袁 靜 楊學(xué)君 路智勇 陳武杰 樊海琳 袁凌榮

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院 山東青島 266555;2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司東辛采油廠 山東東營(yíng) 257000; 3.延長(zhǎng)油田股份有限公司化驗(yàn)中心 陜西延安 717208;4.大慶油田第四采油廠 黑龍江大慶 163511)

東營(yíng)凹陷鹽22塊沙四上亞段砂礫巖粒度概率累積曲線(xiàn)特征①

袁 靜1楊學(xué)君1路智勇2陳武杰3樊海琳4袁凌榮1

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院 山東青島 266555;2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司東辛采油廠 山東東營(yíng) 257000; 3.延長(zhǎng)油田股份有限公司化驗(yàn)中心 陜西延安 717208;4.大慶油田第四采油廠 黑龍江大慶 163511)

在巖芯觀察和沉積相分析基礎(chǔ)上,利用粒度分析資料對(duì)東營(yíng)凹陷北部陡坡帶鹽22塊沙四上亞段近岸水下扇砂礫巖體的粒度概率累積曲線(xiàn)進(jìn)行了研究。研究表明,該地區(qū)近岸水下扇砂礫巖中的粒度概率累積曲線(xiàn)主要包括: “上拱弧形”、“簡(jiǎn)單一段式”、“準(zhǔn)牽引流型”等3種基本類(lèi)型和“近似上拱弧形”、“臺(tái)階狀多段式”、“低斜率兩段式”、“低斜率三段式或多段式”等4種主要過(guò)渡類(lèi)型。內(nèi)扇亞相以泥石流(碎屑流)沉積作用為特點(diǎn),其粒度概率累積曲線(xiàn)主要為“寬緩上拱弧形”;中扇亞相以碎屑流和顆粒流沉積作用為主,辮狀溝道微相中下部的粒度概率累積曲線(xiàn)以“近似上拱弧形”為主,頂部砂巖表現(xiàn)為“準(zhǔn)牽引流型”;外扇亞相發(fā)育牽引流和顆粒流沉積,粒度概率累積曲線(xiàn)為“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”、“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡三段式”和“較高斜率上拱弧形”?？傮w上,從內(nèi)扇到外扇亞相,隨流體性質(zhì)由泥石流(碎屑流)向牽引流逐漸演化,粒度概率累積曲線(xiàn)會(huì)依次出現(xiàn)“寬緩上拱弧形”、“較高斜率上拱弧形”、“簡(jiǎn)單一段懸浮式”、“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”或“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡段三段式”,相鄰典型曲線(xiàn)間有復(fù)雜的過(guò)渡類(lèi)型。

近岸水下扇 砂礫巖 粒度概率累積曲線(xiàn) 沙四上亞段 東營(yíng)凹陷

碎屑巖的粒度分布受控于沉積時(shí)的流體動(dòng)力條件,這主要包括搬運(yùn)介質(zhì)性質(zhì)(風(fēng)、水、冰等)、搬運(yùn)介質(zhì)能量(流速、流量、起動(dòng)能力)和搬運(yùn)方式(滾動(dòng)、跳躍、懸浮),而這些也是沉積環(huán)境研究的重要方面。在目前用于沉積環(huán)境研究的粒度方法中,以Visher G S[1]提出的粒度概率累積曲線(xiàn)應(yīng)用最為廣泛,效果最好。在其建立的典型粒度概率累積曲線(xiàn)模式中,重力流沉積環(huán)境只涉及了古濁流沉積,并認(rèn)為粒度概率圖僅有簡(jiǎn)單的“低斜率一段式”和“低斜率兩段式”。在他之后,很多學(xué)者的研究曾涉及重力流沉積的粒度分布特征[2～16],但尚未進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)。

東營(yíng)凹陷北部陡坡帶是由陳南鏟式邊界斷層控制的近東西向展布的構(gòu)造帶。沙四上亞段至沙三中亞段沉積時(shí)期,東營(yíng)凹陷處于斷陷期的深陷-擴(kuò)張階段,陳南斷層強(qiáng)烈活動(dòng),湖盆大幅度沉降,在陡坡帶形成了地勢(shì)高差大、緊鄰深水區(qū)的沉積背景,重力流沉積作用特征明顯。鹽22區(qū)塊位于陡坡帶東段鹽16古沖溝正下方,在沙四上亞段發(fā)育近岸水下扇沉積,其巖性較粗,以砂、礫等粗碎屑為主,可劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇3個(gè)亞相和主溝道等8個(gè)微相,與半深湖-深湖暗色泥巖呈指狀接觸(圖1)。粒度概率圖對(duì)水動(dòng)力條件變化反映靈敏[4],水動(dòng)力條件研究可以重塑近岸水下扇的形成過(guò)程,為砂礫巖體沉積特征提供水動(dòng)力解釋基礎(chǔ)。本文以東營(yíng)凹陷北部陡坡帶鹽22區(qū)塊沙四上亞段的近岸水下扇砂礫巖為研究對(duì)象,繪制了3口取芯井226個(gè)樣品的粒度概率累積圖,對(duì)其進(jìn)行了剖析總結(jié),以期對(duì)類(lèi)似近源沉積體的粒度概率分布研究和沉積水動(dòng)力解釋提供借鑒,預(yù)測(cè)近岸水下扇砂礫巖體時(shí)空展布,為指導(dǎo)斷陷湖盆砂礫巖體油氣勘探提供基礎(chǔ)地質(zhì)理論基礎(chǔ)。

