沉積殘留物的識(shí)別及規(guī)模

王謙,張中欣,丁敏,尚金泉,胡立忠

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院,陜西西安710065)

我們本文所講的沉積殘留物概念模型的實(shí)例來自淺海大陸架環(huán)境,與一般國(guó)內(nèi)所講的陸相殘留可容納空間中的沉積殘留物還不能混為一談。如早期認(rèn)識(shí)的那樣,“一個(gè)不整合標(biāo)志著一個(gè)時(shí)間域,該時(shí)間域在其它區(qū)域表現(xiàn)為地層沉積”。也就是說,如果某地區(qū)存在著一不整合面,在不整合面的下坡終點(diǎn)位置必然存在著時(shí)間上與其相當(dāng)?shù)?、由該不整合面剝蝕、搬運(yùn)而來的沉積物堆積而成的地層[1]。沉積殘留物規(guī)模變化較大,從小型到盆地規(guī)模均有分布,可以通過巖心或露頭限制的高分辨率層序地層學(xué)進(jìn)行研究并確定和描繪它們。識(shí)別沉積殘留物并把它引入層序地層學(xué)進(jìn)行研究,對(duì)于確定沉積體系成因,識(shí)別殘留可容納空間,預(yù)測(cè)地下沉積體展布,恢復(fù)巖相古地理、古構(gòu)造,預(yù)測(cè)隱蔽油氣藏作用很大,有利于在含油氣盆地開發(fā)中晚期發(fā)現(xiàn)新的勘探區(qū)帶。

1 基本概念

1.1 沉積殘留物的概念

沉積殘留物是一個(gè)地層學(xué)術(shù)語,強(qiáng)調(diào)發(fā)育于低勢(shì)侵蝕界面之下、下切很深部位,在沉積后受到侵蝕,尤其是準(zhǔn)同生沉積受到侵蝕后得到保存的部分,而非強(qiáng)調(diào)它的地形剖面;包括侵蝕(沉積)和可容納空間殘留物,也包括由可容納空間和差異切蝕共同作用引起的殘留物,以及那些沒有涉及可容納空間或差異切蝕作用的沉積殘留物。沉積殘留物可能形成于沉積物松散沒有固結(jié)時(shí),因此可能與高位層序邊界和水進(jìn)不整合以及低位層序邊界不整合相聯(lián)系。

沉積殘留物對(duì)于分析沉積體系非常關(guān)鍵,因?yàn)楸仨氁忉尦銮治g消截作用與巖相變化引起地層中止的區(qū)別。此外,沉積殘留物幾何形態(tài)的保存,可以與原始沉積幾何形態(tài)完全不同;沉積殘留物在許多沉積環(huán)境中普遍存在。沉積殘留物可以在低勢(shì)侵蝕表面下部地層發(fā)育,這些地層包括海侵和海退侵蝕面及其深切割面等(圖1沉積殘留物)。

1.2 殘留可容納空間概念

可容納空間的變化是由古地形、同沉積和準(zhǔn)同生構(gòu)造,以及沉積環(huán)境中各種規(guī)模的差異壓實(shí)作用引起的。在低可容納空間和淺海大陸架環(huán)境,可容納空間的變化通常導(dǎo)致沉積殘留物的變化,規(guī)模從小的(幾km2到幾十km2)到盆地規(guī)模的(數(shù)百km2)。包裹在低滲透相沉積殘留物的孔隙、滲透相,是一種比較重要且相對(duì)常見的地層圈閉類型。

殘留可容納空間指可容納空間從較少到最低時(shí),盆地內(nèi)部仍殘存的可容納空間,一般發(fā)育在不整合與整合轉(zhuǎn)換帶下,是不整合面上剝蝕、過路沉積物的堆積區(qū),可以通過層序劃分和對(duì)比找出不整合面和層序界面,沿層序界面,通過地層對(duì)比分析找出殘留可容納空間[2-4]。殘留可容納空間這一概念,源于預(yù)測(cè)陸相盆地中儲(chǔ)集砂體,在陸相盆地以地層多樣性和多變性著稱,古水流與砂體展布受可容納空間、可容納空間發(fā)育區(qū)之內(nèi)的古地貌低勢(shì)區(qū)(殘留可容納空間發(fā)育區(qū))、層序面之上古地貌控制。

2 沉積殘留物的形成機(jī)理

在下伏地層中,任何廣泛分布的區(qū)域性侵蝕面都可能產(chǎn)生沉積殘留物,但大量存在的低位(地表)和海侵侵蝕面最重要。侵蝕深度以及低位侵蝕面形成的地形幅度可小可大。

