東營(yíng)凹陷坡移扇形成機(jī)制與分布規(guī)律

陳 杰，于正軍，韓宏偉，王偉鋒，朱傳華

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257100；2.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 257061)

?

東營(yíng)凹陷坡移扇形成機(jī)制與分布規(guī)律

陳 杰1，于正軍1，韓宏偉1，王偉鋒2，朱傳華2

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257100；2.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 257061)

東營(yíng)凹陷牛莊洼陷南緣沙三中段的三角洲前緣斜坡帶發(fā)育事件型沉積(俗稱“坡移扇”)。在鉆井、測(cè)井、錄井及化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，利用巖心描述、野外觀察及水槽模擬實(shí)驗(yàn)方法，明確了坡移扇的基本識(shí)別特征、形成機(jī)制和分布規(guī)律，并初步厘定了坡移扇的概念。研究表明：坡移扇發(fā)育在三角洲前緣砂體前積層內(nèi)，主要存在厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種類型；坡移扇存在滑動(dòng)、滑塌和碎屑流3種搬運(yùn)類型，存在地震、波浪侵蝕和水平面快速下降3種觸發(fā)機(jī)制；坡移扇規(guī)模除與固結(jié)程度呈負(fù)相關(guān)之外，與地震強(qiáng)度、斜坡傾角、水流量和水平面變化等因素均具有較好的正相關(guān)性；滑動(dòng)、滑塌與碎屑流3種類型在斜坡帶不同角度范圍內(nèi)發(fā)育，且可依次轉(zhuǎn)化，滑塌與碎屑流2種類型后期保存較多。

三角洲前緣；水槽實(shí)驗(yàn)；事件型沉積；坡移扇；牛莊洼陷；東營(yíng)凹陷

0 引 言

東營(yíng)凹陷牛莊洼陷南緣在沙三中段發(fā)育東營(yíng)三角洲，其傳統(tǒng)儲(chǔ)集層類型主要為三角洲前緣河口壩、水下分流河道以及湖相濁積巖3種類型(圖1)。近年來(lái)，隨著巖性油藏勘探的深入，由河口壩等正常沉積砂體發(fā)生脫離而在前緣斜坡帶上形成的事件型沉積逐漸引起了勘探人員的注意。由于以往未作為主力儲(chǔ)層類型進(jìn)行勘探，該沉積類型的研究工作相對(duì)較少，須通過(guò)明確形成機(jī)制和分布規(guī)律，為其成藏條件評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。

圖1 研究區(qū)位置及前緣斜坡事件型沉積搬運(yùn)機(jī)制及立體分布模式

勝利油田油氣勘探人員對(duì)于這種因三角洲前緣砂體發(fā)生脫離而主要在前緣斜坡帶內(nèi)發(fā)生再搬運(yùn)和再沉積的、不同于濁積巖的沉積類型稱之為“坡移扇”。此次研究過(guò)程中，借用了“坡移扇”名稱對(duì)研究目標(biāo)進(jìn)行代指。

1 坡移扇基本識(shí)別特征

根據(jù)對(duì)N100、N119和N116等43口井坡移扇段的分析結(jié)果，對(duì)坡移扇的巖石學(xué)和測(cè)井曲線響應(yīng)特征進(jìn)行了初步總結(jié)。

1.1 巖石學(xué)特征

1.1.1 巖性特征

坡移扇段厚度變化范圍為8～30 m，平均厚度為15 m左右，表現(xiàn)為砂巖和泥巖的組合，主要為厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種組合類型。坡移扇的砂巖段，其顏色變化不大，主要為淺灰色；巖性變化較大，包括粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖及含礫中砂巖等多種類型，其中以粉砂巖和細(xì)砂巖為主。坡移扇的泥巖段的顏色跨度較大，從灰色至暗紅色，體現(xiàn)了半氧化—半還原的沉積環(huán)境。

1.1.2 粒度分析

坡移扇粒度測(cè)試結(jié)果主要表現(xiàn)為三段式、兩段式和兩跳一懸式3種樣式，具有明顯的前緣砂體繼承特征，且與懸浮次總體占明顯優(yōu)勢(shì)的濁積巖差別明顯。

1.1.3 礦物組成特征

全巖礦物X衍射實(shí)驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，坡移扇砂巖段的礦物組成為石英(64%)、斜長(zhǎng)石(14%)、鉀長(zhǎng)石(9%)、黏土礦物(8%)、白云石(4%)及方解石(1%)，整體上以石英、斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石為主，成分成熟度較高。

1.2 測(cè)井曲線特征

對(duì)應(yīng)厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種組合類型，坡移扇自然電位曲線響應(yīng)特征主要表現(xiàn)出漏斗形、箱形、箱形—漏斗形及指形—漏斗形4種類型；而漏斗形坡移扇段的反旋回特征體現(xiàn)了對(duì)前緣砂體明顯的繼承性。

