惠民凹陷臨北斷階沙三中亞段砂質(zhì)碎屑流沉積特征

韓作振，劉鳳武，高麗華，夏　迪，韓　梅，李　昊

(1.山東科技大學(xué) 山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島266590；2.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590)

惠民凹陷臨北斷階沙三中亞段砂質(zhì)碎屑流沉積特征

韓作振1,2，劉鳳武2，高麗華1,2，夏迪1,2，韓梅2，李昊1,2

(1.山東科技大學(xué) 山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島266590；2.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590)

摘要：利用巖心、測(cè)井資料以及重力流沉積理論，系統(tǒng)研究了惠民凹陷臨北斷階沙三中亞段水下扇體的重力流沉積特征，前人研究認(rèn)為該區(qū)沉積物為濁積巖，本文通過(guò)對(duì)研究區(qū)沙三中亞段碎屑巖巖石學(xué)特征研究，認(rèn)為該區(qū)重力流沉積物為砂質(zhì)碎屑流。砂質(zhì)碎屑流沉積物主要為包含砂質(zhì)團(tuán)塊的塊狀構(gòu)造，含有泥巖撕裂屑，粒度累積概率曲線以跳躍懸浮總體居多為特征。并對(duì)該砂質(zhì)碎屑流進(jìn)行了沉積相的精細(xì)劃分。

關(guān)鍵詞：惠民凹陷；臨北斷階；砂質(zhì)碎屑流；沉積相

重力流研究始于20世紀(jì)50～60年代，Kuenen、Bouma提出濁流經(jīng)典模式。1970年底，開始深水領(lǐng)域油氣勘探，并取得巨大經(jīng)濟(jì)效益，引起了國(guó)內(nèi)外高度關(guān)注，極大推動(dòng)了以濁流理論為核心的深水沉積理論研究。近年來(lái)，通過(guò)鄂爾多斯盆地、松遼盆地深水沉積搬運(yùn)、沉積機(jī)制和發(fā)育模式的重新認(rèn)識(shí)，對(duì)深水重力流的沉積類型及特征開展了詳細(xì)研究，提出有關(guān)陸相坳陷型盆地中大規(guī)模砂質(zhì)碎屑流發(fā)育的新認(rèn)識(shí)[1-3]?；菝癜枷萆橙衼喍伟l(fā)育一套半深湖-深湖相細(xì)粒沉積，前人多認(rèn)為濁積巖。如羅薇[4]通過(guò)巖性、粒度、構(gòu)造等特征分析，認(rèn)為惠民凹陷臨7斷塊沙三中亞段的細(xì)粒沉積為濁積巖，結(jié)合單井以及連井剖面等分析認(rèn)為其為濁積扇-湖泊相；回春等[5]認(rèn)為臨北地區(qū)沙三中亞段發(fā)育的扇體為濁積扇體。本文在前人研究基礎(chǔ)上，基于大量鉆測(cè)井資料，通過(guò)取心井詳細(xì)的巖石學(xué)和沉積學(xué)分析，根據(jù)砂質(zhì)碎屑流理論，認(rèn)為惠民凹陷臨北斷階沙三中亞段為一套砂質(zhì)碎屑流沉積，并非前人所提出的濁流沉積。走出了原來(lái)認(rèn)為該區(qū)深湖相沉積一律為濁積巖的誤區(qū)，對(duì)于預(yù)測(cè)深湖含油砂體的分布，探索該區(qū)盆地演化具有重要地質(zhì)意義。

1地質(zhì)背景

臨北斷階帶位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷中央隆起帶中部，北部與滋鎮(zhèn)洼陷相鄰，南為臨南洼陷。臨北斷階帶受臨邑?cái)鄬訓(xùn)|部分支的控制，為一向北逐級(jí)抬升的大型斷階帶(圖1)。該區(qū)發(fā)育的新生代地層與整個(gè)濟(jì)陽(yáng)坳陷地層序列基本一致，古近系自下而上包括沙河街組、東營(yíng)組；沙河街組厚度大，分為沙一、沙二、沙三、沙四段。新近系包括館陶組、明化鎮(zhèn)組，古近系和新近系之間呈角度不整合接觸[6-9]。