地形沉降或隆起變化及海平面上升速率變化,可導(dǎo)致可容納空間變化,對(duì)沉積殘留物的發(fā)育極其重要。從局部到區(qū)域范圍,同沉積和準(zhǔn)同生斷層、差異壓實(shí)和底辟構(gòu)造等能引起顯著、急劇的沉積空間變化。差異可容納空間產(chǎn)生的原因,在不同盆地及盆地內(nèi)部不盡相同,所有沉積盆地都存在差異可容納空間。對(duì)于發(fā)育在低勢(shì)地形侵蝕面下部的沉積殘留物,肯定存在不同的可容納空間,但絕對(duì)數(shù)量并不一定非常大。雖然在目前沉積作用變化過程中,任何序列或準(zhǔn)層序沉積可容納空間數(shù)量比較小,在幾個(gè)序列或準(zhǔn)層序中,這種變化的累積效應(yīng)可能會(huì)很大。例如,在任何一個(gè)沉積事件中,雖然沿同沉積斷層傾斜滑距位移規(guī)模可能不會(huì)很大,同一方向多個(gè)高頻侵蝕事件累加,在橫向上可能導(dǎo)致幾百米沉積物的差異聚集。

離散沉積殘留物在橫向上可能以孤立殘留物形式廣泛分布于上覆和下伏單元,同沉積散落多層沉積物,在橫向或縱向上,以殘留或連續(xù)的疊置物(代表相同或不同的沉積環(huán)境)或殘留物(嵌套)形式存在。它們可以出現(xiàn)在規(guī)模差異較大的地區(qū)中,面積從幾平方千米到數(shù)百平方千米,并包含在連續(xù)地層中。殘留地層的復(fù)雜性(如,包含在各種沉積相中的準(zhǔn)層序/準(zhǔn)層序組、多種起因的差異可容納空間,嵌套式殘留物的發(fā)育)通常隨規(guī)模增加而增加。

在橫向上,隨著地層復(fù)雜性的增加,尤其是在井控稀少地區(qū),用侵蝕削截作用來識(shí)別相關(guān)巖石相變化是很困難的。沉積殘留物的幾何形態(tài),是由與上覆侵蝕面相聯(lián)系的基底接觸形態(tài)和角度決定的。顯然,沉積殘留物幾何形態(tài)與原始幾何形態(tài)不同,當(dāng)殘留物位于局部形態(tài)比較明顯的不整合面之下,保存形態(tài)反映了侵蝕面形態(tài)。上覆沉積侵蝕面地形不突出,以及由橫向可容納空間變化產(chǎn)生的厚度或原始沉積基底角度不同時(shí),保存形態(tài)可能與原始沉積形態(tài)不同。

3 沉積殘留物的規(guī)模

沉積殘留物呈現(xiàn)出三種規(guī)模的概念模型：儲(chǔ)層(小),中型,和盆地規(guī)模(大)[5]。雖然沉積殘留物可以由任何種類的沉積相組成,但是概念模型的實(shí)例來自淺海大陸架環(huán)境。強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)在于殘留可容納空間,因?yàn)樗鼈兏y以識(shí)別和確定,并且在以往的研究中通常不被認(rèn)為是沉積殘留物。該種模式是相當(dāng)簡(jiǎn)單的,它們由一個(gè)海退、海進(jìn)循環(huán)組成,可容納空間容易變化,海侵引起的上覆侵蝕面相對(duì)平坦。

事實(shí)上,沉積殘留物,尤其是規(guī)模較大的沉積殘留物,可能更為復(fù)雜,可能是由上覆侵蝕面地形變化造成的可容納空間變化引起的。此外,上覆侵蝕面的成因,可能由某一地區(qū)單一剝蝕面與另一地區(qū)侵蝕面復(fù)合而成的,也可能由海侵剝蝕形成的,或由低位期的下蝕形成的,侵蝕面類型比較多,變化比較大。

