黃驊坳陷緩坡帶沙河街組物源體系分析

袁淑琴 劉子藏 李 勇 肖敦清 蒲秀剛

(1.大港油田勘探開(kāi)發(fā)研究院,天津 300280;2.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;3.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京100029)

中國(guó)東部中、新生代陸相含油氣盆地主要為斷陷盆地,一般可將其劃分為3個(gè)帶,分別為緩坡帶、深陷帶和陡坡帶。在陡坡帶一側(cè)低位扇發(fā)育,是油氣資源良好儲(chǔ)層和油氣勘探的重要領(lǐng)域。近年來(lái),在緩坡帶一側(cè)也逐漸進(jìn)行了油氣勘探和開(kāi)發(fā),開(kāi)始探索緩坡帶的構(gòu)造樣式和油氣分布規(guī)律[1～3],分析了緩坡帶的層序地層、沉積模式的特殊性[4～9]。研究成果表明緩坡帶的沉積物粒度較細(xì)、物性較好、沉積類型多樣,是油氣勘探的有利地區(qū)。

雖然埕寧隆起是黃驊坳陷緩坡帶最主要的物源區(qū)[10],但是黃驊坳陷緩坡帶的緩坡型古地形對(duì)物源體系和水系模式具有明顯控制作用,一方面它控制著外帶至內(nèi)帶的碎屑巖類型、沉積體系和砂體類型在南北方向的變化,同時(shí)次級(jí)物源口又控制著每一個(gè)構(gòu)造地貌單元內(nèi)碎屑巖類型、沉積體系和砂體類型在東西方向的變化(圖1)。鑒于此,本文采用礫石成分分析、砂巖成分分析、重礦物分析、砂體分散體系和溝-谷體系分析等方法對(duì)區(qū)內(nèi)次級(jí)古物源口及古水系進(jìn)行分解,分析埕寧隆起上次級(jí)物源口的分布位置,研究次級(jí)物源口對(duì)沉積物組分差異和儲(chǔ)集性的影響,探索次級(jí)水系對(duì)砂體空間展布的控制作用,并為黃驊坳陷緩坡帶古地形的恢復(fù)和古物源體系的重建提供最基本的材料。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)展外帶、中帶、內(nèi)帶等不同構(gòu)造地貌單元的物源體系的對(duì)比性研究,建立黃驊坳陷緩坡帶物源體系格架,探討該區(qū)緩坡帶物源體系的特殊性。

1 地質(zhì)背景

埕寧隆起位于渤海灣盆地中部黃驊坳陷的東南部。其西北側(cè)依歧口凹陷,東南側(cè)抵車鎮(zhèn)凹陷,總體構(gòu)造格局北緩南陡,呈NE-SW走向,面積約為800 km2。研究區(qū)就位于埕寧隆起北坡緩坡帶(即埕北斷階帶,圖 1)。

圖1 黃驊坳陷緩坡帶的構(gòu)造分區(qū)及井位分布圖Fig.1 Distribution of the wells of the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

埕寧隆起形成于中生代燕山運(yùn)動(dòng),古近紀(jì)強(qiáng)烈隆升,剝蝕作用強(qiáng)烈,成為區(qū)內(nèi)主要物源區(qū);新近紀(jì)構(gòu)造活動(dòng)減弱,隆升和剝蝕強(qiáng)度降低,大部分地區(qū)被館陶組、明化鎮(zhèn)組覆蓋。據(jù)重磁資料推測(cè),該隆起為向南東方向抬升、向北西方向傾斜的單斜構(gòu)造,總體形態(tài)為一向北西凸出的弧形隆起帶。從北向南、從西向東依次發(fā)育的基巖為中生界、石炭-二疊系、寒武-奧陶系與元古界。其母巖性質(zhì)包括寒武-奧陶系碳酸鹽巖、元古界變質(zhì)巖、石炭-二疊系的海相與海陸過(guò)渡相沉積巖、中生界碎屑巖、火山碎屑巖與巖漿巖。

