箕狀斷陷湖盆裂陷期層序地層及沉積演化
——以松遼盆地西南緣奈曼凹陷九佛堂組下段為例

劉曉麗,裴家學(xué),蔡國(guó)鋼,郝 亮,楊 雪,何紹勇,劉海艷,王智勇,李秀明,秦喜春,范家銘,李 麗

( 中國(guó)石油遼河油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,遼寧 盤錦 124010 )

0 引言

中國(guó)東部廣泛發(fā)育中新生代單斷箕狀湖盆[1-5],湖盆內(nèi)各構(gòu)造帶構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱不同,導(dǎo)致沉積體系組合具有差異[6-9],受控于構(gòu)造特征和優(yōu)勢(shì)沉積相帶的配置,湖盆內(nèi)發(fā)育多種類型的巖性油氣藏,自湖盆邊緣向湖盆中心呈連片發(fā)育模式[10-11],巖性油氣藏勘探成為中國(guó)陸上重要的油氣勘探領(lǐng)域。

在巖性油氣藏勘探中,層序地層研究及沉積砂體空間展布預(yù)測(cè)是關(guān)鍵[12-14]。人們探討中國(guó)東部陸相單斷式湖盆層序地層劃分、層序格架及沉積充填樣式,對(duì)陸相湖盆層序的地層格架及其內(nèi)部構(gòu)成模式提出不同觀點(diǎn),而部分學(xué)者沿用Vail的劃分方案和研究方法,識(shí)別盆地的地形坡折帶和湖泛面,將一個(gè)沉積層序細(xì)分成低位、湖侵和高位體系域,但受構(gòu)造活動(dòng)影響,出現(xiàn)層序結(jié)構(gòu)不完整、體系域缺失的特征[15-16]。陸相斷陷湖盆受邊界斷層幕式活動(dòng)控制、多物源影響,湖平面變化存在“二段式折線”模式,由快速上升轉(zhuǎn)為快速下降,缺少相對(duì)穩(wěn)定階段,應(yīng)用經(jīng)典的層序地層學(xué)劃分方法存在局限性[17-18],采用T-R沉積旋回劃分方法更為適用[19-21]。單斷式湖盆多幕、多期次構(gòu)造活動(dòng)不僅控制層序內(nèi)部構(gòu)成,也造成層序結(jié)構(gòu)及沉積充填樣式復(fù)雜性。王華等認(rèn)為構(gòu)造因素在陸相斷陷盆地層序形成中具有首要的控制作用,提出斷坡帶型、彎折帶型、樞紐帶型或斜坡型3種層序結(jié)構(gòu)樣式[22]。張自立等提出補(bǔ)償順向多級(jí)斷階型、補(bǔ)償斷裂坡折型等9種層序結(jié)構(gòu)樣式[23]。

人們研究奈曼凹陷九佛堂組下段的地球化學(xué)特征、沉積儲(chǔ)層特征[24-30],但受資料限制,研究局限于西部陡坡帶N1塊,對(duì)奈曼凹陷整體的層序地層未能系統(tǒng)開(kāi)展,對(duì)層序格架下的沉積砂體展布及演化特征認(rèn)識(shí)不清。奈曼凹陷是受多物源影響的小型斷陷湖盆,地形坡折帶不發(fā)育,筆者采用T-R(湖進(jìn)—湖退)的層序劃分方法,在研究區(qū)測(cè)井、錄井、巖心及測(cè)試分析等基礎(chǔ)上,建立奈曼凹陷九佛堂組下段高精度層序地層格架,并結(jié)合地震相、古地貌、地震屬性等資料精細(xì)刻畫沉積體,明確九佛堂組下段沉積演化規(guī)律,指導(dǎo)研究區(qū)白堊系九佛堂組下段優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè),為研究區(qū)巖性油氣藏勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地是中國(guó)東北地區(qū)大型的含油氣盆地[31-32](見(jiàn)圖1(b)),具有早期斷陷、晚期坳陷的“二元結(jié)構(gòu)”特征[33],其構(gòu)造演化經(jīng)歷初始斷陷期(火石嶺組)、強(qiáng)斷陷期(沙河子組及營(yíng)城組)、斷拗轉(zhuǎn)換期(登婁庫(kù)組)、拗陷期(泉頭組及嫩江組)[34-36]。在早期斷陷階段,松遼盆地西南緣發(fā)育多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單斷箕狀湖盆[37-38],主力含油層位為強(qiáng)斷陷期的九佛堂組(相當(dāng)于沙河子組),已發(fā)現(xiàn)多種油氣藏類型[39]。

