渤中凹陷西次凹沙一段古地貌對沉積體系分布的控制

劉 睿,汪 晶,周曉光

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

渤中凹陷西次凹沙一段古地貌對沉積體系分布的控制

劉 睿,汪 晶,周曉光

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

針對渤中凹陷西次凹少井、沉積相變化大等地質(zhì)特征，基于恢復的古地貌形態(tài)，討論了該區(qū)沙一段沉積期的古地貌特征及其控制沉積的差異性。綜合分析地震、鉆井、巖心及薄片等資料表明，渤中凹陷西次凹沙一段古地貌可劃分為單斷陡坡、斷階緩坡、中央凸起和局部洼甸4種微地貌，微地貌控制了不同類型沉積體系的發(fā)育及展布：單斷陡坡主要控制近緣扇三角洲的形成和分布；斷階緩坡主要控制辮狀河三角洲的形成和分布；中央凸起控制混積灘的形成和分布；局部洼甸則主要控制了湖相泥巖的發(fā)育展布。

渤中凹陷西次凹；沙一段；古地貌；控制作用

渤海灣盆地是我國最重要的含油氣盆地，以往渤海海域古近系勘探一直沒有獲得大的突破，關鍵原因之一是儲層預測困難[1]。經(jīng)過近幾年的勘探實踐，特別是石臼坨凸起南部陡坡帶曹妃甸6-4大油田的發(fā)現(xiàn)，逐步認識到精細的古地貌分析對準確預測中深部儲集層起到的關鍵作用。古地貌對沉積體系控制作用的研究目前已經(jīng)非常深入，逐漸成為開展沉積體系研究和儲層預測工作必不可少的手段。古地貌研究不僅可以揭示物源區(qū)和沉積區(qū)的空間配置關系，還可以揭示沉積物的搬運方式，進而預測富砂沉積體系的分布和儲集砂體的類型[2-13]。

由于渤中凹陷西次凹地震資料品質(zhì)較差，探井較少，目前有關該區(qū)古地貌分析及其對沉積控制作用的研究很少且不夠詳細。筆者選取渤中凹陷西次凹沙一段為研究對象，基于研究區(qū)已鉆井、地震、巖心及薄片等資料，運用新三維資料及解釋成果，恢復沙一段古地貌結(jié)構，將沉積體系與古地貌進行疊合，明確二者時空配置關系，以直觀揭示該區(qū)古地貌對沉積體系分布的控制作用，建立了該區(qū)沙一段時期的沉積模式，為該區(qū)下一步尋找有利儲層和油氣分布奠定了基礎。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤中凹陷位于渤海灣盆地中心，它是渤海海域面積最大的凹陷，東鄰郯廬斷裂帶東支斷層，西邊緣連接沙壘田凸起和沙南凹陷，北鄰石臼坨凸起，南接渤南低凸起。渤中凹陷基底較平緩，其中包含三個次凹。渤中凹陷西次凹指的是渤中凹陷以西，受石臼坨凸起和沙壘田凸起所夾持的區(qū)域(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置

渤中凹陷西次凹古近系自下而上發(fā)育了孔店組、沙河街組及東營組，其中沙河街組可進一步劃分為沙一段～沙四段4段，古近系沙一段為西次凹的重要勘探層系。目前的勘探成果表明，該區(qū)沙一段沉積期主要受東北部石臼坨凸起及西南部沙壘田凸起雙物源供給影響。根據(jù)已鉆井巖塊統(tǒng)計及地震特征類比等分析表明，石臼坨凸起母巖以中生界火成巖為主，沙壘田凸起母巖主要以前寒武系花崗巖為主，這兩種母巖都有利于形成扇三角洲等相對粗粒碎屑沉積，而沙壘田凸起東北緣小范圍的奧陶系碳酸鹽巖母巖則更有利于形成辮狀河三角洲及碳酸鹽巖等細粒沉積。這種宏觀的物源條件決定了研究區(qū)沙一段沉積期的沉積相類型主要以扇三角洲、辮狀河三角洲沉積為主，局部發(fā)育含生物碎屑的混積灘(圖2)。

