劉 媛,朱筱敏,袁紅旗,張思?jí)?方 慶,劉云燕,曹海濤,黃德利

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249;2.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶 163318; 3.大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠,黑龍江大慶 163514)

三肇凹陷白堊系姚一段葡萄花油層淺水三角洲高分辨率層序地層新認(rèn)識(shí)

劉 媛1,朱筱敏1,袁紅旗2,張思?jí)?,方 慶3,劉云燕3,曹海濤3,黃德利3

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249;2.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶 163318; 3.大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠,黑龍江大慶 163514)

依據(jù)地震、測(cè)井及巖心資料,應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)原理對(duì)三肇凹陷白堊系姚一段葡萄花油層淺水三角洲相進(jìn)行層序地層學(xué)研究,建立高分辨率層序地層格架。結(jié)果表明:姚一段葡萄花油層對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面上升半旋回,相當(dāng)于 1個(gè)完整的中期基準(zhǔn)面旋回,可進(jìn)一步劃分為 8個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回;葡萄花油層的地層發(fā)育模式為自下而上逐層尖滅導(dǎo)致地層自北向南減薄;平行物源方向的等時(shí)對(duì)比應(yīng)遵循“界面(沖刷面)—巖石—界面 (沉積間斷面)”的對(duì)比原則,而垂直物源方向的等時(shí)對(duì)比應(yīng)遵循“巖石—界面”的地層對(duì)比原則。

三肇凹陷;姚一段葡萄花油層;高分辨率層序地層學(xué);白堊系

三肇凹陷為松遼盆地中央坳陷區(qū)內(nèi)的二級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元,面積為 5743 km2,是松遼盆地的主要烴源凹陷[1]。白堊系姚一段葡萄花油層主要為淺水三角洲相沉積,為區(qū)內(nèi)主要儲(chǔ)層和含油層位,地層厚度為16～65 m,且自北向南減薄,層序地層等時(shí)對(duì)比存在較大難度。截至目前,關(guān)于葡萄花油層的層序地層劃分方案大致有兩類(lèi):一是許多學(xué)者[2-8]在松遼盆地白堊系研究基礎(chǔ)上得出將坳陷構(gòu)造層(姚家組～嫩江組)劃分成 1個(gè)二級(jí)基準(zhǔn)面旋回,劃分方案略顯粗糙;二是劉宗堡等[9]提出了葡萄花油層南部為同沉積構(gòu)造抬升控制的中部缺失而非底部缺失的地層發(fā)育模式,將其劃分為 1個(gè)完整的長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回、2個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回和 12個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回?？梢?jiàn),對(duì)三肇凹陷葡萄花油層的層序地層認(rèn)識(shí)還缺乏統(tǒng)一性,這與劃分原則、角度、目的及所依據(jù)的資料等不同有關(guān),但對(duì)后期層序地層研究起到了一定的指導(dǎo)作用。筆者以高分辨率層序地層學(xué)理論為指導(dǎo),識(shí)別各級(jí)次基準(zhǔn)面旋回,建立葡萄花油層的地層發(fā)育模式,探討淺水三角洲相的短期基準(zhǔn)面旋回對(duì)比方法。

1 各級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的識(shí)別

多級(jí)次基準(zhǔn)面的識(shí)別與劃分是高分辨率地層格架建立的基礎(chǔ)[10]。通過(guò)地震、測(cè)井及巖心資料的綜合分析,遵循從大到小的原則,認(rèn)為葡萄花油層對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回的上升半旋回,相當(dāng)于一個(gè)完整的中期基準(zhǔn)面旋回,可進(jìn)一步劃分為 8個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回(圖 1,圖中 R1和 R2分別為微梯度和微電位電阻率)。

1.1 長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回

長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回界面是受構(gòu)造強(qiáng)度及沉積作用雙重因素影響的侵蝕不整合面及相應(yīng)整合面。地震剖面上表現(xiàn)為局部削截接觸、頂超或上超等地震反射終止關(guān)系;巖心上表現(xiàn)為巖性突變接觸面,如圖 1中 1.528 km處,較粗粒砂礫巖直接覆蓋在深灰色泥巖之上,是水下分流河道微相對(duì)下伏三角洲前緣亞相或前三角洲泥巖的沖蝕面;測(cè)井曲線(xiàn)上亦表現(xiàn)為幅度突變面。

