古地貌對渤海石臼坨凸起古近系沉積體系的控制作用

張宇焜，胡曉慶，牛 濤，張顯文，高玉飛，王 暉，范廷恩，卜范青

中海油研究總院，北京 100028

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古地貌對渤海石臼坨凸起古近系沉積體系的控制作用

張宇焜，胡曉慶，牛 濤，張顯文，高玉飛，王 暉，范廷恩，卜范青

中海油研究總院，北京 100028

渤海灣盆地石臼坨凸起沙一、二段所發(fā)育的扇三角洲儲(chǔ)層，在沉積演化過程中由于古地貌特征的不同，造成儲(chǔ)集砂體形態(tài)特征及分布規(guī)律的不同，儲(chǔ)層認(rèn)識困難。通過分析斷裂活動(dòng)對古地貌格局的控制作用進(jìn)行古地貌恢復(fù)，研究不同地貌單元與沉積體系的匹配關(guān)系，闡明了古地貌對沉積體系發(fā)育類型和沉積特征的控制作用，揭示了扇三角洲的沉積過程。在此基礎(chǔ)上結(jié)合地震屬性分析技術(shù)，精細(xì)描述了各沉積期次扇體的展布特征，并對沉積演化過程中扇三角洲沉積體系發(fā)育的差異性進(jìn)行了解析。最終明確了盆地邊緣溝谷和古地形發(fā)育特征對物源的控制作用，形成了“大溝對大扇，小溝對小扇”的沉積模式指導(dǎo)依據(jù)；同時(shí)確定了斜坡帶上扇三角洲的沉積規(guī)律和砂體分布的控制機(jī)理。

古地貌；扇三角洲；沉積體系；古近系；石臼坨凸起

0 前言

渤海灣盆地石臼坨凸起周邊富集了我國多個(gè)重要的含油氣盆地，古近系中深層儲(chǔ)集體廣泛發(fā)育[1-2]。受古近系地震資料品質(zhì)低以及海上勘探評價(jià)階段鉆井資料有限等因素的限制，沉積體系及沉積相類型的研究多為宏觀的區(qū)域性研究，制約了儲(chǔ)層的精細(xì)描述[3]。

圖1 研究區(qū)沙三段頂面構(gòu)造圖Fig.1 Depth structure map of the third member of Shahejie Formation

石臼坨地區(qū)A油田沙河街組，油氣資源極其豐富。前人籠統(tǒng)地認(rèn)為儲(chǔ)層物源主要來自于油田南側(cè)的石臼坨凸起，建立的構(gòu)造沉積響應(yīng)模式忽視了主控?cái)嗔鸦顒?dòng)性的差異性。研究者[4-9]通過對研究區(qū)地質(zhì)背景分析，發(fā)現(xiàn)斷裂活動(dòng)造成的古地貌特征對研究區(qū)的沉積特征、沉積演化以及儲(chǔ)層展布特征具有重要的控制作用。筆者結(jié)合盆地的形成背景，在構(gòu)造演化分析的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)造-古地貌研究，闡述了古地貌特征和儲(chǔ)層展布特征之間的匹配關(guān)系，揭示了古地貌對沉積體系的控制作用和機(jī)理。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

渤海A油田位于石臼坨凸起東傾末端北側(cè)邊界斷裂下降盤的斷坡帶上，南依石臼坨凸起，北臨秦南生油凹陷，背山面洼。構(gòu)造上為斷鼻構(gòu)造，被石臼坨凸起北側(cè)雁列式排列的邊界斷層所夾持，受控于石臼坨凸起東傾末端北側(cè)邊界斷裂，屬于斷層和地層超覆共同形成的構(gòu)造-地層復(fù)合圈閉?，F(xiàn)階段共鉆探井、評價(jià)井6口，鉆井揭示古近系沙河街組沙一、二段為主要烴源巖層，儲(chǔ)層埋深在3 200 m左右，單井油層累積厚度可達(dá)200 m，最大單層油層厚度130 m。

構(gòu)造位置上研究區(qū)隸屬于渤中坳陷秦南凹陷陡坡帶，受北東東向雁行排列斷層影響，區(qū)內(nèi)古近系發(fā)育了不同尺度、不同類型的各種斷裂構(gòu)造。研究區(qū)南北方向上構(gòu)造具四分性(圖1)：自南向北依次分為凸起帶、斜坡帶、斷裂帶及洼陷帶；北東東走向雁行排列的斷層將凸起帶與斜坡帶分開，洼陷帶與斜坡帶分居斷裂帶南北兩側(cè)，東部為繼承性發(fā)育的低

