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4.6×10⁴km²(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 (蔡勋育和黄仁春，2003；叶晓斌，2005；侯宇光，2005；白忠峰，2006; 马永生等，2006；吴国干等，2009；刘东成，2009；楼章华，2011；陈子炓等，2011；Yao, 2015; Zhang et al., 2015; Yan, 2016)。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，露头、井下油气显示丰富，是南方海相油气勘探值得重视的有利地区之一 (赵明鹏和陈敏，1995；焦大庆等，2003；韦宝东，2004；谷姗姗等，2008; 林良彪等，2009；颜自给等，2009；郭岭，2009；贺训云等，2010；曾芳等，2010；王鹏万等, 2011, 2012；汪凯明等，2013)。

图 1

Fig. 1

图 1 桂中坳陷区域构造及研究区位置图 Fig. 1 Regional tectonic map of Guizhong depression and location of the studied area

桂中地区泥盆纪沉积期以台盆相间的格局为主，高古地貌区发育孤立台地相礁滩优质储层。孤立碳酸盐岩台地往往发育在深水盆地中并被深水沉积物包围，为一种特殊的浅水碳酸盐台地，区别于连陆碳酸盐台地 (Wilson, 1975; Read, 1985; Tucker and Wright, 1990; Fernandez-Mendiola and Garcia-Mondéjar, 1997; Egenhoff et al., 1999; Gischler et al., 2003; Flügel, 2004)。有关黔桂地区泥盆纪碳酸盐岩沉积特征与孤立台地礁滩演化等热点问题，梅冥相等 (2002)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。刘宝珺和丘东洲 (1995)、马永生等 (2009)认为黔桂地区孤立台地在泥盆纪中晚期开始出现，石炭纪范围扩大，中-晚二叠世开始萎缩。毛治超等 (2008)和王剑等 (1996)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、分析了泥盆纪沉积环境及沉积有机质特征。付立新等 (2009)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 (2012)探讨了桂中坳陷泥盆纪生物礁储层特征及演化史。刘家洪 (2009)和康建威 (2008)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。曾允孚等 (1983)主要讨论广西大厂孤立台地龙头山礁的岩石类型，主要造礁生物及生态，生物礁的微相和发育演化。在前人研究的基础上，本文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，对桂中地区泥盆纪碳酸盐岩沉积特征与孤立台地礁滩演化的规律进行了探讨。

结合露头和钻井资料，参考毛治超等 (2008)、王剑等 (1996)、刘家洪 (2009)和康建威 (2008)的层序划分方案，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。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 桂中坳陷泥盆系地层-层序序列表 Table 1 Strata sequence of Guizhong depression in Devonian 地层 台盆 (沟、槽) 相 孤立台地 (丘台) 相 连陆台地相 厘定地层 三级层序划分方案 系 统 三级旋回 体系域 泥 盆 系 上统 五指山组 (D3w) 融县组 (D3r) 融县组 (D3r) 融县组 (D3r) 融县组 (D3r) D3r SS3 HST 榴江组 (D3l) 桂林组 (D3g) 闭谷组 (D3b) D3l TST 中统 罗富组 (D2l) 东岗岭组 (D2d) 民塘组 (D2m) D23 SS2 HST D22 TST 纳标组 (D2n) 应堂组 (D2y) 那叫组 (D2nj) 应堂组 (D2y) D21 SS1 HST 下统 塘丁组 (D1t) 四排组 (D1s) 四排组 (D1s) D1s TST 益兰组 (D1yl) 郁江组 (D1y) 苍梧组 (D1c) 丹林组 (D1d) 郁江组 (D1y) D1l-D1y 那高岭组 (D1n) 那高岭组 (D1n) 那高岭组 (D1n) 莲花山组 (D1l) 莲花山组 (D1l) 莲花山组 (D1l)