三肇凹陷葡萄花油層沉積時(shí)期,湖盆擴(kuò)張,基準(zhǔn)面不斷上升,可容空間不斷增大,淺水三角洲發(fā)生退積,為一個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面上升半旋回。葡萄花油層的頂?shù)拙l(fā)育有大套前三角洲灰黑色泥巖,測(cè)井曲線(xiàn)上突變?yōu)楦哔ゑR、高聲波時(shí)差、低電阻率等,可作為等時(shí)標(biāo)志層用于確認(rèn)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回;另外,該灰黑色泥巖中因夾有多套油頁(yè)巖而表現(xiàn)為高電阻率,且特征極其明顯,可作為輔助標(biāo)志層;葡萄花油層底面為一平行不整合面,在地震剖面上相當(dāng)于松遼盆地T1-1反射層[11]。

圖 1 三肇凹陷芳 96-檢 103井姚一段葡萄花油層的基準(zhǔn)面旋回劃分方案Fig.1 Identification of base-lavel cycles of Putaohua oil-bearing layer of the first member of Yaojia formation on well F96-J103 in Sanzhao sag

1.2 中期基準(zhǔn)面旋回

中期基準(zhǔn)面旋回由一系列具有退積、加積和進(jìn)積樣式的短期基準(zhǔn)面旋回疊加而成,其類(lèi)型受短期基準(zhǔn)面旋回的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和構(gòu)造樣式控制。本區(qū)中期基準(zhǔn)面旋回的轉(zhuǎn)換點(diǎn)大致位于葡萄花油層的中部(P141與 P142之間),沉積水體最淺,主要為三角洲平原亞相,在研究區(qū)內(nèi)沉積了一套較為穩(wěn)定的紫紅色泥巖,如芳 96-檢103井1.5064 km處為中期基準(zhǔn)面旋回的轉(zhuǎn)換點(diǎn) (圖 1),該界面之下的 4個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回(P19～P142)疊加成中期基準(zhǔn)面下降半旋回,之上的 4個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回 (P141～P11)疊加成中期基準(zhǔn)面上升半旋回。

1.3 短期基準(zhǔn)面旋回

一個(gè)完整的短期基準(zhǔn)面旋回是由代表基準(zhǔn)面上升半旋回和下降半旋回的巖石記錄構(gòu)成,但受可容空間與沉積物供給速率比值 (A/S值)的控制,經(jīng)常發(fā)育只代表上升期或只代表下降期的不對(duì)稱(chēng)半旋回。其界面可以是侵蝕不整合面或無(wú)沉積作用面,也可以是與之對(duì)應(yīng)的連續(xù)沉積界面,其識(shí)別標(biāo)志主要是垂向巖相組合和界面接觸關(guān)系。三肇凹陷姚一段葡萄花油層共劃分為 8個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回,大致有 3種疊加樣式。

1.3.1 向上變深的非對(duì)稱(chēng)旋回

主要分布于淺水三角洲平原亞相分流河道微相及三角洲前緣亞相水下分流河道微相沉積區(qū),是區(qū)內(nèi)較為常見(jiàn)的疊加樣式。通常底部為含礫粗砂巖或粗砂巖形成的沖刷面或發(fā)育有底部滯留沉積,向上粒度逐漸變細(xì),形成向上水體變深的上升半旋回沉積記錄,其下降半旋回多因沖刷侵蝕而無(wú)保留或保留較少,最終形成只保存了上升半旋回或者上升半旋回明顯大于下降半旋回的非對(duì)稱(chēng)旋回。根據(jù)可容納空間的差異,該類(lèi)型又可分為 2個(gè)亞類(lèi):①具有相對(duì)較高可容納空間增長(zhǎng)速率,砂體截切程度低,分流河道或水下分流河道多具有完整“二元結(jié)構(gòu)”,如芳96-檢 103井 1.5190～1.5248 km的前緣亞相沉積,灰綠色分流間灣泥巖構(gòu)成短期基準(zhǔn)面下降半旋回,水下分流河道砂體垂向疊置構(gòu)成向上變深的上升半旋回,上升半旋回占優(yōu)勢(shì)(圖 1);②具有相對(duì)較低可容納空間增長(zhǎng)速率,基準(zhǔn)面上升幅度有限,沉積物補(bǔ)給量大,多期分流河道相互切割,道間泥巖消失殆盡,垂向上表現(xiàn)為多期分流河道砂體疊置,如圖 1中1.49235～1.49675 km的三角洲前緣亞相沉積。

