桂中坳陷位于华南板块的西南缘，北部与江南古陆毗邻，东部以龙胜-永福断裂及大瑶山隆起为界，西部以南丹-都安断裂为界，面积4.6×10⁴ km²(图 1)。它是在加里东运动基础上形成的晚古生代海相大型沉积坳陷，其基底是扬子稳定地块的组成部分，从晚古生代以来，在其周边为隆起带、造山带围限的情况下，后期以升降运动为特点，受褶皱挤压变形较弱，使其获得稳定沉积与保存的时空条件^[1-5]。研究区在沉积发育史上，同期异相和同相异期沉积发育，平面上相互交错，垂向上韵律频繁，为坳陷提供了多套多类型的生储盖组合，且区内圈闭类型多样，具有形成大中型油气藏的良好石油地质条件，露头、井下油气显示丰富，DS1井和GZ1井钻探证实了桂中坳陷具备形成油气藏的基本条件，是南方海相油气勘探值得重视的有利地区之一^[6-9]。

有关桂中地区泥盆纪层序岩相古地理的演化、生物礁滩的发育特征等问题，梅冥相等^[10]认为受同生断裂的控制，在晚古生代滇黔桂盆地及邻区形成特殊的“台-盆-丘-槽”的古地理格局，两个明显的拉张期--早泥盆世晚期到晚泥盆世早期以及二叠纪阳新世与乐平世，既是典型造礁期，也是沉积相分异最为明显的时期。毛治超等^[11]通过野外地质剖面的实测，拟定了桂中地区泥盆系分层方案、分析了沉积环境及沉积有机质特征。付立新等^[3]结合野外露头、重磁电及地震资料，探讨了桂中坳陷泥盆系生物礁展布规律。王鹏万等^[8]探讨了桂中坳陷泥盆纪生物礁储层特征及演化史。刘家洪^[12]通过宏观观测与室内微观分析相结合，对桂中坳陷的沉积体系、层序岩相古地理及层序格架中的生储盖组合进行了研究。在前人^[13-27]研究的基础上，通过野外露头的观察、镜下微观特征、测录井及地震资料的研究分析，对桂中地区泥盆纪层序岩相古地理与孤立丘台礁滩的发育特征进行了探讨。

1 层序地层的划分

桂中坳陷泥盆纪发育台盆相、丘台相、镶边台地相共三套地层系统，各组段地层沉积特征在不同的沉积相区差别较大，地层与地震对比困难。结合露头和钻井资料，参考前人层序划分方案^[9-12]，依据关键层序界面的沉积学、古生物学和地球物理学标志，重新厘定了泥盆系地层层序(表 1)，创新性地完成了桂中地区地层与地震层序格架统一，将桂中地区泥盆系划分为3个三级层序：SS1、SS2、SS3。

1.1 典型钻井剖面岩相与层序地层特征

桂中坳陷勘探程度较低，尚无泥盆系地层完整的剖面或钻井。近期，于广西宜州市钻探DS1井，该井泥盆系地层层序相对完整，本文以DS1井为代表来揭示泥盆系岩相与层序地层特征(图 2)。泥盆系自下而上总体表现为沉积水体由浅变深，而后由深变浅，即由较浅的局限台地相沉积向上演化为较深水孤立丘台沉积，而后水体减退演化为开阔台地沉积。

SS1对应早泥盆世至中泥盆世早期，岩石地层单位由下而上为郁江组、四排组、应堂组和东岗岭组一段，该层序的底界面主要表现为区域性角度不整合，不同时期的泥盆系沉积地层不整合于加里东构造运动界面之上。该层序由海侵体系域(TST)与高位体系域(HST)组成。TST期沉积：海侵体系域由郁江组、四排组和应塘组地层组成，四排期，随着海水逐渐变深，出现台盆相间的沉积格局，DS1井为一套台地相灰岩沉积，台盆相区如南丹罗富为一套深水的深灰、灰黑、黑色泥页岩、碳质泥岩沉积。最后随着海水进一步上涨，台盆相深水沉积扩张，早期沉积的台地被淹没，应塘晚期沉积一套深灰色灰岩沉积。HST期沉积：由东岗岭组一段地层所构成，台地相区为白云岩、灰质白云岩、生屑灰岩和生物灰岩，孤立丘台礁滩开始发育。这个时期总体表现为海水逐渐退去的又一次台盆分异的沉积格局。

