松遼盆地肇源—太平川地區(qū)白堊系姚家組一段沉積特征及演化

李占東 ，盧雙舫，李軍輝，肖佃師，陳海峰，李陽(yáng)

(1. 東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶，163318；2. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶，163318；3. 大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶，163712；4. 大慶油田有限責(zé)任公司 第一采油廠，黑龍江 大慶，163257)

運(yùn)用層序地層學(xué)進(jìn)行油氣藏勘探，是目前油氣勘探的熱門課題和重要的發(fā)展方向之一[1]。識(shí)別層序邊界，劃分地層層序，建立等時(shí)地層格架，是一切地質(zhì)研究工作的基礎(chǔ)[2-4]。精確建立等時(shí)層序地層格架，并在層序格架內(nèi)進(jìn)行沉積相劃分和沉積體系研究對(duì)油田的勘探與開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義[5-9]。松遼盆地是一大型陸相含油氣盆地，為油田勘探開(kāi)發(fā)、尋找隱蔽油氣藏的需要，其層序地層學(xué)的研究發(fā)展迅速[10]。但目前研究大多集中于超層序或者三級(jí)層序的粗略劃分與對(duì)比，注重于宏觀的層序地層格架[11-14]，對(duì)于高頻層序的研究報(bào)道較少，而對(duì)于高頻層序格架內(nèi)的沉積體系分布及其演化的研究則更少[15-17]。目前所進(jìn)行的這種盆地級(jí)別的層序地層學(xué)研究現(xiàn)已無(wú)法滿足油田勘探與開(kāi)發(fā)的要求，為此，本文作者以高精度層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)巖心、地震、測(cè)井、錄井以分析化驗(yàn)等資料的綜合研究，建立松遼盆地肇源—太平川地區(qū)姚家組一段高頻層序地層格架，并在層序格架內(nèi)進(jìn)行了沉積微相類型及沉積相展布特征研究，以便為該區(qū)下一步油氣的勘探與開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

松遼盆地繼在大慶長(zhǎng)垣等背斜部位發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的石油地質(zhì)儲(chǔ)量之后，在長(zhǎng)垣兩側(cè)的凹陷區(qū)也發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的石油地質(zhì)儲(chǔ)量，深入認(rèn)識(shí)凹陷區(qū)石油地質(zhì)條件對(duì)進(jìn)一步油氣勘探及擴(kuò)大新探區(qū)具有指導(dǎo)作用[18]。肇源—太平川地區(qū)跨越了中央坳陷、東南隆起、東北隆起3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，包括三肇凹陷、朝陽(yáng)溝階地、長(zhǎng)春嶺背斜帶、賓縣—王府凹陷、青山口背斜帶及綏化凹陷6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，總體呈現(xiàn)東南高、西北低的構(gòu)造格局[19]。凹陷面積約為5 000 km2，是松遼盆地最重要的生油、富油凹陷之一。白堊系為盆地主體沉積，從下至上劃分為下白堊統(tǒng)的火石嶺組、沙河子組、營(yíng)城組、登婁庫(kù)組、泉頭組及上統(tǒng)的青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組和明水組。上白堊系統(tǒng)姚家組一段葡萄花油層為區(qū)內(nèi)主要儲(chǔ)層和含油層位。其厚度分布為0～100 m，一般為20～75m，儲(chǔ)集層以粉砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主；葡萄花油層屬于淺水湖泊三角洲沉積，沉積主體以三角洲前緣相帶為主[20-21]。

2 高頻層序地層格架

以高精度層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)巖心、地震、測(cè)井、錄井以及分析化驗(yàn)等資料的綜合研究，建立松遼盆地肇源—太平川地區(qū)姚家組一段層序地層格架[16]。將姚家組一段劃分為3個(gè)層序，每一層序發(fā)育完整，分別由低位、水進(jìn)和高位 3個(gè)體系域構(gòu)成(圖1)。以此為基礎(chǔ)，開(kāi)展了層序格架沉積微相類型及沉積相展布特征研究。

3 沉積相類型及其特征

3.1 三角洲相

姚一段沉積時(shí)期松遼盆地整體處于水退過(guò)程，是盆地總體坳陷過(guò)程中的一個(gè)顯著充填時(shí)期。由于古地形相對(duì)平坦且坡度相對(duì)較小，氣候相對(duì)干旱，物源供應(yīng)充足，湖泊面積較小，造成姚一段沉積時(shí)以淺水湖泊三角洲為主[21]。三角洲沉積體系可劃分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲亞相。