圖1 奈曼凹陷構(gòu)造位置及地層柱狀圖Fig.1 Structure location distribution and stratigraphic colnmn of Naiman Depression

奈曼凹陷是松遼盆地西南緣一個(gè)中生代早白堊世斷拗型凹陷(見(jiàn)圖1(b)),自下而上依次發(fā)育下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組和上白堊統(tǒng)、新生界(見(jiàn)圖1(c))。構(gòu)造演化主要經(jīng)歷初始張裂期、快速裂陷期、穩(wěn)定沉降期、抬升剝蝕期及拗陷期5個(gè)發(fā)育階段。義縣組沉積時(shí)期處于湖盆的初始張裂期,在區(qū)域性地幔隆起背景下,地殼上部呈現(xiàn)拉張應(yīng)力環(huán)境,形成北東向展布的主干斷裂系統(tǒng);九佛堂組沉積時(shí)期處于湖盆快速裂陷期,西邊界斷裂強(qiáng)烈活動(dòng),下降盤發(fā)育較大規(guī)模扇三角洲沉積體系,東部斜坡上發(fā)育一系列辮狀河三角洲沉積體系,形成奈曼凹陷主要的儲(chǔ)集巖;沙海組—阜新組沉積時(shí)期處于湖盆穩(wěn)定沉降期,沉積厚層泥巖,形成奈曼凹陷區(qū)域性蓋層;阜新組沉積末期為湖盆抬升剝蝕期,凹陷北段地層大幅抬升并遭受剝蝕;晚白堊世至今構(gòu)造活動(dòng)減弱,為湖盆拗陷期,沉積層厚度小、粒度粗、泥巖不發(fā)育。

2 沉積相類型

九佛堂組下段沉積時(shí)期處于盆地的快速裂陷期,受控于邊界斷層的強(qiáng)烈活動(dòng),奈曼凹陷呈西斷東超的箕狀形態(tài),東西兩側(cè)差異性沉降決定奈曼凹陷東、西構(gòu)造帶發(fā)育不同的沉積相類型。通過(guò)鉆井、地震、測(cè)井及分析化驗(yàn)資料綜合分析,確定九佛堂組下段沉積時(shí)期奈曼凹陷發(fā)育3種主要的沉積相類型:扇三角洲相、辮狀河三角洲相及湖泊相,其中扇三角洲相主要發(fā)育于西部陡坡帶,辮狀河三角洲相主要發(fā)育于東部斜坡帶。

2.1 扇三角洲相

九佛堂組下段沉積時(shí)期處于盆地的快速裂陷期,奈曼凹陷西側(cè)邊界斷層強(qiáng)烈活動(dòng),形成西高東低的地貌特點(diǎn),西部高地長(zhǎng)期出露地表并遭受風(fēng)化剝蝕,緊鄰高地的下降盤在九佛堂組沉積期持續(xù)沉降,這種區(qū)域上的高低配置關(guān)系決定研究區(qū)西部陡坡帶的物源主要依賴西側(cè)高地的供給,為近岸短軸物源供給。通過(guò)巖性、粒度、沉積構(gòu)造特征等分析,認(rèn)為西部陡坡帶發(fā)育扇三角洲沉積相,可劃分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣及前扇三角洲。

扇三角洲平原分布局限,在斷層下降盤邊緣呈條帶狀分布,在地震剖面上表現(xiàn)為楔形分布的雜亂的反射特征(見(jiàn)圖2(a)-Ⅰ)。鉆遇井比較少,僅在N27和N21井九佛堂組下段頂部見(jiàn)紫紅色、灰綠色泥質(zhì)砂礫巖和紫紅色泥巖沉積(見(jiàn)圖2(b)-Ⅰ),說(shuō)明當(dāng)時(shí)的水體很淺或?yàn)殛懮铣练e,沉積環(huán)境為氧化環(huán)境。N27井鉆遇泛濫平原微相,測(cè)井曲線呈指狀、齒形(見(jiàn)圖2(c)-Ⅰ)。

圖2 奈曼凹陷扇三角洲沉積響應(yīng)特征Fig.2 Sedimentary response characteristics of fan delta in Naiman Depression