1.3.2 向上先變淺后變深的對(duì)稱(chēng)旋回

該基準(zhǔn)面旋回樣式的主要特征是基準(zhǔn)面旋回上升和下降時(shí)期形成的沉積記錄都保存得比較完整,從而形成沉積物由細(xì)到粗,再由粗到細(xì)的對(duì)稱(chēng)沉積旋回,主要分布在三角洲前緣亞相河湖能量相當(dāng)?shù)牟课?基準(zhǔn)面下降期形成的溢岸沉積逐漸過(guò)渡為基準(zhǔn)面上升期的水下分流河道沉積。如芳 96-檢 103井 1.4854～1.4919 km的三角洲前緣亞相沉積,下部遠(yuǎn)砂壩沉積構(gòu)成水體變淺的基準(zhǔn)面下降半旋回,上部主要是席狀砂與前三角洲泥巖沉積組成上升半旋回,總體上水體先變淺后變深,形成一個(gè)對(duì)稱(chēng)的短期基準(zhǔn)面旋回(圖 1)。

1.3.3 向上變淺的非對(duì)稱(chēng)旋回

該類(lèi)型短期基準(zhǔn)面旋回類(lèi)型主要分布于淺水三角洲平原亞相分流河道間、前緣亞相遠(yuǎn)端、前三角洲亞相及濱淺湖亞相,通常距物源區(qū)較遠(yuǎn),物源供給相對(duì)不足。在基準(zhǔn)面上升時(shí)期,由于沉積物供給不足,可容空間增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沉積物供給速率,主要表現(xiàn)為饑餓沉積或無(wú)沉積作用;在基準(zhǔn)面下降時(shí)期,可容空間增長(zhǎng)速率等于或略大于沉積物供給速率,沉積物形成進(jìn)積序列,粗粒沉積物不斷覆蓋在早期較細(xì)粒沉積物之上,形成只保存有下降半旋回的不對(duì)稱(chēng)性旋回類(lèi)型。

2 層序地層發(fā)育模式的重新認(rèn)識(shí)

三肇凹陷姚一段葡萄花油層厚度薄且變化較大,自北向南跨越三角洲平原亞相—三角洲前緣亞相—前三角洲亞相—濱淺湖亞相等多個(gè)沉積相帶,巖性變化較快,這就大大增加了地層劃分對(duì)比的難度。綜合巖心、地震、測(cè)井、錄井及區(qū)域地質(zhì)背景資料認(rèn)為,三肇凹陷葡萄花油層的地層發(fā)育模式為自下而上逐層尖滅導(dǎo)致地層自北向南減薄。其具體特征為:研究區(qū)內(nèi)葡萄花油層的上部地層(P16～P11)全區(qū)穩(wěn)定分布,厚度大致相當(dāng),約 30 m;葡萄花油層的底部(P19,P18,P17)自下而上逐層尖滅導(dǎo)致地層厚度自北向南減薄。

2.1 三維地震響應(yīng)特征

三肇凹陷姚一段葡萄花油層的地層厚度較薄,為 16～65 m,在主頻為 30 Hz左右的三維地震剖面上反射為 1個(gè)或 2個(gè)相位,僅大致反映出上超尖滅的地層變化情況。在將頻率提高至 100 Hz所獲取的南北向正演剖面 (圖 2)中,可清晰反映出葡萄花油層的地層發(fā)育模式:由北向南地層逐漸減薄,上部地層厚度大致相當(dāng),分布穩(wěn)定,下部地層單元向南逐漸上超尖滅(虛線(xiàn)箭頭指示尖滅點(diǎn)位置)。

