四川盆地龙岗东地区长兴组高频层序及其对礁滩体的控制

邓志强 胡明毅 左洺滔 张 三 宋 昊

（1.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；
2.中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃 兰州 730030）

四川盆地是1个大型而古老的含油气盆地，其中晚二叠世长兴期川东北北环开江—梁平海槽周缘地区是四川盆地古生界天然气聚集区，也是中国“川气东输”战略的天然气供应区［1］。在环开江−梁平海槽油气聚集理论的指导下，发现了一系列大、中型长兴组生物礁气藏［2⁃5］，展现了川东地区长兴组礁滩气藏良好的资源潜力［6⁃7］。

前人［8⁃10］对四川盆地东北地区长兴组层序划分的研究已取得较多成果，但仍存在较大的分歧，如孙利川等［11］将长兴组划分为1个三级层序，王成善等［12］将长兴组划分为2个三级层序。对川东北地区长兴组层序划分的研究中，尤其是高频层序（四级−五级）多采用地质方法对剖面进行高频层序划分，然而这种方法存在难以避免的主观因素，导致不同学者的认识差异大，进而导致长兴组高频层序划分及其对礁滩体的控制作用认识不清，严重制约了龙岗东地区长兴组生物礁滩的油气勘探进程。生物礁滩发育与层序密切相关［13⁃16］，因此可通过层序地层划分来研究高频层序对礁滩体的控制。

为降低主观因素对层序划分的影响，提高划分的精度，实现层序划分从定性研究过渡到定量研究，本文以碳酸盐岩沉积学及经典层序地层学为理论基础，针对钻录井岩心资料采用测井曲线频谱趋势分析技术（INPEFA）［17⁃19］，对四川盆地龙岗东地区高频层序界面进行识别，建立高频层序格架，分析层序格架内生物礁滩的展布特征及高频层序对生物礁滩体的控制，建立生物礁滩体发育模式。研究成果为四川盆地开江−梁平海槽两侧的礁滩油气勘探提供有力依据。

四川盆地为1个菱形构造盆地（图1（a）），是以上扬子克拉通为基础发展起来的叠合型盆地［20］。龙岗东地区位于四川盆地东北部，属于川东高陡断褶带，包括龙会场、铁山和龙门区块，在晚二叠世的“峨眉地裂运动”和南秦岭洋的拉张背景之下［21⁃22］，盆地基底断块快速沉降，形成了由浅水碳酸盐台地和海槽组成的“槽台”沉积格局，发育开阔台地相、台地边缘相、斜坡相、陆棚相、盆地相和局限台地相沉积，其中开阔台地相、台地边缘相发育生物礁、生屑滩等浅水碳酸盐岩沉积。

龙岗东地区上二叠统长兴组与上覆飞仙关组和下伏吴家坪组均呈整合接触。长兴组由下到上分为3个岩性段，分别为长一段（P2ch1）、长二段（P2ch2）和长三段（P2ch3）（图1（b））。龙岗东地区长兴组主要发育台地边缘，岩性以泥晶灰岩、泥质灰岩及白云岩为主，有少量硅质岩、泥页岩；
台缘带发育生物礁灰岩及生屑灰岩。生物礁及生屑滩主要发育在长二段、长三段。

图1 龙岗东地区构造位置及地层柱状图Fig. 1 Structural location and stratigraphic column of Eastern Longgang area

2.1 层序划分技术与方法

龙岗东地区长兴组发育浅水碳酸盐台地。碳酸盐岩沉积地层中泥质含量的高低可以反映沉积时期水体的深浅，因此，可以通过泥质含量的变化来判断沉积地层的旋回特征，然而能够反映泥质含量变化的测井曲线必须经过一定的技术手段处理后才能够间接反映水体变化。

综合预测误差滤波分析Integrated Prediction Er⁃ror Filter Analysis（INPEFA）（图2）是荷兰沉积学家 S.D.Nio等［23］提出的基于最大熵分析的测井曲线频谱分析方法，它将测井曲线转化成INPEFA曲线，使隐藏在测井曲线中的地层旋回特征信息显现化。

