二叠统的沉积相及有利烃源岩分布预测研究。分析表明:下二叠统栖霞组沉积时期,青岛坳陷及崂山隆起西部以台地相为主、中东部以盆地相发育为主;上二叠统龙潭组沉积时期,青岛坳陷南部和勿南沙隆起以三角洲平原相、崂山隆起和青岛坳陷西部以三角洲前缘沉积相、青岛坳陷东北部及崂山隆起东部以滨浅海沉积相发育为主。结合有利烃源岩沉积相和残留地层厚度分析,认为崂山隆起中部及青岛坳陷东北部是下二叠统烃源岩有利分布区,崂山隆起中东部及青岛坳陷东北部是上二叠统烃源岩有利分布区。

English Abstract

  • 南黄海位于中国大陆和朝鲜半岛之间,总面积约31.0×104km2,作为我国海域至今尚未突破的油气勘探新区,几十年来,一直是人们关注和研究的热点。前人研究结果表明,盆地下部中古生界为海相沉积,上部中新生界陆相沉积,盆地内存在多个油气组合[1,2]。同时南黄海盆地作为下扬子地块的主体,发育着巨厚的海相中古生界沉积地层[3]并存在着类似上扬子四川盆地的下寒武统、上奥陶统—下志留统、下二叠统、上二叠统4套区域性的烃源岩[4-6],其中以二叠系栖霞组、龙潭组、大隆组的烃源岩最为有利[5]

    针对二叠系烃源岩,前人从残留地层分布和沉积相展布方面做过一定的研究分析。在残留地层分布方面,欧阳凯等[7]、杨艳秋等[8]基于地震及邻区钻井资料分析,认为崂山隆起二叠系仅残留下二叠统,上二叠统缺失;张训华等[9]、杨艳秋等[10]通过地震、磁力异常资料分析,认为南黄海盆地二叠系主要分布于青岛坳陷、崂山隆起,但崂山隆起上二叠统缺失;孙晶等[11]、杨长清等[12]基于部分新采集的地震资料,认为崂山隆起二叠系保存完整,上二叠统并未大面积缺失。在沉积相研究方面,吴淑玉等[13]、林年添等[14]、袁勇等[15]基于南黄海盆地二叠系地震属性、张银国等[16]和王明建等[17]基于二叠系地震反射特征分别对二叠系沉积相展布进行了预测,普遍认为上二叠统龙潭-大隆组发育三角洲相、滨浅海相、陆棚相,而对于下二叠统栖霞-孤峰组尚未开展详细研究。显然前人的这些研究为我们本次研究奠定了良好的基础,但是由于使用的地震测线稀疏、品质差[18],导致对二叠系地震相-沉积相和有利烃源岩分布仍认识不清,这也直接影响了对南黄海盆地油气的预测及评价。

    本文基于近年来在南黄海盆地新采集处理的大量二维地震测线,结合老剖面和5口钻遇了二叠系的钻井(图 1),通过单井相、地震相-沉积相、残留地层分布等的研究,对二叠系烃源岩的有利分布进行了预测,以期对南黄海盆地上古生界的下一步勘探起到一定的指导作用。

    图  1  南黄海构造单元划分及地震测线、二叠系钻井分布图

    Figure 1.  Tectonic map of the South Yellow Sea drilling and distribution of drilling sites and seismic profiles

    • 南黄海盆地由烟台坳陷、崂山隆起、青岛坳陷、勿南沙隆起4个二级构造单元组成(图 1),作为下扬子块体的一个重要组成部分,与整个下扬子地区相一致,经历了晚震旦世—早三叠世的海相沉积与晚三叠世—第四纪的陆相沉积演化过程[19,20]

