霸縣凹陷鄚州地區(qū)沙河街組層序地層學(xué)研究

苑保國(guó)，楊 光

(中油西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

霸縣凹陷鄚州地區(qū)沙河街組層序地層學(xué)研究

苑保國(guó)，楊 光

(中油西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

古近系沙河街組是華北油田鄚州地區(qū)勘探主要目的層之一。長(zhǎng)期以來，由于該地區(qū)的地層劃分未能歸一細(xì)化，因此極大制約了鄚州地區(qū)進(jìn)一步的勘探工作。充分利用地震、測(cè)井、鉆井及古生物等資料，結(jié)合各級(jí)層序界面的識(shí)別標(biāo)志，將地震、測(cè)井、鉆井和古生物等界面劃分統(tǒng)一，建立起地震和地質(zhì)統(tǒng)一的層序?qū)Ρ汝P(guān)系，并初步分析了地層的發(fā)育、分布特征及控制因素，為鄚州地區(qū)沙河街組的進(jìn)一步深化勘探奠定了基礎(chǔ)。

地震;層序界面;沙河街組;鄚州地區(qū);霸縣凹陷

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄚州地區(qū)位于華北油田冀中坳陷霸縣凹陷的中南部，東鄰文安斜坡內(nèi)帶，西至安新—雄縣，南接雁翎潛山構(gòu)造帶及任西洼槽北部，北到高家堡背斜構(gòu)造帶，勘探面積約為320 km2，是霸縣凹陷繼承性沉積構(gòu)造帶，主要由鄚州洼槽、淀北洼槽、鄚東洼槽、文安斜坡帶和鄚州背斜構(gòu)造帶5個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成［1］。

古近系沙河街組是華北油田鄚州地區(qū)勘探主要目的層之一，但鉆井與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系不明確，深部層序邊界在地震上的連續(xù)性差，追蹤對(duì)比困難較大。尤其是沙三段和沙四段內(nèi)部的三級(jí)層序界面一直未劃分，沙三段和沙四段都各自作為一個(gè)整體研究［2－3］，使得研究工作較粗略，嚴(yán)重制約該區(qū)下一步的勘探工作。

通過層序地層學(xué)研究，從測(cè)井、地震、鉆井及古生物等方面出發(fā)，完成了鄚州地區(qū)沙三段內(nèi)部3個(gè)三級(jí)層序和沙四段內(nèi)部2個(gè)三級(jí)層序的劃分，并進(jìn)行了全區(qū)層序地層統(tǒng)層，從而劃分出全區(qū)統(tǒng)一的層序界面，建立起比較合理的層序地層格架，為該地區(qū)的深入勘探工作奠定了基礎(chǔ)。

2 層序地層格架

2.1 層序界面的識(shí)別

2.1.1 層序界面的鉆井識(shí)別

在鉆井上識(shí)別層序界面主要是識(shí)別巖性突變面或沉積相突變面等［4－5］，由于研究區(qū)層序邊界兩側(cè)地層存在于不同的沉積環(huán)境，巖性剖面上經(jīng)常可觀察到沉積相突變現(xiàn)象，主要包括以下2種情況一是當(dāng)湖盆能夠提供的可容納空間突然減小時(shí)，就會(huì)發(fā)生迅速水退，造成深水相沉積直接被淺水相沉積覆蓋，如沙四上段底部界面(SB2)和沙二段底部界面(SB6)(圖1);二是當(dāng)湖盆能夠提供的可容納空間急劇增大時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)大范圍的水侵，使得淺水相沉積被深水相沉積直接覆蓋，如沙四下段底部界面(SB1)、沙三下段底部界面(SB3)和沙一下段底部界面(SB7)(圖2)。其中，2種情況中間均沒有發(fā)現(xiàn)過渡相的插入。

2.1.2 層序界面的地震識(shí)別

由于盆地邊緣容易被剝蝕，這些剝蝕面在地震剖面上不統(tǒng)一。因此，利用其反射特征可識(shí)別出層序界面，研究區(qū)典型的不整合反射常見上超、頂超和削截等形式。

