松遼盆地北部汪家屯地區(qū)泉四段沉積相特征

林鐵峰 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

胡明毅，蔡全升 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

白堊系泉頭組 （K1q）是松遼盆地北部三肇凹陷最主要的勘探層位之一，油藏類型以巖性油藏為主，這一點已經(jīng)被勘探實踐所證實[1～4]。但由于地層劃分不夠精細(xì)，K1q砂體以河道砂沉積為主，單層砂厚較小，橫向變化快，砂體空間展布規(guī)律復(fù)雜，造成目前其所對應(yīng)的扶楊油層動用程度一直較低。針對這一問題，一些學(xué)者通過沉積相分析做了大量工作，但大多是從中小比例尺的角度進行的研究[5～11]。而隨著盆地進入巖性油氣藏勘探階段，上述尺度沉積相分析已不能滿足油氣勘探的需要，沉積相精細(xì)化研究就顯得尤為重要。為此，以三肇凹陷北部汪家屯地區(qū)泉頭組四段 （K1q4）為研究層位，在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖心、錄井、測井以及地震等資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，通過層序地層劃分，在層序格架內(nèi)對研究區(qū)K1q4沉積相類型以及平面展布特征和演化規(guī)律進行了詳細(xì)研究，以期能夠為該區(qū)砂體儲層預(yù)測和加快盆地隱蔽油氣藏勘探提供一定的參考依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼盆地位于我國東北地區(qū)，是目前世界上已發(fā)現(xiàn)的油氣資源最為豐富的陸相沉積盆地，其中新生代的形成演化先后經(jīng)歷了熱隆張裂、斷陷、拗陷、萎縮4個不同的階段，具有先斷后拗的雙層結(jié)構(gòu)。研究區(qū)位于盆地北部三肇凹陷北端，毗鄰明水階地和綏棱背斜帶，總面積約300km2（圖1）。K1q4沉積期，松遼盆地處于湖盆拗陷擴張階段，湖平面不斷上升并在K1q4沉積末期上升到最大湖泛面，以該段頂部發(fā)育青山口組（K2q）黑色油頁巖為顯著特征。該時期，三肇凹陷在構(gòu)造拉張作用下穩(wěn)定沉降，凹陷內(nèi)部地勢平緩，地形坡度小于1°，氣候干熱，古水體較淺且動蕩頻繁，受北部物源控制，研究區(qū)總體上發(fā)育一套退積型湖盆淺水三角洲沉積[6]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

2 層序地層特征

K1q由下至上劃分為4段，分別是泉一段～泉四段 （K1q1～K1q4），該次研究層段即為K1q4。在K1q沉積時期，由于盆地持續(xù)下拗，湖平面不斷上升，K1q4整體上表現(xiàn)為一套湖侵沉積序列，具有正旋回沉積結(jié)構(gòu)特征，其底界面為1個Ⅲ級層序界面，以界面之上發(fā)育古土壤層和多期垂向疊置河道砂沉積為特征，頂界面為K1q－K2q沉積期的最大湖泛面，界面之上發(fā)育盆地級的青山口組一段 （K2q1）黑色油頁。根據(jù)巖性、測井響應(yīng)以及沉積旋回等特征，將K1q4劃分為3個Ⅳ級層序，分別是Q4－sq1、Q4－sq2、Q4－sq3（圖2）。Q4－sq1主要為棕色或灰綠色河道砂沉積，夾少量紫紅色泥巖或粉砂質(zhì)泥巖；Q4－sq2河道砂沉積較少，紫紅色與灰綠色泥巖頻繁交替出現(xiàn)；Q4－sq3沉積物粒度較細(xì)，砂泥巖顏色均為灰色或灰綠色。每個Ⅵ級層序的厚度均在20～30m左右，以發(fā)育正旋回沉積為特征。

圖2 汪家屯地區(qū)K1q4層序地層和沉積相綜合柱狀圖

3 沉積相類型及微相劃分

研究區(qū)K1q4主要為一套淺水三角洲沉積。根據(jù)巖心、錄井、測井、地震等資料，可劃分為三角洲平原和三角洲前緣2個亞相，進一步可劃分為水上分流河道、決口河道、決口扇、分流河道間及水下分流河道、水下決口扇、支流間灣等多個沉積微相。