表 1 桂中坳陷泥盆系地层-层序序列表 Table 1 Strata sequence of Guizhong depression in Devonian

相对于区域性不整合界面，桂中地区泥盆纪三级层序界面一般表现为受海平面的起伏变化影响的瞬时暴露面或瞬时加深面。岩性组合上，层序SS1/SS2界面间表现为受大气淋滤影响的溶孔白云岩的出现；层序SS3/SS2界面表现为大套白云岩的消失与大套鲕粒灰岩的出现 (图 2)。岩性组合的变化特征在地球物理资料形成响应标志。在测井曲线上，层序SS1/SS2界面表现为自然伽马值的突然减小，电阻率值得迅速增加；而在层序SS2/SS3界面间则表现为与上述相反的特征，多个向上变浅序列的有序叠加使得伽马曲线总体表现为幅度不一的箱状、漏斗状及指状等，而电阻率曲线也呈现相应的韵律变化特征 (图 2)。地震剖面上，在层序SS2/SS1界面间表现为下超接触，而在层序SS3/SS2界面间表现为顶超接触 (见后文)。

图 2

Fig. 2

图 2 DS1井泥盆系地层综合柱状图 Fig. 2 Stratigraphic column of Well DS1 in Devonian

桂中坳陷勘探程度较低，尚无泥盆系完整的剖面或钻井。广西宜州市钻探的DS1井泥盆系层序相对完整，本文以DS1井为代表来揭示泥盆系层序与沉积相特征 (图 2)。

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、应塘组和东岗岭组一段。该层序由海侵体系域 (TST) 与高位体系域 (HST) 组成。TST期沉积：郁江至四排期，DS1井为一套台地相灰岩沉积。随着海水进一步上涨，盆地深水沉积扩张，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，DS1井主要沉积白云岩、灰质白云岩、生屑灰岩和生物灰岩，台地边缘生物礁滩开始发育。

SS2对应中泥盆世中期至中泥盆世晚期，该层序底界面为岩相转换面。TST为鲕粒灰岩、含灰云岩、泥灰岩组成。HST为白云岩、生物屑灰岩、生物礁灰岩组成，是生物礁发育的重要时期，随着海水的逐渐退出及生物礁纵向叠置向上生长。

SS3对应晚泥盆世早期至晚泥盆世晚期，该层序底界面为岩相转换面。TST为致密鲕粒灰岩、泥灰岩，HST为含云灰岩、灰岩。

通过2条方向大致垂直的层序格架剖面的对比来揭示桂中地区泥盆系沉积与层序地层的特征。

通过近东西向的罗富-大厂-DS1-GZ1层序格架剖面，层序SS1厚度大于层序SS2、层序SS3厚度，而层序SS2与层序SS3厚度相似，呈现东厚西薄的特点 (图 3)。

图 3

Fig. 3

图 3 罗富-大厂-DS1-GZ1井层序沉积相连井剖面 Fig. 3 Sedimentary sequence correlation of Luo Fu-Da Chang-Well GZ1

总体上，层序SS1早期以滨岸相的碎屑岩沉积为主，受海西期自南往北裂谷活动的影响，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。

层序SS2期海侵范围进一步地扩大，中泥盆世中期为该区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，该时期的高位域为生物礁滩繁盛期，规模较大，厚度较厚。

层序SS3期，受填平补齐的影响，沉积底形坡度逐渐变缓，开始开阔台地-局限台地相均一化的过程，厚度变化差异变小，台内鲕滩广泛发育。

通过近南北向的上林-GZ1-罗城层序格架剖面，宏观上看，层序SS1厚度大于层序SS2、层序SS3厚度，且受该时期台盆相间的沉积相格局的影响，呈现北厚南薄的特点 (图 4)。

图 4

Fig. 4

图 4 上林-GZ1井-罗城剖面层序沉积相连井剖面 Fig. 4 Sedimentary sequence correlation of Shanglin-Well GZ1-Luocheng

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，岩心观察，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，参考梅冥相等 (2002)和刘家洪 (2009)的沉积相的依据，由点到线，由线到面绘制泥盆纪层序SS1-SS3期岩相古地理图。

加里东末期，区内表现为地壳上升为陆而遭受剥蚀。进入泥盆纪，受海西期拉张应力的影响，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。

SS1海侵期 (如图 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。

图 5

Fig. 5

图 5 桂中地区泥盆系 (SS1-SS3) 岩相古地理图 (a) SS1海侵期 (早泥盆世) 岩相古地理图；(b) SS1高位期 (中泥盆世早期) 岩相古地理图；(c) SS2海侵期 (中泥盆世中期) 岩相古地理图；(d) SS2高位期-SS3期 (中泥盆世晚期-晚泥盆世) 岩相古地理图 Fig. 5 The lithofacies paleogeography of Guizhong area in Devonian (SS1-SS3)

