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曹植：《白馬篇》、《洛神賦》、《七步詩》
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左思：《詠史》八首都很有名
劉琨：《扶風歌》、《重贈盧諶》（何意百煉鋼，化為繞指柔！）
陶淵明：《讀山海經》、《詠貧士》（其四）、《歸園田居》（其四、其一、其三、其五）、《飲酒》（其八、其五、其九）、《移居》二首

❺ 第章 塔里木盆地柯坪—巴楚露頭區海相地層沉積體系的岩石物性研究

朱培民¹ 曾凡平¹ 海洋¹ 焦養泉²

1.中國地質大學地球物理與空間信息學院，湖北武漢 430074；2.中國地質大學構造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢 430074

摘要 為了對沉積體系中各種沉積環境地層的物性進行精細研究，對塔里木盆地柯坪-巴楚露頭區碳酸鹽台地邊緣沉積體系和碎屑濱岸帶沉積體系進行了系統取樣。在常溫常壓下對岩樣進行了超聲波縱、橫波速度測量和密度測量，主要獲得以下結論：①岩樣超聲波速度與岩樣所處的沉積環境關系密切，在生物礁灘剖面上，從礁基、礁核、到礁蓋（相當於台地邊緣淺海沉積）速度遞增；在三角洲沉積剖面上，從水下分流河道、河口壩到前緣泥速度遞增；②在生物礁灘剖面上，生物碎屑的含量是影響速度的主要因素。生物碎屑含量越高，速度越低；③生物礁內生物的大小與生長方向是控制岩樣速度各向異性的主要因素之一。

關鍵詞 超聲波 速度 生物礁 潮坪 三角洲 塔里木盆地 下古生界

1 引言

地震勘探的物理基礎是物性參數的差異，也是地質學家和地球物理學家從地震數據體上辨識地震相和沉積相的重要參考，其中速度是地震數據中最關鍵的物性參數。較直接的研究岩石的物性方法是測井或岩石的物性測量技術。本章採用室內物性測量方法，測量了塔里木盆地柯坪-巴楚露頭區碳酸鹽台地邊緣沉積體系和碎屑濱岸帶沉積體系中岩石的物性，為尋找各沉積相的聲波速度和密度的變化規律，為地下該類儲層的識別和預測提供岩性基礎和科學線索。

岩石超聲波測試結果被廣泛用於工程地質勘探和石油勘探領域。研究表明，通過密度、縱橫波速比或泊松比可以判斷岩石岩性（孟慶山和汪稔，2005），也有人直接研究過沉積岩本身的聲波衰減特性（安勇、牟永光和方朝亮，2006）。超聲波測量已成為岩石物性研究不可或缺的方法，但在以往的研究中，很少有人對沉積環境（沉積相）與沉積岩物性之間的關系進行過深入系統的研究。

露頭剖面記錄了豐富的沉積學信息，對露頭沉積體系作精細的超聲研究，總結和比較具備構成潛在儲層的沉積體系中與各種環境對應岩石的聲速特徵，可以准確地指導沉積體系的地質建模、地球物理正演，並作為地球物理反演的約束，有利於提高地震有利儲集相帶解釋精度和預測准確度。

奧陶系和志留系都是塔里木盆地重要的油氣勘探開發目的層（皮學軍、劉楚和陳穎等，2007；張俊、龐雄奇和劉洛夫等，2003）。塔里木盆地奧陶系儲層岩性以台地灘相灰岩及礁（丘）相灰岩為主（羅平、張興陽和顧家裕等，2003）。近十幾年來，在塔里木盆地先後發現和確認了巴楚、哈什西克兒、柯坪和輪南等4個地區的生物礁（李相明和楊申谷，2006；陸亞秋和龔一鳴，2007）。塔里木盆地誌留系儲層在柯坪地區、塔北地區以濱岸-淺海相碎屑岩沉積為主，在塔中地區以河口灣-潮坪沉積為主，而在塔東地區以陸相河流-辮狀河三角洲粗碎屑沉積為主（王成林、張惠良和李玉文等，2007）。本次研究對塔里木盆地柯坪-巴楚地區代表碳酸鹽台地邊緣沉積體系和碎屑濱岸帶沉積體系的典型剖面進行了系統的取樣，並在室內進行了岩石超聲波速度的測量，探索了各個沉積體系中岩石的速度變化特徵。