埕寧隆起顯示為由南向北逐級(jí)下掉的多級(jí)斷階帶,由埕寧隆起剝蝕區(qū)、緩坡區(qū)和深陷區(qū)(歧口凹陷)3個(gè)區(qū)塊構(gòu)成。在緩坡區(qū)內(nèi)部由4條正斷層將其分割成外帶、中帶、內(nèi)帶3個(gè)構(gòu)造地貌單元(圖1),古坡度在 0°～10°之間,總體屬于多級(jí)低角度緩坡。其中最顯著的特征之一就是其中發(fā)育較多的地層不連續(xù)面,表現(xiàn)為不整合面和上超面,并由北向南上超,形成逐級(jí)上超面,地層超覆、尖滅、剝蝕和不整合等圈閉均特別發(fā)育[8]。

在古近系沙河街組沉積時(shí)期,埕寧隆起始終處于隆升狀態(tài),歧口凹陷不斷下沉,位于埕寧隆起向歧口凹陷過(guò)渡的埕北斷階帶地層發(fā)育不完整,垂向上連續(xù)性差,各區(qū)塊之間地形坡度較小,平均坡度 8°左右(其中外帶 0°～ 5°,中帶和內(nèi)帶 5°～10°),水動(dòng)力條件變化大,具緩坡帶特點(diǎn)。地層厚度介于0～1.6 km之間,由南向北逐步增厚,呈現(xiàn)為南薄北厚,并可被劃分為5個(gè)層序[8](圖2)。沉積物粒度較細(xì),物性較好,發(fā)育一套近物源、相帶寬、沉積物粒度相對(duì)較細(xì)的、以辮狀河三角洲和濱淺湖灘壩為主的沉積,由南向北顯示為辮狀河三角洲沉積體系-灘壩沉積體系-湖泊沉積體系-濁積扇沉積體系的組合模式(趙瞻、李勇等,2007)。在外帶發(fā)育辮狀河三角洲平原,在中帶發(fā)育辮狀河三角洲內(nèi)前緣及濱淺湖灘壩沉積,在內(nèi)帶發(fā)育辮狀河三角洲外前緣及濁積扇沉積;未出現(xiàn)在陡坡帶普遍發(fā)育的扇三角洲和近岸水下扇等沉積體系類型。

2 物源體系分析

埕寧隆起是黃驊坳陷緩坡帶最主要的物源區(qū)。但是,黃驊坳陷緩坡帶的緩坡型古地形對(duì)沙河街組物源體系和水系模式具有明顯控制作用,因此,本次采用礫石成分分析、砂巖成分分析、重礦物分析、砂體分散體系和溝-谷體系分析等方法對(duì)區(qū)內(nèi)次級(jí)古物源口及古水系進(jìn)行分解,分析埕寧隆起沙河街組次級(jí)物源口的分布位置及其對(duì)沉積物組分差異和儲(chǔ)集性的影響。

圖2 黃驊坳陷緩坡帶地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

2.1 礫石成分分析

礫巖主要分布在緩坡帶的外帶,是埕寧隆起物源區(qū)母巖成分最直接的反映。本次對(duì)區(qū)內(nèi)礫巖中礫石成分進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表1),結(jié)果表明,該區(qū)的礫石成分可明顯地分異出東部、中部和西部3個(gè)區(qū)塊。在東部地區(qū),礫石成分以巖漿巖為主,含變質(zhì)巖和少量碳酸鹽巖;中部地區(qū)以巖漿巖和變質(zhì)巖為主,并含較多泥礫,表明東部和中部物源區(qū)性質(zhì)相近,都以前寒武系花崗巖、侏羅系及石炭、二疊系火山巖及砂巖為主。在西部地區(qū),礫石成分以碳酸鹽巖為主,且泥礫含量相對(duì)較少,灰?guī)r礫石所占比例較大,表明西部地區(qū)的母巖性質(zhì)為寒武系、奧陶系灰?guī)r及砂巖。

