渤海灣盆地沾化凹陷沙河街組沙四段沉積相分析及烴源巖評(píng)價(jià)-以渤南洼陷羅家鼻狀構(gòu)造北翼為例

蓋云飛，欒紀(jì)昊

（西北大學(xué)地質(zhì)系，陜西西安 710069）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷渤南洼陷位于羅家鼻狀構(gòu)造北翼而沾化凹陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷東部，南以濱縣凸起、陳家莊凸起、墾東青坨子凸起為界，西與惠民凹陷相連，北與義和莊凸起、埕子口凸起毗鄰，向東與黃河口凹陷相接。沾化凹陷自西向東依次沉積了四扣洼陷、渤南洼陷、孤南洼陷和孤北洼陷。渤南洼陷在埕南大斷層和孤西斷層控制下形成了數(shù)條斷裂帶[1]。

2 沉積相分析

2.1 研究區(qū)重點(diǎn)井沉積相分析

對(duì)研究區(qū)重點(diǎn)井巖心研究發(fā)現(xiàn)，第一段沙四段儲(chǔ)層主要為不等粒砂巖及細(xì)砂巖，自然伽瑪呈箱狀，齒化較重，深側(cè)向電阻率呈齒狀低阻[2-4]。粒度直方圖多為單峰式，少數(shù)深度為雙峰式，多數(shù)樣品以中-細(xì)粒粒級(jí)為主，個(gè)別深度以粉砂級(jí)為主，概率累計(jì)曲線為兩段式或弧形，顯示砂巖顆粒分選差，與現(xiàn)代河道砂的概率累計(jì)曲線相似。

從巖心上看，砂體顯示上細(xì)下粗的韻律特征，砂泥之間一般呈突變接觸關(guān)系[5]。常見壓扁層理和水平層理。局部見斜層理和槽狀交錯(cuò)紋層，顯示弱牽引流水流體系特征。底部沖刷特征明顯。在井深3 696.7 m 見到了大塊的黃鐵礦沉積物，從產(chǎn)狀上看，黃鐵礦被砂泥巖包圍，表明其仍從物源區(qū)來(lái)，不是在沉積過(guò)程中因其環(huán)境為強(qiáng)還原性含硫流體沉淀而成。

第二段取心儲(chǔ)層主要為細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖及粉砂巖，自然伽瑪曲線呈指狀，深側(cè)向電阻率曲線呈齒狀低阻，粒度直方圖都為單峰式，以中-細(xì)粒粒級(jí)為主，只有個(gè)別深度為粉砂級(jí)，概率值累計(jì)曲線都為二段式或弧形，顆粒為懸浮組分和跳躍組分。從巖心或電性特征上看，砂體總體顯示為由細(xì)到粗再到細(xì)的韻律變化過(guò)程。砂泥之間同樣顯示為突變接觸關(guān)系，常見壓扁層理和水平層理，泥質(zhì)順層分布。較粗的砂巖中常見泥質(zhì)團(tuán)塊分布，應(yīng)為底部沖刷特征[6]。在井深3 790.5 m 見油浸粉砂巖呈契狀插入泥質(zhì)粉砂巖中（可能為蟲孔痕跡也可能是泥裂），顯示淺水沉積環(huán)境。

以上電性特征、巖性特征、物性特征和沉積構(gòu)造特征表明，沙四上取心井段應(yīng)屬于扇三角洲前緣沉積[7-9]。根據(jù)研究區(qū)沙四段巖性組合特征、電性特征、巖石物性特征，結(jié)合扇三角洲沉積相模式，研究區(qū)沙四上沉積可劃分出扇三角洲前緣和前扇三角洲兩個(gè)沉積相，扇三角洲前緣相又可分為水下分流河道、河道間這幾個(gè)微相（見圖1）。

圖1 Y1 井沙四上亞段沉積相劃分

2.2 沙四上物源分析

渤南洼陷沙四上沉積物源主要來(lái)自以下幾個(gè)方向。（1）南部物源，主要來(lái)自于陳家莊凸起。（2）東部物源，主要來(lái)自于孤島凸起。（3）北部物源，來(lái)自于埕東凸起。（4）西部物源，來(lái)自于義和莊凸起。本井位于洼陷中部較深部位，沙四上物源來(lái)自哪里存在分岐。

