地層剝蝕厚度恢復(fù)的可行性分析

地層剝蝕厚度恢復(fù)的可行性分析

未固結(jié)泥巖聲波時差法有很多方法可以恢復(fù)地層的侵蝕厚度，如聲波法、鏡質(zhì)體反射法、沉積速率法或未被侵蝕層厚度趨勢的延伸法、石膏粉法、鉆孔和井井?dāng)?shù)據(jù)法等。由于聲波測井資料易于獲得,且用地層壓實曲線(根據(jù)泥巖聲波時差統(tǒng)計得到)計算的地層剝蝕厚度精度高,因而聲波時差法得到廣泛應(yīng)用。泥巖的聲波時差與埋深的關(guān)系為:式中Δt0———地表未固結(jié)泥巖的聲波時差,理論值為620～650μs/m,可根據(jù)某地區(qū)多口井正常壓實曲線上推至地表平均求得;Δt———任一埋深的泥巖聲波時差,μs/m;C———正常壓實曲線斜率;H———泥巖埋藏深度,m。聲波時差法的基本原理是:在地層有剝蝕的地區(qū),當(dāng)不整合面以上沉積物的厚度小于剝蝕厚度時,將不整合面以下泥巖的壓實趨勢線上延至Δt0處(見圖1a)即為古地表,古地表與不整合面之間的距離即為剝蝕厚度。這一方法的不合理處在于只考慮了不整合面之上新地層厚度與被剝蝕地層厚度的關(guān)系,而未考慮二者密度可能不同所導(dǎo)致的巖層靜壓力差異。筆者在研究柴達木盆地北緣地層壓實規(guī)律時發(fā)現(xiàn),能否根據(jù)壓實規(guī)律來恢復(fù)剝蝕厚度,關(guān)鍵因素并非厚度,而是不整合面以上新地層對其以下老地層和被剝蝕地層在剝蝕前對老地層各自所施加的壓力是否相同。二者是否相同,可根據(jù)老地層壓實曲線斜率(C老)與新地層壓實曲線斜率(C新)是否一致判斷。聲波方程法的適用性分析1不整合表面地層壓實曲線這種情況說明新地層與被剝蝕地層在同一深度上具有相同的壓力,因為二者中的泥巖Δt0值可認為相等。存在3種情況:(1)老地層壓實曲線位于新地層壓實曲線左側(cè)(見圖1a),老地層壓實規(guī)律未改變,可以用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度;(2)不整合面上、下的地層壓實曲線位于同一直線(見圖1b),老地層壓實規(guī)律被破壞,無法用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度;(3)老地層壓實曲線位于新地層壓實曲線右側(cè)(見圖1c),說明不整合面以下可能存在欠壓實,也不能用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度。2不均勻的平面和地下層壓痕的傾斜率這種情況說明新、老地層的地壓梯度不相等,即新沉積地層與被剝蝕地層在同一深度的壓力不同。有兩種情況:(1)在上覆層中出現(xiàn)的地壓梯度不穩(wěn)定積這種情況反映新地層對老地層施加的壓力小于被剝蝕地層剝蝕前對老地層施加的壓力,因而不整合面以下地層的壓實規(guī)律未被破壞。不整合面以上的新沉積層厚度可能小于剝蝕厚度(見圖2a),也可能大于剝蝕厚度(見圖2b),顯然這兩種情況都可以用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度。當(dāng)上覆巖層以粗粒沉積為主時,地壓梯度較大;當(dāng)上覆層以細粒沉積為主時,地壓梯度較小。所以,不同地區(qū)或同一地區(qū)不同時期的構(gòu)造層造成的地壓梯度不會完全相同。