SS2对应中泥盆世中期至中泥盆世晚期，岩石地层单位由下而上为东岗岭组二段至东岗岭组三段，该层序底界面为岩相转换面。在研究区为一套台地-台盆相的碳酸盐岩、泥页岩沉积。海侵体系域(TST)由泥岩、泥灰岩、碳酸盐岩组成，形成局部地区盖层，反映最大海泛面的凝缩层主要为斜坡-陆棚相的泥灰岩沉积。高位体系域(HST)由台地相生物屑灰岩、白云岩组成，是生物礁发育的重要时期，随着海水的逐渐退出，生物礁纵向叠置向上生长，孤立丘台礁滩进入繁盛期。

SS3对应晚泥盆世早期至晚泥盆世晚期，岩石地层单位为融县组，该层序底界面为岩相转换面，顶界面为一个构造抬升与沉积过路形成局部的不整合面。海侵体系域(TST)由致密鲕粒灰岩、泥灰岩组成，反映最大海泛面的凝缩层主要为斜坡-陆棚相的泥灰岩沉积。高位体系域(HST)由含云灰岩、灰岩组成。这个时期台地相沉积逐步完成均一化，孤立丘台礁滩进入消亡期，DS地区主体沉积开阔台地-局限台地相。

1.2 格架剖面沉积与层序地层特征

以两条大致垂直的沉积相带对比剖面为代表来揭示研究区泥盆系沉积与层序地层特征。

1.2.1 罗富-大厂-DS1-GZ1井剖面

该剖面近东西向，整体上看，SS1厚度大于SS2、SS3厚度，SS2与SS3类似，且受台盆相间的沉积相的影响，呈现东厚西薄的特点(图 3)。

从宏观上看，SS1早期以滨岸相的碎屑岩沉积为主，受裂谷活动和自南往北海侵的影响，逐步形成台盆相间的沉积格局，有效可容纳空间的差异，导致了台地相和台盆相厚度差异显著。在该时期高位域发育第一期生物礁滩。

SS2期海侵范围进一步地扩大，中泥盆统中期为桂中坳陷泥盆纪区域性最大海泛期，随后逐步的海退，台盆相间分异的现象更为明显，沉积底形的坡度变得较陡，有效可容纳空间的差异也较大，使得该时期的高位域为生物礁滩进入繁盛期，规模较大，厚度较厚。

SS3期，受填平补齐的影响，沉积底形坡度逐渐变缓，开始台地均一化的过程，厚度变化差异变小，整体沉积以开阔台地-局限台地相为主。该时期生物礁不太发育，但是台内鲕滩广泛发育。

1.2.2 上林-GZ1井-罗城剖面

该剖面近南北向，整体上看，SS1厚度大于SS2、SS3厚度，且受沉积相格局的影响，呈现北厚南薄的特点(图 4)。

通过层序对比研究，表明在南丹大厂至GZ1井之间沿着垭紫罗断裂“一线”可能存在包括DS地区在内多个小型丘台，台地边缘发育生物礁滩，发育类似南丹大厂的孤立丘台礁滩储层。

2 泥盆纪层序岩相古地理

在桂中地区层序划分对比的基础上，结合大量的野外地质调查，岩芯观察，地震资料分析，依据岩石学特征、沉积构造特征、地震相及测井相变化异常，参考前人的沉积相的依据^[10-12]，认为桂中地区泥盆系发育海岸和碳酸盐岩台地两大沉积体系，可进一步细分出滨岸、局限台地、开阔台地、台地边缘、台盆相5种沉积相。在此基础上，编制了桂中坳陷各层序沉积期岩相古地理图，在成图过程中采用了以下的方法和步骤：①野外露头剖面、以钻井取芯井段观察描述为基础，结合测井曲线进行单井沉积相分析，并根据沉积相横向变化选择连井沉积相对比剖面；②通过对二三维地震资料解释和分析，划分泥盆系地震相类型，明确不同沉积相对应的地震相特征，对不同的地震相进行平面追踪，绘制不同地震相(沉积相)平面分布图，同时考虑桂中坳陷的古地理及古构造格局，构造对沉积的控制作用，由点到线，由线到面绘制泥盆纪层序岩相古地理图。

