冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段層序地層及沉積演化

趙賢正

(中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司,河北任丘 062552)

冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段層序地層及沉積演化

趙賢正

(中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司,河北任丘 062552)

綜合利用巖心、鉆井、測井以及地震資料,對冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段進(jìn)行了層序地層劃分,建立了以體系域?yàn)閱卧牡葧r層序地層對比格架,將沙河街組一段劃分為一個三級層序,并以巖性、巖相以及地層疊置樣式的變化進(jìn)一步細(xì)分出低位、湖侵和高位體系域。在層序地層格架的基礎(chǔ)上,分析了沙河街組一段沉積相的構(gòu)成、演化和分布規(guī)律,認(rèn)為沙河街組一段主要發(fā)育三角洲相和湖泊相沉積。

沙河街組一段;層序地層;沉積體系;淀南地區(qū);冀中坳陷

1 地質(zhì)概況

淀南地區(qū)位于冀中坳陷中部,屬于霸縣凹陷與饒陽凹陷的結(jié)合部,包括霸縣凹陷鄚西背斜、雁嶺潛山構(gòu)造帶和饒陽凹陷的任西洼槽、蠡縣斜坡北段?？碧窖芯棵娣e約 1 000 km2,工區(qū)已基本被三維地震滿覆蓋(圖 1)。

近年的鉆探成果表明冀中坳陷古近系具有優(yōu)越的巖性-地層油氣藏成藏條件和良好的勘探前景[1],尤其是淀南地區(qū)沙河街組一段,目前已有多口井獲得工業(yè)油流,儲層較發(fā)育、物性較好,預(yù)示著該區(qū)沙河街組一段具有良好的油氣勘探前景。但同時也發(fā)現(xiàn)該區(qū)沙河街組一段地層及巖性縱橫向變化較大,油藏特征十分復(fù)雜,平面上壘、塹相間,物源體系、沉積環(huán)境與砂體展布特征較復(fù)雜。而目前對該區(qū)有關(guān)古近系沙河街組一段沉積體系平面展布的研究基本處于局部粗放型階段,嚴(yán)重制約了該區(qū)巖性地層油藏勘探的進(jìn)一步展開和擴(kuò)大[2]。本次研究通過對淀南地區(qū)沙河街組一段 21口井總長為 900 m巖心的描述,72口關(guān)鍵井的層序地層及沉積相分析,7條地震剖面的解釋與界面的標(biāo)定,7條連井對比剖面的編制。在綜合研究地震、鉆井、測井及巖心等資料的基礎(chǔ)上,建立了冀中凹陷淀南地區(qū)沙河街組一段以體系域?yàn)閱卧牡葧r層序地層對比格架 (圖 2),分析了冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段沉積相的構(gòu)成、演化和分布規(guī)律,為油氣勘探提供了依據(jù)。

2 層序地層特征

國內(nèi)外勘探實(shí)踐證明,層序地層學(xué)分析技術(shù)是尋找隱蔽圈閉的有效手段[3～5]。建立層序地層格架的關(guān)鍵是識別和劃分層序地層界面[6,7]。

圖1 冀中坳陷淀南地區(qū)構(gòu)造圖Fig.1 Structure outline map ofDiannan area in the JizhongDepression

圖 2 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段層序地層綜合柱狀圖Fig.2 Composite sequence stratigraphic column of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

2.1 層序界面(SB7與 SB8所限定)

由層序地層學(xué)原理可知,層序邊界為區(qū)域上易識別的不整合面、較容易識別的局部不整合面以及與之對應(yīng)的整合面[8,9],即包括不整合及相應(yīng)整合面[10]。據(jù)鉆井、巖心、地震反射及測井響應(yīng)等特征進(jìn)行井震標(biāo)定[11,12]來識別淀南地區(qū)沙河街組一段的頂?shù)捉缑?。底界面上下雖均為“泥巖 +砂巖”地層,但是底界面之下為氧化環(huán)境下的辮狀河三角洲平原沉積,發(fā)育一套細(xì)砂巖夾紅色泥巖地層;底界面之上為還原沉積環(huán)境,發(fā)育一套暗色泥巖夾薄層砂巖的濱淺湖沉積,泥巖顏色為灰色、深灰色(圖 3)。在地震剖面上,底界面代表一套同相軸極為連續(xù)的強(qiáng)反射層,主要為大套油頁巖以及灰?guī)r反射特征,形成于大規(guī)模湖侵時期,是研究區(qū)最主要的標(biāo)志層之一,并可見由于局部物源供給豐富造成的上超現(xiàn)象。頂界面常發(fā)育輕微的削截現(xiàn)象(圖4)。

