安天下

(中國(guó)石化勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,山東 東營(yíng) 257001)

前人針對(duì)渤南洼陷南部斷階帶沙三中上亞段沉積體系已做過(guò)大量研究,多認(rèn)為沙三中上亞段的沉積體系為來(lái)自東部孤島及南部陳家莊凸起物源供給形成的重力流沉積體系。但該認(rèn)識(shí)存在3個(gè)問(wèn)題:一是將上述兩個(gè)鄰近凸起解釋為物源供給區(qū),物源區(qū)規(guī)模與沉積體系規(guī)模不匹配;二是前人未明確解釋研究區(qū)墾西地壘形成時(shí)期及物源通道發(fā)育的特征;三是前人多以近源重力流對(duì)沉積相類型進(jìn)行解釋,與三級(jí)層序內(nèi)低位體系域多發(fā)育重力流沉積,高位體系域多發(fā)育牽引流沉積的規(guī)律不符。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤南洼陷位于濟(jì)陽(yáng)坳陷北部沾化凹陷內(nèi),為北東走向、北陡南緩、東陡西緩、北斷南超的典型箕狀斷陷湖盆。北以埕南斷層為界與埕東凸起相連,西以義東斷層為界與義和莊凸起相鄰,南部緊鄰陳家莊凸起,東部以孤西斷層為界,與孤北洼陷相鄰[1]。地層自下而上發(fā)育孔店組、沙河街組、東營(yíng)組;其中,沙河街組自下而上可分為沙河街組四段、沙河街組三段、沙河街組二段和沙河街組一段[2]。沙三段為主力含油層系之一,內(nèi)部各類沉積體勘探和認(rèn)識(shí)程度不同,中部洼陷帶濁積巖沉積體探明程度高,南部緩坡、北部陡坡沉積體發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量少,存在大量?jī)?chǔ)量空白區(qū)(圖1)。

2 不同砂組物源體系判識(shí)

2.1 物源方向判識(shí)方法及思路

2.1.1 判識(shí)方法

陳家莊凸起出露地層為寒武系—奧陶系,主要為變質(zhì)巖;而孤島凸起出露中生界,主要為巖漿巖。兩個(gè)凸起母巖出露巖性的差異將導(dǎo)致對(duì)應(yīng)沉積區(qū)的碎屑礦物含量、重礦物組合類型等差異。結(jié)合各種物源判識(shí)方法所需資料在研究區(qū)的豐富程度,選取了巖屑含量和特征元素比值分布模式兩種判識(shí)方法。

圖1 渤南洼陷區(qū)域構(gòu)造位置

2.1.2 判識(shí)思路

為實(shí)現(xiàn)渤南南部斷階帶沙三中上亞段沉積體系物源分析指標(biāo)與物源區(qū)的直接對(duì)比,選取東營(yíng)北帶代表陳家莊物源、孤北洼陷西部地區(qū)代表孤島凸起物源;而對(duì)遠(yuǎn)源沉積主要選取與沾化凹陷相鄰的東營(yíng)凹陷沙三段東營(yíng)三角洲沉積體系為代表。利用上述兩種判識(shí)方法,分別將研究區(qū)與物源區(qū)代表進(jìn)行對(duì)比,來(lái)判識(shí)物源方向。

2.2 巖屑含量特征

砂巖碎屑組分特征是物源判識(shí)較常用的方法之一[3-5]。碎屑組分及其組合特征與物源區(qū)關(guān)系密切,在搬運(yùn)過(guò)程中,隨距離增加,碎屑組分中的石英含量逐漸增加,長(zhǎng)石和巖屑的含量逐漸減少,巖石的成分、結(jié)構(gòu)成熟度增高,這是用碎屑組分特征分析物源區(qū)的理論基礎(chǔ)。母巖區(qū)及渤南地區(qū)40余口井的巖心樣品薄片,分別繪制了不同類型巖屑含量餅圖(圖2)。

