劉 暉,王升蘭

[1.中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院,北京 100083; 2.中海石油 (中國)有限公司北京研究中心,北京 100027]

渤海灣盆地東營凹陷勝坨地區(qū)沙四上亞段物源方向?qū)?chǔ)集砂體的控制作用

劉 暉1,王升蘭2

[1.中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院,北京 100083; 2.中海石油 (中國)有限公司北京研究中心,北京 100027]

綜合地震、測錄井及地化分析資料,在古地貌分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)巖屑組合特征、特征元素比值分布模式以及砂礫巖百分含量等參數(shù),對(duì)渤海灣盆地東營凹陷勝坨地區(qū)沙四上亞段物源方向和砂體類型進(jìn)行了分析。沙四上亞段沉積時(shí)期,勝坨地區(qū)存在兩個(gè)不同的物源體系,即坨 94斷層上升盤物源和勝北斷層上升盤物源。在這兩個(gè)物源體系的控制下,主要發(fā)育近岸水下扇、湖底扇、溝道濁積巖等不同類型的砂礫巖體。其中,近岸水下扇主要發(fā)育在陳南斷層下降盤,湖底扇主要發(fā)育坨 94斷層和勝北斷層下降盤,溝道濁積巖發(fā)育在勝北斷層形成的斷槽中。砂礫巖體以辮狀水道和溝道濁積巖儲(chǔ)層物性最好,其主要的儲(chǔ)集空間為裂縫和溶蝕孔隙形成的孔縫復(fù)合系統(tǒng)。因此,辮狀水道成為油氣富集的有利相帶。

物源方向;沉積類型;沙河街組;勝坨地區(qū);東營凹陷;渤海灣盆地

近年來,砂礫巖扇體油氣藏已經(jīng)成為中國東部斷陷盆地巖性油氣藏勘探的重要領(lǐng)域[1,2],如渤海灣盆地已探明油氣儲(chǔ)量中,砂礫巖扇體油氣藏探明儲(chǔ)量約 6×108t,占總探明儲(chǔ)量的 7.63%[3]。沙四上亞段(沙河街組四段上亞段)沉積時(shí)期,東營凹陷勝坨地區(qū)廣泛發(fā)育近岸水下扇、湖底扇等成因類型的砂礫巖扇體[1,2],這些砂礫巖扇體已經(jīng)成為東營凹陷油氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo),因此詳細(xì)分析這些砂礫巖扇體的物源方向、砂體類型及儲(chǔ)層特征,預(yù)測有利的儲(chǔ)集相帶,對(duì)于深化斷陷盆地陡坡帶砂礫巖扇體油藏勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

勝坨地區(qū)位于東營凹陷北部陡坡斷裂構(gòu)造帶中段[4],北靠陳家莊凸起,南接中央斷裂背斜帶,西南為利津洼陷,東南為民豐洼陷,勘探面積230 km2[5](圖 1),自 20世紀(jì) 60年代鉆探以來,累計(jì)石油地質(zhì)儲(chǔ)量為超過 5×108t[6]。分布在東營凹陷中北部的深大斷裂,如陳南斷層、勝北斷層及其派生的次級(jí)斷層是控制凹陷沉積發(fā)育的重要因素[7]。沙河街組四段上亞段,下部主要為灰色礫巖、砂巖夾深灰色、灰褐色泥巖,上部砂礫巖含量減少,主要為灰色、深灰色泥巖夾砂礫巖,局部含油頁巖。該時(shí)期為半干旱-濕熱氣候[8],較有利于母巖的機(jī)械風(fēng)化,可提供充沛的物源,同時(shí)勝坨地區(qū)具有地形高差大[9]、近物源、構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的古地理特征[10],非常有利于砂礫巖扇體的發(fā)育[11～13],這些扇體距油源近,并與湖相沉積呈指狀接觸,可形成多種類型的油氣藏,成為中國東部斷陷盆地巖性油氣藏勘探的重要領(lǐng)域[14,15]。

2 物源體系分析

勝坨地區(qū)北部發(fā)育一級(jí)斷層陳南斷層和二級(jí)斷層勝北斷層、坨 94斷層,勝北斷層和坨 94斷層在平面具有側(cè)列式的組合特征 (圖 1),在斷層相會(huì)的地方形成了斷層調(diào)節(jié)帶,兩條斷層和其之間的斷層調(diào)節(jié)帶控制了勝坨地區(qū)沙四上亞段的沉積物分布和砂體類型。