扇三角洲前緣分布面積廣,與扇三角洲平原的地震相相比,地震剖面上常表現(xiàn)為前積反射(見(jiàn)圖2(a)-Ⅱ)到扇體前端平行弱反射的連續(xù)變化(見(jiàn)圖2(a)-Ⅲ)。扇三角洲沉積具有重力流及牽引流特征,巖性以巖屑砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主(見(jiàn)圖2(e)),分選中等,呈次棱—次圓狀,成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低,沉積構(gòu)造為塊狀層理、粒序?qū)永?、平行層?不發(fā)育大型交錯(cuò)層理。分析鉆遇井特征,扇三角洲水下分流河道和前緣席狀砂分布廣,僅在少許井段鉆遇河口壩。

水下分流河道巖性粒度較粗,主要為砂礫巖、含礫砂巖和砂巖,單層厚度為20～30 m。垂向上為多個(gè)向上變細(xì)的正粒序疊加,層理以塊狀層理(見(jiàn)圖2(b)-Ⅱ)、粒序?qū)永頌橹鳌Ｗ匀浑娢缓碗娮杪是€呈齒狀箱型或漏斗型(見(jiàn)圖2(c)-Ⅱ)。扇三角洲水下分流河道是水上辮狀河道在水下的延伸,除具有水上辮狀河道能量高、遷移快、重力流等特點(diǎn)外,由于受湖水影響,攜帶的沉積物也受到多組水流的作用,粒度概率曲線以寬緩上拱式及復(fù)雜兩段式為主,N21井在1 880.33 m的粒度概率曲線為寬緩上拱式,懸浮總體為主,滾動(dòng)和跳躍總體不發(fā)育,粒度中值Φ在1.0～8.0之間,反映重力流沉積;N1井在2 359.24 m的粒度概率曲線為兩跳一懸式,跳躍總體由兩個(gè)次總體組成,跳躍總體占比為70%～80%,懸浮總體占比為20%～30%,懸浮總體與跳躍總體的交會(huì)點(diǎn)的Φ在2.0～3.0之間,反映水流能量高、遷移快;同時(shí),所攜沉積物受湖浪、湖流等多向、多組水流影響,是扇三角洲水下河道有別于其他三角洲穩(wěn)定的水下分支河道的重要沉積特征(見(jiàn)圖2(d)-Ⅰ)。

河口壩砂體發(fā)育于水下分流河道前端,零星發(fā)育,巖性較粗,厚度較大。整體呈下細(xì)上粗的反韻律,由下向上依次為粉砂巖、砂巖、砂礫巖,厚度為15～30 m,測(cè)井曲線為鐘形(見(jiàn)圖2(c)-Ⅲ)。N1井在2 124.88 m的粒度概率曲線為一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡式(見(jiàn)圖2(d)-Ⅱ),滾動(dòng)總體不發(fā)育,跳躍總體占比在30%左右,斜率為50°～70°,過(guò)渡帶占比為40%～50%,分選中等,Φ在1.5～3.0之間,懸浮總體占比為20%～30%,反映河口區(qū)中等能量的動(dòng)蕩水流沉積環(huán)境。

席狀砂發(fā)育于河口壩前方,受湖浪作用較強(qiáng),由水下分流河道及河口壩等砂體改造遷移連片而成。研究區(qū)扇三角洲席狀砂分布廣但厚度薄,單層厚度為2～7 m。巖性粒度較細(xì),多為細(xì)砂巖、粉砂巖,碎屑顆粒磨圓較好,巖性為深灰色凝灰質(zhì)泥巖和淺灰色凝灰質(zhì)粉—細(xì)砂巖間互層,見(jiàn)波狀層理、變形層理(見(jiàn)圖2(b)-Ⅲ)。測(cè)井曲線以指狀為主(見(jiàn)圖2(c)-Ⅳ)。

前扇三角洲亞相以灰色、深灰色泥巖夾薄層灰色細(xì)砂巖、粉砂巖。發(fā)育水平層理和變形層理,含碳屑,可見(jiàn)同生黃鐵礦。電阻率曲線以低幅齒狀為主,偶見(jiàn)指狀(見(jiàn)圖2(c)-Ⅴ)。

2.2 辮狀河三角洲相

奈曼凹陷東部斜坡帶斷裂活動(dòng)弱,地層產(chǎn)狀平緩,整體處于淺水沉積環(huán)境,主要接受來(lái)自南、東方向的辮狀河流的物源供給,在低緩斜坡區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系,可劃分為辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣及前辮狀河三角洲。