3.1 儲(chǔ)層規(guī)模沉積殘留物

通常儲(chǔ)層規(guī)模的殘留可容納空間,在面積上有幾平方千米到幾十平方千米,厚度高達(dá)幾十米。它們可能是以平行方向、垂直方向、或傾斜方向延伸到海岸,通常與同沉積地塹和半地塹,地形(侵蝕)低點(diǎn),或與下伏沉積物差異壓實(shí)作用有關(guān)。這種規(guī)模的沉積殘留物最有可能是均勻同類巖性,在淺海碎屑巖大陸架通常砂巖比較豐富。在產(chǎn)區(qū)以及大量井和巖心控制的區(qū)域,它們也是最容易識(shí)別和驗(yàn)證。如果可容納空間增加區(qū)域沿平行海岸線方向存在,沉積殘留物由包裹在海相頁巖的線性砂巖、平行岸砂巖、離岸砂巖組成。在過去,這些類型的砂體,有時(shí)被解釋為大陸架砂巖。雁列式斷層可能產(chǎn)生一系列的雁列式大陸架砂體。如果垂直于海岸線方向地區(qū)的可容納空間增加,沉積殘留物可能由包裹在海相頁巖中線性的、垂直于海岸的砂體形成。這種地形促成那些沉積物被解釋為河道或下切谷沉積。如果可容納空間的增加與下伏深切谷的出現(xiàn)有關(guān)聯(lián),出現(xiàn)錯(cuò)誤解釋的可能性極高。

在富含泥質(zhì)充填的谷地,在橫向上,壓實(shí)作用比鄰近河道間沉積強(qiáng)烈,導(dǎo)致可容納空間的增加。在另一種情況下,上覆濱岸表面保存的形態(tài),可能仿效下伏谷地形態(tài),與原始沉積形態(tài)差距很大,雖然巖心資料可以正確識(shí)別沉積環(huán)境,但是得到巖心資料通常是非常困難的。

3.2 中型及盆地規(guī)模沉積殘留物

典型中型殘留可容納空間,在地域上大約有幾十平方千米到幾百平方千米,在厚度上有幾十米。這種規(guī)模的殘留物還不能確定是否包含與沉積相關(guān)的儲(chǔ)層,但是與儲(chǔ)層規(guī)模殘留物相比通常巖性類型不盡相同。

盆地規(guī)模的沉積殘留物在面積上可以有數(shù)千平方千米,在厚度上有幾十到幾百米,巖性比較復(fù)雜。這種規(guī)模的沉積殘留物,在盆地中很常見,有時(shí)候,被盆地內(nèi)部地殼運(yùn)動(dòng)分割(例如,前陸盆地)。

無論哪種作用控制這種規(guī)模的整體形態(tài),受可容納空間橫向變化多種因素(即斷裂,下陷或隆起,差異壓實(shí))的影響,盆地內(nèi)沉積物有多重形態(tài)、方向。盆地規(guī)模的沉積殘留物,也可能包含較小規(guī)模的沉積殘留物,以及位于其下的復(fù)合沉積殘留物。此外,由差異沉降或隆起所產(chǎn)生的地形可能會(huì)導(dǎo)致海岸線和大陸架地貌的變化,反過來可以影響局部水動(dòng)力變化以及產(chǎn)生沉積體制變化。例如,如果海岸線被保護(hù)或環(huán)繞,風(fēng)浪影響作用減弱,而潮流影響可能增強(qiáng)。當(dāng)保存沉積殘留物沉積體系的流體動(dòng)力學(xué)機(jī)制與完整保存沉積物體制差別較大時(shí),正確解釋沉積殘留物的沉積環(huán)境變得更加困難。此外,在大多數(shù)情況下,構(gòu)造作用可能對(duì)這種規(guī)模沉積殘留物的控制有決定性作用;在局部上,與地形剝蝕和差異壓實(shí)作用相聯(lián)系可容納空間的變化,也起著非常重要的作用。

4 沉積殘留物的分布

前陸盆地,沉積殘留物可能更常見于末端而非近端。因?yàn)?遠(yuǎn)端環(huán)境沉降速率較低導(dǎo)致可容納空間較少,總體的保存潛力比較低。在低可容納空間地區(qū),局部可容納空間的少量增加可以有比例的增加沉積物保存能力。前陸盆地的遠(yuǎn)端特點(diǎn)是可容納空間變化較大,因?yàn)樗麄內(nèi)菀着c基層塊體發(fā)生擠壓。在被動(dòng)邊緣盆地,朝離岸方向沉降速率增加,可能發(fā)生與前陸盆地相反的情況。也就是說,沉積殘留物在近端(大陸架)比在遠(yuǎn)端(盆地)環(huán)境更容易發(fā)育。此外,伴隨陸架邊緣進(jìn)積的生長(zhǎng)斷層,對(duì)沉積相和地層厚度影響很大。在墨西哥灣沿岸德克薩斯州和路易斯安那州盆地的研究表明,潛在沉積物的保存,從一個(gè)生長(zhǎng)斷塊到另一個(gè)生長(zhǎng)斷塊差別很大,大陸架邊緣成為沉積殘留物發(fā)育的有利位置。