2.1 古地貌分析

古地形控制了水流的分散方向及沉積物的堆積中心,通過恢復(fù)沉積時(shí)期的古地貌特征,可以分析沉積區(qū)域可能的物源方向。通過對(duì)層拉平地震剖面進(jìn)行對(duì)比研究,可以發(fā)現(xiàn)沙四上亞段沉積時(shí)期,勝北斷層和坨 94斷層下降盤古地貌存在較大差異(圖 2)。勝北斷層下降盤在北部靠近斷層附近的區(qū)域,地層明顯加厚,表現(xiàn)為“凹槽”狀,內(nèi)部地震反射結(jié)構(gòu)具有溝道充填的特征 (圖 2a,b)。因此可以推測,該時(shí)期勝北斷層下降盤受地層翹傾的控制,存在一條近東西向延伸的斷槽,斷槽的西段延伸至勝北斷層和坨 94斷層之間的斷層調(diào)節(jié)帶,而構(gòu)造調(diào)節(jié)帶本身就是水系入湖的主要通道,因此在勝北斷層下降盤有可能存在沿?cái)嗖坌纬傻慕鼥|西向水流。而在坨 94斷層的下降盤地層增厚不明顯,地形較為平坦,不存在類似于勝北斷層下降盤的“溝槽”特征(圖 2c)。

圖 1 東營凹陷勝坨地區(qū)區(qū)域位置及構(gòu)造綱要Fig.1 Map showing regional location and structure outlines of Shengtou area,the Dongying Sag

圖 2 東營凹陷勝坨地區(qū)沙四上亞段地震反射特征Fig.2 Seis mic reflectance signatures of the upper Es4in Shengtuo area,the Dongying Sag

2.2 巖屑類型對(duì)比

巖屑類型組合特征對(duì)比研究表明,勝北斷層上升盤,巖屑類型組合表現(xiàn)為兩種類型,一種為雙峰型,巖屑類型主要是巖漿巖和變質(zhì)巖,兩者含量均較高,沉積巖含量較少,表現(xiàn)為巖漿巖和變質(zhì)巖兩個(gè)峰值;另一種類型為單峰型,巖屑類型主要是變質(zhì)巖,巖漿巖和沉積巖巖屑比較低,表現(xiàn)為變質(zhì)巖高含量的單峰型;這兩種類型的共同點(diǎn)是巖漿巖含量高于沉積巖巖屑。在坨 94斷層上升盤,巖屑類型主要是變質(zhì)巖巖屑,一般含量大于 50%,沉積巖巖屑次之,含量在 10%～40%之間,巖漿巖含量最小,一般小于 10%,表現(xiàn)為變質(zhì)巖高峰的單峰型。

坨 94斷層下降盤,坨 710井區(qū)表現(xiàn)為變質(zhì)巖巖屑含量最高,沉積巖巖屑次之,巖漿巖巖屑最少,與坨 94斷層上升盤巖屑類型組合特征類似,表明坨 94斷層下降盤沉積物直接來源于其上升盤。勝北斷層下降盤東段,坨 73井區(qū)表現(xiàn)為變質(zhì)巖巖屑最高,巖漿巖與沉積巖巖屑較少,并且?guī)r漿巖巖屑高于沉積巖巖屑或與之相近,與上升盤巖屑巖屑組合特征相近,表明其沉積物直接來自勝北斷層上升盤。勝北斷層下降盤西段,坨 761井區(qū)表現(xiàn)為變質(zhì)巖巖屑含量最高,沉積巖巖屑略高于巖漿巖巖屑,總體上與坨 94斷層上升盤的特征相似;而坨 76井,坨 764井巖漿巖巖屑含量高于沉積巖巖屑,具有和勝北斷層上升盤近似的特征,表明勝北斷層下降盤西段沉積物具有混源特征,既有直接來自勝北斷層上升盤的沉積物,又有沿勝北斷層下降盤“斷槽”來自坨 94斷層上升盤的沉積物(圖3)。