2 坡移扇形成機(jī)制研究

2.1 搬運(yùn)機(jī)制

2.1.1 巖心描述研究

根據(jù)對(duì)W107、N116和W100等7口井巖心描述結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)坡移扇可以見(jiàn)到滑塌和碎屑流2種搬運(yùn)機(jī)制[1]。

滑塌作用識(shí)別標(biāo)志表現(xiàn)為不同程度的滑塌變形構(gòu)造，碎屑流作用識(shí)別標(biāo)志主要有單期及多期碎屑流中的漂礫定向構(gòu)造、砂質(zhì)碎屑流擠入構(gòu)造。此外，重荷模構(gòu)造、砂枕構(gòu)造、火焰構(gòu)造及液化構(gòu)造等同生變形的普遍發(fā)育，充分說(shuō)明了坡移扇沉積的事件型特征(圖2)。

圖2 滑塌變形構(gòu)造

2.1.2 野外露頭研究

選取青島市靈山島白堊系萊陽(yáng)組進(jìn)行三角洲前緣亞相露頭觀察[2-3]，識(shí)別出前緣斜坡存在較多的滑動(dòng)及滑塌沉積構(gòu)造現(xiàn)象(圖2)。結(jié)合前人研究結(jié)果[4]，推斷研究區(qū)坡移扇應(yīng)存在除滑塌、碎屑流之外的第3種搬運(yùn)作用機(jī)制——滑動(dòng)作用。

2.1.3 水槽模擬實(shí)驗(yàn)研究

以實(shí)鉆井巖性數(shù)據(jù)和水深數(shù)據(jù)為參考，按比例完成了坡移扇形成的水槽模擬實(shí)驗(yàn)[5]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，前緣斜坡帶由近至遠(yuǎn)可以依次發(fā)育并保存滑動(dòng)、滑塌以及碎屑流3種搬運(yùn)機(jī)制坡移扇類型。結(jié)合前人對(duì)三角洲的認(rèn)識(shí)[6-9]，認(rèn)為該3種類型的坡移扇與前緣和濁積巖一起，可形成三角洲前緣—滑動(dòng)性坡移扇—滑塌型坡移扇—碎屑流型坡移扇—坡移濁積巖—遠(yuǎn)源濁積巖沉積序列。

2.2 觸發(fā)機(jī)制

水槽實(shí)驗(yàn)依據(jù)需要分別設(shè)計(jì)了大型水槽和小型水槽2種實(shí)驗(yàn)儀器，其中大型水槽實(shí)驗(yàn)主要用于坡移扇形成機(jī)制和形成模式的研究，而小型水槽設(shè)備則主要用于坡移扇觸發(fā)機(jī)制與多種因素對(duì)坡移扇形成和分布定量控制作用等方面的研究。

針對(duì)三角洲為物源的事件型沉積，前人研究較多的是濁積巖類型，包括利用水槽實(shí)驗(yàn)?zāi)M濁積巖的觸發(fā)機(jī)制和分布特征[6-10]。針對(duì)坡移扇類型形成過(guò)程，主要設(shè)計(jì)并研究了地震作用、波浪侵蝕作用以及水平面下降作用3種觸發(fā)機(jī)制對(duì)坡移扇形成的影響。

2.2.1 地震作用

實(shí)驗(yàn)采用小型朵葉體模擬三角洲前緣砂體，震點(diǎn)在圖片右方(圖3a)。實(shí)驗(yàn)表明，在模擬地震作用下，當(dāng)震動(dòng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，朵葉體前端砂體會(huì)發(fā)生脫離形成坡移扇，震動(dòng)越強(qiáng)烈，坡移扇與母砂分離越徹底。

圖3 不同觸發(fā)機(jī)制模擬下坡移扇分布特征

2.2.2 波浪侵蝕作用

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波浪侵蝕作用較弱時(shí)，朵葉體前端多表現(xiàn)為席狀擴(kuò)散而不會(huì)發(fā)生脫離，只有當(dāng)波浪作用強(qiáng)烈時(shí)(湖嘯)，才會(huì)發(fā)生砂體脫離形成坡移扇。

2.2.3 水平面下降作用

為便于實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)?zāi)M使用了2個(gè)水槽，在小水槽中使用彩砂模擬多個(gè)期次，并將小水槽斜插入大水槽中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同波浪侵蝕模擬實(shí)驗(yàn)類似，當(dāng)水平面下降作用緩慢時(shí)，不易形成砂體脫離；當(dāng)水平面快速下降時(shí)，前緣砂體才會(huì)由于浮力突然減小而發(fā)生脫離形成坡移扇。實(shí)驗(yàn)中，坡移扇的形成通常會(huì)伴隨前緣砂體小斷裂的出現(xiàn)，且這種情況下形成的坡移扇通常與母砂體相連通(圖3b)。