圖1 鄚14井SB2層序界面巖性特征

圖2 鄚5井SB1層序界面巖性特征

削截出現(xiàn)在層序頂部的界面，主要是區(qū)內(nèi)河道的侵蝕作用造成下伏地層在側(cè)向上缺失，這也是層序劃分中最可靠的標(biāo)志(圖3);頂超也出現(xiàn)于層序頂部界面(圖3)，代表水流沖刷作用的沉積間斷或無沉積作用的發(fā)生，它與削截的最大區(qū)別在于沒有發(fā)生強(qiáng)烈的侵蝕作用;上超多被發(fā)現(xiàn)于湖盆的邊緣地帶，說明當(dāng)時(shí)的湖平面處于相對(duì)的上升期，上超現(xiàn)象也是層序底部界面在地震剖面上可靠的識(shí)別標(biāo)志之一(圖4)。

圖3 南北剖面(過鄚35井)

圖4 TRACE 3173剖面(過鄚34井)

除了對(duì)盆地邊緣不整合面的識(shí)別外，還利用地震反射標(biāo)志層在盆地內(nèi)部對(duì)層序界面進(jìn)行追蹤在大量地震解釋工作的基礎(chǔ)上，鄚州地區(qū)沙河街組地震剖面上共識(shí)別出 Tg、T7、T7－1、T6、T6－1、T6－2、T和T4等8個(gè)地震反射標(biāo)志層，進(jìn)而將沙河街組地層劃分為7個(gè)地震層序。如沙一下段特殊巖性段底部的反射可作為T4反射層，其反射特征為連續(xù)性好、中強(qiáng)振幅反射，局部可見與下覆地層的削截特征，但在研究區(qū)大部分地區(qū)都能被較好追蹤。

2.1.3 層序界面的測(cè)井識(shí)別

(1)聲波時(shí)差法［6］。地層在沉積過程中受到一定因素的影響，可能會(huì)發(fā)生沉積間斷，造成隨深度變化的泥巖中聲波時(shí)差曲線形成錯(cuò)斷。因此，利用聲波時(shí)差曲線的形態(tài)特征可判斷是否存在層序界面。如該區(qū)西南部的鄚6井，鉆穿沙河街組的各個(gè)層位，其聲波時(shí)差曲線在各個(gè)層序界面附近均發(fā)生了較明顯的錯(cuò)斷(圖5)。

(2)ΔlgR法［7］。一般情況下，烴源巖中的有機(jī)碳含量與ΔlgR成正比。層序邊界地層由于遭受暴露，有機(jī)碳含量很低，對(duì)應(yīng)ΔlgR低值段;最大湖泛面(CS段)位置的生物最為豐富，有機(jī)質(zhì)含量最高對(duì)應(yīng)于ΔlgR高值段。如該區(qū)中南部的鄚13井，主要沉積1套以濱淺湖泥巖夾薄層灘壩砂，從該井ΔlgR與層序界面、CS段的對(duì)應(yīng)關(guān)系看出(圖6)，鄚13井層序的最大湖泛面位置對(duì)應(yīng)的ΔlgR處于高值區(qū)，而該層序的頂?shù)捉缑嫖恢脛t對(duì)應(yīng)于ΔlgR接近于零的區(qū)域。

圖5 鄚6井聲波時(shí)差特征

圖6 鄚13井ΔlgR與層序界面CS段對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.1.4 層序界面的古生物識(shí)別

鑒于層序界面上下沉積環(huán)境的不同也會(huì)引起古生物的差異。因此，分析古生物在地層中分布的差異性也有助于層序的劃分。有孔蟲、輪藻、腹足類、孢粉和介形蟲等古生物在研究區(qū)古近系中較為常見，其中的介形化石組合和各個(gè)層序有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表 1)［8－9］，這種組合特征能較好地反映出不同沉積時(shí)期氣候條件下的環(huán)境，從而為層序的識(shí)別與劃分提供依據(jù)。

