單敬福 葛黛薇 樂江華 陳欣欣 馮廣業(yè) 劉 燕 王霽霞 李 名

(1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430100;2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 武漢 430100 3.新疆克拉瑪依新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院環(huán)境檢測(水質(zhì))中心 新疆克拉瑪依 834000;4.中國石油華北油田公司地球物理勘探研究院 河北任丘 062552)

0 引言

松遼盆地是我國七大含油氣盆地之一，位于我國東北部，屬大型中、新生代陸相沉積盆地，其油氣產(chǎn)量長期居國內(nèi)含油氣盆地首位。經(jīng)過50多年的勘探研究發(fā)現(xiàn)，松遼盆地深部有40多個(gè)小型斷陷［1］。依據(jù)鉆井和地震資料揭示，盆地內(nèi)中、新生代沉積地層總厚度超過了15 000 m，包括侏羅系火石嶺組，白堊系沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組、明水組，古近系伊安組、大安組、泰康組和第四系，這樣形成了8個(gè)超層序［2］。按照湖盆形成的構(gòu)造機(jī)制和地層界面接觸關(guān)系，可將松遼盆地從下至上分為2個(gè)演化階段，即早期裂陷作用階段和晚期坳陷作用階段，對(duì)應(yīng)的層序下部為斷陷構(gòu)造層序，上部為坳陷構(gòu)造層序［1］。沉積構(gòu)造演化與松遼盆地一起經(jīng)歷了斷陷初始期(火石嶺組)、強(qiáng)烈斷陷期(沙河子組、營一段)、斷陷高峰晚期(營二、三、四段)、斷坳轉(zhuǎn)換期(登婁庫組)和坳陷期(泉頭組—嫩江組)5個(gè)演化階段［3，4］。梨樹斷陷西北部是油氣最為有潛力的含油氣富集區(qū)。本區(qū)塊沙河子組二段和營一段沉積期是伸展斷陷階段的強(qiáng)烈斷陷期，沉降快、水體深，為重力流沉積的發(fā)育提供了先決條件，尤其在辮狀河三角洲前緣臨近深水區(qū)，易廣泛發(fā)育濁積砂體，濁積砂體鑲嵌在巨厚的暗色泥巖中，為巖性油氣藏的形成創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件［5］。隨著勘探工作的逐漸深入和地質(zhì)理論的不斷發(fā)展，油氣勘探工作逐漸由中東部的中央構(gòu)造帶向西部深陷帶尤其向西北部擴(kuò)展，并初步取得了可喜的勘探成果。研究區(qū)位于梨樹斷陷北部斜坡區(qū)和南部深陷區(qū)的過渡地帶，又由于同期形成的疊加構(gòu)造背景，是尋找構(gòu)造油氣藏和構(gòu)造—巖性復(fù)合型油氣藏的有利地區(qū)。但關(guān)于西北部營城組沉積類型、沉積相展布與演化、儲(chǔ)層特征等方面研究尚欠深入［6］，因此有必要對(duì)西北部沉積特征進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 地質(zhì)概況

圖1 研究區(qū)地理位置和構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 Geographic location and tectonic zoning map in the study area

研究區(qū)位于松遼盆地南部東南隆起區(qū)梨樹斷陷西北部，構(gòu)造區(qū)劃上位于桑樹臺(tái)深凹帶北部西丁家窩堡，跨北部斜坡帶皮家地區(qū)，桑樹臺(tái)大斷裂穿過工區(qū)，面積達(dá)到了230 km2。其構(gòu)造背景、形成演化及構(gòu)造特征受松遼盆地整體構(gòu)造作用及應(yīng)力場的控制［6］。西北部整體構(gòu)造格局表現(xiàn)為2正對(duì)2負(fù)的構(gòu)造格局，2正分別為沈洋帶凸起和皮家正向構(gòu)造帶，2負(fù)分別為桑樹臺(tái)洼陷和蘇家屯次洼(圖1)。研究區(qū)屬于梨樹斷陷構(gòu)造分區(qū)的一部分，是發(fā)育在晚古生代變質(zhì)基底之上的晚侏羅至中白堊世形成的斷—坳疊置型盆地。盆地早期(晚侏羅至早白堊世早期)沉積范圍廣、大地構(gòu)造背景多元化、太平洋板塊北移與歐亞板塊聚合產(chǎn)生強(qiáng)度大水平應(yīng)力的時(shí)期，斷裂極為發(fā)育和火山活動(dòng)頻繁。梨樹斷陷是在桑樹臺(tái)大斷裂、老公林子—雙龍扭斷裂及秦家屯斷陷以及北部楊大城子古隆起制約下形成的西深東淺的多箕狀斷陷盆地［7，8］。

