惠民凹陷臨南地區(qū)古近系沙三下亞段沉積特征

張春明，姜在興，王俊輝，姜 華

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院 石油地質(zhì)研究所，北京 100083； 2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083）

0 引言

隨著渤海灣盆地惠民凹陷臨南地區(qū)中深層勘探開發(fā)不斷進(jìn)展，古近系沙三下亞段成為下一步勘探的重要層系.夏口斷裂帶西部興隆寺背斜構(gòu)造北翼臨南地區(qū)古近系沙三下亞段油層已經(jīng)提交石油地質(zhì)儲量4.23×106t，顯示較大的勘探潛力.由于研究區(qū)地層埋深相對較大，地震資料不理想，鉆穿地層井?dāng)?shù)量少（2口取心井），給研究工作帶來較大難度.人們研究該地區(qū)沉積相和砂體展布，認(rèn)為它屬于沖積扇或水下扇沉積[1]，但按照扇體沉積模式布置井位均未成功.因此，缺乏沉積相類型及砂體展布規(guī)律研究成為制約研究區(qū)下一步勘探的重要因素.

目前有關(guān)陸相斷陷湖盆三角洲沉積的研究比較成熟[2]，涉及三角洲沉積體系劃分、層序地層學(xué)和油氣成藏條件等方面[2－7]，如姜在興等以東營凹陷為例，探討三角洲沉積體系的層序地層、三角洲沉積的建設(shè)和破壞等[3]；朱筱敏等以松遼盆地為例，研究大型淺水三角洲的沉積特征[4].人們研究下切谷沉積的發(fā)育背景、識別標(biāo)志、充填特征及其意義，如楊道慶等以泌陽凹陷為例，研究下切谷的沉積充填特征[8]；尹微等研究下切谷特征及其對油氣的意義[9]，認(rèn)為下切谷可以發(fā)育在湖盆的陡坡帶、緩坡帶和凸起等位置[8－9].形成下切谷的條件較多，如在海（湖）平面相對下降后，河流向盆地方向延伸，侵蝕下伏地層可以形成下切谷[10－11]；在斷陷湖盆緩坡三角洲沉積的大背景下及前期特殊沉積地貌基礎(chǔ)上，也可以繼承性地發(fā)育下切谷充填沉積，目前對這種沉積類型認(rèn)識還不多.

在分析巖心觀察、錄井、測井及地震資料的基礎(chǔ)上，筆者對臨南地區(qū)古近系沙三下亞段進(jìn)行沉積學(xué)研究，認(rèn)為它不是沖積扇或者水下扇沉積，而是在三角洲前緣細(xì)粒沉積的大背景下，發(fā)育下切谷充填沉積，進(jìn)而建立新的沉積模式.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

惠民凹陷南鄰齊河—廣饒斷裂和魯西隆起，北與陵縣—陽信斷裂與埕寧隆起相接，東西分別與東營凹陷和臨清坳陷相通，可劃分為臨南洼陷、陽信洼陷、臨邑洼陷、里則鎮(zhèn)洼陷、肖莊洼陷、惠民南斜坡、林樊家凸起和中央隆起帶等8個次級構(gòu)造單元[12].臨南地區(qū)在構(gòu)造位置上處于臨商斷層南邊、夏口斷層北邊的構(gòu)造斜坡（見圖1）.

圖1 臨南地區(qū)構(gòu)造位置及構(gòu)造單元Fig.1 The structural position and unit of Linnan area

惠民凹陷屬于中新生代斷陷—斷坳—坳陷型盆地，與渤海灣盆地的其他凹陷一樣，在新生代構(gòu)造演化中經(jīng)歷初始斷陷、強(qiáng)烈斷陷和沉降期3個時期；存在特殊性[13－16]，在惠民凹陷的強(qiáng)烈斷陷分為2個階段，即孔店—沙四時期（始新世）的初始斷陷和沙三早期（漸新世早期）的斷陷.研究層段為沙三下亞段，它發(fā)育于惠民凹陷的第二個強(qiáng)烈斷陷階段，反映在湖盆發(fā)育初期，構(gòu)造不穩(wěn)定.

2 沉積相類型

臨南地區(qū)沙三下亞段包括三角洲前緣和下切谷2種亞相沉積類型.

