黃河口凹陷古近系東營(yíng)組沉積層序格架與油氣聚集＊

傅 強(qiáng)付曉偉夏慶龍周東紅李建平

(1.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院; 2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司; 3.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

黃河口凹陷古近系東營(yíng)組沉積層序格架與油氣聚集＊

傅 強(qiáng)1付曉偉1夏慶龍2周東紅3李建平3

(1.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院; 2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司; 3.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

綜合利用鉆井、測(cè)井、巖心資料,在黃河口凹陷古近系東營(yíng)組中識(shí)別出了5個(gè)三級(jí)層序界面,將東營(yíng)組劃分為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4等4個(gè)三級(jí)層序,分別對(duì)應(yīng)于東一段、東二上亞段、東二下亞段和東三段。探討了東營(yíng)組層序格架內(nèi)沉積體系展布特征及控制因素,認(rèn)為SQ4層序主要受構(gòu)造控制,湖盆邊緣富砂,為東營(yíng)組最有利勘探層位;SQ3層序受氣候及湖侵影響,主要為泥質(zhì)沉積,為區(qū)域蓋層及烴源巖層之一;SQ1和SQ2層序主要受陸源物質(zhì)供給影響,發(fā)育三角洲相砂體,在一定條件下可以富集油氣。

黃河口凹陷 東營(yíng)組 層序格架 控制因素 油氣聚集

黃河口凹陷位于渤海海域東南部,北為渤南凸起,東為廟西凹陷,西南為墾東-青坨子凸起,東南為萊北低凸起,西為埕北凸起,面積約2 000km2(圖1)。北東-南西向轉(zhuǎn)換斷層將黃河口凹陷分為東西2個(gè)次洼,鉆探證實(shí)該凹陷為渤海海域油氣聚集最豐富的凹陷之一。

圖1 黃河口凹陷構(gòu)造簡(jiǎn)圖

渤海灣盆地古近紀(jì)發(fā)生的裂陷作用具有幕式漸進(jìn)演化的特征[1],表現(xiàn)在黃河口凹陷的構(gòu)造演化可進(jìn)一步劃分為4個(gè)裂陷伸展期,分別與孔店組、沙四段、沙三段、沙二段—東營(yíng)組沉積時(shí)期相對(duì)應(yīng)。每一裂陷伸展期后,凹陷內(nèi)普遍經(jīng)歷了短暫的區(qū)域隆升,并使部分先期沉積的地層遭受剝蝕,形成了區(qū)域范圍內(nèi)可以對(duì)比的幾個(gè)微角度不整合面或平行不整合面,使得每一裂陷期對(duì)應(yīng)一個(gè)二級(jí)層序[2]。

東營(yíng)組沉積期渤海灣盆地沉降和沉積速率最大,該時(shí)期黃河口凹陷伸展斷層發(fā)生繼承性活動(dòng)的同時(shí),沉積層中發(fā)育大量斷層(未切入基底),使內(nèi)部的沉積-沉降中心發(fā)生分散和不規(guī)則轉(zhuǎn)移[3-6]?；阪叻劢M合、藻類(lèi)含量等微體古生物資料,結(jié)合有機(jī)地球化學(xué)特征分析,認(rèn)為東三段及東二下段沉積期為溫暖濕潤(rùn)的氣候環(huán)境,東二上段及東一段沉積期整體為溫干氣候面貌,其中東二下段沉積期湖水為半咸水—咸水,遭受湖泛,造成湖平面大幅上升;而陸相斷陷湖盆中層序邊界的形成是由于沉積物表面高出沉積基準(zhǔn)面(湖平面)或盆地基準(zhǔn)面而發(fā)生剝蝕或非沉積作用。因此,黃河口凹陷東營(yíng)組地層格架發(fā)育特征必將受構(gòu)造活動(dòng)、氣候與水體的變化以及湖水面積的變化等因素的控制[7],而在地層層序格架控制下的沉積體系的發(fā)育又成為烴源巖與儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)。