      二叠系沉积时期下扬子地区以板内升降活动为主,沉积特征主要受控于海平面升降[16,21]。早二叠世区内发生了晚古生代以来规模最大的海侵[4,22],区内以碳酸盐岩沉积为主,发育栖霞组的灰岩、泥灰岩、泥岩;随着海侵规模增大,沉积了孤峰组的黑色硅质页岩[23]。早二叠世末受东吴运动影响,区内发生了大规模海退,表现为孤峰组的局部缺失与地层的平行不整合接触。进入晚二叠世,下扬子地区已整体抬升,随着海水再次侵入,区内发育了龙潭组的砂质页岩,砂泥岩互层夹煤层;大隆组沉积时期海侵规模增大,区内以陆棚相的泥页岩沉积为主(图 2)。

      图  2  南黄海盆地上古生界地层层序划分柱状图(据文献[22]修改)

      Figure 2.  Sequence stratigraphy of Upper Paleozoic in South Yellow Sea basin

      从南黄海二叠系残留地层的整体分布特征来看,前人研究结果表明其主要分布于青岛坳陷和崂山隆起,在烟台坳陷内除了局部零星分布外,其余地区大面积缺失[10,11,16]

    • 无锡5-ST1井位于南黄海盆地青岛坳陷中东部和崂山隆起结合部位(图 1),通过合成地震记录标定和地震反射特征,在二叠—三叠系可识别出4个地震反射界面:TT2、TP、TP1和Tc(图 3)。

      图  3  南黄海WX5-ST1井震标定

      Figure 3.  Seismic profile calibrated by WX5-ST1 well in South Yellow Sea

      其中,TT2代表海相三叠系与上覆陆相地层之间的界面,作为区域角度不整合和反射标准层,与上下反射波之间呈“上超下截”接触关系,全区可连续追踪;TP代表上二叠统与下三叠统之间界面,平行整合接触于上覆一套弱反射波组和下伏较强反射波组之间;TP1代表下二叠统与上二叠统之间的界面,平行整合接触于上覆一套较强反射波组和下伏强反射波组之间;Tc代表石炭系与下二叠统之间的界面,平行整合接触于上覆一套强反射波组和下伏弱反射波组之间。

      在TP1与TP之间为上二叠统龙潭-大隆组,在地震剖面上整体表现为中-低振幅、中-低连续性的一套反射波组,局部为空白反射;在Tc与TP1之间为下二叠统栖霞-孤峰组,在地震剖面上整体表现为4~5组高振幅、中等频率、连续性较好的一套强反射波组。

    • 基于二叠系地震反射结构的振幅、频率、同相轴连续性特征(图 4,5),可将其划分为10种类型(表 1)。

      图  4  A-A’剖面地震-沉积相图

      Figure 4.  Seismic-sedimentary facies cross section along the profile A-A'

      图  5  B-B’测线地震-沉积相图

      Figure 5.  Seismic-sedimentary facies cross section along the profile B-B'

      表 1  南黄海二叠系地震相类型划分

      Table 1.  Seismic facies types of the Permian in South Yellow Sea

    • (1) 剖面地震相特征

      表 1中10种地震相的划分为标准,对每条测线地震反射层序进行了解释,并在此基础上对剖面地震相进行了分析。以下以近南北向的地震剖面A-A’,近东西向的地震剖面B-B’为例进行说明。

      下二叠统地震相在A-A’剖面上总体为中-高振幅、中-高频反射,横向连续性变化较大,青岛坳陷内整体为中-高连续性反射,崂山隆起则整体表现为中-低连续性反射(图 4);在B-B’剖面上地震相可明显划分为3个单元,西段为中频、中-高振幅、中-低连续性反射为主,中段相对西段振幅减弱,东段则表现为高频、中-高振幅、中-高连续性反射(图 5)。

      上二叠统地震相在A-A’剖面上总体为极弱反射、高频中振幅低连续反射局部表现为高频中振幅中连续性反射,在崂山隆起最北部和青岛坳陷南部过渡为高频中振幅高连续性反射;在B-B’剖面上,上二叠统因构造运动在剖面中部缺失,东段和西段地震相差异较大,西段主要以高-中频、高-中振幅、中连续性反射为主;东段以极弱反射和高频中振幅低连续性反射为主。