表1 黃驊坳陷緩坡帶沙河街組礫石成分Table 1 The component of conglomerate in the Shahejie Formation on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

2.2 砂巖成分分析

研究區(qū)砂巖的碎屑組分主要是石英、長(zhǎng)石和巖屑,總體含量(巖石薄片中的面積比)介于84%～98%之間,但砂巖的類型在東西方向上具有明顯的變化。西部地區(qū)的砂巖主要為長(zhǎng)石砂巖及巖屑長(zhǎng)石砂巖,中部地區(qū)及東部地區(qū)的砂巖主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖。為了能更好地確定物源口,作者統(tǒng)計(jì)了砂巖的骨架成分,編制了平面分布圖(圖3),并將其劃分為東部、中部和西部3個(gè)區(qū)塊。

西部地區(qū)砂巖的骨架成分以石英含量高為特點(diǎn),在巖石薄片中石英的面積比為40%～83%之間,平均為52%。長(zhǎng)石顆粒主要為鉀長(zhǎng)石,在巖石薄片中的面積比為8%～35%;斜長(zhǎng)石顆粒較少。巖屑主要為沉積巖巖屑,在巖石薄片中的面積比約為15%,成分主要為灰?guī)r;巖漿巖巖屑平均為5%;變質(zhì)巖巖屑約為2%：表明在西部地區(qū)砂巖的骨架成分以石英含量高、巖漿巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑含量低為特征。

東部地區(qū)砂巖的骨架成分具有低石英的特點(diǎn),石英在巖石薄片中的面積比一般為9.8%～25%,平均約為20%。長(zhǎng)石顆?？煞譃殁涢L(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石,斜長(zhǎng)石顆粒含量相對(duì)較高,在巖石薄片中的面積比約為25%。巖屑類型以巖漿巖巖屑為主,在巖石薄片中的面積比達(dá)25%;其次為沉積巖巖屑(約5%)和變質(zhì)巖巖屑(約3%)。表明在東部地區(qū)砂巖的骨架成分具有低石英、高巖漿巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑的特點(diǎn),表現(xiàn)為低成分成熟度、近源供給。

圖3 黃驊坳陷緩坡帶沙河街組砂巖成分分布特征圖Fig.3 Distribution of the sandstone components in the Shahejie Formation on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

中部地區(qū)砂巖的骨架成分石英含量介于西部和東部地區(qū)之間,在巖石薄片中石英的面積比為26%～43%,平均約為34.5%。其中巖漿巖巖屑較東部地區(qū)減少,而沉積巖巖屑則有所增加,表明沉積巖巖屑具有從東部地區(qū)向西部地區(qū)逐漸增加的特點(diǎn)。

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,按6個(gè)變量(Q,P,K,Ls,Lm,Lv)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,在分異距離為15的時(shí)候,研究區(qū)的砂巖可被明顯地分為西部地區(qū)、中部地區(qū)和東部地區(qū)3個(gè)區(qū)塊。

2.3 重礦物組合分析

圖4 黃驊坳陷緩坡帶沙河街組砂巖成分聚類圖Fig.4 Cluster analysis of the sandstone components in Shahejie Formation on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