利用地震剖面可以識(shí)別二級(jí)層序邊界和部分三級(jí)層序邊界,其它三級(jí)層序界面只能通過(guò)測(cè)井資料進(jìn)行識(shí)別[8],而受地震剖面精度及其他資料的限制,針對(duì)東營(yíng)組層序地層的劃分一直存在較大分歧[9-10]。因此,詳細(xì)劃分黃河口凹陷東營(yíng)組地層層序,探討東營(yíng)組地層層序格架下沉積砂體的發(fā)育展布規(guī)律及控制因素,對(duì)于指導(dǎo)該地區(qū)東營(yíng)組進(jìn)一步的巖性地層油氣藏勘探具有十分重要的意義。

1 層序劃分及界面特征

通過(guò)對(duì)地震、鉆井、測(cè)井、巖心及古生物資料的綜合研究,將黃河口凹陷東營(yíng)組劃分為4個(gè)三級(jí)層序,分別對(duì)應(yīng)于東一段、東二上亞段、東二下亞段、東三段,定名為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。東營(yíng)組地層內(nèi)部共識(shí)別出2個(gè)三級(jí)層序界面,連同頂?shù)坠?個(gè)界面,分別命名為SB1、SB2、SB3、SB4、SB5(圖2)。

圖2 黃河口地區(qū)東營(yíng)組層序地層綜合圖

(1)SB5層序界面 黃河口凹陷周邊凸起(萊北低凸起、渤南凸起等)部位均缺失東三段,形成分布廣泛的不整合面,因此,SB5層序界面是東營(yíng)組與下伏沙河街組之間的天然層序界面,其界面特征為:在控邊斷層附近,界面之上為一套深湖環(huán)境的油頁(yè)巖,界面之下為反映半咸水—咸水淺湖環(huán)境的白云巖、泥巖及油頁(yè)巖沉積(圖3-①);在斜坡帶附近,界面之上為三角洲前緣沉積,單層砂體變厚,呈反旋回,顯示進(jìn)積特征,界面之下為淺湖相泥巖夾灘壩砂巖及鮞狀灰?guī)r(圖3-②)。

(2)SB4層序界面 東二下段沉積時(shí)期黃河口凹陷與渤中凹陷連為一體,沉積物超覆于凹陷周邊凸起之上,因此,SB4層序界面特征為:在斜坡帶如 KL3-2-1井區(qū),界面之上為辮狀河三角洲水下分流河道含礫細(xì)砂巖沉積,界面之下為淺湖相泥巖局部夾灘壩砂體(圖3-③);在陡坡及凸起帶上,湖相泥巖直接覆于沙一段甚至基巖之上,測(cè)井曲線(xiàn)大幅階躍(圖3-④)。

(3)SB3層序界面 SB3層序界面上下凹陷湖盆物源供給性質(zhì)發(fā)生了巨大變化,界面之上前三角洲沉積的綠色、灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖直接覆于半深湖—深湖相黑色泥巖之上,且界面上部出現(xiàn)厚層砂體,砂體或呈加積方式或呈反旋回的進(jìn)積方式,顯示陸源碎屑物質(zhì)大規(guī)模供給,自然伽馬及電阻率曲線(xiàn)均降低(圖3-⑤及3-⑥)。

(4)SB2層序界面 SB2層序界面之上多為含礫砂巖、含礫不等粒砂巖,厚層砂巖夾泥巖,測(cè)井曲線(xiàn)呈高幅齒狀箱型,為辮狀河三角洲前緣水道沉積;界面之下砂巖多不含礫,泥巖含量較大,測(cè)井曲線(xiàn)為幅值較大的漏斗型或齒狀漏斗型(圖3-⑦)。

(5)SB1層序界面 SB1層序界面對(duì)應(yīng)渤海灣盆地區(qū)域不整合界面,是黃河口凹陷整體由斷陷轉(zhuǎn)為拗陷的分界。界面附近巖心常見(jiàn)紅層、古土壤層、底礫巖(圖4),界面上下測(cè)井曲線(xiàn)基值階躍,重礦物及其組合類(lèi)型發(fā)生明顯變化,古生物種類(lèi)和數(shù)量存在明顯差異。