2 岩樣採集與說明

2.1 剖面位置

測試所用岩樣分別來自塔里木盆地的4個典型剖面（圖1）。第一、第二兩個剖面位於巴楚一間房地區的勒牙依里塔格山，屬奧陶系一間房組（O₂y），為台地邊緣礁灘共生相。岩樣分別取自礁體的礁基、礁核和礁蓋（相當於台地邊緣淺海沉積）處。第三個剖面位於柯坪地區大灣溝，屬志留系塔塔爾塔格組（S₁t），為三角洲前緣沉積。岩樣分別取自河口壩、水下分流河道、前緣泥等成因相。第四個剖面位於柯坪地區四十廠，屬志留系柯坪塔格組（S₁k）的中上部，為潮坪沉積。具體的野外工作路線如圖1所示。

6

2.2 岩樣說明

4個剖面中共選取25塊岩樣用於超聲波測試，將岩樣切割成長方體，待測面用砂紙打磨平整（圖2）。由於部分岩樣取樣的原始形狀極不規則，切割時僅保證了岩樣一個短軸和一個長軸滿足測量要求。短軸（a）長度均為0.05m，長軸（b）長度值從0.06m到0.12m不等（表1）。

圖2 取自大灣溝志留系塔塔爾塔格組（S₁t）的第25號岩樣（5cm×5cm×9.7cm）照片

3 實驗方法

3.1 實驗設備

聲波速度測試所使用儀器是由中國科學院武漢岩土力學研究所研製生產的RSM-SY5智能聲波檢測儀，儀器時間解析度可達0.1μs。使用了兩種超聲換能器，其一是縱波換能器，由江漢測井研究所研製生產，接收頻率為50kHz；其二是橫波換能器，由武漢理工大學研製生產，接收頻率為（90±10）kHz。

超聲波速測量基本原理：岩樣聲速測量系統如圖3所示。測量時，超聲儀發出的電信號，通過探頭A（發射換能器）轉換為聲波，穿過岩樣至探頭B（接收換能器），再轉換為電信號至聲波儀。然後從計算機上讀出波在岩石中的傳播時間t 』（波形初至時間，如圖4所示），除去聲波通過探頭、耦合材料（探頭與岩樣之間的耦合劑）、儀器線路等附加延遲時間——校零t₀，聲波在岩石中傳播的時間為t=t 』-t₀。若岩樣長度為L，可計算出波速V=L/t。整個測量過程是在常溫常壓下進行的。

表1 岩樣超聲波速度測試結果

圖3 RSM-SY5超聲測量分析系統

3.2 波形檢測方法

據文獻（王讓甲，1997），在縱波波速測試中使用液體或乳狀物做耦合劑都可以達到很好的耦合效果。而橫波是剪切振動，只有能夠承受剪切力的材料才能作為橫波波速測試的耦合劑。本次實驗中，縱波波速測量使用的耦合劑是糊精，橫波波速測量使用的耦合劑是水楊酸苯酯。縱波橫波速度存在差異，橫波滯後於縱波其初至拾取存在一定的難度（魏建新和王椿鏞，2003），但橫波有一定的偏振性，旋轉發射換能器與接收換能器對應的角度，接收到的橫波振幅會呈現規律性的變化，利用這一特性可以識別出橫波並確定出初至時間。圖4中橫波（a）為橫波換能器測試第25號岩樣接收到的波形，橫波（b）為將接收換能器旋轉180°接收到波形，橫波首波振幅翻轉，圖4中可以清楚地識別出橫波初至時間。

