碎屑顆粒粒度分析在東營凹陷辛176塊沙四上亞段砂體成因研究中的應(yīng)用

周 磊, 操應(yīng)長

中國石油大學(華東)地球資源與信息學院, 山東青島 266555

碎屑顆粒粒度分析在東營凹陷辛176塊沙四上亞段砂體成因研究中的應(yīng)用

周 磊, 操應(yīng)長

中國石油大學(華東)地球資源與信息學院, 山東青島 266555

利用粒度資料進行沉積物的粒度結(jié)構(gòu)分析, 能有效地判定沉積物搬運方式、判別水動力條件、區(qū)分沉積環(huán)境類型, 研究沉積物的成因機制。本文通過大量粒度頻率曲線、概率累計曲線和粒級-標準偏差曲線等圖件的分析, 詳細研究了沉積物所包含的粒度組分及各自特征, 并提取出對沉積環(huán)境變化敏感的粒度組分, 確定了各自組分所對應(yīng)的沉積水動力類型, 結(jié)合沉積相和構(gòu)造背景研究, 探討了東營凹陷辛176塊沙四上亞段純上5砂組砂體的成因, 認為辛176塊王斜583、辛176斜1井砂體是廣饒凸起的碎屑物質(zhì)在南斜坡形成三角洲后被入湖河流繼續(xù)搬運、沉積并被波浪改造形成的灘壩砂體; 牛114斜1、王587井砂體為青坨子凸起的碎屑物質(zhì)以重力流方式搬運并與廣饒凸起的物質(zhì)混合、沉積, 后又被波浪改造而形成; 王 58井砂體為來自青坨子凸起的重力流入湖后發(fā)生卸載形成的溝道砂體。

粒度分析; 水動力分析; 砂體成因; 東營凹陷

粒度特征是碎屑沉積物和沉積巖的最重要特征之一, 沉積物的粒度特征研究被廣泛用于區(qū)分沉積環(huán)境、分析粒度趨勢, 并且取得巨大的進展(劉萬株等, 1996; 孫東懷等, 2000; 丁喜桂等, 2005; 宋子齊等, 2005; 肖尚斌等, 2005; Peng Yan-jia等, 2005)。因此, 通過對沉積物粒度分析可了解沉積物所處的沉積環(huán)境, 判定物質(zhì)運動方式, 判別水動力條件, 確定沉積物的搬運方向, 結(jié)合沉積相、物源等研究還可進一步分析沉積物的沉積成因。

近幾年, 東營凹陷王58、牛114井相繼在沙四上亞段獲得高產(chǎn)工業(yè)油流, 近期部署的辛 176井也獲高產(chǎn)油層, 油層厚度大于10 m, 日產(chǎn)油200噸以上, 反映了該地區(qū)較好的勘探潛力。但長期以來研究區(qū)沙四段勘探程度較低, 目前僅有學者對王 58、牛 114等井的物源有部分研究, 認為王 58、牛 114井沉積物為青坨子凸起和廣饒凸起兩個物源體系共同作用的結(jié)果(謝風猛等, 2007)。對該區(qū)砂體的成因研究較少, 而該區(qū)沉積體系多樣, 砂體的分布較復雜,對砂體的成因研究就成為影響勘探開發(fā)深入的關(guān)鍵。

1 研究區(qū)概況

圖1 東營凹陷構(gòu)造單元劃分及研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig. 1 Structural subdivisions of Dongying Sag and location of the study area

辛 176區(qū)塊位于東營凹陷牛莊洼陷東北部, 構(gòu)造上隸屬于東營南斜坡東段。區(qū)塊北部為中央構(gòu)造帶東端部分, 東北方向為青坨子凸起, 南部為緊鄰魯西隆起和廣饒凸起的緩坡帶, 總體呈向東北方向抬起、向西南方向傾沒的斜坡(劉偉等, 2004; 王利等, 2006)。沙四段沉積時期, 東營凹陷盆地演化處于斷陷-擴張初期, 湖泊水體范圍擴大, 水體加深, 但湖盆邊緣地形坡度緩, 水體相對較淺, 受東北和南部的地形及物源控制, 在研究區(qū)形成灘壩、三角洲、溝道重力流和濱淺湖等沉積相共生的格局。沙四上亞段為一個完整的三級層序, 自下而上發(fā)育從純上6到純上1六個砂層組, 其中以純上5砂組砂體最為發(fā)育, 含油性也較好, 其它砂層組砂體發(fā)育較差。本文利用粒度分析資料, 對該區(qū)純上 5砂層組砂體的沉積成因進行了初步探討(文中所有粒度樣品均來自純上 5砂組鉆井巖心, 測試結(jié)果由中國石化勝利油田地質(zhì)科學院石油地質(zhì)測試中心提供)。

