張立強(qiáng)，楊晚

(1. 中國石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京，102249；2. Department of Geological Sciences & Engineering,Missouri University of Science and Technology, Rolla, Missouri 65409, USA)

在陸相湖盆的邊緣，特別是陸相斷陷湖盆的陡坡帶發(fā)育有規(guī)模不等的古沖溝，是沉積物進(jìn)入湖泊的主要通道[1]，也是湖盆陡坡帶砂礫巖體的主要沉積充填區(qū)。雖然古沖溝在湖盆中僅占很小的一部分，但他們是非常重要的石油勘探目標(biāo)[2-12]。姜在興等[2]認(rèn)為湖緣峽谷的沉積特征與下切谷[13-15]有些類似。目前，國內(nèi)外關(guān)于古沖溝的研究成果較少[1]，前人對(duì)半地塹湖盆古沖溝的研究主要是利用地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)研究古沖溝的分布[3]、大尺度地層的結(jié)構(gòu)[1]、沉積相類型[4-6]，或在某些層序地層模型[9]中提到。這些研究?jī)H僅提供了關(guān)于古沖溝及其充填的粗略的信息，對(duì)古沖溝充填層序及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)不夠深入，前人提出的古沖溝僅為單物源充填[7-13]，沒有涉及到古沖溝內(nèi)充填疊加結(jié)構(gòu)及其油氣勘探方面的應(yīng)用，這種單物源充填模式與現(xiàn)今裂谷充填特征有較大差異。本文作者以東營凹陷北部陡坡帶發(fā)育的古沖溝為例，利用地震反射結(jié)構(gòu)、碎屑組分以及聚類分析等方法，重點(diǎn)探討了古沖溝的物源體系，提出了古沖溝多物源疊加模式，為不同成因類型砂體的分布及利用結(jié)構(gòu)模式預(yù)測(cè)盆地邊緣古沖溝發(fā)育區(qū)的勘探目標(biāo)提供了基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

東營凹陷是渤海灣盆地東南部的一個(gè)北斷南超的“箕狀”裂陷盆地，北部為陳家莊凸起，東臨青坨子凸起，由利津、博興、牛莊、民豐4個(gè)生油洼陷及北部陡坡帶、南部斜坡帶等構(gòu)造單元組成。東營凹陷北部陡坡帶具有溝梁相間的古地貌特征，發(fā)育有10條規(guī)模較大的古沖溝。古沖溝內(nèi)發(fā)育大量的砂礫巖體沉積，前人稱之為“溝扇對(duì)應(yīng)”[10]，古沖溝內(nèi)的砂礫巖體是東營凹陷陡坡帶重要的油氣儲(chǔ)集體[7]。

前人通過對(duì)陳家莊凸起兩側(cè)凹陷內(nèi)鉆遇前第三紀(jì)基底的井分析，認(rèn)為陳家莊凸起為古生界的海相、海陸交互相和中生代火山巖及陸相火山巖碎屑沉積。陳家莊凸起上普遍缺失古近系和中生界,在高部位甚至連古生界也全部被剝蝕，館陶組與太古代片麻巖呈角度不整合直接接觸[1]。

研究區(qū)(永安鎮(zhèn)地區(qū))位于東營凹陷的北部陡坡帶東段(圖1)，關(guān)于工區(qū)砂礫巖體的沉積相類型及石油地質(zhì)條件，許多學(xué)者已進(jìn)行了探討[3-12]。但前人對(duì)古沖溝沉積物源的分析較少，針對(duì)深層沙四上亞段，前人提出的沉積模式均為沿古沖溝長(zhǎng)軸方向單一物源的扇三角洲[4-6,12]或近岸水下扇沉積[11]，古沖溝中的砂礫巖體與民豐洼陷主要生油巖臨近，成為油氣聚集的重要場(chǎng)所。隨著深層油藏勘探的進(jìn)一步發(fā)展，發(fā)現(xiàn)單一物源的沉積模式與勘探成果有一定的差異，深層砂礫巖體相互疊加，砂礫體的期次劃分與對(duì)比、空間分布及其成因等難題制約了砂礫巖油氣藏的進(jìn)一步勘探。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Maps showing location of study area