2 層序體系域特征

體系域?yàn)橥诔练e體系的組合,每個(gè)層序可劃分為位于層序底界面與初始湖泛面之間的低位體系域、位于初泛面與最大湖泛面之間的湖侵體系域和最大湖泛面與層序頂界面之間的高位體系域。根據(jù)初始湖泛面和最大湖泛面對(duì)黃河口凹陷東營(yíng)組三級(jí)層序進(jìn)行了體系域的劃分(圖5),但由于SB1界面形成期渤海灣盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn),該區(qū)發(fā)生大范圍剝蝕,部分區(qū)域只殘余LST、TST,如BZ34-7-1井區(qū)。

3 層序沉積體系展布特征

每個(gè)層序在形成過(guò)程中均受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的劇烈程度、古氣候的變化、地質(zhì)周期的長(zhǎng)短、湖平面相對(duì)升降幅度以及沉積物供給多少等因素的控制,從而造成各層序在地層分布、層序厚度、沉積體系特征及沉積速率等方面存在明顯差異。黃河口凹陷東營(yíng)組各個(gè)層序沉積展布比渤海灣盆地陸上大部分凹陷更為發(fā)育,表現(xiàn)出沉降中心向渤中地區(qū)轉(zhuǎn)移的演化特征,同時(shí)在其發(fā)育過(guò)程中除SQ4層序在黃河口凹陷內(nèi)發(fā)育外,其他各層序沉積展布均表現(xiàn)為與渤中凹陷層序沉積連為一體的特征。

(1)SQ4層序 SQ4層序發(fā)育時(shí),渤海海域左行走滑-伸展應(yīng)力場(chǎng)再次增強(qiáng),地?？焖俾∩?裂陷作用顯著加大[1],控制盆地發(fā)育的早期構(gòu)造斷裂重新劇烈活動(dòng),黃河口凹陷湖盆大幅沉降?？剡厰鄬釉谥亓ψ饔孟禄鋾r(shí),斷層面引起的瞬時(shí)卸載導(dǎo)致渤南低凸起及萊北低凸起均衡上升。雖然此時(shí)氣候濕潤(rùn),但由于可容納空間的增加,周邊凸起大幅隆起而處于剝蝕狀態(tài),湖盆面積較前期沙一、沙二期大幅減小,黃河口凹陷構(gòu)成了獨(dú)立的深水凹陷湖盆(圖6a)。

以黃河口凹陷中央水下低凸起為界,兩側(cè)次洼靠近北部凸起同生斷層處水體最深,主要沉積深湖相黑色泥巖、油頁(yè)巖,局部發(fā)育扇三角洲及湖底扇沉積;受南部凸起陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)的影響,中央低凸起南部主要發(fā)育三角洲沉積體系,由于斷層較多,湖盆底形復(fù)雜,使得該區(qū)域砂體的分布很不均衡;凸起帶中部西側(cè)的BZ33-1區(qū)受湖底斷層及南部三角洲物質(zhì)供給的影響,發(fā)育了大規(guī)模的湖底扇沉積,僅BZ33-1-1井砂體沉積厚度就達(dá)到了100m以上。因此,本期層序發(fā)育時(shí)黃河口凹陷東部次洼碎屑物質(zhì)供給充足富砂,西部次洼富泥。

(2)SQ3層序 SQ3層序發(fā)育時(shí),黃河口凹陷沉積整體表現(xiàn)為在SQ4層序之上大范圍的超覆,斜坡帶局部見(jiàn)辮狀河水下分流河道沉積,凹陷中湖盆斷陷活動(dòng)不劇烈;同時(shí),受SQ4層序沉積物沉積填平補(bǔ)齊作用的影響,凹陷湖盆底形較平緩,氣候溫暖濕潤(rùn),發(fā)生了大規(guī)模的湖泛,湖泊范圍急劇增加,渤南低凸起、萊北低凸起幾乎都成為水下低凸起。該時(shí)期黃河口凹陷主要發(fā)育了湖泊相泥巖(圖6b),部分區(qū)域湖相泥巖直接超覆于凸起基巖之上,東北部同生斷裂附近局部發(fā)育湖底扇沉積;中央低凸起南部緩坡帶發(fā)育三角洲沉積體系,砂體含量較少,富泥;湖盆局部靠近水下斷層附近發(fā)育小規(guī)模湖底扇。