3.1.1 三角洲平原

三角洲平原是三角洲的陸上部分，平面上它從河流大量分叉處到湖岸線。三角洲平原微相類型主要包括分流河道、天然堤、決口扇、分流河道間、泛濫平原5種(圖2)。

(1) 分流河道沉積微相。三角洲平原分流河道砂體構(gòu)成三角洲平原的格架。中下部巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，砂巖顏色一般以棕色、紫色、灰色為主(圖2(a))。砂巖分選較好、成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度中等偏低，多數(shù)為塊狀砂巖，平均厚度3.5 m。底部常具沖刷充填構(gòu)造，也發(fā)育交錯(cuò)層理、波狀交錯(cuò)層理、平行層理等。粒度概率曲線多為兩段式或三段式(圖3(a))。以典型牽引流的跳躍搬運(yùn)總體為主，懸浮總體次之，一般缺乏滾動(dòng)組分。跳躍總體含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般為60%～80%，分選較好，直線段斜率可達(dá) 60°以上，懸浮總體含量為25%～50%，懸浮、跳躍兩總體間的交截點(diǎn)Φ在粒徑為2.5～3.0 mm處。垂向上表現(xiàn)為粒度向上變細(xì)的正旋回，電測(cè)曲線呈鐘形或箱形組合。

(2) 決口扇微相。決口扇是河水?dāng)y帶沉積物溢出河道，在河道兩側(cè)沉積形成的扇形沉積體，由于地勢(shì)平坦，沉積厚度較薄，粒度較細(xì)，規(guī)模小，單砂體厚度為1.0 m，平面上多位于分流河道微相側(cè)翼，延伸不遠(yuǎn)，沉積特征與分流河道相似。常見(jiàn)沙紋層理、塊狀層理，分選差。電測(cè)曲線呈孤立尖峰狀或漏斗狀(圖 2(b))。

(3) 天然堤微相。垂向上一般位于分流河道微相上部，平面上位于分流河道的兩側(cè)，由灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖和粉砂質(zhì)泥巖組成。自然電位曲線低平，電測(cè)曲線幅度較低，多呈鋸齒狀形態(tài)(圖2(c))。

圖2 肇源—太平川地區(qū)姚家組沉積微相類型及沉積特征Fig.2 Sedimentary micro-facie type and characteristics of Zaoyuan-Taipingchuan area Yaojia Group

(4) 分流河道間。以灰色、灰綠色塊狀泥巖夾雜色、灰黑色泥巖為主。發(fā)育水平層理、塊狀層理，常見(jiàn)鈣質(zhì)結(jié)核和植物莖葉等。電測(cè)曲線起伏小，幅值低(圖 2(d))。

(5) 泛濫平原相。泛濫平原沉積物以灰色、灰綠色泥巖為主，局部夾紫紅色和雜色泥巖，主要是從洪水越岸搬運(yùn)的懸浮質(zhì)中沉積下來(lái)的細(xì)碎屑沉積物。層內(nèi)含有豐富的植物根系和分散的鈣質(zhì)結(jié)核，介形蟲(chóng)化石相對(duì)較少(圖2(e))。

3.1.2 三角洲前緣

三角洲前緣亞相位于三角洲平原的外側(cè)(向湖一側(cè))，長(zhǎng)期位于湖平面以下，為河流與湖水交接帶，沉積作用活躍，是三角洲砂體的主體發(fā)育區(qū)?？梢赃M(jìn)一步細(xì)分為水下分流河道、水下分流間灣、河口壩、遠(yuǎn)砂壩和席狀砂等微相。

