張若祥,李建平,劉志剛,劉士磊,盧輝楠

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452; 2.中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所,江蘇南京 210008)

渤海中部館陶組層序地層特征及底部界限研究

張若祥1,李建平1,劉志剛1,劉士磊1,盧輝楠2

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津塘沽 300452; 2.中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所,江蘇南京 210008)

通過以巖電性、古生物、地震層序為基礎的層序地層學研究,結合區(qū)域研究資料,在館陶組識別出低位、水進和高位三種體系域;利用基準面旋回技術識別出短期基準面旋回(SSC)、中期基準面旋回(MSC)和長期基準面旋回(LSC);館陶組劃分為2個長期基準面旋回,4個中期基準面旋回MSC1～MSC4,建立了渤海中部館陶組及東上段高分辨率等時地層對比格架。D5-1井2 782～2 917 m井段確定為東一段地層,其頂界即為館陶組的底界。通過對館陶組底部界限的確定和區(qū)域館陶組及東上段高分辨率層序地層等時對比格架的建立,對該區(qū)館陶組底部界限進行了重新厘定,以解決油氣勘探中遇到的問題。

館陶組;層序地層;體系域;基準面旋回;等時對比格架

研究區(qū)位于渤海海域中部,主要包括石臼坨凸起、秦南凹陷及圍區(qū)的渤中凹陷、沙南凹陷部分地區(qū),表現(xiàn)為兩凹夾一凸的構造格局,總面積約6 000 km2(圖1)。工區(qū)內(nèi)新近系以河流相的粗碎屑巖沉積為主,自上而下包括明化鎮(zhèn)組和館陶組,地層總厚2 000余米,區(qū)域上與下伏古近系不整合接觸。在勘探早期,在凸起上鉆了大量探井,在中淺層的勘探層系發(fā)現(xiàn)了如秦皇島32-6、秦皇島42-8等多個油氣田,上世紀90年代后期渤中勘探陷入低谷,2008年鉆探D5構造,在深層有了突破性的發(fā)現(xiàn),打破了渤中十年勘探的沉寂,使眾多勘探家看好的渤中地區(qū)又迎來了第二春。隨著勘探的深入,在凸起周圍的斷階帶和圍斜的凹中隆進行了更多的鉆探,積累了大量可供研究的地質(zhì)和地球物理資料,對該區(qū)各個層系的地層都有了更全面的認識。本文試圖通過陸相層序地層學研究方法對與館陶組地層相關的幾個突出問題,進行探討和解決,期望對油氣勘探有一定的指導意義。

圖1 渤海中部地質(zhì)構造背景Fig.1 The geological setting of central part in Bohai Bay Basin

1 區(qū)域構造及沉積演化特征

研究區(qū)作為渤海灣盆地的一部分,具有東部新生代盆地的地層沉積樣式,剖面上表現(xiàn)為先斷后坳的雙層結構。在古近紀末期,喜馬拉雅運動第二幕(東營期)之后,由于受太平洋板塊的運動影響,華北地區(qū)遭受強烈的擠壓,使區(qū)域整體抬升,廣泛發(fā)育河流相沉積和侵蝕作用,結束了古近紀不均一的湖相斷陷盆地沉積充填的發(fā)育歷史。館陶組沉積時期渤海灣盆地進入以均勻熱沉降為主的坳陷演化階段,渤海灣盆地的沉積沉降中心均向渤中凹陷遷移。研究區(qū)的物源區(qū)為西北燕山褶皺帶腳下的各個凸起,攜砂古水系為大石河水系,即昌黎—山海關水系,為近源、短流高能礫質(zhì)河。工區(qū)普遍發(fā)育辮狀河沉積體系[1],呈現(xiàn)下粗上細的厚層雜色底礫巖、砂礫巖、含礫砂巖夾薄層灰綠、淺灰及棕紅色泥巖的巖性特征,砂巖百分比高達70%以上。館陶組埋深1 500～3 000 m,均厚800～1 200 m,在鉆遇的B6-1井,館陶組底深3 864 m,鉆厚達1 436 m。

