密集段及其在區域地層對比中的意義

李 鵬，張 蕓，王 寧，呂曉偉，石富倫

（1.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室·長江大學，湖北荊州 434023；2.長江大學地球科學學院；3.長江大學地球化學學院）

密集段及其在區域地層對比中的意義

李 鵬1，2，張 蕓3，王 寧1，2，呂曉偉1，2，石富倫1，2

（1.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室·長江大學，湖北荊州 434023；2.長江大學地球科學學院；3.長江大學地球化學學院）

密集段是由沉積速率極低的薄層半深海、深海沉積物組成，可以從巖石學特征、地球化學特征、地震剖面及測井響應等方面進行識別。密集段在區域地層對比以及油氣成藏條件分析中發揮著重要作用，文章闡述了在地層對比中忽視密集段的存在而帶來的一些問題。以珠江口盆地白云凹陷為例，對該地區密集段的發育部位、響應特征及其地質意義進行了探討。

珠江口盆地；白云凹陷；密集段；層序地層學；層序劃分

密集段（condensed section）在不同學者的文獻中，稱謂不同，有的稱為“凝縮層“［1］，也有的稱作“緩慢沉積段”，而徐懷大將其譯為“密集段”［2］。在本文中，筆者采用“密集段”一詞作為稱謂。

經典的層序地層學定義密集段是以沉積速率極低（小于1～10 mm／1 000 a）為特征的一種薄層海相地層單元［3］。它們由遠洋到半遠洋沉積物組成，缺乏陸源碎屑物質，是在海平面相對上升最大、海岸線海侵最大時期在外陸架、陸坡和盆地底部沉積的［3］。此外，葛銘、孟祥化認為［4］，密集段并非泛指任何一種低速率的沉積物，而是具有等時性的層序地層學概念。因為密集段反映的是在海平面變化周期曲線上相對海平面迅速上升到最大海泛期的沉積單元，本文將詳細闡述的是在地層劃分與對比的過程中忽視密集段的存在而帶來的一些問題。最后，以珠江口盆地白云凹陷為例研究密集段在該地區的發育部位、響應特征及其地質意義。

1 密集段的主要特征

密集段也稱饑餓段，它是由沉積速率極低的薄層半深海、深海沉積物組成的。在沉積體系域中位于海侵和高位體系域之間的最大泛濫面，通常為海平面最高時期的沉積標志。實際上，密集段向海一側包含了海侵體系域（TST）和高位體系域（HST）遠端部分（圖1）。密集段分布范圍很大，可以由盆地延伸到陸棚，成薄層且穩定的沉積單元將濱淺海沉積與較深水的遠海沉積地層聯系起來，從而作為地層劃分對比以及恢復古環境的一個關鍵沉積層段。

圖1 密集段在層序中的發育部

1.1 密集段的巖石學特征

密集段主要由暗色細粒的泥巖或油頁巖組成，在陸棚至盆地區以硅質、泥質遠洋至半遠洋沉積為主，在陸棚區則以瘤狀灰巖、泥巖、磷塊巖、錳礦層等相對較深水沉積為特征。常見生物擾動結構，單層厚度僅數毫米到數厘米［5-10］。由于發生海解與成巖作用，密集段中常常含有多種指相礦物，如海綠石、菱鐵礦、磷灰石等。

1.2 密集段的生物化學特征

密集段的地球化學特征比較復雜，這可能與緩慢沉積或無沉積作用（由水進引起）、局部湖水條件、氣候等的相互作用有關。密集段中含有大量的有機質，具有巨大的生烴潛力，是有利的烴源巖，故進行有機碳總量（TOC）的取樣的測試中，此處TOC值往往會達到峰值。密集段往往是古生物比較富集的層段，常含豐富的多種多樣的浮游和底棲生物組合，古生物化石在陸坡至盆地地區以浮游生物的聚集式密集保存為特征，如硅質巖中的反射蟲和泥質巖中的筆石、竹節石、菊石等；在陸棚區則以密集的較深水生物遺跡化石、保存完整而豐富的原位底棲介殼化石為特征［11-18］。并常表現為沉積作用和生態環境的轉換層，由下伏的淺水沉積及與海侵作用相伴生的底棲生物群落變為深水或較深水沉積及與之伴生的浮游生物組合。

2 密集段的識別

2.1 地震識別

利用地震方法在三維空間內識別密集段是我們最常用的方法之一。由于受分辨率的限制，地震剖面上目前只可以識別到三級或者三級以上層序所對應的密集段。在不同的體系域內，對應不同的發育層位、空間規模和展布，密集段在地震剖面上所對應的識別特征亦不相同（圖2）。