2 古沖溝的地震反射結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)地震剖面分析，古沖溝的基底為斷超面[1]，剖面形態(tài)表現(xiàn)為西陡東緩，呈明顯不對(duì)稱的箕狀構(gòu)造樣式。根據(jù)古沖溝的基底坡度、斷層產(chǎn)狀，可將陡坡帶Y920沖溝分為3部分，即長(zhǎng)軸、西坡和東坡(圖2)。

在東西向地震剖面中，地震相呈東西分帶的特點(diǎn)。沿古沖溝西部邊界斷層發(fā)育楔形反射，古沖溝東部發(fā)育前積反射，沖溝中部發(fā)育透鏡狀反射。南北向剖面上，沿邊界斷層向湖盆中心方向，依次發(fā)育楔形、透鏡狀、平行席狀等反射結(jié)構(gòu)。

圖2 東營凹陷北帶東部過Y920古沖溝東西向典型剖面(測(cè)線位置見圖1中AB)Fig.2 Typical seismic profile of Y920 paleo-valley in north steep slope of Dongying depression

平面上，沙四上亞段地震相主要有楔形反射、前積反射、透鏡狀反射和平行-亞平行反射等類型。其中，楔形或楔形雜亂反射主要集中在北部及西部斷層邊界，振幅多變、連續(xù)性差；前積反射主要分布在沖溝東部，前積方向自東向西。楔形及前積反射結(jié)構(gòu)與物源方向一致，透鏡狀反射往往垂直物源方向，這些反射結(jié)構(gòu)代表了工區(qū)受到了多個(gè)方向物源的影響(圖2)，分別來自 Y920沖溝西部、沖溝東部及沖溝的長(zhǎng)軸方向。西部坡陡，發(fā)育沖積扇、近岸水下扇等相類型；東部坡度較緩，發(fā)育扇三角洲相，扇體規(guī)模相對(duì)較大。平面上，扇體橫向連片，沿邊界斷裂裙帶狀分布。

3 多物源沉積作用的巖石學(xué)證據(jù)

3.1 碎屑礦物組成及平面差異性

由于砂巖的骨架礦物成分對(duì)物源區(qū)的性質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境有著敏感的反應(yīng)，可以根據(jù)砂巖的成分判斷物源區(qū)。研究區(qū)砂巖的碎屑組分主要是石英、長(zhǎng)石和巖屑,顆粒含量為75%～95%，砂巖的類型在平面上具有明顯的差異性。根據(jù)相似程度，將其分為沿沖溝長(zhǎng)軸方向和沖溝東、西兩側(cè)3個(gè)區(qū)塊。

西部的N224和N227等井的石英含量低(平均含量為 15%～16.7%)、巖屑含量高(平均含量為40%～48%)，巖屑類型以火成巖巖屑為主；如N224和N227等井，火成巖巖屑的含量(35%～36%)明顯高于變質(zhì)巖巖屑，x3=0.8～0.9(表 1)。

東部的Y933等井的長(zhǎng)石和巖屑含量均較高(石英平均含量為30%～45%、長(zhǎng)石含量為35%～45%、巖屑平均含量為15%～35%)。巖屑類型以變質(zhì)巖巖屑為主，變質(zhì)巖巖屑含量(25%～35%)明顯多于火成巖和沉積巖巖屑，x4=0.8～0.9；長(zhǎng)石中的斜長(zhǎng)石含量相對(duì)較高。

中部Y922，Y923和Y930等井的長(zhǎng)石和石英含量較高(石英平均含量為 32.9%～45%，長(zhǎng)石含量為35%～65%)，巖屑含量較低(巖屑平均含量為15%～32%)。巖屑類型以變質(zhì)巖巖屑為主，并含有較多的鮞?；?guī)r等灰?guī)r巖屑，沉積巖巖屑的平均含量5%～10%。

洼陷中部的F8和FS10等井石英、長(zhǎng)石含量高，石英平均含量為39.5%，長(zhǎng)石含量為53.83%，巖屑的平均含量為5.66%。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知：從古沖溝的西、東及北等3個(gè)方向向洼陷中心，石英、長(zhǎng)石含量增加，石英平均含量由26.46%左右增至39.5%；巖屑含量由26.18%～31.13%減少至5.66%。

