0 引言

台南凹陷是吐哈前陆盆地北倾斜坡上的一个负向构造单元，受4条主要断裂带分割，内部形成东西分段、南北分带的“两垒两阶两斜坡”构造格局^[1]。凹陷内地层沉积特征主要响应于觉罗塔格山和博格达山差异隆升作用，前侏罗系主要受控于觉罗塔格山的隆升，沉积中心由南向北转移，侏罗系之上地层主要受控于博格达山，沉积中心由北向南转变^[1-3]，形成两套均具有缓斜坡带、深洼陷带和陡坡带的典型前陆断陷地层，是油气的重要产层。经过多年勘探实践，二叠系自下而上钻遇的地层有：依尔希土组(P₁y)、大河沿组(P₂d)、塔尔郎组(P₂t)、下梧桐沟组(P₃w¹)、中梧桐沟组(P₃w²)、上梧桐沟组(P₃w³)，其中梧桐沟组为油气主要富存层位^[4]。

自20世纪90年代，吐哈盆地在鄯善弧形构造带内油气勘探取得突破以来，不同学者开始关注吐哈盆地层序地层研究，研究内容主要包括侏罗系和三叠系层序地层研究方法、划分方案、沉积模式以及与油气的关系等方面^[5-12]，作为重要能源接替的二叠系主要集中在油气成藏方面的研究^{[4, 13-19]}，也有学者探讨了地层叠加样式对烃源岩分布的控制作用^{[2, 20-22]}。然而由于后期博格达山脉隆起及断裂分割，导致不同构造部位地层沉积特征差异较大，且后期剥蚀严重使得内部地层对比困难，对不同构造段地层的沉积模式尚未取得完整认识。因此本文在台南凹陷幕式构造演化背景的约束下，以陆相断陷盆地层序地层学为指导，利用岩心、测井和地震数据对台南凹陷二叠系充填样式进行研究，并结合源岩分析，明确了地层叠加样式对源岩分布的控制作用，以期为该区下一步油气高效勘探开发提供借鉴。

基准面旋回界面的准确识别是进行高分辨率层序地层划分对比的关键^[23-24]。层序界面总的来说可分为3种^[25-27]：区域不整合面及其对应的整合面；规模较大的湖泛面；地表不整合面或海进冲刷不整合面。不同层序界面适用于不同构造演化背景下的地层对比，后两种界面对于构造相对稳定、后期没有明显抬升剥蚀的地区尤为适用^[28-34]。吐哈台南凹陷后期构造变动频繁，剥蚀厚度大，缺失多套地层，此现象在英也尔地区尤为明显，地表普遍出露二叠系。同时，台南凹陷二叠系沉积时期共发育了3次明显的幕式断陷作用，加之气候影响，内部不整合面普遍发育，地震及测井曲线特征明显，易于横向追踪对比，因此选择不整合面及其对应的整合面作为二叠系层序界面。尽管台南凹陷现今呈现出东西分段、南北分带的构造格局(图 1)，但内部二叠系中4个可横向对比的不同性质和规模的不整合界面(SB1—SB4)和3个较大规模的湖泛泥岩面(F₁—F₃)仍可清晰识别，这些界面的特征和识别标志总结见表 1。

图 1 吐哈盆地台南凹陷二叠系顶面构造图与构造单元划分 Fig. 1 Permiantop structure map and division of tectonic units of Tainan depression in the Tuha basin

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表 1 台南凹陷二叠系关键层序界面特征 Table 1 Characters of key sequence of Permian in the Tainan depression

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基准面旋回的识别依据主要包括：岩石物理性质、相序与相组合、旋回叠加样式、地层接触关系和规模等。研究区内部主要发育河流-三角洲沉积体系，岩性叠加规律明显，下部旋回主要由下部具有冲刷面的厚层砾岩-中部具有交错层理的中细粒砂岩-顶部厚层泥岩(偶夹薄层砂岩)组成，上部旋回为薄层砂泥岩交互层。这里依据Cross高分辨率层序地层学理论和“旋回对比分级控制、不同相带区别对待”的思想原则^[35-37]进行上述关键界面的识别；在长期旋回划分的基础上，通过对岩心、测井、地震、沉积特征的综合分析，并结合地层叠加样式的自相似性^[38]，将3个长期旋回进一步划分为14个中期旋回，并进一步划分出了26个短期旋回(图 2)。研究区标志层明显，旋回的底部砂体发育，粒度粗且厚度大，旋回“转换面”^[39]处泥岩分布广泛，以灰黑色—黑色为主。