營城組屬于斷陷湖盆沉積地層，分布受斷陷盆地限制，西部以桑樹臺(tái)斷裂為界，在北部向楊大城子凸起方向被剝蝕，向東、南部為超覆沉積，巖性為湖相灰黑、黑色泥巖(少量紅褐色泥巖)與灰白、灰白色粉、細(xì)、中砂巖，砂礫巖互層，與下伏沙河子組整合接觸，與基底、火石嶺組角度不整合接觸，上覆登婁庫組假整合、角度不整合接觸、泉頭組呈角度不整合接觸。營城組內(nèi)部由下至上巖性逐漸由細(xì)變粗，為一典型反旋回沉積(圖2)。地層累計(jì)厚度存在很大的差異，營四段最薄，尤其在皮家構(gòu)造帶上，更為明顯，且在每個(gè)油組單元內(nèi)部，不同區(qū)塊和不同構(gòu)造單元內(nèi)，厚度也存在很大的差異，平面上地層分布是不均衡的。

2 層序界面特征和層序格架

層序地層格架的建立是所有后續(xù)地質(zhì)工作的基礎(chǔ)，只有在等時(shí)單元內(nèi)進(jìn)行石油地質(zhì)分析才有意義，地層等時(shí)對(duì)比實(shí)質(zhì)上是對(duì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征及不整合面級(jí)別的識(shí)別與劃分［9］。不同級(jí)別層序地層界面的識(shí)別是進(jìn)行層序劃分及建立層序地層格架的基礎(chǔ)。層序界面的識(shí)別標(biāo)志很多，但是這些識(shí)別標(biāo)志中最可靠最易操作的識(shí)別標(biāo)志是巖芯相標(biāo)志、測井相標(biāo)志、沉積旋回特征及地震反射軸終止現(xiàn)象，另外其它地化和實(shí)驗(yàn)測試資料也可以作為層序界面的輔助識(shí)別標(biāo)志。根據(jù)本研究區(qū)的資料特點(diǎn)，充分利用巖芯、測井、地震等資料，進(jìn)行層序界面的識(shí)別劃分，最終將營城組劃分為2個(gè)三級(jí)層序，由下至上分別對(duì)應(yīng)SQ5、SQ6層序，每個(gè)三級(jí)層序單元內(nèi)部進(jìn)一步識(shí)別劃分為低位、湖侵和高位體系域(圖3)。

2.1 層序界面特征

三級(jí)層序界面的形成和分布受控于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的期次和幕式旋回，在某種程度上存在同步性。實(shí)質(zhì)上，層序界面的形成不僅僅與構(gòu)造有關(guān)，而且還與沉積物的供給、湖平面變化、氣候因素等因素有關(guān)［1］。梨樹斷陷西北部營城組劃分為兩個(gè)三級(jí)層序，對(duì)應(yīng)3個(gè)界面，由下至上分別對(duì)應(yīng)SB5、SB6和SB7(圖3)。

從地震剖面上看，SB5界面之下地層只是在盆地邊部削截明顯，為高角度不整合面，該界面之上地層上超特征明顯;SB6在大部分區(qū)域?yàn)檫B續(xù)同相軸，在沉積中心為空白反射，在中央隆起帶的局部有削截現(xiàn)象;SB7為一區(qū)域不整合面，也是登婁庫組與營城組兩套地層單元分界面，界面之上在盆緣可見上超，盆內(nèi)可見下超，局部見不整合。