圖3所示為沙四上亞段巖屑類型及含量平面展布圖，巖屑類型的差異性反映了不同的物源方向，分別為西、東短軸方向及北部長(zhǎng)軸方向的物源。

此外，還選用了Q型相關(guān)系數(shù)進(jìn)行砂巖成分的聚類分析，以8個(gè)碎屑組分含量為變量，對(duì)砂巖樣品之間的相似性進(jìn)行了對(duì)比，編制了譜系圖(圖4)。結(jié)果表明，在相關(guān)系數(shù)為0.7的時(shí)候，研究區(qū)的砂巖可被明顯地分為西部、中部、東部和洼陷等4個(gè)區(qū)塊，N222井屬于工區(qū)西側(cè)鹽家沖溝的充填沉積，與研究區(qū)的砂巖成分有差異。

表1 Y920古沖溝沙四上亞段砂巖碎屑礦物成分含量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Content of detrital minerals of sandstone of upper Es4 in Y920 paleo-valley

圖3 Y920古沖溝沙四上亞段砂巖巖屑類型分布圖Fig.3 Distribution of types of rock fragments in sandstone of upper Es4 in Y920 paleo-valley

3.2 砂巖成分成熟度特征

砂巖中石英代表碎屑中的穩(wěn)定組分，長(zhǎng)石、巖屑為不穩(wěn)定組分，穩(wěn)定與不穩(wěn)定組分的含量比(x1)代表礦物成熟度，反映物源方向的變化。

圖4 Y920古沖溝沙四上亞段砂巖成分聚類圖Fig.4 Cluster analysis of sandstone components of upper Es4 in Y920 paleo-valley

通過計(jì)算研究區(qū)不同井的礦物成熟度，繪制了平面礦物成熟度等值線圖(圖5)。沿北西-南東方向，由N224，N227井至Y928地區(qū)，礦物成熟度由0.3增大至 0.5～0.6；沖溝東部，自西向東礦物成熟度增大，Y929，Y933等井礦物成熟度為0.3～0.5，洼陷中部的F8，F(xiàn)S10等地區(qū)成熟度可以達(dá)到 0.6～1.0，礦物成熟度增大的方向代表不同的物源方向。

圖5 Y920古沖溝沙四上亞段成分成熟度分布圖Fig.5 Distribution of sandstone maturity of upper Es4 in Y920 paleo-valley

3.3 礫巖分布及其礫石類型

礫巖常分布在盆地的邊緣近物源區(qū),其成分可直接反映物源區(qū)母巖成分。礫巖中礫石的成分、礫徑等是確定物源的直接證據(jù)。對(duì)區(qū)內(nèi)礫巖中礫石成分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，研究區(qū)沙四上亞段礫巖的主要礫石成分有片麻巖、中酸性巖漿巖，少量灰?guī)r和泥巖礫等。平面上，礫石的成分有較大差異，西部的N227和N224等井花崗巖等中酸性侵入巖礫石含量高、礫徑大，礫石的礫徑一般為30～50 mm，有的可達(dá)100 mm以上，分選極差,具有近岸水下扇的沉積特點(diǎn)[11]；東部的Y929，Y933等井以花崗片麻巖、中酸性侵入巖為主，礫徑稍小，一般為20～35 mm。中部Y922，Y930井等含有較多的灰?guī)r礫石，如 Y922井沙四上亞段砂礫巖中，礫石占15%～70%左右，礫石成分主要為石英、結(jié)晶巖、長(zhǎng)石和鮞?；?guī)r等，礫徑較小，一般為10～15 mm，磨圓度相對(duì)較好，礫石有定向性，具有扇三角洲的沉積特點(diǎn)[5-7]。上述礫石成分的差異性反映了西部物源含有較多的中酸性火成巖等侵入巖體，東部物源區(qū)以花崗片麻巖為主；長(zhǎng)軸方向的物源含有一定的灰?guī)r地層。