圖4 第25號岩樣測試時顯示的聲波波形箭頭指向縱、橫波的初至時間

4 實驗結果及分析方法

岩樣聲波測試的結果列在表1中。速度測量分別沿圖2中所示岩樣的短軸（a）方向和長軸（b）方向。V_P（a）和V_S（a）分別表示沿短軸（a）方向測量的縱、橫波速度；V_P（b）和V_S（b）分別表示沿長軸（b）方向測量的縱、橫波速度。為了對岩樣速度各向異性的程度進行估計，引入了縱波速度各向異性程度指數K_P和橫波速度各向異性程度指數K_S，定義如下：

碳酸鹽台地邊緣帶沉積體系露頭研究及儲層建模

碳酸鹽台地邊緣帶沉積體系露頭研究及儲層建模

5 測量結果討論

5.1 生物礁灘剖面岩樣的速度特徵

生物礁灘剖面①、②（圖1）中，單個礁體規模較小，但礁體眾多，大多連成一片。礁體層位分布穩定，橫向延伸方向均可追尋到相應層位的其他礁體，縱向上礁體相互疊置。礁體一般由礁核、礁基和礁蓋部分組成（胡明毅、朱忠德和賀萍等，2002）。生物礁灘剖面用於超聲波測試的岩樣共15塊，根據岩樣在礁體中分布的位置不同，繪制了岩樣位置與其縱、橫波波速及平均速度關系圖（圖5，圖6）。

圖5 生物礁灘剖面岩樣縱波速度與岩樣在礁體中的位置關系

圖6 生物礁灘剖面岩樣橫波速度與岩樣在礁體中的位置關系

從圖5和圖6可以看出，無論縱波速度還是橫波速度，從礁基、礁核到礁蓋其平均值都逐漸增大。縱波速度增加幅度大於橫波。礁蓋岩樣速度測量值變化不大，而礁基和礁核兩個部位的岩樣兩個軸向的速度值差異明顯。圖7是用前面定義的速度各向異性程度指數K_S和K_P所做的交會圖。圖7中可以看出礁蓋岩樣速度各向異性程度指數基本集中在0%～10%范圍內，而礁基和礁核兩個部位的岩樣大多分布在20%～40%。礁基和礁核速度各向異性程度明顯高於礁蓋。

圖7 生物礁灘剖面橫波速度各向異性程度指數K_S和縱波速度各向異性程度指數K_P的交會圖

觀察生物礁灘剖面①、②，礁基多為灰色粗粒亮晶棘屑灰岩，顆粒含量很高，約佔80%以上，顆粒大小約1～4m m，以破碎的海百合莖干為主，如圖8b。礁核主要是由瓶筐石（Calathium）（胡明毅、朱忠德和賀萍等，2002；李相明和楊申谷，2006；焦養泉、榮輝和王瑞等，2011）組成的灰白色塊狀障積岩，造礁生物瓶筐石密集，占化石總量的80%以上，瓶筐石長度可達10c m，如圖8a。礁蓋多為成層性良好的中層生屑泥晶灰岩，其間常有小型礁灰岩塊夾雜其中，結構緻密。礁基的岩樣，海百合莖和其他生物碎屑雜亂排列，生物顆粒疏鬆；礁核的岩樣，瓶筐石的體腔被方解石充填或被溶蝕，部分岩樣沿生物體裂開形成較大的裂縫。這些生物化石的形狀、大小、生長方向以及裂縫都影響聲波在岩樣中的傳播速度。

圖8 礁核的主要造礁生物瓶筐石（a）和礁基生物碎屑的主要組成物海百合莖（b）

5.2 潮坪沉積剖面和三角洲前緣沉積剖面岩樣的速度特徵

柯坪-巴楚地區志留系自下而上分別為柯坪塔格組、塔塔爾塔格組和依木干他烏組（王成林、張惠良和李玉文等，2007）。剖面④中用於超聲測試的4塊岩樣均取自柯坪塔格組瀝青砂岩段（吳立群、焦養泉和榮輝，2011），屬於潮坪體系（表1）。剖面③用於超聲測試的6塊岩樣取自塔塔埃爾塔格組S₁t，分別屬於三角洲前緣泥、河口壩、水下分流河道等成因相（表1）。兩個組的岩樣在時間上有一定的先後關系，沉積上也存在一定程度的聯系。把這10塊岩樣放在一起，根據其沉積環境不同，繪制了不同沉積體系與其縱、橫波波速關系圖（圖9，圖10）。