由于后期構(gòu)造抬升,該區(qū)辮狀河三角洲平原亞相遭受剝蝕,僅在東部有少量殘余,在地震剖面上表現(xiàn)為雜亂的反射特征(見(jiàn)圖3(a)-Ⅰ)。NC1井九佛堂組下段鉆遇紫紅色、灰綠色泥巖同砂礫巖互層沉積,為辮狀河三角洲平原分流河道微相,測(cè)井曲線呈箱形(見(jiàn)圖3(c)-Ⅰ)。

圖3 奈曼凹陷辮狀河三角洲沉積響應(yīng)特征Fig.3 Sedimentary response characteristics of braided river delta in Naiman Depression

辮狀河三角洲前緣亞相分布面積廣,地震剖面上常表現(xiàn)為連續(xù)的弱振幅反射特征(見(jiàn)圖3(a)-Ⅱ和3(a)-Ⅲ)。與扇三角洲沉積構(gòu)造特征不同,辮狀河三角洲以牽引流沉積特征為主,巖性為巖屑砂巖(見(jiàn)圖3(e)),分選中等,呈次棱—次圓狀,成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低,沉積構(gòu)造類型豐富,發(fā)育塊狀層理、大型交錯(cuò)層理、波狀層理、平行層理。分析鉆遇井特征,發(fā)育廣泛的辮狀河三角洲水下分流河道和席狀砂,同時(shí)發(fā)育一些規(guī)模較小的河口壩。

水下分流河道主要為灰色、深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖與灰色泥巖互層,單層厚度為10～30 m,總體呈“砂包泥”特征,發(fā)育塊狀層理(見(jiàn)圖3(b)-Ⅰ)、大型交錯(cuò)層理(見(jiàn)圖3(b)-Ⅱ)和沖刷面等沉積構(gòu)造,其中大型交錯(cuò)層理發(fā)育是辮狀河三角洲區(qū)別于扇三角洲的重要標(biāo)志。自然伽馬曲線呈齒狀,自然電位曲線特征不明顯,電阻率曲線呈箱狀、齒狀(見(jiàn)圖3(c)-Ⅱ)。辮狀河三角洲前緣水下分流河道的流量受平水期和洪水期變化影響較大,粒度概率曲線為一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡式,可細(xì)分為兩類,即N38井在1 257.70 m的粒度概率曲線為第一類,滾動(dòng)總體不發(fā)育,跳躍總體占比在10%左右,斜率為50°～70°,過(guò)渡帶占比為30%～40%,Φ在1.5～2.5之間,分選中等,懸浮總體發(fā)育,占比為50%以上,反映平水期水流進(jìn)入湖盆后能量降低的水動(dòng)力特征特點(diǎn);N38井在1 058.83 m的粒度概率曲線為第二類,跳躍總體占比低于10%,過(guò)渡帶占比為20%～30%,Φ在1.5～4.0之間,分選差,反映洪水期水體比較動(dòng)蕩、泥沙混雜、快速堆積的特征(見(jiàn)圖3(d))。

辮狀河三角洲河口壩厚度較扇三角洲河口壩薄,巖性細(xì)。整體呈反韻律特征(見(jiàn)圖3(b)-Ⅲ),由下向上依次為粉砂巖、細(xì)砂巖,厚度為3～5 m,測(cè)井曲線為鐘形(見(jiàn)圖3(c)-Ⅲ)。粒度概率曲線為一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡式(見(jiàn)圖3(d)-Ⅱ),滾動(dòng)總體不發(fā)育,跳躍總體占比在5%左右,過(guò)渡帶占比為30%～40%,Φ在1.5～2.0之間,分選中等,懸浮總體發(fā)育,占比為50%以上,反映波浪作用較弱的特征。

席狀砂粒度較細(xì),以粉砂巖為主。垂向上表現(xiàn)為深灰色凝灰質(zhì)泥巖和淺灰色凝灰質(zhì)粉細(xì)砂巖薄互層(見(jiàn)圖3(c)-Ⅳ),其頂部受后期水流和波浪的改造,可見(jiàn)波狀層理、炭質(zhì)紋層發(fā)育。

