東營凹陷沙三中亞段東營三角洲沉積期次成因及對含油性的影響①

陳秀艷 姜在興 杜 偉 王 劍 張月巧

(1．中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083;2．中國地質(zhì)大學(北京)能源學院 北京 100083;3．中海油研究總院 北京 100027)

20世紀六七十年代至今，國外三角洲研究蓬勃發(fā)展，對世界著名的大型三角洲沉積過程、水動力條件、沉積機理及三角洲類型和控制因素都進行了詳細分析［1，2］。隨著石油勘探的實踐，人們發(fā)現(xiàn)三角洲沉積結(jié)構(gòu)、砂體組合方式均有利于形成良好的生儲蓋組合及油氣聚集成藏，并且世界上許多大油氣田的形成都與三角洲沉積有關(guān)。研究表明國外大型三角洲多為海相三角洲，而國內(nèi)大型三角洲主要是湖泊三角洲，其沉積主要受波浪和河流作用，幾乎沒有潮汐作用。國內(nèi)著名的含油三角洲有大慶油田的大慶長垣三角洲、勝利油田的東營凹陷古近系東營三角洲及鄂爾多斯盆地延長組三角洲等，大量學者對其沉積成因及砂體分布進行了詳細刻畫以滿足油氣勘探的需求［3～6］。對于這些大型三角洲的油氣勘探開發(fā)工作已進入后期，殘留的不易于預(yù)測的油氣多集中在薄砂層中，規(guī)模小但總資源量巨大。為了揭示湖泊中巨厚三角洲的成因，對厚層砂巖沉積區(qū)局部含油的砂體進行預(yù)測，本文以東營凹陷古近系沙三中亞段東營三角洲為研究目標，首次詳細刻畫各期三角洲砂體展布規(guī)律，深入分析其沉積演化期次、沉積動力條件及對含油性的影響，為進一步油氣勘探及成藏理論研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東營凹陷位于濟陽坳陷的東南部，北接陳家莊凸起，東接墾東青坨子凸起，南靠魯西隆起，西臨青城凸起和濱縣凸起，是一個北斷南超的開闊型箕狀湖盆。受北部陳南斷裂影響，自北向南依次發(fā)育北部陡坡帶、中央洼陷帶、南部斜坡帶。其中，中央洼陷帶包括利津洼陷、民豐洼陷、牛莊洼陷和博興洼陷［7］，此外還發(fā)育典型的塑性拱張構(gòu)造—中央隆起帶構(gòu)造(圖1)。古近系東營三角洲沿東營凹陷長軸方向自東向西推進，主要發(fā)育在沙三段和沙二段，以沙三中亞段為鼎盛時期，分布在牛莊洼陷、中央隆起帶和部分利津洼陷，厚度近千米。該時期陳官莊—王家崗斷裂帶和中央隆起斷裂帶活動強烈，落差可達300 m以上，造成基底起伏較大，沉積坡角達5°～19°，因此，東營三角洲發(fā)育大量前緣滑塌沉積，構(gòu)成東營凹陷主要的巖性透鏡油氣藏，而東部三角洲主體砂巖厚度大，物性好，往往局部含油。

2 東營三角洲沉積期次演化特征

前人對東營三角洲沙三中亞段層序及沉積期次進行了大量研究［8～10］，劃分方案為七個或九個期次。沉積期次的劃分要具備實用性，能夠橫向追蹤對比并將沉積結(jié)構(gòu)更準確的刻畫，從而有利于勘探精細研究。

圖1 東營凹陷構(gòu)造單元分布圖Fig．1 Tectonic unit distribution map of Dongying depression

2．1 沉積期次劃分

邱桂強［8］和方勇［9］將沙三中亞段劃分為七個期次，中7發(fā)育在海侵體系域，沉積厚度薄，中6至中1前積層厚度大。其中，中4和中3是前積傾角由陡變緩的轉(zhuǎn)折時期，地震剖面反射結(jié)構(gòu)由具斜交形特點向更具S形特點變化。本次研究認為該時期前三角洲、三角洲前緣及三角洲平原“三層結(jié)構(gòu)”明顯，旋回性易于識別，可進一步依據(jù)鉆井和地震資料將中4和中3細化為三個準層序組。若按照李宇志［10］的觀點劃分為九個期次，第八期次厚度薄，且大部分為泥質(zhì)沉積，砂體規(guī)模極小，僅在井上標定，在地震資料上很難識別，劃分誤差大且不利于橫向?qū)Ρ?，認為將第八、九期次合并更為合理。