图 2 台南凹陷二叠系高分辨率层序地层划分 Fig. 2 High resolution sequence stratigraphy division of Permian in the Tainan depression

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台南凹陷南部以鲁南断裂为界，北部以火焰山基底断裂为界，呈北断南超的箕状凹陷，地形上呈不对称的伸长状。其中，凹陷长轴平行主断裂，物源较远；短轴方向受边界断裂和地层翘倾的影响，陡坡带和缓坡带差异明显，沉积中心、堆积中心和沉降中心明显偏向陡坡带(图 1)^[40-42]。经历两期造山运动后(C₂-J)地层呈“跷跷板”式构造特征，后期经构造挤压和反转作用，形成了“东西分段”的地层特征，由此可分为东、中、西3个构造单元，我们依据地震剖面及测井曲线特征对3段进行了沉积叠加样式识别(图 3)。

图 3 台南凹陷二叠系充填特征模式 Fig. 3 Strata filling model of Permian in the Tainan depression

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1) 东段

东段层序地层充填特征(图 3A—A′)：二叠系早期(LSC1—LSC2)受南部觉罗塔格山脉向北逆冲影响，台南凹陷呈东南浅西北深的构造格局。该时期沉降中心紧邻鲁南断裂，处于鲁克沁断阶带处(鲁南1井)，沉积地层自南向东逐渐变厚，与上覆地层呈不整合接触^[1]。LSC1时期盆地经历残留海盆向湖盆转化，全区伴有强力的火山活动，沉积物以安山岩和玄武岩与火山碎屑岩组合为主^[40]，在整个层序底部均有分布，鲁南斜坡带和火焰山断垒带局部发育三角洲沉积。LSC2时期为强烈断陷期，受英也尔断层影响，台南凹陷整体呈箕状断陷特征，该时期库车凸起初步形成，受其影响鲁克沁断阶带和鲁克沁断垒带东部地层沉积厚度较薄，以扇三角洲沉积为主，晚期地层抬升遭受强烈剥蚀，东部英也尔地区普遍缺失。LSC3时期北部博格达山脉逐渐崛起，地层自北向南掀斜，沉降中心整体向东迁移，但仍位于鲁克沁构造带，长轴方向整体以辫状河三角洲沉积为主。

2) 中段

中段层序地层充填特征(图 3 B—B′)：受火焰山构造带滑脱断层和基底断裂影响，凹陷中段地层整体处于西部火焰山断阶带和东部火焰山断垒带交接处，构造样式复杂。LSC1—LSC2地层南断北超特征明显，沉降中心及沉积中心都位于鲁克沁构造带南部洼槽。LSC1地层沉积与东段相似，LSC2沉积时期鲁克沁构造带辫状河三角洲和湖泊相发育，并见少量湖底扇。LSC2、LSC3时期中段受东部库车凸起和西部鲁西凸起影响较小，南部物源减弱，以北部物源为主，三角洲砂体由火北斜坡带一直延伸到火焰山断阶带。

3) 西段

西段层序地层充填特征(图 3C—C′ )：西段为台南凹陷地层保留厚度最大地区。LSC1、LSC2受鲁南断裂控制，断层上盘地区为主要沉积中心和沉降中心(鲁克沁断垒带)。LSC1仅发育南部物源，发育扇三角洲沉积体系。晚二叠世早期鲁西凸起开始形成，LSC2、LSC3地层开始受西部物源影响，鲁克沁断阶带和鲁克沁断垒带整体以扇三角洲-湖泊相沉积为主，火北斜坡带则发育辫状河三角洲。

