南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層層序地層特征與油氣關系

喬海波，宋 ，夏景生，趙子駿，趙曉東，蘭志勤（.中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 唐山 063004；.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 66580）

南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層層序地層特征與油氣關系

喬海波1，宋2，夏景生1，趙子駿2，趙曉東1，蘭志勤2
（1.中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 唐山 063004；2.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

地層劃分問題一直制約了南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層（沙三段—東一段）的后續(xù)油藏評價研究。本文基于層序界面在地震反射結(jié)構(gòu)特征、巖性突變以及電測曲線等方面的特征變化，共識別出該帶4個二級層序界面，8個三級層序界面，并將該帶沙三段—東一段劃分出3個二級層序和7個三級層序。研究表明，南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層層序發(fā)育樣式受湖盆結(jié)構(gòu)及構(gòu)造坡折帶影響，三級層序厚度由南西至北東方向總體呈增厚趨勢，由北西至南東方向總體呈厚—薄—厚的發(fā)育特征。在對層序地層特征研究的基礎上，分析了層序地層與油氣的關系，認為研究區(qū)沙一段中層序存在構(gòu)造與地層控制的油氣藏，而在東營組層序存在構(gòu)造與巖性共同控制的油氣藏，并且在南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層存在有利的構(gòu)造與巖性、構(gòu)造與地層共同控制的復雜油氣藏發(fā)育帶。

南堡凹陷；3號構(gòu)造；中深層；層序地層；油氣藏

自從Vail等1987年提出層序地層學理論以來，一直得到石油地質(zhì)界的普遍關注，并且得到了迅速發(fā)展，特別是國內(nèi)學者針對陸相盆地的層序地層進行了大量研究，許多學者已迅速開展了中國東部陸相湖泊斷陷盆地和地表露頭層序地層學研究，已取得了初步成果［1－3］。但由于陸相斷陷盆地的特殊性和復雜性，仍需要對其進行精細的研究。

南堡凹陷3號構(gòu)造帶位于南堡凹陷沙壘田凸起造山帶北部與相鄰沉積盆地之間的區(qū)域，沉積盆地形成的物源供給主要來自沙壘田凸起，具有典型斷陷盆地的沉積特征［2－5］。南堡凹陷3號構(gòu)造帶自從油氣勘探以來，在古近系沙河街組發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油流。2014年8月在東營組也獲得突破，有的井東營組試油日產(chǎn)純油超過7m3，這些發(fā)現(xiàn)顯示了南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層具有很大的勘探潛力。近年來，一些學者對南堡凹陷進行了大量研究［6－11］，但針對南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層的研究尚處于初期階段。目前主要的問題是沒有建立研究區(qū)統(tǒng)一的層序地層格架，層序地層特征不清楚，地層劃分問題嚴重制約了南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層的后續(xù)油藏評價研究。本文針對這些問題，運用Vail經(jīng)典層序地層學理論和沉積學理論為指導，在充分利用鉆井、測井、地震和巖心資料的基礎上，建立了南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層層序地層格架，研究其不同時期的層序特征，揭示了層序與油氣的關系，以期為研究區(qū)油氣藏的勘探提供指導。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南堡凹陷3號構(gòu)造帶西與南堡2號構(gòu)造、東與南堡4號構(gòu)造相接，其西北部緊鄰生烴凹陷曹妃甸次凹，該帶位于控帶斷層老堡東斷層和老堡西斷層之間，是位于兩個次凹中間的隆起區(qū)。構(gòu)造帶內(nèi)次級斷層多為北東向，構(gòu)造面積240km2，整體呈東西向展布（圖1）。南堡凹陷3號構(gòu)造帶為發(fā)育在寒武系古潛山的一個斷背斜油層，以上依次充填古近系沙河街組、東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系平原組，缺失古生界至中生界大段地層。中深層古近系沙河街組一段（簡稱沙一段）和東營組三段（簡稱東三段）沉積厚度大，發(fā)育辮狀河三角洲、湖泊及深水砂質(zhì)碎屑流等地層沉積。目前在新近系、古近系和寒武系均發(fā)現(xiàn)油藏，有利勘探面積約200km2，具有很大的勘探開發(fā)潛力。