4 古沖溝多物源疊加沉積模式

圖6所示為沙四上亞段4砂巖組砂礫巖厚度含量平面等值線圖，按砂礫巖含量大于60%的條帶作為劃分古水系分布范圍的標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)劃分為東部、中部和西部3條砂體條帶，作為該沖溝區(qū)古水系注入湖泊的 3條主要通道。其中東部地區(qū)的砂體條帶呈NE-SW向延伸，砂體條帶的寬度由向北南逐漸增加；中部地區(qū)的砂體條帶沿SN向延伸；西部地區(qū)的砂體條帶呈NW-SE向延伸。

Y920古沖溝多物源疊加充填模式見圖7。古沖溝發(fā)育早期，沖溝形態(tài)不對(duì)稱，沖溝兩側(cè)及長(zhǎng)軸方向凸起地形高差、剝蝕程度不同。沙四段沉積時(shí)期，沖溝西部斷層活動(dòng)性較強(qiáng)、地形高差大，容易產(chǎn)生機(jī)械破碎的大塊碎屑，被剝蝕的凸起中含有大量的火成巖體或巖脈；沖溝東部，斷層活動(dòng)性相對(duì)較弱、地形高差較小，物源以花崗片麻巖為主；長(zhǎng)軸方向，沖溝的延伸范圍較遠(yuǎn)，被剝蝕的物源區(qū)層位相對(duì)較為復(fù)雜，包含部分古生界地層，母巖碎屑物質(zhì)中碳酸鹽巖含量相對(duì)較高。

圖6 Y920古沖溝沙四上亞段4砂巖組砂巖含量Fig.6 Isopach of sandstone ratio of upper Es4 in Y920 paleo-valley

圖7 Y920古沖溝沙四上亞段多物源沉積模式Fig.7 Diagrams illustrating Multi-Provenance depositional model in Y920 paleo-valley of upper Es4

受短軸及長(zhǎng)軸等3個(gè)不同方向物源的影響，沖溝內(nèi)的扇體為不同方向扇體的疊加。在古沖溝兩側(cè)，粗粒砂礫巖扇體分布范圍較小，沖溝西部受高角度斷層邊界的影響，沖溝邊緣坡度陡，發(fā)育近岸水下扇沉積體系；東部為斷超接觸，坡度較緩，扇體規(guī)模稍大，以湖泊和扇三角洲沉積體系為主。沖溝中間及向盆地方向，不同物源的砂體相互疊合。在古沖溝前端喇叭狀溝口，砂體疊加、呈凹形展布，與前人提出的沖溝單一物源形成的砂體外凸形態(tài)[6-12]明顯不同。

5 結(jié)論

(1)在古近系沙河街組沙四上亞段沉積時(shí)期，東營凹陷北部陡坡帶Y920古沖溝呈明顯不對(duì)稱的箕狀構(gòu)造樣式，剖面形態(tài)表現(xiàn)為西陡東緩。古沖溝的地震相呈東西分帶的特點(diǎn)，古沖溝西部發(fā)育楔形反射、東部發(fā)育前積反射、中部發(fā)育透鏡狀反射，具有多物源疊加的沉積充填結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

(2)Y920古沖溝砂巖的碎屑礦物組成在平面上具有明顯的差異性。沖溝西部石英含量低、巖屑含量高，巖屑類型以火成巖巖屑為主；東部長(zhǎng)石和巖屑含量均較高，巖屑類型以變質(zhì)巖巖屑為主；中部長(zhǎng)石和石英含量較高，巖屑含量較低，并含有較多的鮞?；?guī)r等灰?guī)r巖屑。

(3)沙河街組四段上亞段沉積時(shí)期， Y920古沖溝存在3個(gè)方向的物源，分別為沿沖溝長(zhǎng)軸方向的北部物源以及來自沖溝西部和東部的短軸、側(cè)向物源。

(4)沖溝受短軸及長(zhǎng)軸等 3個(gè)不同方向物源的影響，沖溝內(nèi)的扇體為不同方向扇體的疊加。Y920古沖溝西部坡度陡，發(fā)育近岸水下扇沉積；東部為斷超接觸、坡度較緩，扇體以扇三角洲為主；沖溝中間及向盆地方向，不同物源的砂體相互疊合。在古沖溝前端喇叭狀溝口，砂體疊加、呈凹形展布。

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