(3)SQ2層序 SQ2層序發(fā)育時(shí),受SQ3層序沉積物填平補(bǔ)齊作用及水退的影響,以及渤中凹陷方向碎屑物質(zhì)供給和周邊部分凸起高部位的影響,黃河口凹陷主要發(fā)育三角洲沉積體系(圖6c)。三角洲前緣沉積體系分布于西次洼北部和東北部BZ25及BZ28構(gòu)造一帶、BZ34構(gòu)造及整個(gè)東次洼,其中西次洼北部主要受來(lái)自渤中凹陷方向的物源控制,受斷層的影響,斷層附近發(fā)育較厚的砂體;而東次洼物源主要來(lái)自渤南低凸起東部構(gòu)造高部位,碎屑物質(zhì)供給量大,加上該沉積期黃河口凹陷東北部控邊斷層活動(dòng)較弱,東次洼底形平坦,使得整個(gè)東次洼均為三角洲前緣沉積。中央低凸起南部物源來(lái)自萊北低凸起,三角洲主要沿凹陷中部的BZ34構(gòu)造帶發(fā)育,向西逐漸過(guò)渡為湖泊沉積體系,主要分布在西次洼的西半部。

(4)SQ1層序 SQ1層序沉積時(shí),黃河口凹陷基本繼承了東二上段沉積時(shí)的構(gòu)造格局,斷層活動(dòng)很微弱,盆地整體緩慢穩(wěn)定沉降,由于受東營(yíng)組沉積末期渤海灣盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn)的影響,盆地東部大范圍抬升、剝蝕,地層分布范圍與東二段相比大幅減小;湖盆水體退去基本與渤中凹陷成為一體,來(lái)自渤中凹陷方向的物源使得黃河口凹陷絕大部分被三角洲沉積覆蓋(圖6d)。

圖6 黃河口凹陷東營(yíng)組各層序沉積體系分布

4 層序格架與油氣聚集

生、儲(chǔ)、蓋組合主要受層序格架控制,儲(chǔ)集條件則受控于沉積體系平面分布。

SQ4層序沉積時(shí)期,黃河口凹陷周邊發(fā)育較大規(guī)模的三角洲、扇三角洲及濁積砂體,砂體直接與有機(jī)質(zhì)含量高的深湖泥巖側(cè)變、互層組合,或直接覆于主力烴源巖沙一段泥巖之上。因此,該層序格架內(nèi)發(fā)育的三角洲前緣水下分流河道砂體是本區(qū)東營(yíng)組油氣聚集的重要場(chǎng)所。

SQ3層序沉積時(shí)期為黃河口凹陷最大湖泛期,湖相泥巖分布范圍廣、厚度大,可作為下伏巖層的區(qū)域性蓋層。此外,通過(guò)古氣候、古生產(chǎn)力、古生物、成熟度及地化指標(biāo)分析,SQ3層序暗色泥巖 TOC在0.5%～1.5%之間,生烴潛力(即S1+S2)可達(dá)6.13 mg/g,鏡煤反射率Ro可達(dá)0.59%,反映泥巖中有機(jī)質(zhì)已經(jīng)成熟生烴。因此,該層序格架內(nèi)沉積的暗色泥巖是本凹陷重要烴源巖層之一。

