沾化凹陷沙四段上亞段灘壩沉積特征及其主控因素

劉江濤，鄧大偉，廖東良，趙文杰，王　衛(wèi)

（中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

沾化凹陷沙四段上亞段灘壩沉積特征及其主控因素

劉江濤，鄧大偉，廖東良，趙文杰，王衛(wèi)

（中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

在巖心觀察和分析測(cè)試的基礎(chǔ)上，結(jié)合錄井、測(cè)井等資料，運(yùn)用沉積學(xué)理論，對(duì)沾化凹陷沙四段上亞段灘壩的沉積特征和分布規(guī)律進(jìn)行研究，并分析其主控因素。結(jié)果表明，研究區(qū)發(fā)育砂巖灘壩和碳酸鹽巖灘壩2種類型；其中砂巖灘壩主要分布于羅家鼻狀構(gòu)造及其周緣，巖性以灰色粉、細(xì)砂巖為主，分選好、成熟度高；碳酸鹽巖灘壩分為生物礁和灰?guī)r灘壩2種類型，生物礁主要沿義東斷裂帶呈長(zhǎng)條狀分布，巖性以灰色灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖為主，分選較差，一般為原地沉積或僅經(jīng)過(guò)短距離的運(yùn)移；灰?guī)r灘壩主要分布于邵家洼陷，巖性以灰色灰?guī)r為主。古氣候、古地貌和古物源為沾化凹陷灘壩沉積的主控因素，獨(dú)特的古氣候條件決定了研究區(qū)水量相對(duì)缺乏，與南緩北陡的古地貌特征和西部物源缺乏的古物源特征共同控制著灘壩沉積的區(qū)域、規(guī)模和類型。

沙四段上亞段 砂巖灘壩 灰?guī)r灘壩 生物礁 沾化凹陷

隨著勘探程度的提高，在含油氣盆地中受主物源影響的扇三角洲、三角洲和濁積扇等厚層砂礫巖體已進(jìn)入勘探后期，難以獲得較大的突破；而隨著鉆井工程、油田開(kāi)發(fā)等技術(shù)的發(fā)展［1-2］以及對(duì)含油氣盆地認(rèn)識(shí)程度的加深，遠(yuǎn)離主物源區(qū)的低滲透隱蔽巖性體越來(lái)越受到重視，灘壩就是其中最重要的目標(biāo)之一［3-4］。針對(duì)灘壩的沉積特征，眾多學(xué)者已做了大量研究［5-14］，朱筱敏等根據(jù)灘壩的沉積環(huán)境和發(fā)育位置，將灘壩分為湖岸線拐彎處灘壩、水下古隆起灘壩、開(kāi)闊淺湖灘壩和短軸三角洲側(cè)緣灘壩4種模式［5］；操應(yīng)長(zhǎng)等對(duì)東營(yíng)凹陷南坡沙四段上亞段灘壩砂體的沉積特征進(jìn)行了研究，并將其劃分為壩主體、壩側(cè)緣、灘脊和灘席等沉積微相［6］；鄔金華等將灘壩劃分為陸源碎屑灘壩和碳酸鹽巖灘壩［7］，劉磊等對(duì)中國(guó)灘壩砂的勘探現(xiàn)狀與儲(chǔ)層基本特征進(jìn)行了分析［14］；這些研究對(duì)于認(rèn)識(shí)灘壩的沉積規(guī)律及分布特征均具有很好的指導(dǎo)作用。

目前在渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷已發(fā)現(xiàn)了大量的含油氣灘壩砂體，顯示出良好的勘探前景；但是由于灘壩砂體往往呈砂、泥巖薄互層沉積，單層厚度小，隱蔽性強(qiáng)，因此難以識(shí)別和預(yù)測(cè)，極大地制約了勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)程；而前人的研究多集中于灘壩的沉積模式和沉積微相劃分，對(duì)于灘壩沉積的主控因素研究較少。為此，筆者以沉積學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合巖心觀察、測(cè)井和錄井等資料，對(duì)沾化凹陷沙四段上亞段灘壩的沉積特征進(jìn)行研究，并分析其沉積主控因素，以期更好地指導(dǎo)研究區(qū)下步的油氣勘探。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