圖1 南堡凹陷3號構(gòu)造區(qū)域位置Fig.1 Tectonic setting of No.3 Structure in the Nanpu depression

2 層序界面識別及特征

南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層在沉積充填過程中，由于湖盆斷陷引起湖平面的突變導致沉積作用的間斷。構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育多條不整合界面，中深層的不整合界面主要存在于東三段與沙一段、沙一段與沙二＋三段以及沙三段與寒武系潛山之間，這些不整合界面形成了不同級次的可追蹤的等時層序界面。根據(jù)研究區(qū)構(gòu)造、沉積背景，以及巖性、電性和地震反射特征，南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層中主要發(fā)育8個三級層序界面，分別為沙三段底界面（SB1），沙二段底界面（SB2），沙一段底界面（SB3），沙一中底界面（SB4），東三段底界面（SB5），東三上底界面（SB6），東二下部界面（SB7）和東一下部界面（SB8）。

21 層序界面識別

2.1.1 地震反射結(jié)構(gòu)特征變化標志

主要包括削頂或沖刷充填造成的不整合關系、地層沉積上超造成的不整合關系、底超和頂超、強振幅反射同相軸所顯示的上下地層的截然差異等，在南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層沙一段的頂部和底部的地層中，界面頂超和削蝕現(xiàn)象清晰可見（圖2）。其中，沙三段底界面（SB1）以中等偏強反射軸為主，連續(xù)性中等偏好，為一區(qū)域性不整合面，整個南堡凹陷可追蹤，界面之下為下伏寒武系碳酸鹽巖地層；沙二段底界面（SB2）為一較強反射軸，在全區(qū)可追蹤，在底部地層中削蝕現(xiàn)象嚴重；沙一段底界面（SB3）為一不整合面，北部表現(xiàn)為地層大致平行，在南部緩坡帶表現(xiàn)為超覆；沙一中底界面（SB4）為一強反射軸，出現(xiàn)下超現(xiàn)象；東三段底界面（SB5）與下伏沙河街組地層呈低角度不整合接觸，全區(qū)發(fā)育很好，表現(xiàn)為兩個低頻較強振幅較連續(xù)反射波同相軸，反射終止形式中上超和削截現(xiàn)象明顯；東三上底界面（SB6）反射較強且連續(xù)，在斜坡部位出現(xiàn)局部地層上超現(xiàn)象，除局部火成巖影響外，基本上可全區(qū)追蹤；東二下部界面（SB7）在地震剖面上反射特征最明顯，表現(xiàn)為強振幅，連續(xù)的雙軌或單軌反射，具有湖泛面特征；東一下部界面（SB8）一般具有中振幅、中高頻、連續(xù)性好的雙軌反射特征，在凹陷主體部位與下伏地層呈整合接觸關系，較容易區(qū)域追蹤，具有湖泛面特征。

2.1.2 巖性突變標志

在南堡凹陷3號構(gòu)造，巖性的變化易于清晰辨別。古近系沙一中下部的灰色、褐色砂泥間互與沙一下上部的淺色泥巖呈整合接觸，巖性界面明顯；沙一中上部為一套灰色、褐色厚層粗砂巖、頂部含油性好，與東三下部泥巖、粉砂質(zhì)泥巖呈角度不整合接觸，具有明顯的巖性突變面（圖3）；東三上底部泥巖與東三下上部粉砂巖、細砂巖呈整合接觸，表現(xiàn)為巖性突變面。東一段下部厚層、物性好的大套穩(wěn)定砂體與穩(wěn)定泥巖之間的巖性突變面為SB8，東二段下部穩(wěn)定泥巖段與砂巖之間的巖性突變面為SB7。

圖2 南堡凹陷3號構(gòu)造帶主要層序界面地震反射結(jié)構(gòu)特征Fig.2 Seismic reflection configuration at themajor sequence boundaries in No.3 Structure zone in the Nanpu depression

圖3 堡古2井SQE d3下和SQE s1中分界面SB5巖性變化與曲線特征Fig.3 Well logs and sharp contactat the boundary SB5 through the Pugu2 well