2.3 形成模式

母砂固結(jié)程度是影響脫離的重要因素。當(dāng)超過(guò)脫離臨界點(diǎn)時(shí)，相同固結(jié)程度的砂體容易同時(shí)發(fā)生大面積脫離。結(jié)合水槽模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)了坡移扇的3種形成過(guò)程演化模式，分別是縱向后退擴(kuò)展型、橫向擴(kuò)展型和隨機(jī)擴(kuò)展型(圖4)。縱向后退擴(kuò)展型是指形成砂體脫離的破碎帶向物源方向不斷擴(kuò)大，其主要是由前緣砂體(母砂)橫向固結(jié)程度差異較大引起；橫向擴(kuò)展型是指坡移扇沿著母砂前邊界橫向形成并擴(kuò)展，其多由母砂縱向固結(jié)程度差異較大引起；隨機(jī)擴(kuò)展型是指坡移扇形成演化不遵循一定規(guī)律，多由母砂固結(jié)程度非均質(zhì)性較大引起。

圖4 坡移扇形成過(guò)程演化模式

3 坡移扇分布規(guī)律研究

3.1 影響因素定量分析

主要依據(jù)小型水槽實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)地震強(qiáng)度(震動(dòng)頻率)、母砂固結(jié)程度(含水率)、斜坡傾角、水流量和水面升降等5個(gè)影響因素對(duì)坡移扇分布的影響進(jìn)行了分析，針對(duì)每種影響因素至少得到3組數(shù)據(jù)(表1)。數(shù)據(jù)顯示，除坡移扇厚度與固結(jié)程度呈負(fù)相關(guān)之外；坡移扇規(guī)模與地震強(qiáng)度、母砂固結(jié)程度和斜坡傾角等因素均具有較好的正相關(guān)性。由此可知，坡移扇的形成和分布應(yīng)該是以上多種因素綜合影響的結(jié)果，在具體情況下，每種因素都可能對(duì)坡移扇的形成與分布起到?jīng)Q定性的作用。

3.2 分布模式

3.2.1 剖面模式

三角洲前緣斜坡上可以依次完整地發(fā)育滑動(dòng)、滑塌以及碎屑流3種事件型沉積類型，分別發(fā)育在不同斜坡角度發(fā)育范圍，且可以依次轉(zhuǎn)化(圖1)?；瑒?dòng)型坡移扇主要發(fā)育在斜坡上部，現(xiàn)今保存斜坡傾角一般大于9 °，原生發(fā)育角度一般大于15 °(壓

表1 坡移扇分布控制因素定量分析統(tǒng)計(jì)

實(shí)恢復(fù)后)；滑塌型坡移扇主要發(fā)育在斜坡中部，現(xiàn)今保存斜坡傾角一般為5～9 °，原生發(fā)育角度為7～15 °，可由母砂直接形成，也可由單個(gè)或多個(gè)不穩(wěn)定滑動(dòng)型砂體演化形成，厚度相對(duì)較大；碎屑流型坡移扇主要發(fā)育在斜坡下部，現(xiàn)今保存的斜坡傾角一般為1～5 °，原生發(fā)育角度為1～7 °，在固結(jié)程度較弱或震動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)，母砂可以不經(jīng)歷滑動(dòng)和滑塌過(guò)程而直接形成碎屑流型坡移扇，但由于搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，該類型厚度一般較小。

3.2.2 平面模式

坡移扇平面分布模式主要表現(xiàn)的是對(duì)坡移扇現(xiàn)今保存狀態(tài)的認(rèn)識(shí)(圖5)：滑動(dòng)型坡移扇多呈土豆形平行湖岸分布，因與母砂距離最近，其勢(shì)能較大，不易保存；滑塌型坡移扇多呈條帶狀垂直湖岸分布，發(fā)育坡度適中，較易保存；碎屑流型坡移扇多呈舌狀垂直湖岸分布，因發(fā)育位置勢(shì)能最小，容易保存。

3.2.3 立體模式

空間上，坡移扇發(fā)育在三角洲前緣的斜坡帶內(nèi)(圖1)，位于濁積巖沉積之前，滑動(dòng)、滑塌、碎屑流及濁流4種搬運(yùn)機(jī)制可以依次演化而成。結(jié)合前面3種演化模式的形成過(guò)程，推斷坡移扇不僅可以在三角洲前緣環(huán)境發(fā)育，也可以在扇三角洲等其他淺水斜坡發(fā)育，其發(fā)育情況受角度控制。當(dāng)原始沉積斜坡為1～15 °時(shí)，易形成坡移扇；而角度過(guò)大，砂體脫離后動(dòng)能較大，難以在斜坡保存，多進(jìn)入深水形成濁積。

