張東斷層下降盤沙河街組精細測井微相研究

徐　翰，陳　杰，汪新文中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京100083

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張東斷層下降盤沙河街組精細測井微相研究

徐翰，陳杰，汪新文
中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京100083

摘要：橫穿張東地區的張東斷層嚴重影響斷層上、下盤的沉積、構造演化，因此有必要對張東斷層下降盤地層的沉積特征進行專門研究，建立下降盤沉積演化機制。本文依據粒度、巖性、沉積構造等沉積學特征，綜合測井資料對張東斷層下降盤的沙河街組沙三段、沙二段進行精細測井微相研究。結果表明：沙三段沉積物主要來源于構造高位的埕寧隆起西南部，發育半深湖扇三角洲前緣亞相，分為河口壩、水下分流河道、席狀砂和支流間灣等4種微相，前扇三角洲亞相在某些階段也有發育；沙二段物源仍為埕寧隆起西南部，屬淺、濱湖沉積環境下的三角洲前緣亞相，分為水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂等3種微相。通過分析沙三段、沙二段的沉積相平面展布，認定張東斷層作為物源通道，對進入下降盤的沉積物有明顯控制作用。

關鍵詞：張東斷層；測井；沉積微相

Study on the Fine Logging Microfacies in Shahejie Formation of Zhangdong Fault Footwall

XU Han，CHEN Jie，WANG Xin-wen
School of Earth Sciences and Recourses/China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Abstracts: Zhangdong fault across Zhangdong district influences on the sedimentary and structural evolution of fault’s hanging wall and footwall significantly，so it is necessary to conduct a specific research on the sedimentary characteristics of Zhangodng fault footwall to set up a sedimentary evolution model. Based on sedimentological characteristics such as particle size，lithology and sedimentary structures combined with comprehensive analysis of well logs，this paper conducted the research on fine logging microfacies in Shasan and Shaer section. We figured out that Shasan section’s provenance came from a relatively structural pinpoint which located in southwest named Chengning high. Shasan section mainly developed semi-deep lake fan delta front face，which could be further divided into subaqueous distributary channel，channel mouth bar，sheet sand and interdistributary bay；fan prodelta also developed somewhere in Shasan section. Shaer section’s provenance was from southwest Chengning high and belonged to shallow lacustrine delta front which could be further divided into subaqueous distributary channel，channelmouth bar，frontal sheet sand. By analyzing the deposition plane distribution of Shasan and shaer section，Zhangdong fault had been identified as the provenance channel which played a significant role in controlling sediment to enter the fault footwall.

Keywords:Zhangdong fault；logging；sedimentary microfacies

1　概況

張東開發區位于大港油田灘海地區以東海拔-2～0 m的極淺海區域，行政區劃上屬于河北黃驊南排河鎮張巨河村。1993年第一次在張東斷層上升盤附近鉆井試油成功后，證實了區域含油氣性[1]。為了配合油氣勘探開發，前人對張東開發區的油氣地質特征進行了一系列的評價。張東斷層上升盤主要劃分為沙三段、沙二段和沙一段三個小層[2]；沙三段主要發育扇三角洲前緣亞相，可細分為水下分流河道等5個微相；沙二段主要發育三角洲前緣亞相[3]，分為河口壩等4個微相；張東斷層橫貫張東地區，發育于早期基巖斷層之上，斷距大、延伸廣，控制了張東地區的沉積構造演化[4]。然而前人在評價張東開發區時，往往忽略張東斷層對斷層上、下盤地層的不同控制作用，缺乏對張東斷層下降盤沙河街組地層的專門探討。本文以張東斷層為控制邊界，以沉積學、測井地層學為指導，利用巖芯資料及高縱向分辨率測井資料對張東斷層下降盤沙河街組地層進行精細微相的識別、劃分，單井、聯井微相對比，厘定微相平面展布規律，建立張東斷層下降盤沉積演化機制，為后續地質建模及儲層預測提供沉積學依據。

1.1地質概況

張東地區主要發育張東構造，是繼承前期基巖潛山背景發育而成的大型背斜構造，東部為海4井斷層，東北部為歧口凹陷，南鄰埕北斷坡和趙北斷層，西側為南大港斷層，北接歧東斷層（圖1）。

1.2地層

受中生代末期燕山運動的影響，黃驊坳陷在新生代發生構造翻轉而廣泛隆升，前新生代地層遭受剝蝕；始新世末期發生伸展斷陷活動，斷陷、沉降活動強烈，范圍逐漸擴大波及整個張東地區，由此進入湖盆擴展期，導致沙河街組各段逐層超覆在前期地層之上[6]。