2 粒度特征分析

分析沉積物粒度特征是判斷沉積作用形式和分析沉積物組分的重要手段之一。粒度分析通常采用兩種方法: 一種是繪制頻率曲線或概率累計曲線圖示說明; 另一種是統(tǒng)計并計算各粒度參數(shù)(粒度中值、標準偏差、峰度和偏度等)解釋沉積作用。繪制粒度曲線能直觀反映出沉積物所包含的粒度組分和粒度分布形態(tài), 統(tǒng)計粒徑、標準偏差、峰度和偏度等粒度參數(shù), 計算各粒度組分的相對含量和分布范圍, 能準確的反映各組分的粒度特征指標, 便于對不同特征的粒度組分分類和環(huán)境敏感粒度組分的提取(蔣慶豐等, 2006; 鄭國璋等, 2006)。

2.1 粒度頻率曲線分析

對研究區(qū)主要井純上5砂組粒度頻率曲線分析發(fā)現(xiàn), 大部分井的樣品都具有基本相同的粒度特征:其一是每口井樣品的粒度頻率曲線均呈現(xiàn)多峰型特征, 且都是主峰明顯, 次峰基本不突出; 其二是除王 58井外其它每口井樣品的粒度頻率曲線均表現(xiàn)出粗粒、細粒兩種粒度特征。

總結(jié)對比研究區(qū)主要井的粒度頻率曲線, 所有曲線可分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三種類型(圖2、表1):Ⅰ型曲線主峰和次峰都比較突出, 其中主峰粒度區(qū)間為16~210 μm, 主峰峰值介于31~88 μm之間, 次峰粒度區(qū)間小于16 μm, 次峰峰值為4 μm或者更小,該類型曲線反映以沉積細粒物質(zhì)為主的低能量沉積環(huán)境, 該沉積環(huán)境中形成兩組粒度組分, 即說明存在兩種流水作用沉積(蔣慶豐等, 2006), 以百分含量較高、粒度較粗的流水作用占主導; Ⅱ型曲線主峰較突出, 主峰粒度區(qū)間為 44~595 μm, 其峰值介于105~210 μm之間, 存在多個次峰但均不突出, 次峰粒度區(qū)間小于44 μm, 峰值介于4~31 μm, 此類曲線反映能量較強的沉積環(huán)境, 且存在三種流水作用,以百分含量高、粒度粗的流水作用占主導, 其余兩種流水作用能量較弱, 沉積影響較小; Ⅲ型曲線主峰突出而次峰更弱, 主峰粒度區(qū)間為 16~1682 μm, 主峰峰值介于297~841 μm之間, 次峰的百分含量小于 2%, 該類型曲線則反映了強能量的沉積環(huán)境, 雖然存在多種流水作用, 但由于主峰的流水作用占絕對優(yōu)勢, 使得其余兩種流水的沉積作用可忽略不計。這三類曲線代表了沉積物中存在的主要三組粒度組分, 將各主要組分所代表的流水作用分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三種類型。

圖2 研究區(qū)沉積物的粒度頻率分布曲線Fig. 2 Grain-size frequency curves of sediments in the study area

王斜583井23個樣品中4個為Ⅰ型曲線類型, 19個為Ⅱ型曲線類型, 如圖2示, Ⅰ型曲線主峰區(qū)間為16~177 μm, 主峰峰值介于31~74 μm之間, 次峰區(qū)間小于16 μm, 次峰峰值為4 μm或者更小; Ⅱ型曲線主峰區(qū)間44~500 μm, 峰值為105~210 μm, 次峰區(qū)間為小于44 μm, 次峰峰值一般為4 μm或者更小。辛176斜1井8個樣品中有3個為Ⅰ型曲線, 5個為Ⅱ型曲線, 總體上粒度要比王斜 583井粒度略細, 具體特征見表1。王587井10個樣品中4個樣品為Ⅱ型曲線, 6個樣品表現(xiàn)為Ⅲ型曲線, 其中Ⅱ型曲線主峰區(qū)間為44~500 μm, 主峰峰值介于149~177 μm之間, 次峰區(qū)間小于44 μm, 峰值為4或者更小值, Ⅲ型曲線主峰范圍較廣, 為 44~1189 μm, 主峰峰值介于297~500 μm之間, 此類型曲線的次峰均表現(xiàn)不明顯, 如圖2中王587井3457.10 m, 次峰百分含量相對于主峰含量基本可忽略。牛114斜1井22個樣品中7個樣品表現(xiàn)為Ⅱ型曲線, 15個樣品表現(xiàn)為Ⅲ型曲線, 兩種類型曲線主峰的粒度區(qū)間和峰值相差較大: Ⅱ型曲線主峰區(qū)間為44~420 μm, 主峰峰值125~177 μm, 次峰區(qū)間小于44 μm, 峰值為4或者更小值; Ⅲ型曲線主峰區(qū)間44~1682 μm, 主峰峰值為297~841 μm, 與王587井類似, 此類型曲線的次峰也表現(xiàn)不明顯。王58井20個樣品均表現(xiàn)為Ⅱ型一種曲線模式, 主峰區(qū)間分布為 44~595 μm, 主峰峰值為149~210 μm, 次峰區(qū)間小于44 μm, 次峰峰值8和31 μm。