图2 INPEFA技术思路及原理Fig. 2 Technical route and principle of INPEFA

INPEFA处理过程为：（1）对自然伽马（qAPI）曲线进行奇异值处理，即对曲线进行滤波；
（2）对处理后的qAPI曲线进行最大熵频谱分析（MESA）；
（3）进行预测误差滤波分析（PEFA），PEFA曲线可以看作指示地层连续性的“导向针”，其正向尖峰大致对应于海泛面，负向尖峰对应于层序界面［24⁃25］；
（4）对PEFA曲线进行特定的积分处理得到INPEFA曲线。

INPEFA曲线的关键是曲线的趋势和拐点，它能够反映出原始测井曲线中无法显示的信息。通常情况下，INPEFA曲线中1个完全正趋势对应着基准面上升半旋回，表示为海侵过程；
1个完全负趋势对应着基准面下降半旋回，表示为海退过程；
拐点则指示1个层序界面或层序内的特征界面，其中负向拐点一般代表可能的海泛面，正向拐点代表可能的层序界面。不同级别的趋势和拐点对应于相应级别的层序结构和层序界面［26］。

2.2 高频层序发育特征

2.2.1 高频层序界面划分

层序地层研究的基础和关键环节是层序界面的识别［27］，同样也是建立层序格架的依据。层序界面类型主要分为2种：（1）为基准面从下降到上升的转换面；
（2）为基准面从上升到下降的转换面。

本文在前人研究基础上，通过对龙岗东地区长兴组大量钻井岩心分析、邻区露头及地震关键界面的追踪及对比，对沉积期内各层序界面及海泛面进行识别并进行三级层序的划分，认为长兴组内发育2个Ⅱ型三级层序SQ1和SQ2，对应发育3个层序界面SB1、SB2、SB3，以及2个海泛面mfs1、mfs2（图3），层序界面均为Ⅱ型层序界面，层序界面类型为局部暴露不整合界面和岩性岩相转换界面。

图3 龙岗东地区长兴组高频层序划分Fig. 3 High-frequency sequence division of Changxing Formation in Eastern Longgang area

由于龙岗东地区长兴组自然伽马曲线较为齐全且受井眼条件的影响较小，因此本文将采用自然伽马曲线来进行龙岗东地区长兴组频谱分析和高频层序划分。对龙岗东地区龙岗84井长兴组自然伽马曲线和INPEFA曲线分析发现（图4），INPEFA曲线整体是1个负向趋势，曲线数值从右到左变小，表明整体的沉积环境是1个快速海侵背景下逐步海退的过程。INPEFA曲线中存在8个具有代表性的拐点，在对应层序界面及海泛面处均有尖峰存在（图4），因此将研究区长兴组划分为5个四级层序（ssq1—ssq5）及相对应的海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）。

龙岗84井位于龙岗东地区的铁山区块，长兴组发育齐全，具有代表性。根据INPEFA曲线的拐点和趋势特征，由长期旋回可划分出2个三级层序（SQ1—SQ2），短期旋回可划分出5个四级层序（ssq1—ssq5）（图4）。

三级层序SQ1包含ssq1—ssq3共3个四级层序（图4）。SQ1底界面是长兴组与龙潭组之间的岩性岩相转换界面SB1，也是四级层序ssq1的底界面。该层序底界与下伏龙潭组整合接触。界面之下为龙潭组的低能泥质岩类，界面之上为长兴组的泥晶灰岩。界面处的qAPI曲线存在高值突变，INPEFA曲线表现出明显的正向拐点。四级层序ssq1与ssq2之间为1个内部的岩性突变界面，自下而上由生物礁灰岩转变为针孔状白云岩。qAPI曲线在界面处存在突变点，INPEFA曲线表现为1个负向拐点。四级层序ssq2与ssq3之间的层序界面，界面间没有明显的岩性标志，依据qAPI曲线呈现出明显的高值突变，INPEFA曲线在同深度呈现出明显的负向拐点，据此划分出该高频层序界面，也体现出该方法在高频层序划分中的积极作用。