2.1 三角洲前緣

沙三下亞段巖性主要為灰色、灰白色、棕褐色細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)粒沉積物.根據(jù)巖心觀察（X70－01井）、測錄井及粒度分析等資料，分析研究區(qū)大部分細(xì)粒沉積井段的沉積相，認(rèn)為沉積亞相類型為三角洲前緣沉積[17]，并進(jìn)一步細(xì)分為水下分流河道、河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩和水下分流間灣等沉積微相.

2.1.1 水下分流河道

水下分流河道微相以細(xì)砂巖沉積為主，砂巖含泥質(zhì)較少，較純凈.常見沖刷充填構(gòu)造，規(guī)模不大，沖刷面被泥質(zhì)充填；層理類型以塊狀層理為主；垂向序列主要為正粒序，測井曲線以箱形和鐘形為主；粒度概率累積曲線以“兩段式”為主，沉積物粒度主體在2.0Φ～3.0Φ之間，跳躍次總體占45%，斜率高，分選好；懸浮次總體占55%，斜率低，分選差；兩者交截點(diǎn)在3.0Φ～3.5Φ之間（見圖2）.

2.1.2 河口砂壩

河口砂壩微相主要為粉砂巖沉積，分選較好，較純凈，可見較為典型的“S”形前積層理及少量水平紋理.由于水流方向變化，“S”形前積紋層的傾向比較多變；垂向序列表現(xiàn)為反粒序，測井曲線以上陡下緩的漏斗狀為主；粒度概率累積曲線以“三段式”為主，3個次總體較為發(fā)育，跳躍和懸浮2個次總體占比例較高，兩者交截點(diǎn)在3.5Φ左右（見圖2），滾動總體相對較少，斜率較低.

圖2 臨南地區(qū)古近系沙三下亞段三角洲前緣亞相沉積特征（X70－01井）Fig.2 The sedimentary characteristics of the delta front subfacies of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area（Well X70－01）

2.1.3 遠(yuǎn)砂壩

遠(yuǎn)砂壩微相主要為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，含有少量泥巖.沉積構(gòu)造主要為水平紋理，可見較多植物碎屑沿紋層面分布，生物潛穴和生物擾動構(gòu)造較發(fā)育；粒度概率累積曲線以較復(fù)雜的“四段式”為主，與河口砂壩微相相比，滾動次總體占比例更低；懸浮次總體占較高比例，可分為兩段；跳躍次總體的斜率相對較高，懸浮和跳躍次總體的交截點(diǎn)在3.5Φ左右（見圖2）.

2.1.4 水下分流間灣

水下分流間灣微相沉積類型比較簡單，主要以灰色、灰綠色泥巖沉積為主，夾少量的泥質(zhì)粉砂巖，可見到少量蟲孔（見圖2）.

2.2 下切谷

沙三下亞段地區(qū)的另一口取心井X70－08井巖性與其他大多數(shù)井巖性明顯不同，以含礫粗砂巖、粗砂巖為主.根據(jù)此井粗碎屑巖性將沙三下亞段定為扇體沉積，確立其沉積模式；按照該沉積模式，開發(fā)前期向扇根方向布井，結(jié)果所有探井未發(fā)現(xiàn)粗碎屑沉積，這與扇體沉積模式不相符.在研究過程中，重新對比研究區(qū)鉆井的測井曲線，發(fā)現(xiàn)X70－4、X70－015、X70－017等井同樣存在粗碎屑沉積（見圖3），屬于在三角洲前緣細(xì)粒沉積背景下的下切谷充填沉積.

圖3 臨南地區(qū)古近系沙三下亞段粗粒沉積井位分布Fig.3 The well location map of coarse clastic sediments of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

在海（湖）平面下降后，河流向盆地方向延伸，侵蝕下伏地層，形成的河道或溝谷可以形成下切谷[10－11].湖盆發(fā)育早期，構(gòu)造不穩(wěn)定，在干旱或半干旱氣候條件下，存在一些洪水相的洪水水道，到后期湖盆穩(wěn)定后，當(dāng)湖平面再次相對下降時，洪水水道重新復(fù)活，成為湖盆穩(wěn)定期的下切谷[18].