沾化凹陷位于渤海灣盆地，是濟(jì)陽(yáng)坳陷東北部次一級(jí)的負(fù)向構(gòu)造單元，由邵家洼陷、四扣洼陷、渤南洼陷和羅家鼻狀構(gòu)造組成，勘探面積約為500 km2，已發(fā)現(xiàn)四扣、渤南、義東、邵家和羅家等大中型油田。其發(fā)育受北東、北東東向張性和張扭性大斷裂控制，形成北陡南緩的箕狀斷陷湖盆，整體呈北東和北東東向展布，平面上呈向西南端收斂、北東向撒開(kāi)的喇叭狀［15］。沾化凹陷新生界發(fā)育完整，自下而上為古近系孔店組、沙河街組、東營(yíng)組和新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組；其中，沙四段下亞段廣泛發(fā)育灘壩沉積，巖性以灰色粉、細(xì)砂巖為主，砂體厚度一般小于10m，多與泥巖呈薄互層沉積。在沙四段上亞段沉積時(shí)期，研究區(qū)處于斷陷盆地發(fā)育階段，經(jīng)過(guò)早期的沉積充填，在南部斜坡帶和西北部邵家洼陷形成相對(duì)平緩的古地形特征；在四扣洼陷西北部的義東斷裂帶，由于拉張作用使斷裂上盤(pán)發(fā)生沉降，形成落差較大的臺(tái)階狀地形特征。

2　沉積特征

依據(jù)成因可將沾化凹陷沙四段上亞段灘壩劃分為2種類型，分別為砂巖灘壩和碳酸鹽巖灘壩。其中，砂巖灘壩包括砂灘和砂壩，一般形成于開(kāi)闊的濱淺湖區(qū)域，為盆地邊緣三角洲或其他近岸砂體經(jīng)過(guò)再搬運(yùn)、沉積所形成［5，16］；碳酸鹽巖灘壩包括生物礁和灰?guī)r灘壩2種類型，主要發(fā)育于水體清澈、水深較淺的低隆起區(qū)或岸邊［17］。

2.1砂巖灘壩

研究區(qū)沙四段上亞段砂巖灘壩的巖石類型主要為灰色、淺灰色細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖等，很少見(jiàn)中、粗砂巖和礫巖；垂向上呈頻繁的砂、泥巖薄互層沉積，砂巖厚度小，一般為1～5m。沾化凹陷30多口井灘壩砂體的巖石礦物成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，其石英含量一般為60%～80%，長(zhǎng)石含量多小于10%，巖屑含量一般為10%～20%，反映出較高的巖石成分成熟度。研究區(qū)鉆井取心樣品的激光粒度分析結(jié)果表明，灘壩砂體的分選性較好，粒屑顆粒的粒度中值主要分布于3φ～5φ，分選系數(shù)一般小于1.5，說(shuō)明其具有較高的結(jié)構(gòu)成熟度。粒度概率累積曲線以一跳一懸和兩跳一懸的兩段式和三段式為主（圖1），跳躍次總體和懸浮次總體的交切點(diǎn)為3φ～4φ，跳躍次總體的含量為60%～90%，懸浮次總體的含量為10%～40%，缺乏滾動(dòng)成分，反映出沉積時(shí)較強(qiáng)的水動(dòng)力條件。砂巖灘壩中發(fā)育多種類型的沉積構(gòu)造，常見(jiàn)平行層理、浪成交錯(cuò)層理和低角度交錯(cuò)層理，亦可見(jiàn)波狀、透鏡狀和壓扁層理，以及生物擾動(dòng)構(gòu)造，反映出淺水較強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境下的波浪沖刷、沿岸流對(duì)沉積物的改造以及生物擾動(dòng)等沉積特征；其中，交錯(cuò)層理的沉積紋層傾向具有雙向性特征，表明其沉積時(shí)的水流具有多向性。

圖1　沾化凹陷羅354井沙四段上亞段砂巖灘壩粒度概率累積曲線Fig.1　Theprobabilitycurvesofsandybeach-barsinLuo354 WellintheupperfourthmemberofShahejie FormationinZhanhuadepression