前辮狀河三角洲亞相以灰色、深灰色泥巖夾薄層灰色細(xì)砂巖、粉砂巖,總體呈“泥包砂”特征。電阻率曲線以低幅齒狀、指狀為主(見(jiàn)圖3(c)-Ⅴ)。

2.3 湖泊相

湖泊相沉積主要發(fā)育于奈曼凹陷中央洼陷帶,平行于湖盆的長(zhǎng)軸方向呈條帶狀展布,同前三角洲相似,不易區(qū)分。地震反射具有席狀外型、平行反射結(jié)構(gòu),同相軸連續(xù)性好。巖性以厚層灰色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主,夾薄層灰色粉砂巖,發(fā)育水平層理,細(xì)層呈直線狀、相互平行,反映與層面相平行的特點(diǎn)。

3 層序地層格架及特征

層序地層格架研究是巖性油氣藏勘探的有效方法[14]。在奈曼凹陷沉積構(gòu)造史發(fā)育的基礎(chǔ)上,利用元素、地震、鉆測(cè)井等資料,識(shí)別T-R層序關(guān)鍵界面,分析層序構(gòu)成樣式,奈曼凹陷九佛堂組下段為一個(gè)三級(jí)T-R旋回,包括兩個(gè)體系域,分別為湖進(jìn)體系域與湖退體系域。

3.1 層序關(guān)鍵界面識(shí)別

陸相斷陷湖盆中的湖進(jìn)、湖退沉積旋回,存在3個(gè)重要的物理界面,分別為層序的底界面(SB1)、頂界面(SB2)及層序內(nèi)部湖進(jìn)和湖退的轉(zhuǎn)換面(mfs)[21]。層序界面識(shí)別根據(jù)地震剖面、野外露頭反映的不整合面,以及錄井巖性、測(cè)井曲線等資料展現(xiàn)的沉積突變面或間斷面[16,40]。張立強(qiáng)等認(rèn)為層序邊界處具有鏡質(zhì)體反射率(Ro)突變,總有機(jī)碳(TOC)、微量元素含量存在低谷等特征[41],可以作為層序界面識(shí)別標(biāo)志。

3.1.1 地球化學(xué)特征

通常微量元素比值可以進(jìn)行古環(huán)境恢復(fù),Ca/(Ca+Fe)可以指示古鹽度特征,咸水環(huán)境的Ca/(Ca+Fe)>0.8,淡水環(huán)境的Ca/(Ca+Fe)<0.4,半咸水環(huán)境的Ca/(Ca+Fe)介于0.4～0.6。Sr/Cu可以指示古氣候特征,濕潤(rùn)環(huán)境的Sr/Cu<10,干燥環(huán)境的Sr/Cu>10[42]。Th/U可以有效指示沉積時(shí)的氧化還原環(huán)境,強(qiáng)還原環(huán)境的Th/U<4,還原環(huán)境的Th/U介于4～10,弱氧化—還原環(huán)境的Th/U介于10～30,氧化環(huán)境的Th/U>30[43]。由于巖心地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)點(diǎn)比較少且較為離散,不能反映元素含量在垂向上的變化,因此選用全井段元素信息的元素錄井及自然伽馬能譜測(cè)井資料識(shí)別分析層序界面。

N30井九佛堂組下段(九下段)微量元素比值變化趨勢(shì)比較明顯(見(jiàn)圖4),整體上,奈曼凹陷九下段沉積時(shí)期,Ca/(Ca+Fe)介于0.4～0.7,屬于半咸水環(huán)境;Sr/Cu介于36～148,為干燥環(huán)境;Th /U介于3～6,屬于還原—強(qiáng)還原環(huán)境?？v向上,九下段沉積初期,Ca/(Ca+Fe)介于0.43～0.70,平均為0.58;Sr/Cu介于62～115,平均為86;Th/U介于3.60～4.75,平均為4.27,說(shuō)明九下段沉積初期氣候干熱,為半咸水還原環(huán)境。1 640 m附近Ca/(Ca+Fe)降為0.396,Sr/Cu降為39,Th/U降為3.9,說(shuō)明九下段沉積中期氣候干旱,相對(duì)于九下段沉積初期偏濕潤(rùn),水體咸度降低,偏淡水,水體深度加深,水體底部為強(qiáng)還原環(huán)境,對(duì)應(yīng)層序界面mfs。九下段沉積晚期,Ca/(Ca+Fe)介于0.52～0.68,平均為0.64;Sr/Cu介于76～143,平均為102;Th/U最高達(dá)到4.7,說(shuō)明九下段沉積晚期氣候干熱,水體咸度增加,水體逐漸變淺,水體底部由強(qiáng)還原環(huán)境變?yōu)檫€原環(huán)境。