2 層序地層研究

2.1 理論基礎及研究方法

由于河流相類型復雜、相帶窄、相變迅速,因而河流相地層的等時劃分與對比一直是層序地層研究中的難點。國內(nèi)外學者(Cross,1991;李思田,1992;劉震,1992;鄧宏文,1995;紀友亮,1996;國景星,2003;鄭榮才,2004)等對河流體系的空間展布及垂向演化規(guī)律進行了詳細研究,提供了很好且可行的理論及實踐研究方法。

通過區(qū)域地質(zhì)資料綜合研究表明館陶組為辮狀河相沉積類型,結合陸相Ⅰ型層序邊界的三級層序體系域劃分方法和高分辨率層序地層研究進行辮狀河相層序地層研究,試圖找出二者之間的聯(lián)系,開展三級層序內(nèi)部的高頻層序研究,建立該區(qū)精細的等時地層對比格架,目的在于運用層序地層學研究的相關理論去解決勘探中的實際問題,即以典型井作為重點研究對象,從巖電性特征對比、生物地層對比、地震層序?qū)Ρ鹊葞追矫娉霭l(fā),建立工區(qū)可等時對比層序地層格架,對館陶組地層層序內(nèi)部特征進行識別和底部界限的重新厘定。

研究工區(qū)屬于陸相Ⅰ型層序邊界類型[2-7],其三級層序體系域劃分主要根據(jù)河道砂體的疊置方式和相伴生泥巖的顏色變化進行確定,在館陶組可識別出低位、水進和高位三種體系域(圖2)。低水位體系域表現(xiàn)為位置較低,區(qū)域分布廣泛的侵蝕下切特征,分布在不整合面上及首次基準面(對應首次湖泛面)之下,形成一套粗粒的辮狀河道沉積為主的沉積體系。水進體系域為首次基準面抬升和基準面最大抬升之間,由于在此期間水位經(jīng)歷了由淺到深和由深到淺的變化使其砂泥巖的的疊置方式具有明顯的不同。初期由于水體上升,雖然沉積基準面抬升很快,但沉積物供給較充分,即A/S>1,發(fā)育以辨狀河道和心灘為主的沉積體系,巖性剖面自下而上具有一定的退積層序特征;晚期由于基準面抬升較慢,沉積物供給(S)的速度和可容納空間(A)增加的速度差不多,即A/S≈1,形成一套橫向上砂體分布廣泛,但厚度較薄巖性較細的堤岸微相含礫細砂巖與河漫灘泥巖不等厚互層為特點的沉積類型,水進達到最大時以區(qū)域廣泛分布的河漫灘泥巖為頂界。高水位體系域在基準面最大抬升之上,此時基準面很低,同時可容空間的產(chǎn)生速率也比較小,A/S<1,此時為垂向進積的辮狀河沉積類型。

圖2 辮狀河層序地層的體系域劃分及砂巖展布Fig.2 The tracts and sand body distribution of braided sequence stratigraphy

通過高分辨率層序地層研究[8-10],即利用基準面旋回技術在工區(qū)館陶組三級層序內(nèi)進行短期基準面旋回(SSC),中期基準面旋回(MSC)和長期基準面旋回(LSC)識別,并對中期基準面旋回進行了定名,館陶組劃分出2個長期基準面旋回, 4個中期基準面旋回MSC1～MSC4?；鶞拭嫘丶夹g的關鍵點在于準確識別出各期短期基準面旋回(SSC),短期基準面旋回的起點為不同類型的轉換點,在工區(qū)識別出三種類型(圖3):A型:辮狀河水道底部的侵蝕面,B型:向上進積的天然堤和心灘組合,C型:向上退積的心灘及河漫灘組合。中期基準面旋回是對短期基準面旋回的疊加,即在大致相似的地質(zhì)背景下形成的一套成因上有聯(lián)系的巖石組合,這些疊加樣式具有典型的巖電性響應特征。中期旋回也可根據(jù)退積、進積或加積和對稱關系劃分為不同旋回類型。長期基準面旋回為三級層序內(nèi)多個中期基準面旋回的縱向疊加所構成的基準面由上升再到下降的完整旋回,具有典型的巖電性、地震響應特征。該區(qū)長期基準面旋回的上升半旋回發(fā)育,而下降半旋回發(fā)育不完整。