凸起，自西向東呈現(xiàn)出溝梁相間的構(gòu)造特點(diǎn)，各個(gè)構(gòu)造帶由早到晚具有良好的繼承性。

從過A-1井的近南北向構(gòu)造演化剖面(圖2)可以看出，不同級次的斷裂，其活動(dòng)時(shí)間不同，對于不同時(shí)期沉積作用所起的控制作用也不相同，主干斷裂持續(xù)活動(dòng)、次級斷裂以晚期活動(dòng)為主。沙一、二段沉積前，控凹邊界斷裂F1強(qiáng)烈活動(dòng)，F(xiàn)2斷裂開始活動(dòng)。東營組沉積時(shí)期，即圖2中東營組沉積前至館陶組沉積前時(shí)期內(nèi)，控凹斷層F1仍繼承前期活動(dòng)性，其活動(dòng)性變化不大，而F2斷層活動(dòng)強(qiáng)度明顯增大，其下降盤沉積了巨厚的東營組。館陶組沉積前，斷裂活動(dòng)明顯減弱，構(gòu)造基本定型。縱觀整個(gè)構(gòu)造演化史，沙一、二段沉積時(shí)期，研究區(qū)南部和西部所形成的凸起區(qū)，為砂體在低洼處沉積提供了物源，碎屑物沿古沖溝被源源不斷地運(yùn)送于此沉積，并以此向前方低洼處推進(jìn)。

圖2 過A-1井南北向構(gòu)造演化剖面Fig.2 Profile of south-north direction structure evolution through A-1 well

2 古地貌特征

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所形成的古地形、古地貌直接或間接地控制著沉積體的類型、規(guī)模及分布特征樣式[10-12]。主斷裂的形態(tài)、坡度的變化控制著沉積類型，洼地的大小及低洼程度控制了沉積規(guī)模；而主斷裂與次級平行或斜交的斷層構(gòu)成了斷階、轉(zhuǎn)換帶等多種地形、地貌特征，并影響水系的發(fā)育[13-17]。

以地震解釋成果為基礎(chǔ)，采用層序界面拉平進(jìn)行古水平面恢復(fù)，從而進(jìn)行古地貌恢復(fù)。分析古地貌特征可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)沙一、二段自上而下層系可以劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3期砂組，沉積初期即Ⅲ砂組沉積前整體為溝梁相間的古地貌特征(圖3)。Ⅲ砂組沉積時(shí)期A-4井區(qū)沉積物源主要來自南部，從沉積古地貌上看，A-4井所處溝槽規(guī)模最大，沉積坡度陡，沉積碎屑搬運(yùn)距離短，發(fā)育了一套近源的快速沉積體。A-2井區(qū)相對于A-4井區(qū)溝槽規(guī)模小，地勢相對平坦，沉積坡度小。A-2井區(qū)物源主要來自西部，Ⅲ砂組沉積時(shí)期物源供給強(qiáng)度弱；Ⅱ砂組沉積時(shí)期繼承了Ⅲ砂組的古地貌特點(diǎn)，此時(shí)西部物源供給強(qiáng)度增大，東西兩個(gè)井區(qū)都發(fā)育了較大規(guī)模的沉積，加上湖平面的上升等因素的影響Ⅱ砂組的沉積范圍要大于Ⅰ砂組。經(jīng)過前期的填平補(bǔ)齊作用，Ⅰ砂組沉積時(shí)期溝梁幅度明顯減小，地勢更為平坦；同時(shí)由于該時(shí)期湖平面上升，沉積體退積，沉積體向湖中心的推進(jìn)距離小于Ⅱ砂組。

3 古地貌控制作用分析

3.1 沉積特征

結(jié)合區(qū)域沉積背景，綜合巖心、壁心以及各種分析化驗(yàn)和測井曲線資料分析，A-1井區(qū)主要為砂泥巖沉積，局部層段見鮞?；?guī)r和生屑灰?guī)r的碳酸鹽巖沉積，發(fā)育淺水螺化石，說明為陸相的湖相或過渡相沉積；巖性以巖屑長石砂巖為主，中粗粒，成熟度中等，反映為近源的快速沉積，C-M圖可見牽引流和重力流沉積特征共存，且牽引流沉積多于重力流沉積的特征；巖心層理多樣(圖4a)，滑塌、包卷、砂球、砂枕等同生沉積構(gòu)造發(fā)育，分流河道和河口砂壩均發(fā)育，為典型的過渡相沉積特征，這些特征均反映了扇三角洲的沉積特點(diǎn)。