2.1 早泥盆世至中泥盆世早期层序SS1沉积期岩相古地理

早泥盆世层序SS1海侵期(图 5A)岩相展布有如下规律：北部紧靠雪峰古陆边缘，沉积以前滨-临滨相砂泥岩为主，随着与古陆距离的增大，砂岩、泥岩减少，继而出现开阔-局限台地相灰岩、白云岩。台盆相主要分布于南丹-河池-上林-武宣地区。

至中泥盆世早期层序SS1高位期(图 5B)，沉积环境整体变化不大，在海侵期沉积的基础上开始出现了孤立碳酸盐台地边缘的沉积相展布，南丹、河池、忻城、都安、宾阳一带发育孤立丘台，处于孤立丘台相的南丹大厂和台地边缘相的环江川山、环江上朝、大良古当(图 6)一带发育生物礁，局部地区发育点礁。

台地边缘相位于正常浪基面与海平面之间，是台地与斜坡之间的转换带，也是浅水沉积和深水沉积之间的变换带，水体能量较高，研究区主要岩性为生屑灰岩、亮晶砂屑灰岩、枝状层孔虫灰岩、白云岩、藻团粒、藻纹层灰岩、生物礁灰岩等。

在前泥盆纪褶皱基底形成的特殊古地貌环境下，河池-宜山地区在古地貌高的地区发育大小不一的孤立丘台，规模较大的孤立丘台内部为开阔-局限海台地相沉积，台内局部发育生屑滩、颗粒滩沉积。规模小的地区发育类似DS1井、南丹大厂塔礁的礁体，岩性为层孔虫、珊瑚礁灰岩、生屑灰岩，礁体中间为潟湖沉积，如表 2。

2.2 中泥盆世中期至中泥盆世晚期层序SS2沉积期岩相古地理

中泥盆世中期层序SS2海侵期台盆相分布广泛(图 5C)，为主要烃源岩发育带。在南丹罗富剖面上，下泥盆-中泥盆统台盆相沉积物主要为灰黑色、黑色含三叶虫、竹节石、菊石等生物的泥岩、页岩夹薄层灰岩，局部含锰结核等，上泥盆统以扁豆状灰岩、硅质灰岩、泥质条带灰岩为特征，含锰结核，如表 3。开阔台地相仅分布于南部-西南部都安-黎塘一带。

中泥盆世晚期层序SS2高位期(图 5D)岩相古地理格局与中泥盆早期大致相似，只是此时期由于陆源物注入减少，海水中碳酸钙物质丰富，故碳酸盐岩沉积占了主导地位，开阔台地相和局限台地相十分发育。随着海水的逐渐退出，生物礁发育进入繁盛期，生物礁纵向叠置向上生长，详细论述见正文第3部分。

环江川山生物礁位于环江都川镇西南约2 km处，产出为层位D₂³，其礁基亚相岩性为灰色生屑灰岩，砂屑灰岩为主；礁核亚相岩性为灰白色生物礁灰岩为主，造礁生物以层孔虫为主，少量的为丛状珊瑚，礁格架清晰，生长生态明显；礁盖亚相岩性为浅灰色含生屑白云岩(表 2、图 6A，D，F)。