1 粒度概率累積曲線(xiàn)類(lèi)型

研究區(qū)的粒度概率累積曲線(xiàn)類(lèi)型復(fù)雜多樣,基于Visher關(guān)于“概率圖上的直線(xiàn)段與特定的搬運(yùn)方式相對(duì)應(yīng)”的認(rèn)識(shí),同時(shí)結(jié)合巖芯觀察結(jié)果,依據(jù)粒度概率累積曲線(xiàn)的形態(tài)(如直線(xiàn)段數(shù)目、跨度、斜率等)將其分為3種基本曲線(xiàn)類(lèi)型和4種主要過(guò)渡曲線(xiàn)類(lèi)型,并分析了各類(lèi)曲線(xiàn)與水動(dòng)力條件的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表1)。

圖1 東營(yíng)凹陷鹽22塊沙四上亞段近岸水下扇沉積相模式Fig.1 The depositionalmode of nearshore subaqueous fan of the upper E s4 in Yan 22 Block,Dongying Depression

1.1 基本曲線(xiàn)類(lèi)型

1.1.1 上拱弧形(記作“A型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)泥石流(碎屑流)和顆粒流沉積作用,形態(tài)呈上拱弧線(xiàn),曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的截點(diǎn),顆粒粗細(xì)混雜。

較平緩的上拱弧形對(duì)應(yīng)泥石流(碎屑流)沉積(曲線(xiàn)首尾連線(xiàn)傾角20°～30°),記作“A1型”,其顆粒為雜基支撐懸浮搬運(yùn),巖性主要為呈混雜組構(gòu)的雜基支撐中粗礫巖、中細(xì)礫巖,底部常見(jiàn)明顯的沖刷面構(gòu)造。該類(lèi)曲線(xiàn)在內(nèi)扇主溝道和中扇辮狀溝道微相的中下部最常見(jiàn)(圖2a)。需要指出的是內(nèi)扇主溝道微相發(fā)育中粗礫巖,甚至巨礫巖,由于巖芯分析樣品尺寸和篩析-沉降法粒度分析范圍(泥、粉砂、砂和細(xì)礫)的局限,分析結(jié)果不能代表泥石流(碎屑流)沉積的全部粒度特征,為得到更準(zhǔn)確的粒級(jí)組成,還需結(jié)合巖芯上礫石的直徑測(cè)量結(jié)果。盡管如此,泥石流(碎屑流)沉積雜基支撐、粗細(xì)混雜的結(jié)構(gòu)特征仍能在A1型粒度概率曲線(xiàn)上得到充分體現(xiàn)。

較陡的上拱弧形一般對(duì)應(yīng)顆粒流沉積(曲線(xiàn)首尾連線(xiàn)傾角40°～60°),記作“A2型”,顆粒分選較泥石流(碎屑流)分選好,砂級(jí)顆粒含量占80%～90%。粗砂、細(xì)礫和中礫等大顆粒由中砂、細(xì)砂和粉砂等細(xì)小顆粒支撐。巖性為發(fā)育塊狀構(gòu)造的、顆粒支撐的中細(xì)礫巖和含礫中粗砂巖,底部沖刷面較明顯。該類(lèi)曲線(xiàn)在中扇辮狀溝道的中上部常見(jiàn)(圖2b)。

1.1.2 簡(jiǎn)單一段懸浮式(記作“B型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于濁流沉積作用,形態(tài)呈一條簡(jiǎn)單直線(xiàn)段,直線(xiàn)傾角為25°～35°,碎屑顆粒分選差,顆粒為單一的湍流支撐懸浮搬運(yùn)。巖性主要為具有粒序?qū)永淼?、富含雜基的細(xì)礫巖和含礫中粗砂巖,底部發(fā)育較明顯的沖刷面。該類(lèi)曲線(xiàn)在中扇辮狀溝道中上部和溝道間微相中常見(jiàn)(圖3)。