圖4 奈曼凹陷九下段層序界面及響應(yīng)特征Fig.4 Sequence interface and response characteristics of the Jiufotang Formation lower member in Naiman Depression

3.1.2 巖電特征

層序底界面(SB1)對(duì)應(yīng)九佛堂組和義縣組分界面。該界面是一個(gè)區(qū)域性不整合面,界面特征比較明顯(見(jiàn)圖4(b))。地震剖面上表現(xiàn)為上超反射特征;巖性特征上,界面之上是凝灰質(zhì)粉砂巖夾薄層泥巖互層,單砂層厚度為2～6 m,界面之下巖性較為復(fù)雜,為大套角礫巖、砂礫巖、火山巖或鹽巖,單層厚度為5～25 m;測(cè)井曲線在界面上有明顯的突變,電阻率曲線向上由微齒化箱型變?yōu)殇忼X狀,聲波和自然伽馬向上整體變大。

最大湖泛面(mfs)在整個(gè)凹陷廣泛發(fā)育,地震剖面上表現(xiàn)為穩(wěn)定的強(qiáng)反射特征。界面上、下準(zhǔn)層序組疊加樣式發(fā)生轉(zhuǎn)化,界面之下為退積式準(zhǔn)層序組,自下向上沉積物粒度逐漸變細(xì),砂巖厚度不斷減薄,泥巖厚度不斷增大,在自然電位曲線上表現(xiàn)為漏斗形;界面之上為進(jìn)積式準(zhǔn)層序組,自下向上粒度逐漸變粗,砂礫巖厚度增大,泥巖厚度減薄,砂泥比降低,在自然電位曲線上表現(xiàn)為鐘形—箱形的復(fù)合形式,電阻率明顯增大,聲波變小。

層序頂界面(SB2)對(duì)應(yīng)九佛堂組下段和九佛堂組上段分界面。地震剖面上是一個(gè)局部的不整合面(見(jiàn)圖4(b)),局部地區(qū)九上段地層超覆于九下段頂界;巖性特征上,界面之上是砂礫巖、砂巖夾紫紅色、灰色薄層泥巖,單砂層厚度為10～20 m,界面之下為凝灰質(zhì)砂巖夾薄層泥巖,單砂層厚度為1～4 m;測(cè)井曲線界面處有明顯的突變,電阻率突然變小,聲波和自然伽馬突然變大。

3.2 連井層序地層格架

連井地震層序格架是識(shí)別盆地層序地層學(xué)結(jié)構(gòu)、研究層序要素空間展布規(guī)律的基礎(chǔ)。在三級(jí)層序劃分上,選取層序完整、沉積現(xiàn)象豐富的重點(diǎn)井建立剖面格架,井—震資料結(jié)合,在鉆井—地震剖面上對(duì)層序界面進(jìn)行聯(lián)合識(shí)別和追蹤,建立連井層序地層格架(見(jiàn)圖5)。

圖5 奈曼凹陷九佛堂組連井層序地層格架Fig.5 Interwell sequence stratigraphic framework of Jiufotang Formation in Naiman Depression

湖進(jìn)體系域(T)發(fā)育時(shí)期,由于湖盆快速裂陷,湖盆規(guī)模擴(kuò)大,西側(cè)以控盆斷層為邊界,東側(cè)至N13井附近,沉積中心偏向陡坡帶一側(cè),位于N33井附近,厚度由沉積中心向東西斜坡方向逐漸減薄。地層結(jié)構(gòu)為退積式,盆地西側(cè)以控盆斷層為邊界,發(fā)育扇三角洲沉積體,近西部斷層處巖性以砂礫巖為主,砂體規(guī)模大,向沉積中心逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹屑?xì)砂巖,直至泥巖夾粉砂巖沉積,盆地東側(cè)發(fā)育辮狀河三角洲沉積體,粗粒沉積范圍小,巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主,向湖盆中心砂體迅速尖滅。