圖2 渤中凹陷西次凹古近系沙一段沉積體系展布

2 古地貌分析

古地貌需要通過地層的真實沉積厚度來反映，但由于研究區(qū)整體抬升、剝蝕厚度和地層壓實量難以準確恢復，故筆者采用層拉平法，運用渤中凹陷西次凹沙一段沉積地層厚度近似反映這套地層沉積前的古地貌(圖3)。由于沙一段處于渤海古近系斷陷湖盆初始發(fā)育期，同沉積構造活動的差異導致西次凹形成了不同的微古地貌單元，在古地貌三維立體顯示圖中微古地貌表現(xiàn)的更為明顯。

圖3 渤中凹陷西次凹古近系沙一段古地貌

總體上看，渤中西次凹可劃分為4個微古地貌單元：單斷陡坡、斷階緩坡、中央凸起和局部洼甸。局部洼甸又可分隔為石南小次洼、沙東北小次洼和曹妃甸小次洼。石南小次洼規(guī)模最大，曹妃甸小次洼規(guī)模次之，沙東北小次洼最小。單斷陡坡按構造位置的不同又分為北部陡坡和西南陡坡;北部陡坡以控凹斷裂與石臼坨凸起相接，地形坡度陡，斷層上下盤地層厚度變化大，向南過渡為石南小次洼；西南陡坡寬度較小，以控凹斷裂與沙壘田凸起相接，向北過渡為曹妃甸小次洼。南部斷階緩坡較為寬闊，坡度較緩，厚度變化梯度較小。這種獨特的微古地貌結(jié)構及空間配置控制了該區(qū)沉積體系的分布，進而控制了有利儲層的發(fā)育。

3 古地貌對沉積的控制作用

由于可容納空間與沉積物供給量比值的變化，同一時期不同地貌單元內(nèi)發(fā)生沉積物的體積分配作用和相分異作用，導致沉積物的相類型發(fā)生變化，即古地貌控制沉積體系的平面展布[14]。筆者通過將西次凹沙一段古地貌與沉積體系進行疊合(圖4)認識到，古地貌是控制西次凹沙一段沉積的主導因素，沙一段沉積體系的展布明顯受微古地貌的控制。

圖4 渤中凹陷西次凹沙一段沉積體系與古地貌疊合圖

3.1 單斷陡坡控制近緣扇三角洲發(fā)育

單斷陡坡主要分布在石臼坨凸起南側(cè)，沙壘田凸起西北也有小范圍分布。該類型微地貌主要是由形成時間早、活動時間長、規(guī)模大的基底控凹邊界斷裂構造活動所導致。強烈的斷裂活動不但形成了斷面陡、落差大的單斷陡坡地貌，同時導致了斷層下降盤在斷面處可容納空間最大[15]。斷裂上升盤的石臼坨凸起和沙壘田凸起長期暴露遭受風化剝蝕，作為物源補給區(qū)形成大量碎屑物質(zhì)，受單斷陡坡的影響，凸起上的水系攜帶大量碎屑物快速搬運，在陡坡坡腳及附近快速堆積，形成近緣扇三角洲沉積體系。從過XCW1井的剖面來看(圖5)，在邊界斷裂的下降盤發(fā)育的近緣扇三角洲地震特征明顯，主要表現(xiàn)為中強振幅楔形前積反射結(jié)構;靠近斷層根部地震反射特征表現(xiàn)為因快速堆積形成的雜亂反射，沉積厚度向小次洼方向減薄。從鉆井上看，巖性主要以含礫細砂巖、細砂巖為主，自然伽馬齒化特征明顯，自然電位幅度中等，主要表現(xiàn)為箱形或漏斗形，垂向表現(xiàn)為多個向上的正旋回特點，為扇三角洲水下分流河道的典型特征。該井取心段巖心顯示為含礫細砂巖，礫石混雜，無定向雜亂堆積，分選差，礫石呈次棱角-次圓狀，顆粒大小不等，粒徑3～38 mm，表明近緣扇三角洲快速堆積的特點。平面上，近緣扇三角洲沉積體呈扇形，隨著陡坡向湖盆推進，三角洲朵體規(guī)模逐步擴展，雖然沉積扇體延伸不遠，但橫向發(fā)育規(guī)模較廣。石臼坨凸起南側(cè)單斷陡坡控制的近緣扇三角洲沉積體發(fā)育規(guī)模約40 km2，沙壘田凸起西北側(cè)單斷陡坡控制的近緣扇三角洲沉積體發(fā)育規(guī)模約17 km2。

