松遼盆地南部泉四段物源判別與沉積特征

張 鑫

( 中海油研究總院，北京 100027 )

0 引言

松遼盆地以嫩江、松花江為界，分南、北2個(gè)部分[1]，南部系指開(kāi)魯盆地以北、松花江以南的吉林探區(qū)，是我國(guó)油氣富集區(qū)之一[2].松遼盆地發(fā)育具有“斷”、“拗”雙重結(jié)構(gòu)性質(zhì)的沉積，泉四段是重要含油層位之一，其沉積體系比較復(fù)雜.前人研究松遼盆地南部泉四段沉積體系，認(rèn)為泉四段屬于大型河流—湖泊—三角洲沉積體系[3-4].有人認(rèn)為研究區(qū)泉四段為淺水三角洲沉積[5]，但研究區(qū)前積反射特征不明顯；有人認(rèn)為泉四段總體為河流沉積體系[6-7].筆者通過(guò)巖心觀察，結(jié)合砂體分布特征，分析松遼盆地南部泉四段物源與沉積體系，認(rèn)為該區(qū)泉四段主要發(fā)育河流—末端扇沉積體系.

1 物源分析

1.1 稀土元素

稀土元素模式曲線對(duì)物源判別具有重要的意義[8]，相同物源的沉積體稀土元素模式曲線非常相似，所以稀土元素在物源方向判別中得到廣泛的應(yīng)用[9].分析松遼盆地南部泉四段砂巖的稀土元素模式曲線，并應(yīng)用其特征判別該區(qū)物源方向.

研究區(qū)泉四段稀土元素模式曲線比較相似，說(shuō)明物源具有相似性.其中，前48、扶117、讓23、查20、孤32、塔7、長(zhǎng)13與坨25等井區(qū)的稀土元素模式極其相似(見(jiàn)圖1)，均表現(xiàn)為Eu的負(fù)異常非常明顯(見(jiàn)圖1(a))，反映這些井區(qū)具有相似的物源，推測(cè)物源來(lái)自南方和東南方.Eu的負(fù)異常說(shuō)明母巖被較多的酸性巖侵入，如花崗巖.隨著Eu的增大，母巖中的中性巖含量可能增加，如英云閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖[10].紅152、方53、海14、英101與乾184等井區(qū)的稀土元素模式極其相似，這些井區(qū)Eu的負(fù)異常不明顯或無(wú)Eu的負(fù)異常，反映該井區(qū)具有相似的物源(見(jiàn)圖1(b))，推測(cè)物源來(lái)自西部[11].

1.2 成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度

松遼盆地南部泉四段砂巖成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度存在一定差別，平面上查20井、塔7井、讓23井、英101與紅152井等地區(qū)砂巖成分成熟度稍高，在0.4～0.6之間，砂巖分選性好—中等，磨圓度為次棱—次圓狀，接觸方式為點(diǎn)—線接觸，砂巖結(jié)構(gòu)成熟度稍高；海14井、扶117井、前48井、乾184井與方53井等地區(qū)成分成熟度中等，在0.3～0.5之間，砂巖分選性好—中等，磨圓度為次棱—棱角狀，接觸方式為點(diǎn)—線接觸，砂巖結(jié)構(gòu)成熟度中等；坨25井、坨24井與安7井等地區(qū)成分成熟度較低，砂巖分選性為好—中等，磨圓度為次棱—棱角狀，接觸方式為點(diǎn)接觸，砂巖結(jié)構(gòu)成熟度偏低；成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低反映近物源的沉積特征.

圖1 松遼盆地南部泉四段砂巖稀土元素模式曲線

2 沉積環(huán)境與沉積相

2.1 沉積環(huán)境

沉積巖的顏色分為繼承色、原生色和次生色，原生色是沉積環(huán)境的重要標(biāo)志.前人將沉積巖的顏色依其氧化還原的程度進(jìn)行相應(yīng)比例的等加計(jì)算，即把單井沉積巖各層的厚度乘以相應(yīng)的顏色指數(shù)累計(jì)起來(lái)，除以該段層總地層厚度，得到該層沉積巖色值，沉積巖色值越大，說(shuō)明水體氧化程度越強(qiáng)；色值越小，說(shuō)明還原程度越強(qiáng)[12].研究區(qū)泉四段大部分地區(qū)沉積巖為紫紅色或棕紅色(泥巖色值>50%),為強(qiáng)氧化色，反映水上沉積環(huán)境；局部地區(qū)以灰綠色為主或灰綠色、灰色交互(-50%<泥巖色值<50%)，為弱氧化-弱還原色，反映不穩(wěn)定水體的特征；極少數(shù)地區(qū)灰色與灰黑色泥巖交互(泥巖色值<-50%),為強(qiáng)還原色，反映穩(wěn)定水體的特征.該區(qū)以氧化環(huán)境為主，缺乏穩(wěn)定的水體.