SQ2與SQ1層序沉積時(shí)期,黃河口凹陷水體較淺,大規(guī)模的三角洲沉積覆蓋凹陷大部分區(qū)域,砂體橫向分布穩(wěn)定,垂向疊置,同時(shí)泥巖隔層也比較發(fā)育,在有斷層溝通的情況下,下部烴源巖中的油氣可以運(yùn)移進(jìn)入砂體。因此,在封蓋與遮擋條件成熟的情況下,這兩套層序格架內(nèi)發(fā)育的三角洲前緣水下分流河道砂體容易形成巖性地層油氣藏。

5 結(jié)論

(1)建立了黃河口凹陷東營(yíng)組層序地層格架,識(shí)別出了SB1、SB2、SB3、SB4、SB5等5個(gè)層序界面,將東營(yíng)組劃分為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4等4個(gè)三級(jí)層序,分別對(duì)應(yīng)東一段、東二上亞段、東二下亞段、東三段。

(2)在層序地層格架約束下,對(duì)各個(gè)層序沉積體系展布特征進(jìn)行了分析。SQ4層序沉積期,斷陷發(fā)育,凹陷邊緣主要為三角洲及扇三角洲沉積,儲(chǔ)層發(fā)育;SQ3層序沉積期,湖水范圍最廣,凹陷整體為湖相泥巖沉積覆蓋,形成了區(qū)域蓋層及較好的烴源巖層;SQ2及SQ1層序沉積期,受來(lái)自渤中凹陷周邊凸起碎屑物質(zhì)供給的影響,凹陷內(nèi)主要發(fā)育三角洲沉積體系,形成了良好的儲(chǔ)層。

(3)黃河口凹陷東營(yíng)組各層序發(fā)育是構(gòu)造、氣候、海平面變化及物源供給等因素共同作用的結(jié)果,其中SQ4層序主要受構(gòu)造控制,SQ3層序受氣候及海泛控制,SQ2及SQ1層序受周邊物源供給的影響。

(4)SQ4層序?yàn)辄S河口凹陷東營(yíng)組最有潛力的勘探層位;SQ3層序?yàn)樵摪枷輩^(qū)域性蓋層及重要烴源巖層;SQ2及SQ1層序儲(chǔ)集砂體最為發(fā)育,一定條件下三角洲前緣水下分流河道砂體容易形成巖性地層油氣藏。

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(編輯:崔護(hù)社)

Abstract:By comprehensively using the drilling, logging and core data,five sequence boundaries are recognized in Paleogene Dongying Formation (E3d,),Huanghekou sag,and therefore this Formation can be divided into four third-order sequences,i.e.SQ1,SQ2,SQ3and SQ4,corresponding to the interval E3d1,E3d2L,E3d2Uand E3d3respectively.The distribution of sedimentary systems and its controls are discussed within the sequence framework of Dongying Formation,by which it has been considered that the sequences SQ1,controlled mainly by structure,may be the most favourable interval for exploration due to its high sand content along the lake margin.The sequence SQ3is dominated by argillaceous sediments due to the climate and lake transgression,and may serve as one of the regional source rocks and seals. The main control on SQ1and SQ2may be the supply of terrigenous sediments,and they can contain hydrocarbon accumulations under some conditions, due to their development of deltaic sandbodies.

Key words:Huanghekou sag;Dongying Formation;sequence framework;controlling factor;hydrocarbon accumulation

Sedimentary sequence framework and hydrocarbon accumulation in Paleogene Dongying Formation, Huanghekou sag

Fu Qiang1Fu Xiaowei1Xia Qinglong2Zhou Donghong3Li Jianping3
(1.School of Marine and Geoscience,Tongji University, Shanghai,200092;2.Tianjin B ranch of CNOOC Ltd., Tianjin,300452;3.E.&D.Institute,Tianjin B ranch of CNOOC L td,Tianjin,300452)

2010-01-21 改回日期:2010-05-18

＊國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)“近海富烴凹陷資源潛力再評(píng)價(jià)和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向”(項(xiàng)目編號(hào):2008ZX05023)部分研究成果。

傅強(qiáng),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事石油地質(zhì)、儲(chǔ)層地質(zhì)研究。地址:上海市四平路1239號(hào)同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院(郵編:200092)。E-mail:fuqiang@#edu.cn。