在沙三下亞段沉積前，臨南地區(qū)處于惠民凹陷強(qiáng)烈斷陷期，湖盆不穩(wěn)定，發(fā)育洪水—漫湖相沉積，存在洪水水道[19－20]，物源來自西南方向.研究區(qū)粗粒碎屑的沉積特征研究結(jié)果表明，沙三下亞段的粗粒沉積為前期洪水水道復(fù)活形成的下切谷充填亞相沉積，可進(jìn)一步細(xì)分為下切谷水道、水道天然堤和水道間漫溢等沉積微相[19－20].

2.2.1 下切谷水道

下切谷水道微相主要以灰白色、灰色含礫粗砂巖和粗砂巖沉積為主，其次為中砂巖和細(xì)砂巖，夾雜少量灰色泥巖，形成不等厚互層.含礫粗砂巖底部礫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，可達(dá)30%左右，礫石分選差，磨圓中等，呈次圓—次棱角狀.垂向序列上與河流沉積河道疊置韻律類似，為多套向上變細(xì)正韻律，部分韻律“二元結(jié)構(gòu)”完整，部分頂部缺乏細(xì)粒沉積，單個韻律厚度為1～6m，平均為3～4m.沉積物粒度較粗，粒度概率累積曲線主要以“兩跳一懸”的兩段過渡式為主：跳躍次總體約占60%，斜率較大；懸浮次總體占30%～40%，分選中等，兩者截點(diǎn)在2.0Φ～2.5Φ之間，反映較強(qiáng)的牽引流特征.沉積構(gòu)造非常發(fā)育，常見沖刷充填構(gòu)造和交錯層理.沖刷面被泥質(zhì)充填，常見到泥礫且大小不一.層理類型多樣，常見高角度楔狀交錯層理，呈“魚骨頭”狀；還可見板狀交錯層理、平行層理、粒序?qū)永砗筒顚永淼龋ㄒ妶D4）.

下切谷水道微相表現(xiàn)出很強(qiáng)的水動力條件，在巖心中可見少量的泥巖撕裂屑、變形構(gòu)造和砂巖底面構(gòu)造等重力流特征的沉積構(gòu)造.在X70－08井3 565.6m附近出現(xiàn)一層厚度約為20cm的螺類化石，大量密集堆積；在這層生物碎屑層上部，可見大的礫石凹坑和泥巖漂礫，表現(xiàn)出現(xiàn)強(qiáng)烈水動力沖刷并導(dǎo)致生物大量死亡（見圖4）.下切谷水道微相的發(fā)育伴隨多期次、大規(guī)模的強(qiáng)烈水動力沖刷.

下切谷水道微相在地震反射剖面上主要表現(xiàn)為與周邊相鄰?fù)蜉S明顯不協(xié)調(diào)的、兩翼近對稱的“U”形；自然伽馬曲線大多為總體光滑或微齒化的箱形和鐘形，為中等振幅（見圖4）.

圖4 臨南地區(qū)古近系沙三下亞段下切谷水道沉積特征（X70－08井）Fig.4 The sedimentary characteristics of the incised valley of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area（Well X70－08）

2.2.2 水道天然堤

水道天然堤微相主要發(fā)育細(xì)砂巖，是由下切谷水道內(nèi)水流漫過下切谷水道，將攜帶的大量細(xì)砂和粉砂沿著下切谷水道兩岸堆積而成的.其典型特點(diǎn)是細(xì)砂巖中夾泥巖紋層，形成一些小型的前積紋層、水平波狀層理和水平紋理，還可見一些蟲跡；粒度比下切谷水道細(xì)，粒度概率累積曲線有多段懸浮次總體，懸浮次總體占比例高，達(dá)65%左右，跳躍次總體具有斜率高的特點(diǎn)，兩者交截點(diǎn)在2.5Φ～3.0Φ之間（見圖5）.

2.2.3 水道間漫溢

水道間漫溢微相屬于間歇性沉積微相，主要沉積在下切谷水道的谷間地帶，是下切谷水道水流溢出后，水流流速迅速降低，由大量的懸浮沉積物堆積形成的.水道間漫溢微相沉積類型相對比較簡單，以較純凈的泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，見少量的粉砂巖條紋，顯水平紋理.在泥巖層面上見到較多的植物碎屑（見圖5）.