圖5 渤中凹陷西次凹沙一段近緣扇三角洲特征

3.2 斷階緩坡控制辮狀河三角洲發(fā)育

斷階緩坡發(fā)育在沙壘田凸起東側(cè)，緩坡背景上發(fā)育階梯狀分布的二、三級次級斷裂。該類型微古地貌沉積可容納空間相對較小，沙壘田凸起提供物源的辮狀河三角洲沿緩坡向次洼推進;階梯狀分布的次級斷裂為辮狀河三角洲的推進增加了動力，使沉積物可沿緩坡向下搬運一定的距離，從而形成緩坡背景下的辮狀河三角洲體系。從順物源的地震剖面(圖6)看，斷階緩坡發(fā)育的辮狀河三角洲地震反射特征表現(xiàn)為高頻弱振幅斷續(xù)反射、見角度較平緩的前積特征。平面上，受斷階緩坡控制的辮狀河三角洲延伸距離遠，但橫向范圍小，總體呈狹長條帶型，發(fā)育規(guī)模約7.5 km2，厚度相對較薄。

3.3 中央凸起控制混積灘(陸源碎屑與含生物碎屑碳酸鹽巖混合)發(fā)育

中央凸起分布在渤中凹陷西次凹中部，是由于長期剝蝕作用在基底上形成的古臺地。在沙一段沉積早期，中央凸起區(qū)一直暴露于水面之上，此時該區(qū)并不接受沉積。當沙一段湖侵最大期時，才在該區(qū)發(fā)生沉積作用。此時由南部沙壘田凸起發(fā)育的辮狀河三角洲沿斷階緩坡向前推進，越過盆內(nèi)沙東北小次洼，一直推進到中央凸起區(qū)。臺地上的辮狀河三角洲陸源碎屑受石南小次洼波浪不斷的淘洗改造，在合適的水深及水動力條件下，形成了小型混積灘。從過XCW2井的剖面來看(圖7)，該套混積灘地震反射表現(xiàn)為低頻連續(xù)中強振幅特征，剖面上呈丘狀，巖性上以灰色含鈣-鈣質(zhì)砂巖、中砂巖夾少量含生物碎屑灰?guī)r、灰質(zhì)云巖為主。薄片分析表明，砂巖砂質(zhì)結(jié)構以細粒巖屑長石砂巖為主，分選相對較好，表明經(jīng)歷一定的搬運，含鈣、生屑及鮞粒等。灰質(zhì)云巖及灰?guī)r中的生物碎屑主要為螺化石及少量介形蟲，鏡下可見鮞粒均勻分布，且較為完整，主要見正常鮞、表鮞；部分鮞粒變形，鮞核被溶蝕，鮞粒核心可見陸屑石英顆粒、生物碎片等(圖8)。該套混積灘為辮狀河三角洲伴生的近物源沉積，垂向厚度小，平面分布局限，其規(guī)模受中央凸起微古地貌的嚴格控制，展布面積約6.5 km2。

圖6 渤中凹陷西次凹沙一段辮狀河三角洲地震特征

圖8 混積灘鏡下薄片特征

4 沉積模式

根據(jù)沙一段沉積期研究區(qū)存在的4種微古地貌單元，筆者提出了該區(qū)古地貌背景條件下的沉積模式(圖9)。研究區(qū)沙壘田西北及石臼坨南側(cè)單斷陡坡，由于構造活動強烈，物源供給相對充足，斷層下降盤可容納空間大，形成快速堆積的巖性粗而雜的近緣扇三角洲沉積，扇體推進距離小，平面上呈扇形、朵形；而在沙壘田東北側(cè)斷階緩坡斷裂活動相對較弱，地形相對平緩，發(fā)育長距離搬運、平面呈條帶狀的辮狀河三角洲沉積；中央凸起距物源區(qū)相對較遠，斷階緩坡發(fā)育的辮狀河三角洲碎屑推進至東部中央凸起平臺區(qū)后，受石南小次洼的波浪淘洗改造及其他多種因素共同影響，形成以陸源碎屑為主夾雜含生物碎屑碳酸鹽巖的混積灘。