1.1.3 準(zhǔn)牽引流型(記作“C型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)以斜率較大為特征,顆粒分選較好,Mz(平均粒徑)和σ1(標(biāo)準(zhǔn)偏差)較小,反映流體能量和湍動(dòng)性已經(jīng)較弱,底部沖刷面不甚發(fā)育。該類(lèi)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)重力流向牽引流轉(zhuǎn)化的晚期,流體性質(zhì)已經(jīng)接近牽引流,但巖石顆粒整體分選較“牽引流”差。

圖2 “上拱弧形”粒度概率圖(a.含礫粗砂巖,內(nèi)扇主溝道,鹽22-22井,3 690.2 m; b.含中砂粗砂巖,中扇辮狀溝道,鹽22-斜1井,3 334.35 m)Fig.2 The probability cumulative grain size curve of“uphill arched arc”pattern

圖3 “簡(jiǎn)單一段懸浮式”粒度概率圖(含礫中粗砂巖,中扇辮狀溝道間,鹽22-22井,3 391.2 m)Fig.3 The probability cumulative grain size curve of one segment pattern

1 )一跳躍一懸浮夾過(guò)渡三段式(記作“C1型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)整體由一個(gè)“跳躍段”、一個(gè)“懸浮段”及其所夾持的過(guò)渡段組成,總體斜率較高,曲線(xiàn)首尾連線(xiàn)傾角40°～60°。

顆粒搬運(yùn)方式以“跳躍-懸浮夾過(guò)渡”方式為主,約占60%,直線(xiàn)段傾角為20°～40°,有時(shí)可由2個(gè)直線(xiàn)段組成。過(guò)渡段與跳躍總體的交截點(diǎn)處于0.5 ～1.2φ之間,與懸浮總體的交截點(diǎn)處于2.0～3.0φ;跳躍總體含量約占10%～30%,直線(xiàn)段傾角為55°～ 70°,分選較好;懸浮總體含量約為20%,直線(xiàn)傾角為15°。

構(gòu)成該類(lèi)曲線(xiàn)的沉積物中礫石含量為0～10%,巖性主要為具平行層理的(含礫)中粗砂巖,在外扇深切水道、末端砂微相和中扇辮狀溝道前緣微相中最為常見(jiàn),中扇辮狀溝道上部少見(jiàn)(圖4)。

圖4 “一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡段三段式”粒度概率圖(a.不等粒砂巖,中扇辮狀溝道前緣,鹽22-22井,3 491.15 m; b.不等粒砂巖,外扇深切水道,鹽22-斜1井,3 336.8 m; c.不等粒砂巖,外扇末端砂,鹽22-斜1井,3 395.46 m)Fig.4 The probability cumulative grain size curve of “one bouncing population-one suspension population sections-transitional zone”pattern

2 )低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式(記作“C2型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)由三條主要直線(xiàn)段組成,大致對(duì)應(yīng)滾動(dòng)、跳躍和懸浮等三個(gè)粒度總體。

顆粒以跳躍總體為主,跳躍總體含量為60%～ 80%,分選較好,直線(xiàn)段傾角為40°～60°,跳躍總體一般由2～3個(gè)粒度次總體組成。跳躍總體的粗截點(diǎn)在0φ附近,細(xì)截點(diǎn)為1.7～3.7φ,含量80%～90%,直線(xiàn)段傾角為40°～50°;懸浮總體含量10%～25%,直線(xiàn)段傾角為5°～10°;滾動(dòng)總體含量<20%,直線(xiàn)段傾角為<10°。巖性主要為發(fā)育平行層理的中粗砂巖和細(xì)礫巖,該類(lèi)曲線(xiàn)在中扇辮狀溝道前緣、辮狀溝道間和外扇末端砂微相中最為常見(jiàn),其次也可見(jiàn)于中扇辮狀溝道和外扇深切水道的上部(圖5)。

1.2 過(guò)渡曲線(xiàn)類(lèi)型

1.2.1 泥石流(碎屑流)與濁流的過(guò)渡類(lèi)型(記作“A-B過(guò)渡型”)

圖5 低斜率“滾動(dòng)-跳躍-懸浮”三段式粒度概率圖(a.不等粒砂巖,內(nèi)扇末端砂,鹽22-22井,3 383.05 m; b.不等粒砂巖,中扇辮狀溝道前緣,鹽22-22井,3 396.85 m; c.不等粒砂巖,中扇辮狀溝道,鹽22-22井,3 429.5 m)Fig.5 The probability cumulative grain size curve of low slope “one rolling population-one bouncing population-one suspension population”tri-segment pattern