2.2.1 母巖區(qū)不同類型巖屑含量特征

三個(gè)可能物源區(qū)代表區(qū)的不同類型巖屑含量特征可分為3類:第一類為東營(yíng)北帶—陳家莊物源型,整體以變質(zhì)巖巖屑含量為主,含少量巖漿巖巖屑和沉積巖巖屑(圖2模式a);第二類為孤北洼陷—孤島物源型,主要以變質(zhì)巖巖屑和巖漿巖巖屑為主,但二者含量相當(dāng),含少量沉積巖巖屑(圖2模式b);第三類為東營(yíng)三角洲—遠(yuǎn)源型,以變質(zhì)巖巖屑為主,但與陳家莊物源型相比,其巖漿巖巖屑和沉積巖巖屑要多(圖2模式c)。

模式a：東營(yíng)北帶-陳家莊物源；模式b：孤北洼陷-孤島物源；模式c：東營(yíng)三角洲-東南遠(yuǎn)源圖2 3個(gè)可能物源區(qū)不同類型巖屑含量特征

2.2.2 渤南南部斷階帶沙三中上亞段不同類型巖屑含量特征

圖3 渤南洼陷南部斷階帶不同類型巖屑百分含量

依據(jù)上述思路,對(duì)渤南洼陷南部斷階帶沙三中上亞段各砂組巖屑含量進(jìn)行系統(tǒng)分析,繪制出巖屑含量餅圖(圖3)。結(jié)果顯示,研究區(qū)不同類型巖屑含量特征同樣呈3種類型,并與3個(gè)可能物源區(qū)相似:第一種為9砂組出現(xiàn)較多的陳家莊物源型;第二種為沙三上亞段各砂組出現(xiàn)較多的孤島物源型;第三種為沙三中亞段8、6+7兩個(gè)砂組出現(xiàn)較多,與東營(yíng)三角洲類似的遠(yuǎn)源型(圖3)。

從3個(gè)可能物源區(qū)與渤南洼陷南部斷階帶沙三中上亞段不同類型巖屑含量特征對(duì)比來(lái)看,研究區(qū)應(yīng)發(fā)育3個(gè)物源方向,東部孤島凸起物源、南部陳家莊凸起物源和東南方向遠(yuǎn)源。

2.3 特征元素特征

沉積物中的特征元素包括大部分主量元素和部分微量元素,某些特征元素化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定,主要受物源影響,相對(duì)獨(dú)立于沉積環(huán)境和成巖作用,在風(fēng)化剝蝕、搬運(yùn)、沉積、成巖過(guò)程中其含量基本保持不變,在物源區(qū)和沉積區(qū)具有一定可比性,可作為良好的物源指示元素[6-8]。特征元素比值分布模式指通過(guò)選取多個(gè)可靠的特征元素含量比值作為物源示蹤指標(biāo),繪制特征元素比值分布模式圖,根據(jù)沉積區(qū)與物源區(qū)特征元素比值分布模式的相似程度,判斷沉積物源方向。

2.3.1 特征元素含量比值的選取

特征元素化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在搬運(yùn)和沉積過(guò)程中其含量基本保持不變,相關(guān)性較好的兩種特征元素含量比值可作為物源對(duì)比的示蹤指標(biāo)。某些特征元素在搬運(yùn)、沉積和成巖過(guò)程中絕對(duì)含量會(huì)發(fā)生變化,但化學(xué)性質(zhì)相似性較好,具有一致的富集程度和富集規(guī)律,相對(duì)含量基本保持不變,選擇相關(guān)性較好的兩種元素求其含量比值同樣可作為物源對(duì)比的示蹤指標(biāo)。

2.3.2 特征元素比值分布模式

利用40余口代表井所測(cè)的Co、Ni、Mn、Fe、Mg、V、Al、Sr、Ca、Ba、Na、K共12種特征元素含量,分別計(jì)算Ni/Co、V/Co、Mg/Mn、Mn/Sr、Ba/Mn、Fe/K、Mg/Ca、Al/Na、Ba/Sr、Al/Mg含量比值,繪制每塊樣品特征元素比值分布模式。