(1) 水下分流河道微相。三角洲前緣水下分流河道沉積與三角洲平原分流河道沉積相似，自下而上完整的沉積序列為沖刷面-中細(xì)砂巖-粉砂巖-泥質(zhì)粉砂巖-粉砂質(zhì)泥巖-泥巖組成，由于分流河道的多期疊置、側(cè)向遷移導(dǎo)致沉積序列發(fā)育不完整，只發(fā)育中間的某一部分序列，多數(shù)為塊狀砂巖，粒序具有下粗上細(xì)的正韻律特征。發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、平行層理，底部可見(jiàn)沖刷或突變面。粒度概率累積曲線大多數(shù)為三段型，也見(jiàn)兩段型(圖 3(b))。兩段型以跳躍搬運(yùn)總體為主，懸浮總體次之，缺乏滾動(dòng)組分，跳躍次總體含量占70%左右，交截點(diǎn)Φ在粒徑為2.0～3.0 mm處。三段型由跳躍次總體和懸浮次總體組成，其中跳躍次總體發(fā)育 2個(gè)粒度次總體。第一跳躍次總體含量占50% ～65%，直線段傾角為50°～75°；第二跳躍次總體含量占20%～30%，直線段傾角30°左右，與第一跳躍次總體的交截點(diǎn)Φ在粒徑為2.5～3.0 mm處。懸浮次總體與跳躍次總體交截點(diǎn)Φ在粒徑為3.5～4.5 mm處，直線段傾角15°～20°，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)占20% ～30%，比三角洲平原分流河道懸浮次總體含量偏小。測(cè)井曲線上表現(xiàn)為(微)齒化鐘形或箱形特征(圖2(f))。

圖3 肇源—太平川地區(qū)不同類型沉積微相粒度特征Fig.3 Grain size characteristics of various sedimentary micro-facie type in Zaoyuan-Taipingchuan area

(2) 水下分流間灣微相。分流間灣以粘土沉積為主，含少量粉砂和泥質(zhì)粉砂。具有水平層理和透鏡狀層理，生物擾動(dòng)構(gòu)造、蟲(chóng)孔、蟲(chóng)跡構(gòu)造等發(fā)育，常見(jiàn)植物碎屑等。自然電位和自然伽馬曲線形態(tài)呈低幅度微齒狀或平直狀(圖2(g))。

(3) 席狀砂微相。河口壩砂受波浪的淘洗和篩選，發(fā)生側(cè)向遷移，使之呈席狀或帶狀廣泛分布于三角洲前緣，形成三角洲前緣席狀砂體。席狀砂的沉積特征與河口壩差異明顯，顆粒變細(xì)，砂層減薄，大型交錯(cuò)層理少見(jiàn)，主要由浪成波狀交錯(cuò)層理砂巖夾灰綠色泥巖組成，單砂層厚度一般為0.3～0.8 m。測(cè)井曲線呈齒狀、指狀(圖2(h))。

(4) 河口壩微相。河口壩是河流帶來(lái)的砂泥物質(zhì)在河口處因流速降低堆積而成，平面上位于前緣分流河道分叉處或河口處；呈下細(xì)上粗的反韻律或復(fù)合韻律(多期河口壩疊置)。頂部為突變或截切接觸關(guān)系，底部為漸變接觸關(guān)系。發(fā)育波狀層理、滑塌變形層理或攪混構(gòu)造。粒度概率累積曲線呈現(xiàn)兩段型，由跳躍總體和懸浮總體組成，且以跳躍總體為主。跳躍次總體含量變化較大，在35% ～75%之間，交截點(diǎn)Φ在粒徑為2.0～3.0 mm處，直線段傾角70°～80°。懸浮次總體和跳躍次總體的交截點(diǎn)Φ在粒徑為3.0 mm處，直線段傾角30°～55°(圖3(c))。自然電位曲線幅值較高，電性曲線呈明顯的漏斗形(圖2(i))。

(5) 水下決口扇。水下決口扇它是水下分流河道決口在水下分流間灣形成的沉積體，其特征與三角洲平原決口扇相似，只是一般夾在灰色的分流間灣泥質(zhì)沉積物中(圖2(j))。

(6) 遠(yuǎn)砂壩微相。位于河口前方較遠(yuǎn)部位，又稱為末端砂壩。沉積物較河口壩細(xì)，主要為粉砂巖，并有少量粘土和泥質(zhì)粉砂巖?？砂l(fā)育有槽狀交錯(cuò)層理、旋卷層理、水流波痕和浪成波痕以及沖刷充填構(gòu)造等。遠(yuǎn)砂壩化石不多，僅見(jiàn)零星的生物介殼，可見(jiàn)蟲(chóng)孔。自然電位曲線幅值較低，電性曲線呈漏斗狀或指狀(圖 2(k))。

3.1.3 前三角洲

前三角洲以深灰色—灰色、黑色泥巖為主，具水平紋層、透鏡狀層理和塊狀層理，潛穴構(gòu)造發(fā)育。姚一段沉積時(shí)期，由于地形較緩、水體較淺，前三角洲亞相與半深湖-深湖亞相沉積區(qū)域重疊，兩者交互沉積，因此，前三角洲亞相沉積與半深湖-深湖亞相沉積區(qū)分不明顯，都是以深灰色泥巖為主。