      (2) 平面地震相特征

      在对研究区所有二维测线逐条进行剖面地震相分析基础上,进行平面成图即可得到上、下二叠统地震相平面展布图(图 6)。

      图  6  南黄海二叠系地震相平面展布图

      Figure 6.  Permian seismic facies map of South Yellow Sea

      下二叠统地震相平面展布特征:青岛坳陷和崂山隆起中东部地区以中-高频、中-高振幅、中-高连续性反射为主,青岛坳陷东部、崂山隆起西北部出现高频、中-高振幅、低连续性反射(图 6a)。

      上二叠统地震相平面展布特征:青岛坳陷东部以中-高频、中振幅、中-高连续性反射为主,局部发育高频、高振幅、低连续性反射和极弱反射;青岛坳陷的南部和崂山隆起则主要为高频、中振幅、低连续性反射,局部发育中-高频、中-高振幅、中连续性反射(图 6b)。

    • 在对研究区已有5口钻探井岩心观察描述基础上,结合测井资料和综合录井资料对单井相进行了分析。

      (1) 无锡5-ST1井

      无锡5-ST1井(WX5-ST1)共钻遇二叠系439.84m,从上至下依次是上二叠统大隆组、龙潭组(图 7)。

      图  7  无锡5-ST1井二叠系沉积相图

      Figure 7.  Sedimentary facies column of the Permian of well WX5-ST1

      上二叠统龙潭组钻遇地层厚度为329.84m(未见底),上部为灰黑色粉砂岩、细砂岩,生物扰动较为强烈,下部以灰色、灰黑色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主,砂岩中夹薄层灰黑色碳质泥岩,为滨岸相沉积。

      上二叠统大隆组厚110m,岩性主要为黑色泥岩,局部夹灰色粉砂岩,为浅水陆棚相。

      井区地震剖面上,下二叠统表现为高频、高振幅、中连续性反射特征;上二叠统表现为高频、中振幅、高连续性及极弱反射的特征。

      (2) CSDP-2井

      CSDP-2井位于崂山隆起西北部(图 1),钻遇二叠系850.8m,从上至下依次是上二叠统大隆组、上二叠统龙潭组、下二叠统孤峰组、下二叠统栖霞组(图 8)。

      图  8  CSDP-2井二叠系沉积相图

      Figure 8.  Sedimentary facies column of the Permian of well CSDP-2

      下二叠统栖霞组厚70m,主要发育灰黑色泥晶灰岩,为局限台地相。

      下二叠统孤峰组钻遇厚度较小,仅6.1m。岩性主要为硅质泥岩,为深水盆地相沉积。

      上二叠统龙潭组厚453.4m,发育灰色粉-细砂岩、黑色泥岩,局部夹煤层,含少量碳屑,见平行层理,GR测井曲线呈现与常州35-2-1井龙潭组类似的反旋回漏斗与钟形和箱形的测井曲线组合特征,为三角洲前缘相。

      上二叠统大隆组厚321.3m,岩性为灰色粉-细砂岩、深灰色粉砂-泥岩、青灰色混杂泥岩夹黑色薄煤层,发育平行层理和小型交错层理,为浅水陆棚沉积环境。

      井区地震剖面上,下二叠统表现为高频、中-高振幅、低连续性反射特征;上二叠统表现为高频、高振幅、低连续性反射特征。

      (3) 无锡13-3-1井

      无锡13-3-1井(WX13-3-1)位于青岛坳陷中部(图 1),仅钻遇下二叠统栖霞组143.6m,之上的其余二叠系均缺失(图 9)。栖霞组岩性主要为深灰色灰岩、灰黑色生物碎屑灰岩、底部发育砂屑灰岩,生物化石非常发育,常见燧石条带,为开阔台地相。