2.3 特征元素含量比值

2.3.1 樣品來源及特征元素含量比值的選取

樣品資料來自勝利油田地質(zhì)院用 ICP-AES (電感耦合等離子矩-原子發(fā)射光譜分析)法所測得的 Zn,Co,Ni,Mn,Fe,Mg,V,Al,Sr,Ca,Ba,Na和K等 13種元素的含量,選取勝坨地區(qū) 19口井 111個(gè)樣品的分析化驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)文獻(xiàn)[16]所提供的理論依據(jù)[16],結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況,選取了 Ni/ Co,V/Co,Mg/Mn,Mn/Sr,Ba/Mn,Fe/K,Mg/Ca, Ba/Sr,Al/Mg,Al/Na 10個(gè)特征元素比值作為物源示蹤指標(biāo)。

圖 3 東營凹陷勝坨地區(qū)沙四上亞段巖屑類型組合特征Fig.3 Characteristics of lithic fragment assemblages of the upper Es4in Shengtuo area,the Dongying Sag

2.3.2 特征元素含量比值分布模式

該方法是指通過選取多個(gè)可靠的特征元素含量比值作為物源示蹤指標(biāo),繪制特征元素比值分布模式圖,根據(jù)沉積區(qū)與物源區(qū)特征元素比值分布模式的相似程度,判斷沉積物物源方向。對(duì)取得的樣品分別計(jì)算 Ni/Co,V/Co,Mg/Mn,Mn/Sr, Ba/Mn,Fe/K,Mg/Ca,Al/Na,Ba/Sr,Al/Mg含量比值,繪制每塊樣品的特征元素比值分布模式 (圖4),其特征如下。

1)東部物源特征元素比值分布模式表現(xiàn)為單峰型,Mg/Mn值較高,一般大于 20,最高可到120,其他比值均小于 5;西部物源特征元素比值分布模式表現(xiàn)為弱雙峰型,Mg/Mn相對(duì)較高,一般大于 10但小于 40,Al/Mg值 (5～10)較東部物源有所上升,使模式圖表現(xiàn)為“翹尾”的特征。

2)坨 94斷層下降盤坨 719井等 5口井特征元素比值分布模式總體表現(xiàn)為Mg/Mn值 (10～40)相對(duì)較高,模式圖尾部輕微上翹,與西部物源特征相近。

3)勝北斷層下降盤東段坨 73井區(qū)特征元素比值分布模式總體表現(xiàn)為Mg/Mn高值(大于 20)單峰特征,與東部物源特征相近。

4)勝北斷層下降盤西段,坨 761等 4口井特征元素含量比值分布模式特征表現(xiàn)為Mg/Mn值(15～60)介于西部和東部物源之間,Al/Mg值升高造成模式圖尾部上翹,因此其物源表現(xiàn)為東西混源的特征。

2.4 砂礫巖分布

一個(gè)沉積盆地中,正常沉積作用下沿著水流方向沉積地層中砂礫巖百分含量逐漸降低。因此,利用沉積地層中砂礫巖含量平面變化可判斷物源和古水流方向。根據(jù)砂礫巖百分含量等值線圖(圖 5),勝坨地區(qū)勝北斷層下降盤和坨 94斷層下降盤沙四上亞段段沉積時(shí)期存在多個(gè)物源方向。坨 94斷層下降盤物源主要來自斷層上升盤;勝北斷層下降盤物源主要來自兩個(gè)方向,一個(gè)來自上升盤的南北向物源,一個(gè)是基本上沿?cái)鄬幼呦虻慕鼥|西向物源。

綜合以上多方面的信息,勝坨地區(qū)沙四上亞段沉積時(shí)期,由于坨 94斷層和勝北斷層的控制,進(jìn)入斷層上升盤的沉積物在搬運(yùn)過程中存在多個(gè)物源分散方向 (圖 5),從而使下降盤沉積物具有不同的來源。坨 94斷層下降盤物源簡單,沉積物直接來自于坨 94斷層上升盤。勝北斷層下降盤東段沉積物直接來自勝北斷層上升盤,物源單一;下降盤西段既有來自勝北上升盤的南北向物源,又有沿?cái)嗖蹃碜咱?94斷層上升盤的近東西向物源,兩個(gè)方向的物源在坨 764井區(qū)產(chǎn)生混源沉積,物源復(fù)雜。