對(duì)區(qū)內(nèi)沙河街組11口鉆井175個(gè)樣品進(jìn)行了0.125～0.063 mm粒級(jí)的重礦物分析。分析的結(jié)果表明,主要的重礦物類型有鋯石、電氣石、金紅石、石榴子石、黑云母;但重礦物組合在東西方向具有明顯的分異性,可明顯地分為東部地區(qū)和西部地區(qū)。在東部地區(qū),石榴子石含量相對(duì)較高,在巖石薄片中的面積比可達(dá)40%～50%;其次為鋯石,含量低,晶體類型單一,棱平直清晰,多為無(wú)色及淺粉紅色,并伴有少量的黑云母：表明東部地區(qū)以中酸性巖漿巖和變質(zhì)巖來(lái)源的重礦物組合為特點(diǎn)。在西部地區(qū),鋯石含量相對(duì)較高,在巖石薄片中的面積比可達(dá)40%～50%,其中淡紫色或褐紅色的鋯石常具有環(huán)帶構(gòu)造;其次為石榴子石,含量(面積比)約為30%;磁鐵礦及白鈦礦含量也相對(duì)較高：表明西部地區(qū)以沉積巖母巖來(lái)源的重礦物組合為特點(diǎn)。而中部地區(qū)的重礦物組合則顯示為東部和西部地區(qū)之間的過(guò)渡類型。

此外,作者利用重礦物ZT R指數(shù)對(duì)物源區(qū)進(jìn)行了分析,所作出的重礦物ZT R指數(shù)等值線圖能夠看出物源區(qū)的大致趨勢(shì)(圖5)。區(qū)內(nèi)主要受4個(gè)方向的物源影響,其中西部地區(qū)物源主要來(lái)自埕寧隆起及附近一些次級(jí)凸起,如孔店凸起、扣村-羊三木凸起等,另外可能還有來(lái)自西北部的滄縣隆起和南大港潛山;中部地區(qū)物源主要來(lái)自埕寧隆起;東部地區(qū)物源主要來(lái)自埕寧隆起東部和海中隆起。

2.4 砂體分散體系分析

砂體分散體系是研究古物源和古水系的一個(gè)重要方法,其原理在于在水系通過(guò)的地區(qū)也是砂體最為發(fā)育的地區(qū),具有砂巖厚度大、砂巖含量高的特點(diǎn)。鑒于此,本文試圖通過(guò)對(duì)砂巖厚度及砂泥比的統(tǒng)計(jì)分析,探索緩坡帶的古斜坡方向、物源口和古水流方向等問(wèn)題。在對(duì)沙河街組6個(gè)層序的砂巖厚度及砂泥比分析的基礎(chǔ)上,按砂泥比大于30%的砂巖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,作為該緩坡區(qū)古水系注入湖泊的三條主要通道(圖6)。其中東部地區(qū)的砂體條帶呈SSENNW向延伸,長(zhǎng)度為20 km左右,砂體條帶的寬度由南向北逐漸增加,平均寬度約為5 km;中部地區(qū)的砂體條帶沿SSE-NNW 向延伸,長(zhǎng)度為10 km左右,平均寬約為4 km;西部地區(qū)的砂體條帶呈SSW-NNE向延伸,長(zhǎng)度為16 km,寬度約為6 km。

以上研究成果表明,該緩坡帶的物源體系以線狀物源為特征(圖7),3個(gè)物源口平行于主要構(gòu)造線和埕寧隆起長(zhǎng)軸方向,呈近東西方向展布。3條古水系以橫向水系為特征,水系走向垂直于主要構(gòu)造線,呈近南北方向展布。在同沉積斷裂的控制下,每一條水系均呈多級(jí)斷階狀,斷階上盤的砂體沉積厚度小、寬度小,斷階下盤的砂體沉積厚度大、寬度大。沿每一條水系,沉積相類型變化明顯：在外帶為辮狀三角洲平原亞相發(fā)育區(qū);在中帶為辮狀三角洲前緣亞相發(fā)育區(qū),砂體沉積厚度大;在內(nèi)帶為深湖相細(xì)粒泥質(zhì)沉積物、辮狀三角洲前緣沉積物和前緣滑塌再搬運(yùn)形成的濁積扇體。

2.5 溝-谷體系分析

圖5 黃驊坳陷緩坡帶沙河街組重礦物ZT R等值線圖Fig.5 The ZTR isopach map of the Shahejie Formation on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