綜合前人研究方案，作者充分利用巖性變化、測井曲線疊加樣式及地震反射不整一面的特征，對沙三中亞段準層序組進行劃分。劃分依據(jù):(1)單井劃分，準層序組多為向上變粗的巖性組合，自然電位值向上逐漸減小，測井曲線的形態(tài)為漏斗型或箱型，越過準層序組界面自然電位值突然增大，沉積相向上逐漸變淺(圖2A-a，b)。準層序組界面也可以為巖性突變面，界面之下為灰黑色炭質(zhì)泥巖，界面之上變?yōu)樯罨疑百|(zhì)泥巖和泥巖(圖2A-b)，或者界面之下為紅褐色泥巖，界面之上突變?yōu)樯罨疑鄮r，均代表沉積環(huán)境發(fā)生變化，水體由淺變深(圖2A-c)。(2)連井對比，在三角洲主體厚層砂巖沉積序列中，突然出現(xiàn)薄層暗色泥巖或頁巖，并且泥巖和頁巖厚度向岸方向減薄，表現(xiàn)為泥巖楔向岸延伸(圖2B)，它代表了兩期三角洲沉積之間小規(guī)模湖泛作用和物源供給減弱所形成的泥質(zhì)沉積。(3)在地震剖面上兩期三角洲之間表現(xiàn)為地震反射不整一面，地震同向軸強振幅較連續(xù)，將各期三角洲的S形前積或斜交前積結(jié)構(gòu)間隔分開，并在每一期前積結(jié)構(gòu)的頂部可見向岸方向的退積弱反射(圖2C)。據(jù)此，本文將沙三中亞段劃分為一個T-R層序［11］，即僅發(fā)育快速湖侵和湖退兩個體系域，進一步劃分為八個準層序組，對應(yīng)東營三角洲八個期次。湖侵體系域包括準層序組PS8，湖退體系域?qū)?yīng)準層序組PS1～PS7(圖3)。各準層序組沉積特征見表1。

表1 東營三角洲沙三中亞段準層序組特征Table 1 Parasequence set characteristics of Dongying delta in Mid-Es3

圖2 東營三角洲沉積期次劃分依據(jù)Fig．2 Identification marks of Dongying delta cycles division in logging and seismic profileA．單井準層序組界面識別標志;B．連井對比兩期三角洲朵體之間泥巖楔沉積;C．沉積期次劃分地震資料識別標志

圖3 牛116井層序地層劃分Fig．3 Column of sequence stratigraphy division of Niu 116 Well

2．2 沉積砂體類型及分布特征

2．2．1 沉積砂體類型

沙三中亞段沉積時期是東營三角洲快速進積的鼎盛時期，砂體類型豐富，以三角洲前緣分流河道、河口壩、席狀砂及其相伴生的坡移堆積體、滑塌濁積巖和遠源濁積巖為主［12］(圖 4，5)。

水下分流河道砂體垂向上一般表現(xiàn)為正粒序，自然電位曲線多表現(xiàn)為鐘形，牛102井2 900 m附近是典型的水下分流河道微相(圖4A)。河口壩和席狀砂微相垂向上構(gòu)成典型的反粒序，其自然電位及伽瑪曲線特征均呈漏斗狀，往往上陡下緩;常發(fā)育波狀層理和透鏡狀層理，生物擾動明顯，蟲孔發(fā)育(圖4A)。坡移堆積體測井曲線為中高幅指形、漏斗形;層理構(gòu)造以垮塌混雜堆積，攪混構(gòu)造為主(圖4B)。滑塌濁積巖測井曲線為中高幅齒化鐘形、箱形、指形;層理類型復(fù)雜多樣，以與塑性變形相關(guān)的變形層理(圖4C)、包卷層理、火焰構(gòu)造為主，也見遞變層理、泥巖撕裂屑及透鏡砂體。遠源濁積巖測井曲線表現(xiàn)為中低幅指形;巖心上見典型鮑馬序列CDE段為主(圖4D)，砂巖層相對較薄。

2．2．2 砂體分布特征

湖侵體系域準層序組PS8，東營三角洲由湖盆東部向西部延伸，但此時河流輸送能力小于波浪作用能量，導致三角洲規(guī)模很小，局限分布在東部入口處。東營凹陷南部緩坡帶濱淺湖地區(qū)受波浪改造形成孤立灘壩砂體，西北部深水區(qū)發(fā)育小規(guī)模滑塌濁積巖和遠源濁積巖(圖5，6)。