湖退體系域(R)發(fā)育時(shí)期,湖盆持續(xù)裂陷,沉積中心向西南方向遷移,地層結(jié)構(gòu)為進(jìn)積—加積式。盆地西側(cè)以控盆斷層為邊界,近西部斷層處巖性以砂礫巖為主,砂體規(guī)模變小,向沉積中心迅速相變?yōu)槟鄮r夾粉砂巖沉積;盆地東側(cè)邊界在N13井以南,巖性以細(xì)砂巖為主,局部可見(jiàn)薄層砂礫巖,砂體延伸遠(yuǎn),發(fā)育規(guī)模大。

4 沉積演化

在勘探程度較高的區(qū)塊,以巖石學(xué)特征、砂巖厚度百分比表征沉積砂體展布。奈曼凹陷探井?dāng)?shù)量少,根據(jù)鉆井特征,無(wú)法進(jìn)行整體的沉積相展布,以“構(gòu)造控相、溝谷控扇”沉積學(xué)原理為指導(dǎo),以古地貌特征恢復(fù)、地震相分析為主,結(jié)合少量的巖心試驗(yàn)分析確定物源方向,通過(guò)地震屬性精細(xì)刻畫沉積砂體,揭示各層序格架下沉積相展布特征。

奈曼凹陷九下段4口井的重礦物分析見(jiàn)表1,由表1可知,奈曼凹陷九下段砂巖重礦物表現(xiàn)出穩(wěn)定礦物體積分?jǐn)?shù)高于不穩(wěn)定礦物體積分?jǐn)?shù)的特點(diǎn),其中穩(wěn)定礦物中鋯石、白鈦石的體積分?jǐn)?shù)較高,反映奈曼地區(qū)主體部位的碎屑物質(zhì)具有一定搬運(yùn)距離。西部陡坡帶N1井鋯石、白鈦石、黑云母體積分?jǐn)?shù)較高,鋯石的體積分?jǐn)?shù)在24.00%～66.90%之間,平均為49.04%;白鈦石的體積分?jǐn)?shù)在26.70%～56.60%之間,平均為40.18%,反映母巖是西部剝蝕區(qū)的變質(zhì)巖及中酸性巖漿巖組合。東部斜坡帶N13井鋯石、白鈦石、石榴石體積分?jǐn)?shù)較高,鋯石的體積分?jǐn)?shù)在5.20%～40.20%之間,平均為20.54%;白鈦石的體積分?jǐn)?shù)在14.30%～93.10%之間,平均為40.18%,反映母巖是東部的變質(zhì)巖及中酸性巖漿巖組合,其中以變質(zhì)巖供給比例較大。東部斜坡帶N38井鋯石、鈦磁鐵礦體積分?jǐn)?shù)較高,白鈦石的體積分?jǐn)?shù)在0～57.45%之間,平均為9.33%;鈦磁鐵礦的體積分?jǐn)?shù)在0～12.50%之間,平均為3.00%,反映母巖主要是東部的變質(zhì)巖,N38、N13井的物源來(lái)自東部不同的母巖區(qū)。

表1 奈曼凹陷九佛堂組陸源重礦物和自生礦物體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the percentage content of terrestrial heavy minerals and authigenic minerals of Jiufotang Formation in Naiman Depression

研究區(qū)古地貌特征見(jiàn)圖6,奈曼凹陷九佛堂組沉積時(shí)期處于盆地的快速裂陷期,沉積前古地貌表現(xiàn)為西陡東緩的特征。西側(cè)邊界斷層強(qiáng)烈活動(dòng),形成西高東低的地貌特點(diǎn),西部高地長(zhǎng)期出露地表并遭受風(fēng)化剝蝕,緊鄰高地的下降盤在九佛堂組沉積期持續(xù)沉降,這種區(qū)域上的高低配置關(guān)系決定研究區(qū)西部陡坡帶的物源主要依賴西側(cè)高地的供給,為近岸短軸物源。N1—N38—N21井一線發(fā)育水下低凸,其兩側(cè)各發(fā)育一個(gè)順斜坡方向的古溝槽,是主要的砂體輸送通道,控制西部陡坡帶兩個(gè)主要扇體的發(fā)育。東部斜坡帶斷裂活動(dòng)弱,地層產(chǎn)狀平緩,整體處于淺水沉積環(huán)境,在N13及N38井處各有一個(gè)低幅度的溝槽,是該構(gòu)造帶主要的砂體輸送通道,控制東部斜坡帶兩個(gè)主要扇體的發(fā)育。