從Y1 井、Y2 井和Y3 井沙四上亞段砂巖的粒度變化上看，位于北部近源的Y3 井都為礫巖，而位于扇三角洲前緣亞相的Y1 井、Y2 井主要為含礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖為主。顯示沙四上沉積物來(lái)自于埕東凸起。

從XB1 井-Y1 井-Y2 井-Y3 井-Y4 井紅層頂層拉平地震剖面看，沙四下沉積時(shí)期，埕東凸起到本井之間地勢(shì)比較平坦。而沙四上則于構(gòu)造變形轉(zhuǎn)換時(shí)期，其間沒有大的溝壑阻止埕東凸起的風(fēng)化產(chǎn)物向研究區(qū)運(yùn)移[10-12]。

渤南洼陷古近系沉積物都來(lái)自四周凸起，搬運(yùn)距離不是十分遙遠(yuǎn)，活動(dòng)元素Na、K、Al、Ca 等在搬運(yùn)過(guò)程中的含量變化不可能很大。渤南洼陷古近系沉降、沉積速度都很大，其沉積成巖過(guò)程基本一致，造成的活動(dòng)元素變化也相對(duì)統(tǒng)一。因此渤南洼陷沉積物元素的含量變化主要與物源區(qū)被風(fēng)化物質(zhì)元素含量的大小有密切的關(guān)系。在肯定物源區(qū)物質(zhì)含量差別的情況下可以用元素含量變化來(lái)進(jìn)行物源分析。

在評(píng)價(jià)過(guò)程中，選取了Y2、L1 井等13 口井28 個(gè)深度的沙四段及以下地層ICP-AES 分析數(shù)據(jù)（見表1）用北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化做蛛網(wǎng)圖。

從北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中可以看出，來(lái)自不同物源區(qū)所形成的蛛網(wǎng)圖形態(tài)不相同。Y1 井與Y2 井的北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖形態(tài)相似，表現(xiàn)為Na 相對(duì)虧損，Ni 相對(duì)富集（見圖2a）。Y4 與Y5 井的北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)為Na 相對(duì)富集，K 相對(duì)虧損，Ni 并不表現(xiàn)為明顯異常，而是Ca、Sr 表現(xiàn)為明顯的弱正異常（見圖2b）。L1 井沙四段的北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)為Ca、Sr 較強(qiáng)的正異常，K 為明顯的負(fù)異常，Na、Al 相對(duì)虧損（見圖2e）。Y6 井的北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上，Na 沒有異常，Ca、Sr 既有正異常，也有負(fù)異常（見圖2c、d）。從BG1 和NG1 井的北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上看，不同層位的蛛網(wǎng)圖形態(tài)明顯相同（見圖2f、g、h）。

表1 ICP-AES 分析數(shù)據(jù)

表1 ICP-AES 分析數(shù)據(jù)（續(xù)表）

因此，研究區(qū)與Y2 井沙四上應(yīng)是同一物源，與Y4、Y5 不是同一物源。從這些井的位置關(guān)系看，研究區(qū)和Y2 井沙四上沉積物應(yīng)來(lái)自于埕東凸起，Y4、Y5 井來(lái)自于孤島凸起，L1 井則來(lái)自于陳家莊凸起。Y6 井有可能既有埕東凸起的物源，又有孤島凸起的物源（見圖3）。

研究認(rèn)為，渤南洼陷沙四上亞段[13]，孤西凸起的物源富含變質(zhì)巖巖屑成分，埕東凸起物源相對(duì)富集巖漿巖巖屑成分，陳家莊凸起物源富含沉積巖巖屑成分，因此認(rèn)為Y4、Y5 井沙四上亞段沉積物來(lái)自于埕東凸起。但由于埕東物源所統(tǒng)計(jì)的點(diǎn)較少，且孤西物源所覆蓋的區(qū)域包含了埕東物源區(qū)。所以，在目前的統(tǒng)計(jì)情況下，渤南洼陷沙四上亞段巖屑類型三角圖并不能有效區(qū)分埕東物源與孤西物源。而本文所用地球化學(xué)方法則能看出兩者的明顯差別。