圖3 三種基準面旋回轉換點類型Fig.3 Three types of converted points

2.2 單井層序研究

區(qū)域所研究的典型單井共17口。以D5-1井為例,從單井層序研究的幾個方面,如巖電性特征、古生物特征、層序地層劃分出發(fā)介紹單井層序研究。

2.2.1 巖電性特征

D5-1井館陶組為典型的辮狀河相沉積。從巖性特征可分為上、下兩段,上段以綠灰色、紫褐色泥巖與含礫細砂巖互層,GR曲線表現(xiàn)為微齒狀起伏低值,SP曲線齒狀箱形,RD曲線齒狀低阻特征;下段為厚層含礫細砂巖、砂礫巖夾淺灰色、綠灰色泥巖薄層,GR及SP曲線均表現(xiàn)為低平箱形。

2.2.2 古生物特征

利用該井段古生物資料,對館陶組層序的發(fā)育環(huán)境有了更清晰的認識,該井段化石較豐富,保存較好到一般,被子植物花粉主要見有山核桃粉屬、真胡桃粉、榆粉屬,少量見有禾本粉屬、蓼粉屬、榿木粉屬、樺粉屬、伏平粉屬、櫟粉屬、山毛櫸粉屬及星形楓楊粉等,胡桃科分子有明顯增加;裸子植物花粉主要見有雙束松粉屬、單束松粉屬、雪松粉屬及云杉粉屬等;蕨類孢子以粗肋孢屬占絕對優(yōu)勢,個別見有水蘚孢屬、三角孢屬、桫欏孢屬和紫萁孢屬。本段粗肋孢屬的高含量絕對優(yōu)勢與渤海館陶組孢粉組合特征一致[11]。在具有爭議的歸屬井段2 872～2 917 m,巖性為頂部灰黑色泥巖與細砂巖互層,中、下部厚層含礫中砂巖夾薄層灰色泥巖,頂部GR曲線微齒狀高值,中、下部GR曲線微齒狀低值。古生物化石較少,保存一般到差。以被子植物花粉和裸子植物花粉占優(yōu)勢,蕨類孢子和藻類分子含量較少;被子植物花粉以榆粉屬和胡桃粉屬為主,其它個別見椴粉屬、藜粉屬、小櫟粉、錦葵粉屬及蓼粉屬;蕨類孢子少量見有粗肋孢屬、紫萁孢屬、水龍骨單縫孢屬及槐葉萍孢屬。研究認為少量粗肋孢屬為巖屑下掉或與上部地層沉積環(huán)境類似所致,結合區(qū)域地質(zhì)及地震綜合研究,將該井段歸屬為東上段(東一段+東二上段)。

2.2.3 層序劃分

將該井主要研究深度段劃分為兩個三級層序,分別命名為SQ-Ng和SQ-d1,對館陶組三級層序SQ-Ng進行了低水位體系域、水進體系域和高水位體系域的三分劃分,低水位體系域由下切河道充填物和低成熟度的辮狀河道組成,以大套砂礫巖及含礫粗砂巖沉積為主;水進體系域以基準面的抬升和可容納空間的增長為特征,辮狀河早期沉積時期可容納空間增長較慢,縱向上發(fā)育多套厚層含礫砂體夾薄層泥巖,隨可容空間增長速度的提高,垂向向上退積明顯,形成彼此孤立向上受限的河道砂及分布廣泛的泛濫平原沉積;高水位體系域形成時,可容空間的增長速度降低,泛濫平原向上的加積速度也加快,河道砂體的向上增多。利用基準面旋回劃分技術,在工區(qū)識別出了各種級別的旋回層序界面,這些界面主要包括不整合面、進積或退積作用的轉換面等,建立了該井高分辨率旋回地層層序(圖4,其圖例見圖5)。