2.3 晚泥盆世层序SS3沉积期岩相古地理

该沉积格局与中泥盆早期大致相似，只是此时期由于陆源物注入减少，海水中碳酸钙物质丰富，故碳酸盐岩沉积占了主导地位，开阔台地相和局限台地相十分发育。

开阔台地岩石类型有厚层块状生屑灰岩、泥灰岩、泥晶灰岩，富含珊瑚、层孔虫、藻类、腕足、棘皮、头足等生物化石。

在GZ1井，上泥盆统融县组主要为灰白、浅灰色微晶灰岩、鲕状灰岩夹白云质灰岩，含泥质灰岩、生物碎屑灰岩(表 4)。

局限潮间-潮下：为深灰色-灰黑色泥晶灰岩、枝状层孔虫灰岩、含生物碎屑灰岩、白云质灰岩沉积，鸟眼构造、缝合线构造极其发育，溶蚀孔洞部分被铁方解石充填。

由于海水通常局限循环不畅、水动力较弱，局限台地相常发育局限潮上、局限潮间、局限潮下和潟湖，局部出现萨布哈。局限潮上常由颗粒微晶灰岩、微晶灰岩、层纹石灰岩和白云岩组成，有水平纹层、层纹石构造及鸟眼构造；潟湖最特征的岩石类型为枝状层孔虫微晶灰岩、生屑球粒微晶灰岩和白云岩，潟湖与潮坪组成单调的垂向韵律交替层序(图 7)。

2.4 沉积演化

桂中坳陷在其古生代至早中生代的沉积构造演化与其西及西南侧的昌宁-孟连或澜沧江、金沙江-红河等特提斯构造域的发展演化有着紧密联系；同时也与其东南侧邻区的钦防海槽、东北侧邻区的中-上扬子地区特别是雪峰江南古陆构造演化密切相关。正是因为各个构造带的开裂与缝合，使得桂中坳陷的不同时期表现不同的盆地性质，从而形成现今的构造格局。

加里东末期(广西运动)，区内表现地壳上升为陆而遭受剥蚀。进入泥盆纪，华南板块南部边缘受挤压的强度得以缓解，使板内应力得以松驰、释放。

至早泥盆世莲花山-那高岭期，本区地壳下沉，海水由东南向北西方向推进，开始接受沉积。由于当时地势普遍较高，物源供给丰富，同时处于以氧化为主的滨海环境，沉积了岩石组合大体相同、厚度较大的滨岸碎屑岩组合；早泥盆世郁江期海水进一步扩大、加深，古陆范围大为缩小。坳陷内主要为临滨-前滨和前滨沉积。

早泥盆世四排期海侵范围继续缓慢向北推移，海域不断扩大，海水加深，古陆给沉积海域提供的陆源物减少，且多集中于滨海相区，很少或无扩散至其他相带，使得海水干净清洁，为发育碳酸盐岩奠定了基础。四排期由于地壳发生微型扩张，海盆基底被拉开，因而造成一些规模不等的海底张裂带和其间的菱形地块。前者形成深水或较深水断槽凹地，即台盆相；后者发育浅水碳酸盐台地相和浅海陆棚相，从而开创了本区晚古生代台盆相间的沉积格局^{[10, 12]}。

桂中坳陷中泥盆世-晚泥盆世在早泥盆世四排期沉积基础上，沉积进一步分异，形成明显的台-盆相间的沉积格局(图 8)。

中泥盆世海侵范围略有扩大，水体稍微加深。此时期由于陆源物注入减少，海水中碳酸钙物质丰富，故碳酸盐岩沉积占主导地位，开阔台地相和局限台地相十分发育。中泥盆世早期，海水总体继续加深，并向北扩张，古陆剥蚀区范围进一步缩小，使得原先的局限台地-开阔台地逐渐过渡为开阔台地相，孤立丘台相形成。中泥盆世中期为桂中坳陷泥盆纪区域性最大海泛时期，台盆相分布广泛。中泥盆世晚期，沉积特征与早期相似，但碳酸盐岩厚度较早期大，生物礁较早期更为发育。

晚泥盆世除了坳陷南部上林-象州一带地壳下沉，形成北东向的台盆，沉积相带基本与中泥盆世晚期相同，但是岩性不大相同，此时雪峰古陆范围进一步往北部缩小，是泥盆系海水最清洁的阶段，岩相以台地相灰岩和白云岩占绝对优势。