2.1.5 層序界面的井震標(biāo)定

在單井層序地層學(xué)分析的基礎(chǔ)上，借助合成地震記錄信息，進(jìn)行單井層位的精細(xì)標(biāo)定，將標(biāo)定結(jié)果與層序地層學(xué)分析對(duì)比，使其達(dá)到井震的對(duì)應(yīng)統(tǒng)一。在此基礎(chǔ)上，搭建起研究區(qū)的骨干對(duì)比剖面追蹤各個(gè)層序地層單元在縱向和橫向上的分布規(guī)律，從而建立起比較合理的層序地層格架。

表1 研究區(qū)各三級(jí)層序古生物組合

2.2 體系域的界面識(shí)別

識(shí)別出層序內(nèi)部的初始湖泛面和最大湖泛面是劃分體系域的關(guān)鍵。初始湖泛面的界面上下地層疊加樣式和沉積環(huán)境往往具有明顯的差異。界面之下準(zhǔn)層序組一般為進(jìn)積—加積式疊加，且多為三角洲平原—河流相沉積，界面之上為退積式準(zhǔn)層序組，為較深水沉積，總體上沉積物粒度向上變細(xì)最大湖泛面在地震上容易識(shí)別，其反射能量強(qiáng)、連續(xù)性好，可以進(jìn)行全區(qū)的對(duì)比追蹤;巖性以細(xì)粒的油頁(yè)巖和泥巖為主;電阻率高值、SP曲線平直;最大湖泛面附近的古生物發(fā)育，可以在巖心中觀察到大量小殼化石和炭質(zhì)，其界面之上為進(jìn)積—加積式準(zhǔn)層序組，界面之下為退積式準(zhǔn)層序組。

依據(jù)上述初始湖泛面和最大湖泛面的各種識(shí)別標(biāo)志，將研究區(qū)大部分地區(qū)的各個(gè)層序劃分出種體系域：低位體系域、湖侵體系域和高位體系域部分地區(qū)未沉積低位體系域。

2.3 層序地層劃分

在各級(jí)層序界面識(shí)別的基礎(chǔ)上，將研究區(qū)沙河街組劃分出8個(gè)層序界面，自下而上分別命名為SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7 和 SB8，進(jìn)而將古近系沙河街組劃分為7個(gè)三級(jí)層序，21個(gè)四級(jí)層序(圖7)，其中層序1相當(dāng)于沙四下段，層序2相當(dāng)于沙四上段，層序3相當(dāng)于沙三下段，層序4相當(dāng)于沙三中段，層序5相當(dāng)于沙三上段，層序6相當(dāng)于沙二段，層序7相當(dāng)于沙一下段。除了文安斜坡由于地勢(shì)較高，部分地區(qū)未沉積低位體系域外，研究區(qū)其它地區(qū)體系域發(fā)育比較完全。

圖7 鄚10井沙一下—沙四段層序地層綜合柱狀圖

3 層序地層分布特征

鄚州地區(qū)沙河街組層序發(fā)育受古地貌和古構(gòu)造等因素的影響。東部文安斜坡內(nèi)帶發(fā)育一系列階梯狀NNE向的同生斷層，形成1個(gè)斷裂坡折帶。受該坡折帶的影響，其下降盤地層沉積明顯加厚。由于鄚州古潛山和背斜構(gòu)造帶的存在，沙河街組各個(gè)層序內(nèi)的地層均表現(xiàn)為自東北向西南超覆減薄的趨勢(shì)。