據(jù)計算,以粗粒沉積(砂、礫巖夾少量泥巖,平均密度取值2.7g/cm3)為主的4000m厚地層產(chǎn)生的壓力相當(dāng)于以細粒沉積(泥巖夾少量砂、礫巖,平均密度取值2.1g/cm3)為主的15143m厚地層產(chǎn)生的壓力。因此在深度,如果被剝蝕老地層以粗粒沉積為主,而新沉積地層以細粒沉積為主,則在后者厚度比前者厚度大1000m以上時,也能用聲波時差法恢復(fù)被剝蝕地層厚度。(2)利用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度在這種情況下,如果老地層壓實曲線位于新地層壓實曲線左側(cè)(見圖3a),表示新地層對老地層施加的壓力比被剝蝕地層剝蝕前對老地層施加的壓力小,可以用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度。但是,如果老地層壓實曲線位于新地層壓實曲線右側(cè)(見圖3b),那么不整合面以下老地層多存在欠壓實,不能用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度。柴達木盆地北緣北緣西段筆者結(jié)合多種測井曲線,選擇柴達木盆地北緣的7口井(石深7井、仙3井、深75井、潛參2井、冷科1井、馬參1井、深86井)的較純泥巖層,采集聲波時差數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,制作壓實曲線(見圖4)。采集數(shù)據(jù)時注意了以下幾方面:泥巖層厚度不小于2m,取其特征段的特征值;井徑與鉆頭直徑差小于5～10cm;剔除縮徑和聲波時差跳躍段。Δt0值計算采用仙3井資料(600μs/m,比理論值稍低,見圖4a),因為其它井表層剝蝕量比較大,很難準確確定Δt0值。位于冷湖四號構(gòu)造的深86井3038m深度為不整合面,其以下的中生界壓實規(guī)律被破壞(見圖),壓實曲線表現(xiàn)為圖1b所示特征;位于冷湖五號構(gòu)造的冷科1井于3473m進入中生界,由于侏羅系頂部存在800m厚的泥巖而存在欠壓實。這兩口井都無法用聲波時差法恢復(fù)剝蝕厚度。其他井的壓實曲線模式與圖2相似,有3個基本特征:(1)中生界的泥巖聲波時差在接近不整合面處普遍偏大;(2)不同井和同井不同構(gòu)造層的壓實曲線斜率不同;(3)中生界壓實曲線斜率明顯大于上覆第三系的壓實曲線斜率。(其原因是盆地北緣的上侏羅統(tǒng)和白堊系主要是粗粒沉積,砂礫巖比例相當(dāng)大,而第三系主要為淤積式沉積,紅色泥巖占有很大比例。)石深7井和潛參2井的中生界主要為砂、泥巖不等厚互層(泥巖略厚于砂巖),因而存在欠壓實的可能性不大,可以認為這兩口井中生界壓實規(guī)律(見圖4c、d)基本反映了新地層沉積前的壓實情況,故可以用聲波測井資料恢復(fù)剝蝕厚度。剝蝕量恢復(fù)結(jié)果,石深7井約610m,潛參2井約1400m。潛參2井的剝蝕量與據(jù)1200地震測線(過潛參2井井旁)未被剝蝕地層厚度估算(采用趨勢延伸法)的剝蝕量接近,說明這一方法是可行的。但從圖4c、d來看,這兩口井被恢復(fù)的剝蝕厚度明顯小于新沉積地層的厚度,這除了與新、老地層的密度不同而引起的壓實規(guī)律不同有關(guān)外,老地層壓實規(guī)律的滯后調(diào)整適應(yīng)也是原因之一。