3 泥盆系孤立丘台礁滩发育特征

通过层序岩相古地理的研究，桂中地区层序SS1、SS2高位期横向发育三种礁滩类型，即孤立丘台型生物礁滩、台内礁滩型和台缘型生物礁滩。其中，台缘型生物礁滩厚度一般较大，为117~261 m，分布范围长3~5 km、宽1 km左右，在大良古当、环江川山等地发育台地边缘生物礁，造礁生物主要为层孔虫，珊瑚，伴有腕足类、单体珊瑚、苔藓虫、棘皮和藻类。台内礁滩型生物礁分布于台地内部的水下高地，平面上呈盘状，纵向上呈丘状或柱状，这类礁体以规模小、发育差、侧向与其他沉积相呈指状穿插为其特征；孤立丘台型生物礁滩礁体多表现为受台盆相间的沉积格局和继承性隆起的控制，生物礁的规模与丘台的大小息息相关，因此厚度变化很大，从12~500 m不等，呈马蹄型环状延伸几百米至几十公里，以南丹大厂、DS1井为典型剖面，造礁生物主要为层孔虫，珊瑚，伴有腕足类、单体珊瑚、苔藓虫、棘皮和藻类(图 2)。孤立丘台周围被台盆相泥质岩所包围，具有良好侧向封堵和烃源充注条件，为桂中地区礁滩勘探重点目标，下文将着重针对孤立丘台礁滩发育的岩、电和地震响应特征进行论述。

(1) SS1期礁基、礁核微相发育特征

SS1期为DS1井孤立丘台生物礁滩发育的奠基和发展期，发育礁基和礁核微相为主。礁基微相岩性上以深灰色白云岩、白云质灰岩、灰岩为代表(图 2，4 742~4 938 m镜下照片与4 649.58~4 652.15 m岩芯照片)，测井相上来看伽马曲线表现为低平的“剧齿型”渐变，反映水体快速振荡变化，FMI成像测井表现为层状沉积。地震相上表现为微幅中弱反射、弱平行的特征。结合测录井综合解释，该时期的礁基微相发育第1种第1期储层(井深：4 516~4 558.5 m，图 2)。储集岩性主要为生屑灰岩、灰质白云岩，储集空间主要为粒间孔、裂缝，电性上表现为“低伽马(60~80 API)、低电阻(10~1 000 Ω·m)”，FMI成像测井(图 2，4 515~4 519 m，FMI图)上表现为薄层状水平分布。通过物性分析，该储层孔隙度0.9%~4.5%，平均值2.1%，渗透率(0.003 8~360)×10^-3 μm²，压汞曲线(图 9，4 650.06 m)来分析表现为Ⅳ~Ⅲ类孔喉结构。

礁核微相岩性上以发育生物扰动构造的深灰色生物灰岩、深灰色生屑灰岩为代表(图 2，4 218~4 651.66 m镜下照片与4 212.97~4 218.5 m岩芯照片)，其中造礁生物主要为层孔虫，附礁生物为腕足类、棘皮类、藻类。测井相上表现为“卵形”渐变。地震相上表现为丘状外形，中弱杂乱的反射特征。该微相下岩性致密，未见有效储集空间，孔隙度0.8%~1%，平均值0.9%，渗透率(0.009 04~0.063 5)×10^-3 μm²，FMI成像测井(图 2，4 218~4 221 m，FMI图)上表现为薄层状水平分布，压汞曲线(图 9，4 217.00 m)来分析表现为Ⅳ类孔喉结构。

(2) SS2期礁盖微相发育特征

SS2时期为DS1井生物礁滩发育的繁盛期，表现为多期次生物礁储层垂向加积，发育大规模礁盖微相为特点。礁盖微相岩性上以发育块状层理的浅灰色溶孔白云岩为代表(图 2，3 896.9~3 895.67 m镜下照片与3 895.17~3 899.84 m岩芯照片)。测井相上表现为低伽马“箱状组合”，礁盖微相底部表现为高伽马“钟型”渐变。地震相上表现为强波谷，底部礁基-礁核微相表现为中-强反射，呈“亮点”特征。结合测录井综合解释，该时期的礁基微相发育第2种第2、3、4期储层(第2期井深为3 889~3 979 m，第3期井深为3 535~3 728.2 m，第4期井深为3 037.1~3 439 m，图 2)。储集空间主要为晶间孔，溶孔洞和裂缝，电性上表现为“低伽马(60~80 API)、高电阻(普遍＞100 000 Ω.m)”，储层发育段电阻率均呈现高阻背景下的“相对低阻”及“双轨”特征。FMI成像测井上表现溶蚀孔、洞发育下的低电阻率“暗斑”的响应(图 2，3 845~3 848 m，FMI图)。通过物性分析，该储层孔隙度1.6%~9.9%，平均值3.5%，渗透率(0.004 8~360)×10^-3 μm²，压汞曲线(图 9，3 889.85 m及3 889.06 m压汞曲线所示)来分析表现为Ⅱ~Ⅲ类孔喉结构。