層序1、2沉積時(shí)期處于斷陷分割充填期，該時(shí)期具有山陡洼深的古地貌特征。受前期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的古地貌影響，沉積中心位于淀北洼槽內(nèi)，沉積厚度較大，但展布范圍較小，且沉積物多為近源沉積;層序3沉積時(shí)期進(jìn)入了斷陷擴(kuò)張深陷期，其沉積地層與層序1、2差異較大，地層逐漸向南部鄚州潛山和東部文安斜坡超覆減薄，具有典型的西斷東超的不對(duì)稱箕狀結(jié)構(gòu)特征，其沉積中心南移至鄚州潛山以北的低洼地帶;層序4沉積時(shí)期是層序的繼承性沉積，區(qū)別在于該時(shí)期出現(xiàn)了1次較大規(guī)模的湖侵，水體較深，地層向西南和東部文安斜坡方向均有減薄的趨勢(shì)，沉積中心北移至研究區(qū)西北部牛東斷裂控制下的洼槽內(nèi);層序5沉積時(shí)期，研究區(qū)進(jìn)入斷陷抬升期，地層普遍減薄，但整體趨勢(shì)變化與層序4時(shí)期相似，沉積中心仍受牛東斷裂控制，繼續(xù)北移，直至移出研究區(qū);層序6沉積時(shí)期進(jìn)入凹陷基底抬升期，沉積厚度普遍減薄，只在洼槽區(qū)厚度較大，東部文安斜坡的部分地區(qū)和西部鄚州背斜構(gòu)造帶開始遭受剝蝕，殘存厚度不等;層序7沉積時(shí)期進(jìn)入斷坳擴(kuò)展期，且發(fā)生古近系以來又1次較大規(guī)模水侵，與層序6時(shí)期相比，地層分布范圍明顯擴(kuò)大，但總體上水體較淺。

4 層序地層格架中的油氣分布規(guī)律

研究區(qū)內(nèi)體系域與油氣分布的關(guān)系比較緊密［10］，低位體系域的儲(chǔ)集層多為面積較小的透鏡狀砂體，位于斷裂坡折帶之下，被湖侵期的厚層泥巖封蓋，易形成巖性圈閉;湖侵體系域中暗色泥巖發(fā)育，有機(jī)質(zhì)豐度高，是良好的烴源巖，且發(fā)育了大量的滑塌濁積砂體［11］，這些砂體盡管在橫向上連通性差，但在縱向上可呈疊合連片分布，并被烴源巖包圍接觸，可充分吸收周邊提供的油氣，加之有厚層泥巖為蓋層，可形成巖性油氣藏富集帶［12］;高位體系域中發(fā)育灘壩、近岸水下扇、扇三角洲和三角洲等儲(chǔ)集砂體，利于油氣匯聚，但由于研究區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，已匯聚的油氣容易順著貫通的斷層向上運(yùn)移到上覆層序的低位體系域中。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)的產(chǎn)油層主要分布于層序2 4、5、7的湖侵體系域中，其次是層序 2、4、5 的高位體系域，只有少量油氣分布在層序4的低位體系域中，儲(chǔ)集砂體類型主要為滑塌濁積巖、風(fēng)暴灘壩、水下分流河道、河口壩和濱淺湖灘壩等砂體。雖然湖侵體系域的砂體沒有低位體系域的發(fā)育，但其含油性要比低位體系域好的多，主要是湖侵體系域中發(fā)育了大量含油性較好的濁積砂體。鉆井取心也證實(shí)了這一點(diǎn)。

5 層序地層發(fā)育與展布的控制因素

5.1 構(gòu)造演化

霸縣凹陷古近系沙河街組地層經(jīng)歷了不同地質(zhì)事件和多期次構(gòu)造疊加改造，凹陷內(nèi)層序的形成與展布受構(gòu)造演化影響。該區(qū)盆地構(gòu)造演化階段與各個(gè)層序地層的展布相對(duì)應(yīng)，鄚州地區(qū)沙河街組主要經(jīng)歷了斷陷分割充填期(層序1和層序2)、斷陷擴(kuò)張深陷期(層序3和層序4)、斷陷抬升期(層序5和層序6)和斷坳擴(kuò)展期(層序7)［13］等4個(gè)不同的構(gòu)造演化階段。不同構(gòu)造演化階段所控制的層序展布特征存在明顯差異性，如層序3沉積時(shí)期凹陷處于深陷期，地層沉積厚度普遍增大，區(qū)內(nèi)未見剝蝕現(xiàn)象;層序6沉積時(shí)期進(jìn)入基底抬升期，受抬升作用影響，研究區(qū)內(nèi)沉積厚度普遍減薄，鄚州潛山周邊和文安斜坡中外帶的部分地區(qū)地層開始遭受剝蝕，地層殘留厚度不等。

5.2 斷裂活動(dòng)