圖5 坡移扇平面分布模式

4 結(jié) 論

(1) 坡移扇發(fā)育位置介于前緣砂體與濁積巖之間，成分成熟度較高，其巖性組合主要存在厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種類型，粒度特征主要表現(xiàn)為三段式、兩段式和兩跳一懸式3種樣式，自然電位曲線主要有漏斗形、箱形、箱形—漏斗形及指形—漏斗形4種類型。

(2) 坡移扇存在滑動(dòng)、滑塌與碎屑流3種搬運(yùn)類型，存在地震、波浪侵蝕和水平面快速下降3種觸發(fā)機(jī)制，存在縱向后退擴(kuò)展型、橫向擴(kuò)展型和隨機(jī)擴(kuò)展型3種形成過(guò)程演化模式，沿物源方向可以依次發(fā)育三角洲前緣—滑動(dòng)性坡移扇—滑塌型坡移扇—碎屑流型坡移扇—坡移濁積巖—遠(yuǎn)源濁積巖的沉積序列。

(3) 坡移扇的形成分布是地震強(qiáng)度、母砂固結(jié)程度和斜坡傾角等多個(gè)因素綜合影響的結(jié)果，在具體情況下，每種因素都可能對(duì)坡移扇的形成分布起到?jīng)Q定性作用。

(4) 推斷三角洲和扇三角洲前緣斜坡均可形成坡移扇，不同斜坡角度范圍分別發(fā)育滑動(dòng)、滑塌與碎屑流3種搬運(yùn)機(jī)制，且可依次轉(zhuǎn)化，滑塌與碎屑流2種類型坡移扇保存較多。

(5) 初步厘定了坡移扇概念：在構(gòu)造緩坡帶上，淺水區(qū)各類砂體(主要為三角洲和扇三角洲前緣)，在構(gòu)造活動(dòng)、波浪侵蝕或水平面快速下降等突發(fā)因素影響下，其部分砂體脫離母體后因在前緣斜坡帶內(nèi)發(fā)生了短距離再搬運(yùn)而形成的一種事件性沉積。需要說(shuō)明的是，坡移扇砂體不一定表現(xiàn)為“扇”的形狀，一定程度上也可以稱之為“坡移巖”。

[1] Shanmugam G.深水砂體成因研究新進(jìn)展[J].石油勘探與開發(fā)，2013，40(3)：294-301.

[2] 呂洪波，王俊，張海春.山東靈山島晚中生代滑塌沉積層的發(fā)現(xiàn)及區(qū)域構(gòu)造意義初探[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，85(6)：938-946.

[3] 邵珠福，鐘建華，李勇，等.青島靈山島晚中生代重力流沉積特征及環(huán)境分析[J].地質(zhì)論評(píng)，2014，60(3)：555-566.

[4] 姜在興.沉積學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003：80-85.

[5] 康波，解習(xí)農(nóng)，杜學(xué)斌，等.基于濱線軌跡的古水深定量計(jì)算新方法——以古近系沙三中段東營(yíng)三角洲為例[J].沉積學(xué)報(bào)，2012，(3)：443-449.

[6] 鄢繼華，陳世悅，宋國(guó)奇，等.三角洲前緣滑塌濁積巖形成過(guò)程初探[J].沉積學(xué)報(bào)，2004，22(4)：573-576.

[7] 張關(guān)龍，陳世悅，鄢繼華，等.三角洲前緣滑塌濁積體形成過(guò)程模擬[J].沉積學(xué)報(bào)，2006，24(1)：50-54.

[8] 王居峰，賈光華，劉軍愕，等.史南地區(qū)沙三段濁積砂體成因模式探討[J].油氣地質(zhì)與采收率，2003，10(4)：8-10.

[9] 王居峰，蔡希源，鄧宏文，等.渤海灣盆地東營(yíng)凹陷中央洼陷帶沙三段基準(zhǔn)面旋回變化與巖性圈閉[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2003，25(4)：357-361.

[10] 王金鐸，韓文功，于建國(guó)，等.東營(yíng)凹陷沙三段濁積巖體系及其油氣勘探意義[J].石油學(xué)報(bào)，2003，24(6)：24-29.

編輯 黃華彪

20150623；改回日期：20151012

中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司項(xiàng)目“坡移扇形成機(jī)制與地震描述方法研究”(YKW1405)；中國(guó)石油化工股份有限公司勝利石油管理局博士后科研工作站項(xiàng)目“三角洲水下交匯區(qū)沉積建模與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)”(YKB1406)

陳杰(1983-)，男，高級(jí)工程師，2005年畢業(yè)于山東科技大學(xué)資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專業(yè)，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)為勝利石油管理局在站博士后，主要從事石油勘探研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.010

TE122.3

A

1006-6535(2015)06-0045-05