沙河街組地層主要可劃分為沙三段、沙二段和沙一段等3段。沙三段：研究區的沙三段厚度200～250 m，地層直接覆蓋在前新生界之上，缺失紀古新-始新世，不整合面上下出現比較明顯的變化，底超頂剝特征明顯，按旋回性自上而下主要發育3個正旋回小層：沙三上、沙三中和沙三下。沙二段：平面上沙二段地層厚度呈東厚西薄、北厚南薄的特點，地層厚度130～280 m，可劃分為沙二上、沙二下兩套小層，與下伏的沙三段地層呈不整合接觸關系。沙一段主要為油頁巖、頁巖等，厚度52 m[7，8]。

表1　張東地區地層巖性、電性特征表Table 1 Stratigraphic lithology and electrical property in Zhangdong district

1.3構造

張東開發區位于黃驊坳陷內，主要發育有繼承前期潛山背景演化而來的大型背斜構造-張東構造。張東構造位于張北斷層的上升盤，在研究區中部為近東西走向的張北斷層一分為二，其中張東斷層下降盤主要是斷鼻構造[8，9]。

北東走向的張東斷層和北北西走向的張北斷層均從研究區穿越，是張巨河構造體系下的主要二級斷層。張東斷層橫穿整個張東地區，規模較大，延伸長度13.42 km，斷距較長，最大水平斷距0.6 km（圖2），應力方向為北北西-南南東向，傾向北北東，屬于張性斷裂[6]。始新世末期以來，兩個斷層相互作用，共同控制了張東開發區沙河街組的沉積構造演化[10]。

張東開發區周圍還發育一系列東西、北東東走向的斷層，如羊二莊斷層、海4井斷層等[7]。

圖2　穿過張東斷層的地震剖面Fig.2　The earthquake profile across Zhangdong fault

2　沉積特征

2.1沙三段沉積特征

據張東斷層下降盤張海6、張海19、張參1-1等鉆井巖芯揭示，沙三下小層主要為粗碎屑巖，過渡到沙三上小層的大段深水相暗色泥巖，說明沙三段處于湖進環境下的正沉積旋回中[11]。

沙三段巖性主要為中礫巖、細礫巖、粗砂巖、中砂巖和泥巖等。中礫巖礫石粒徑4～26 mm，一般4～7 mm，礫石含量在30%以下；細礫巖粒徑1～15 mm，一般為2～4 mm，礫石含量15%～20%。礫石組分主要為石英，其次是長石，少數巖芯可見燧石；礫石顆粒磨圓度、分選性均較差，排列不具有序性，雜基為泥質，孔隙式膠結，膠結程度高，較致密。砂巖粒級較粗，粗砂巖粒徑7～0.5 mm，一般1～0.6 mm，中砂巖粒徑0.5～0.3 mm，石英含量在25%～45%，長石含量19%～49%，巖屑主要為巖漿巖巖屑，含量17%～47%，屬于巖屑質長石砂巖。砂巖中砂礫混雜，成分、結構成熟度均較低，分選性、磨圓度較差，呈孔隙式膠結，泥質含量大，膠結物主要為泥質。

沙三段巖石的成分、結構特征反映沉積物源較近，沉積速率較快，屬于半深湖沉積。根據巖石學特征，研究區砂巖的長石、巖漿巖巖屑含量高，長石、沉積巖巖屑含量低，可認定沉積物源為埕寧隆起西南部出露的高長石、高巖漿巖屑的奧陶系灰巖地層。

2.2沙二段沉積特征

據張東斷層上盤的張海6、張海19、張參1-1等鉆井巖芯揭示，張東開發區沙二段主要發育灰色、灰綠色細礫巖、細砂巖、粉砂巖及灰色互層砂泥巖[11]。

沙二段下層細礫巖粒徑2～14 mm，平均2～4 mm；細砂巖粒徑＜0.25 mm，砂巖石英含量16%～46%，長石21%～49%，巖屑主要為巖漿巖巖屑，含量5%～25%，屬于巖屑質長石砂巖，顆粒分選度中等，磨圓度次棱狀-次圓狀，膠結物常見方解石、白云石等，膠結類型主要為接觸-孔隙式，以點式接觸關系為主。沙二段上層砂巖則以灰褐色細砂巖為主，粉砂巖次之，泥巖較少，局部呈黑色含少量炭質，分選性好，磨圓度中等。依據沙二段砂礫巖的巖石學特征，判斷沉積物源仍然為埕寧隆起西南部的高長石、高巖漿巖屑的奧陶系灰巖地層。