主要包括同生斷層和邊界大斷裂，邊界斷裂控制層序及其內(nèi)部體系域的發(fā)育范圍，該區(qū)的主要邊界斷裂是牛東大斷裂，對(duì)霸縣凹陷各層序內(nèi)地層的發(fā)育起重要作用。該斷裂的劇烈活動(dòng)形成了研究區(qū)西陡東緩的基底結(jié)構(gòu)，控制沙河街組各層序地層的時(shí)空布局，即地層殘余厚度或沉積厚度較大的區(qū)域位于靠近牛東斷裂一側(cè)的洼槽內(nèi)，并逐漸向緩坡帶或潛山帶超覆減薄。同時(shí)，該區(qū)東部的文安斜坡內(nèi)帶發(fā)育一系列同生斷裂，在沙三早、中、晚時(shí)期均為活動(dòng)期，導(dǎo)致其下降盤地層沉積明顯加厚。

5.3 物源供給

主要指來自物源區(qū)剝蝕作用形成的碎屑物質(zhì)對(duì)研究區(qū)的供給作用。碎屑物質(zhì)供給對(duì)層序的控制作用主要表現(xiàn)為對(duì)層序內(nèi)砂體延伸程度和物質(zhì)組成特征的控制，近源的牛駝鎮(zhèn)方向發(fā)育的近岸水下扇和扇三角洲等以粗碎屑巖為主，分選差，泥質(zhì)含量高，延伸距離短;遠(yuǎn)源的文安斜坡三角洲發(fā)育灰色的細(xì)碎屑巖，分選中等至較好，泥質(zhì)含量低，延伸距離長(zhǎng)。

5.4 古地貌

古近系潛山地貌對(duì)沙四早期—沙三晚期地層的沉積具有明顯的控制作用。受古潛山存在的影響局部區(qū)域的沉積厚度不斷向古潛山方向超覆減薄。

6結(jié)論

通過對(duì)鄚州地區(qū)沙河街組各級(jí)層序界面的識(shí)別，建立起該地區(qū)體系域級(jí)別的等時(shí)層序地層格架，將鄚州地區(qū)沙河街組地層劃分為7個(gè)三級(jí)層序21個(gè)體系域，并首次將沙三上段、沙三中段、沙三下段、沙四上段和沙四下段分開研究，在此基礎(chǔ)上分析了各個(gè)層序內(nèi)地層的分布特征及地層發(fā)育與展布的主控因素，為該地區(qū)古近系沙河街組的進(jìn)一步深化勘探提供了良好的地質(zhì)基礎(chǔ)。

［1］杜金虎，鄒偉宏，等.冀中坳陷古潛山復(fù)式油氣聚集區(qū)［M］.北京：科學(xué)出版社，2002：209－233.

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Research on sequence stratigraphy of the Shahejie formation in Maozhou area，Baxian depression

YUAN Bao－guo，YANG Guang
(Southwest Oil＆ Gas Field Company，PetroChina，Chengdu，Sichuan 610051，China)

The Paleogene Shahejie formation is one of the major exploration targets in Maozhou area，Huabei oilfield．Stratigraphic division has not been normalized，thereby greatly hindered in －depth exploration in this area．Seismic，logging，drilling and palaeontologic data are fully used in combination with identification of various sequence boundaries to construct a consistent stratigraphic correlation between seismics and geology．This research also preliminarily analyzes formation development，distribution and control factors，offering basis for further in－depth exploration in the Shahejie formation of Maozhou area．

seismic;sequence boundary;Shahejie formation;Maozhou area;Baxian depression

TE121.3

A

1006－6535(2012)02－0037－05

20110629;改回日期：20110715

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“油氣勘探新領(lǐng)域儲(chǔ)層地質(zhì)與油氣評(píng)價(jià)”(2009ZX05009—002);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“斷陷盆地可容空間轉(zhuǎn)換系統(tǒng)“(40672078)

苑保國(guó)(1978－)，男，2003年畢業(yè)于河北理工大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，2009年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位現(xiàn)主要從事層序地層學(xué)和沉積學(xué)研究工作。

編輯黃華彪