3.1 三角洲平原亞相

在研究區(qū)，淺水三角洲平原亞相主要發(fā)育于K1q4中下部，以厚層砂體發(fā)育為特征，且具有正旋回沉積結(jié)構(gòu)。河道砂體主要由棕色或灰色粉細(xì)砂巖構(gòu)成，底部常具沖刷面構(gòu)造，并發(fā)育槽狀、板狀等交錯層理，砂巖的展布明顯受到分流河道的控制。另外，平原亞相中的泥巖顏色通常以紫紅色為主，并含有大量鈣質(zhì)結(jié)核和少量植物碎片。根據(jù)巖心、錄井、測井等資料識別出了分流河道、決口河道、決口扇和分流河道間等多個沉積微相，其測井響應(yīng)特征可見圖3。

1）分流河道 分流河道為三角洲平原砂體沉積的骨架網(wǎng)絡(luò)，其巖性由下至上主要由細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等組成，具有典型的正韻律沉積結(jié)構(gòu)特征。砂體底部常見沖刷面或泥礫，自下而上發(fā)育槽狀交錯層理，板狀交錯層理，平行層理以及流水沙紋層理，泥質(zhì)粉砂巖中可見波狀層理。河道砂體在自然伽馬測井曲線上通常顯示為高幅箱形或鐘形的特點 （圖3（a））。

2）決口河道 決口河道規(guī)模通常小于正常分流河道，巖性主要為棕色或灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，砂體連續(xù)沉積厚度相對較薄，砂體底部通常與泥巖突變接觸，在自然伽馬測井曲線上表現(xiàn)為指狀或鐘形（圖3 （b））。

3）決口扇 決口扇微相沉積物主要為粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，其沉積物粒度要粗于河道間沉積，單層砂巖厚度薄，常發(fā)育流水沙紋層理，垂向上具有正韻律沉積序列，自然伽馬測井曲線形態(tài)上常為指狀（圖3 （c））。

4）分流河道間 分流河道間沉積在三角洲平原地區(qū)廣泛發(fā)育，巖性多為紫紅色泥巖或粉砂質(zhì)泥巖夾少量泥質(zhì)粉砂巖，沉積粒度細(xì)。泥巖單層厚度變化范圍較大，厚者可達十幾米，其中可見大量鈣質(zhì)結(jié)核和少量植物碎片，夾含的薄層泥質(zhì)粉砂巖常見生物擾動構(gòu)造和波紋層理，自然伽馬測井曲線呈鋸齒狀 （圖3 （d））。

3.2 三角洲前緣亞相

淺水三角洲前緣是三角洲砂體最為發(fā)育地帶，其沉積作用主要受到河流控制，以河道分叉延伸遠(yuǎn)，頻繁改道為顯著特征。在研究區(qū)該亞相主要發(fā)育于K1q4上部，根據(jù)巖心、錄井、測井等資料識別出了水下分流河道、水下決口扇、支流間灣等沉積微相，其測井響應(yīng)特征可見圖3。

1）水下分流河道 水下分流河道是三角洲平原分流河道的水下延伸[12]。在淺水三角洲沉積環(huán)境中，由于湖泊水動力條件較弱[13]，地形坡度小，水下分流河道通常延伸較遠(yuǎn)。河道砂體主要由灰色粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖組成，多顯示為正韻律沉積結(jié)構(gòu)，砂體的展布明顯受到水下分流河道的控制，河道發(fā)育的地方砂體較厚。在自然伽馬測井曲線上，水下分流河道顯示為高幅－中幅箱形或鐘形。

2）水下決口扇 水下決口扇沉積物通常由灰綠色粉砂或泥質(zhì)粉砂巖組成，整體厚度小，單層砂體薄，常發(fā)育流水沙紋層理，與泥巖突變接觸。自然伽馬測井曲線上顯示漏斗狀或中幅齒狀 （圖3（e））。

3）支流間灣 支流間灣為水下分流河道之間相對低洼的區(qū)域，水動力條件較弱。在三角洲向前推進時，支流間灣通常會形成尖端指向陸地的楔形泥質(zhì)沉積體。在研究區(qū)，支流間灣泥巖顏色主要為灰色、深灰色或灰綠色，泥巖中夾有少量的泥質(zhì)粉砂巖，并且發(fā)育變形層理，局部可見黃鐵礦晶體等。在自然伽馬測井曲線上支流間灣通常表現(xiàn)為低幅齒狀的特征 （圖3（f））。