2.2 體系域界面特征

體系域的識(shí)別是三級(jí)層序內(nèi)部的進(jìn)一步細(xì)分，是經(jīng)典層序地層學(xué)這套理論中較為重要的概念，其在某種程度上體現(xiàn)了沉積地質(zhì)體的時(shí)空四維性，這三種體系域的形成與分布主要受湖平面升降的控制，當(dāng)然還要受到構(gòu)造、沉積物供給、古地貌、古氣候等地質(zhì)因素的控制。體系域的識(shí)別主要依據(jù)坡折帶和地層堆積樣式的差異，另外，在地震剖面上，體系域的識(shí)別主要還根據(jù)地震反射同相軸與湖盆坡折之間的關(guān)系確定的。體系域的識(shí)別，關(guān)鍵是其界面的識(shí)別，除了三級(jí)層序的頂?shù)捉缑嫱?，?nèi)部還涉及到兩個(gè)關(guān)鍵界面，分別是初始湖泛面(Ffs)和最大湖泛面(Mfs)，其中初始湖泛面主要依據(jù)構(gòu)造坡折或沉積坡折來確定，依據(jù)視頂超與下超點(diǎn)確定最大湖泛面。初次湖泛面是Ⅰ型層序內(nèi)部初次跨越盆地坡折的湖泛面，即對(duì)應(yīng)于首次越過坡折帶的第一個(gè)上超點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的界面。最大湖泛面是一個(gè)層序中最大湖侵時(shí)形成的界面，是退積準(zhǔn)層序組轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)積準(zhǔn)層序組的界面，常常被上覆高位域下超(圖3)。在鉆井剖面上，體系域的劃分主要是根據(jù)準(zhǔn)層序的疊加樣式來進(jìn)行的。低位體系域主要以進(jìn)積式或退積式準(zhǔn)層序組為主，湖侵體系域以退積式準(zhǔn)層序組為主，高位體系域多以進(jìn)積或加積式準(zhǔn)層序組為主。根據(jù)準(zhǔn)層序疊加樣式的縱向變化可以識(shí)別首次湖泛面和最大湖泛面，進(jìn)而識(shí)別出沉積體系域(參見圖3中X8井SQ5(營一段和營二段))沉積特征。

2.3 層序地層格架

通過對(duì)以上各級(jí)次層序界面的識(shí)別，綜合考慮梨樹斷陷西北部構(gòu)造演化特征、湖平面的升降等，將研究區(qū)目的層早白堊世早期營城組地層劃分為2個(gè)三級(jí)層序和3個(gè)體系域(圖3)。

圖2 X2井單井綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of X2 Well

圖3 梨樹斷陷西北部層序及體系域界面特征Fig.3 Characteristics of sequence boundaries and system tracks in the northwest Lishu fault depression

3 沉積相類型

通過對(duì)梨樹斷陷西北部多口井巖芯觀察描述、粒度分析及控制沉積環(huán)境的沉積構(gòu)造背景等方面的分析和描述，把西丁家地區(qū)早白堊世營城組劃分了4個(gè)大相、11個(gè)亞相和近30個(gè)微相(表1)。

表1 松遼盆地東南緣沉積體系劃分Table 1 Classification of sedimentary system

圖4 梨樹斷陷扇三角洲識(shí)別標(biāo)志Fig.4 The identification mark of fan delta plain in the northwest Lishu fault depression

梨樹斷陷下白堊統(tǒng)沉積充填演化經(jīng)歷了早期斷陷初始期、中期強(qiáng)烈斷陷期和晚期斷坳轉(zhuǎn)換期。而本文所研究的目的層正是處在中期強(qiáng)烈斷陷期。依據(jù)巖芯和測井資料，結(jié)合地震反射特征、區(qū)域構(gòu)造演化和其它輔助資料，確定梨樹斷陷西北部營城組發(fā)育的沉積體系類型有:近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲和湖泊4種相類型，其中扇三角洲和辮狀河三角洲是本區(qū)最為主要的相類型和儲(chǔ)集層［10］。