三级层序SQ2包含2个四级层序ssq4、ssq5（图4）。SQ2底界面为长兴组内部的1个局部暴露不整合面SB2，SB2也是四级层序ssq3与ssq4的分界面。界面之下为长二段的高能生屑灰岩，界面之上为长三段的低能泥晶灰岩。界面处以低qAPI值和INPEFA曲线表现的正向拐点为特征。四级层序ssq4与ssq5之间的准层序界面同样为1个局部暴露不整合界面，界面之下为针孔状白云岩，界面之上为泥晶灰岩，qAPI曲线特征明显，显示高值突变接触，INPEFA曲线则表现出1个非常明显的负向拐点。SQ2顶界面是长兴组与上覆飞仙关组之间的岩性岩相转换界面SB3，其同为四级层序ssq5的顶界，具有明显的岩性特征，界面之下为长兴组顶部的针孔状白云岩，界面之上为飞仙关组的灰岩，自然伽马曲线特征明显，表现为低qAPI段向高qAPI段转变，INPEFA曲线界面处则表现为1个明显的正向拐点。

图4 龙岗84井长兴组高频层序划分Fig. 4 High-frequency sequence division of Changxing Formation in well Longgang 84

2.2.2 高频层序发育特征及演化

2.2.2.1 SQ1时期

SQ1时期大致对应于长一期及长二期，包含有3个四级层序（ssq1—ssq3），在长一期经历快速的海侵，形成海侵体系域（TST），在长二期则经历缓慢而持续的海退，发育高位体系域（HST），并且高位体系域（HST）地层厚度远远大于海侵体系域（TST）。

海侵体系域（TST）岩石类型以泥晶灰岩为主，自然伽马值较低，在SB1界面处表现出“陡坎”的特点，INPEFA曲线存在1个正向拐点，海侵体系域（TST）内INPEFA曲线形态表现出由左向右呈现出增大的正向趋势，为典型的海侵特征。海侵体系域（TST）顶部qAPI值最高值处也对应着INPEFA曲线的负向拐点，表明该处为最大海泛面（mfs1）。

高位体系域（HST）发育时期大致对应于长二期，该时期沉积的岩石类型与SQ1—TST时期不同，岩石类型主要为生屑灰岩、生物礁灰岩和针孔状白云岩，并且为长兴组生物礁滩发育的1个主要时期。INPEFA曲线的长期旋回呈现负向趋势，证明了该时期海平面整体为1个持续而缓慢的下降过程，INPEFA曲线短期旋回则可以识别出3个负向趋势，分别对应于ssq1—ssq3的高位体系域（HST），并且在ssq1内最大海泛面、ssq1顶界面以及ssq2顶界面处，INPEFA曲线均存在相应的负向拐点。

2.2.2.2 SQ2时期

SQ2时期大致对应于长三期，先是短暂的区域性海侵，发育海侵体系域（TST），继而整体经历1个持续的海退过程，发育高位体系域（HST），高位体系域（HST）地层厚度远大于海侵体系域（TST）。

海侵体系域（TST）地层薄，岩石类型以泥晶灰岩为主，qAPI曲线整体呈现中−低值的特点，INPEFA曲线在海侵时期呈现出正向趋势，体系域的的界面处自然qAPI值产生突变，INPEFA曲线同深度处表现出明显的负向拐点，对应海泛面（mfs2）。

高位体系域（HST）沉积的岩石类型主要有生屑灰岩、生物礁灰岩、泥晶灰岩和针孔状白云岩，为长兴组生物礁滩发育的另1个重要时期。从INPEFA长期旋回曲线来看整体表现为负向趋势，说明该时期海平面整体仍为下降状态。INPEFA短期旋回曲线中可以识别出2个明显的负向趋势，分别对应于ssq4和ssq5的高位体系域（HST），并且在INPEFA曲线中可以识别出明显的负向拐点，以及对应的自然伽马高值突变。四级层序ssq5顶部，在长兴期海退结束时，自然伽马值增大，INPEFA曲线表现出1个正向拐点，也指示该处为长兴组的顶部界面。

依据单井层序地层发育特征，结合三维地震，采用井−震结合以及骨架剖面全区控制、枢纽井点辐射闭合的方法建立龙岗东地区长兴组的层序地层格架，进而分析生物礁滩体在层序地层格架内的展布规律。

