松遼盆地北部青山口組重力流特征研究及其地質意義①

杜錦霞

(中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院勘探規(guī)劃室 黑龍江大慶 163712)

松遼盆地北部青山口組包括青山口組一段、二段和三段，沉積于坳陷中期階段，松遼盆地在青山口組和嫩江組經(jīng)歷過兩次大規(guī)模湖浸，泉頭組末期湖平面快速上升，湖相區(qū)域擴大至全盆地，青山口組湖盆沉積演化主要分為2個階段，青一段湖擴階段和青二、三段湖退階段。青山口組屬于快速水進和水退旋回下形成的沉積層序，前緣相帶分布在長垣以西和長軸方向的北部地區(qū)，盆地中央為湖相，以發(fā)育湖相泥巖為主，沉積物源主要來自北部和西部，地層厚度介于135～679 m。在青一段和青二段發(fā)育了大規(guī)模重力流沉積，青三段也有部分時期發(fā)育重力流沉積。深層天然氣勘探有現(xiàn)實的技術難題，外圍盆地可替代資源量存在現(xiàn)實的勘探風險。隨著油氣勘探從構造油氣藏轉入隱蔽油氣藏，不同區(qū)塊油氣成藏條件和油氣藏分布主要控制因素差別巨大，另外松遼盆地中淺層剩余資源主要分布在向斜區(qū)沉積邊緣相［1-3］，具有低滲透、薄互層、隱蔽性強、難于識別等特點，勘探難度越來越大，由常規(guī)儲層向非常規(guī)儲層轉變是地質勘探趨勢。青山口組致密油氣藏廣泛分布于湖盆中間，勘探取得進展較難，但為了尋找可接替資源量，我們的勘探思路是必須向深水區(qū)進軍，因研究致密儲層就需要研究其儲層沉積特征，深水濁流沉積對資源評價方法的提高具有實際的借鑒作用，因此對于盆地后續(xù)研發(fā)顯得尤為重要。

Middleton［4］等最早提出了“沉積物重力流”這一術語，沉積物重力流(Sediment gravity flow)是指沉積物或沉積物與水的混合物在重力作用下順斜坡運動形成的流動，亦稱沉積物流或塊體流。Middleton等［4］通過支撐機理研究把水下重力流沉積系統(tǒng)劃分為濁流(Turbidity current)，液化流(Liquefied or fluidized flows)，顆粒流(Grain flows)，碎屑流(Debris flows)，沉積物中較粗顆粒由基質支撐，基質是由較細粒物質與孔隙內(nèi)流體的混合物，具有一定的屈服強度［1］。此外，按沉積環(huán)境可分為陸上重力流(形成沖積扇等)、水下重力流(形成各種湖底及海底重力流沉積)和過渡型重力流(形成扇三角洲)。這種沉積物流在陸地上和水下均能發(fā)生，最早發(fā)現(xiàn)大多數(shù)具有地質意義的沉積物重力流在海底，近年來在陸相盆地中也有大量沉積物重力流。以重力流為儲層的油氣田在全世界被發(fā)現(xiàn)愈來愈多，如中國的渤海灣盆地、二連盆地、塔里木油田、黃驊凹陷北大港油田，松遼盆地大慶油田、鄂爾多斯盆地長慶油田等［2，3，5-9］。松遼盆地北部重力流沉積勘探經(jīng)歷了從探索階段到發(fā)展階段，自馮志強等［10］報道以來，研究人員一直都在不懈地尋找湖盆有利沉積體，并于2011～2013年在嫩江組發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模湖底重力流水道。從此松遼盆地重力流沉積研究進入了嶄新的階段，研究其特征對預測深水湖盆有利儲層至關重要。

1 松遼盆地北部青山口組重力流沉積主要類型及其巖性特征

本文在連片三維工區(qū)、單個三維工區(qū)高精度地震資料利用的基礎上，結合大量巖芯和鉆測井資料，發(fā)現(xiàn)整個青山口組都發(fā)育不同規(guī)模重力流沉積，青山口組一段和二段規(guī)模最大。通過對松遼盆地北部青山口組湖區(qū)沉積物的進一步研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)存在著大規(guī)模重力流沉積。按照重力流搬運方式，可將青山口組重力流劃分為塊體流和濁流。重力流沉積發(fā)育有滑動巖、滑塌巖、砂質碎屑流和濁流等。從重力流沉積平面形態(tài)和相對構造位置上，共識別出滑動巖型、滑塌型、砂質碎屑流型、濁流型等重力流類型，另外青山口組還發(fā)育風暴巖，震積巖等。下面按照搬運方式和成因機制分別加以分析和研究。