圖3 研究區(qū)沙一、二段沉積前古地貌恢復(fù)圖Fig.3 Paleogeomorphology reconstruction before the first and second member of Shahejie Formation deposition

圖4 研究區(qū)沙一、二段典型巖心照片F(xiàn)ig.4 Typical core pictures of the first and second member of Shahejie Formation

A-4、A-5井區(qū)Ⅱ、Ⅲ砂組巖性以砂礫巖為主，礫石無分選無磨圓，雜基支撐結(jié)構(gòu)；粒序?qū)永怼K狀層理發(fā)育(圖4b)，局部可見鮑馬序列，兼有牽引流和重力流的雙重特征；粒度粗、分選差，C-M圖顯示偏重力流沉積的特點(diǎn)，為扇三角洲前緣沉積靠平原亞相的分流河道沉積。而I砂組沉積時(shí)期，A-4井分析化驗(yàn)資料及薄片鑒定特征為碳酸鹽巖含量高，陸源碎屑、表鮞粒、生屑不同程度混合，為扇三角洲前緣沉積，局部地區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖臺；觀察A-5井巖心發(fā)現(xiàn)生屑灰?guī)r、生屑白云巖發(fā)育，且與鮞粒同生，沉積構(gòu)造上以反韻律層為主，代表水動(dòng)力強(qiáng)的生屑灘沉積；在礫巖沉積段(圖4c)可看到大量的螺化石分布在顆粒間或局部富集成層，粒度結(jié)構(gòu)中滾動(dòng)、跳躍組分含量高，C-M圖上顯示粒度偏粗，牽引流特征明顯，這些特征反映Ⅰ砂組沉積時(shí)期A-5井周邊主要發(fā)育扇三角洲近岸過渡帶的濱淺湖灘壩沉積。

3.2 沉積演化

對于陸相斷陷盆地，斷裂、古地貌及物源供給方式是影響沉積體系發(fā)育及分布的重要因素。沙一、二段沉積時(shí)期，北東東向斷裂雖發(fā)育，但不同斷層的活動(dòng)性差異較大，從而一定程度上控制了溝谷發(fā)育位置、規(guī)模以及坡折帶的類型，進(jìn)而控制了沉積的類型及規(guī)模。

結(jié)合沉積特征認(rèn)識，分析沉積演化歷程發(fā)現(xiàn)，在Ⅲ砂組沉積時(shí)期A-1井區(qū)物源供給不足，沉積物以泥巖為主，為淺湖、半深湖沉積。而同時(shí)期的A-4、A-5井區(qū)為溝谷規(guī)模發(fā)育最大的區(qū)域，沉積坡度大、物源供給充足，發(fā)育了一套近源快速沉積的砂礫巖體。Ⅱ砂組時(shí)期湖平面上升，可容空間增大，斷裂活動(dòng)加劇，西部、北部物源供給充足，兩個(gè)井區(qū)都發(fā)育了多期規(guī)模較大的扇三角洲沉積。到Ⅰ砂組時(shí)期湖平面進(jìn)一步上升，氣候變的溫暖潮濕，A-1井區(qū)斷裂活動(dòng)微弱，物源供給不足，泥巖為主，為淺湖、半深湖相。而A-4、A-5井區(qū)斷層持續(xù)活動(dòng)，物源供給充足，發(fā)育了大規(guī)模沉積，沉積厚度達(dá)數(shù)百米，沉積相類型以扇三角洲相為主，A-5井周邊發(fā)育灘壩沉積。雖然研究區(qū)地震資料品質(zhì)低，但是從順物源地震剖面(圖5)上仍然可以看出，沉積區(qū)坡度大，扇三角洲在坡折帶上沉積，扇體內(nèi)部反射雜亂，振幅較強(qiáng)。