1 )近似上拱弧形(記作“A-B(1)型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)近似呈現(xiàn)上拱弧形,能明顯分出若干短小直線(xiàn)段,是上拱弧形的衍生類(lèi)型,各直線(xiàn)段的斜率呈緩慢過(guò)渡,斜率在4.0φ和2.5φ處有明顯起伏,粗細(xì)截點(diǎn)間的直線(xiàn)段傾角約為40°。該類(lèi)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)泥石流(碎屑流)向濁流演化的早期階段,曲線(xiàn)整體形態(tài)呈現(xiàn)較明顯的上拱弧形,反映了泥石流(碎屑流)沉積作用仍占有較大比重;由于搬運(yùn)能量減弱和較粗顆粒的卸載,顆粒間流體比重增大,流體湍動(dòng)性增強(qiáng),少量顆粒(尤其是細(xì)小顆粒)開(kāi)始呈現(xiàn)湍流懸浮搬運(yùn)的趨勢(shì)。巖性主要為中細(xì)礫巖、砂質(zhì)細(xì)礫巖和含礫中粗砂巖,層理類(lèi)型以塊狀為主,含少量平行層理和粒序?qū)永怼?/p>

該類(lèi)曲線(xiàn)在內(nèi)扇主溝道和中扇辮狀溝道中下部最為常見(jiàn),在辮狀溝道前緣和辮狀溝道間的底部也可見(jiàn)到(圖6)。在中扇辮狀溝道中,該類(lèi)曲線(xiàn)自下而上弧形越來(lái)越不明顯,直線(xiàn)段數(shù)目越來(lái)越少,曲線(xiàn)斜率逐漸增大,反映流體性質(zhì)逐漸從泥石流(碎屑流)向濁流作用演變。

2 )臺(tái)階狀多段式(記作“A-B(2)型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)形態(tài)的最大特點(diǎn)是呈現(xiàn)多直線(xiàn)段組成的臺(tái)階狀,單條直線(xiàn)段的跨度均小于1個(gè)φ,Mz(平均粒徑)較小,而σ1(標(biāo)準(zhǔn)偏差)較大,反映流體能量較小,但湍動(dòng)性較強(qiáng)。該類(lèi)曲線(xiàn)一般對(duì)應(yīng)發(fā)育遞變層理、塊狀層理的中細(xì)礫巖和發(fā)育平行層理的含礫中粗砂巖,在內(nèi)扇主溝道側(cè)緣、中扇辮狀溝道間微相中最為常見(jiàn),此外也見(jiàn)于中扇辮狀溝道和辮狀溝道前緣微相中(圖7)。

在中扇辮狀溝道間和內(nèi)扇主溝道側(cè)緣微環(huán)境中,由于湖水的強(qiáng)烈頂托作用,水流能量和湍動(dòng)性呈現(xiàn)動(dòng)蕩性特點(diǎn),造成顆粒搬運(yùn)方式復(fù)雜多變,顆?；驖L動(dòng)-跳躍或懸浮,粒度概率累積曲線(xiàn)呈現(xiàn)上述多段臺(tái)階狀。

圖6 “近似上拱弧形”粒度概率圖(a.含礫中粗砂巖,中扇辮狀溝道,鹽22-22井,3 393.65 m; b.不等粒砂巖,中扇辮狀溝道間,鹽22-22井,3 438.7 m)Fig.6 The probability cumulative grain size curve of“approximate uphill arched arc”pattern

1.2.2 濁流與牽引流的過(guò)渡類(lèi)型(記作“B-C過(guò)渡型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)大致由兩條、三條或多條低斜率直線(xiàn)段組成,與“簡(jiǎn)單一段懸浮式”相比,曲線(xiàn)斜率在粗尾部分略有增大。該類(lèi)曲線(xiàn)直線(xiàn)段明顯,但斜率普遍較小,對(duì)應(yīng)于洪水型濁流向牽引流轉(zhuǎn)化的早期,此時(shí)由于流體能量的降低,雖分化出了偶爾呈跳躍方式搬運(yùn)的顆粒,但流體性質(zhì)仍具有較強(qiáng)的湍動(dòng)性,顆粒主要為湍流支撐懸浮。

1 )低斜率兩段式(記作“B-C(1)型”)

圖7 “臺(tái)階狀多段式”粒度概率圖(a.含礫中粗砂巖,內(nèi)扇主溝道側(cè)緣,鹽22-22井,3 691.3 m; b.不等粒砂巖,中扇辮狀溝道間,鹽22-22井,3 390.8 m)Fig.7 The probability cumulative grain size curve of “step-type”multi-segment pattern

該類(lèi)型曲線(xiàn)由一個(gè)懸浮總體和一個(gè)跳躍總體組成,粗尾部分在0.8φ附近斜率有明顯增陡,“粗砂-礫”級(jí)顆粒(<0.8φ)對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)段傾角>40°,反映了“粗砂-礫”級(jí)顆粒已出現(xiàn)跳躍的搬運(yùn)方式,該類(lèi)粒度總體占70%,流體性質(zhì)對(duì)應(yīng)于濁流向牽引流演化的早期。巖性為發(fā)育遞變層理的中細(xì)礫巖和含礫中粗砂巖,僅在中扇辮狀溝道的中上部發(fā)育(圖8)。