1.1 滑動巖型及其巖性特征

前人研究認為滑動巖是在一定外界條件觸發(fā)下，塊體沿著剪切面開始向下滑動。滑動巖最主要特征是內(nèi)部形變不明顯，滑動巖圍巖主要為泥巖或泥質粉砂巖，為滑動型重力流砂體，巖芯觀察上能看到原巖的層理和構造特征，與外圍圍巖有顯著的構造特征差異［11-12］。由于原始沉積物源方向和由外界條件觸發(fā)引起地質體滑動的物源方向具有一定角度，導致滑動巖和周圍圍巖產(chǎn)生顯著滑動變形構造。在力學性質上，滑動巖是塑性變形所產(chǎn)生，但一些小型滑動巖碎塊保持完整外部形態(tài)，因此也存在一定程度彈性形變?；瑒訋r上部形成似漂浮的羽片狀構造，中部為平行層理、底部為交錯層理(圖1A，B，C)。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的滑動巖性主要為細砂巖、粉砂巖和泥質粉砂巖。這些被發(fā)現(xiàn)的滑動巖來于自三角洲前緣部位，呈羽片狀構造，保留有三角洲前緣沉積物特征，為粉砂質泥巖或者泥質粉砂巖沉積［13］。

1.2 滑塌巖型及其巖性特征

滑塌巖和滑動巖在層理和構造上幾乎難以區(qū)分，但是流動體制上有顯著差別?；饕奢^大的地質構造運動所引起，如地震、板塊俯沖、擠壓、湖平面上升等地質因素。當大的塊體沿著剪切面發(fā)生滑動或者順坡折帶部位嵌入或落入低位體系域中［14］，由于其推動機制力度大，所以落入異地地層體中和原地沉積物一起產(chǎn)生較為強烈的同沉積形變，常常形成包卷層理、攪渾構造(滑塌變形構造)、球枕構造和重荷模構造等(圖1 D，E)。在研究區(qū)滑塌巖極為普遍，巖性一般為粗砂巖、砂巖和粉砂巖。

1.3 碎屑流型及其巖性特征

碎屑流一般分為砂質碎屑流和泥質碎屑流兩種。砂質碎屑流相對來說是較好的油氣儲層，泥質碎屑流對非常規(guī)儲層研究具有一定的價值。Fisher等1971年提出了碎屑流的概念，而泥質含量較少的“砂質碎屑流”由 Hampton于1975年提出，Lowe等［15］1982年提出碎屑流為一種塊狀塑性流(賓漢流體)，Shangmugan［16-17］等人認為砂質碎屑流沉積代表了一個在組分、結構、強度等方面的沉積序列，而且在這個沉積序列中有一個共同特征，即塑性流變。砂質碎屑流厚度較大，分布范圍大約40%，泥質碎屑流沉積占35%，這為深水儲層勘探提供了重要理論依據(jù)。

研究區(qū)發(fā)育砂質碎屑流，巖性以細砂巖和粗粉砂巖為主，另有粉砂巖。局部可見油浸、油斑、油跡，砂巖厚度為10～52 m。砂質碎屑流通常出現(xiàn)在水上暴露標志附近，如漂浮植物碳屑、植物根、貝殼化石、成群介形蟲殼體化石存在，通常呈塊狀。砂質碎屑流沉積構造主要有槽模、溝模、重荷模、液化錐、液化管、碟狀構造等(圖1 F～L)，有反映牽引流水流的交錯層理和斜波狀層理，可能為湖底流所致，屬于湖泊深水牽引流范疇。

1.4 濁積巖型及其巖性特征

濁流是一種牛頓流體，為沉積物懸浮于紊亂流體當中的重力流，湍流是沉積物主要支撐機制［18］。Bouma［19］提出了著名的鮑馬序列，他認為完整的濁流事件主要包括Ta、Tb、Tc、Td。以鮑馬層序為代表的經(jīng)典濁流理論及鮑馬序列在沉積地質學界廣泛流行，甚至幾乎所有的深水砂巖都被描述并解釋為濁流沉積［11］。但在研究中我們發(fā)現(xiàn)，完整的濁流沉積幾乎不存在，它可能只發(fā)育濁流的 Ta、Tb、Tc、Td其中一個，兩個或者三個相序組合。傳統(tǒng)的濁流慣性思維方式、濁流成因模式給實際研究工作帶來了諸多不便，已經(jīng)得到了普遍認可［20］。濁積巖主要由底流或者牽引流作用形成，通常被改造成砂質碎屑流。在陸相湖盆中濁流被認為是一種深水濁積巖，這種濁積巖具有陸相湖盆深水沉積特征，巖性為細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖及砂礫巖等，通常厚度1～2 m左右，濁流多發(fā)生在湖底，有覆蓋面大、期次多、較頻繁等特點。濁流沉積特征有明顯的遞變層理，其主要標志是具有正遞變層理［21］。