3.3 沉積相展布

研究區(qū)沙一、二段以扇三角洲沉積為主，古地貌的差異性及后期沉積的填平補(bǔ)齊導(dǎo)致了Ⅲ砂組到Ⅰ砂組這3個(gè)砂組的沉積范圍有較大變化。由于研究區(qū)儲(chǔ)層埋藏深、地震資料品質(zhì)低、井資料有限，筆者以沉積模式為指導(dǎo)，基于地震切片演繹技術(shù)，利用多種地震屬性分析技術(shù)進(jìn)行扇體空間展布特征描述及砂體邊界識別，刻畫了這3個(gè)沉積時(shí)期的地震相響應(yīng)特征。地震屬性圖(圖6a,b,c)上白線包絡(luò)部分即為描繪出的各扇體的發(fā)育范圍。結(jié)合單井沉積特征、沉積演化認(rèn)識和地震相分析結(jié)果，更真實(shí)地描述出了研究區(qū)扇三角洲的沉積特征和展布范圍(圖6a’,b’,c’)。

分析發(fā)現(xiàn)，沙一、二段不同沉積時(shí)期，發(fā)育了不同規(guī)模的單斷式陡坡坡折帶控制下的扇型扇三角洲沉積。Ⅲ砂組和Ⅰ砂組沉積時(shí)期，A-4、A-5井區(qū)物源主要來自南部凸起，以大型近源扇三角洲沉積為主，Ⅰ砂組沉積時(shí)期，A-5井周邊局部發(fā)育灘壩沉積；由于A-2井區(qū)所處古沖溝規(guī)模較小，西部物源形成的扇體規(guī)模較小。Ⅱ砂組沉積時(shí)期，A-1井區(qū)和A-4井區(qū)沉積體明顯受不同物源體系的控制，A-1井區(qū)物源來自凸起西部的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，A-4井區(qū)大型近源扇三角洲沉積物源來自南部凸起，兩股物源共同形成了撓曲地形坡折帶控制下的朵葉型扇三角洲，砂體展布范圍廣、厚度大，是本工區(qū)沉積規(guī)模最大的時(shí)期。而由于研究區(qū)東部物源缺乏且溝槽規(guī)模很小，整個(gè)沙一、二段時(shí)期砂體基本不發(fā)育，造成了研究區(qū)內(nèi)明顯的沉積展布不對稱。同時(shí)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，工區(qū)南北被斷層夾持，東西部超覆，砂體沉積厚度受控于石臼坨凸起的物源，表現(xiàn)為北厚南薄，向東、西方向變薄的特征。

綜上所述，造成兩個(gè)井區(qū)沉積體規(guī)模顯著不同的主要控制因素為古地貌特征，A-4井區(qū)處于研究區(qū)最大的溝槽發(fā)育地帶，成為南部物源區(qū)古水系的匯集區(qū)；另外因物源近，沉積坡度陡等因素的影響，碎屑沉積物隨水流沖出山谷后直接入湖沉積，形成了沉積厚度巨大的扇三角洲沉積。A-1井區(qū)所處的區(qū)域溝槽規(guī)模小，構(gòu)造幅度較平緩，加上受西部物源供給強(qiáng)度的影響，Ⅰ砂組和Ⅱ砂組沉積時(shí)期形成的扇三角洲規(guī)模遠(yuǎn)比A-4井區(qū)小?？傮w表現(xiàn)為“大溝對大扇、小溝對小扇”的沉積特點(diǎn)。

4 古地貌控制機(jī)理

4.1 溝谷控“源”

溝谷控制古水系走向及入盆卸載端口。印支運(yùn)動(dòng)末期濟(jì)陽坳陷受北東向拉張應(yīng)力場的控制，發(fā)育了數(shù)條北西向斷裂帶及大量伴生斷層[18]。新生代發(fā)生構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)換，北東向斷層切割北西向斷層，凸起上早期形成的北西向斷層成為后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中易遭受剝蝕的薄弱部位，沿?cái)嗝嫘纬晒艣_溝或下切谷。石臼坨凸起東傾末端發(fā)育的大量溝谷，控制了主要的古水流方向。水流沿凸起北側(cè)形成的溝谷流入湖盆，在靠近深洼陷的坡折帶沉積，成為主要的沉積物卸載區(qū)。

4.2 古地貌控“砂”