高位體系域（HST）內：往往會出現進積層序組，是海（湖）平面緩慢下降的過程中，沉積作用向盆地擴張，地層大規模的前積而形成的。體系域內部，前積斜層的底界面（下超面）是密集段存在的一個標志［15］。密集段在前積斜層的前端及遠端發育。

圖2 密集段的地震識別標志

海侵體系域（TST）內：出現退積層序組，是在海（湖）平面迅速上升過程中，沉積物供應速率降低，沉積作用向陸地方向退縮而形成。退積層序組的頂部和前端是密集段發育的區帶。此外，上超點的出現以及層序厚度向盆地內部方向迅速減薄時，都預示著盆地中心的深水區發育細粒沉積物為主的密集段。

2.2 測井識別

通過測井資料和綜合錄井資料，可以比較容易的識別到密集段（圖3），主要通過以下判別方法進行識別。

圖3 密集段的測井響應及其巖心特征

2.2.1 測井曲線反映的特征

（1）密集段由于富含磷灰石，海綠石的灰色泥巖或頁巖，會呈現高自然伽馬的顯著特征。

（2）密集段為薄層鈣質泥頁巖或灰巖組成時，會出現低自然電位，高電阻，高密度，高聲波的反映。

（3）如果密集段是比較純的海湖相泥巖組成，在測井曲線上則會顯示出低自然電位和低電阻的標志層。

（4）密集段發育的部位常常位于測井響應向上變細到向上變粗的的轉折處［19-20］。

（5）密集段是在最大海泛期形成的，其測井曲線表現穩定。

2.2.2 通過識別體系域來間接識別密集段

通過長期的研究得知，密集段在層序內部正好是海（湖）侵體系域晚期到高水位體系域早起沉積的這套地層。因此，準確把握體系域的空間展布，就可以正確的識別出密集段。體系域的識別依據主要有準層序疊加方式、砂泥巖比率、顏色的變化等。海（湖）侵體系域內準層序組以退積型為主，向上泥巖比率高，泥巖顏色變深；高水位體系域早期準層序組以進積型為主，向上砂巖比率高，泥巖顏色開始變淺。而退積型向進積型轉換的過渡層段正是我們要識別的密集段。

3 區域地層對比

密集段是在利用層序地層學研究大陸邊緣盆地并建立大陸邊緣層序模式的過程中提出來的。因此，密集段又被稱作是大陸邊緣層序年代確定和對比的鑰匙［2］，在區域地層對比以及油氣成藏條件分析中，發揮著重要作用。在此，本文將詳細闡述在地層分析中忽視密集段的存在而帶來的一些問題。

（1）在確定地層年代格架時，如果漏掉了密集段，就可能人為錯誤的解釋出不整合面。在對某工區進行地層年代分析中，取得某一口井的巖心資料，將其進行取樣分析來測定整套地層各個層段的年限。假設我們每隔10 m取樣一次，經化驗分析測得結果如圖4所示。由于密集段是暗色、細粒的泥巖或者油頁巖組成的薄層，沉積連續性很強，在密集段上下取樣時，巖層年代跨度會很大。所以，在沒考慮到密集段存在的情況下，很可能會將密集段（圖中A、B處）誤認為是層序界面（巨大不整合）。因此，當取樣檢測時突然出現年代跨度很大的一段地層時，我們要對該地層進行更精細的取樣，如每隔2 m對該層段再進行取樣，得到的結果應該是該地層的年代是連續的。而真正的不整合面地層是有缺失的，地層年限是不連續的。

（2）密集段與下伏地層通常為整合接觸，因此，往往含有更加豐富的浮游生物化石。除巖性、粒度之外，生物化石也是重要的相標志。在進行相解釋時如果不考慮密集段的因素，往往會造成錯誤的認識。如圖4所示，通過鉆井取心后，在圖中A、B處分別發現大量深水古生物化石群，可以基本判定兩段地層都為深水沉積。此時如果沒有根據同一口井的測井和地震資料來綜合分析，就可能將整套地層解釋為連續深水環境，而把層序界面附近出現的砂體判定為深水環境下形成的濁積砂體。而實際上，如果考慮到密集段的存在的話，砂體是在層序邊界附近出現，應為淺水環境，有可能是河流三角洲砂體。可見，正是由于沒有考慮密集段的存在，在沉積相劃分時錯誤地將淺水相砂體解釋為深水相。