從以上統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn), 王斜 583井和辛 176斜 1井特征相近, 都具有Ⅰ型和Ⅱ型兩種曲線類型, 反映這兩口井砂體沉積時均存在Ⅰ型和Ⅱ型兩種主要流水作用, 從王斜583井到辛176斜1井, Ⅱ型曲線峰值和區(qū)間減小, Ⅰ型曲線峰值和區(qū)間增大, 且Ⅱ型水流形成的砂體比重減少, Ⅰ型水流形成的砂體比重增加(表 1), 反映古水流在這個方向上, Ⅱ型水流的主導能力減弱, 沉積貢獻減小, Ⅰ型水流的沉積貢獻逐漸增大的趨勢; 同樣, 牛 114斜 1井和王587井砂體沉積則存在Ⅱ型和Ⅲ型兩種主要流水作用, 從牛114斜1井到王587井, Ⅲ型曲線峰值和區(qū)間減小, Ⅱ型曲線峰值和區(qū)間增大, Ⅲ型水流形成的砂體比重減少, Ⅰ型水流形成的砂體比重增加,表明古水流在這個方向上, Ⅲ型水流沉積貢獻逐漸減小, Ⅱ型水流沉積貢獻逐漸增大的趨勢; 王58井僅存在一種曲線類型, 則表明該井砂體可能是以某單一類型的流水作用為主沉積形成。

粒度頻率曲線的峰型變化常反映沉積作用形式的變化, 研究區(qū)沉積物的多峰分布特征表明它們可能來自同一物源, 但在不同水動力作用下按不同比例沉積而成, 也可能是不同的物源和不同的沉積水動力綜合作用的結(jié)果(Sun Dong-huai等, 2002; 孫有斌等, 2003)。從上面的分析來看, 研究區(qū)砂體成因較復雜, 各井砂體粗、細?；旌? 且粗、細沉積物的含量也存在差異。因此需首先判定這種混合沉積物沉積時的具體水動力環(huán)境, 才能進一步剖析砂體的成因。

表1 研究區(qū)主要井粒度頻率曲線特征表Table 1 Characteristics of grain-size frequency curves of the main wells in the study area

2.2 粒度概率累計曲線分析

不同沉積水動力作用下的沉積物具有不同的粒度概率累積曲線特征, 即使同一微相, 由于水動力條件不同, 其特征也會存在差異, 應(yīng)用粒度概率累計曲線能準確的區(qū)分沉積環(huán)境及沉積水動力條件。研究區(qū)沉積物粒度概率累計曲線種類較多, 但主要為寬緩上拱式、低斜一跳一懸兩段式和兩跳一懸三段式等三種類型(袁文芳等, 2005; 王國光等, 2006;袁靜等, 2003; 曾蘭華等, 2007):

(1) 寬緩上拱式

此類型的粒度概率累積曲線(圖3a中3505.27 m和B中3457.1 m)表現(xiàn)為一段寬緩上拱的曲線段, 無明顯轉(zhuǎn)折點(袁靜等, 2003), 粒度區(qū)間為 Φ 值?1～8,粒度較粗, 分選差; 跳躍、滾動總體不發(fā)育, 懸浮次總體占絕對優(yōu)勢, 反映典型的重力流沉積特征。圖3c中3019.63 m曲線無明顯轉(zhuǎn)折點, 與重力流曲線特征相似, 但粒度較細, 表明重力流的水動力能量減弱, 攜帶的碎屑物質(zhì)變細。

(2) 低斜兩段式

此類型粒度概率累積曲線粒度分布區(qū)間為1～8Φ, 跳躍次總體含量75%～85%, 斜率中等, 分選中等-差; 懸浮次總體含量15%～25%, 分選差。兩部分次總體的交截點介于Φ值2.5～3(圖3c中3023.2 m),與現(xiàn)代河道砂的粒度概率累計曲線特征相似(姜在興, 2003), 在研究區(qū)反映為較強能量牽引流形成的“河道”沉積特征。

(3) 兩跳一懸三段式

研究區(qū)的兩跳一懸三段式粒度概率累計曲線分為低斜三段式和高斜三段式兩種類型:

低斜兩跳一懸三段式(圖3d中3259.40 m、E中3474.15 m)粒度分布區(qū)間為Φ值2～8, 跳躍次總體含量 65%～80%, 由粗粒和細粒兩部分構(gòu)成, 粗粒躍次總體含量 20%～30%, 斜率較小, 分選中等; 細粒跳躍次總體含量 40%～50%, 斜率小, 分選差。懸浮次總體含量 20%～35%, 分選較差, 與跳躍次總體交切點為Φ值4.5～5, 與低斜兩段式相比, 交切點明顯增大, 懸浮次總體的含量也偏高, 說明水動力能量較弱。該類型曲線在研究區(qū)中主要出現(xiàn)在灘壩砂體的粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖中, 表明沉積環(huán)境以單向牽引流水動力為主, 波浪作用影響較弱。

高斜兩跳一懸三段式(如圖3d中3256.0 m和E中3482.2 m)粒度區(qū)間從1～7Φ, 粒度較粗, 大于0.25 mm的粒度百分含量占15%～20%, 滾動組分不發(fā)育,以跳躍組分為主, 含量達到90%。跳躍組分也由兩部分組成, 粗跳躍次總體含量 10%～15%, 斜率較大, 分選較好, 與細跳躍次總體截點介于 Φ 值1.5～2, 細跳躍次總體斜率較小, 分選中等, 含量在75%～80%。跳躍次總體與懸浮次總體截點介于Φ值3～3.5, 懸浮次總體含量小于 10%, 分選差。此類曲線與低斜兩跳一懸式相比, 沉積物粒度變粗, 分選變好, 水動力能量明顯增強, 沖刷-回流段也較明顯,說明波浪簸選作用較強, 沉積環(huán)境中以波浪水動力起主導作用。

王斜583、辛176斜1井粒度概率累計曲線主要為高斜兩跳一懸式和低斜兩跳一懸式, 表明其砂體沉積時主要受到波浪和低能量牽引流水動力作用;王587、牛114斜1井粒度概率曲線主要為寬緩上拱式和高斜兩跳一懸式, 其砂體沉積主要受到重力流和波浪水動力作用; 王58井則以緩上拱式和低斜兩段式粒度概率曲線為主, 其砂體沉積主要受到較低能量重力流和較高能量牽引流水動力作用。

2.3 環(huán)境敏感粒度分析

環(huán)境敏感粒度分析近年來多用于黃土、海洋等現(xiàn)代沉積研究, 并取得了重大的成果(孫有斌等, 2003; 肖尚斌等, 2005; 向榮等, 2005; 徐樹建等, 2007)。此方法能從多峰的粒度頻率分布曲線中分離出單一粒度組分的特征(如眾數(shù)、不同粒級的體積或質(zhì)量百分含量)(徐樹建等, 2007), 即能從多組分混合沉積物中提取對沉積環(huán)境變化敏感的單一組分的粒度數(shù)據(jù)。具體方法是先利用各粒級的體積百分含量計算其標準偏差 S, 再以粒級對數(shù)為橫坐標, 以標準偏差值為縱坐標作粒級-標準偏差圖。標準偏差是反映數(shù)據(jù)離散程度的一個重要指標, 標準偏差越大, 說明觀測值的離散程度越大, 標準偏差越小,說明觀測值的離散程度愈小, 其計算公式為:

這樣就可以了解各粒級體積百分含量的離散程度大小, 某一粒級所對應(yīng)的標準偏差值越大, 說明該粒級沉積物受沉積環(huán)境變化影響越大, 沉積環(huán)境稍有變化就會導致其沉積物的粒度發(fā)生變化, 即該粒級沉積物就可代表與相之對應(yīng)的沉積環(huán)境(向榮等, 2005; 肖尚斌等, 2005; 徐樹建等, 2007); 標準偏差值越小, 說明該粒級受沉積環(huán)境變化影響越小,也就是說該粒級沉積時沉積環(huán)境不穩(wěn)定, 沉積水動力時常變化。由此可獲得不同沉積水動力的環(huán)境敏感粒度組分, 結(jié)合如概率累計曲線、沉積相等分析便可以確定對應(yīng)粒級所代表的古環(huán)境意義。