2.3 聯(lián)井層序?qū)Ρ?/h3>

以17口井的單井研究為基礎,從凸起到凹陷共建立了五條任意線聯(lián)井層序?qū)Ρ绕拭?聯(lián)井的原則就井位相近,層位深度相當,由凸起向凹陷逐步過渡,到凹陷中對比井的層位要齊全準確,在地震剖面上聯(lián)井地震剖面同相軸易于追蹤[12]。按上述原則分別建立了①B5-1—B5-2—B5-3—D5-3—D5-1—D4-1、②B3-1—B3-2—B2-1—B2-2—D4-1、③B5-1—D2-1—D4-1—B6-1、④B5-1—B5-4—C2-1、⑤D10-1—D10-4—D10-2—C2-1五條任意線聯(lián)井層序?qū)Ρ绕拭?通過這五條聯(lián)井層序?qū)Ρ绕拭娼⒘斯^(qū)5 km×10 km館陶組及東上段等時地層基干格架,對該區(qū)所鉆遇的館陶組底部界限重新厘定奠定了堅實基礎。

下面以過井B5-1—B5-2—D5-1—D4-1為例介紹聯(lián)井層序?qū)Ρ确桨?圖5,位置如圖1中A—A1線)。從對比剖面上可以看出,從凸起到凹陷館陶組的地層厚度在增厚,在中期旋回MSC1沉積時期,地形繼承了東營末期的起伏形態(tài),坡度較大,在凹陷處及位于斷階帶的D5-1處MSC1發(fā)育,而在此時的凸起處于剝蝕狀態(tài),缺失MSC1層序;在MSC4—MSC2層序沉積時期,該區(qū)從凸起到凹地地形坡度變緩,物源充分,大石河攜砂古水系發(fā)育,僅在凸起處MSC2層序底部部分缺失,但中上部發(fā)育完整,凹陷處MSC4—MSC2層序均發(fā)育完整,橫向上均可進行層序等時對比追蹤。東上段MSC-d1層序在工區(qū)凸起及凹陷處均發(fā)育,且橫向上地震具有良好的對比關系,縱向上巖電性對比良好,說明該套地層具有等時沉積特點,證實了D5-1井與鄰井分層相矛盾的問題。

圖4 D5-1井層序劃分綜合圖Fig.4 Sequence analysis of D5-1 well

圖5 等時層序?qū)Ρ仁疽釬ig.5 Isochronous sequence correlation

2.4 地震地層特征

在此以聯(lián)井對比層序③B5-1—D2-1—D4 -1—B6-1所過的剖面D2-1—D4-1段進行地震地層特征分析(圖6,位置如圖1中B—B1線)。館陶組底界為渤海灣盆地由斷陷期向坳陷期過渡的一個區(qū)域不整合面,在地震剖面上解釋為T2反射層,T2界面上下具有明顯的雙層沉積結構特征。T2界面在區(qū)域上強振幅連續(xù),在本區(qū)凹陷處與下伏地層為平行不整合接觸關系,在凸起處與下伏地層為角度不整合接觸關系。T2界面之上為大套砂礫巖,界面之下為一套區(qū)域橫向分布穩(wěn)定的薄層河漫灘泥巖;館陶組頂界為T0反射界面,與上覆明化鎮(zhèn)組為一整合接觸關系的巖性界面,界面之上明化鎮(zhèn)組為曲流河相沉積的砂泥巖組合,界面之下為館陶組辮狀河相沉積的厚層含礫砂巖夾薄層泥巖組合。在館陶組內(nèi)部同樣具有區(qū)域上館陶組的二分結構,即館上段和館下段。館上段為中厚層含礫砂巖夾泥巖組合,在地震剖面上表現(xiàn)為高頻較連續(xù),短軸相間的中強反射特征;館下段為厚層砂礫巖夾薄層泥巖組合,在地震剖面上表現(xiàn)為低頻,時斷時續(xù),振幅時強時弱的反射特征。原館陶組劃分方案的底部為一套區(qū)域可對比的油組,頂部灰色、灰綠色區(qū)域分布穩(wěn)定的薄層泥巖,中下部厚層含礫砂,地震剖面上表現(xiàn)為兩條(極性一正一負)連續(xù)平行的強反射軸,此段在地震剖面上和D5-1井的2 872～2 917 m井段對比良好。