      图  9  无锡13-3-1井二叠系沉积相

      Figure 9.  Sedimentary facies column of the Permian of well WX13-1-1

      井区地震剖面上,下二叠统表现为中频、中振幅、中连续性反射特征。

      除以上3口钻井外,CZ35-2-1井位于青岛坳陷西南部(图 1),钻遇二叠系651m,其中下二叠统栖霞组钻遇地层厚度为266m(未见底),岩性为深灰色灰岩和黑色泥灰岩,沉积环境主要为局限台地;钻遇上二叠统龙潭组厚270m,岩性为灰色细砂岩和粉砂岩,局部夹泥岩,为三角洲前缘相;上二叠统大隆组厚115m,岩性为大套黑色泥岩,局部夹致密灰色粉砂岩,为深水陆棚相[22]

      常州12-1-1A井(CZ12-1-1A)位于青岛坳陷中部(图 1),钻遇上二叠统龙潭组,钻遇厚度较小,仅40m左右,主要岩性为灰黑色泥岩夹煤层,为滨岸相[22]

      根据单井相分析及前人研究成果,将上二叠统龙潭-大隆组划分为三角洲平原相、三角洲前缘相、滨浅海相;将下二叠统栖霞-孤峰组划分为台地相、台地边缘相、盆地相[24-26]

    • 基于单井相标定和研究区地震相特征,结合区域沉积环境,可以建立起研究区地震相与沉积相的对应转换关系,见表 2

      表 2  南黄海地区二叠系典型沉积相地震反射特征

      Table 2.  Seismic reflection characteristics of typical sedimentary facies of Permian in South Yellow Sea area

      碳酸盐岩沉积体系 浅-深水陆棚相 极弱反射、高频低振幅低连续、高频中振幅中连续
      台地相 低频中振幅中连续、高频中振幅高连续、高频中振幅中连续、高频高振幅低连续、中频高振幅中连续、中频中振幅中连续、极弱反射
      台地边缘相 高频中振幅低连续、高频高振幅低连续
      盆地 高频中振幅中连续、高频中振幅高连续
      碎屑岩沉积体系 三角洲平原 高频中振幅低连续、高频高振幅低连续
      三角洲前缘 高频高振幅中连续、高频中振幅高连续、中频中振幅中连续、中频高振幅中连续
      滨浅海 极弱反射、高频中振幅低连续、高频中振幅中连续

      据此建立起的地震相和沉积相转换关系,进一步结合单井相分析结果,可以确认出上、下二叠统的沉积相剖面和平面特征。

      下二叠统栖霞组沉积相在A-A’剖面上总体为盆地相,仅在青岛坳陷最南部局部出现台地边缘相(图 4);在B-B’剖面上自西向东沉积相变化为台地相-台地边缘相-盆地相(图 5)。上二叠统龙潭组沉积相在A-A’剖面上整体为滨浅海相,在青岛坳陷最南部、崂山隆起最北部过渡为三角洲前缘相(图 4);在B-B’剖面上西段表现为三角洲前缘沉积相,西段为滨浅海沉积相(图 5)。

      下二叠统栖霞组平面沉积展布特征:青岛坳陷及崂山隆起西部为台地相,崂山隆起中部及青岛坳陷南部可见台地边缘沉积;崂山隆起及青岛坳陷中东部地区主要为盆地相。以上沉积相展布特征表明,栖霞组沉积时期盆地整体的沉积格局为由南西向北东水体逐步加深,由台地相过渡为盆地相(图 10a)。

      图  10  南黄海二叠系沉积相平面展布

      Figure 10.  Permian sedimentary facies map of South Yellow Sea

      上二叠统龙潭组平面沉积展布特征:青岛坳陷南部、勿南沙隆起为三角洲平原相,崂山隆起西部以及青岛坳陷西部为三角洲前缘沉积相,崂山隆起东部及青岛坳陷中-东部以滨浅海沉积相为主。以上沉积相展布特征表明,龙潭组沉积时期盆地整体沉积格局继承了栖霞组,整体由南西向北东水体逐步加深,由三角洲平原相、三角洲前缘相向滨浅海相过渡(图 10b)。