2.2 沉積相

巖心的巖性標(biāo)志及垂向序列組合是沉積相識(shí)別的基礎(chǔ)[13].松遼盆地南部泉四段沉積類型比較復(fù)雜，通過(guò)巖心觀察，結(jié)合各種地質(zhì)資料與區(qū)域地質(zhì)特征，可識(shí)別辮狀河沉積、曲流河沉積與末端扇沉積等相類型[11].

2.2.1 辮狀河

巖心觀察表明，松遼盆地南部泉四段辮狀河主要分布在盆地邊緣地區(qū)，辮狀河道在底部發(fā)育滯留礫石層，與下覆沉積沖刷接觸，滯留礫石層之上依次發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理和平行層理等.該區(qū)辮狀河向盆地方向巖性變細(xì)，砂巖厚度逐漸變薄，砂巖巖性從礫石級(jí)至粉砂級(jí)，向盆地方向逐漸過(guò)渡為曲流河沉積.由于辮狀河道的頻繁改道，相互切割，河漫灘沉積不太發(fā)育.該區(qū)辮狀河的古流向一般是單向的，砂體呈帶狀分布.

2.2.2 曲流河

研究區(qū)泉四段沉積時(shí)期曲流河河床亞相巖性主要為中-細(xì)砂巖，河道底部常見(jiàn)粗砂巖，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理、楔狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理及平行層理等，底部具明顯的沖刷界面，曲流河砂體平面上分布形態(tài)多呈彎曲的帶狀.曲流河堤岸亞相垂向上常發(fā)育在河床沉積的上部，包括天然堤和決口扇2個(gè)微相[14]，研究區(qū)決口扇巖性以細(xì)砂巖與粉砂巖為主，巖性比天然堤較粗，沉積層序具有向上變細(xì)的特點(diǎn)，層序底部多具有明顯的侵蝕面，與下覆的河漫沉積呈突變接觸.河漫發(fā)育于天然堤的外側(cè)，主要為紅色、棕色泥巖夾薄層的平行層理、水流沙紋層理粉-細(xì)砂巖.

2.2.3 末端扇

末端扇是曲流河流入不穩(wěn)定水體形成的扇體[15]，發(fā)育于干旱-半干旱沉積環(huán)境，研究區(qū)末端扇巖性以紅色、灰綠色與棕色泥巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖為主.末端扇與曲流河相比，平行層理比較發(fā)育，且?guī)缀涡螒B(tài)與曲流河不同，曲流河的古流向一般是單向的，而發(fā)育于末端扇上的古水流呈扇形發(fā)散，砂體形態(tài)呈扇形或朵狀.

2.2.3.1 近端亞相

近端亞相位于曲流河大量分叉處，主要由補(bǔ)給河道和河道間組成，碎屑顆粒粒度是末端扇沉積體系中最粗的.研究區(qū)補(bǔ)給河道通常由數(shù)個(gè)單河道疊置組成(見(jiàn)圖2，其中φ為粒度中值，φ=-lg(2D)，D為粒徑)，巖性主要是中-粗砂巖，分選性一般較差，泥質(zhì)含量高，粒度曲線多為三段式，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理含礫中粗砂巖、中小型交錯(cuò)層理粉細(xì)砂巖、平行層理粉細(xì)砂巖和粉砂巖.

圖2 松遼盆地南部泉四段坨24井末端扇近端亞相沉積層序

2.2.3.2 中部亞相

中部亞相是末端扇砂體的主要發(fā)育部位，砂巖含量高，沉積微相包括分流河道、河道漫溢及泥灘，河道漫溢又分為近河道漫溢與遠(yuǎn)河道漫溢[15].研究區(qū)末端扇中部亞相分河道顯示較好的向上變細(xì)的層序，粒度曲線為兩段式，缺乏滾動(dòng)總體，平行層理比較發(fā)育(見(jiàn)圖3).河道漫溢微相為洪水期分流河道水流溢出形成的沉積物，多以薄層的粉砂巖和細(xì)砂巖組成，泥質(zhì)含量較高，內(nèi)部多發(fā)育平行層理和波紋層理.泥灘主要發(fā)育在中部亞相分流河道之間，表現(xiàn)為棕色、灰綠色泥巖夾平行層理或水流沙紋層理泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖.