圖6 地震剖面特征及層序劃分Fig.6 The seismicsection characteristics and sequence correlation model

2.5 館陶組底界劃分方案

為了更科學地認識本區(qū)館陶組分布規(guī)律,詳細研究了鄰區(qū)資料。統(tǒng)計表明,在工區(qū)的東面經(jīng)過渤中凹陷后在渤東低凸起上的LD32-2工區(qū)館陶組埋深1 670～2 550 m,均厚900 m,底部以大套砂礫巖為底,下伏層位具有東一段,均厚100 m,與本區(qū)館陶組底部劃出東一段地層對比良好;而與本工區(qū)構造沉積演化規(guī)律最相近的沙壘田凸起及其圍區(qū),在凸起上普遍缺失東上段的地層,而在斜坡及凹陷處,以F18—G13—G19井連井對比為例,F18井館陶組埋深1 720～2 300 m,厚580 m;G13井館陶組埋深2 000～2 905 m,厚905 m; G19館陶組埋深1 945～2 976 m,厚1 031 m;底部均以大套砂礫巖為特征,下伏層位具有東一段,厚50～200 m,巖性段中下部以厚層含礫砂巖、中砂巖為主,上部以含礫砂巖與泥巖互層為特征。由于三維地震資料不能連片解釋,二維地震資料對比難于定性,兩者在地震資料解釋上館陶組底部是否一致還存在探討,但是通過巖電性對比我們認為兩者有非常好的對比性,沙南凹陷的館陶組埋深和本工區(qū)相近,中下部以大套砂礫巖為特征,下伏具有東一段的地層,認為在研究工區(qū)同樣應該存在東一段的地層;在本區(qū)原先認為的館陶組底部的一套油組與區(qū)域上的東一段的地層沉積規(guī)律極為相似,通過對本區(qū)以巖電性,古生物,地震層序為基礎的層序地層學研究,認為D5-1的館陶組分層是科學可靠的,將此段確定為東一段,東一段的頂界即為現(xiàn)今館陶組的底界,以此地質(zhì)認識為基礎對館陶組的界限進行了重新厘定,完成該區(qū)新的地層分層數(shù)據(jù)表,解決了在渤海中部地區(qū)勘探中遇到的問題,在此不再贅述。

3 結論

(1)通過層序地層研究,在工區(qū)館陶組可識別出低位、水進和高位三分體系域;利用基準面旋回技術在工區(qū)館陶組識別出短期基準面旋回(SSC)、中期基準面旋回(MSC)和長期基準面旋回(LSC),并對中期基準面旋回進行了定名;館陶組劃分為2個長期基準面旋回,4個中期基準面旋回MSC1～MSC4。

(2)基準面旋回技術的關鍵是識別出各級基準面旋回的轉換位置或轉換帶,即基準面上升與下降或基準面下降與上升的轉換位置,這些界面主要包括不整合面、進積或退積作用的轉換面等,以此為基礎建立高分辨率旋回等時地層對比格架。

(3)通過對本區(qū)以巖電性、古生物、地震層序為基礎的層序地層學及鄰區(qū)資料研究,認為D5-1的館陶組分層是科學可靠的,將2 782～2 917 m井段確定為東一段,其頂界即為館陶組的底界。

(4)通過對館陶組底部界限的確定,理清了從凸起到凹陷巖電性對比不統(tǒng)一,地震解釋存在疑問等問題,同樣使油水關系復雜問題得到解決,即該層段統(tǒng)一為東一段油組。

[1]趙澄林,陳純芳,季漢成,等.渤海灣早第三紀油區(qū)巖相古地理及儲層[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003:50-56.