2.2 泥巖顏色變化規(guī)律

通過(guò)巖心觀察,尤其是泥巖顏色的平面分布規(guī)律,否定了前人提出的關(guān)于早期前積后期構(gòu)造抬升的地層發(fā)育模式[9]。筆者沿平行物源方向 (大致自北向南方向)在研究區(qū)內(nèi)選取 4口取心井,對(duì)葡萄花油層的 P16小層底部的泥巖顏色進(jìn)行分析。若假設(shè)目的層為早期前積后期構(gòu)造抬升的地層發(fā)育模式,那么 P16小層底部泥巖的沉積環(huán)境自北向南應(yīng)是水體逐漸變深的過(guò)程,目的層的泥巖顏色則相應(yīng)逐漸變暗,而事實(shí)恰恰與此相反。由圖 3的巖心柱狀圖及其所對(duì)應(yīng)的泥巖照片可知,自北向南,P16小層底部的泥巖顏色逐漸由灰綠色 (肇 38井,1.513 2 km)—淺灰色(肇 114井,1.5606 km)—灰色斑雜紫色(州 254井,1.401 1 km)—紫色夾灰綠色 (州 35井,1.4051 km),由此反映出目的層的沉積環(huán)境由北向南弱還原環(huán)境漸變?yōu)檠趸h(huán)境,沉積水體逐漸變淺,這與之前的假設(shè)完全相反。因此,早期前積后期構(gòu)造抬升的地層發(fā)育模式不成立。

古沉積背景分析表明,葡萄花油層沉積時(shí)期三肇凹陷為地勢(shì)低洼的沉積區(qū),主要接受強(qiáng)大的北部物源體系源源不斷的沉積,未發(fā)生抬升剝蝕[9],從而也否定了削蝕減薄地層發(fā)育模式。

綜合上述分析,三肇凹陷姚一段葡萄花油層的地層發(fā)育模式為上超尖滅的地層發(fā)育模式,據(jù)此利用測(cè)井資料建立南北向精細(xì)層序地層對(duì)比剖面(圖 4中箭頭標(biāo)注尖滅點(diǎn)的位置,圖中Vsp為自然電位)。精細(xì)對(duì)比結(jié)果表明,P19,P18,P17自下而上分別在芳 96-101井、芳 146-102井和肇 121井附近發(fā)生上超尖滅,投影到平面上即可獲知各小層的尖滅線(xiàn)。

3 高分辨率層序地層格架的建立

結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況,遵循旋回對(duì)比法則,在上超尖滅的地層發(fā)育模式控制下,建立三肇凹陷姚一段葡萄花油層淺水三角洲相的高分辨率層序地層格架。

圖 4 三肇凹陷葡萄花油層南北向地層對(duì)比剖面(沿葡萄花油層頂部拉平)Fig.4 Stratigraphic correlation proflie from north to south of Putaohua oil-beari ng layer in Sanzhao sag(flatten along the top of Putaohua oil-bearing layer)

3.1 平行物源方向(近南北向)的層序地層剖面

在平行物源方向,由于河、湖水能量差異,沉積微相組合和相序分布存在規(guī)律性變化,3種短期基準(zhǔn)面旋回樣式具有不同的分布位置。在三角洲平原亞相和前緣亞相沉積區(qū),河流作用占主導(dǎo)地位,物源供給充分,可容空間相對(duì)較小,河道砂體發(fā)育,分流河道間泥巖和溢岸砂巖多遭受不同程度的侵蝕切割,因此多形成向上變深的非對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)面旋回樣式;在三角洲前緣亞相河湖水能量相對(duì)均衡的區(qū)域,沉積物供給相對(duì)較充分,基準(zhǔn)面下降期形成的砂壩沉積和上升期的水下分流河道沉積均得到保存,可形成先變淺后變深的對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)面旋回樣式;隨著河流作用減弱,湖泊作用占主導(dǎo)地位,在前緣亞相遠(yuǎn)端和前三角洲亞相沉積區(qū),可容空間相對(duì)較大,多見(jiàn)席狀砂、遠(yuǎn)砂壩沉積和緩慢沉積的深水泥巖,可以形成向上變淺的非對(duì)稱(chēng)旋回樣式。因此,平行物源方向的地層對(duì)比工作應(yīng)遵循“界面(沖刷面)—巖石—界面(沉積間斷面)”,沉積微相表現(xiàn)出分流河道 (水下分流河道)→席狀砂或河口壩→濱淺湖泥巖相的規(guī)律性變化(圖 5)。

圖 5 三肇凹陷葡萄花油層平行物源方向的層序地層對(duì)比剖面Fig.5 Stratigraphic correlation proflie along the axi al direction of shallow delta of Putaohua oil-bearing layer in Sanzhao sag

