松遼盆地南部泉四段物源判別與沉積特征

張 鑫

( 中海油研究總院，北京 100027 )

0 引言

松遼盆地以嫩江、松花江為界，分南、北2個部分[1]，南部系指開魯盆地以北、松花江以南的吉林探區，是我國油氣富集區之一[2].松遼盆地發育具有“斷”、“拗”雙重結構性質的沉積，泉四段是重要含油層位之一，其沉積體系比較復雜.前人研究松遼盆地南部泉四段沉積體系，認為泉四段屬于大型河流—湖泊—三角洲沉積體系[3-4].有人認為研究區泉四段為淺水三角洲沉積[5]，但研究區前積反射特征不明顯；有人認為泉四段總體為河流沉積體系[6-7].筆者通過巖心觀察，結合砂體分布特征，分析松遼盆地南部泉四段物源與沉積體系，認為該區泉四段主要發育河流—末端扇沉積體系.

1 物源分析

1.1 稀土元素

稀土元素模式曲線對物源判別具有重要的意義[8]，相同物源的沉積體稀土元素模式曲線非常相似，所以稀土元素在物源方向判別中得到廣泛的應用[9].分析松遼盆地南部泉四段砂巖的稀土元素模式曲線，并應用其特征判別該區物源方向.

研究區泉四段稀土元素模式曲線比較相似，說明物源具有相似性.其中，前48、扶117、讓23、查20、孤32、塔7、長13與坨25等井區的稀土元素模式極其相似(見圖1)，均表現為Eu的負異常非常明顯(見圖1(a))，反映這些井區具有相似的物源，推測物源來自南方和東南方.Eu的負異常說明母巖被較多的酸性巖侵入，如花崗巖.隨著Eu的增大，母巖中的中性巖含量可能增加，如英云閃長巖和花崗閃長巖[10].紅152、方53、海14、英101與乾184等井區的稀土元素模式極其相似，這些井區Eu的負異常不明顯或無Eu的負異常，反映該井區具有相似的物源(見圖1(b))，推測物源來自西部[11].

1.2 成分成熟度與結構成熟度

松遼盆地南部泉四段砂巖成分成熟度與結構成熟度存在一定差別，平面上查20井、塔7井、讓23井、英101與紅152井等地區砂巖成分成熟度稍高，在0.4～0.6之間，砂巖分選性好—中等，磨圓度為次棱—次圓狀，接觸方式為點—線接觸，砂巖結構成熟度稍高；海14井、扶117井、前48井、乾184井與方53井等地區成分成熟度中等，在0.3～0.5之間，砂巖分選性好—中等，磨圓度為次棱—棱角狀，接觸方式為點—線接觸，砂巖結構成熟度中等；坨25井、坨24井與安7井等地區成分成熟度較低，砂巖分選性為好—中等，磨圓度為次棱—棱角狀，接觸方式為點接觸，砂巖結構成熟度偏低；成分成熟度和結構成熟度較低反映近物源的沉積特征.

圖1 松遼盆地南部泉四段砂巖稀土元素模式曲線

2 沉積環境與沉積相

2.1 沉積環境

沉積巖的顏色分為繼承色、原生色和次生色，原生色是沉積環境的重要標志.前人將沉積巖的顏色依其氧化還原的程度進行相應比例的等加計算，即把單井沉積巖各層的厚度乘以相應的顏色指數累計起來，除以該段層總地層厚度，得到該層沉積巖色值，沉積巖色值越大，說明水體氧化程度越強；色值越小，說明還原程度越強[12].研究區泉四段大部分地區沉積巖為紫紅色或棕紅色(泥巖色值>50%),為強氧化色，反映水上沉積環境；局部地區以灰綠色為主或灰綠色、灰色交互(-50%<泥巖色值<50%)，為弱氧化-弱還原色，反映不穩定水體的特征；極少數地區灰色與灰黑色泥巖交互(泥巖色值<-50%),為強還原色，反映穩定水體的特征.該區以氧化環境為主，缺乏穩定的水體.

2.2 沉積相

巖心的巖性標志及垂向序列組合是沉積相識別的基礎[13].松遼盆地南部泉四段沉積類型比較復雜，通過巖心觀察，結合各種地質資料與區域地質特征，可識別辮狀河沉積、曲流河沉積與末端扇沉積等相類型[11].

2.2.1 辮狀河

巖心觀察表明，松遼盆地南部泉四段辮狀河主要分布在盆地邊緣地區，辮狀河道在底部發育滯留礫石層，與下覆沉積沖刷接觸，滯留礫石層之上依次發育大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理和平行層理等.該區辮狀河向盆地方向巖性變細，砂巖厚度逐漸變薄，砂巖巖性從礫石級至粉砂級，向盆地方向逐漸過渡為曲流河沉積.由于辮狀河道的頻繁改道，相互切割，河漫灘沉積不太發育.該區辮狀河的古流向一般是單向的，砂體呈帶狀分布.

2.2.2 曲流河

研究區泉四段沉積時期曲流河河床亞相巖性主要為中-細砂巖，河道底部常見粗砂巖，發育大型槽狀交錯層理、楔狀交錯層理、板狀交錯層理及平行層理等，底部具明顯的沖刷界面，曲流河砂體平面上分布形態多呈彎曲的帶狀.曲流河堤岸亞相垂向上常發育在河床沉積的上部，包括天然堤和決口扇2個微相[14]，研究區決口扇巖性以細砂巖與粉砂巖為主，巖性比天然堤較粗，沉積層序具有向上變細的特點，層序底部多具有明顯的侵蝕面，與下覆的河漫沉積呈突變接觸.河漫發育于天然堤的外側，主要為紅色、棕色泥巖夾薄層的平行層理、水流沙紋層理粉-細砂巖.