圖 5 東營凹陷勝坨地區(qū)下降盤沙四上亞段砂礫巖百分含量Fig.5 Contourmap of net-to-gross ratio of the upper Es4on the downthrown of Shengtuo area,the Dongying Sag

3 砂體類型及儲(chǔ)層特征

3.1 砂體類型

在物源體系的控制下,勝坨地區(qū)沙四上亞段沉積時(shí)期主要發(fā)育近岸水下扇、湖底扇、溝道濁積巖等類型的砂礫巖體(圖 6)。

圖 6 東營凹陷勝坨地區(qū)沙四上亞段沉積相平面分布特征Fig.6 Map showing sedimentary facies of the upper Es4in Shengtuo area,the Dongying Sag

近岸水下扇在盆地邊緣陳南斷層下降盤連片展布。內(nèi)扇主水道發(fā)育,以厚層塊狀的砂礫巖、礫質(zhì)砂巖為主,基本不發(fā)育沉積構(gòu)造;扇中以發(fā)育辮狀水道為特征,由含礫粗 -中砂巖組成,常見粒序?qū)永?、平行層理及底沖刷構(gòu)造;扇端主要為泥巖夾薄層粉砂巖、粉細(xì)砂巖,發(fā)育球枕、砂巖脈等變形構(gòu)造。在垂向上,由下向上一般依次發(fā)育內(nèi)扇、中扇和外扇,顯示正旋回沉積層序。

湖底扇在坨 94斷層和勝北斷層下降盤廣泛發(fā)育。湖底扇內(nèi)扇一般不發(fā)育,巖性主要為一套雜基支撐的混雜礫巖,分選性差,發(fā)育塊狀混雜結(jié)構(gòu);中扇辮狀水道是扇體的主體部分[17],主要由含礫砂巖、塊狀砂巖夾薄層泥巖組成,遞變層理和變形層理發(fā)育,底部具沖刷面,水道間較細(xì)粒沉積物中多見不完整的鮑瑪序列、砂紋交錯(cuò)層理、同生變形構(gòu)造;外扇主要為暗色泥巖夾薄層粉砂巖、細(xì)砂巖,泥質(zhì)沉積物中沉積構(gòu)造以平行層理居多?？傮w上自下而上內(nèi)扇、中扇、外扇依次疊加,多表現(xiàn)為由粗變細(xì)的正旋回特征。

溝道濁積巖主要發(fā)育在勝北斷層下降盤控制的斷槽中。溝道濁積巖以砂巖、含礫砂巖夾薄層泥巖為主,沉積特征與湖底扇辮狀水道相似,遞變層理、疊覆遞變層理、滑塌變形構(gòu)造和泥巖撕裂屑等典型重力流成因特征的沉積構(gòu)造非常發(fā)育。溝道濁積巖在斷槽東段與湖底扇沉積交匯,形成溝道濁積巖與湖底扇復(fù)合沉積。

3.2 儲(chǔ)層特征

圖 7 東營凹陷勝坨地區(qū)沙四上亞段不同砂體孔隙度分布頻率Fig.7 Porosity frequency distribution of various sandbodies in the upper Es4in Shengtuo area,the Dongying Sag

近岸水下扇、湖底扇和溝道濁積巖等沉積砂體,由于沉積環(huán)境、巖性組合及粒度結(jié)構(gòu)等存在差異,各微相儲(chǔ)集物性也存在明顯不同 (圖 7)。近岸水下扇各微相中,中扇辮狀水道物性最好,水道間次之,內(nèi)扇主水道物性最差;湖底扇各微相中中扇辮狀水道物性最好,內(nèi)扇主水道次之,中扇水道間物性最差,總體來看,湖底扇物性好于近岸水下扇物性。在近岸水下扇、湖底扇各微相砂體以及溝道濁積巖砂體中,近岸水下扇和湖底扇中扇辮狀水道砂體、溝道濁積巖砂體儲(chǔ)層物性最好,成為油氣賦存的主要砂體類型。同時(shí),勘探實(shí)踐也證實(shí)辮狀水道砂體和溝道濁積巖砂體具有良好的含油氣性,例如坨764井3 947.5～3 970.0 m湖底扇辮狀水道砂體日產(chǎn)油 15.21 t,日產(chǎn)氣 1 043 m3,坨165井 3 385.1～3 397.1 m近岸水下扇辮狀水道砂體日產(chǎn)油 99.4 t,日產(chǎn)氣 2.359 m3。