2.2碳酸鹽巖灘壩

2.2.1生物礁

生物礁巖性主要為灰色灰質(zhì)枝管藻白云巖、枝管藻白云巖、枝管藻灰?guī)r、介形蟲(chóng)泥晶灰?guī)r、螺灰?guī)r和泥晶藻灰?guī)r等，組成巖石的主要成分有藻屑、粉屑、砂屑、團(tuán)塊、枝管藻、藻泥、介形蟲(chóng)和生物碎片等。生物礁的巖石礦物成分主要為白云石，約占90%；其次為方解石，約占10%；藻類和內(nèi)碎屑較發(fā)育，平均含量分別約為35.5%和35.3%；基質(zhì)白云石和方解石膠結(jié)物平均含量分別為17.5%和7.91%。研究區(qū)生物礁的儲(chǔ)集空間類型主要有粒間孔、溶孔和裂縫，總面孔率平均為4.9%。膠結(jié)物主要為云質(zhì)藻屑—藻團(tuán)塊和白云質(zhì)藻屑—砂屑等，約占80%；砂屑輪廓和形態(tài)模糊，常被藻屑粘連（圖2a，圖2b）。

圖2　沾化凹陷沙四段上亞段碳酸鹽巖灘壩鑄體薄片F(xiàn)ig.2　Thecastingthinsectionsofcarbonatebeach-bar intheupperfourthmemberofShahejie FormationinZhanhuadepression

2.2.2灰?guī)r灘壩

灰?guī)r灘壩的巖性以灰色、深灰色灰?guī)r為主，部分為泥灰?guī)r；其中，灰?guī)r包括亮晶砂屑灰?guī)r、亮晶粉屑灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r、泥晶砂礫屑灰?guī)r和石膏質(zhì)砂屑灰?guī)r等多種類型；亮晶砂屑灰?guī)r的砂屑間充填亮晶方解石，砂屑和粉細(xì)砂紋層間互層；方解石含量較高，且見(jiàn)較多的介形蟲(chóng)等生物碎屑（圖2c，圖2d）?；?guī)r灘壩的巖石礦物成分主要為方解石，其含量平均為94.3%；泥質(zhì)含量平均為3%，黃鐵礦含量平均為0.83%，有機(jī)質(zhì)含量平均為0.5%。其中，陸源碎屑含量平均為2%，介形蟲(chóng)含量平均為3%。

3　平面分布特征

砂巖灘壩的發(fā)育需岸流和波浪的再搬運(yùn)和再沉積［16］，因此水動(dòng)力條件決定了灘壩砂體主要分布于受湖浪和暗流影響的濱淺湖區(qū)域、湖泊中的水下隆起部位以及三角洲（或扇三角洲）等粗碎屑砂巖沉積體的前緣。沾化凹陷灘壩砂體的平面分布具有明顯的規(guī)律性，受羅家鼻狀構(gòu)造影響，在其兩翼發(fā)育較大規(guī)模的灘壩砂體，主要分布于羅69井—羅斜153井區(qū)和義17井—義172井區(qū)；此外，在盆地邊緣扇三角洲等粗碎屑砂巖沉積體的前緣也有零星分布。碳酸鹽巖灘壩多分布于物源供給不足、缺乏大型河流注入的水體較為安靜的湖灣區(qū)域［5］。研究區(qū)灰?guī)r灘壩主要分布于邵家洼陷，幾乎覆蓋整個(gè)洼陷，在沾化凹陷邊緣與墾西洼陷交界區(qū)域也有小范圍分布；生物礁的平面分布則嚴(yán)格受義東斷裂帶控制，主要沿?cái)嗔褞С书L(zhǎng)條形展布（圖3）。

圖3　沾化凹陷沙四段上亞段沉積相平面分布Fig.3　Thesedimentaryfaciesplanedistributionof theupperfourthmemberofShahejie FormationinZhanhuadepression

4　沉積主控因素

在陸相斷陷湖盆中，灘壩沉積受古氣候、古地貌、古物源、古水流方向以及水動(dòng)力條件等多重因素控制［10，18-20］，且各因素并不是孤立發(fā)揮作用［16］。分析沾化凹陷灘壩的沉積規(guī)律，認(rèn)為其沉積主控因素主要有3個(gè)方面，分別為古氣候、古地貌和古物源；其中，古氣候和古地貌決定古水流方向和水動(dòng)力條件，古物源決定不同區(qū)域沉積物的性質(zhì)。