2.2.3 末端扇

末端扇是曲流河流入不穩定水體形成的扇體[15]，發育于干旱-半干旱沉積環境，研究區末端扇巖性以紅色、灰綠色與棕色泥巖夾細砂巖、粉砂巖為主.末端扇與曲流河相比，平行層理比較發育，且幾何形態與曲流河不同，曲流河的古流向一般是單向的，而發育于末端扇上的古水流呈扇形發散，砂體形態呈扇形或朵狀.

2.2.3.1 近端亞相

近端亞相位于曲流河大量分叉處，主要由補給河道和河道間組成，碎屑顆粒粒度是末端扇沉積體系中最粗的.研究區補給河道通常由數個單河道疊置組成(見圖2，其中φ為粒度中值，φ=-lg(2D)，D為粒徑)，巖性主要是中-粗砂巖，分選性一般較差，泥質含量高，粒度曲線多為三段式，發育大型槽狀交錯層理含礫中粗砂巖、中小型交錯層理粉細砂巖、平行層理粉細砂巖和粉砂巖.

圖2 松遼盆地南部泉四段坨24井末端扇近端亞相沉積層序

2.2.3.2 中部亞相

中部亞相是末端扇砂體的主要發育部位，砂巖含量高，沉積微相包括分流河道、河道漫溢及泥灘，河道漫溢又分為近河道漫溢與遠河道漫溢[15].研究區末端扇中部亞相分河道顯示較好的向上變細的層序，粒度曲線為兩段式，缺乏滾動總體，平行層理比較發育(見圖3).河道漫溢微相為洪水期分流河道水流溢出形成的沉積物，多以薄層的粉砂巖和細砂巖組成，泥質含量較高，內部多發育平行層理和波紋層理.泥灘主要發育在中部亞相分流河道之間，表現為棕色、灰綠色泥巖夾平行層理或水流沙紋層理泥質粉砂巖、粉砂質泥巖.

2.2.3.3 遠端盆地

遠端盆地位于中部亞相的前方，研究區泉四段遠端盆地亞相沉積巖性主要為灰綠色、淺棕色泥巖夾薄層的泥質粉砂巖及粉砂質泥巖，水平層理比較發育.

3 沉積相分布特征

松遼盆地南部泉四段沉積時期氣候干燥，主要表現為強氧化—弱氧化沉積環境.通過巖心觀察、砂體分布形態及綜合地質研究，認為研究區主要發育河流—末端扇沉積體系，河流相主要為辮狀河與曲流河，辮狀河分布在盆地邊緣地區，向盆地方向逐漸演化為曲流河沉積.辮狀河沉積河道寬而淺、彎曲度小，平面上，河道橫向不穩定，頻繁遷移，辮狀河沉積砂體展布范圍寬，形成大面積分布的復合儲集體.曲流河平面上呈條帶狀分布，彎曲度比較大，其上游多為辮狀河流，下游向末端扇沉積過渡.

圖3 松遼盆地南部泉四段塔7井末端扇中部亞相沉積層序

末端扇處于干旱—半干旱環境下的河流末端，水流強度不大，沉積物大多暴露在地表，部分處于湖水面以下的遠源溢岸沉積，由于受到不同程度的氧化作用，該區末端扇沉積物多以細粒砂巖沉積為主，砂巖顏色以淺棕色為主，泥巖沉積多為淺棕色、灰綠色，缺乏暗色泥巖沉積物.

松遼盆地南部泉四段沉積時期總的沉積特征表現為辮狀河、曲流河與末端扇分流河道大面積發育且相互切割、疊加，河流相沉積砂體基本呈帶狀展布，末端扇沉積砂體呈扇狀分布.根據研究區砂巖等厚圖、砂地比等值線圖等綜合分析,研究區泉四段發育5個主要的物源和7條主要的水系[11]，形成“滿盆含砂”的沉積模式(見圖4).該區泉四段辮狀河道與曲流河非常發育，沿物源方向，單層河道砂體有變薄變細的趨勢.末端扇沉積分流河道砂體非常發育，向盆地方向，單層分流河道砂體厚度逐漸減薄，砂巖巖性逐漸變細.

圖4 松遼盆地南部泉四段沉積相平面分布

4 結論

(1)松遼盆地南部泉四段沉積時期，氣候比較干燥，全區沒有統一的匯水中心.大部分地區泥巖為紫紅色或棕紅色,為強氧化沉積環境，反映陸上沉積環境；局部地區以灰綠色為主或灰綠色、灰色交互發育，為弱還原—弱氧化沉積環境，反映不穩定水體的特征；盆地局部地區灰色與灰黑色泥巖發育,為強還原沉積環境，反映穩定水體的特征.

(2)松遼盆地南部泉四段沉積時期主要發育河流—末端扇沉積體系，靠近盆地邊緣地帶發育辮狀河，向盆地方向逐漸過渡為曲流河.隨著向盆地方向地形坡度逐漸變緩，曲流河末端流量消減，河道呈分散狀大量分叉，砂體厚度變薄，砂體形態變為扇形，形成末端扇沉積.研究區泉四段發育5個主要的物源和7條主要的水系，形成了“滿盆含砂”的沉積模式.

(3)研究區末端扇沉積分為近端亞相、中部亞相和遠端盆地.近端亞相沉積微相包括補給河道與河道間，中部亞相沉積微相包括分流河道、河道漫溢與泥灘.末端扇沉積層序與曲流河難以區分，但末端扇平行層理非常發育，且末端扇平面幾何形態與曲流河不同，曲流河的古流向一般是單向的，而末端扇古水流呈扇形發散，砂體形態呈扇形或朵狀.