統(tǒng)計對比發(fā)現(xiàn), 研究區(qū)的粒級-標準偏差曲線均存在3個或4個峰, 其中以粗粒級的兩個峰較突出,如王587井(圖4c)存在4個峰, 峰值分別為420 μm, 149 μm, 31 μm和4 μm, 3個標準偏差低值將曲線分為四組環(huán)境敏感粒度組分, 各組粒度區(qū)間分別為1682~250 μm, 250~44 μm, 44~16 μm和小于16 μm,各峰值大小指示該粒徑的沉積物對該種類型水動力的變化最為敏感, 表明該類型水動力條件下最適合沉積的沉積物粒徑, 各區(qū)間則對應(yīng)著該類型水動力所能影響的沉積物粒徑范圍?？梢园l(fā)現(xiàn)第一組和第二組的標準偏差值較大, 粒度較粗, 第三、第四組標準偏差值較小, 粒度也較細, 由此可確定王 587井純上 5砂組沉積時共有 4種類型水動力參與作用,其中第一組和第二組所代表的水動力能量較強, 第三組和第四組所代表的水動力較弱, 且很不穩(wěn)定。從表2中不難發(fā)現(xiàn), 辛176斜1井和王斜583井環(huán)境敏感組分的特征相近, 且粒度較細; 牛114斜1井和王 587井環(huán)境敏感組分的特征也相近, 但粒度整體偏粗; 王58井環(huán)境敏感組分的粒度介于以上兩者之間, 但第一組和第二組的標準偏差值相對于其它井較小, 也表明其代表的水動力能量相對不穩(wěn)定。

圖4 研究區(qū)主要井粒級-標準偏差曲線圖Fig. 4 Grain size-standard deviation curves of the main wells in the study area

表2 研究區(qū)主要井環(huán)境敏感粒度組分統(tǒng)計表Table 2 Environmentally sensitive grain-size population of the main wells in the study area

從表 2中可以看出, 王斜583井與辛176斜 1井的粒度特征非常相似, 兩者都含有三組環(huán)境敏感粒度組分, 并且各組的粒度區(qū)間、粒度峰值及平均粒度也很相近, 但辛 176斜 1井第一組平均含量比前者的第一組含量低, 而第二組含量則比前者高,且粒度也稍粗, 從王斜583到辛176斜1井的方向上, 第一組含量的減少和第二組含量的增加, 說明第一組代表的水動力沉積貢獻的降低與第二組代表的水動力沉積貢獻的增大, 這一特征與粒度頻率曲線分析的結(jié)果相吻合; 王587井和牛114斜1井也具有相同的變化特征, 從牛114斜1井到王587井,第一組含量較少, 粒度明顯變細, 第二組含量小幅增加, 粒度稍微變粗, 表明第一組代表的水動力能量的明顯減弱、沉積貢獻降低和第二組代表的水動力沉積貢獻的增加。此外, 王斜583、辛176斜1井第三組與牛114斜1、王587井、王58井第四組的粒度特征完全相同, 王587、牛114斜1和王58井的第三組的特征也完全相同, 這兩大類粒度組分無疑都代表著兩種相同類型的水動力; 而且王斜583、辛176斜1井第一組與牛114斜1、王587井第二組的峰值和平均粒度相近, 粒度區(qū)間也具有相同的部分, 有可能也是同一類型水動力的敏感組分。綜合上述分析, 研究區(qū)純上 5砂體中共存在 7組不同特征的環(huán)境敏感組分(圖4), 表明其沉積時可能共存在7種水動力類型, 而且將王斜583井和辛176斜井歸為一類, 王587和牛114斜1井歸為一類, 分別代表著兩類不同的沉積水動力組合, 而王58井第一組和第二組的敏感粒度特征與這兩大類的均不相同, 表明還存在第三類沉積水動力組合, 即說明研究區(qū)內(nèi)砂體存在三種類型的成因。還可以發(fā)現(xiàn), 以上井中第一組和第二組含量總和均接近或超過 90%, 第三組和第四組的含量僅 10%左右, 表明第一組和第二組所代表的水動力在各井砂體成因中起主控作用。

3 水動力類型分析

通過以上的環(huán)境敏感粒度分析, 可知研究區(qū)存在7種類型水動力, 分別形成了三種成因類型的砂體,且不同類型砂體的水動力組合和水動力類型存在明顯差異。通過結(jié)合反映水動力組合特征的粒級-標準偏差圖和反映水動力環(huán)境的粒度概率圖, 對各環(huán)境敏感粒度組分所代表的水動力類型進行綜合分析。