4.1古氣候

在沙四段下亞段沉積時(shí)期，沾化凹陷氣候干旱，湖盆范圍較??；至沙四段上亞段沉積時(shí)期，氣候向溫?zé)岢睗褶D(zhuǎn)變，湖盆范圍擴(kuò)大，但湖水蒸發(fā)量仍很大，湖水相對(duì)較淺。盆地邊緣水體受周緣淡水注入的影響，含鹽度較低，以陸緣碎屑和碳酸鹽巖沉積為主；而湖盆中心則出現(xiàn)咸化湖沉積，發(fā)育較厚層的膏鹽巖和泥膏巖沉積。研究區(qū)沙四段上亞段沉積時(shí)期的氣候條件有利于灘壩砂體的形成：①受水量較小的影響，研究區(qū)南部緩坡帶和地形落差較小的沾化凹陷的水體較淺，以濱淺湖沉積為主，為灘壩形成的有利沉積環(huán)境；②溫濕的氣候條件使研究區(qū)發(fā)育較多的造礁生物，如中國(guó)枝管藻和山東枝管藻等，為生物礁的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2古地貌

古地貌控制灘壩的發(fā)育類型，也影響灘壩的厚度和規(guī)模［20］。研究區(qū)古近紀(jì)在中生代基礎(chǔ)上繼承性發(fā)育，處于斷陷期，發(fā)生強(qiáng)烈的拉張和扭轉(zhuǎn)沉降；至沙四段沉積中—晚期，盆地主體表現(xiàn)為北陡南緩的構(gòu)造特征，南部地勢(shì)平緩，向盆地中心方向發(fā)育羅家鼻狀構(gòu)造，形成濱淺湖中的平緩隆起構(gòu)造，為灘壩的形成創(chuàng)造了很好的條件。四扣洼陷西部發(fā)育構(gòu)造斷階帶，其緊鄰義東斷裂帶，由于同沉積斷裂活動(dòng)，導(dǎo)致湖水深度平穩(wěn)變化，有利于生物礁發(fā)育；義東斷裂帶的生物礁體呈近南北向平行分布，反映其生長(zhǎng)發(fā)育受構(gòu)造斷階帶古地貌格局控制。受邵家斷層控制，在邵家洼陷形成臺(tái)凹和臺(tái)坪相間的構(gòu)造格局；其中，臺(tái)坪相對(duì)平緩、水體較淺且寧?kù)o，有利于碳酸鹽巖灘壩的沉積，但由于盆地沉降和水體增減導(dǎo)致水深發(fā)生季節(jié)性變化，不利于生物礁的連續(xù)發(fā)育，因此在邵家洼陷以灰?guī)r灘壩沉積為主。

4.3古物源

除古氣候和古地貌控制因素之外，古物源對(duì)灘壩的發(fā)育也具有決定性作用［20］。沾化凹陷沙四段上亞段砂礫巖含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，研究區(qū)的物源主要來(lái)自于3個(gè)區(qū)域，分別為南部陳家莊凸起、東部孤島凸起和北部埕寧隆起區(qū)；其中陳家莊凸起由于受中段羅家鼻狀構(gòu)造的影響，又分為東部和西部2個(gè)物源區(qū)，發(fā)育東、西2個(gè)扇體。由于陳家莊凸起西端前緣的坡度較平緩，因此砂礫巖進(jìn)入湖盆的距離較近，砂礫巖含量較高的區(qū)域主要位于盆地的邊緣；但在羅家鼻狀構(gòu)造的砂礫巖含量仍達(dá)到10%左右，通過(guò)錄井和巖心資料分析發(fā)現(xiàn)，其主要為粉砂巖和細(xì)砂巖，應(yīng)為灘壩砂體發(fā)育的主要區(qū)域。邵家洼陷和義東斷裂帶均缺乏物源供給，其湖水寧?kù)o、清澈，具備碳酸鹽巖灘壩沉積的理想條件；在邵家洼陷沉積了大量的灰?guī)r灘壩，沿義東斷裂帶下降盤(pán)二臺(tái)階的淺水區(qū)域則以發(fā)育生物礁為主。

5　結(jié)束語(yǔ)