圖8 “低斜率兩段式”粒度概率圖(含礫中粗砂巖,中扇辮狀溝道,鹽22-22井,3 400.6 m)Fig.8 The probability cumulative grain size curve of“l(fā)ow slope bi-segment”pattern

2 )低斜率三段或多段式(記作“B-C(2)型”)

該類(lèi)曲線(xiàn)由斜率依次減小的三條或多條直線(xiàn)段組成(粒度自細(xì)至粗),其中粒度稍粗的幾條直線(xiàn)段分別對(duì)應(yīng)于幾個(gè)不同的“跳躍-懸浮混合搬運(yùn)總體”:“粗砂-礫”(<0.7φ)級(jí)顆粒對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)段斜率為40°,“中砂-細(xì)砂”(0.7～3φ)粒度對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)段斜率為30°,“粗砂-礫”粒級(jí)顆粒呈跳躍方式搬運(yùn)的幾率比“中砂-細(xì)砂”粒級(jí)顆粒大。由于“中砂-細(xì)砂”出現(xiàn)了“跳躍搬運(yùn)”方式,所以流體能量比“低斜率兩段式”低。粒度1φ對(duì)應(yīng)的累積百分比一般為10%～30%(一般代表細(xì)礫含量),巖性為發(fā)育遞變層理、塊狀層理的中細(xì)礫巖和含礫中粗砂巖,平行層理少見(jiàn)。該類(lèi)曲線(xiàn)在中扇辮狀溝道前緣、溝道間和辮狀溝道中上部常見(jiàn)(圖9)。

圖9 “低斜率三段式”粒度概率圖(a.含礫中粗砂巖,中扇辮狀溝道,鹽22-22井,3 400.85 m; b.含礫中粗砂巖,中扇辮狀溝道前緣,鹽22-22井,3 396.5 m)Fig.9 The probability cumulative grain size curve of“l(fā)ow slope tri-segment”pattern

2 不同沉積微相中的粒度概率曲線(xiàn)特征

通過(guò)沉積相研究,研究區(qū)砂礫巖為典型的近岸水下扇沉積,發(fā)育內(nèi)扇、中扇、外扇等3個(gè)亞相,包括主溝道、主溝道側(cè)緣、辮狀溝道、辮狀溝道間、辮狀溝道前緣、深切水道、末端砂和外扇泥等8個(gè)微相,各沉積微相具有特征的粒度概率曲線(xiàn)類(lèi)型(表2,圖10)。

2.1 內(nèi)扇亞相

2.1.1 主溝道微相

主溝道系由高密度洪水沖蝕而成,主要巖性為大套灰色中粗礫巖,頂部發(fā)育薄層細(xì)礫巖和含礫中粗砂巖,砂礫巖具有混雜組構(gòu)和塊狀構(gòu)造。粒度曲線(xiàn)以為“寬緩上拱弧形”(A1型)、“近似上拱弧形”(A-B (1)型)為主,中上部常見(jiàn)“較陡上拱弧形”(A2型),反映了最靠近物源的內(nèi)扇主溝道主要為泥石流(碎屑流)沉積,頂部有時(shí)發(fā)育顆粒流沉積。

表1 鹽22塊沙四上亞段近岸水下扇砂礫巖中粒度概率曲線(xiàn)類(lèi)型簡(jiǎn)表Table1 The simple list of probability cumulative grain size curve patterns in nearshore subaqueous fan sandy conglomerate of the upper E s4 in Yan 22 Block,Dongying Depression

表2 鹽22塊沙四上亞段近岸水下扇不同沉積微相中的粒度概率曲線(xiàn)組成Table2 The probability cumulative grain size curve patterns composition in differentm icro facies in nearshore subaqueous fan of the upper E s4 in Yan 22 Block,Dongying Depression

2.1.2 主溝道側(cè)緣

主溝道側(cè)緣系高密度洪水溢出主溝道并在其側(cè)緣沉積,主要巖性為暗色泥巖夾薄層含礫中粗砂巖、細(xì)砂巖。粒度曲線(xiàn)為“臺(tái)階狀多段式”(A-B(2)型),反映了主溝道側(cè)緣具有動(dòng)蕩性水流沉積作用特點(diǎn),這與湖水的強(qiáng)烈頂托有關(guān)。