圖4 盆地某井位巖心資料

4 實例分析

珠江口盆地位于中國南海的陸架上，屬于被動大陸邊緣裂谷盆地，由四大構造單元組成（圖5）。在珠江口盆地油氣勘探的長期過程中，地震測線密度較大，在相當多的地區已實現了三維覆蓋，隨著探井數量不斷的增加，在層序地層方面取得了大量的研究成果。在惠州地區中新統地層中確定了25個具有等時特征的層序界面，劃分出24個有地層分層意義層序，初步建立了惠州凹陷（12 000 km2的范圍）中新統層序地層格架。

圖5 珠江口盆地區域構造單元劃分

通過巖心、測井資料及地震資料的分析，發現密集段在該區廣泛發育。在整個工區范圍內，密集段具有低電阻率、高自然伽馬值的測井響應。在靠近物源區的西江凹陷（XJ-A井、XJ-B井）沉積相帶以河流相-三角洲平原沉積為主，水動力條件較強，水體較淺，在這一沉積環境下，可容納空間小，沉積物供給充足，沉積以厚層砂質沉積為主，其沉積微相以三角洲平原分支水道為主。在自然伽馬曲線上，往往呈現出厚層的箱形。此處自然伽馬曲線在層序界面上下均為箱型，發育在其間的密集段以薄層高幅泥質夾層為主要特征（圖6）。在離物源較遠地區（PY-A井），沉積相以三角洲前緣沉積為主，水動力條件較弱，在該沉積環境中，可容納空間大，沉積物供給不足，沉積以砂泥互層為主要特征。在自然伽馬曲線上，層序界面之下為漏斗形河口砂壩-遠砂壩沉積，界面之上為直線形前三角洲泥質沉積。這是因為珠江口盆地地形坡度較小，在層序界面之上，海平面上升過程中岸線向陸方向迅速遷移，致使可容納空間迅速增加，沉積物供給不足，該處的密集段以暗色頁巖沉積為主（圖6）。

圖6 SQ2層序內部密集段的追蹤

通過對密集段的識別，在惠州凹陷新近系的珠江組SQ2層序內部追蹤到最大海泛面（MFS18.5 Ma），最大海泛面在地震剖面上主要表現為一個收斂面，往往是下超面。朝陸方向最大海泛面可以和層序界面相重合。最大海泛面之上為高位體系域，最大海泛面之下為水進體系域。由于密集段的巖性細，多為暗色泥巖，古生物的門類和豐度較高，在測井曲線上的響應特征為：高自然伽馬、低自然電位、尖峰狀高電阻、低密度、聲波時差高值、位于測井曲線總體變化趨勢的拐點處。多具有區域可對比性，可作為最大海泛面的重要標志［21-34］。

在白云凹陷（圖6），沉積完SQ1后，海平面下降到SQ2坡折以下，開始發育SQ2的低位體系域，在低位發育初期海平面緩慢下降，隨后在海平面逐步回升的過程中，由于物源供給充分，這時發育的是斜坡楔狀體，地震上表現為前積反射結構。在海平面進一步上升，越過坡折開始發育海侵體系域，地震上表現為上超式反射特征。此時層序頂部和前端是密集段發育的區帶。海侵之后開始發育高位體系域，隨著海平面的下降，高位發育前積。密集段在高位前積斜層的前端及遠端發育。

5 結論

（1）密集段具有顏色深、粒度細、沉積速率低、富含微量元素和生物化石、具有低電阻率、高自然伽馬值的測井響應、地震剖面上具有下超反射等特征。

（2）密集段在地層對比、沉積微相劃分和層序解釋中都具有非常重要的作用。

（3）珠江口盆地為我國目前存在的新生代最典型的海相盆地，它是伴隨著南海的形成演化而形成。經過大量的地震剖面解釋，結合測井和地化等資料，發現密集段在盆地北部三角洲-濱岸-陸棚沉積，盆地南部陸架邊緣三角洲-半深海沉積中都有發育。其中惠州凹陷新近系的珠江組SQ2層序內部最大海泛面（MFS18.5 Ma）附近，密集段的地震反射特征最為明顯。

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TE111.3

A

1673-8217（2012）06-0005-05

2012-07-12；改回日期：2012-09-05

李鵬，1985年生，2009年畢業于長江大學電子信息工程專業，在讀碩士研究生，現從事儲層沉積學、層序地層學研究。基金項目：國家“十二五”重大專項（2011ZX05023-002-007）資助。

吳官生