3 沉積模式

3.1 剖面分布

研究區(qū)沉積相類型主要為三角洲前緣沉積，南北向以三角洲前緣為主，東西向以下切谷為主.在三角洲前緣細(xì)粒沉積的大背景下，存在下切谷水道沉積.由近南北向剖面（剖面位置見圖3）可以看出，僅在X70－4井發(fā)育下切谷粗粒沉積，其余為三角洲前緣細(xì)粒沉積（見圖6）.由近東西向剖面（剖面位置見圖3）可以看出，在X70－015井、X70－017井和X70－08井一線，出現(xiàn)大量的粗碎屑沉積，發(fā)育下切谷粗粒沉積，向東西兩側(cè)過渡形成細(xì)粒沉積為主的井為三角洲前緣沉積（見圖7）.

3.2 平面分布

根據(jù)研究區(qū)鉆井的砂巖厚度和砂地比等統(tǒng)計(jì)資料，繪制臨南地區(qū)古近系沙三下亞段沉積微相分布圖（見圖8）.平面上，在X70－4井、X70－08井和X70－017井一線，發(fā)育粗粒碎屑沉積，是有利儲集體，主要為繼承性的下切谷充填沉積，發(fā)育方向?yàn)槲髂稀獤|北方向，與物源方向一致.其余地區(qū)幾乎全部發(fā)育細(xì)碎屑沉積，主要為三角洲前緣沉積，有利砂體主要為三角洲前緣的水下分流河道、河口砂壩和遠(yuǎn)砂壩微相.

圖5 臨南地區(qū)古近系下切谷水道天然堤、水道間漫溢沉積特征（X70－08井）Fig.5 The sedimentary characteristics of the the channel levee and the channel overflowing of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area（Well X70－08）

圖6 臨南地區(qū)古近系沙三下亞段南北向連井剖面Fig.6 The south to north connecting－well section of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

圖7 臨南地區(qū)古近系東西向連井剖面Fig.7 The east to west connecting－well section of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

圖8 臨南地區(qū)古近系沙三下亞段沉積微相分布Fig.8 The sedimentary micro－facies map of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

3.3 沉積模式

建立研究區(qū)古近系沙三下亞段新的沉積模式（見圖9），即：整體為三角洲前緣沉積，主要沉積細(xì)砂巖、粉砂巖等細(xì)粒沉積物；在此大背景下，湖平面下降時，前期洪水水道復(fù)活，形成下切谷，在下切谷水道中沉積條帶狀含礫粗砂巖、中粗砂巖等粗粒沉積物.

研究區(qū)以往根據(jù)扇體沉積模式向扇根方向?qū)ふ掖炙樾嫉目碧剿悸凡⒉徽_.根據(jù)新的沉積模式，有利砂體主要發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道、河口砂壩，以及條帶狀的下切谷水道和水道末端.在新的此沉積模式指導(dǎo)下，以尋找下切谷水道為目的的新鉆井J3等井取得較好效果.

圖9 臨南地區(qū)古近系沙三下亞段沉積模式Fig.9 The sedimentary model of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

4 結(jié)論

（1）惠民凹陷臨南地區(qū)研究區(qū)主要沉積相類型為三角洲前緣和下切谷沉積亞相.

（2）三角洲前緣沉積為主要沉積類型，細(xì)分為三角洲前緣水下分流河道、河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩和水下分流間灣等沉積微相.在三角洲前緣細(xì)粒沉積大背景下，繼承性發(fā)育下切谷充填沉積，主要為粗碎屑沉積，細(xì)分為下切谷水道、水道天然堤、水道間漫溢等沉積微相.

（3）研究區(qū)南北向在X70－4井發(fā)育下切谷粗粒沉積，其余井為三角洲前緣細(xì)粒沉積；東西向在X70－015井、X70－017井和X70－08井一線，出現(xiàn)大量粗碎屑沉積，發(fā)育下切谷粗粒沉積，向東西兩側(cè)過渡為細(xì)粒三角洲前緣沉積.由此構(gòu)成在三角洲前緣細(xì)粒沉積大背景下發(fā)育下切谷充填沉積的沉積模式，并指出下一步的勘探方向.

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