沙二段總體巖性比較穩定，砂巖、泥巖分異良好，但多見泥、砂巖互層現象，巖芯觀察可見滑塌變形構造、砂枕構造、波紋層理等波浪作用的改造特征，張海9井取于2136.65 m、2138.45 m、2140.75 m、2141.45 m處的巖芯分別揭露少量鮞粒灰巖，均指示了研究區在沙二段上層沉積時期位于水動力條件不穩定的的濱岸沉積環境中[12]。

3　測井沉積微相

3.1沙三段沉積微相

3.1.1沉積類型通過對巖芯標本、測井電性特征等綜合分析認為，研究區沙河街組沙三段主要為扇三角洲前緣亞相，沙三中晚期至沙三上早期研究區為前扇三角洲亞相所控制。扇三角洲前緣是張東開發區斷層下降盤發育相對完整的相帶，是從臨近隆起區推進至湖泊等穩定水體的沖積扇。發育扇三角洲的充要條件是存在大地形高差的海、湖岸，因此扇三角洲前緣發育時期研究區沉積環境為背靠山體的半深湖沉積[13]。

研究區扇三角洲前緣自下而上為河口壩、水下分流河道、席狀砂、支流間灣4種微相，巖性主要為中礫巖、細礫巖、巨粒砂巖和細砂巖，變化較大。

3.1.1.1水下分流河道微相入湖后的水上辮狀河道向湖盆方向延伸，稱為水下分流河道，河流受湖水阻擋作用流速降低，所攜帶的各種顆粒物從而發生沉降。水下分流河道砂體的巖性主要為中礫巖、細礫巖、巨粒砂巖，砂礫巖的結構成熟度較低，多富含雜基支撐物，次棱角狀顆粒，分選度、磨圓度均較差。此微相在自然電位測井（SP）中的電特征響應表現為箱型、鐘形曲線，自然伽馬測井（GR）響應特征為高值小幅震蕩。

3.1.1.2河口壩微相研究區的河口壩砂體主要多由灰色、深灰色細砂巖、粉細砂巖、粉砂巖構成的互層韻律；原生沉積構造發育，常見浪成沙紋層理、平行紋理等。河口壩砂體的形成要求相對穩定的河道和較弱的湖水能量，指示了此微相形成時期研究區應處于河口的遠端。自然電位特征曲線多為低槽狀或漏斗型。

3.1.1.3席狀砂微相席狀砂微相發育于扇三角洲前緣的最前端，環繞于河口砂壩外緣，常表現為粉砂巖、泥巖的薄層交互出現。扇三角洲前緣受湖流的改造作用，常見負載構造、滑塌構造形成的變形層理。電測曲線多呈指狀。

3.1.1.4支流間灣微相支流間灣是指位于同一水平面內的兩水下分流河道間的砂體，巖性以粉、細砂巖為主，一般發育于水下凸起上部，形狀受凸起控制，可見水平層理及小波紋層理。自然電位測井曲線顯示小范圍波動的近直線型。

前扇三角洲亞相在研究區也有發育，巖性主要為深灰色、灰色泥巖與粉砂巖互層，具少量正遞變層理，沉積發生于浪基面以下，屬于半深湖沉積。自然電位曲線成低幅平直狀。

3.1.2特征井微相識別以張海19井為例：張海19井位于張東斷層下降盤東段鼻狀構造的低位區，沙三井段3710～4350 m，厚度為640 m，厚度約為上升盤地層厚度的2倍[8]。張東開發區上升盤的沙三段地層明顯表現為上細下粗的正旋回，反映水體不斷加深，其頂底均為不整合面；而張海19井所在的下降盤在地層變厚的同時，更多地表現為粗-細-粗的旋回特征，反映了水深由淺變深再變淺的過程，發育有低位域、水進體系域和高位域，為完整的地層層序，尤為重要的是基準面下降旋回得到較多的保存。巖性主要為灰色、灰白色細礫巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖和深灰色泥巖等。整個沙三段依次發育扇三角洲亞相的河口壩、水下分支水道、席狀砂、支流間灣微相、前扇三角洲亞相和河口壩微相（圖3）。