對比三種類型的粒度曲線后發(fā)現(xiàn), 同一口井的粒度頻率曲線與粒級-標準偏差曲線具有良好的對應(yīng)關(guān)系。王斜 583井沉積物中存在三組環(huán)境敏感粒度組分: 以第一組含量占優(yōu)勢, 平均含量達到62.85%, 粒度區(qū)間為88~500 μm(表2), 對應(yīng)Ⅱ型粒度頻率曲線的主峰(圖 5a); 第二組含量為 24.77%,粒度區(qū)間為16~88 μm, 對應(yīng)Ⅰ型粒度頻率曲線的主峰; 第三組含量為12.38%, 粒度區(qū)間為小于16 μm,分別與Ⅱ型和Ⅰ型曲線的次峰對應(yīng)。該井粒度概率曲線主要有高斜兩跳一懸三段式、低斜兩跳一懸三段式兩種類型(圖 3e), 分別代表了以波浪水動力為主和以單向牽引流水動力為主的沉積環(huán)境。而Ⅱ型頻率曲線在概率累計曲線上表現(xiàn)為高斜三段式, Ⅲ型頻率曲線則為低斜三段式, 所以第一組的粒度區(qū)間又對應(yīng)著高斜三段式的跳躍次總體(沖刷-回流段)和懸浮次總體較粗部分, 第二組的粒度區(qū)間對應(yīng)低斜三段式的跳躍次總體較細部分和懸浮次總體較粗部分, 第三組則均對應(yīng)著兩類曲線的懸浮次總體較細部分。因此可知, 王斜 583井第一組分為波浪水動力的敏感粒度組分, 第二組分為單向牽引流的水動力敏感粒度組分, 第三組分為弱能量的懸浮水動力敏感粒度組分。辛176斜1井也存在三組環(huán)境敏感粒度組分, 且都與王斜583井粒度特征十分接近,因此也分別代表了相同的水動力類型。

王 587井存在四組環(huán)境敏感粒度組分: 第一組粒度區(qū)間為 250~1682 μm, 粒度覆蓋范圍廣, 平均含量為 52.78%, 對應(yīng)Ⅲ型粒度頻率曲線的主峰和寬緩上拱式粒度概率曲線; 第二組粒度區(qū)間為 44~250 μm, 含量次之為37.73%, 對應(yīng)Ⅱ型粒度頻率曲線的主峰和高斜三段式的跳躍次總體較細部分和懸浮次總體較粗部分; 第三組和第四組粒度區(qū)間分別為16~44 μm、小于16 μm, 這兩組組分的標準偏差值較小, 且含量也較低, 僅占 3.7%和 5.8%, 所對應(yīng)的粒度頻率曲線次峰不突出, 在粒度概率曲線上均對應(yīng)為懸浮次總體較細的兩部分。而寬緩上拱式粒度概率曲線為重力流的典型特征, 高斜三段式反映以波浪水動力為主導的沉積環(huán)境, 因此可知, 王 587井第一組分為重力流水動力的敏感粒度, 第二組分為波浪水動力的敏感粒度, 第三、四組分均為懸浮水動力的敏感粒度。同樣, 牛 114斜 1井四組組分與王 587井各組分粒度特征也十分相近, 所代表的水動力類型也相同。

王 58井也含有四組環(huán)境敏感粒度組分: 第一組粒度區(qū)間為149~500 μm, 平均含量為52.84%; 第二組粒度區(qū)間為 44~149 μm, 平均含量為 31.49%; 第三、四組粒度區(qū)間分別為16~44 μm、小于16 μm, 平均含量相對較少, 分別為6.65%和9.02%。該井的粒度概率累計曲線有寬緩上拱式和低斜兩段式兩種類型, 第一組對應(yīng)寬緩上拱式較粗部分和低斜兩段式跳躍次總體較粗部分, 第二組對應(yīng)跳躍次總體較細部分和懸浮次總體較粗部分, 第三組和第四組均對應(yīng)為懸浮次總體較細的兩部分, 分別代表重力流、牽引流和懸浮三種水動力類型; 粒度頻率曲線僅表現(xiàn)為Ⅱ型曲線一種模式, 且第一組分和第二組分共同對應(yīng)著該類型曲線的主峰區(qū)間(圖5e), 表明一種流水作用存在兩種水動力類型, 說明該水流在搬運碎屑物質(zhì)過程中能量發(fā)生迅速變化形成兩種水動力, 即重力流和牽引流。所以, 第一組為重力流水動力的敏感組分, 粒度和標準偏差值相對王587、牛114斜1等井要小, 水動力能量較弱且不穩(wěn)定; 第二組為牽引流水動力的敏感組分, 粒度比王斜 583、辛 176斜 1井要粗, 但標準偏差值明顯變小, 說明受到重力流影響, 牽引流水動力能量較強但衰減較快; 第三、四組為懸浮水動力的敏感粒度, 含量低, 能量弱, 影響小。

綜上所述, 在研究區(qū)砂體沉積過程中共有七種類型水動力參與作用(圖4), 分別是組分①代表的重力流水動力, 組分②代表的波浪水動力, 組分③代表的河流入湖后的牽引流水動力, 組分④代表的較低能量的重力流, 組分⑤代表的較高能量但不穩(wěn)定的牽引流水動力, 組分⑥、⑦代表的均是懸浮水動力, 這幾種水動力中對研究區(qū)砂體形成有影響的主要是前五種水動力類型。

圖5 研究區(qū)不同類型粒度曲線疊合圖(圖中上方曲線為粒度概率累計曲線, 中間為粒度頻率曲線, 下方為粒徑-標準偏差曲線)Fig. 5 Congruent diagrams of different types of grain-size curves in the study area (The upper curve is grain size probability curve, the middle curve is grain-size frequency curves, and the lower curve is grain size-standard deviation curve.)