3.1 北西—南东向

晚二叠世—早三叠世华南板块西邻的松潘−甘孜边缘海扩张，南秦岭洋海水逐渐加深向南侵漫，发育开江-梁平海槽［28］。海槽西侧龙岗东地区早期发育碳酸盐岩缓坡沉积，中-晚期发育碳酸盐台地沉积。通过建立沿台缘带展布跨越整个研究区的四级层序地层格架剖面，揭示生物礁滩在纵向上的发育类型及分布规律。总体来说，龙岗东地区长兴组四级层序ssq1—ssq5发育完整，除浦西001⁃x1井区域地层较厚，整体地层厚度相对稳定，在快速海侵时生物礁滩并不发育，海平面下降时，生物礁滩逐渐开始发育，并在之后各四级层序的高位体系域（HST）达到繁盛（图5）。

SQ1可细分为3个准层序组ssq1—ssq3，SQ2可细分为2个准层序组ssq4—ssq5。

ssq1—TST时期发生海侵，继承龙潭组的沉积格局，岩石类型以泥晶灰岩为主，为碳酸盐岩缓坡沉积环境，地层厚度较薄，INPEFA曲线正向趋势明显。

ssq1—HST时期，海平面开始下降，INPEFA曲线表现出负向趋势，台缘带能量充足，适合生物生长繁殖，区域内龙会场及龙门地区开始发育生屑滩沉积，该高位体系域（HST）后期龙会场开始发育生物礁沉积。

ssq2层序仅由高位体系域（HST）构成，并且研究区全部开始发育生屑滩，龙会场继续发育生屑滩与生物礁叠合体。

ssq3时期的高位体系域（HST）研究区广泛发育生物礁及生屑滩沉积，龙会场及龙门地区生物礁大量发育，铁山5井所在区域发育大量生屑滩。

ssq4—TST时期同样因发生短暂海侵，研究区整体为低能环境，沉积地层较薄，INPEFA曲线表现出正向趋势。

ssq4—HST时期则是持续的海退，INPEFA曲线表现出明显的负向趋势，在该背景下整个研究区ssq4的高位体系域（HST）发育大规模完整的生物礁、生屑滩旋回，以龙会场和铁山地区尤甚。

ssq5—HST时期研究区继续广泛发育生物礁滩体，随着海平面的继续降低，龙门部分区域长兴组顶部开始出现白云岩沉积。

前人［29］研究认为龙岗东地区长兴组发育的是1整套生物礁滩体，在采用INPEFA技术进行高频层序划分后可知生物礁滩的发育与高频层序的发育存在密切联系。生物礁滩体往往伴随各高频层序（ssq1—ssq5）高位体系域（HST）的形成而发育，并在其结束时完成1期的发育。整个长兴期在不同的高频旋回内形成不同期次的生物礁滩体的纵向叠置，因此，高频层序对生物礁滩体发育起到了良好的控制作用。

3.2 北东—南西向

北东—南西向地层格架剖面垂直于台缘带方向展布，展示研究区长兴组地层厚度自西向东逐渐减薄的特征（图6）。

图6 龙岗东地区长兴组北东—南西向连井剖面Fig. 6 NE-SW well-tie section of Changxing Formation in Eastern Longgang area

ssq1—TST时期在海侵背景下，龙岗东地区为碳酸盐岩缓坡沉积，岩性以泥晶灰岩为主，不适宜生物礁滩体发育。

SQ1—HST时期的海平面持续下降，ssq1时期的高位体系域（HST）铁山14井区在开始出现大量生屑滩沉积。

ssq2—ssq3时期海平面继续下降，2个四级层序均由高位体系域（HST）构成。铁山14井区出现大量生物礁沉积，并表现出纵向叠置特点。铁山5井所在区域在ssq2时期开始出现少量生屑滩沉积，到ssq3时期则大量发育生屑滩沉积。SQ2—TST时期地层厚度明显小于SQ1—HST时期，反映SQ2时期海退持续时间较海侵更长。

铁山14井区在ssq4时期的海侵结束后的高位体系域（HST）紧接着发育1期完整旋回的生物礁沉积，并且在ssq4时期高位体系域（HST）结束时生物礁也停止发育，到ssq5时期高位体系域（HST）则仅发育了少量薄层生屑滩沉积。铁山5井所在区域在ssq4时期的海侵结束后高位体系域（HST）开始发育生屑滩沉积短暂时间后沉积1期完整的生物礁旋回，在ssq5时期高位体系域（HST）内再次沉积1期完整的生物礁。