湖退體系域早期準層序組PS7～PS4，物源供給增強，東營三角洲由工區(qū)東南部向西北方向快速進積，三角洲朵體發(fā)育，河道分流作用較強，發(fā)育河口壩和水下分流河道沉積，在波浪的強烈逼迫作用下，局部水下分流河道沿岸橫向遷移分叉或造成局部河口壩砂體長軸方向與岸線近平行。在準層序組之間小型湖泛面附近發(fā)育席狀砂，近平行于湖岸線成條帶狀展布。此時，三角洲前緣坡度較陡，沿主方向向湖盆深處發(fā)育各種類型重力流復(fù)合疊置砂體(圖5)。準層序組PS4是過渡時期，在東部地區(qū)先期沉積的三角洲朵體已經(jīng)廢棄，發(fā)生湖灣沼澤化，活動的三角洲朵體之后由南向北部遷移，并在前緣局部地區(qū)發(fā)育河口壩和水下分流河道的席狀砂化(圖6)。

湖退體系域晚期準層序組PS3～PS1，物源供給繼續(xù)增強，三角洲前緣坡角變緩，三角洲河道沉積快速向盆地西北方向大規(guī)模延伸，交織成網(wǎng)狀，河口砂壩和席狀砂較發(fā)育，湖盆深處發(fā)育少量滑塌濁積巖(圖 5，6)。

2．3 三角洲沉積過程及水動力條件

古近系沙三中亞段時期是東營凹陷水深最大時期，可達160 m，湖盆中心位于東營凹陷北部及牛莊洼陷［13］。此時，湖盆面積大，湖水深度大，因此形成的波浪營力較大。波浪與河流的相互作用貫穿東營三角洲的整個沉積過程。根據(jù)波浪和河流兩大作用力的分布，可將三角洲沉積分為5個水動力區(qū)帶(圖 7)。

A區(qū)帶僅有河流作用力，以河流自旋回為主，發(fā)育三角洲平原水上分流河道及沼澤沉積。B區(qū)帶仍以河流作用力為主，波浪作用較小，河流為維持流速，不斷分叉為細小河流，形成多條水下分流河道與岸線近垂直或大角度斜交向湖方向呈網(wǎng)狀延伸［14］，局部波浪侵蝕也可改變水下分流河道的方向，使其與岸線夾角減小。C區(qū)帶河流末端能量稍大于波浪，形成河口壩，而D區(qū)帶波浪能量逐漸大于河流能量，波浪及風暴浪侵蝕改造河口壩及部分水下分流河道形成大面積席狀砂［15］。C、D區(qū)帶是波浪與河流能量相抗衡的過程，正是二者的往復(fù)作用才形成厚度較大的三角洲楔狀體疊加區(qū)。當河流與波浪能量相抵消時，沉積正常湖相泥巖薄夾層，隨著三角洲沉積期次間小型湖泛發(fā)生，波浪與河流抵消點向岸遷移，從而形成向岸的泥巖楔。E區(qū)帶深水沉積區(qū)，無波浪及河流作用，只有受外部其它觸發(fā)作用力才能形成深水重力流沉積砂體。

圖4 沉積砂體類型及沉積構(gòu)造Fig．4 Sandbody types and sedimentary structure

圖5 東西向連井砂體對比剖面Fig．5 E-W cross section of sandbodies correlation

東營三角洲沉積過程具有期次旋回性，這也是其能沉積近千米厚，形成有利儲層的主要原因。每一期三角洲沉積都是湖泊中波浪與河流作用的博弈的過程，三角洲的沉積期是主要的造砂過程，而沉積期次之間的小型湖泛作用是對先期沉積物進行調(diào)整再分配并為下一期三角洲沉積產(chǎn)生新增可容納空間的過程，同時也是造泥的過程。正是多期三角洲不斷的進退、遷移和改道，才能形成巨厚的三角洲復(fù)合體。

3 三角洲沉積期次與含油性關(guān)系

東營三角洲湖侵體系域準層序組PS8和湖退體系域晚期準層序組PS3～PS1，含油性較差，而湖退體系域早期準層序組PS7～PS4，是主要的含油層位。湖平面變化、構(gòu)造沉降(主要為斷層活動)及沉積物供給速率控制了不同沉積期次，不同砂體類型的含油性差異。研究表明，沙三中亞段沉積時期，湖平面變化經(jīng)歷了快速上升、開始緩慢下降和迅速下降的過程;構(gòu)造沉降速率經(jīng)歷了緩慢、迅速加快和減慢的過程;沉積物供給速率經(jīng)歷了緩慢、加快和迅速增加的過程。

湖侵體系域準層序組PS8時期，湖平面快速上升，構(gòu)造沉降速率緩慢，可容納空間迅速增加，沉積物供給速率相對緩慢，形成退積準層序組(圖8)。該時期以半深湖—深湖相為主，局部夾孤立分散的滑塌濁積巖，并發(fā)育少量灘壩及三角洲砂體。砂體相對不發(fā)育，是含油性較差的主要原因。