4 砂體成因機制探討

東營凹陷沙四段沉積時期, 盆地演化處于斷陷-擴張初期, 構(gòu)造活動強度相對較弱, 湖泊水體范圍緩慢擴大, 湖盆邊緣特別是斜坡帶地形坡度緩, 水體相對較淺為濱淺湖環(huán)境。研究區(qū)東北部緊鄰青坨子凸起和廣利構(gòu)造, 地形相對較陡, 其中廣利構(gòu)造為一個向南傾斜的鼻狀構(gòu)造, 發(fā)育北東、北西及近東西向的斷裂系統(tǒng), 主要斷層為北東向和北西向;南部為廣饒凸起和南部斜坡帶, 地形平緩。青坨子凸起物源的碎屑物質(zhì)以重力流方式沿北東向斷槽搬運, 形成溝道重力流沉積; 南部廣饒凸起物源的碎屑物質(zhì)沿斜坡帶形成三角洲沉積, 由于地形平緩,三角洲砂體在湖浪、入湖河流等的作用下又向西北方向延伸, 形成分流河道和指狀砂壩等沉積, 在純上5砂組沉積時期, 兩組沉積體系在牛114斜1井附近交匯。如圖 6示, 研究區(qū)東南部發(fā)育向北延伸的三角洲沉積, 并在三角洲前方形成灘壩沉積, 東北方向上發(fā)育重力流溝道沉積, 分別沿萊60-牛114斜1-王587方向和萊110-王58方向, 在溝道兩則的辛176斜1井和王斜583井附近發(fā)育有灘壩沉積, 在湖水較深處還零星發(fā)育有濁積扇沉積, 形成研究區(qū)南、北砂體粒度細, 而中部砂體粒度粗, 重力流沉積構(gòu)造與牽引流沉積構(gòu)造共生(圖版1)的沉積格局。該時期的物源研究表明, 王斜 583井和王 126井及其以南地區(qū)為南部物源體系沉積, 王58井為東北部物源體系沉積, 中部牛 114斜 1井附近為兩個物源體系的混源沉積(操應(yīng)長等, 2007)。

綜合前文分析, 王斜583井、辛176斜1井沉積物受波浪、牽引流和懸浮水動力作用, 且沉積物來自南部物源體系, 與王126井具有相同物質(zhì)來源,所以這兩口井砂體成因應(yīng)該是: 廣饒凸起的碎屑物質(zhì)在南斜坡形成三角洲砂體后被入湖河流或波浪繼續(xù)搬運、沉積并被改造形成的灘壩砂體, 之后被重力流溝道分割成兩部分; 牛114斜1井、王587井砂體中有重力流、波浪和兩組懸浮四組組分, 重力流組分代表重力流溝道的沉積作用, 波浪組分與王斜583井、辛176斜1井的波浪組分相同, 代表波浪水動力的作用, 而沉積物則是來自廣饒和青坨子兩個物源體系, 所以這兩口井的砂體成因是: 青坨子凸起的碎屑物質(zhì)以重力流形式搬運沉積, 于牛114斜 1井附近與南部的灘壩砂體發(fā)生混合并在慣性水流作用下繼續(xù)向前延伸, 之后又受到波浪改造形成的混合砂體, 如王 587井波浪沉積構(gòu)造和重力流的沉積構(gòu)造的上下共生關(guān)系(圖版 1); 王 58井雖然有重力流、牽引流和懸浮三個組分, 但沉積物為青坨子凸起的重力流搬運沉積, 可能由于地形平坦或斷槽規(guī)模小等原因, 重力流能量弱且不穩(wěn)定而迅速衰減, 導致重力流向牽引流轉(zhuǎn)變, 從而又形成了牽引流的環(huán)境敏感組分, 屬重力流向牽引流演變的過渡流體(李順明, 2005)。所以, 王58井砂體是青坨子凸起的碎屑物質(zhì)被不穩(wěn)定重力流搬運入湖, 能量迅速減弱發(fā)生卸載形成。

圖6 東營凹陷辛176區(qū)沙四上Cs5砂組沉積體系分布圖Fig. 6 Depositional system map of the Cs5 sand group of Upper Es4 submember in Xin176 area of Dongying sag

在所有類型水動力中, 組分⑥、⑦均代表懸浮水動力, 但組分⑦在研究區(qū)不同類型砂體中均存在,且反映懸浮水動力, 其代表的水動力應(yīng)是湖泊水體中的懸浮水動力; 組分⑥僅在發(fā)育重力流沉積的砂體中存在, 推測應(yīng)是由于溝道重力流水動力能量較強, 入湖后繼續(xù)向前流動, 水流擴散較少, 形成的入湖河水的慣性流水動力組分。但這兩組組分粒度細, 含量少, 對研究區(qū)砂體的成因影響不大。