沾化凹陷沙四段上亞段發(fā)育砂巖灘壩和碳酸鹽巖灘壩2種類型。砂巖灘壩以粉、細(xì)砂巖為主，與泥巖呈頻繁的薄互層沉積，分選好、成熟度高，沉積時(shí)的水動(dòng)力條件較強(qiáng)。碳酸鹽巖灘壩可分為生物礁和灰?guī)r灘壩2種類型，灰?guī)r灘壩的巖性以灰色、深灰色灰?guī)r為主，生物礁以灰色灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖為主，分選相對(duì)較差，沉積時(shí)的搬運(yùn)距離較近或?yàn)樵爻练e。古氣候、古地貌和古物源是研究區(qū)灘壩沉積的主要控制因素。獨(dú)特的古氣候條件決定了研究區(qū)水量相對(duì)缺乏，與南緩北陡的古地貌特征和西部物源缺乏的古物源特征共同控制灘壩沉積的區(qū)域、規(guī)模和類型。沾化凹陷南部發(fā)育砂巖灘壩，邵家洼陷發(fā)育大面積灰?guī)r灘壩，沿義東斷裂帶下降盤(pán)二臺(tái)階主要發(fā)育生物礁。明確灘壩沉積的主控因素及不同類型灘壩的分布規(guī)律，對(duì)研究區(qū)下步的整體勘探部署具有重要意義；但由于灘壩沉積的巖性細(xì)、地層薄，難于識(shí)別，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其成藏機(jī)理及測(cè)、錄井綜合識(shí)別方法的研究，以減少勘探風(fēng)險(xiǎn)。

致謝：勝利油田分公司河口采油廠劉魁元、單寶杰和郭福祿等專家和學(xué)者在項(xiàng)目研究和資料提供等方面給予了支持和幫助，特此感謝！

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編輯鄒瀲滟

Sedimentarycharacteristicsandmaincontrollingfactorsof theupperfourthmemberofShahejieFormationin Zhanhuadepression

LiuJiangtao，DengDawei，LiaoDongliang，ZhaoWenjie，WangWei
（SINOPECResearchInstituteofPetroleumEngineering，BeijingCity，100101，China）

Basedoncoreobservationandtestandmudloggingdataanalysis，thesedimentarycharacteristicsanddistributionofbeach-barintheupperfourthmemberofShahejieFormationinZhanhuadepressionwereresearched，andthemain controllingfactorswereanalyzed.Theresultsshowthattherearesandybeach-barandcarbonatebeach-barinthestudyarea.Thesandybeach-barsmainlydistributeinLuojianosestructureandinneighboringregions.Thelithologyofthesandy beach-barsismainlygrayfinesandstoneandsiltstonewithgoodsortingandhighmaturity.Carbonatebeach-barisclassifiedintoorganicreefsandlimestone.TheorganicreefsmainlydistributealongYidongfaultzonewithastripshape，andthe lithologyismainlygraylimestoneandlimydolomitewithpoorsorting.Theydepositedgenerallyinsituorsettleddownafter ashortdistancemigration.Thelimestonebeach-barsmainlydistributeinShaojiasag，andthelithologyismainlygraylimestone.Themaincontrollingfactorsarepaleo-climate，paleo-landformandpaleo-provenance：thespecificpaleo-climateresultedinalackofwaterinthestudyarea；theancientlandformdevelopedasteepslopezoneinthenorthandagentleslope zoneinthesouth；andthepaleo-provenancewascharacteristicoflackingwesternprovenance.Thedistributionarea，scale andtypeofthebeach-barsarecontrolledbythethreefactorsjointly.

theupperfourthmemberofShahejieFormation；sandybeach-bar；limestonebeach-bar；organicreefs；Zhanhuadepression

TE112.2

A

1009-9603（2015）01-0042-05

2014-11-03。

劉江濤（1981—），男，河北邢臺(tái)人，工程師，博士，從事測(cè)井、錄井綜合解釋技術(shù)和石油地質(zhì)研究。聯(lián)系電話：（010）84988381，E-mail：ljt0310@163.com。

中國(guó)石化重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“地質(zhì)約束條件下沾化地區(qū)灘壩砂測(cè)井解釋評(píng)價(jià)”（P11031）。