2.2 中扇亞相

2.2.1 辮狀溝道微相

中扇辮狀溝道微相由一系列分流辮狀溝道組成,上接內(nèi)扇主溝道。主要巖性為厚層含礫中粗砂巖和中細(xì)礫巖。辮狀溝道中的粒度曲線(xiàn)復(fù)雜多變:中下部的粒度曲線(xiàn)以“近似上拱弧形”(A-B(1)型)和“較陡上拱弧形”(A2型)為主,砂礫巖呈塊狀構(gòu)造,內(nèi)部不顯紋層;上部多以濁流與牽引流的過(guò)渡類(lèi)型曲線(xiàn)(包括B-C過(guò)渡型、C型)為主,多對(duì)應(yīng)平行層理中粗砂巖段。這樣的粒度曲線(xiàn)組合特征反映辮狀溝道的流體性質(zhì)已開(kāi)始從泥石流(碎屑流)向濁流、牽引流轉(zhuǎn)化,其原因是隨著搬運(yùn)距離的增大,流體能量漸弱,流體密度漸小,顆粒間的流體比重逐漸增加,顆粒搬運(yùn)方式逐漸向湍流支撐懸浮搬運(yùn)和床砂負(fù)載搬運(yùn)(滾動(dòng)和跳躍)轉(zhuǎn)化,流體性質(zhì)逐漸向濁流和牽引流演變。

圖10 鹽22塊沙四上亞段近岸水下扇粒度概率曲線(xiàn)組成模式圖Fig.1 0 The composingmodel diagram of probability cumulative grain size curve patterns in nearshore subaqueous fan of the upper E s4 in Yan 22 Block,Dongying Depression

2.2.2 辮狀溝道間微相

中扇辮狀溝道間是由水流溢出辮狀溝道后沉積而成。主要巖性為厚度不大的暗色泥巖夾中細(xì)砂巖,粒度曲線(xiàn)以較高斜率的“近似上拱弧形”(A-B(1)型)、準(zhǔn)牽引流型曲線(xiàn)(C型)為主,并以發(fā)育“臺(tái)階狀多段式”(A-B(2)型)、“簡(jiǎn)單一段懸浮式”(B型)為特點(diǎn),“上拱弧形”(A型)不發(fā)育。水流溢出溝道后,由于受到湖水的強(qiáng)烈頂托作用,流體能量會(huì)迅速降低,粗大顆?？焖傩遁d,流體密度迅速減小,因此反映碎屑流沉積作用的“寬緩上拱弧形”不發(fā)育。辮狀溝道中的流體時(shí)常溢出,在辮狀溝道間出現(xiàn)震蕩性水動(dòng)力條件,發(fā)育“臺(tái)階狀多段式”(A-B(2)型)。

2.2.3 辮狀溝道前緣微相

顧名思義,辮狀溝道前緣微相位于中扇辮狀溝道的前緣,系由水流攜帶的碎屑物質(zhì)在辮狀溝道末端溢出發(fā)生的沉積作用。巖性主要為灰色中細(xì)砂巖、含細(xì)礫中粗砂巖夾薄層泥巖,發(fā)育平行層理、正遞變層理和弱沖刷面等沉積構(gòu)造。粒度曲線(xiàn)以“一跳躍一懸浮夾過(guò)渡三段式”(C1型)和“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”(C2型)為主,碎屑流成因的“寬緩上拱弧形”(A1型)不發(fā)育,反映在辮狀溝道出口處流體能量較低,大量粗顆粒在辮狀溝道中早已發(fā)生卸載,流體性質(zhì)以濁流為主,并開(kāi)始向牽引流發(fā)生轉(zhuǎn)化。

2.3 外扇亞相

2.3.1 深切水道微相

深切水道是由較大能量的洪水在外扇或深湖-半深湖暗色泥巖之上沖蝕出的水道,持續(xù)時(shí)間較短,砂巖厚度薄。巖性主要為中細(xì)礫巖、含礫中粗砂巖和細(xì)砂巖,整體呈FU序,發(fā)育明顯沖刷面、小型正遞變層理和平行層理。研究區(qū)深切水道微相的粒度資料有限(3個(gè)),其類(lèi)型有“近似寬緩上拱弧形(A-B (1)型)”和“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”(C2型),A-B(1)型曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)深切水道底部的塊狀層理和粒序?qū)永矶?C2型曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)頂部的平行層理砂巖,反映了深切水道底部具有碎屑流沉積特點(diǎn),頂部已經(jīng)接近牽引流。

