渤南洼陷沙二段沉積體系分析

李利波，武法東，姜大偉，彭 剛

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;3.內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

渤南洼陷沙二段沉積體系分析

李利波1，武法東2，姜大偉3，彭 剛2

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;3.內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

根據(jù)層序地層分析的基本思想，從單井巖心的成因相解釋出發(fā)，在渤南洼陷沙二段詳細(xì)分層對(duì)比的基礎(chǔ)上，研究了扇三角洲沉積體系，討論了主要儲(chǔ)集巖特征。研究結(jié)果表明，渤南洼陷內(nèi)部沙二段發(fā)育較好，邊緣受凸起抬升和物源供給缺乏的影響，普遍缺失底部砂層;該區(qū)沙二段是在淺水湖泊沉積的背景條件下，以扇三角洲體系為主的沉積組合，在研究區(qū)西部和北部，小規(guī)模發(fā)育近岸水下扇沉積體系;沙二段儲(chǔ)集巖以扇三角洲前緣的砂巖、含礫砂巖及粉砂巖為主，東南部?jī)?chǔ)集層物性較好，與油氣聚集的關(guān)系密切。

沉積體系;扇三角洲;沙二段;渤南洼陷

1 研究區(qū)概況

隨著石油勘探開(kāi)發(fā)的迅猛發(fā)展，華北油田的研究工作日益深入［1-20］。研究區(qū)渤南洼陷位于沾化凹陷的中西部，東鄰孤北洼陷和孤島凸起，西以羅西斷裂為界，北以埕東斷裂帶、義東斷裂帶為界并與埕東凸起及車鎮(zhèn)凹陷相接，南以孤南斷裂帶為界且與三合村向斜及陳家莊凸起相接 (見(jiàn)圖1)。

渤南洼陷勘探歷史長(zhǎng)達(dá)幾十年，在洼陷中迄今已鉆探井400余口，發(fā)現(xiàn)了十分豐富的油氣資源，開(kāi)發(fā)了多個(gè)油氣田，整體上屬于高成熟勘探區(qū)。前人對(duì)于該區(qū)進(jìn)行過(guò)大量卓有成效的石油地質(zhì)研究工作，并總結(jié)出很多油氣成藏的地質(zhì)規(guī)律［21-25］。

研究區(qū)油氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量主要集中在沙三段和沙四段，沙二段盡管儲(chǔ)集層發(fā)育，鄰近烴源層，但目前獲得的儲(chǔ)量和產(chǎn)量均十分有限，僅在個(gè)別區(qū)塊 (如渤南4區(qū)、渤南8區(qū)以及義東斷層帶)發(fā)現(xiàn)油氣［22，23，26，27］。因此，從油氣資源潛力上說(shuō)，對(duì)該區(qū)沙二段的研究就顯得十分重要。但是由于沙二段并非主要的目的層，迄今尚未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究。存在的主要問(wèn)題包括:①沙二段地層劃分對(duì)比不統(tǒng)一;②沙二段沉積體系及沉積相帶劃分欠詳細(xì);③沙二段儲(chǔ)集層特征和油氣分布規(guī)律尚不完全清楚。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文旨在通過(guò)對(duì)研究區(qū)古近紀(jì)沙二段地層學(xué)和沉積學(xué)研究，進(jìn)行沉積體系分析，研究其空間展布特征;對(duì)主要儲(chǔ)集巖特征進(jìn)行研究，為沙二段的進(jìn)一步勘探提供扎實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1 研究區(qū)位置及構(gòu)造略圖Fig.1 Sketch map showing the location and tectonic setting of study area

2 區(qū)域地質(zhì)特征

2.1 地層劃分

渤南洼陷是在前古近系基底上發(fā)育起來(lái)的新生代洼陷，地層發(fā)育全，厚度達(dá)5000～6000m?？v向上由兩個(gè)構(gòu)造沉積旋回組成，古近系為裂陷沉積，以湖泊相碎屑巖和碳酸鹽巖為主，地層厚度和巖相變化很大;新近系為坳陷沉積充填，以河流相碎屑巖系為主，厚度變化小，具有區(qū)域性充填的特點(diǎn)［21，27-30］。根據(jù)前人對(duì)渤南洼陷地層的研究，將有關(guān)地層 (見(jiàn)圖2)簡(jiǎn)述如下:

沙四段 (Es4):總體上為一套暗色砂礫巖、泥巖、石灰?guī)r、白云巖及膏巖沉積，陸源碎屑巖多集中于下亞段，而碳酸鹽巖及膏巖多分布于上亞段。

沙三段 (Es3):以泥巖、油頁(yè)巖為主，夾砂巖、粉砂巖和碳酸鹽巖薄層。

沙二段 (Es2):主要為灰綠色、灰色泥巖與灰色、褐灰色粉砂巖、砂巖或含礫砂巖互層，可夾碳酸鹽巖、褐色油泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。砂、泥巖中常含鈣質(zhì)和白云質(zhì)。邊緣地區(qū)見(jiàn)有大套巨厚礫巖。

沙一段 (Es1):主要為灰色、深灰色、灰褐色泥巖、油泥巖、油頁(yè)巖和碳酸鹽巖組成。底部見(jiàn)少量生屑灰?guī)r和粉砂巖。

由于沙二段不是渤南洼陷主要目的層，加上地層缺失，在不同地區(qū)特征亦有所區(qū)別，因此對(duì)其分層，特別是細(xì)分層缺乏系統(tǒng)研究，目前存在著不同的分層方案［26，29，31］。此外，在渤南洼陷西南部羅家地區(qū)，剖面中相應(yīng)層位的下部普遍發(fā)育白云巖，對(duì)這些白云巖的層位歸屬亦有沙二段或沙三段二種不同的意見(jiàn)。

本文在以往分層基礎(chǔ)上，綜合地震解釋剖面，電測(cè)曲線和巖性錄井資料，對(duì)探井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，認(rèn)為渤南洼陷內(nèi)部地層發(fā)育較好。根據(jù)其沉積旋回，該區(qū)沙二段由4個(gè)由細(xì)到粗的反粒序旋回組成，每個(gè)旋回可分為一層 (見(jiàn)表1)。通過(guò)區(qū)域地層對(duì)比分析，研究區(qū)邊緣受凸起抬升和物源供給缺乏的影響，普遍缺失底部砂層;西南部發(fā)育的白云巖應(yīng)歸為沙二段，反映當(dāng)時(shí)物源供給缺乏和氣候干燥 (見(jiàn)圖3)。

圖2 研究區(qū)沙河街組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Shahejie formation in the study area

2.2 構(gòu)造演化

渤南洼陷整體上為北斷南超的箕狀結(jié)構(gòu) (見(jiàn)圖4)。渤南洼陷的發(fā)育主要受控于埕南斷裂和孤西斷層［33，34］。北部埕南斷層及孤西斷層的交匯處為洼陷的沉降中心及沉積中心，古近系最大埋深達(dá)5500m左右。洼陷中有機(jī)質(zhì)類型好，演化程度高，為沾化凹陷最主要的富生烴區(qū)，是周圍多個(gè)大型油氣田的油源區(qū)和含油氣區(qū)［25，29，35］。

表1 義88井地層綜合特征Table 1 Comprehensive stratigraphic column of the study area(Yi-88 well as an example)

3 區(qū)域沉積體系分析

3.1 沉積體系分析

渤南洼陷古近系總體表現(xiàn)為南北不對(duì)稱的斷階型小盆地，其中南部為緩坡斷階帶，以扇三角洲沉積為主。洼陷北部為同生斷裂控制的陡坡斷階帶，以典型的水下扇、濁積扇沉積為主［21-24，29］。兩斷階帶之間保持了相對(duì)穩(wěn)定的湖泊沉積。

圖3 研究區(qū)沙二段地層柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of the second member of Shahejie Formation in the study area

圖4 渤南洼陷南北向627.4地震測(cè)線解釋剖面圖［32］Fig.4 Profile along N-S-trending seismic section 627.4 in Bonan Sag［32］

此次研究汲取層序地層分析的基本思想，采用沉積體系分析的研究思路與工作方法，從巖心的成因相精細(xì)解析出發(fā)，以沉積體系內(nèi)部構(gòu)成和過(guò)程沉積學(xué)分析為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)研究區(qū)的鉆井巖芯進(jìn)行詳細(xì)地觀察，輔以測(cè)井、地震等技術(shù)手段，識(shí)別出3種沉積體系、8種沉積組合及19種主要成因相 (見(jiàn)表2)。

表2 渤南洼陷古近系沙二段沉積體系、沉積組合及成因相類型Table 2 Sedimentary system，association and facies of the second member of Paleogene Shahejie Formation in Bonan Sag