5 結(jié)論

渤中凹陷西次凹沙一段主要發(fā)育近緣扇三角洲、辮狀河三角洲、含生物碎屑的混積灘及湖泊相4種沉積體系類型；古地貌可識別出單斷陡坡、斷階緩坡、中央凸起和局部洼甸4種微古地貌單元。微古地貌明顯控制不同沉積體系的發(fā)育及展布：單斷陡坡主要控制近緣扇三角洲的形成和分布，石臼坨凸起南側(cè)單斷陡坡控制的近緣扇三角洲沉積體發(fā)育規(guī)模約40 km2，沙壘田凸起西北側(cè)單斷陡坡控制的近緣扇三角洲沉積體發(fā)育規(guī)模約17 km2；斷階緩坡主要控制辮狀河三角洲的形成和分布，受斷階緩坡控制辮狀河三角洲延伸較遠，其發(fā)育規(guī)模約7.5 km2，厚度相對較薄；中央凸起控制混積灘的形成和分布，混積灘的發(fā)育規(guī)模受中央凸起微古地貌的嚴格控制，平面分布局限，展布面積約6.5 km2；局部洼甸則主要控制了湖相泥巖的發(fā)育展布。

圖9 渤中凹陷西次凹沉積模式

[1] 徐長貴，賴維成，薛永安，等.古地貌分析在渤海古近系儲集層預測中的應用[J].石油勘探與開發(fā)，2004，31(5):53-56.

[2] 林暢松，鄭和榮，任建業(yè)，等.渤海灣盆地東營、沾化凹陷早第三紀同沉積斷裂作用對沉積充填的控制[J].中國科學(D輯)，2003，33(11):1025-1036.

[3] 鄧宏文，王紅亮，王敦則.古地貌對陸相裂谷盆地層序充填特征的控制——以渤中凹陷西斜坡區(qū)下第三系為例[J].石油與天然氣地質(zhì)，2001，22(4):293-303.

[4] 杜文波，朱紅濤，楊香華，等.渤海灣盆地QHD29-2區(qū)塊東營組東三段沉積與構造-古地貌的響應[J].海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，2011，31(6):48-54.

[5] 邢鳳存，陸永潮，劉傳虎，等.車排子地區(qū)構造-古地貌特征及其控砂機制[J].石油與天然氣地質(zhì)，2008，29(1):78-83.

[6] 李桂范，李建平，王根照，等.渤中坳陷青東凹陷古近系沙三下亞段構造-古地貌對沉積的控制[J].石油與天然氣地質(zhì)，2009，30(4):425-430.

[7] 劉軍鍔，簡曉玲，康波，等.東營凹陷東營三角洲沙三段中亞段古地貌特征及其對沉積的控制[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(1):20-23.

[8] 辛云路，任建業(yè)，李建平，等.構造-古地貌對沉積的控制作用——以渤海南部萊州灣凹陷沙三段為例[J].石油勘探與開發(fā)，2013，40(3):302-308.

[9] 汪晶，王華，陳思，等.酒泉盆地青西凹陷鴨西地區(qū)古地貌對沉積體系空間展布的控制作用[J].海洋地質(zhì)前沿，2012，28(3):25-32.

[10] 耳闖，牛嘉玉，顧家裕，等.遼河坳陷雙臺子構造帶沙三段沉積相展布特征與沉積主控因素[J].沉積學報，2013，31(6):1105-1112.

[11] 向淑敏，李建平，王根照，等.青東凹陷古近系沙三段中亞段構造-古地貌對沉積的控制[J].大慶石油學院學報，2010，34(1):1-4.

[12] 孫永河，漆家福，呂延防，等.渤中拗陷斷裂構造特征及其對油氣的控制[J].石油學報，2008，29(5) : 669-675.

[13] 王延章，宋國奇，王新征，等.古地貌對不同類型灘壩沉積的控制作用——以東營凹陷東部南坡地區(qū)為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(4):13-16.

[14] 何云龍，解習農(nóng)，李俊良，等.瓊東南盆地陸坡體系發(fā)育特征及其控制因素[J].地質(zhì)科技情報，2010，29(2):118-123.

[15] 姜華，王華，肖軍，等.應用古地貌分析方法進行有利區(qū)帶預測——以瓊東南盆地②號斷裂帶為例[J].石油勘探與開發(fā)，2009，36(4):436-441.

編輯：趙川喜

1673-8217(2017)01-0017-05

2016-08-04

劉睿，工程師，1986年生，2012年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(武漢)，主要從事沉積儲層預測方面研究。

TE111.3

A