辮狀水道和溝道濁積巖砂體之所以能夠成為有利的儲(chǔ)油相帶,主要是因?yàn)檗p狀水道和溝道濁積巖巖性主要為含礫砂巖、疊覆沖刷粗砂巖、典型濁積巖等,砂礫巖雜基含量較低、顆粒支撐、分選中等偏差、厚度中等,原始物性條件優(yōu)越,同時(shí)利于后期成巖流體的改造;烴源巖中有機(jī)質(zhì)熱演化成熟過程中產(chǎn)生的大量有機(jī)酸能夠有效地進(jìn)入這些砂體中,形成大量次生孔隙[18];沙四上亞段地層普遍存在超壓現(xiàn)象[19],抑制了壓實(shí)作用和膠結(jié)作用的進(jìn)行,使砂礫巖中儲(chǔ)集空間得以良好地保存[20];此外,超壓還可以使砂礫巖中形成一系列的超壓微裂縫,極大地改善了砂礫巖體的孔滲性。因此,辮狀水道和溝道濁積巖砂體具有良好的儲(chǔ)層物性,成為有利的油氣儲(chǔ)集砂體。

4 結(jié)論

1)勝坨地區(qū)沙四上亞段段沉積時(shí)期存在兩大物源體系,即坨 94斷層上升盤物源和勝北斷層上升盤物源,坨 716井等井區(qū)物源主要來自坨94斷層上升盤;勝北斷層下降盤東段坨 73井區(qū)物源主要來自勝北斷層上升盤,西段坨 764井區(qū)及以西區(qū)塊既有來自勝北上升盤的南北向物源,又有沿溝道來自坨 94斷層上升盤的近東西向物源。

2)近岸水下扇、湖底扇、溝道濁積巖是研究區(qū)主要的砂礫巖類型。近岸水下扇主要發(fā)育在陳南斷層下降盤,湖底扇主要發(fā)育坨 94斷層、勝北斷層下降盤,溝道濁積巖發(fā)育在勝北斷層形成的斷槽中;砂礫巖體以辮狀水道和溝道濁積巖儲(chǔ)層物性最好,是油氣富集的有利相帶。

致謝:文章在寫作過程中得到了中國石油大學(xué)(華東)地球資源與信息學(xué)院操應(yīng)長教授的指導(dǎo)幫助,在此致以最誠摯的感謝!

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Provenance systems and their control over sandbodies in the upper Es4of the Shengtuo area in the Dongying Sag,the Bohai Bay Basin

Liu Hui1andWang Shenglan2

(1.School of Energy Resource,China University of Geosciences,Beijing100083,China;2.CNOOC Petroleum Research Center,Beijing100027,China)

An analysis of the provenances and sandbody types of the upper 4thmember of Eogene Shahejie For mation(Es4)in the Shengtuo area of the Dongying Sag,the BohaiBayBasin was carried out based on an integration of seis mic,logging and geochemical data,a paleogeomorphologic analysis,and a study of lithic fragment assemblage,ratio of characteristic elements and net-to-gross ratio.The results indicate that there were two different provenance systems during the deposition of the upper Es4:one on the upthrow of the Tuo-94 fault and the otheron the upthrow of the Shengbei fault.Controlled by these two systems,various types of sandbodieswere developed in the area,including nearshore subaqueous fan,sublacustrine fan and channel turbidite.The nearshore subaqueous fans mainly occur on the downthrow of the Chennan fault,the sublacustrine fansmainly occuron the downthrows of the Tuo-94 fault and the Shengbei Fault,while the channel turbiditesoccur in the trough along the Shengbei fault.It is suggested that the braided channel sandbodies and channel turbidite have the best poroper m characteristics,and their reservoir space is composed of fractures and dissolved pores.Therefore,the braided channel is a favorable facies belt for oil and gas accumulation.

provenance direction,sed imentary type,Shahejie Formation,Shengtuo area,Dongying Sag,BohaiBay Basin

TE122.2

A

0253-9985(2010)05-0602-08

2010-07-01。

劉暉(1981—),男,博士研究生,沉積學(xué)。

國家科技重大專項(xiàng)(2009ZX05009-002);教育部油氣沉積地質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(IRT0864)。

(編輯 董 立)