地层剥蚀厚度恢复的可行性分析

地层剥蚀厚度恢复的可行性分析

未固结泥岩声波时差法有很多方法可以恢复地层的侵蚀厚度，如声波法、镜质体反射法、沉积速率法或未被侵蚀层厚度趋势的延伸法、石膏粉法、钻孔和井井数据法等。由于声波测井资料易于获得,且用地层压实曲线(根据泥岩声波时差统计得到)计算的地层剥蚀厚度精度高,因而声波时差法得到广泛应用。泥岩的声波时差与埋深的关系为:式中Δt0———地表未固结泥岩的声波时差,理论值为620～650μs/m,可根据某地区多口井正常压实曲线上推至地表平均求得;Δt———任一埋深的泥岩声波时差,μs/m;C———正常压实曲线斜率;H———泥岩埋藏深度,m。声波时差法的基本原理是:在地层有剥蚀的地区,当不整合面以上沉积物的厚度小于剥蚀厚度时,将不整合面以下泥岩的压实趋势线上延至Δt0处(见图1a)即为古地表,古地表与不整合面之间的距离即为剥蚀厚度。这一方法的不合理处在于只考虑了不整合面之上新地层厚度与被剥蚀地层厚度的关系,而未考虑二者密度可能不同所导致的岩层静压力差异。笔者在研究柴达木盆地北缘地层压实规律时发现,能否根据压实规律来恢复剥蚀厚度,关键因素并非厚度,而是不整合面以上新地层对其以下老地层和被剥蚀地层在剥蚀前对老地层各自所施加的压力是否相同。二者是否相同,可根据老地层压实曲线斜率(C老)与新地层压实曲线斜率(C新)是否一致判断。声波方程法的适用性分析1不整合表面地层压实曲线这种情况说明新地层与被剥蚀地层在同一深度上具有相同的压力,因为二者中的泥岩Δt0值可认为相等。存在3种情况:(1)老地层压实曲线位于新地层压实曲线左侧(见图1a),老地层压实规律未改变,可以用声波时差法恢复剥蚀厚度;(2)不整合面上、下的地层压实曲线位于同一直线(见图1b),老地层压实规律被破坏,无法用声波时差法恢复剥蚀厚度;(3)老地层压实曲线位于新地层压实曲线右侧(见图1c),说明不整合面以下可能存在欠压实,也不能用声波时差法恢复剥蚀厚度。2不均匀的平面和地下层压痕的倾斜率这种情况说明新、老地层的地压梯度不相等,即新沉积地层与被剥蚀地层在同一深度的压力不同。有两种情况:(1)在上覆层中出现的地压梯度不稳定积这种情况反映新地层对老地层施加的压力小于被剥蚀地层剥蚀前对老地层施加的压力,因而不整合面以下地层的压实规律未被破坏。不整合面以上的新沉积层厚度可能小于剥蚀厚度(见图2a),也可能大于剥蚀厚度(见图2b),显然这两种情况都可以用声波时差法恢复剥蚀厚度。当上覆岩层以粗粒沉积为主时,地压梯度较大;当上覆层以细粒沉积为主时,地压梯度较小。所以,不同地区或同一地区不同时期的构造层造成的地压梯度不会完全相同。据计算,以粗粒沉积(砂、砾岩夹少量泥岩,平均密度取值2.7g/cm3)为主的4000m厚地层产生的压力相当于以细粒沉积(泥岩夹少量砂、砾岩,平均密度取值2.1g/cm3)为主的15143m厚地层产生的压力。因此在深度,如果被剥蚀老地层以粗粒沉积为主,而新沉积地层以细粒沉积为主,则在后者厚度比前者厚度大1000m以上时,也能用声波时差法恢复被剥蚀地层厚度。(2)利用声波时差法恢复剥蚀厚度在这种情况下,如果老地层压实曲线位于新地层压实曲线左侧(见图3a),表示新地层对老地层施加的压力比被剥蚀地层剥蚀前对老地层施加的压力小,可以用声波时差法恢复剥蚀厚度。但是,如果老地层压实曲线位于新地层压实曲线右侧(见图3b),那么不整合面以下老地层多存在欠压实,不能用声波时差法恢复剥蚀厚度。柴达木盆地北缘北缘西段笔者结合多种测井曲线,选择柴达木盆地北缘的7口井(石深7井、仙3井、深75井、潜参2井、冷科1井、马参1井、深86井)的较纯泥岩层,采集声波时差数据进行统计,制作压实曲线(见图4)。采集数据时注意了以下几方面:泥岩层厚度不小于2m,取其特征段的特征值;井径与钻头直径差小于5～10cm;剔除缩径和声波时差跳跃段。Δt0值计算采用仙3井资料(600μs/m,比理论值稍低,见图4a),因为其它井表层剥蚀量比较大,很难准确确定Δt0值。位于冷湖四号构造的深86井3038m深度为不整合面,其以下的中生界压实规律被破坏(见图),压实曲线表现为图1b所示特征;位于冷湖五号构造的冷科1井于3473m进入中生界,由于侏罗系顶部存在800m厚的泥岩而存在欠压实。