通過(guò)上述分析認(rèn)為，研究區(qū)沙二段主要是在淺水湖泊的沉積背景條件下，以扇三角洲體系為主的沉積組合;在研究區(qū)西部和北部，小規(guī)模發(fā)育近岸水下扇沉積體系 (見(jiàn)圖5);扇三角洲沉積類型分布于研究區(qū)南部斜坡帶。隨著扇三角洲沉積由盆緣向湖中心推進(jìn)，陸源碎屑巖逐漸減少、變細(xì)，而碳酸鹽巖則由少變多，混合沉積現(xiàn)象主要發(fā)生于扇三角洲前緣。扇三角洲平原亞相位于陸上坡度較大處，陸源碎屑供給充足，形成大量的粗粒陸源碎屑堆積。扇三角洲前緣位于水下坡度較緩的淺湖地帶，由于陸緣沉積物供給相對(duì)減少，鹽湖水受到河流注入水的影響，鹽度較低，有利于碳酸鹽巖的生成，因而在此區(qū)域形成混合沉積。其中，扇三角洲前緣沉積組合比較發(fā)育，且與油氣聚集的關(guān)系密切。

3.2 區(qū)域演化特征

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造和沉積演化規(guī)律的研究結(jié)果，在沙三期末，研究區(qū)南部大部迅速抬升成為剝蝕區(qū)，經(jīng)過(guò)剝蝕，地勢(shì)相對(duì)變緩［29］。沙二期在此基礎(chǔ)上沉積范圍有所擴(kuò)大，南部中部區(qū)域又重新接受沉積。同時(shí)由于沉積物填充作用，湖水變淺，沙二期以淺湖為主，僅有一些零星分布的半深湖，深湖消失 (見(jiàn)圖5)。沙二期渤南洼陷呈北陡南緩的“箕狀”洼陷，沉降中心位于洼陷北部埕東斷裂帶附近，為近岸水下扇沉積，沉積中心則位于洼陷中部的羅152井、義73井一帶，沉積中心與沉降中心不一致，沉積物北厚南薄。

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造和沉積演化規(guī)律的研究結(jié)果，沙三段后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈，南部陳家莊凸起、墾西凸起和孤島凸起明顯抬升，成為剝蝕區(qū);盆地逐漸萎縮，水體范圍只局限在北部洼陷中心區(qū)，在此基礎(chǔ)上沉積了沙二段四砂層，其分布最為局限。隨著盆地逐漸下沉，凸起范圍后退縮小，四砂層在南部超覆于沙三段之上，沉積范圍有所擴(kuò)大。到二砂層和一砂層沉積時(shí)期，在南部和東南部盆地迅速下降，二砂層和一砂層依次超覆在沙三段之上，沉積范圍擴(kuò)大，但是仍然未恢復(fù)到沙三段沉積時(shí)期的范圍。由于凸起的隆起幅度、物源供給以及沉積介質(zhì)物化條件的差異，在洼陷中心發(fā)育厚層碎屑沉積，西南的羅家地區(qū)發(fā)育白云巖，而在東南部則仍以粗碎屑巖為主。

沙二期的物源來(lái)自于渤南洼陷的周邊高地，其中長(zhǎng)期而主要的物源為洼陷東南的孤島凸起，其次是西邊的義和莊凸起，北邊的埕東凸起提供短暫而突發(fā)的、以重力流沉積為主的沉積物，南邊的陳家莊凸起提供少量物源。

圖5 研究區(qū)沙二段沉積相圖Fig.5 A map showing the sedimentary facies of the second member of Shahejie Formation in the study area

4 區(qū)域油氣遠(yuǎn)景分析

沾化凹陷的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有多物源和多沉降中心的特點(diǎn)，同時(shí)由于各洼陷沉積和構(gòu)造發(fā)育的差異性，形成了具有各自特征的生油層段。其中渤南洼陷是沾化凹陷地層發(fā)育最全、優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度最大、層數(shù)最多、油氣藏類型最豐富、含油氣系統(tǒng)最復(fù)雜的次級(jí)箕狀洼陷［21，27，30-36］。目前在研究區(qū)中沙二段的油氣顯示十分普遍，但發(fā)現(xiàn)的油藏少，規(guī)模小，分布零散。因此，為了打開(kāi)渤南洼陷沙二段油氣勘探的新局面，有必要對(duì)目前的勘探成果進(jìn)行認(rèn)真的梳理和分析，總結(jié)出其中的規(guī)律，以開(kāi)拓勘探思路，取得新的突破。

4.1 儲(chǔ)集巖特征

研究區(qū)沙二段的儲(chǔ)集層主要為水下扇、扇三角洲環(huán)境下形成的砂巖，其次為濱淺湖相的砂巖。巖性包括中—細(xì)砂巖、含礫砂巖、粉砂巖以及鮞?；?guī)r和白云巖。由于特定的沉積范圍所限定，扇三角洲前緣沉積組合構(gòu)成本區(qū)碎屑沉積的主體，其砂巖儲(chǔ)集層比較發(fā)育，且與油氣聚集的關(guān)系密切。主要的儲(chǔ)集砂體有:水下分流河道砂、河口壩砂、扇三角洲前緣砂等(見(jiàn)表3)。