至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、宾阳一带发育孤立台地，处于孤立台地边缘相的南丹大厂和连陆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。

图 6

Fig. 6

图 6 桂中地区泥盆系镜下微观和野外宏观照片 (a) 环江川山，D23，层孔虫礁灰岩：造礁生物主要为层孔虫，多期次裂缝发育；(b) 大良古当，D23，生屑灰岩：生物破碎、细小、杂乱分布，重结晶作用强，仅少量介形虫、腕足类, 单偏光，铸体 (红色)；(c) 大良古当，D23，中晶白云岩：以中晶白云石为主，孔隙零星分布，均为晶间孔隙，个别具溶蚀现象, 单偏光，铸体 (红色)；(d) 环江川山，D23，细晶白云岩：发育晶间孔及溶孔，以溶孔为主，面孔率达8%，孔径最大近2mm, 单偏光，铸体 (红色)；(e) 大良古当，D23，细晶白云岩：发育晶间孔，部分孔隙被黑色沥青充填，单偏光，铸体 (红色)；(f) 环江川山，D2d，生屑灰岩：发育生物体腔孔，孔径0.03~0.3mm，单偏光，铸体 (红色)；(g) 南丹县城关镇莫得，D1，碳质泥岩：次生孔和层间、粒沿缝隙均十分发育，局部粒沿缝隙连通较好，孔径2~10μm；(h) 古当剖面，D23，苔藓虫礁灰岩：粒屑主要为苔藓虫生物，部分团粒及层孔虫生物，苔藓虫生物为弦切面，粒径大，长达数毫米，内部特征明显，虫室横切面呈多边形，具平行片状结构；(i) 上朝剖面，D1，细粒石英砂岩：局部发育次生溶孔 Fig. 6 Photographs of outcrop and thin-sections of Guizhong area in Devonian

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台地，规模较大的孤立台地内部为开阔-局限台地相沉积，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，礁体中间为泻湖沉积。

SS2海侵期海侵范围略有扩大，台盆相分布广泛 (如图 5c)，为主要烃源岩发育带。开阔台地相仅分布于南部-西南部都安-黎塘一带。

SS2高位期 (图 5d) 岩相古地理格局与中泥盆早期大致相似，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4部分。

环江川山生物礁位于环江都川镇西南约2km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，如图 6a, d, f。

该沉积格局与SS1高位期大致相似，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。

SS3期除了坳陷南部上林-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。

早石炭世为最大海泛期，DS1井与GZ1井区受早期台地高古地貌控制，导致沉积缺失。中晚石炭世时，沉积填平补齐完成，桂中地区整体为均一化台地相沉积 (图 7)。

图 7

Fig. 7

图 7 桂中坳陷泥盆纪沉积演化模式图 Fig. 7 The evolution model of the Devonian sedimentary faceies in Guizhong depression

通过沉积特征的研究，桂中地区泥盆纪横向发育3种礁滩类型，即孤立台地型生物礁滩、台内礁滩型和连陆台地型生物礁滩 (图 8)。其中，连陆台地型生物礁滩厚度一般较大，为117~261m，分布范围长3~5km、宽1km左右。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、侧向与其它沉积相呈指状穿插为其特征；孤立台地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，生物礁的规模与孤立台地的大小息息相关，因此厚度变化很大，从12~500m不等，呈马蹄型环状延伸几百米至几十千米，以南丹大厂、DS1井为典型剖面 (图 2)。孤立台地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台地礁滩发育的岩、电和地震响应特征进行论述。

图 8

Fig. 8

图 8 桂中地区生物礁沉积模式图 Fig. 8 The sedimentary model of reef in Guizhong depression

(1) SS1期礁基、礁核微相发育特征

SS1期为DS1井孤立台地生物礁滩发育的奠基和发展期，发育礁基和礁核微相为主。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：4516~4558.5m，图 2)。储集岩性以生屑灰岩、灰质白云岩为代表，储集空间主要为粒间孔、裂缝，电性上表现为“低伽马 (60~80API)、低电阻 (10~1000Ω·m)”，FMI成像测井 (图 2，4515~4519mFMI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0.0038~360md。地震相上表现为微幅中弱反射、弱平行的特征 (图 9)。