2.3.3 母巖區(qū)特征元素比值分布模式

3個(gè)可能物源區(qū)特征元素比值分布模式顯示,可分為兩種類型:第一類為近源型,包括陳家莊物源型和孤島物源型,以東營(yíng)北帶鹽100井和孤北地區(qū)孤北106井、孤北341井、義943井為例,兩個(gè)物源區(qū)特征元素比值分布模式均為“三峰式”,3個(gè)峰值對(duì)應(yīng)Mg/Mn、Ba/Mn、Al/Mg(圖4(a))。第二類為遠(yuǎn)源型,類似于東營(yíng)三角洲,特征元素比值分布模式為“兩峰式”,與“三峰式”相比,缺少Ba/Mn對(duì)應(yīng)的峰值(圖4(b))。

圖4 三個(gè)可能物源區(qū)特征元素比值分布模式

2.3.4 沉積區(qū)特征元素比值分布模式

從渤南南部斷階帶沙三中上亞段特征元素比值分布模式分析來(lái)看,可分為3種類型。第一種為類似陳家莊物源和孤島物源的“三峰式”,以9砂組義140井和2+3砂組義139井為例;第二種為類似遠(yuǎn)源型(東營(yíng)三角洲),以8砂組的義140井和6+7砂組的義137井為例;第三種為“兩峰、三峰混合式”,以4砂組墾625井為例(圖5)。

對(duì)比分析不同凸起物源區(qū)與渤南南部斷階帶沙三段特征元素含量可以看出,研究區(qū)除發(fā)育類似陳家莊和孤島型的“三峰式”以外,還發(fā)育了類似遠(yuǎn)源型的“兩峰式”,也進(jìn)一步說(shuō)明了研究區(qū)發(fā)育三個(gè)物源方向。

2.4 物源方向特征

依據(jù)上述方法和思路,對(duì)3個(gè)三級(jí)層序各砂組進(jìn)行物源方向判識(shí),明確了物源控制下各三級(jí)層序內(nèi)部充填演化序列[9]。

2.4.1 各三級(jí)層序內(nèi)物源特征

(1)沙三中亞段。9砂組為沙三中亞段三級(jí)層序的低位體系域,其不同類型巖屑含量特征主要為典型的陳家莊物源型,而特征元素比值分布模式為近源的“三峰式”,表明9砂組物源來(lái)自南部陳家莊凸起供給。

8、6+7砂組為沙三中亞段的湖侵和高位體系域,其內(nèi)部不同類型巖屑含量特征和特征元素比值分布模式均有兩種類型,一類是大面積砂體內(nèi)部發(fā)育的遠(yuǎn)源型,特征元素比值分布模式為“兩峰式”;另一類是靠近孤島凸起發(fā)育的孤島型,特征元素比值分布模式為“三峰式”,表明8、6+7兩個(gè)砂組主力砂體來(lái)自東南方向遠(yuǎn)源供給,而在靠近孤島凸起區(qū)域發(fā)育來(lái)自孤島的小規(guī)模物源。

圖5 各砂組特征元素比值分布模式

(2)沙三上亞段。5砂組為沙三上亞段三級(jí)層序的低位體系域,其不同類型巖屑含量主要為孤島型,特征元素比值分布模式為近源“三峰式”,表明物源來(lái)自孤島凸起。

4、2+3、0+1砂組作為沙三上亞段的湖侵和高位體系域,因受后期構(gòu)造抬升影響,各砂組在南部發(fā)生了不同程度剝蝕;殘留砂體的不同類型巖屑含量特征為遠(yuǎn)源和孤島兩種類型,而特征元素比值分布模式則發(fā)育了兩峰式、三峰式和混合式3種,說(shuō)明這3個(gè)砂組的物源為遠(yuǎn)源和孤島復(fù)合物源供給特征。

2.4.2 各砂組物源演化規(guī)律

結(jié)合以上各三級(jí)層序各砂組物源方向判識(shí)結(jié)果分析可得,沙三中亞段沉積時(shí)期,低位域的9砂組沉積物源來(lái)自南部陳家莊物源,向上湖侵域和高位域的8、6+7砂組演化為東南方向遠(yuǎn)源供給,在靠近孤島凸起區(qū)域,發(fā)育孤島凸起的小規(guī)模物源;沙三上亞段沉積時(shí)期,低位域5砂組的物源來(lái)自東部孤島凸起,湖侵域和高位域4、2+3、0+1砂組物源演化為東南方向遠(yuǎn)源和孤島凸起物源復(fù)合供給。對(duì)于沙三中、上亞段,物源方向演化呈低位域?yàn)榻垂┙o,湖侵和高位域多演化為遠(yuǎn)源或復(fù)合物源供給特征。