层序地层格架内可见，铁山2井位于台内，生物礁滩均不发育，铁山14井和铁山5井则在高频层序地层格架内表现出早、晚不同期的特点，造成该现象的原因为垂直于台缘带方向在海平面不断下降的过程中，发生滨线迁移，导致生物礁滩发育的有利位置随之改变（图6）。

生物礁滩体展布受高频层序地层格架的影响，在高精度层序地层格架和沉积相研究的基础上，以四级层序（ssq1—ssq5）为单元做图，通过分析不同时期生物礁滩体展布特征，再现龙岗东地区长兴组生物礁滩体的空间配置关系（图7）。

图7 龙岗东地区长兴组ssq1—ssq5时期生物礁滩体平面展布Fig. 7 Areal extension of Changxing Formation ssq1-ssq5 reef beach bodies in Eastern Longgang area

ssq1—TST时期海平面上升，水体能量低，区内主要发育缓坡相带沉积，生物礁滩均不发育。

ssq1—HST时期随着海平面开始缓慢下降，进入高位体系域（HST）发展阶段，碳酸盐岩台地开始发育，龙会场、铁山及龙门地区开始出现零星分布的台缘生物礁滩沉积。

ssq2—HST时期进一步海退，生物礁滩体在ssq1—HST的基础上继续发育，规模也较之有所增大。

ssq1—ssq2时期生物礁滩体发育位置主要集中在龙会场及龙门地区。

ssq3—HST时期持续性的海退使得生物礁滩体达到1个繁盛阶段，龙会场、铁山及龙门地区均有大量分布，台缘带大致分布在铁山14井—龙岗84井区。

ssq4—TST时期的短暂区域性海侵，以低能滩间潟湖或低能颗粒滩沉积为主。

ssq4—HST时期海平面下降，全区生物礁滩体再次进入大规模的发育阶段，台缘带西迁至铁山5井—龙岗84井区。

ssq5—HST时期海平面持续下降，龙会场、铁山及龙门地区均发育新1期大规模生物礁滩体，沿台缘带大规模广泛分布，台缘带继续西迁至铁山5井以西的铁山13井区。

海平面的升降变化导致的海水深度和水动力条件的改变直接影响了生物礁滩的发育［30］，通过INPEFA技术对高频层序地层研究可以精细地揭示海平面的变化规律，结合层序格架特征和地震剖面特征，建立研究区长兴组生物礁滩演化模式（图8），分析不同时期生物礁滩体在垂向上的展布规律。

图8 龙岗东地区SQ1—SQ2时期长兴组生物礁滩体演化模式Fig. 8 Evolution pattern of reef beach bodies of SQ1-SQ2 Changxing Formation in Eastern Longgang area

在2个海侵体系域（TST）时期，龙岗东地区生物礁滩体均不发育，而在ssq1—ssq5的高位体系域（HST）时期海平面持续下降，生物礁滩大规模发育。龙岗东地区长兴组共发育5期生物礁滩体（图5），依据生物礁滩演化模式以及平面展布规律可看出这5期礁滩体相互叠置、拼接，形成厚度大、范围广的进积型礁滩复合体（图7—图8）。

龙岗东地区长兴期属于1个整体海退的过程，长兴组生物礁滩平面展布及演化模式展示出礁滩体主要发育于各四级层序的高位体系域（HST内，并随着海平面持续下降而向海迁移，说明海平面的升降变化对生物礁滩的展布起着关键作用，即生物礁滩发育受控于到高频层序旋回。

（1）基于龙岗东地区钻井资料及精细地震解释资料分析研究，论证了INPEFA（综合预测误差滤波分析技术）在龙岗东地区长兴组高频层序地层划分中的可行性。长兴组自下而上划分为2个三级层序SQ1和SQ2，每个三级层序均由完整的海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）所组成，在三级层序划分的基础上将长兴组划分为5个四级（高频）层序（ssq1—ssq5）并建立了研究区高频层序地层格架。

（2）高频层序对生物礁滩发育具有很好的控制作用，生物礁滩主要发育在四级层序的高位体系域（HST），具多期叠置、拼接特征。

（3）层序旋回的持续时间控制生物礁滩体的发育时间，从而控制了生物礁滩的垂向发育厚度和规模；
持续性的海退过程使得生物礁滩向海迁移。

（4）生物礁滩的横向及纵向展布均明显受控于海平面的升降变化，即受高频层序旋回的控制。

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