5 結(jié)論

本文通過沉積砂體的粒度綜合分析, 確定了研究區(qū)濱淺湖沉積環(huán)境中的波浪、河流及重力流等主要流水作用類型, 并通過敏感粒度分析提取了沉積物中各組分所代表的沉積水動力條件, 結(jié)合物源、沉積相發(fā)育及構(gòu)造背景特征, 對辛 176區(qū)塊純上 5砂組砂體的成因進行了詳細剖析, 認為該區(qū)王斜583、辛176斜1井砂體是廣饒凸起的碎屑物質(zhì)在南斜坡形成三角洲后被入湖河流或波浪繼續(xù)搬運、沉積并被改造形成的灘壩砂體; 牛114斜1、王587井砂體為青坨子凸起的碎屑物質(zhì)以重力流搬運與廣饒凸起的物質(zhì)混合后被波浪改造形成的砂體; 王58井砂體為重力流攜帶青坨子凸起的碎屑物質(zhì)入湖后發(fā)生卸載而形成的溝道砂體。

因此, 對沉積物粒度資料的綜合利用能提取沉積物包含的不同粒度組分, 并能區(qū)分不同粒度組分代表的沉積水動力, 對研究復雜環(huán)境下沉積物的沉積成因有較好的適用性。但由于粒度分析往往具有多解性, 因此還需利用物源、沉積相類型及構(gòu)造背景等資料加以佐證。

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圖版說明

圖版Ⅰ PlateⅠ

1. 牛114斜1井, 3506.50 m, 遞變層理礫巖

2. 王587井, 3457.0 m, 逆粒序?qū)永砩暗[巖

3. 辛176斜1井, 3257.7 m, 平行層理

4. 王587井, 3458.0 m, 浪成沙紋交錯層理

5. 辛176斜1井, 3257.4 m, 沙紋交錯層理

6. 王斜583井, 3468.9 m, 生物鉆孔

7. 王58井, 3023.0 m, 沖刷面、泥礫

1. Niu114- NO.1 Incline well, 3506.50 m, graded bedding conglomerate

2. Wang587 well, 3457.0 m, reverse graded bedding glutenite

3. Xin176-NO.1 Incline well, 3257.7 m, parallel bedding

4. Wang587 well, 3458.0 m, wave-ripple cross-bedding

5. Xin176-NO.1 Incline well, 3257.40 m, ripple cross-bedding

6. Incline well of Wang587, 3468.90 m, boring pore

7. Wang58 well, 3023.0 m, scouring surface、mud pebble

The Application of Clastic Grain-size Analysis to the Genetic Study of Sand Bodies in Upper Es4 Submember of Xin176 Area in Dongying Sag

ZHOU Lei, CAO Ying-chang
College of Geo-Resources and Information, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266555

The utilization of grain-size data to analyze the structure characteristics of the sediment grains can effectively determine the transport mode of sediments, judge the hydrodynamic conditions, distinguish the sedimentary environments, and analyze the genetic mechanism of sediments. Based on a large number of grain-size frequency curves, probability cumulative grain-size curves and grain size-standard deviation curves, the authors studied in detail grain-size components in sediments and characteristics of these components, extracted the grain components sensitive to the change of environment, and determined the corresponding hydrodynamic conditions. In combination with the sedimentary facies and structural setting, the genesis of sand bodies in the Cs5 sand group within Upper Es4 submember of Xin176 block was discussed. The result shows that the sand bodies in wx583 and x176x1 of Xin176 area are beach-bar sand bodies transported from Guangrao Salient and formed by fluvial and wave, whereas the sand bodies in n114x1 and w587 were transported from the Qingtuozi Salient in the form of gravity flow and mixed with clastic materials transported from Guangrao Salient, and then transformed by wave after the deposition of mixed sediments. The sand body in w58 is a channel sand body transported from Qingtuozi Salient in the form of gravity flow.

grain-size analysis; hydrodynamic conditions; genesis of sand body; Dongying sag

圖版Ⅰ PlateⅠ

TE121.14; TE121.31

A

1006-3021(2010)04-563-11

本文由教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃項目(編號: NECT-06-0604)和國家油氣重大專項項目(編號: 2008ZX05051-02-01)聯(lián)合資助。

2010-03-11; 改回日期: 2010-05-03。

周磊, 男, 1985年生。在讀碩士研究生。通訊地址: 266555, 山東省青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)長江西路66號, 中國石油大學(華東)地球資源與信息學院。E-mail: zhouleiupc@163.com。