圖9 潮坪體系和三角洲前緣體系中各岩樣縱波速度變化關系

圖10 潮坪體系和三角洲前緣體系中各岩樣橫波速度變化關系

從圖9和圖10中可以看出，潮坪體系的4塊砂岩縱波速度和橫波速度相對穩定，分別在4000m/s，2500m/s左右，而取自三角洲前緣各種成因相的6塊岩樣速度差別明顯，以水下分流河道中的砂岩岩樣速度最低，第29號泥岩因裂開不考慮在內。兩種不同沉積環境下的速度各向異性程度如圖11（K_S和K_P交會圖）所示。圖11中，潮坪體系的4塊岩樣各向異性程度指數基本集中在0～10%范圍內，在10%邊緣的兩塊岩樣是第20號和第21號。三角洲前緣體系各向異性程度指數超過10%的岩樣都屬於水下分流河道。

圖11 潮坪體系和三角洲前緣體系中橫波速度各向異性程度指數K_S和縱波速度各向異性程度指數K_P的交會圖

從岩樣的照片（圖12）觀察，潮坪體系的4塊岩樣均被油浸。其中第20號岩樣見油浸痕跡，但顆粒間孔隙未見瀝青充填，第21號岩樣含大量生物碎屑，第22號和第23號顆粒間孔隙幾乎完全被瀝青充填，岩體呈黑色。三角洲前緣的6塊岩樣中，水下分流河道相中的岩樣砂體顆粒粗、孔隙結構發育，而接近前緣泥的岩樣，顆粒細小緻密。結合沉積的特點，三角洲前緣由岸向湖的方向沉積物的粒度逐漸變細，即由水下分流河道、河口壩到前緣泥的變化中，沉積物粒度逐漸變細（表1），而影響聲波傳播的孔隙越來越小，聲速逐漸增高。

6 結論與討論

通過對上述幾個露頭沉積體系中岩樣的超聲波速測試實驗，可以得出下面幾點認識：

1）岩樣超聲波速度與岩樣所處的沉積環境（沉積體系或成因相）密切相關，呈現一定變化規律。在生物礁灘剖面上，從礁基、礁核、到礁蓋速度遞增；在三角洲前緣沉積剖面中，從水下分流河道、河口壩到前緣泥速度遞增。利用岩石聲波速度測量結果與沉積環境的關系，以及變化規律指導沉積體系的建模是可行的。

圖12 潮坪相剖面和三角洲剖面岩樣切後新鮮面照片

20～23號屬於潮坪相剖面，24～29號屬於三角洲前緣沉積剖面

2）在生物礁灘剖面上，生物碎屑的含量是影響聲波速度的主要因素。生物碎屑含量越高，速度越低；在砂岩剖面上，孔隙是影響測量的主要因素，孔隙越小或充填程度越高，速度就越高。

3）在生物礁灘剖面上，生物的大小與生長方向是控制岩樣速度各向異性的主要因素之一，而砂岩剖面，我們初步認為與孔隙關系密切。礁灰岩速度的各向異性程度大於砂岩。

致謝 作者在野外岩樣採集過程中，受到中國地質大學（武漢）王瑞、王世虎、榮輝等同學的幫助。另外，武漢理工大學蔡蘭老師也曾在橫波測量方面給予指導，作者在此一並表示衷心感謝。

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焦養泉，榮輝，王瑞，吳立群，顏佳新，曾凡平，顧元，李榮.2011.塔里木盆地西部一間房露頭區奧陶系台緣儲層沉積體系分析．岩石學報，27（01）：285～296

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