2.2 體系域界面

圖 3 冀中坳陷淀南地區(qū)淀 20井沙河街組一段底界面巖-電特征Fig.3 Lithologic and electric response characteristics of the bottom boundary of Es1in the wellDian-20 in Dianan area,the JizhongDepression

根據(jù)地層疊置樣式、巖性、巖相的變化識別出首次湖泛面和最大湖泛面,劃分出低位、湖侵和高位體系域[13]。

首次湖泛面主要特征有:1)上下地層存在巖性突變面[14,15]、巖相和沉積類型明顯不同。首次湖泛面界面之下主要為淺灰色粗砂巖和中砂巖,主要為三角洲前緣水下分流河道沉積;2)地層疊置樣式存在明顯差異。在工區(qū)各個沉積層序中,首次湖泛面之下的低位體系域主要呈進(jìn)積式到弱進(jìn)積式地層疊置樣式,而界面之上的湖侵體系域則呈退積式(圖 5)。

最大湖泛面主要特征有:1)其上下地層疊置樣式存在明顯差異,最大湖泛面之下的湖侵體系域主要為退積式地層疊置樣式,而界面之上的高位體系域則呈加積 -進(jìn)積式 (圖 5);2)湖侵體系域頂部存在薄層凝縮層沉積,以淺湖、半深湖和深湖相暗色泥巖、油頁巖、鈣質(zhì)泥巖為主,向深湖方向厚度增大,向岸方向顏色變淺,代表了最大湖泛時期的沉積產(chǎn)物。

圖 4 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段頂、底界面地震反射特征Fig.4 Seis mic reflectance signatures of the top and bottom boundaries of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

圖 5 冀中坳陷淀南地區(qū)淀 20X井沙河街組一段體系域疊加樣式Fig.5 Stacking patterns of the system tracts in Es1of the wellDian-20X in Diannan area,the JizhongDepression

2.3 體系域分布特征

淀南地區(qū)沙河街組一段為一個三級層序,根據(jù)首次、最大湖泛面將該層序劃分為低位、湖侵和高位 3個體系域,其中沙河街組一段下亞段相當(dāng)于低位和湖侵體系域,沙河街組一段上亞段相當(dāng)于高位體系域。

低位體系域主要分布于東部鄚州洼槽方向,地層較薄,僅為 0～30 m,呈現(xiàn)從東向西逐漸減薄直至尖滅;湖侵體系域厚約 30～90 m,沉積中心在東部鄚州洼槽一線,淀 20X井發(fā)育湖侵體系域厚度達(dá) 90多米,向西減薄;高位體系域沉降中心逐漸由東部鄚州洼槽向西部任西洼槽轉(zhuǎn)移,厚度較大,一般為 180～520 m。

3 沉積相類型及特征

淀南地區(qū)沙河街組一段共發(fā)育三角洲相、湖泊相 2種沉積相類型,3種亞相和 9種微相。

3.1 三角洲相

沙河街組一段主要發(fā)育三角洲前緣亞相,可細(xì)分為水下分流河道、分流河道間灣、河口壩及遠(yuǎn)砂壩 4種微相[16,17]。由于物源供給相對充足、沉積速度相對較快,因此沉積厚度較大,單個層序厚度可達(dá) 20 m。主要由淺灰色、灰色、灰黑色夾厚層的砂礫巖、含礫砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖組成;發(fā)育槽狀交錯層理、水平層理、平行層理、塊狀層理、砂紋層理及沖刷充填構(gòu)造等典型沉積構(gòu)造標(biāo)志(圖 6a—f);在測井曲線上表現(xiàn)為中高幅柱狀、鐘形和箱形特征(圖 7)。

3.2 湖泊相

湖泊相在淀南地區(qū)沙河街組一段廣泛發(fā)育,可識別出濱淺湖和半深湖 2種亞相類型。

3.2.1 濱淺湖亞相

圖 6 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段沉積構(gòu)造特征Fig.6 Sed imentary structures of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

圖 7 冀中坳陷淀南地區(qū)淀 20-1井沙河街組一段單井巖心相分析Fig.7 Core facies analysis of Es1in the wellDian 20-1,Diannan area,the JizhongDepression