2.2.3.3 遠(yuǎn)端盆地

遠(yuǎn)端盆地位于中部亞相的前方，研究區(qū)泉四段遠(yuǎn)端盆地亞相沉積巖性主要為灰綠色、淺棕色泥巖夾薄層的泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，水平層理比較發(fā)育.

3 沉積相分布特征

松遼盆地南部泉四段沉積時(shí)期氣候干燥，主要表現(xiàn)為強(qiáng)氧化—弱氧化沉積環(huán)境.通過(guò)巖心觀察、砂體分布形態(tài)及綜合地質(zhì)研究，認(rèn)為研究區(qū)主要發(fā)育河流—末端扇沉積體系，河流相主要為辮狀河與曲流河，辮狀河分布在盆地邊緣地區(qū)，向盆地方向逐漸演化為曲流河沉積.辮狀河沉積河道寬而淺、彎曲度小，平面上，河道橫向不穩(wěn)定，頻繁遷移，辮狀河沉積砂體展布范圍寬，形成大面積分布的復(fù)合儲(chǔ)集體.曲流河平面上呈條帶狀分布，彎曲度比較大，其上游多為辮狀河流，下游向末端扇沉積過(guò)渡.

圖3 松遼盆地南部泉四段塔7井末端扇中部亞相沉積層序

末端扇處于干旱—半干旱環(huán)境下的河流末端，水流強(qiáng)度不大，沉積物大多暴露在地表，部分處于湖水面以下的遠(yuǎn)源溢岸沉積，由于受到不同程度的氧化作用，該區(qū)末端扇沉積物多以細(xì)粒砂巖沉積為主，砂巖顏色以淺棕色為主，泥巖沉積多為淺棕色、灰綠色，缺乏暗色泥巖沉積物.

松遼盆地南部泉四段沉積時(shí)期總的沉積特征表現(xiàn)為辮狀河、曲流河與末端扇分流河道大面積發(fā)育且相互切割、疊加，河流相沉積砂體基本呈帶狀展布，末端扇沉積砂體呈扇狀分布.根據(jù)研究區(qū)砂巖等厚圖、砂地比等值線圖等綜合分析,研究區(qū)泉四段發(fā)育5個(gè)主要的物源和7條主要的水系[11]，形成“滿盆含砂”的沉積模式(見(jiàn)圖4).該區(qū)泉四段辮狀河道與曲流河非常發(fā)育，沿物源方向，單層河道砂體有變薄變細(xì)的趨勢(shì).末端扇沉積分流河道砂體非常發(fā)育，向盆地方向，單層分流河道砂體厚度逐漸減薄，砂巖巖性逐漸變細(xì).

圖4 松遼盆地南部泉四段沉積相平面分布

4 結(jié)論

(1)松遼盆地南部泉四段沉積時(shí)期，氣候比較干燥，全區(qū)沒(méi)有統(tǒng)一的匯水中心.大部分地區(qū)泥巖為紫紅色或棕紅色,為強(qiáng)氧化沉積環(huán)境，反映陸上沉積環(huán)境；局部地區(qū)以灰綠色為主或灰綠色、灰色交互發(fā)育，為弱還原—弱氧化沉積環(huán)境，反映不穩(wěn)定水體的特征；盆地局部地區(qū)灰色與灰黑色泥巖發(fā)育,為強(qiáng)還原沉積環(huán)境，反映穩(wěn)定水體的特征.

(2)松遼盆地南部泉四段沉積時(shí)期主要發(fā)育河流—末端扇沉積體系，靠近盆地邊緣地帶發(fā)育辮狀河，向盆地方向逐漸過(guò)渡為曲流河.隨著向盆地方向地形坡度逐漸變緩，曲流河末端流量消減，河道呈分散狀大量分叉，砂體厚度變薄，砂體形態(tài)變?yōu)樯刃?，形成末端扇沉積.研究區(qū)泉四段發(fā)育5個(gè)主要的物源和7條主要的水系，形成了“滿盆含砂”的沉積模式.

(3)研究區(qū)末端扇沉積分為近端亞相、中部亞相和遠(yuǎn)端盆地.近端亞相沉積微相包括補(bǔ)給河道與河道間，中部亞相沉積微相包括分流河道、河道漫溢與泥灘.末端扇沉積層序與曲流河難以區(qū)分，但末端扇平行層理非常發(fā)育，且末端扇平面幾何形態(tài)與曲流河不同，曲流河的古流向一般是單向的，而末端扇古水流呈扇形發(fā)散，砂體形態(tài)呈扇形或朵狀.