圖1　研究區(qū)位置及區(qū)域構(gòu)造圖

2砂質(zhì)碎屑流特征

研究區(qū)砂質(zhì)碎屑流沉積發(fā)育于沙三中亞段，巖性主要為粉砂巖和少量細(xì)砂巖，巖心觀察識(shí)別出兩種類型的砂質(zhì)碎屑流沉積物：一種是含泥質(zhì)較少，砂質(zhì)呈條帶狀分布的灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖(圖2(b))；另一種是砂質(zhì)中漂浮塊狀泥礫的灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖。而在巖心樣品中并未發(fā)現(xiàn)濁積巖中常見的鮑馬序列，不具有濁積巖典型特征(圖2(c))。

2.1巖石學(xué)特征

2.1.1巖性特征

通過(guò)對(duì)惠民凹陷臨北斷階帶100余鉆井、測(cè)井資料分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沙河街組沙三中亞段巖性以粉砂巖、泥巖、灰質(zhì)泥巖和油頁(yè)巖為主，見少量細(xì)砂巖、中砂巖，未見粗砂巖。碎屑顆粒磨圓度較差，多為棱角狀至次棱角狀，分選中等到差，分選系數(shù)1.414～2.666。石英含量47%，長(zhǎng)石含量37 %；鉀長(zhǎng)石與斜長(zhǎng)石含量，均值18%左右；巖屑含量約16%；膠結(jié)物以鐵白云石居多。

2.1.2沉積構(gòu)造特征

通過(guò)對(duì)臨7-斜301井沙三中亞段巖心觀察(圖2)，發(fā)現(xiàn)沙三中亞段具有典型砂質(zhì)碎屑流的沉積構(gòu)造特征：在塊狀砂巖中漂浮有不規(guī)則狀泥質(zhì)撕裂塊和砂質(zhì)團(tuán)塊；在塊狀泥質(zhì)粉砂巖中漂浮有粉砂巖團(tuán)塊；粉砂巖中漂浮的泥礫直徑約2.1～5.8 cm，最大可達(dá)13 cm，部分泥礫具有一定磨圓性；發(fā)育滑塌變形構(gòu)造和大段塊狀構(gòu)造。但樣品中并未出現(xiàn)濁積巖中常見的包卷層理以及遞變層理。

(a)滑塌變形構(gòu)造，沙三中中段；(b)、(c) 塊狀砂巖中漂浮泥質(zhì)撕裂屑，沙三中下段；

2.1.3粒度特征

通過(guò)對(duì)臨7-斜301井沙三中亞段砂巖進(jìn)行粒度分析，發(fā)現(xiàn)粒度累計(jì)概率曲線包括三段式和兩段式兩種類型(圖3(a)(b))，其中跳躍總體和懸浮總體較發(fā)育，斜率變化大，同時(shí)具有重力流和牽引流的特征。

圖3　臨7-斜301井粒度圖

砂巖粒度的C 值170～450 μm，平均382.2 μm；M 值 60～150 μm，平均 151.1 μm。在C-M圖上投點(diǎn)大多位于 2 區(qū)，基本平行于 C-M 基線，只有個(gè)別樣品落在1區(qū)牽引流區(qū)(圖3(c))。

因此，砂質(zhì)碎屑流的粒度累積概率曲線和 C-M 圖分析表明(圖3)，其粒度特征具有二元性，即不僅具有重力流的粒度分布特征，而且有牽引流的粒度分布特征。究其原因，可能由于在沉積過(guò)程中經(jīng)過(guò)多次橫向和縱向上的遷移疊加，也是該區(qū)砂質(zhì)碎屑流粒度累積概率曲線典型特征。

2.2測(cè)井相特征

研究區(qū)沙三中亞段臨7-斜301井的測(cè)井曲線特征主要包括：箱型、漏斗型、指型以及平直狀型，幅度中～高幅不等：

1)自然電位曲線呈中-高幅箱形。巖性為粉砂巖或細(xì)砂巖，多具油浸現(xiàn)象，顏色以紅褐色和灰白色為主。厚度在6 m以上的，代表水下主水道沉積微相(圖4(a))；厚度為3～6 m，代表水下分流水道沉積微相(圖4(b))。