2.3.2 末端砂微相

末端砂是由深切水道攜帶的碎屑物質(zhì)在流出水道口后發(fā)生的沉積,巖性主要為中厚層暗色泥巖夾中薄層細(xì)砂巖、粉砂巖,發(fā)育同生變形構(gòu)造、小型平行層理和波狀層理,某些末端砂底部還可見(jiàn)小型正遞變層理,底部沖刷面不甚明顯。前人研究指出末端砂屬于低密度濁流沉積(朱筱敏等,1995),研究區(qū)末端砂微相僅有2個(gè)粒度資料,粒度曲線(xiàn)為準(zhǔn)牽引流C1型和C2型,反映了流體性質(zhì)已經(jīng)近于牽引流,具有較強(qiáng)湍動(dòng)性。

3 粒度概率累積曲線(xiàn)的演化

根據(jù)前面分析推測(cè)得出:山洪爆發(fā)期間,洪水?dāng)y帶大量風(fēng)化剝蝕的碎屑物質(zhì)沿?cái)鄿先牒?隨著搬運(yùn)距離的逐漸增大,湖盆地形坡度逐漸變緩,加之湖水頂托作用的影響,流體能量逐漸減弱,顆粒按照粒度大小先后發(fā)生卸載,顆粒間流體的比重逐漸增大,流體密度逐漸降低,流體性質(zhì)將會(huì)依次出現(xiàn):泥石流→顆粒流→濁流→牽引流[20～22],相應(yīng)粒度概率曲線(xiàn)大致演化規(guī)律是:“寬緩上拱弧形”→“較高斜率上拱弧形”→“簡(jiǎn)單一段懸浮式”→“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡段三段式”或“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”;相鄰典型曲線(xiàn)間會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的過(guò)渡類(lèi)型,如“上拱弧形”與“簡(jiǎn)單一段懸浮式”曲線(xiàn)之間包括“近似上拱弧形”、“臺(tái)階狀多段式”等兩類(lèi)過(guò)渡曲線(xiàn)類(lèi)型,“簡(jiǎn)單一段懸浮式”與“準(zhǔn)牽引流型”曲線(xiàn)之間包括“低斜率兩段式”、“低斜率三段式或多段式”等兩類(lèi)過(guò)渡曲線(xiàn)類(lèi)型。隨著流體性質(zhì)逐漸向牽引流逐漸演化,粒度概率曲線(xiàn)中的直線(xiàn)段越來(lái)越明顯,曲線(xiàn)斜率也逐漸增大(圖10、圖11)。

4 結(jié)論

(1)結(jié)合流體力學(xué)特征分析,通過(guò)對(duì)比砂礫巖體各類(lèi)沉積的組構(gòu)與粒度概率曲線(xiàn)特征,發(fā)現(xiàn)其粒度概率曲線(xiàn)與流體性質(zhì)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究區(qū)沙四段近岸水下扇發(fā)育3種基本粒度概率曲線(xiàn),分別代表泥石流(碎屑流)作用、濁流作用和近牽引流作用,而過(guò)渡類(lèi)型曲線(xiàn)代表了不同性質(zhì)流體的過(guò)渡。

(2)內(nèi)扇亞相以泥石流(碎屑流)沉積為主,粒度概率曲線(xiàn)為:“寬緩上拱弧形”;中扇亞相以碎屑流和顆粒流沉積為主,其中辮狀溝道中下部的粒度曲線(xiàn)以“近似上拱弧形”為主,頂部砂巖段粒度曲線(xiàn)類(lèi)型為:“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”或“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡段三段式”,粒度概率曲線(xiàn)斜率自下而上逐漸增大;外扇亞相為牽引流沉積和顆粒流沉積,粒度概率曲線(xiàn)為:“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”、“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡段三段式”和“較陡斜率上拱弧形”。

(3)山洪爆發(fā)期間,洪水?dāng)y帶大量碎屑物質(zhì)入湖,隨著搬運(yùn)距離漸遠(yuǎn),流體性質(zhì)會(huì)依次出現(xiàn):泥石流→顆粒流→濁流→牽引流,相應(yīng)粒度概率曲線(xiàn)演化規(guī)律是:“寬緩上拱弧形”→“較高斜率上拱弧形”→“簡(jiǎn)單一段懸浮式”→“低斜率滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式”或“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡段三段式”,相鄰典型曲線(xiàn)間會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的過(guò)渡類(lèi)型。

圖11 鹽22塊沙四上亞段近岸水下扇砂礫巖中的粒度概率圖類(lèi)型演化(箭頭方向指示流體搬運(yùn)距離逐漸增大)Fig.1 1 The type evolution of the probability cumulative grain size curve patterns in nearshore subaqueous fan sandy conglomerate of the upper E s4 in Yan 22 Block,Dongying Depression