圖6 黃驊坳陷緩坡帶沙河街組砂泥比等值線圖Fig.6 The isopach map of sandstone-mudstone ratio in Shahejie Formation on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

圖7 黃驊坳陷緩坡帶沙河街組砂體分散體系Fig.7 Dispersal pattern of sandstone bodies in Shahejie Formation on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

黃驊坳陷緩坡帶的古地形屬于埋藏型古地形,古近紀(jì)的古地表被新近紀(jì)的沉積物埋藏,并保存到現(xiàn)今。該緩坡帶的古地形在平面上呈現(xiàn)為凹凸不平的起伏形態(tài),其中凸起脊為分隔沉積物的主要界限帶,洼槽(凹陷帶)則為堆積沉積物的主要區(qū)域(圖8)。鑒于此,在對(duì)該緩坡帶的古構(gòu)造和砂體分布圖進(jìn)行重點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上,作者對(duì)近東西方向的三維地震剖面進(jìn)行了重點(diǎn)解釋和井震對(duì)比,發(fā)現(xiàn)該緩坡帶的中部和東部存在2條洼槽或沖溝,表明該區(qū)的中部和東部存在2個(gè)大的溝-谷體系(圖6,圖7)。該溝-谷體系垂直于主要構(gòu)造線,呈近南北方向展布,與緩坡帶上所發(fā)育的3條古橫向水系相匹配。因此,我們推測(cè)溝-谷體系的位置就是古河道沉積物充填的地區(qū),即古水系的河道沉積物就分布在洼槽或沖溝之中,形成了地震剖面上顯示的溝-谷體系(圖8)。

圖8 黃驊坳陷緩坡帶東部的沖溝(古河道)在地震剖面圖上的顯示Fig.8 The paleo-channel in seismic refraction profile on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

3 結(jié)論

a.黃驊坳陷緩坡帶的物源主要是其南部的埕寧隆起。通過(guò)對(duì)礫石成分、砂巖成分、重礦物、砂體分散體系和溝-谷體系的分析(表2),可細(xì)分為3個(gè)次級(jí)物源口,從西到東分別為西部物源口、中部物源口和東部物源口。其中東部和中部物源區(qū)的性質(zhì)相近,都以前寒武系花崗巖、侏羅系及石炭、二疊系火山巖及砂巖為主,只是東部物源區(qū)中含有海中隆起母巖成分(酸性、中性、基性噴出巖,片巖,千枚巖及碳酸鹽巖);而西部物源區(qū)的母巖性質(zhì)差異較大,主要為二疊系、奧陶系灰?guī)r及砂巖。

b.西部物源主要影響扣村-后唐堡-張巨河地區(qū),中部物源主要影響趙家堡-關(guān)家堡-張海15井地區(qū),東部物源主要影響埕海1-張海9-歧東3-1井地區(qū)。由物源區(qū)至深陷區(qū)均發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系-濁積扇沉積體系-深湖沉積體系。

表2 黃驊坳陷緩坡帶砂體及古水系特征Table 2 The characteristics of the paleo-channel and sandstone bodies on the gentle slope(ramp)of the Huanghua depression

c.研究區(qū)3個(gè)次級(jí)物源口呈東西方向線狀分布于埕寧隆起的北側(cè)緩坡帶,平行于主要構(gòu)造線,具有線狀物源的特點(diǎn)。此外,在該緩坡帶上所發(fā)育的3條古水系以橫向水系為特征,古水系走向呈近南北方向展布,垂直于主要構(gòu)造線;3個(gè)次級(jí)物源口和水系不僅控制了緩坡帶上礫石成分、砂巖成分、重礦物組合在東西方向的分區(qū)和變化,同時(shí)也控制了砂體分散體系和溝-谷體系在空間上的展布形態(tài)。顯然,本項(xiàng)研究成果為黃驊坳陷緩坡帶的古地形恢復(fù)、古地理重建和有利砂體預(yù)測(cè)提供了最基本的材料。

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