2.1.3 電性標志

層序界面在測井曲線上有明顯的反映，層序界面上下地層巖相和壓實作用的差異性較大，測井曲線的基值就會發(fā)生明顯的改變，層序界面位于測井曲線基值發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點上。研究區(qū)沙一中頂界面（SB5）聲波、中子、密度具有明顯的三孔隙度曲線跳躍現(xiàn)象，東三上與東三下之間表現(xiàn)為電阻率由明顯低值向顯著高值的分界面（圖3）。另外，層序界面位于反映加積或退積的正旋回和反映進積的反旋回自然電位曲線之間，這是高位體系域或湖退體系域發(fā)育進積型沉積體系的測井響應特征。

22 層序地層特征

通過層序內(nèi)部不整合界面的追蹤，在南堡3號構(gòu)造帶共識別出3個二級層序，即古近系沙三段層序（SSQ1）、古近系沙二段＋沙一段層序（SSQ2）和古近系東營組層序（SSQ3）。結(jié)合地質(zhì)鉆井資料，在二級層序劃分的基礎上共識別出7個三級層序（圖4）。

沙三段層序（SQE s3）對應于古近系二級沉積旋回的中下部，以深灰色泥巖為主，夾少量砂巖，屬裂谷早期一套扇三角洲濱淺湖沉積地層，厚度250～800m，該段層序是南堡凹陷3號構(gòu)造帶主要的生油層段。沙二段層序（SQE s2）對應于古近系SSQ2的中下部，為一套砂礫巖夾紅色泥巖地層，主要為扇三角洲體系沉積，早期研究認為沙三段層序末至沙二段層序沉積期為南堡3號構(gòu)造帶的隆升剝蝕階段，沙二段層序不發(fā)育。后期在對比研究中發(fā)現(xiàn)，在地層中出現(xiàn)了沙二段層序中具有代表性的化石卵形拱星介、濟南土形介和橢圓拱星介，證明了沙二段層序的存在。地層巖性以泥巖為主，表明沙二段的早期南堡凹陷3號構(gòu)造帶曾位于沉積基準面之上，因而，不僅部分沙三段頂部的地層受到剝蝕，而且沙二段下部的地層也基本缺失，沙二段中后期于凹陷低洼部位沉積形成了一套扇三角洲沉積體系。

沙一段層序（SQE s1）在南堡凹陷發(fā)育上、中、下3個完整的三級層序，但在3號構(gòu)造帶只發(fā)育沙一段下層序（SQE s1下）和沙一段中層序（SQE s1中），不發(fā)育沙一段上層序（SQE s1上），主要是由于沙一段末期構(gòu)造抬升，處于沉積基準面之上，地層的剝蝕導致沙一段上層序的剝蝕。沙一段下層序主要為兩套沉積地層，下套為濱淺湖沉積環(huán)境中形成的暗色泥巖，為沙一段層序中主要的生油巖；上套為灰白色、淺灰色含礫砂巖，屬于辮狀河三角洲前緣沉積。沙一段中層序也呈兩段結(jié)構(gòu)，上層為灰白色淺灰色砂礫巖、細砂巖、粉砂巖與淺灰色深灰色泥巖呈不等厚互層；下層為淺灰色細砂巖、粉砂巖與淺灰色泥巖的薄互層，形成于水體較淺的沉積環(huán)境中，為辮狀河三角洲前緣和濱淺湖沉積，是主要的含油層系。

圖4 南堡3號構(gòu)造帶中深層層序地層劃分綜合圖Fig.4 Sequence stratigraphic division for themediumdeep strata within No.3 Structure in the Nanpu depression

東營組層序（SQE d）受區(qū)域東營期沉積中心遷移的控制，研究區(qū)東營期以來一直處于強烈沉降狀態(tài)，沉積作用持續(xù)發(fā)育。自下而上可分為4個三級層序，即東三段下層序（SQE d3下）、東三段上層序（SQE d3上）、東二段層序（SQE d2）和東一段層序（SQE d1）。東三段下層序為該層序的低水位體系域，沉積組合以粗碎屑的沖積體系為特征。東三段上層序為由扇三角洲、前扇三角洲相組成的沉積序列；東二段代表東營期的最大水侵期，沉積了厚達200～400m的加積型泥巖段；東一段代表東營期的湖泊萎縮期，形成了一套以粗碎屑為主的沖積沉積體系。