2)自然電位曲線呈漏斗形。巖性主要以灰白色泥質(zhì)粉砂巖和泥巖為主，厚度不等，多分布于中扇外部的水道邊緣，代表水道側(cè)緣沉積微相(圖4(d))。

3)自然電位曲線呈中幅指型。巖層厚度一般小于3 m，巖性多為粉砂巖和泥巖互層，代表席狀砂沉積微相(圖4(e))。

4)自然電位曲線呈平直狀。巖性為灰白色泥巖。厚度不等，主要存在于外扇和湖泊相之中，代表水道間、外扇泥、半深湖泥和深湖泥沉積微相(圖4(c)(f))。

根據(jù)巖性以及厚度特征，制作了本區(qū)測(cè)井相模版(圖4)，以指導(dǎo)研究區(qū)沙三中亞段砂質(zhì)碎屑流的沉積微相劃分。

圖4　L7-X301井測(cè)井相特征

2.3砂質(zhì)碎屑流沉積特征

根據(jù)研究區(qū)取心井巖性、粒度、構(gòu)造以及錄井、測(cè)井等分析，結(jié)合構(gòu)造背景，以近代沉積學(xué)理論為基礎(chǔ)，以成因標(biāo)志(如巖性、沉積構(gòu)造、砂巖粒度特征、砂體形態(tài)和測(cè)井曲線組合)為線索進(jìn)行沉積相分析。由于研究區(qū)沙三中亞段屬于半深湖-深湖相沉積，砂巖總體以粒度較細(xì)的粉砂巖、細(xì)砂巖為主，固將該區(qū)砂質(zhì)碎屑流的沉積相類型劃分為遠(yuǎn)岸水下扇，發(fā)育中扇和外扇兩個(gè)亞相，其中中扇亞相可進(jìn)一步劃分為水下主水道、水下分流水道、水道間泥、水道側(cè)緣以及席狀砂5種微相。

2.3.1單井相分析

根據(jù)測(cè)井相模版，對(duì)取心井臨7-斜301井進(jìn)行單井相分析(圖5)。研究發(fā)現(xiàn)，其測(cè)井曲線具有“雙油夾巖”的特征，即砂質(zhì)碎屑流沉積物上下層為油頁(yè)巖。油頁(yè)巖在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為明顯的“高時(shí)差、高感應(yīng)、高電阻”；自然電位曲線表現(xiàn)為與泥巖相似的近乎直線形狀。遠(yuǎn)岸水下扇發(fā)育中扇、外扇兩種亞相，識(shí)別出的沉積微相較全，其中SP曲線主要為中-高幅箱型，巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖為主，部分砂巖存在油浸現(xiàn)象。

圖5　臨7-斜301井單井相分析圖

2.3.2剖面相分析

①東西向剖面相分析：東西向剖面位置如圖9中所示。該剖面中砂體多以獨(dú)立砂層出現(xiàn)。T261井一帶為遠(yuǎn)岸水下扇中扇的水下主水道微相，為中-厚層細(xì)砂巖、粉砂巖沉積；而剖面東西兩側(cè)以薄層的水道側(cè)緣沉積為主，東西向連通性差，砂體呈透鏡體分布(圖6)。

②南北向剖面相分析：南北向剖面位置如圖9中所示。該剖面由北至南均為連通性很好的遠(yuǎn)岸水下扇中扇的水下主水道微相，為中-厚層細(xì)砂巖、粉砂巖沉積；至剖面南部邊緣水道砂體逐漸尖滅(圖7)?？傮w上，該剖面砂體厚度穩(wěn)定，連續(xù)性好。