3.2 平原淤積相

平原淤積相為一套厚度較大的紅色巖層，由塊狀或似角礫狀構(gòu)造的紅色泥巖組成，間夾灰綠色泥巖及少量薄層粉砂巖，灰綠色泥巖具水平層理，紅色泥巖常為斷續(xù)水平層理，灰綠色泥巖中含部分生物化石[22]。測(cè)井曲線響應(yīng)與分流間灣及濱淺湖泥微相相似，電測(cè)曲線低平，自然伽馬幅值中高(圖2(l))。

3.3 湖泊相

湖泊相與三角洲相比，巖性偏細(xì)，砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。由濱淺湖亞相和深湖-半深湖亞相組成，分布于三角洲的遠(yuǎn)端。

3.3.1 濱淺湖亞相

濱淺湖相是指最高水位面以下與浪基面之上的淺水沉積，巖性主要為深灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、暗紫色粉砂質(zhì)泥巖和暗色泥巖，常發(fā)育波狀層理和水平層理?？梢?jiàn)生物擾動(dòng)構(gòu)造以及植物根莖等化石碎片。自然電位曲線呈低幅線狀，電阻率曲線變化幅度不大。

3.3.2 深湖-半深湖亞相

深湖-半深湖亞相位于正常浪基面以下到湖盆中水體最深的部位，處于缺氧的弱還原-還原環(huán)境。以灰黑、深灰泥頁(yè)巖為主，以發(fā)育大面積的泥灰?guī)r為特征。發(fā)育水平層理及細(xì)波狀層理。化石豐富，浮游生物為主，含自生黃鐵礦。

4 高頻層序格架內(nèi)沉積體系分布及演化

4.1 C1層序的沉積體系分布及演化

C1層序是姚家組一段的主要沉積期，也是三角洲沉積體系發(fā)育規(guī)模最大，沉積物快速沉積時(shí)期，C1主要包括LST1，TST1和HST1 3個(gè)體系域，其沉積旋回性、沉積相帶的分布特征在縱向上具規(guī)律性的演變特征(圖 4(a1)～(a3))。

LST1沉積時(shí)期，氣候干旱，水平面快速下降，湖泊大面積收縮。三角洲前緣亞相為主體沉積，平原淤積相緊發(fā)育在工區(qū)東南部，面積較小。物源供應(yīng)充足，分流河道發(fā)育、寬度較大，向湖盆內(nèi)進(jìn)積距離較遠(yuǎn)，東部三角洲分流河道向西延伸至四站地區(qū)，北部三角洲分流河道向南延伸至豐樂(lè)、肇州和永樂(lè)地區(qū)。因湖面頻繁波動(dòng)分流河道易改道或分叉，同時(shí)湖浪、沖刷-回流和沿岸流對(duì)分流河道砂體和河口壩砂體改造作用強(qiáng)，在三角洲前緣區(qū)發(fā)育了大面積的席狀砂，在分流河道末端形成大面積遠(yuǎn)砂壩沉積(圖4(a1))。

TST1沉積時(shí)期，水平面緩慢上升，湖泊面積有所擴(kuò)大，但幅度有限。物源主要來(lái)自北部和東北部，東部物源變小。東南部發(fā)育大面積平原淤積相；北部沉積體系物源供應(yīng)較為充足，三角洲面積有所擴(kuò)大，三角洲平原分流河道發(fā)育，河道寬度大，入湖后河道分叉增多，河道寬度迅速變小，向前延伸距離較短，但存在個(gè)別河道分支向前延伸較遠(yuǎn)。由于長(zhǎng)期受大幅度季節(jié)性、周期性湖面波動(dòng)引起的河流、湖浪、沖刷-回流及沿岸流強(qiáng)烈的改造，三角洲前緣席狀砂發(fā)育，呈坨狀或席狀分布于分流河道兩側(cè)或分流間灣中。在分流河道末端發(fā)育小面積的遠(yuǎn)砂壩沉積(圖4(a2))。

至HST1沉積時(shí)期，水平面繼續(xù)上升，水域面積擴(kuò)大，河道規(guī)模進(jìn)一步縮小，東部物源的河流沉積向東退積。沉積相帶的變化較TST1而言，也有向北退積的趨勢(shì)，三角洲平原分流河道較發(fā)育，河道寬度大，入湖后河道分叉增多，河道寬度變小，向前延伸距離較短，三角洲前緣席狀砂發(fā)育較小，呈坨狀分布于分流河道兩側(cè)。在分流河道末端發(fā)育小面積的遠(yuǎn)砂壩沉積(圖 4(a3))。