總體上來看，南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層層序發(fā)育的樣式受湖盆結(jié)構(gòu)及構(gòu)造坡折帶影響，三級層序厚度由南西至北東方向總體呈增厚趨勢，由北西至南東方向顯示地層總體呈厚—薄—厚的發(fā)育特征（圖5）。體系域的發(fā)育分布受控于盆地邊緣類型、構(gòu)造活動、沉積物源等多種因素。其中東二段層序各體系域沉積厚度整體呈由西向東逐漸增厚的趨勢；東三段上層序順物源方向體系域厚度明顯增大，東三段下層序整體砂層厚度較大且變化較穩(wěn)定。沙一段中層序順物源方向體系域及各準層序均呈現(xiàn)出厚度明顯減薄，垂直物源方向地層厚度穩(wěn)定，砂體分布較廣。

圖5 南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層層序地層特征Fig.5 Sequence stratigraphic framework in themediumdeep strata within No.3 Structure in the Nanpu depression

3 層序地層與油氣關系

現(xiàn)在研究地層學特征時，由于對原巖性地層劃分的依賴，在地層的劃分中常常出現(xiàn)偏差，層序地層研究可以在一定程度上補充這些不足。經(jīng)過層序地層學的研究，可以在地層的劃分上有所創(chuàng)新，可能更有利于油氣藏的發(fā)現(xiàn)。南堡凹陷3號構(gòu)造帶形成時，受控于緩坡翹起的橫向不均衡，在構(gòu)造帶發(fā)育小型的鼻狀構(gòu)造，油藏多集中于這些鼻狀構(gòu)造中。研究區(qū)中深層的油藏類型從斜坡帶邊緣向洼陷內(nèi)部具有明顯的變化。在研究區(qū)南部靠近沙壘田凸起的湖盆邊部，多發(fā)育地層超覆型的油氣藏；緩坡帶之上一般為構(gòu)造油氣藏，而在緩坡帶末端或洼陷深部地區(qū)，大多為巖性油氣藏。通過層序地層學研究，結(jié)合構(gòu)造背景、沉積特征以及油藏類型的分析，認為南堡凹陷3號構(gòu)造帶具有明顯的緩坡帶油氣成藏特征。沙一段下層序水退體系域中烴源巖生成的油源沿斷裂向沙一段中具有良好儲集物性的砂體中運移，一部分油氣在油源斷裂附近正向構(gòu)造上的斷層和不整合面遮擋的構(gòu)造與地層圈閉中聚集成藏；另一部分油氣沿著層序界面和骨架砂體橫向運移，通過斷裂進入沙河街組以上的層序中形成構(gòu)造與巖性控制的多套含油層系。由于油氣藏受斷裂控制，后期的構(gòu)造運動肯定會導致早期油氣藏的調(diào)整。后期油氣沿斷裂進入油藏再充注，因此具有多期成藏的特點，所以在南堡凹陷3號構(gòu)造層序中可能存在有利的構(gòu)造與巖性、構(gòu)造與地層共同控制的油氣藏發(fā)育帶（圖6）。

圖6 南堡凹陷3號構(gòu)造帶層序地層與油氣分布關系圖Fig.6 Relationship between sequence stratigraphy and oil reservoir distribution within No3 Structure in the Nanpu depression

4 結(jié)論

（1）根據(jù)南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層的構(gòu)造、沉積背景以及地震反射結(jié)構(gòu)、巖性和電性特征，共識別出沙三段底界面（SB1），沙二段底界面（SB2），沙一段底界面（SB3），沙一中底界面（SB4），東三段底界面（SB5），東三上底界面（SB6），東二下部界面（SB7）和東一下部界面（SB8）8個三級層序界面。

（2）南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層地層可以劃分出古近系沙三段層序（SSQ1）、古近系沙二段＋沙一段層序（SSQ2）和古近系東營組層序（SSQ3）等3個二級層序；劃分出7個三級層序（SQE s3、SQE s2、SQE s1下、SQE s1中、SQE d3下、SQE d3上和SQE d2）。