[2]Cross T A.Stratigraphic controlson reservoir attributes in continental strata[J].Earth Science Frontiers,2000,7(4):322-350.

[3]鄧宏文,Cross T A,王紅亮,等.高分辨率層序地層學—原理及應用[M].北京:地質(zhì)出版社,2003:16-24,72-78.

[4]鄧宏文,王紅亮,閻偉鵬,等.河流相層序地層構成模式探討[J].沉積學報,2004,22(3):373-379.

[5]鄧宏文,王紅亮,李小孟.高分辨率層序地層對比在河流相中的應用[J].石油天然氣地質(zhì),1997,18(2):90-95.

[6]鄧宏文,吳海波,王寧,等.河流相層序地層劃分方法——以松遼盆地下白堊統(tǒng)扶余油層為例[J].石油與天然氣地質(zhì), 2007,28(5):621-627.

[7]國景星,戴啟德,吳艷麗,等.沖積河流相層序地層學研究[J].石油大學學報(自然科學版),2003,27(4):15-19.

[8]鄭榮才,柯光明,文華國,等.高分辨率層序分析在河流相砂體等時對比中的應用[J].成都理工大學學報(自然科學版), 2004,31(6):641-647.

[9]李江濤,李增學,郭建斌,等.高分辨率層序地層分析中基準面變化的討論[J].沉積學報,2005,23(2):297-302.

[10]熊偉,邱桂強,閔偉,等.斷陷湖盆基準面變化模式探討[J].石油與天然氣地質(zhì),2008,29(3):412-417.

[11]姚益民,梁鴻德,蔡治國,等.中國油氣區(qū)第三系(IV)渤海灣盆地油氣區(qū)分冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:3-25.

[12]周海民,董月霞,叢良滋,等.陸相斷陷盆地層序地層學工作方法圖集[M].北京:石油工業(yè)出版社,2006:1-91.

The study of sequence stratigraphy characteristics and the bottom boundary of Guantao Formation in the middle area of Bohai Bay Basin

Zhang Ruoxiang1,Li Jianping1,Liu Zhigang1,Liu Shilei1,Lu Huinan2
(1.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin300452;2.Nanjing Institute of Geology and Palaeontology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing210008)

By researching on the sequence stratigraphy based on the lithology characteristics,electrical characteristics,paleontology,seismic sequence stratigraphy and the study of areal geology,this paper is trying to obtain much deeper recognition of the Guantao Formation stratigraphy.Three kindsof tracts were recognized including LST,TST and HST.Based on basal level cycle technique,three kind of base-level cycles (SSC,MSC and LSC)were recognized in Guantao Formation.Guantao Formation was divided into two LSC and four MSC,and high resolution isochronous geologic correlation of Guantao Formation and upper Donying Formation.Interval from 2 782 m to 2 917 m of D5-1 well is upper Dongying Formation,and the top of this interval is the bottom of Guantao Formation.

Guantao Formation;sequence stratigraphy;tract;basal level cycle;isochronous correlation framework

book=3,ebook=174

TE121.3+4

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.019

1008-2336(2010)03-0019-07

中海石油(中國)有限公司“十一五”重大基礎研究項目(SC06TJ-TQL-004-BH02)資助。

2010-04-16;改回日期:2010-05-05

張若祥,男,工程師,研究生,2000年畢業(yè)于中國石油大學石油地質(zhì)專業(yè),現(xiàn)主要從事地層和沉積儲層研究工作。E-mail: Zhangruoxiang@yahoo.com.cn。