湖進(jìn)體系域時(shí)期,湖盆處于強(qiáng)斷陷期,西側(cè)邊界斷層活動(dòng)強(qiáng)烈,大量風(fēng)化剝蝕的碎屑物質(zhì)堆積在山前地帶,為西部陡坡帶提供充足的物源;同時(shí),受斷層的幕式活動(dòng)影響,西部陡坡帶不斷產(chǎn)生新的可容空間,在斷層下降盤發(fā)育多個(gè)扇三角洲沉積體(見(jiàn)圖6(a)),其中,在N1及N33井區(qū)的兩個(gè)扇三角洲范圍最大,N27井區(qū)發(fā)育一小型扇三角洲體。N1及N33井區(qū)的兩個(gè)扇體之間發(fā)育一個(gè)水下低凸起,由于地勢(shì)較高,阻礙水系通過(guò),水下分流河道砂體不發(fā)育,沉積厚度薄,兩個(gè)扇體前緣席狀砂在此交匯。在低凸起的兩側(cè)各發(fā)育一個(gè)順斜坡方向的古溝槽,是主要的砂體輸送通道,沉積厚度大,沉積物粒度粗,以水下分流河道砂體為主。東部斜坡帶古地形整體較平緩,碎屑物質(zhì)主要由多條山區(qū)辮狀河流攜帶入湖,南側(cè)N13井區(qū)物源充足,形成較大范圍的辮狀河三角洲,由于地形寬緩,經(jīng)古溝槽輸送的砂體斜坡區(qū)卸載,形成粒度細(xì)、厚度薄、大面積連片分布的水下分流河道砂體。N38井區(qū)物源相對(duì)較少,古地貌地形平緩,可容空間小,攜砂的辮狀河入湖后水動(dòng)力迅速減弱,沉積物入湖后,受頂托作用影響,快速沉降,沉積體向湖盆內(nèi)延伸短,辮狀河三角洲發(fā)育規(guī)模較小。

湖退體系域時(shí)期,沉積中心向南遷移,兩側(cè)斜坡帶以扇三角洲、辮狀河三角洲沉積為主,由于古地貌及物源供給發(fā)生明顯變化,扇體發(fā)育的位置和規(guī)模同湖進(jìn)體系域有明顯差別。同湖進(jìn)體系域相比,扇三角洲整體上分布范圍變小。在N1井區(qū)發(fā)育的扇三角洲范圍最大,N33及N27井區(qū)各發(fā)育一小型扇三角洲體,N1及N33井區(qū)的兩個(gè)扇體之間為水下正向地形區(qū),但分布范圍變小,兩側(cè)的古溝槽是主要的砂體輸送通道。東部斜坡帶南側(cè)N13井區(qū)物源供給減少,三角洲前緣向湖盆延伸距離短,在研究區(qū)內(nèi)展布范圍小,N38井區(qū)物源供給相對(duì)充足;同時(shí),由于發(fā)育多個(gè)NE向小型正斷層,使東部斜坡帶地形高差增大,有利于砂體運(yùn)移,形成長(zhǎng)軸方向的辮狀河三角洲沉積,沉積物向湖盆延伸較遠(yuǎn),扇體發(fā)育規(guī)模大。

5 結(jié)論

(1)奈曼凹陷九佛堂組下段為1個(gè)T-R旋回,分為2個(gè)體系域,分別為湖進(jìn)體系域與湖退體系域。層序的底界面(SB1)、頂界面(SB2)及最大湖泛面(mfs)處地球化學(xué)特征及巖電特征具有明顯變化。

(2)奈曼凹陷主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲和湖泊相 3 種沉積相類型。西部陡坡帶扇體為近岸短軸物源,具有重力流及牽引流特征,為扇三角洲沉積相;東部斜坡帶扇體為長(zhǎng)軸方向的物源,以牽引流特征為主,為辮狀河三角洲沉積相。

(3)湖進(jìn)、湖退體系域時(shí)期,扇體發(fā)育的位置和規(guī)模明顯不同。湖進(jìn)體系域時(shí)期,西部陡坡帶扇三角洲發(fā)育規(guī)模大,東部斜坡帶辮狀河三角洲發(fā)育規(guī)模較小;湖退體系域時(shí)期,西部陡坡帶扇三角洲發(fā)育規(guī)模小,東部斜坡帶辮狀河三角洲發(fā)育規(guī)模大。