(3) SS3期台内鲕滩发育特征

SS3期为DS1井生物礁滩发育的消亡期，表现为大规模海退后台地相的均一化，发育大规模台内鲕滩微相为特点。台内鲕滩微相岩性上以发育灰色鲕粒灰岩、灰岩为代表(图 2，2 861.58~2 864.80 m镜下薄片照片与2 861.20~2 867.48 m岩芯照片)。测井相上表现为低平“剧齿型”渐变，反映水体快速振荡变化。地震相上表现为微幅中弱反射特征。通过物性分析，该储层孔隙度为0.9%~4.71%，平均值2.1%，渗透率(0.008~3.883)×10^-3 μm²，该时期鲕滩发育第5期储层(井深2 417.7~2 465.5 m，图 2)。

(4)孤立丘台3种类型储层发育情况的比较

以DS1井的丘台礁滩解剖来看，礁基、礁盖、丘台上覆台内鲕滩3种类型5个期次储层垂向加积(图 10)，礁滩储层厚度大(测井解释储层段277.4 m/85层)。根据3种类型储层物性的比较来看(表 5)，礁盖白云岩储集物性较好，其孔隙度大于2%的样品占85%，且大于6%的样品占10%，为Ⅲ~Ⅱ类优质储层；礁基和台内鲕滩孔隙度小于2%的样品占59%以上，为Ⅳ~Ⅲ类储层；礁核微相样品孔隙度均小于2%，为Ⅳ类非储层。

再结合野外露头物性分析化验资料分类分析，如表 5，从生物礁各微相储层物性来看，礁盖物性最好，平均孔隙度为3.09%；其次为礁后滩，平均孔隙度为2.91%，可形成Ⅲ类储层；礁核物性最差，平均孔隙度仅有2.23%。分析推测研究区生物礁储层位置主要发育在礁盖中，以中孔细喉和小孔细喉的Ⅲ类储层为主。储层类型以晶间孔、晶间溶孔及溶孔为主，其他孔隙类型、微裂缝、缝合线孔隙和溶洞次之(图 6)。

4 结论

综合上述研究，我们可以得到以下几点认识：

(1)桂中地区泥盆系自下而上总体表现为沉积水体由浅变深，而后由深变浅，即由较浅的局限台地相沉积向上演化为较深水孤立丘台沉积，而后水体减退演化为开阔台地沉积，可划分为3个三级层序：SS1、SS2、SS3。整体上看，SS1厚度大于SS2、SS3厚度，SS2与SS3类似，且受台盆相间的沉积相的影响，呈现台厚盆薄的特点。

(2)桂中地区泥盆系发育海岸和碳酸盐岩台地两大沉积体系，可进一步细分出滨岸、局限台地、开阔台地、台地边缘、台盆相5种沉积相。

(3)桂中坳陷沉积演化特征表明：早泥盆四排期主要发育滩相沉积；中泥盆早期为生物礁繁盛时期，台内发育生屑滩；中泥盆中期海侵形成区域盖层；中泥盆晚期海退，为生物礁发育进入又一个繁盛时期，生物礁纵向叠置生长，厚度大。

(4)桂中地区东岗岭组-应塘组生物礁滩有利储层发育于层序SS1、SS2高位体系域礁盖白云岩中，白云岩储层发育段孔、缝、洞集中发育，物性较好，测井曲线上具有明显的低伽马、低速度、高电阻背景下的“相对低阻”的响应特征。FMI成像测井上表现为相对低电阻率“暗斑”的响应。地震剖面上，礁滩明显的“底平顶凸”丘状外形、内部空白或杂乱反射结构、两翼同相轴中断、上超的特点，其中礁盖白云岩储层具有“亮点”特征。