圖6　東西向沉積相剖面圖

圖7　南北向沉積相剖面圖

圖8　砂質(zhì)碎屑流砂地比圖

3沉積相平面展布

結(jié)合沙三中亞段巖性、測(cè)井以及沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，以沙三中亞段砂厚/砂地比圖(圖8)為基礎(chǔ)，編制了沉積相平面分布圖。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沙三中亞段總體為深灰色、灰黑色油頁(yè)巖、泥巖沉積為主的深湖相沉積。其中，西部地區(qū)以半深湖-深湖相沉積為主；東部地區(qū)為以中厚層狀粉砂巖、細(xì)砂巖為主的遠(yuǎn)岸水下扇沉積，河道自北向南逐漸分支，砂質(zhì)碎屑物來(lái)自北部，砂質(zhì)較細(xì)，以粉砂巖為主，主要發(fā)育中扇和外扇亞相，內(nèi)扇不發(fā)育。圖中的重力流水道，主要以水下主水道和水下分流水道微相為主，其間發(fā)育水道間微相，外部為以細(xì)粒粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主的水道側(cè)緣和席狀砂微相(圖9)。

圖9　砂質(zhì)碎屑流沉積相平面展布示意圖

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)惠民凹陷臨北斷階沙三中亞段砂質(zhì)碎屑流沉積特征進(jìn)行研究，主要取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1)臨北地區(qū)沙三中亞段砂體多為粉砂巖和細(xì)砂巖，粒度較細(xì)，在塊狀砂巖中常漂浮有不規(guī)則泥質(zhì)撕裂塊，見滑塌構(gòu)造，具有典型的砂質(zhì)碎屑流特征。

2)根據(jù)取心井巖性、粒度、構(gòu)造特征，結(jié)合錄井、測(cè)井等特征，將臨北地區(qū)沙三中亞段沉積相劃分為遠(yuǎn)岸水下扇相和湖泊相，其中前者發(fā)育中扇和外扇亞相，中扇亞相以水下主水道和水下分流水道微相為主，另外可見水道側(cè)緣、席狀砂和水道間微相。

3)縱向上，研究區(qū)沙三中亞段砂體南北向連通性相對(duì)較好，東西向連通性差，河道自北向南逐漸分支；平面上，研究區(qū)西部以深湖相沉積為主，東部地區(qū)為中厚層狀粉砂巖、細(xì)砂巖為主的遠(yuǎn)岸水下扇沉積，河道自北向南逐漸分支，砂質(zhì)碎屑物來(lái)自北部，主要發(fā)育中扇和外扇亞相，內(nèi)扇不發(fā)育。

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(責(zé)任編輯：高麗華)

Sandy Debris-flow Sedimentary Characteristics of Middle-Es3 in Linbei Step-fault Zone of Huimin Depression

HAN Zuozhen1,2, LIU Fengwu2, GAO Lihua1,2, XIA Di1,2, HAN Mei2, LI Hao1,2

(1. Shandong University of Science and Technology, Key Laboratory of Depositional Mineralization and Sedimentary Minerals of Shandong Province, Qingdao, Shandong 266590, China;2. College of Earth Science and Engineering,Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

Abstract:Based on gravity flow deposit theory as well as the core and logging data, this paper studied the sedimentary characteristics of gravity flow of the underwater fans of middle-Es3 in Linbei step-fault zone of Huimin depression. Different from previous research which believed the sediments in this area to be turbidite, this research, based on the analysis of clastic rocks petrological characteristics of middle-Es3 in study area, found that the gravity flow sediments was sandy debris-flow deposits, most of which were massive structured sandy clumps with some mudstone tearing crumbs. They were predominantly jumping and suspending particles in cumulative grain size curve. The sedimentary facies of the sandy debris-flow was then divided.

Key words:Huimin depression; Linbei step-fault zone; sandy debris-flow deposits; sedimentary facies

收稿日期：2016-01-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372108，41372134);高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20133718130001);山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013G0020403);青島市重點(diǎn)科研項(xiàng)目發(fā)展計(jì)劃(13-4-1-2-gx);山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地(MDPC2013KF18)

作者簡(jiǎn)介：韓作振(1965—)，男，河南新鄉(xiāng)人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣沉積與成藏方面的研究工作. E-mail：hanzz@163.com

中圖分類號(hào)：P618

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-3767(2016)02-0001-07