(在新地層沉積以后,老地層的壓實規(guī)律需要在漫長的地質(zhì)歷史時期逐漸調(diào)整,加之在不整合面的形成過程中,老地層抬升再沉降,經(jīng)歷多次不同深度成巖演化,因而老地層保留的壓實規(guī)律反映的埋深比實際埋深偏大。)以聲波測井資料恢復(fù)的地層剝蝕厚度為依據(jù),結(jié)合地震剖面上未被剝蝕地層厚度的趨勢延伸法以及盆地沉積、構(gòu)造演化分析法等其它方法,經(jīng)過綜合分析,恢復(fù)了柴達木盆地北緣西段的中生界剝蝕厚度(見圖5)。潛參2井、深75井、深86井井區(qū)剝蝕量最大(最大可達1400m以上)。主要依據(jù)之一是采用聲波時差法計算的潛參2井、深75井剝蝕量;之二是在從冷湖四號構(gòu)造到潛西地區(qū)由西向東分布的96331、821200、82170等地震測線上,中生界頂面有明顯角度不整合現(xiàn)象,未被剝蝕地層厚度趨勢反映剝蝕量從西向東逐漸增大。冷湖五號構(gòu)造和冷湖六號構(gòu)造的西端剝蝕量約為500m。主要依據(jù)是在過該區(qū)的821179、84V03、84V05、82192等地震測線上,均可見中、上侏羅統(tǒng)和白堊系的削蝕現(xiàn)象。冷湖構(gòu)造帶到昆特依坳陷的剝蝕量為500m左右,大范圍內(nèi)變化不大,依據(jù)是無論在冷湖四號構(gòu)造的南端、冷湖五號構(gòu)造、冷湖六號構(gòu)造西端的地震剖面上,還是在昆特依坳陷的地震剖面上,侏羅系與第三系之間基本為平行不整合。昆特依坳陷和鄂博梁I號構(gòu)造西端的剝蝕量由東向西減小,主要依據(jù)是該地區(qū)在下侏羅統(tǒng)沉積時是斜坡,沉積厚度不大,并向西減薄(如831200、98112測線),且下侏羅統(tǒng)頂面主要為平行不整合面。冷湖構(gòu)造帶向平臺古隆起剝蝕厚度逐漸減小。由平臺、冷湖七號構(gòu)造、南八仙、魚卡等所圍限的廣大地區(qū)中生界層位齊全,且白堊系與第三系呈平行不整合接觸,故剝蝕量大致在100m以內(nèi)。魚卡地區(qū)由西南向東北剝蝕量增大,據(jù)811001B、811001C等地震測線估算大于300m。馬海、南八仙地區(qū)中生界向馬海古隆起下超上剝,據(jù)過馬海的821199測線和過南八仙的931183、951183測線估算,剝蝕厚度為100m左右。上述剝蝕厚度分布狀況是由柴達木盆地北緣的沉積、構(gòu)造演化史決定的。早侏羅世的沉積、沉降中心主要在冷湖、昆特依坳陷一帶,沉積厚度可逾2000m,向西北方向超覆尖滅,向東南方向厚度逐漸減小。到中、晚侏羅世和白堊紀,冷湖構(gòu)造帶和昆特依坳陷整體抬升剝蝕(持續(xù)到第三紀初期),沉積、沉降中心轉(zhuǎn)移到結(jié)綠素小丘林以東中上侏羅統(tǒng)和白堊系向冷湖構(gòu)造帶超覆(821179、82192測線),造成該區(qū)缺失中、上侏羅統(tǒng)和白堊系以及剝蝕量大;而結(jié)綠素—小丘林以東地區(qū)沉積了較完整的中生界,只是在中生代末有短期沉積間斷,故剝蝕量不大。從冷湖四號到冷湖七號構(gòu)造,發(fā)育時期由早變晚,因而剝蝕量依次減小。地層剝蝕厚度恢復(fù)的對策1,能否根據(jù)壓實規(guī)律來恢復(fù)被剝蝕地層厚度,主要取決于新沉積地層對不整合面以下老地層施加的壓力是否大于被剝蝕地層對老地層施加的壓力。2,不整合面上、下壓實曲線斜率不同的現(xiàn)象普遍存在。本文認為,當(dāng)新沉積地層厚度大于被剝蝕地層厚度的時候,在一定條件下仍然可以采用聲波時差法恢復(fù)地層剝蝕厚