3.2沙二段沉積微相

3.2.1沉積類型綜合分析沙二段地層巖芯、測井電性特征等認為，張東開發區沙二段屬三角洲前緣亞相，自下而上依次可劃分水下分流河道、河口壩和前緣席狀砂3種微相。

3.2.1.1水下分流河道微相三角洲平原的陸上分支河道向湖內的延伸至水下的部分稱為水下分支河道[13]。在河道延伸入湖的過程中，河道逐漸加寬、分叉增多、河床變淺，導致水流速減小、沉積物堆積速率增大。沙二段為細砂巖、粉砂巖及泥巖等組成的正韻律地層；沉積構造一般為由下而上的大型槽狀交錯層理、小型槽狀交錯層理等。自然電位曲線多為鐘形、箱形或兩者交替出現。

在本次研究中，兩組一次穿刺率無差異，P＞0.05；對照組出現8例滲漏現象，其中4例造影劑外滲造成增強掃描中斷，研究組均順利完成掃描，無造影劑滲漏情況發生（P＜0.05）。由此可見：對CT增強患者采用靜脈留置針能顯著提高一次穿刺成功率，避免其產生造影劑外滲情況，防止對患者血管造成損傷，值得推廣。

3.2.1.2河口壩微相河口壩是三角洲前緣中最具特色的沉積體，由于研究區沙二段水下分流河道發育良好，河口壩發育于水下分流河道的末端，河流注入湖泊時湖水的頂托作用令攜帶的運載物迅速沉降堆積而形成[10]。河口壩主要發育細砂巖、粉砂巖等，常具有反韻律屬性；多個井巖芯有揭露的沉積構造為斜層理、低角度交錯層理和斜波狀交錯層理等。自然電位曲線為漏斗形。

3.2.1.3前緣席狀砂微相河口前緣席狀砂是位于三角洲前緣的水下分流河道在形成河口砂壩后，由波浪和岸流改造而形成，主要受湖泊波浪搬運再沉積作用控制，其特點是砂體分布面積較廣，粒度變細，砂層減薄，沉積構造中主要發育平行層理和低角度斜層理。自然電位曲線常見指狀起伏[14]。

3.2.2特征井微相識別張28x2井：沙二下段依次發育河口壩和水下分流河道微相，屬于反旋回沉積，反映水平面逐漸下降，河口前進；而沙二上為一正旋回沉積，整體表現為河口壩-席狀砂微相組合，反映了水深的增加。水下分流河道微相發育塊狀砂巖，厚度較大；河口壩微相自然電位響應逐漸變強，反韻律明顯，而席狀砂厚度較薄，在伽瑪和電阻率測井曲線表現為中高幅指狀，其上下一般為較厚層的泥巖（圖4）。

圖3　張海19井沙三段單井相分析Fig.3　Singlewellanalysis of Shasansection inLogZhanghai19

圖4　張28x2井沙二段單井相分析Fig.4　Single wellanalysis ofShaersection inLogZhang 28x2

4　微相平面展布與演化

根據區域沉積環境，在層序地層分析[11，12]和井間小層對比[15]的基礎上，根據巖心觀察確定的相標志和單井相分析后，確立不同微相類型的測井響應特征并進行聯井微相標定，也就是將典型取心井的微相分析推廣到非取心井，并利用地震屬性綜合結果[16，17]，以實際的地質特征為約束，以小層為單元對沙三段、沙二段進行微相平面展布研究。

4.1聯井微相標定

張東斷層下降盤現已打井5口，分別為張18-1、張28×2、張參1-1、張海6及張海19，其中張海19井和張28×2井為取芯井。為了將典型取心井的微相分析推廣到非取心井，確定不同井間的微相對應關系，將已標定沉積微相的張海19井與張28×2井作為參照，利用不同微相類型的測井響應特征建立聯井剖面，為研究各段微相平面展布提供依據[18，19]（圖5）。

4.2沙三段微相平面展布

張東開發區沙三下發育的初期為擴展坳陷階段，湖平面上升以及強烈的斷層活動共同促進坳陷內部的次級水域逐漸連通，進而發育了低位體系域的扇三角洲前緣沉積亞相，物源主要來自東南方向。其中，張海16井及以東的斷盤地區發育水下分支水道微相，作為物源通道將沉積碎屑搬運至張海15井區、張海503井區、下降盤張海19井區一線，沉積物逐漸堆積，發育了河口壩微相。張東開發區扇三角洲相在沙三下中期的發育最為強烈，來自東南方向的分流水道不斷向前推進到張海6和張海19井位附近，河道寬度前緣分叉變窄，沉積物堆積形成河口壩。沙三下晚期湖泊逐漸擴張，水深加大，東南物源供給減少，轉變為西南物源為主。分支水道在張海503井區和張海5井區，且較前期明顯變窄，下降盤絕大部分地區發育席狀砂微相（圖6A）。