圖1 青山口組重力流沉積巖巖芯特征圖Fig.1 Characteristics of gravity flow sediment cores

具遞變層理砂巖在青山口組較常見，重力流分異可能是主要原因，但是底流搬運也不可忽視。濁流層理特征主要表現(xiàn)為:底部塊狀層理、頂部水平層理、頂部小型交錯層理、波紋交錯層理，(一般厚度小于10 cm)(圖1 M～Q)，每期濁流由于水流作用在沉積間斷面形成溝模和快速水流連續(xù)沉積，一期重力流底部形成槽模(圖1 J，L)。

2 重力流的垂向分布特征和控制機制分析

青山口組重力流多發(fā)育在英臺大安階地和長垣以西地區(qū)，發(fā)育層位主要集中在青山口組一段和二段(圖2A，B)。英臺大安地區(qū)厚度在10 m左右發(fā)育一個或多個重力流系列。青山口組泥巖發(fā)育厚度在30～200 m之間，其主要發(fā)育在大套的泥巖之下，從上至下依次發(fā)育滑動巖、滑塌巖(滑動巖和滑塌巖同時發(fā)育)、濁流沉積、砂質碎屑流等，砂質碎屑流發(fā)育在青二段底部。

在地震反射界面T2～T06之間，東西向地震剖面上X3井和X7井附近有兩條大斷裂出現(xiàn)，斷裂呈正花狀構造，地震剖面上多呈不連續(xù)反射特征，有被連續(xù)擠壓和滑動痕跡出現(xiàn)，巖芯觀察上可見有微裂縫(圖2C)。這說明在青山口組沉積之后，發(fā)生過較大的構造運動，為該區(qū)域沉積物重力流形成提供了觸發(fā)機制［22-24，26］(圖2A，B，C 剖面位置見圖4A)。在英臺大安地區(qū)重力流主要發(fā)育在濱淺湖層序界面附近，其上發(fā)育近80 m左右介形蟲層，為水上暴露標志，在水下部位發(fā)育滑動和滑塌巖沉積。青二段發(fā)育滑動巖和滑塌巖為主，青一段以砂質碎屑流為主，在測井曲線上電阻率多呈鋸齒狀，自然電位多呈指狀(圖3井位置見圖4A)。南北向地震剖面上反射軸清晰且連續(xù)。長垣以西地區(qū)沉積物源主要來自于北部，地形坡度較緩，多以深水重力流水道形式出現(xiàn)，重力流水道在垂向上主要分布在青一段龍虎泡大安階地和整個長垣以西地區(qū)，而在青二段時期緊限于長垣以西北端。以X8，X9，X10等典型井為代表(圖4A)。

綜上所述青山口組重力流主要發(fā)育在大規(guī)模湖相泥巖中，重力流發(fā)育有期次多，具頻率性特點，其形成受獨特地形坡折控制，據(jù)恢復的古坡度統(tǒng)計，古坡度約0.5°～3°［25］，是重力流發(fā)育的理想坡度。重力流在地形上多發(fā)育于坡折帶部位，因坡折帶附近砂巖厚度大，砂地比高，地質事件發(fā)生時，砂巖大面積塊體搬運到坡折帶低位體系域中，沉積環(huán)境處于三角洲前緣水下分流河道前端［27-28］。

圖2A SN-英臺大安地區(qū)重力流沉積垂向分布特征剖面圖(位置見圖4A剖面1)Fig.2A Characteristics of SN-gravity flow deposit vertical distribution profile in Yingtaidaan region(location in Fig.4A profile 1)

圖2B SN-英臺大安地區(qū)重力流沉積特征地震剖面圖(位置見圖4A剖面1)Fig.2B Characteristics of SN-gravity depositional seismic profile in Yingtaidaan region(location in Fig.4A profile 1)

圖2C WE-英臺大安地區(qū)構造特征地震剖面圖(位置見圖4A剖面2)Fig.2C Characteristics of WE-gravity deposit structural seismic profile in Yingtaidaan region(location in Fig.4A profile2)

圖3 X6井柱狀圖—重力流沉積類型劃分和巖芯特征圖Fig.3 Yingtaida’an X6 Well clonuminar-gravity types and core characteristics