湖退體系域早期PS7～PS4時期，湖平面開始緩慢下降，構(gòu)造沉降速率迅速加快，可容納空間緩慢增加，沉積物供給速率加快，形成進積準層序組(圖8)。在這一過程中伴隨明顯的小型湖泛作用，向岸沉積泥巖楔，用以抗衡河流的供給作用，但仍以河流作用為主，形成進積準層序組。湖平面開始下降，斷層活動強烈，猶如打開了沉積物向深水區(qū)供應(yīng)的開關(guān)，開始形成大量的重力流沉積。因此，該時期地形較陡，三角洲前緣高角度進積，同時在其前方發(fā)育大量坡移堆積體、滑塌濁積巖和遠源濁積巖。這些重力流砂體處于異常超壓系統(tǒng)，自身具有良好的生儲蓋條件并形成有效的砂巖透鏡圈閉，油氣在砂巖透鏡體中充注強度可達 29．02%～90．11%，平均 59%［16～18］。部分油氣在斷層與油源的溝通作用下會繼續(xù)充注準層序組界線附近由次級湖泛作用沉積的泥巖楔側(cè)向封堵的席狀砂及少量河口壩，形成砂巖上傾尖滅油氣藏或與斷層組合為斷層—巖性油氣藏(圖9)。同時湖平面頻繁波動，波浪與河流的往復(fù)運動，導致在準層序組PS4時期，大量分流河道遷移改道，形成三角洲朵體的廢棄而發(fā)育湖灣沼澤化，湖灣泥巖、油頁巖和薄層砂進一步向岸延伸，擴大了區(qū)域蓋層的范圍，更有利于完善PS7～PS4砂巖中的巖性圈閉，進而聚集油氣。

圖6 東營三角洲沙三中亞段砂體展布圖Fig．6 Sandbody distribution map of Dongying delta in Mid-Es3

湖退體系域晚期PS3～PS1時期，湖平面迅速下降(次級湖泛作用明顯減小)，構(gòu)造沉降速率減慢，可容納空間增加速率進一步減小，而沉積物供給速率迅速增加(圖8)。在前期填平補齊沉積過程后，地形變緩。沉積物開始在向岸一側(cè)堆積，在深水的沉積物數(shù)量減少。因此，該時期發(fā)育大型低角度進積準層序組，大型建設(shè)期三角洲極其發(fā)育，而其前端發(fā)育極少量滑塌濁積巖。厚層儲集砂體雖然發(fā)育，但斷層活動減弱，與油源溝通差，因此導致含油性也較差，僅在斷層附近圈閉條件較好的席狀砂、河口壩和河道砂體局部含油(圖9)。

圖7 三角洲沉積水動力分帶及沉積特征Fig．7 Hydrodynamic zone and depositional characteristics of delta

圖8 湖平面變化、構(gòu)造沉降速率、可容納空間增長速率、沉積物供給速率與沉積充填樣式的關(guān)系Fig．8 The relationship among lake level change，tectonic subsidence rate，accommodation accretion rate，sediment supply rate and filling types

綜上，對于沉積期間的小型湖泛作用要加以重視，它有助于形成良好的儲蓋組合，并完善圈閉條件。換言之，在砂巖沉積區(qū)不缺少有利儲層的情況下，要更加關(guān)注泥巖沉積的分布，它對于油氣藏分布具有重要意義。

圖9 東營三角洲沉積期次控油模式Fig．9 Dongying delta depositional cycles controlling hydrocarbon model

4 結(jié)論

東營三角洲沙三中亞段能夠沉積近千米厚，其根本原因在于三角洲具有期次旋回性。本文將沙三中亞段東營三角洲劃分為一個T-R三級層序，包括八個準層序組。各期三角洲分流河道砂體、河口壩、席狀砂向湖盆進積，其前緣伴生重力流沉積，而各期三角洲之間發(fā)育小型湖泛作用沉積泥巖楔。準層序組PS8～PS1，東營三角洲活動朵體經(jīng)歷了由南至北的遷移演化過程，這個過程是波浪與河流作用的相互博弈的過程。當波浪與河流能量相互往復(fù)抗衡時，三角洲前緣斜坡沉積厚度較大，伴生重力流砂體豐富，而席狀砂和河口壩砂體物性好。湖平面變化、構(gòu)造沉降及沉積物供給速率控制了不同沉積期次沉積充填樣式，進而影響各沉積期次含油性。湖退體系域早期準層序組PS7～PS4是主要的含油層位，主要含油砂體為坡移堆積體和滑塌濁積巖，其次為席狀砂和河口壩，并且席狀砂和河口壩含油區(qū)主要分布在前緣斜坡準層序組界線附近泥巖楔發(fā)育的位置?？梢姡侵奁诖蝿澐趾透髌诖伍g泥巖對比及分布的詳細刻畫對三角洲厚層砂巖區(qū)尋找油氣藏具有重要意義。

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