(4)本次研究不僅發(fā)現(xiàn)粒度概率曲線(xiàn)與流體性質(zhì)有著很好的對(duì)關(guān)系,而且利用粒度概率曲線(xiàn)對(duì)近岸水下扇各沉積微相砂體作出了合理的成因解釋。與近岸水下扇類(lèi)似,洪積扇、辮狀河三角洲、扇三角洲、湖底扇和近岸砂體前緣滑塌濁積扇等陸相斷陷湖盆砂礫巖體形成過(guò)程也具有重力流性質(zhì),粒度概率曲線(xiàn)同樣具有“粒度粗、寬區(qū)間和低斜率”特征,本文中提出粒度概率曲線(xiàn)分類(lèi)對(duì)其動(dòng)力學(xué)解釋具有重要的借鑒意義。

致謝 本文研究工作得到了東辛采油廠領(lǐng)導(dǎo)和同仁的幫助,在此對(duì)他們表示感謝。

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Probability Cumulative Grain Size Curves in Sandy Conglomerate of the Upper E s4in Yan 22 Block,Dongying Depression

YUAN Jing1YANG Xue-jun1LU Zhi-yong2CHENWu-jie3FAN Hai-lin4YUAN Ling-rong1
(1.Faculty of Geo-Resource and Information in China University of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555; 2.Shengli Oilfield Branch Com pany,SINOPEC,Dongying,Shandong 251000; 3.Laboratory Center of Yanchang Oil Field,Yan'an,Shaan'xi 717208; 4.The 4thOil Recovery Factory of Daqing Oil Field,Daqing,Heilongjiang 163511)

On the basis of observation of cores,facies analysis and grain size analysis of 226 samples from 3 core wells,the probability cumulative grain size curves features of sandy conglomerate of the upper E s4in Yan22 block Dongying Depression are summarized,the relationships between the probability cumulative grain size curves types and the hydrodynamic conditions are studied.Conclusions are gained as follows:

(1)The relationships between the probability cumulative grain size curves shapes and the hydrodynamic conditions or fluid property are found.The research shows that the grains size curves of the nearshore subaqueous fan have the characteristics of coarse-grained,wide-range and low-slope,can be classified into 3 basic patterns(e.g。“uphill arched arc”pattern,one segment pattern and“quasi drag flow”pattern)and 4 transitional patterns.The“uphill arched arc”pattern represents debris flow deposition,one segment pattern represents turbidity deposition,the transitional patterns represent the deposition of transitional fluid property。

(2)The composition characteristics of probability cumulative grain size curve patterns vary with the change of micro-facies or sub-facies.Inner fan of the nearshore subaqueous fan,made up of thick sandy conglomerate with mixed fabrics ofmain channel,is typical of“broadly uphill arched arc”pattern,that represents debris flow deposition.Middle fan mainly has two kinds of deposition:debris flow deposition and drag flow deposition.The curve type of the lower-middle part,made up of thick coarse sandstone with massive bedding,is“approximate uphill arched arc”pattern.And the upper part,made up of parallel bedding,are“one bouncing population-one suspension population sections-transitional zone”pattern and“one rolling population-one bouncing population-one suspension population”tri-segment pattern.Outer fan has three types of curve patterns,such as“l(fā)ow slope tri-segment”pattern,“one bouncing population-one suspension population sections-transitional zone”pattern,“one rolling population-one bouncing population-one suspension population”tri-segment pattern and etc,the sandstones often have parallel bedding, cross bedding and graded bedding.Note that,inter-channelmicro-face is typical of“step-type”multi-segment pattern that reflects the effect of flood overflow from channels。

(3)The type evolution of the grain size curve patterns in nearshore subaqueous fan sandy conglomerate is inferred in the paper.With the transportation of nearshore subaqueous fan away from origination area,sub-facies develop from inner fan,middle fan to outer fan in turn.As the behavior of the fluid evolves from debris flow to drag flow, the patterns of the grain size curvesmay change from“broadly uphill arched arc”pattern,“slightly high slope uphill arched arc”pattern to one segment pattern,“high slopemulti-segment”pattern。

(4)Besides nearshore subaqueous fan,terrigenous basin has other 5 different genetic types of sandy conglomerate,such as alluvial fan,braided river delta,fan delta,deepwater turbidity fan in steep slope and turbidity fan slides from nershore sand body front.All kinds of these depositions are affected by gravity flow,they all have the characteristics of close source,quick accumulation,while the grain size curves have the same characteristics of coarse-grained, wide-range and low-slope.And thus the classification of the probability cumulative grain size curve patternsmentioned in this papermay be applicable to other different genetic types of sandy conglomerate。

nearshore subaqueous fan;sandy conglomerate;probability cumulative grain size curve;the upper 4th member of Shahejie formation;Dongying Depression

袁靜 女 1972年出生 教授 儲(chǔ)層沉積學(xué) E-mail:drjyuan@163.om

P583 P582.2

A

1000-0550(2011)05-0815-10

①山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):2009ZRA05059)資助。

2010-08-17;收修改稿日期:2010-11-22