表3 沙二段扇三角洲砂巖儲(chǔ)集層物性Table 3 Reservoir parameters of the fan delta sandstone from second member of the Shahejie Formation

砂巖儲(chǔ)集層分布廣泛，遍及全區(qū)，但是厚度變化大。研究區(qū)儲(chǔ)集層主要集中在兩個(gè)部位:西部義東斷裂帶下降盤(pán)，最大厚度達(dá)到90～100m，并以此為中心向東及東南迅速減少;東部孤島凸起西北部砂巖層最大厚度在義102—義68井一帶，可達(dá)到62m。此外，在羅353井—義112井一帶，厚度為30m;而在洼陷中部砂體儲(chǔ)集層一般厚度小于10m。北部砂巖的厚度均比較小，與埕東凸起周圍扇體不太發(fā)育有關(guān)。在羅家油田砂巖儲(chǔ)集層厚度多在5m以下，該區(qū)白云巖儲(chǔ)集層比較發(fā)育。

4.2 油氣遠(yuǎn)景分析

研究區(qū)沙二段扇三角洲的巖石分選較好，雜基含量較低，砂礫巖體的側(cè)向連續(xù)性和連通性都較好，因而具有較好的油氣儲(chǔ)集性能。同時(shí)，分布面積達(dá)數(shù)百平方千米，且水下分流河道的砂礫巖與烴源巖呈頻繁互層沉積，可能為油氣初次運(yùn)移的有利場(chǎng)所。

分析認(rèn)為，研究區(qū)沙二段儲(chǔ)集巖以扇三角洲前緣的砂巖、含礫砂巖及粉砂巖為主，儲(chǔ)集層主要為中—低孔、中滲型 (見(jiàn)圖6)。洼陷東南部?jī)?chǔ)集層物性較好，與油氣聚集的關(guān)系密切，因而應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)的研究和勘探。

圖6 沙二段扇三角洲砂巖儲(chǔ)集層孔隙度、滲透率總體分布直方圖Fig.6 A histogram showing the distribution of fan delta sandstone reservoir permeability of second member of the Shahejie Formation

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)沙二段地層劃分對(duì)比，提出了新的分層方案，對(duì)渤南洼陷在沙二段沉積期的演化得到新認(rèn)識(shí):洼陷內(nèi)部地層發(fā)育較好，邊緣受凸起抬升和物源供給缺乏的影響，普遍缺失底部砂層。

(2)渤南洼陷沙二段是淺水湖泊沉積背景條件下以扇三角洲體系為主的沉積組合，在研究區(qū)西部和北部，小規(guī)模發(fā)育近岸水下扇沉積體系。

(3)渤南洼陷沙二段儲(chǔ)集巖以扇三角洲前緣的砂巖、含礫砂巖及粉砂巖為主。研究區(qū)的東南部?jī)?chǔ)集層物性較好，與油氣聚集的關(guān)系密切，應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)的研究和勘探。

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SEDIMENTARY SYSTEM FOR THE SECOND MEMBER OF SHAHEJIE FORMATION，BONAN SAG

LI Li-bo1，WU Fa-dong2，JIANG Da-wei3，PENG Gang2
(1.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Science，Beijing 100081，China;2.School of the Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100081，China;3.The Geology of Inner Mongolia CO.，Ltd.，Hohhot 010020，China)

According to the theories of sequence stratigraphy，with the object of understanding genetic facies of the well cores，a study of fan delta sedimentary system has been made to discuss the main characteristics of reservoir rocks based on subdivision and correlation of the second member of Shahejie Formation.The results suggested that this member is well developed in the interior of Bonan sag，but lacks its lower part in the marginal parts because of uplift and insufficient supply source.In the study area，the second member of Shahejie Formation is formed in shallow-water lake and composed of fan delta deposits.In western and northern parts of the area，it occurs as smallscale near-shore subaqueous fan deposits.The reservoir rocks in the member are mainly siltstone，sandstone and pebbly sandstone indicative of fan-delta front edge.In southeast part of the area，the reservoir displays favorable physical properties and is closely related with oil and gas accumulation.

sedimentary system;fan delta;the second member of Shahejie Formation;Paleogene;Bonan Sag

TE121.3

A

1006-6616(2010)03-0281-13

2010-01-31

李利波 (1984-)，男，碩士研究生，主要從事基礎(chǔ)地質(zhì)研究。E-mail:licags@126.com