3 青山口組重力流沉積巖平面分布特征

在巖芯觀察基礎上，應用鉆井、測井、錄井等資料進行綜合研究，認為青山口組重力流沉積巖平面上主要分布于盆地西部地區(qū)，以中央坳陷區(qū)英臺—他拉哈地區(qū)最為發(fā)育，另外在盆地其他地區(qū)也有零星分布，如泰康隆起帶，長垣南側及三肇凹陷部分地區(qū)。

青一段沉積時期，在盆地范圍內(nèi)廣泛發(fā)育重力流沉積，平面上呈海豚狀、近南北向長條形及不規(guī)則橢圓狀或不規(guī)則多邊形，砂巖最厚處于英臺地區(qū)，最大厚度達37.2 m，平均厚度4.03 m?？拷鞑坑⑴_三角體系較近處，重力流沉積厚度大，期次相對較多，重力流沉積砂巖以發(fā)育塊狀層理砂質碎屑流為主，兼有滑動巖和滑塌巖發(fā)育，以細砂巖、粉細砂巖和粉砂巖為主。長垣和三肇地區(qū)距離物源較遠處發(fā)育由于風暴或底流形成的片狀或不規(guī)則狀薄層濁積巖沉積，巖性以泥質粉砂巖為主，期次也較少(圖4A)。

青二段沉積時期，重力流沉積主要發(fā)育在盆地西部地區(qū)，以龍虎泡大安階地、古龍西側和古龍東側以及大慶長垣局部地區(qū)為主。砂巖最厚位于他拉哈地區(qū)，最厚達28.7 m，平均為5.3 m。重力流沉積砂巖厚度大，以發(fā)育塊狀層理砂質碎屑流為主，巖性以細砂巖、粉細砂巖和粉砂巖為主，期次相對較多;古龍東側及大慶長垣局部地區(qū)發(fā)育由風暴或底流形成片狀或不規(guī)則狀薄層濁積巖沉積，期次也較少(圖4B)。

4 重力流沉積儲層特征

青山口組一、二段重力流沉積以砂質碎屑流型和濁流型見多，砂質碎屑流砂體巖石類型主要為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，濁積巖切片分析表明切片表明主要為長石、方解石團塊、瀝青質(圖5)［29］，為非常規(guī)儲層的一類儲層(圖4A，B)，重力流砂體厚度平均4.2 m，主要發(fā)育于青山口組西部斜坡英臺地區(qū)，為斜坡扇型重力流，據(jù)統(tǒng)計:累計面積達960 km2，延伸長度達58 km，寬度1.3～6 km，預測厚度1～24 m，單砂層厚0.3～5 m，孔隙度10%～15%，占80%左右，滲透率(0.01～0.14)×10-3μm2。長垣以西薄層純砂巖層型:單層砂巖厚度2～3 m，平均孔隙度5%～9%;砂泥巖薄互層型:單層砂巖厚度＜1 m，孔隙度4%～6%，為致密油型砂巖類型，巖性:細—粉砂巖、含泥粉砂巖、泥質粉砂巖等較薄重力流砂巖，儲集空間以粒間孔、粒間溶孔、晶間孔、微裂縫和納米孔縫，鏡下儲集空間大小:10～100 μm，溶孔可達 500 μm，屬重力流沉積二類儲層區(qū)域(圖4A)。以上兩種儲層均為非常規(guī)致密砂巖儲層。

圖4A 青山口組一段沉積相+濁積巖平面分布圖Fig.4A Horizontal distribution of the first member of Qingshankou Formation sedimentary facies+turbidite rock

圖4B 青山口組二段沉積相+濁積巖平面分布圖Fig.4B Horizontal distribution of the second member of Qingshankou Formation sedimentary facies+turbidite rock

圖5 X5青一段2 361.58 m薄片鑒定(濁流沉積)Fig.5 X5 K1qn12 361.58 m slice identification(turbid flow deposit)

5 結論及地質意義

(1)松遼盆地北部青山口組一、二段湖相泥巖中發(fā)育大規(guī)模重力流沉積，重力流類型以滑塌巖型、滑動巖型、砂質碎屑流型、濁積巖型等類型為主，地震活動是觸發(fā)機制，其形成受獨特地形坡折所控制。

(2)重力流儲層主力區(qū)域在英臺大安地區(qū)，青山口組一、二段重力流儲層以非常規(guī)儲層為主，由于局部存在高滲透，累積砂體厚度大，又處于優(yōu)質烴源巖中間，且有斷層溝通，因而具有好的勘探潛力。

(3)重力流特征研究對我國陸相湖盆濁流沉積研究具有貢獻作用，另外為尋找非常規(guī)油氣儲層開辟了新領域，對油氣勘探和開發(fā)具有極其重要地質意義。

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