3 不同砂組沉積相展布及演化規(guī)律

研究區(qū)沙三中上亞段發(fā)育多類沉積相標(biāo)志,從巖石類型來(lái)看,有含礫砂巖、細(xì)砂巖和灰色泥巖等;沉積構(gòu)造有泥巖撕裂、包卷層理、塊狀層理等構(gòu)造,粒度概率曲線以兩段式為主,C-M圖在R-P、P-O和O-N段均有分布。測(cè)井相標(biāo)志包括指型、漏斗型和箱型等,總體反映出牽引流和重力流并存的沉積性質(zhì)。

在物源認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上,綜合各類沉積相標(biāo)志,將研究區(qū)沙三中上亞段劃分為4種沉積類型:帶下切水道低位濁積扇、三角洲前緣亞相、近岸水下扇和濁積巖(圖6)。

3.1 沙三中亞段(6+7-9砂組)

沙三中沉積時(shí)期發(fā)育3套砂組,分別為9、8和6+7砂組。前人研究認(rèn)為,9砂組砂體為來(lái)自孤島凸起的濁積扇體。筆者認(rèn)為其為來(lái)自陳家莊凸起沿墾66井方向向北推進(jìn)的具有明顯下切水道的低位濁積扇體,發(fā)育沖刷面、遞變層理、塊狀層理和砂紋層理等沉積構(gòu)造,沿墾66井一帶NW向狹長(zhǎng)溝谷地形呈狹長(zhǎng)狀分布。由于后期構(gòu)造抬升,墾西地壘帶的砂體遭受剝蝕。

8、6+7砂組為沙三中頂部高位域砂體,從前面的物源體系分析認(rèn)為兩砂組有兩套物源體系,一套為來(lái)自為孤島凸起,在渤83、墾623井附近形成近岸水下扇;另一套則為來(lái)自東部的墾東凸起形成遠(yuǎn)源三角洲體系,該扇體從孤南216方向推進(jìn)至三合村地區(qū),沿羅353、義82方向向北推進(jìn),其前方發(fā)育滑塌濁積砂體。

3.2 沙三上亞段(0-5砂組)

5砂組沉積時(shí)期,湖水相對(duì)變淺,淺湖區(qū)明顯擴(kuò)大,南部為濱淺湖,北部為半深湖深湖相,主要物源方向?yàn)楣聧u凸起區(qū)北段,沉積類型為低位濁積扇。

0-4砂組沉積時(shí)期,湖水繼續(xù)變淺,深水區(qū)向北推進(jìn),物源方向主要來(lái)自東南方向遠(yuǎn)源和孤島凸起復(fù)合物源供給。從殘留砂體特征來(lái)看,砂體整體較薄,巖性較細(xì),泥巖顏色為灰色,沉積類型為復(fù)合物源供給形成的滑塌濁積巖。南部由于后期構(gòu)造抬升,主體部位剝蝕飴盡。

圖6 渤南洼陷南部斷階帶沙三中上亞段沉積體系特征

4 結(jié) 論

(1)渤南洼陷南部斷階帶沙三中上亞段發(fā)育陳家莊凸起、孤島凸起及東南方向遠(yuǎn)源3個(gè)物源方向。

(2)渤南洼陷南斜坡沙三中上亞段各砂組充填演化序列受物源方向控制:沙三中低位域9砂組為陳家莊凸起供給,高位體系域6-8砂組發(fā)育東南遠(yuǎn)源及小規(guī)模孤島物源供給;沙三上低位域5砂組為孤島物源供給,高位體系域0-4砂組為孤島、遠(yuǎn)源復(fù)合物源供給。

(3)渤南南部斷階帶沙三中上亞段主要發(fā)育帶下切水道的低位濁積扇、三角洲前緣、濁積巖、及近岸水下扇等4類沉積相。砂體發(fā)育規(guī)律主要受古物源、沉積相類型及后期構(gòu)造活動(dòng)因素共同控制。

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