4.2 C2層序的沉積體系分布及演化

LST2沉積時(shí)期，水平面開(kāi)始下降，湖泊面積收縮，呈長(zhǎng)條形展布。南部也發(fā)育一套三角洲沉積體系，其中東部和南部三角洲沉積體系面積較小，北部三角洲向湖延伸距離較遠(yuǎn)，與南部沉積體系的三角洲前緣相連。分流河道規(guī)模較大，分叉較多，河道兩側(cè)以分流間灣和席狀砂為主，席狀砂呈片狀分布，而在工區(qū)東南部和東部發(fā)育大面積平原淤積相(圖4(b1))。

TST2沉積時(shí)期，水平面有所上升，湖相面積擴(kuò)大。發(fā)育北部和東北部三角洲沉積體系，分布面積較低位域時(shí)期縮??；分流河道多呈枝狀展布，分流河道間及分流間灣發(fā)育，河口壩不發(fā)育，湖浪及湖面波動(dòng)等改造作用中等，僅在三角洲前緣外側(cè)發(fā)育小面積條帶狀席狀砂，在分流河道末端發(fā)育大面積遠(yuǎn)砂壩微相沉積。平原淤積相較發(fā)育，在工區(qū)南部和東部及北部宋站油田東側(cè)地區(qū)發(fā)育大面積平原淤泥相(圖4(b2))。

HST2沉積時(shí)期，水平面繼續(xù)上升，湖域面積達(dá)到擴(kuò)大。沉積相帶的變化較TST1而言，也有向北退積的趨勢(shì)，三角洲前緣亞相面積縮小，水下分流河道延伸距離較短，呈枝狀分布。而在工區(qū)南部和東部及北部宋站油田東側(cè)地區(qū)發(fā)育大面積平原淤泥相(圖4(b3))。

圖4 肇源—太平川地區(qū)不同層序不同體系域沉積相平面分布Fig.4 Plain distribution of sedimentary phase in different sequence and system tract in Zaoyuan-Taipingchuan area

4.3 C3層序的沉積體系分布及演化

C3層序形成時(shí)，古地貌進(jìn)一步平緩，湖面變化總體相對(duì)穩(wěn)定，三角洲沉積體和分流河道規(guī)?？傮w較C1和 C2 時(shí)期要小(圖 4(c1)～(c2))。

LST3沉積時(shí)期，水平面整體緩慢上升，湖相面積擴(kuò)大，頭臺(tái)、永樂(lè)、豐樂(lè)、肇州、肇源地區(qū)進(jìn)入湖相沉積。三角洲前緣面積縮小，分流河道分叉較多，延伸距離較短，在三角洲前緣外側(cè)發(fā)育小面積朵狀席狀砂，在分流河道末端發(fā)育大面積遠(yuǎn)砂壩微相。而在南部和東部發(fā)育大面積平原淤積相(圖4(c1))。

TST3和HST3沉積時(shí)期，水平面急劇上升，湖相面積變大。三角洲面積更小，分流河道較窄、延伸距離較短，呈枝狀展布，在三角前緣區(qū)形成片狀分布的席狀砂，河道末端遠(yuǎn)砂壩較發(fā)育。而在東部和南部發(fā)育大面積的平原淤積相(圖4(c2))。

5 結(jié)論

(1) 以高精度層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)巖心、地震、測(cè)井、錄井以及分析化驗(yàn)等資料的綜合研究，將松遼盆地肇源—太平川地區(qū)姚家組一段劃分為3個(gè)層序、9個(gè)體系域。

(2) 確定研究區(qū)姚家組一段為淺水三角洲沉積，其中三角洲平原、三角洲前緣廣泛發(fā)育，前三角洲不發(fā)育。進(jìn)一步分出分流河道、天然堤、決口扇、分流河道間、泛濫平原、水下分流河道、水下分流間灣、水下決口扇、河口壩、遠(yuǎn)砂壩和席狀砂11種沉積微相。

(3) 發(fā)育的三角洲平原分流河道與三角洲前緣分流河道砂體相互切割、疊加，形成了樹(shù)枝狀砂體，構(gòu)成了油氣富集的主要儲(chǔ)集體，是該區(qū)油氣勘探的有利區(qū)帶。

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