沙三中期湖泊持續擴張，沉積范圍擴大，發育半深湖-深湖相，下降盤除張海6井區發育席狀砂外，巖性以大段泥巖為主，局部夾薄層砂巖。張東開發區斷層下降盤沉積體依托斷層作為西南部物源的運輸通道，發育了地層層序在垂向上表現為明顯的粗-細-粗旋回沉積。但斷層上升盤則不盡相同，絕大多數井沙三段頂部為一分布穩定的泥巖段，向上由于湖平面下降產生剝蝕，造成張東開發區沙三段頂部較大規模的區域不整合（圖6B）。

沙三上段沉積時期，水位又開始下降，在下降盤張18-1和張28x2井區發育西南方向分支水道砂，而張參1-1和張海19井區發育河口壩，說明在沙三上沉積期的斷層下降盤與斷層上升盤發育有明顯不同。沙三段末期，張東地區發生局部隆升，沙三上部分地層遭受剝蝕，形成不整合面（圖6C）。

圖6　沙三段沉積微相平面圖Fig.6　Sedimentary microfacies of Shasan section

4.3沙二段微相平面展布

張東開發區沙二段屬于三角洲前緣亞相沉積，砂泥巖互層剖面，屬于復合韻律沉積體系，物源方向主要來自西南部地區。沙二下段為一反序韻律沉積體，此時水體由深變淺，三角洲不斷向湖推進[16]。三角洲前緣水下分支水道砂及河口壩在沙二下段時期沿張東斷層斷盤不斷擴展，沉積物經由張東斷層及其分支不斷向下降盤運輸并堆積，反映沙二下段是由下而上的三角洲的沉積演化過程。

沙二下早期，張東斷層下降盤位于三角洲前緣前端，張海19井區發育分支水道微相，張海6井及張18-1、張28x2井區位于水下分流河道外緣，發育河口壩微相，其它區域發育席狀砂微相。沙二下中期，湖平面后退水體逐漸變淺，分支水道向北推進到張海6、張海19及張海18-1、張28x2井區。沙二下段晚期（圖7A），為三角洲發育的鼎盛時期，共發育南北向4條分支水道，下降盤的張海6、張海19及張海18-1、張28x2井區都有水下分支水道微相揭露，可能為沙二下段晚期的物源通道。

圖7　沙二段沉積微相平面圖Fig.7　Sedimentary microfacies of Shaer section

沙二上時期（圖7B）由于湖進作用，水平面上升形成退積三角洲沉積。水下分支水道及河口壩逐漸向南退卻，表現在平面圖上為斷層下降盤砂體自下而上越來越不發育。

5　結論

（1）研究區沙河街組沙三段-沙二段經歷了扇三角洲－三角洲沉積演化過程。根據區域沉積背景，從構造、砂體展布、巖屑百分含量等確定張東斷層下降盤沙三、沙二段的沉積物源為西南部構造高部位的埕寧隆起。

（2）通過對取心井段的巖性、粒度、結構、構造、沉積韻律以及垂向上地層層序發育特征的研究，并結合錄井、測井等綜合分析，劃分出張東開發區單井沉積相及微相類型，并得出沉積相的平面展布規律。確定張東開發區沙三段為扇三角洲前緣沉積，沙二段為三角洲前緣沉積。

（3）沙三段—沙二段沉積形成時研究區處于強烈伸展斷陷期，張東斷層繼承前期基巖斷層分段發育成核，控制了上升盤物源進入下降盤的通道，為埕寧隆起奧陶系物源經由張東斷層進入下降盤提供了有利條件。

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作者簡介：徐翰（1990-），男，博士研究生在讀，主要從事盆地構造分析研究. E-mail:xuhan2219156@126.com

基金項目：中國石油天然氣股份有限公司國家科技重大專項:全球剩余油氣資源研究及油氣資源快速評價技術（2011ZX05028）

收稿日期：2015-07-20修回日期：2015-08-05

中圖法分類號：{P621＋.6}

文獻標識碼：A

文章編號：1000-2324（2016）01-0129-06