2.3 沙四上儲(chǔ)層物性變化特征

研究區(qū)屬埕南陡坡帶扇三角洲前緣亞相，巖性組合為泥質(zhì)巖類與砂質(zhì)巖類不等厚互層，電阻率值一般都小于20 Ω·m。對(duì)于單層厚度大于2 m 的儲(chǔ)層，它們的測(cè)井孔隙度都介于4 %～16 %，屬于特低孔～低孔儲(chǔ)層。說(shuō)明該扇三角洲中同相帶的儲(chǔ)層物性比較近似。

Y1 井不在這一扇三角洲中，但巖性組合相似，電阻率值一般也小于20 Ω·m，其實(shí)測(cè)孔隙度為4 %～25 %（見圖4），平均值為11.5 %，屬于超低孔～低孔儲(chǔ)層。

盡管Y1 井不在這一扇體中，但其在沙四上與其他研究區(qū)重點(diǎn)井所處的沉積環(huán)境相似，儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間大小也相近。而北部的Y3 井距物源較近，其儲(chǔ)層巖性多為礫巖，電阻率值一般為20 Ω·m～40 Ω·m（見圖5）。常規(guī)孔隙度一般為1 %～5 %。其儲(chǔ)層物性要差于Y1 和Y2 井。

由此可見，無(wú)論是埕南陡坡帶扇三角洲還是孤島凸起西扇三角洲[14-16]，扇三角洲前緣的儲(chǔ)層物性要大于近源砂礫巖儲(chǔ)層的物性，但其孔隙度都大于1 %，仍屬于有效儲(chǔ)層的范圍。

3 烴源巖評(píng)價(jià)

沙河街組沙四段上層上部發(fā)育一套灰色含膏泥巖、石膏質(zhì)泥巖與深灰色泥巖呈不等厚互層，下部為灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖，灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰色，綠灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，紫紅色泥巖呈不等厚互層。

沙四段下層以灰色、紫紅色泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，夾灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，與沙四上以灰色、深灰色為主的顏色截然不同。

3.1 沙河街組沙四段烴源巖評(píng)價(jià)

巖石熱解分析的Tmax 值位于377 ℃～446 ℃，平均426 ℃，表明沙四段暗色泥巖處于成熟階段；降解潛率D 為5.83 %～32.44 %，平均為16.2 %，氫指數(shù)HI 為70.26 mg 烴/gTOC～390.9 mg 烴/gTOC，平均227.91 mg烴/gTOC，評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為III 型（腐殖型）；恢復(fù)后的總烴量St 為0.14 mg/g～3.02 mg/g，有效碳PC：0.01 %～0.25%，平均為0.06%，生烴潛量Pg：0.17 mg/g～2.75 mg/g，平均為0.76 mg/g，有機(jī)質(zhì)豐度低，評(píng)價(jià)為一般的烴源巖（見圖6）。

圖5 Y1、Y2、Y3 井沙四上亞段巖性、電性、孔隙度對(duì)比圖

圖6 地化分析數(shù)據(jù)解釋圖版

而從研究區(qū)其他重點(diǎn)井的巖石熱解數(shù)據(jù)也表明，沙四上亞段暗色泥巖都為成熟烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅲ型，有機(jī)質(zhì)豐度中等，為中等烴源巖。從實(shí)鉆和地震資料上看，沙四上亞段烴源巖主要為深灰色、灰色泥巖，具有一定的分布范圍，厚度從十幾米到上百米不等，以B1 井、B2 井、B3 井處最大。由此可見，沙四段暗色泥巖具有一定的生烴能力。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)沉積相分析，砂體顯示上細(xì)下粗的韻律特征，沙四上段屬于扇三角洲前緣沉積，物源來(lái)源較廣且研究區(qū)橫向上儲(chǔ)層物性差別不大。沙河街組沙四段為一套巖性主要為深灰色和灰色泥巖，根據(jù)熱解實(shí)驗(yàn)分析烴源巖Tmax 顯示處于成熟階段，TOC 含量較低，生烴潛能一般，應(yīng)為一套腐殖型烴源巖層。

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