3.1 扇三角洲

扇三角洲是指從鄰近山區(qū)直接推進(jìn)到穩(wěn)定水體中的扇體，往往發(fā)育在凹陷邊緣同沉積大斷裂附近。國內(nèi)外許多學(xué)者認(rèn)為，扇三角洲沉積屬于陡地形、近物源背景下快速沉積的粗碎屑巖［11］。梨樹斷陷西北部扇三角洲可劃分為扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣亞相。在地震剖面上順?biāo)鞣较虮憩F(xiàn)為同相軸呈楔形向湖盆收斂，垂直水流方向呈丘形。電測曲線表現(xiàn)為齒化箱形和齒狀鐘形，扇三角洲巖性主要以砂礫巖為主，粒度較粗，分選較差。扇三角洲在研究區(qū)陡坡帶營城組低位和高位體系域尤其發(fā)育。

1)扇三角洲平原亞相

扇三角洲平原亞相是湖平面以上部分，常發(fā)育在湖泊萎縮期，主要發(fā)育分流河道和分流河道間兩種微相。分流河道主要以灰色粗砂巖和砂礫巖為主，多呈向上變細(xì)的正韻律，常發(fā)育大型板狀、槽狀交錯(cuò)層理。電測曲線常表現(xiàn)為大型齒化鐘形或箱型。分流河道間位于分流河道之間相對(duì)低洼的地區(qū)，它是洪水期水道漫溢或決口形成的沉積，主要發(fā)育紅色、綠色泥巖和灰色粉砂巖為主，具有小型層理、滑塌及變形構(gòu)造，電測曲線表現(xiàn)為低平，起伏小，砂泥比值低，地震反射特征表現(xiàn)為楔形(圖4)。

2)扇三角洲前緣亞相

扇三角洲前緣亞相發(fā)育水下分流河道、分流河道間、河口壩和前緣席狀砂等幾種微相。水下分流河道由含礫砂巖和砂巖構(gòu)成，常發(fā)育小型交錯(cuò)層理，垂直剖面上呈透鏡狀。分流河道間處于分流河道兩側(cè)，由粉砂細(xì)砂和泥巖組成。河口壩砂巖分選較好，粒度中等，砂巖成熟度相對(duì)較高。席狀砂巖性較細(xì)，主要以粉砂巖為主，成熟度較高。

圖5 梨樹斷陷辮狀河三角洲平原識(shí)別標(biāo)志Fig.5 The identification mark of braided delta plain in the northwest Lishu fault depression

3.2 辮狀河三角洲

辮狀河三角洲體系指由辮狀河直接入湖形成的三角洲，其沉積動(dòng)力機(jī)制主要為牽引流，如圖2所示，粒度累積概率曲線主要為兩段式，C—M圖具有反映牽引流特征的N—O—P—Q—R—S段，但本次缺少R—S段，表明粒度以滾動(dòng)、跳躍粗端元組分為主，與辮狀河三角洲辮狀河水動(dòng)力強(qiáng)，搬運(yùn)顆粒粗等特征相一致。

1)辮狀河三角洲平原亞相

辮狀河三角洲平原亞相包括辮狀河道、辮狀河道間和溢岸沉積。辮狀河道沉積以河道砂壩以垂向加積和順物源方向的前積而形成的沉積物為主，本區(qū)表現(xiàn)為灰色凝灰質(zhì)含礫砂巖，巖性以灰色砂巖、灰白色粗砂巖和紅色泥巖為主，充填物從下向上粒度明顯變細(xì)。溢岸沉積是洪水期，水體漫出河道，在河道兩側(cè)形成一些積水洼地，其內(nèi)部接受細(xì)粒物質(zhì)沉積。辮狀河三角洲平原亞相電測曲線表現(xiàn)為箱型、電阻率微齒化、低伽瑪，齒化相對(duì)扇三角洲而言程度較輕，這可能與砂質(zhì)更純有關(guān)(圖5)。