图 9

Fig. 9

图 9 DS1井孤立台地泥盆系礁滩沉积模式 Fig. 9 The sedimentary model of the Devonian reef reservoir in Well DS1

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 2，4218~4651.66m镜下照片与4212.97~4218.5m岩心照片)，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 (图 9)。该微相下岩性致密，未见有效储集空间，孔隙度0.85~1%，平均值0.9%，渗透率0.00904~0.0635md，FMI成像测井 (图 2，4218~4221mFMI图) 上表现为薄层状水平分布。

(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 2，3896.9~3895.67m镜下照片与3895.17~3899.84m岩心照片)。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 (图 9)。结合测录井综合解释，该时期的礁盖微相发育第2种第2、3、4期储层 (第2期井深为3889~3979m，第3期井深为3535~3728.2m，第4期井深为3037.1~3439m，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 (60~80API)、高电阻 (普遍＞100000Ω·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 2，3845~3848mFMI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0.0048~360md。

(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 2，2861.58~2864.80m镜下薄片照片与2861.20~2867.48m岩心照片)。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 (图 9)。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0.008~3.883md，该时期鲕滩发育第5期储层 (井深2417.7~2465.5m，图 2)。

桂中地区DS孤立台地泥盆纪发育了5期礁滩组合叠置 (图 10)，由于礁滩组合变化复杂，难以运用1口钻井或野外剖面反映全貌，现根据桂中三维区地震资料进行礁滩体精细刻画：层序SS1沉积期：中泥盆世早期-中期时期礁滩体可以划分3期次，内部可识别两期海泛面。

图 10

Fig. 10

图 10 DS泥盆纪孤立台地礁滩发育演化示意图 Fig. 10 The sketch evolution model of DS isolated reef in Devonian

第一期海泛面之前，以滩相发育为主，沉积第Ⅰ期礁滩组合。早泥盆世应塘晚期-中泥盆世早期，在盆内原始高地貌隆起上，受海西期扩张运动的影响，海水入侵至深度适宜时，发育了以腕足、瓣鳃类为主的生物滩相沉积，为生物礁滩生长的奠基期，地震相上表现为微幅中弱反射、弱平行的特征；

第二期海泛面之前，海退礁大面积发育，地震剖面上可识别主礁体及侧向进积礁体的丘型反射结构，为第Ⅱ期礁滩组合。该时期 (中泥盆早期) 生物礁骨架初具规模，造礁生物主要为层孔虫，附礁生物为大型腕足 (Zdimir、Megastrophia)、棘皮类、藻类等，礁核微相普遍发育，为生物礁滩的发展期。第二期海泛面之后，海侵为主，发育第Ⅲ期礁滩组合，礁体范围退缩，具有侧向退积特征，直到中泥盆世中期最大海泛期，礁滩体大部分被水体淹没 (图 11)。

图 11

Fig. 11

图 11 DS孤立台地层序SS1沉积期地震礁滩体精细刻画 Fig. 11 The high precision depict of DS isolate reef in sequence SS1 in seismic section

层序SS2-SS3沉积期：中泥盆世晚期-早石炭世时期礁体丘状外形清晰，东西两侧地层超覆特征明显，旋回上，可以划分2期礁滩组合：早期 (中泥盆晚期) 沉积以海退为主，发育第Ⅳ期加积-进积礁体，表现为礁滩大规模叠置加积，块状的礁盖白云岩广泛地发育，地震相上表现为“亮点”的特征，为孤立台地礁滩发育的繁盛期。晚期沉积以快速海进为主，生物礁滩逐渐萎缩消亡，局部发育第V期鲕滩相沉积 (图 12)。

图 12

Fig. 12

图 12 DS孤立台地SS2-SS3沉积期地震礁滩体精细刻画 Fig. 12 The high precision depict of DS isolate reef in sequence SS2-SS3 in seismic section

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台地边缘沉积，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) 桂中地区孤立台地表现为3种礁滩类型、5期旋回的叠置生长。层序SS1沉积期 (早泥盆世晚期-中泥盆早期) 为孤立台地礁滩发育的奠基-发展期。层序SS2沉积期 (中泥盆世中期-中泥盆世晚期) 为孤立台地礁滩发育的繁盛期。层序SS3沉积 (晚泥盆世) 为孤立台地礁滩发育的消亡期；

(3) 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玛、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。