4 沉積相平面展布及垂向演化

4.1 砂泥巖分布規(guī)律

圖3 汪家屯地區(qū)K1q4沉積微相測井響應(yīng)特征

圖4 汪家屯地區(qū)K1q4各沉積期砂地比等值線

分析砂泥巖分布特征是編制沉積相圖的前提條件。在淺水三角洲沉積環(huán)境中，由于河道的頻繁改遷，砂巖分布范圍廣，但單層砂體厚度薄，一般不超過3m，砂地比比值較低。在研究區(qū)，K1q4每個Ⅳ級層序地層厚度在20～30m左右，并且層序內(nèi)部的砂泥巖展布規(guī)律各不相同 （圖4）。其中，Q4－sq1砂體最為發(fā)育，砂地比比值較高，變化范圍為9.4%～64.09%，平均31.44%；在Q4－sq2內(nèi)，砂巖主要分布在研究區(qū)四周，中心區(qū)域砂地比比值較低，范圍在7.68%～60.92%之間，平均27.02%；Q4－sq3沉積時，砂地比比值較低區(qū)域進一步擴大，其比值范圍為5.17%～47.33%，平均24.9%。3個Ⅳ級層序自下至上砂地比比值呈現(xiàn)下降趨勢，反映了K1q4沉積時水體在逐漸加深。

4.2 沉積相平面展布及垂向演化

松遼盆地在K1q4沉積期進入了拗陷擴張階段。研究區(qū)地勢平緩，地層穩(wěn)定沉降。受構(gòu)造和氣候條件影響，沉積水體環(huán)境逐漸由淺變深，河道砂體在由北向南物源的控制下向西南方向展布，在此背景下形成了K1q4退積型淺水三角洲沉積體系。

1）Q4－sq1沉積時期是松遼盆地K1q扶余油層沉積水體最淺的時期，也是K1q4砂體最為發(fā)育的時期。在研究區(qū)，其沉積環(huán)境屬于淺水三角洲平原，該時期河道頻繁改道交匯，水體從北向南或西南流動，河道砂體廣泛發(fā)育，大范圍的暴露使得該層序內(nèi)部泥巖多呈紫紅色，并含有大量鈣質(zhì)結(jié)核。

2）Q4－sq2沉積期研究區(qū)仍以淺水三角洲平原亞相沉積為主，但在西南緣開始出現(xiàn)淺水三角洲前緣亞相，范圍較小，水上分流河道攜帶的沉積物均由北向西南方向運移，三角洲平原亞相中的紫紅色與灰綠色泥巖開始交替出現(xiàn)，說明湖平面開始上升，沉積物可容納空間在增大。

3）Q4－sq3沉積時期，由于研究區(qū)地勢平緩，湖平面持續(xù)上升，三角洲平原沉積迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿珔^(qū)的三角洲前緣亞相沉積，沉積物顏色由紫紅色變?yōu)榛揖G色、灰色、深灰色。水下分流河道砂為前緣骨架砂體，受物源控制影響，河道砂整體上呈由北向西南方向展布。此時期砂體發(fā)育相對較薄，并且在該階段沉積末期，水體進一步上升，在K1q4頂部形成了全盆地普遍發(fā)育的K2q黑色油頁巖。

在垂向演化上，Q4－sq1沉積期，研究區(qū)水體較淺，區(qū)域上發(fā)育三角洲平原亞相沉積；Q4－sq2沉積期，湖平面開始上升，研究區(qū)西南緣出現(xiàn)了小范圍的三角洲前緣亞相環(huán)境；Q4－sq3沉積期，水體持續(xù)上升，三角洲平原亞相退出整個研究區(qū)，以三角洲前緣亞相發(fā)育為特征 （圖5）。因此，研究區(qū)K1q4總體上經(jīng)歷了由三角洲平原到三角洲前緣水體逐漸加深的一個沉積演化過程，形成了一套發(fā)育旋回沉積的地層序列。

圖5 汪家屯地區(qū)K1q4沉積相平面演化

5 結(jié)論

1）K1q4底界面為Ⅲ級層序界面，以古土壤層和垂向疊置河道砂體發(fā)育為特征，頂界面為K1q－K2q組沉積期的最大湖泛面，根據(jù)巖性、測井響應(yīng)以及沉積旋回等特征，K1q4內(nèi)部可劃分為3個Ⅳ級層序。

2）研究區(qū)K1q4主要為一套淺水三角洲沉積，可劃分為三角洲平原和三角洲前緣兩個亞相，進一步可劃分為分流河道、決口河道、決口扇、分流河道間、水下分流河道、水下支流間灣等多個沉積微相。

3）研究區(qū)K1q4屬于退積型淺水三角洲沉積體系，河道砂體呈由北向西南方向展布。Q4－sq1沉積時期主要發(fā)育淺水三角洲平原亞相沉積，分流河道砂體發(fā)育；Q4－sq2沉積時期，湖平面上升，在研究區(qū)西南緣出現(xiàn)淺水三角洲前緣亞相沉積；Q4－sq3沉積期，水體持續(xù)上升研究區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣亞相。研究區(qū)K1q4總體上經(jīng)歷了由三角洲平原到三角洲前緣水體逐漸加深的沉積過程。

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