2)辮狀河三角洲前緣亞相

辮狀河三角洲前緣亞相主要包括辮狀河道、分流河道間和河口壩3中微相。辮狀流河道是平原亞相中辮狀河道入湖后在水下延續(xù)部分，沉積物以灰白色凝灰質(zhì)砂巖為主。分流河道間沉積巖性較細(xì)，常為深灰色泥巖。河口砂壩位于水下分流河道前緣，粒度從下向上由細(xì)變粗，自然電位曲線多呈漏斗形，伽馬曲線多呈微齒化漏斗形。

3.3 湖泊相

在營城組下部主要發(fā)育深湖、半深湖等湖泊亞相單元，上部主要發(fā)育濱淺湖亞相。在湖泊相中，濱淺湖亞相帶可以發(fā)育席狀砂、灘壩砂等砂體類型。在深湖半深湖區(qū)域，可以發(fā)育濁積砂等砂體。在西丁家地區(qū)內(nèi)部，斷層相對(duì)發(fā)育，特別是近南北向的控陷斷層，在盆地的發(fā)育過程中對(duì)整個(gè)凹陷的古地理格局產(chǎn)生較為明顯的控制作用，如斷層的不同發(fā)育階段，在正斷層的下降盤易發(fā)育深湖、半深湖亞相，主要分布在西部蘇家屯次洼、南部的桑樹臺(tái)洼陷帶;在斷層的上升盤和緩坡帶一側(cè)易發(fā)育濱淺湖亞相。

4 沉積體系分布特征

4.1 沉積剖面特征

在火石嶺沉積期，桑樹臺(tái)洼槽已基本成型，沈洋凸起持續(xù)提供物源，在陡坡帶形成了以近岸為特征的扇三角洲扇體堆積，在地震剖面上可見到大型的楔狀地震反射結(jié)構(gòu)，形成了大型退積為特征的層序堆積模式，進(jìn)積堆積模式可能欠發(fā)育或在后期遭受了廣泛的剝蝕有關(guān);待到進(jìn)入了沙河子沉積期，湖盆的持續(xù)沉降，使得可容納空間增長速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沉積物供給速率，造成了饑餓式沉積層序，湖盆內(nèi)部沉積了巨厚的泥巖，在深湖半深湖區(qū)，還大量發(fā)育重力流成因的濁積砂體，這類砂體將是未來油氣勘探的主要方向;營城組沉積期，特別是營一段繼承了沙河子組二段深水沉積環(huán)境，周圍缺乏物源供給，構(gòu)造活動(dòng)量大，湖水很深，橫向上與縱向上廣泛分布泥巖，缺乏扇體沉積，只在洼槽沉積中心區(qū)域有重力流成因的濁積砂體展布;到了營二、營三和營四段，除了洼槽帶繼承了營一段沉積特點(diǎn)外，在北部斜坡帶開始發(fā)育大型軸向物源——大型辮狀河三角洲成因砂體堆積，整體表現(xiàn)為加積沉積特點(diǎn)，說明沉積區(qū)物源供給速率和構(gòu)造活動(dòng)也趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)為斷陷期向坳陷期轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)(圖6)。

4.2 沉積相平面展布特征

根據(jù)單井沉積相，連井沉積相分析等綜合分析研究，進(jìn)行沉積相平面展布特征的分析和研究，在進(jìn)行平面相分析之前，所有鉆井的單井層序及沉積相的分析為層序格架內(nèi)沉積相的研究提供了較為精確的“點(diǎn)”信息，再結(jié)合層序格架內(nèi)的構(gòu)造及古地貌分析，可以較為客觀的描述地層單元內(nèi)的“優(yōu)勢沉積相”空間展布特征(圖7a、b、c、d)。

營城組沉積期與沙河子組沉積期不同，沙河子屬于“窄盆深水”類型，營城組屬于“廣盆淺水”類型，這主要受控于兩組地層所處的構(gòu)造階段不同，前者屬斷陷高峰期，快速的構(gòu)造沉降，造成了局部的高可容納空間，因此深水是必然的;后者由于整體斷陷高峰晚期并向斷坳轉(zhuǎn)換期演變，因此構(gòu)造作用減弱，在北部斜坡構(gòu)造古地貌背景下，具有長軸物源為特征的辮狀河三角洲前緣砂體在本研究區(qū)廣泛發(fā)育，形成了巨厚前積至加積為特征的砂體堆積［12］。