    • 全区二维地震剖面解释结果表明,栖霞-孤峰组和龙潭-大隆组主要分布在崂山隆起、青岛坳陷中东部、勿南沙隆起东北部。其中,栖霞-孤峰组厚度分布普遍在300~500m之间,最大厚度可达500m以上,最大厚度位于崂山隆起中部(图 11a);龙潭-大隆组厚度分布普遍在200~500m,最大厚度可达1000m以上,最大厚度位于崂山隆起中部和西南部(图 11b)。

      图  11  南黄海二叠系烃源岩有利分布区预测

      Figure 11.  Prediction map of favorable distribution area of Permian source rocks in South Yellow Sea

      根据前人研究,有效烃源岩的发育往往受到有利沉积相的控制:在碳酸盐岩沉积体系内,海侵体系域和高位体系域下部是发育烃源岩的有利层位,其中水深较大的陆棚相、盆地相是理想的烃源岩层;在碎屑岩沉积体系内,烃源岩分布更广,不仅海侵体系域-高位体系域发育期间的浅海-陆棚相可以作为烃源岩,在高位域沉积时期形成的三角洲平原也可形成潜在的烃源岩层[27]。据此判断,下二叠统栖霞组的有利烃源岩沉积相主要为盆地相,孤峰组的有利烃源岩沉积相主要为陆棚相;上二叠统龙潭组的有利烃源岩沉积相主要为浅海相,大隆组的有利烃源岩沉积相主要为陆棚相。同时,胡芬等对研究区二叠系岩心TOC测试结果显示,栖霞组灰岩TOC值为0.45%~1.52%,平均1.52%;龙潭组黑色泥岩TOC值为0.75%~5.43%,平均1.70%;大隆组黑色泥岩TOC值为0.92%~3.48%,平均1.52%[28]。此外,蔡来星等对CSDP-2井的岩心TOC测试结果显示,栖霞组灰岩TOC值为0.65%~1.13%,平均0.92%;龙潭组黑色泥岩TOC值为0.27%~12.41%,平均值高达2.13%;大隆组黑色泥岩TOC值为0.7%~4.85%,平均1.67%[23]。以上测试结果说明,南黄海二叠系烃源岩达到了下扬子区的烃源岩标准[29,30],具有良好的勘探前景。

      下二叠统在南黄海海域以栖霞组为主体,孤峰组整体缺失或在局部极少量残留,其烃源岩有利分布区主要受控于栖霞组沉积相展布及残留地层厚度分布,本次预测以栖霞组盆地相分布区及台地相残留地层厚度大于500m分布区作为下二叠统烃源岩有利分布区;南黄海上二叠统大隆组厚度较小,在地震剖面上难以与龙潭组区分,本次预测以龙潭组浅海相分布区及上二叠统残留地层厚度大于750m分布区作为上二叠统烃源岩有利分布区。

      综合有利烃源岩沉积相和残留地层厚度分布,预测下二叠统烃源岩有利分布区为崂山隆起中部及青岛坳陷东北部(图 11a);上二叠统烃源岩有利分布区为崂山隆起中东部、青岛坳陷东北部(图 11b)。

    • (1) 南黄海二叠系单井相、地震相-沉积相综合研究结果表明:二叠系栖霞组沉积时期为海相碳酸盐岩沉积体系,盆地水深整体由南西向北东逐步加深,青岛坳陷及崂山隆起西部为台地相,崂山隆起及青岛坳陷的中东部地区主要为盆地相。

      (2) 二叠系龙潭组沉积时期为海陆过渡碎屑岩沉积体系,盆地水深自南西向北东逐步加深,青岛坳陷南部、勿南沙隆起为三角洲平原相,崂山隆起西部以及青岛坳陷西部为三角洲前缘沉积相,青岛坳陷东北部及崂山隆起东部为滨浅海沉积相。

      (3) 通过有利烃源岩沉积相和残留地层厚度分布分析,认为崂山隆起中部及青岛坳陷东北部是下二叠统烃源岩有利分布区,崂山隆起中东部及青岛坳陷东北部是上二叠统烃源岩有利分布区。

参考文献 (30)

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