由于該區(qū)沙河街組一段沉積時期沉積地形平緩,水體較淺,缺乏生物化石,難以區(qū)分濱湖沉積和淺湖沉積,故合稱濱淺湖亞相,其中多發(fā)育濱淺湖灘壩[18]和濱淺湖泥等微相。巖性主要由灰綠、淺灰、深灰色泥巖與砂巖互層夾油頁巖組成。因?yàn)樗畡恿l件復(fù)雜,湖浪沖刷篩選作用強(qiáng)烈,其沉積構(gòu)造也復(fù)雜多樣,常見小型交錯層理、波狀層理、水平層理、波痕及生物潛穴等,泥巖主要為水平層理(圖 6g—i)。地震相外型為席狀,內(nèi)部結(jié)構(gòu)為平行反射,頂?shù)捉佑|關(guān)系為整一。

3.2.2 半深湖亞相

巖性主要為深灰、黑灰色泥巖、頁巖及油頁巖,偶夾薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥質(zhì)粉砂巖。沉積構(gòu)造相對單一,主要發(fā)育水平層理、塊狀層理以及差異壓實(shí)形成的變形層理。由于半深湖亞相發(fā)育在穩(wěn)定沉積階段,并位于湖盆沉積中心,地形平緩開闊,成層性好,因此地震反射特征為平行、亞平行、弱 -中振幅、中高頻、高連續(xù)席狀相和板狀相。在湖侵體系域時期,研究區(qū)東南部半深湖區(qū)發(fā)育濁積巖,主要為細(xì)砂巖和細(xì)砂質(zhì)粉砂巖。粒度概率曲線為單段弧形,傾角為 50°～60°,幾乎全由懸浮總體所組成,反映沉積物下沉?xí)r,遞變懸浮體內(nèi)的分選情況,重力分異對較重的顆粒比較輕的顆粒更有效,后者仍混在殘留的湍流中,結(jié)果使粗段分選較好,線段陡并向細(xì)段變平(圖 8)。C-M圖為一平行于C=M基線的長條形(圖9)。

圖 8 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段粒度概率曲線Fig.8 Grain size probability curve of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

圖 9 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段 C-M圖Fig.9 C-Mmap of Es1in Diannan area, the JizhongDepression

4 沉積體系演化

4.1 低位體系域沉積相展布特征

區(qū)內(nèi)沙河街組一段沉積時期大部分時間處于水面以上未接受沉積或遭受剝蝕,從沉積物粒度和砂地比成分含量以及砂體厚度分析來看,物源來自西部隆起區(qū),在東部發(fā)育一些小型三角洲前緣亞相沉積,范圍并不大,并且在局部淺水區(qū)發(fā)育少量濱淺湖灘壩砂體,砂體自西向東厚度逐漸減薄,粒度變細(xì)(圖 10,圖 11)。

4.2 湖侵體系域沉積相展布特征

湖侵體系域主要發(fā)育濱淺湖灘壩沉積及一些小型三角洲沉積,物源來自東北方向的牛駝鎮(zhèn)低凸起,砂體呈現(xiàn)東北厚,西南薄的變化趨勢。東北部砂體一般厚 20～30 m,在淀 19井最厚,超過 30 m,向西南逐漸變薄,但在局部存在加厚區(qū)。東北發(fā)育三角洲前緣亞相沉積,在平緩地形條件下,向西南方向逐漸變?yōu)闉I淺湖沉積,灘壩砂體發(fā)育。同時,因受風(fēng)暴流的影響,早期沉積的灘壩砂體被風(fēng)暴流再次改造,形成一系列與風(fēng)暴作用有關(guān)的風(fēng)暴-灘壩共生沉積。在任西洼槽中較深湖區(qū)發(fā)育小型濁積砂體(圖 11,圖 12)。

圖 10 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段低位體系域沉積相Fig.10 Sedimentary facies of the LST of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

圖 11 冀中坳陷淀南地區(qū)高 52—雁 15—淀 16—淀 17X—淀 19井沙河街組一段層序地層及沉積相剖面對比Fig.11 Inter-well correlation of sequence stratigraphy and sedimentary facies in Diannan area,the JizhongDepression

圖 12 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段湖侵體系域沉積相Fig.12 Sedimentary facies of the TST of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

4.3 高位體系域沉積相展布特征

該時期以發(fā)育三角洲前緣亞相和濱淺湖灘壩砂體為主,且三角洲的平面展布嚴(yán)格受水系發(fā)育程度和物源供給規(guī)律控制,其特征是分流河道推進(jìn)速度很快,流程很長,河口壩不太發(fā)育,以三角洲水下分流河道砂體為主。由于西南邊緣隆起的不斷抬升,為該區(qū)提供了豐富的物源,并且自南向北快速推進(jìn),在寬闊的斜坡背景下,在研究區(qū)西南部發(fā)育大型三角洲沉積;同樣在該時期研究區(qū)的東北方向也發(fā)育小規(guī)模的三角洲沉積,砂體最厚可達(dá) 40 m,且物源供給較為充足。而濱淺湖灘壩砂體相對較少發(fā)育,僅局限于工區(qū)中部的淺水洼地內(nèi)(圖 11,圖 13)。