盆地的古構(gòu)造和沉積充填的空間配置受構(gòu)造坡折帶的分布特征、活動(dòng)歷史和組合樣式所決定，不同的組合樣式會(huì)造成各異的局部古地貌特征，并制約著沉積物的分散過程和砂體分布樣式[19]。研究區(qū)斷陷盆地內(nèi)發(fā)育的同沉積斷裂帶引起地形坡度的突變，形成同沉積斷裂構(gòu)造坡折帶，并控制著砂體沉積的厚度，構(gòu)造坡折帶之下砂體厚度明顯增加，如圖5所示。除了構(gòu)造坡折以外，沉積坡折所形成的古地貌形態(tài)對于砂體的分散沉積及展布樣式同樣具有重要的作用。石臼坨地區(qū)邊界斷層坡度相對較陡，由臨近凸起推進(jìn)到湖盆中的沖積扇，形成厚度巨大的扇三角洲沉積，砂體厚度在物源方向上由坡上至坡下形成由薄變厚再變薄的變化趨勢。除物源的供給因素外，溝槽的規(guī)模、不同沉積時(shí)期古地貌的構(gòu)造幅度一同控制了扇體向前推進(jìn)的距離、規(guī)模和展布樣式，因此構(gòu)造低部位及沉積坡折帶都是砂體的有利沉積區(qū)。

圖5 過A-4井順物源方向地震剖面圖Fig.5 Seismic section map of A-4 well along the source direction

5 結(jié)論

1)石臼坨凸起是大型扇三角洲等沉積體系的物源供給區(qū)，受雁行排列斷層影響，盆緣斜坡帶形成溝梁相間的地貌格局。研究區(qū)的斜坡、溝谷以及斷層等古地貌單元將物源區(qū)和沉積區(qū)聯(lián)系起來，并決定了物源的運(yùn)輸通道和卸載場所，而砂礫巖體的分布明顯受古地貌的控制，優(yōu)先沉積于古沖溝前方對應(yīng)的低洼區(qū)，形成了優(yōu)質(zhì)的扇三角洲儲(chǔ)層，并具有“大溝對大扇、小溝對小扇”的沉積特點(diǎn)。

2)盆地邊緣溝谷與高地相間分布的古地貌格局在研究區(qū)中西部具有良好的繼承性，物源的供給方式、溝槽的規(guī)模、不同沉積時(shí)期古地貌的構(gòu)造幅度共同控制了扇三角洲砂體的規(guī)模、組成和結(jié)構(gòu)。而研究區(qū)東部溝谷規(guī)模較小，缺乏物源，儲(chǔ)層不發(fā)育。古地貌控制沉積，且多物源體系共存，形成了沙一、二段不同的沉積演化階段中，沉積體在不同區(qū)域發(fā)育規(guī)模的差異性。

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Controlling of Paleogeomorphology to Paleogene Sedimentary System of Shijiutuo Uplift in Bohai Basin

Zhang Yukun, Hu Xiaoqing, Niu Tao, Zhang Xianwen,Gao Yufei, Wang Hui, Fan Ting’en, Bu Fanqing

CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China

As a result of the sedimentary evolution, the sand bodies and distribution of the fan delta reservoir developed in the first and second member of Shahejie Formation in Shijiutuo uplift are paleo-geomorphically different. The reservoir prediction is difficult. The authors carry out the paleo-geomorphology reconstruction by analyzing the control action of the fault movement on the paleo-geomorphic pattern, study the relationship between the paleo-geomorphic unit and the sedimentary system, explain the control of paleo-geomorphology on sedimentary system, and reveal the sedimentary process. On the above, seismic attributes and the distribution characteristics of the fan delta, the difference of fan delta sedimentary system development is analyzed. Finally, the control action of the basin edge valleys and paleo-geomorphology on provenance is figured out. A depositional model, “l(fā)arge valleys correspond to large fans and small valleys correspond to small valleys”, is established. Also, the depositional pattern of the fan delta located in slope zone and the control mechanism of sands distribution are determined. The method can predict a reservoir effectively in oilfield exploration and development stages.

paleo-geomorphology; fan delta; sedimentary system; Paleogene; Shijiutuo uplift

10.13278/j.cnki.jjuese.201506103.

2015-03-10

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05030-005-03)

張宇焜(1986--)，男，工程師，主要從事油藏描述及開發(fā)地質(zhì)研究，E-mail:zhangyk3@cnooc.com.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506103

P544.4

A

張宇焜，胡曉慶，牛濤，等.古地貌對渤海石臼坨凸起古近系沉積體系的控制作用.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(6):1589-1596.

Zhang Yukun, Hu Xiaoqing, Niu Tao,et al. Controlling of Paleogeomorphology to Paleogene Sedimentary System of Shijiutuo Uplift in Bohai Basin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1589-1596.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506103.