整個(gè)營城組沉積演化實(shí)際上是有一定的繼承性和過渡性的，其中在SQ5LST+TST(營一段)沉積期，湖盆沉降速率加快，深水區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，物源供給更加貧乏，只在陡坡帶形成了規(guī)模很小扇體堆積，嚴(yán)格意義上講已屬于近岸滾石堆沉積體范疇，北部斜坡帶的辮狀河三角洲扇體由于湖侵，扇體持續(xù)后撤形成退積層序(圖7a);SQ5HST(營二段)沉積期，桑樹臺(tái)控盆大斷裂北段和皮家斷裂活動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，而桑樹臺(tái)大斷裂南部活動(dòng)強(qiáng)度依然較強(qiáng)，造成沉積中心持續(xù)向南偏移，加之該時(shí)期物源供給異常充分，來自北部楊大城子凸起帶上的辮狀河三角洲長軸物源持續(xù)南進(jìn)，形成了規(guī)模較大，基本上覆蓋了工區(qū)北部的扇體。皮家大斷裂雖然沒有了前期那么活躍，但局部的構(gòu)造活動(dòng)對(duì)砂體分散體系起到了再分配再沉積作用(圖7b);在SQ6LST+TST(營三段)沉積期，北部扇體規(guī)模有所萎縮，物源個(gè)數(shù)化整為零，由原來的單一扇體轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)供給水體所控制的多個(gè)扇體裙，說明沉積中心再次得到了調(diào)整，物源后撤伴隨著沉積中心的向北遷移，沉積中心的頻繁遷移造成了早期扇體前緣的沉積物的再分配，形成了一定規(guī)模的濁積砂體群(圖7c);而SQ6HST(營四段)則因強(qiáng)烈進(jìn)積作用，使得扇體向湖中心推進(jìn)，邊界斷層活動(dòng)已非常微弱甚至局部停止了活動(dòng)，在這樣一個(gè)背景下，形成了整個(gè)演化期最大的辮狀河三角洲扇體，扇體幾乎延伸到了桑樹臺(tái)洼陷的南端(圖7d)。由于強(qiáng)烈的進(jìn)積造成沉積中心持續(xù)南撤，并在本研究區(qū)局部見到了一定規(guī)模的濁積砂體群，并最終建立了營城組三維空間沉積相模式。

圖6 沉積剖面特征Fig.6 Characteristics of depositional section

圖7 梨樹斷陷西北部SQ5Fig.7 Sedimentary facies maps of SQ5and SQ6 sequence in Lishu depression

北部斜坡帶辮狀河三角洲成因砂體規(guī)模大，橫向連片展布，上部被登婁庫組河流相的洪泛泥巖遮擋，可充當(dāng)區(qū)域蓋層，下部有營一段和沙河子組二段的暗色泥巖作為烴源巖，形成了很好的下生中上蓋式成藏組合，因此，北部斜坡帶是下一步較為有利和重點(diǎn)勘探的潛在目標(biāo)。

5 結(jié)論

(1)西北部營城組主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、湖底扇和湖相4類沉積相，其中辮狀河三角洲和湖泊相是研究區(qū)內(nèi)最為發(fā)育的類型，辮狀河三角洲可以劃分為辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣、前辮狀河三角洲總共3個(gè)亞相單元;辮狀河三角洲前緣是本區(qū)內(nèi)最為發(fā)育的亞相單元，可進(jìn)一步劃分為水下分流河道、水下分流河道間兩種微相類型。

(2)營城組沉積時(shí)期，湖盆為“廣盆淺水”類型，西北部營城組斷陷高峰晚期湖盆沉積特征主要表現(xiàn)為長軸物源為特征的辮狀河三角洲沉積，垂向上由下至上地層疊加樣式表現(xiàn)為進(jìn)積向加積演變。最終指出北部斜坡帶是下一步較為有利和重點(diǎn)勘探的潛在目標(biāo)。

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