这两口井都无法用声波时差法恢复剥蚀厚度。其他井的压实曲线模式与图2相似,有3个基本特征:(1)中生界的泥岩声波时差在接近不整合面处普遍偏大;(2)不同井和同井不同构造层的压实曲线斜率不同;(3)中生界压实曲线斜率明显大于上覆第三系的压实曲线斜率。(其原因是盆地北缘的上侏罗统和白垩系主要是粗粒沉积,砂砾岩比例相当大,而第三系主要为淤积式沉积,红色泥岩占有很大比例。)石深7井和潜参2井的中生界主要为砂、泥岩不等厚互层(泥岩略厚于砂岩),因而存在欠压实的可能性不大,可以认为这两口井中生界压实规律(见图4c、d)基本反映了新地层沉积前的压实情况,故可以用声波测井资料恢复剥蚀厚度。剥蚀量恢复结果,石深7井约610m,潜参2井约1400m。潜参2井的剥蚀量与据1200地震测线(过潜参2井井旁)未被剥蚀地层厚度估算(采用趋势延伸法)的剥蚀量接近,说明这一方法是可行的。但从图4c、d来看,这两口井被恢复的剥蚀厚度明显小于新沉积地层的厚度,这除了与新、老地层的密度不同而引起的压实规律不同有关外,老地层压实规律的滞后调整适应也是原因之一。(在新地层沉积以后,老地层的压实规律需要在漫长的地质历史时期逐渐调整,加之在不整合面的形成过程中,老地层抬升再沉降,经历多次不同深度成岩演化,因而老地层保留的压实规律反映的埋深比实际埋深偏大。)以声波测井资料恢复的地层剥蚀厚度为依据,结合地震剖面上未被剥蚀地层厚度的趋势延伸法以及盆地沉积、构造演化分析法等其它方法,经过综合分析,恢复了柴达木盆地北缘西段的中生界剥蚀厚度(见图5)。潜参2井、深75井、深86井井区剥蚀量最大(最大可达1400m以上)。主要依据之一是采用声波时差法计算的潜参2井、深75井剥蚀量;之二是在从冷湖四号构造到潜西地区由西向东分布的96331、821200、82170等地震测线上,中生界顶面有明显角度不整合现象,未被剥蚀地层厚度趋势反映剥蚀量从西向东逐渐增大。冷湖五号构造和冷湖六号构造的西端剥蚀量约为500m。主要依据是在过该区的821179、84V03、84V05、82192等地震测线上,均可见中、上侏罗统和白垩系的削蚀现象。冷湖构造带到昆特依坳陷的剥蚀量为500m左右,大范围内变化不大,依据是无论在冷湖四号构造的南端、冷湖五号构造、冷湖六号构造西端的地震剖面上,还是在昆特依坳陷的地震剖面上,侏罗系与第三系之间基本为平行不整合。昆特依坳陷和鄂博梁I号构造西端的剥蚀量由东向西减小,主要依据是该地区在下侏罗统沉积时是斜坡,沉积厚度不大,并向西减薄(如831200、98112测线),且下侏罗统顶面主要为平行不整合面。冷湖构造带向平台古隆起剥蚀厚度逐渐减小。由平台、冷湖七号构造、南八仙、鱼卡等所围限的广大地区中生界层位齐全,且白垩系与第三系呈平行不整合接触,故剥蚀量大致在100m以内。鱼卡地区由西南向东北剥蚀量增大,据811001B、811001C等地震测线估算大于300m。马海、南八仙地区中生界向马海古隆起下超上剥,据过马海的821199测线和过南八仙的931183、951183测线估算,剥蚀厚度为100m左右。上述剥蚀厚度分布状况是由柴达木盆地北缘的沉积、构造演化史决定的。早侏罗世的沉积、沉降中心主要在冷湖、昆特依坳陷一带,沉积厚度可逾2000m,向西北方向超覆尖灭,向东南方向厚度逐渐减小。到中、晚侏罗世和白垩纪,冷湖构造带和昆特依坳陷整体抬升剥蚀(持续到第三纪初期),沉积、沉降中心转移到结绿素小丘林以东中上侏罗统和白垩系向冷湖构造带超覆(821179、82192测线),造成该区缺失中、上侏罗统和白垩系以及剥蚀量大;而结绿素—小丘林以东地区沉积了较完整的中生界,只是在中生代末有短期沉积间断,故剥蚀量不大。从冷湖四号到冷湖七号构造,发育时期由早变晚,因而剥蚀量依次减小。地层剥蚀厚度恢复的对策1,能否根据压实规律来恢复被剥蚀地层厚度,主要取决于新沉积地层对不整合面以下老地层施加的压力是否大于被剥蚀地层对老地层施加的压力。2,不整合面上、下压实曲线斜率不同的现象普遍存在。本文认为,当新沉积地层厚度大于被剥蚀地层厚度的时候,在一定条件下仍然可以采用声波时差法恢复地层剥蚀厚