3.2 垂直物源方向(近東西向)的層序地層剖面

三角洲平原亞相的分流河道微相與三角洲前緣亞相的水下分流河道微相不斷發(fā)生分支、交匯是淺水三角洲沉積的重要特色之一[10]。通過(guò)精細(xì)對(duì)比發(fā)現(xiàn),垂直物源方向,在橫向上,分流河道微相 (水下分流河道)或呈孤立狀,被兩側(cè)道間泥巖包裹,或向兩側(cè)漸變?yōu)橐绨渡?或與河道相互交匯,常使上升半旋回對(duì)應(yīng)于下降半旋回頂部的沖刷面,下降半旋回對(duì)應(yīng)于上升半旋回底部沖刷面,遵循“巖石—界面”的地層對(duì)比原則,沉積微相多表現(xiàn)出分流河道(水下分流河道)→道間砂→道間泥→分流河道 (水下分流河道)的規(guī)律性變化(圖 6)。

圖 6 三肇凹陷姚一段葡萄花油層垂直物源方向的層序地層對(duì)比剖面Fig.6 Stratigraphic correlation proflie transverse to the axial direction of shallow delta of Putaohua oil-bearing layer in Sanzhao sag

4 結(jié) 論

(1)三肇凹陷白堊系姚一段葡萄花油層對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面上升半旋回,相當(dāng)于 1個(gè)完整的中期基準(zhǔn)面旋回,可進(jìn)一步劃分為 8個(gè)短期地層基準(zhǔn)面旋回。其中,短期基準(zhǔn)面旋回有向上變深的非對(duì)稱(chēng)旋回、向上變淺再變深的對(duì)稱(chēng)旋回、向上變淺的非對(duì)稱(chēng)旋回 3種疊加樣式。

(2)三肇凹陷姚一段葡萄花油層的地層發(fā)育模式為自下而上逐層尖滅導(dǎo)致地層厚度自北向南減薄,而非前人提出的早期前積后期構(gòu)造抬升的地層發(fā)育模式。

(3)平行物源方向的等時(shí)地層對(duì)比應(yīng)遵循“界面(沖刷面)—巖石—界面 (沉積間斷面)”的原則,沉積微相表現(xiàn)出分流河道 (水下分流河道)→席狀砂或河口壩→淺湖泥巖相的規(guī)律性變化;垂直物源方向則應(yīng)遵循“巖石—界面”的地層對(duì)比原則,沉積微相表現(xiàn)為分流河道 (水下分流河道)→道間砂→道間泥→分流河道(水下分流河道)的規(guī)律性變化。

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(編輯 徐會(huì)永)

New explanation for shallow delta high-resolution sequence stratigraphy of Putaohua oil-bearing layer of member 1 of
Yaojia formation of Cretaceous in Sanzhao sag

L IU Yuan1,ZHU Xiao-min1,YUAN Hong-qi2,ZHANG Si-meng1, FANGQing3,L IU Yun-yan3,CAO Hai-tao3,HUANGDe-li3
(1.Faculty of Geosciences in China University of Petroleum,Beijing102249,China; 2.Faculty of Geosciences,Northeast Petroleum University,Daqing163318,China; 3.8th O il Production Plant,Daqing O ilfield Com pany Lim ited,Daqing163514,China)

According to the data of seis mic,well logging and cores,the research of shallow delta sequence stratigraphy of Putaohua oil-bearing layer ofmember 1 of Yaojia for mation of Cretaceous in Sanzhao sagwas carried out,and a high-resolution sequence stratigraphic framework was established.The results show that Putaohua oil-bearing layer amounts to the rising hemicycle of the long-term base-level cycle,and folding onemiddle-ter m base-level cyclewhich could be classified into eight short-term ones under the guidance of high-resolution sequence stratigraphy theory.The for mation thickness is becoming small from north to south,because every sublayer is up-pichingout bed by bed.Different correlation principles should be followed with interface(erosion surface),rock,interface(sedimentary discontinuity)along the source direction,and rock,interface cross the source direction.

Sanzhao sag;Putaohua oil-bearing layer of member 1 of Yaojia formation;high-resolution sequence stratigraphy;Cretaceous

P 539.2

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.04.002

1673-5005(2010)04-0007-06

2009-12-10

中國(guó)石油天然氣股份有限公司大慶油田重大科技項(xiàng)目(DXYT-0508003-2009-JS-192)

劉媛(1982-),女(漢族),山東棲霞人,博士研究生,主要從事層序地層學(xué)與測(cè)井地質(zhì)學(xué)研究。