5 油氣勘探意義

總體上,淀南地區(qū)沙河街組一段時期主要發(fā)育水下分流河道、河口壩、濱淺湖灘壩等儲集砂體類型,砂體規(guī)模較大,儲層物性較好。

冀中坳陷沙河街組沉積時期構(gòu)造活動強(qiáng)度具有遷移性[19],使得研究區(qū)西北部受同沉積斷裂和古地貌影響明顯,因此在該區(qū)西北部發(fā)育廣泛的坡折帶[16]。湖侵體系域時期發(fā)育濱淺湖灘壩砂體及水下分流河道砂體,隨著湖侵規(guī)模的逐漸擴(kuò)大,湖岸線依次向岸邊擴(kuò)展,所沉積的砂體逐漸向坡折帶超覆殲滅,易形成地層上超油氣藏(圖 14a)。低水位體系域,層序底界面為剝蝕界面,可作為油氣運(yùn)移的通道,此時發(fā)育小型低位三角洲前緣水下分流河道砂體,其上被首次湖泛泥巖覆蓋,具有良好的成藏條件 (圖 14b)。高位體系域,主要發(fā)育大量進(jìn)積型的三角洲前緣砂體及濱淺湖灘壩砂體,由于砂體受河流、波浪等多種作用的淘洗改造,從而形成物性良好的儲集體。加之該儲集體下伏優(yōu)質(zhì)生油密集段,上覆泥巖作為蓋層,或與上伏層序低位域不整合面相連,因此,易形成地層油氣藏及灘壩砂為主的巖性油氣藏[20](圖 14)。

圖 13 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段高位體系域沉積相Fig.13 Sedimentary facies of the HST of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

圖 14 冀中坳陷淀南地區(qū)沙河街組一段油藏模式Fig.14 Oil reservoirmodels of Es1in Diannan area,the JizhongDepression

淀 15井、淀 20X井均鉆遇超覆類型油氣藏,任 96井則鉆遇砂巖透鏡體 (圖 14)。目前在淀南地區(qū)沙河街組一段已找到淀 3,雁 66,高 20,雁 68,高 46等多個油藏,探明石油地質(zhì)儲量為 1 193.58× 104t。

6 結(jié)論

1)淀南地區(qū)古近系沙河街組一段可劃分為一個三級層序,并且該層序可進(jìn)一步細(xì)分為 3個體系域。

2)研究區(qū)沙河街組一段共發(fā)育三角洲相和湖泊相兩種沉積相類型,其中低位體系發(fā)育三角洲前緣亞相和濱淺湖沉積,湖侵體系域發(fā)育三角洲前緣亞相、濱淺湖和半深湖沉積,高位體系域發(fā)育三角洲前緣亞相和濱淺湖沉積。

3)研究區(qū)發(fā)育斷裂坡折和沉積坡折兩種坡折帶類型,控制著不同體系域時期發(fā)育的油氣藏類型。湖侵體系域易形成地層上超油氣藏;低位體系域時期發(fā)育的小型低位三角洲前緣水下分流河道砂體被湖侵體系域泥巖封蓋,可作為良好儲層;高位體系域時期發(fā)育的進(jìn)積型三角洲前緣砂體和濱淺湖灘壩砂體同樣是物性良好的儲層。

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Sequence stratigraphy and sed imentary evolution of Es1in Diannan area of the Jizhong Depression

Zhao Xianzheng

(PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu,Hebei062552,China)

Based on an integration of core,drilling,logging and seis mic data,the paper perfor ms sequence stratigraphic division of the firstmember of the Eogene Shahejie For mation(Es1)in the Diannan area of JizhongDepression and constructs an isochronal sequence stratigraphic correlation framework with one system tract as a unit.One third-order sequence is recognized in Es1,and it can be subdivided into a lowstand,a lake transgression and a highstand systems tract based on the stratigraphic superimposition patterns aswell as its lithologic and lithofacies changes.The construction of the isochronous stratigraphic framework shed light on the analysis of composition,evolution and distribution pattern of its sedimentary facies.The result indicates that the Es1is dominated by delta and lacustrine facies.

first member of the Shahejie Formation,sequence stratigraphy,sedimentary system,Diannan area, JizhongDepression

TE121.3

A

0253-9985(2010)05-0542-10

2010-06-02。

趙賢正(1962—),男,教授級高級工程師,油氣勘探。

國家科技重大專項(2009ZX05009-002)。

(編輯 張亞雄)