在斜坡邊緣環(huán)境,沉積殘留物表現(xiàn)出低位體系域和海侵體系域沉積緊密聯(lián)系。在低位體系域和海侵體系域早期,當(dāng)可容納空間相對(duì)比較低,海侵侵蝕相對(duì)顯著,整體保存潛力較低;在橫向上,即使可容納空間發(fā)生很小的變化可能對(duì)沉積物保存產(chǎn)生重大影響。然而,從低位到海侵體系域的沉積殘留物,也可能比高位體系更容易識(shí)別,因?yàn)樗鼈兂３１话诤Ｏ囗搸r中。在那里,更容易識(shí)別并描繪出它們的形態(tài),并確定它們上覆與下伏間隔之間的關(guān)系。

5 沉積殘留物的識(shí)別

確定沉積殘留物的第一步是識(shí)別廣泛分布的區(qū)域侵蝕面。一旦這些確立,識(shí)別沉積殘留物的關(guān)鍵在于詳細(xì)對(duì)比上覆和下伏時(shí)間地層單位。這就要求：(1)在短暫的上覆和下伏時(shí)間間隔上,存在可對(duì)比的時(shí)間地層標(biāo)志。(2)上覆與下伏地域緊密相連,良好的露頭出現(xiàn),以及充分的深井控制,或高分辨率地震資料存在。在許多情況下,相分析很有用,可以用來確認(rèn)解釋沉積殘留物。正如與分析任何層序地層或沉積體系一樣,再怎么強(qiáng)調(diào)綜合巖心和樣品數(shù)據(jù)的重要性也不為過。巖心數(shù)據(jù)提高了我們識(shí)別侵蝕面并確定其起因、解釋沉積過程和沉積環(huán)境的能力。由于上覆、下伏地層終端的確定是識(shí)別不整合的明顯證據(jù),所以這些類型沉積殘留物通常更容易識(shí)別。當(dāng)沉積殘留物位于低勢(shì)地形侵蝕面以下,并保存于較高局部沉降地區(qū),上覆和下伏時(shí)間標(biāo)志一般繼續(xù)穿越沉積殘留物,使對(duì)它們的識(shí)別更加困難。

在地層記錄中,隱蔽不整合面和海侵侵蝕面的數(shù)量比有明顯侵蝕面數(shù)量多的多,所以沉積殘留物的數(shù)量應(yīng)該是非常大的。我們能夠發(fā)現(xiàn)和描繪與地下數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量直接相關(guān)的隱蔽高位不整合、地下海侵侵蝕面,我們也可以識(shí)別沉積殘留物。

6 結(jié)束語

1)沉積殘留物強(qiáng)調(diào)的是原始沉積體系中沉積物在固結(jié)成巖時(shí)形成并保存下來的殘余部分;保存在沉積盆地內(nèi)的低可容納空間地區(qū)和淺海大陸架地區(qū),規(guī)模可以從小型到盆地規(guī)模,可以通過巖心或露頭限制的高分辨率層序地層學(xué)研究來確定和描繪他們。沉積殘留物的確定對(duì)建立準(zhǔn)確的地層構(gòu)造框架,相模式,以及古地理圖是至關(guān)重要的。

2)沉積殘留物的識(shí)別對(duì)油氣勘探和生產(chǎn)很重要。識(shí)別沉積殘留物并把它引入地層學(xué)研究,有利于在含油氣盆地開發(fā)中晚期發(fā)現(xiàn)新的勘探區(qū)帶。

[1]BARREL J.Criteria for the recognition of ancient delta deposits[J].Geological Society of American Bulletin,1912, 23：377-446.

[2]李宏偉,鄧宏文,肖乾華,等.熱歐地區(qū)殘留可容納空間分布與儲(chǔ)集砂體預(yù)測(cè)[J].石油學(xué)報(bào),2002,23(4)：29 -32.

[3]樊太亮,呂延倉(cāng),丁明華,等.層序地層體制中的陸相地層發(fā)育規(guī)律[J].地學(xué)前緣,2000,7(4)：315-321.

[4]樊太亮,吳賢順.從古地貌談層序格架中儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)律[J].地球?qū)W報(bào),2002,23(3)：259-262.

[5]MARTINSEN R S.Depositional remnants,part 1：Common components of the stratigraphic record withimportant implications for hydrocarbon exploration and production[J].AAPG Bulletin,2003(87)：1869-1882.