陆相烃源岩主要分布于湖盆内部，其形成和展布特征受控于相对湖平面升降变化。一般认为湖进体系域和高位体系域早期为烃源岩主要发育层段^[43-44]。湖盆烃源岩有机质主要包含2类：湖盆内自生浮游生物(内源)和陆源有机质(外源)。台南凹陷共识别出3个最大湖泛面，对应发育3套烃源岩(P₃w、P₂t-P₂d、P₁y)，由于后期构造剥蚀强烈，源岩保存条件变差，仅LSC2段烃源岩有机质保存较好(w(TOC)=2.029%~4.397%)，且厚度较大。但有机质输入混杂，类型较差，以Ⅲ型为主，部分样品为Ⅱ型(表 2、图 4)，这进一步指示了该时期的多物源特征。

Tmax.烃源岩最高热解温度；IH.烃源岩氢指数。 图 4 台南凹陷二叠系烃源岩特征 Fig. 4 Sand body distribution characteristics of Permian in the Tainan depression

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LSC2沉积时期为地幔柱作用减弱博格达山隆升变强转变期，裂谷盆地基本形成，水位较深，泥岩沉积厚度大且面积广，以灰黑和灰色泥页岩夹粉砂岩为主，属半深湖—深湖相沉积，最大可达250 m，现今分布主要受湖相沉积范围及后期抬升剥蚀控制。这一时期物源混杂，主要以北西和南东长轴方向物源为主。受控于边缘断裂，扇三角洲由凹陷两侧沿断裂向盆地内部推进，逐渐演变为辫状河三角洲，两侧最大推进至玉西和鲁克沁地区，中部以湖相沉积为主，局部发育湖底扇沉积。依据最新钻井发现，LSC2沉积时期沉积中心位于鲁南1井附近(图 5)。

图 5 LSC2沉积相展布 Fig. 5 Sedimentary facies distribution of LSC2

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三级层序中不同层位均可发育储集层，但由于岩性和物性方面的差异，形成的油气藏开采价值也存在着巨大差异。据统计：世界上86%的油气藏与低位域有关，12%与水进体系有关，只有2%存在于高水位体系域中。发育于层序底部的低水位体系域中一般以形成非构造油气藏为主^[44]，其中三角洲扇体及河道砂体为油气主要聚集场所；而水进体系域和高水位体系域一般发育三角洲和重力流成因砂体，虽然规模较小，但储层物性好，加之埋藏较浅，因此具有比低水位体系域好的储层质量^{[42, 45-46]}。由图 2中生储盖组合划分可以看出，储集层主要分布于低水位体系域，个别发育于水进体系域，其中台南凹陷三级层序LSC3低水位体系域由于其砂岩厚度大(100 m左右)、砂地比高(＞0.27)和距离烃源岩近(LSC2)等特征成为二叠系油气主要储集空间(图 6)。

K.白垩系；J3p.上侏罗统齐古组；J2q.中侏罗统七克台组；J2s.中侏罗统三间房组；J2x.中侏罗统西山窑组；J1.晚侏罗统水西沟群；T2-3.中—上三叠统小泉沟群。 图 6 台南凹陷油气藏垂向分布 Fig. 6 Oil distribution in vertical of the Tainan depression

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1) 以不整合面及其对应的整合面作为二叠系层序界面，在台南凹陷二叠系中共发现4个可横向对比的不同性质和规模的不整合界面和3个较大规模的湖泛泥岩面，在其内部共划分出14个中期旋回和26个短期旋回。

2) 台南凹陷内地层沉积特征主要响应于觉罗塔格山和博格达山差异隆升作用，后期经构造挤压和反转作用，形成了“东西分段”的地层特征，由此可分为东、中、西3个构造单元；其沉积结构充填样式具有明显的差异性，西段地层厚度明显大于东段和中段，东西两段均以扇三角洲普遍发育为特征，中段则主要受控于北部物源，发育辫状河三角洲。

3) 层序地层对于烃源岩分布和有效储层预测具有一定指导作用。台南凹陷发育的3层源岩，仅LSC2段烃源岩有机质保存较好(w(TOC)=2.029%~4.397%)，有机成因主要为混合型，以Ⅲ型为主；台南凹陷低水位体系域砂岩发育较好，但由于LSC3低水位体系域其砂岩厚度大(100 m左右)、砂地比高(＞0.27)、距离烃源岩近(LSC2)等综合因素而成为二叠系油气主要储集层位。