（3）南堡凹陷3號構(gòu)造帶中深層三級層序厚度由南西至北東方向總體呈增厚趨勢，由北西至南東方向總體呈厚—薄—厚的發(fā)育特征，主要受湖盆結(jié)構(gòu)及構(gòu)造坡折帶影響。

（4）通過對層序地層學特征研究，認為在南堡凹陷3號構(gòu)造帶沙一段中層序中存在構(gòu)造與地層控制的油氣藏，而在東營組層序中存在構(gòu)造與巖性共同控制的油氣藏，并且在研究區(qū)存在有利的構(gòu)造與巖性、構(gòu)造與地層共同控制的復雜油氣藏發(fā)育帶。

［1］ 劉延莉，邱春光，鄧宏文，等.冀東南堡凹陷古近系東營組構(gòu)造對扇三角洲的控制作用［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2008，29（l）：95－101.

［2］ 徐安娜，鄭紅菊，董月霞，等.南堡凹陷東營組層序地層格架及沉積相預測［J］.石油勘探與開發(fā)，2006，33（4）：437－443.

［3］ 管紅，朱筱敏.南堡凹陷東營組層序地層格架及沉積體系［J］.沉積學報，2008，26（5）：730－736.

［4］ 袁選俊，薛叔浩，王克玉.南堡凹陷第三系沉積特征及層序地層學研究［J］.石油勘探與開發(fā)，1994，21（4）：87－94.

［5］ 張文才，楊鳳波，馮有良，等.南堡凹陷高柳地區(qū)古近系坡折帶類型及隱蔽圈閉分布特征［J］.西安石油大學學報（自然科學版），2006，21（6）：15－20.

［6］ 王家豪，王華，周海民，等.河北南堡凹陷老爺廟油田構(gòu)造活動與油氣聚集［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2002，16（2）：205－209.

［7］ 周海民，魏忠文，曹中宏.南堡凹陷的形成演化與油氣的關系［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2000，21（4）：345－349.

［8］ 徐安娜，董月霞，鄒才能，等.南堡凹陷巖性—地層油氣藏區(qū)帶劃分與評價［J］.石油勘探與開發(fā)，2008，35（3）：272－280.

［9］ 馮有良，李思田，解習農(nóng).陸相斷陷盆地層序形成動力學及層序地層模式［J］.地學前緣，2000，7（3）：119－132.

［10］ 楊明慧，劉池陽.陸相伸展盆地的層序類型／結(jié)構(gòu)和序列與充填模式－以冀中坳陷下第三系為例［J］.沉積學報，2002，20（2）：222－228.

［11］ 李思田，潘元林，等.斷陷湖盆隱蔽油藏預測及勘探的關鍵技術—高精度地震探測基礎上的層序地層學研究［J］.地球科學：中國地質(zhì)大學學報，2002，27（5）：592－598.

Sequence stratigraphy and oil reservoirs in themediumdeep strata w ithin No3 Structure，Nanpu depression

QIAO Haibo1，SONG Fan2，XIA Jingsheng1，ZHAO Zijun2，ZHAO Xiaodong1，LAN Zhiqin2
（1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development，East Hebei Oil Field Company，CNPC，Tangshan 063004，Hebei，China；2.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong，China）

Themediumdeep stratawithin No3 Structure consist of the third member of the Shahejie Formataion to the firstmember of the Dongying Formation in the Nanpu depression，and are divided，in terms of seismic reflection configuration，lithology and electric logs，into four secondorder sequence boundaries，i.e.，three secondorder sequences and eight thirdorder sequence boundaries，i.e.，seven thirdorder sequences.Constrained by the lake basin structures and structural break，the thickness of the thirdorder sequences generally increases from the southwest to the northeast，and display thickthinthick patterns from the northwest to the southeast of the study area.There occur the structurallyor stratigraphicallycontrolled oil reservoirs in the central partof the firstmember of the Shahejie Formation，and mixed structurallyand lithologicallycontrolled oil reservoirs in the Dongying Formation.On the whole，the favourable oil reservoirs are controlled by mixed structures and lithology and structures and stratigraphy in themediumdeep strata within No.3 Structure in the Nanpu depression.

Nanpu depression；No.3 Structure；mediumdeep strata；sequence stratigraphy；oil reservoir

P534.6

A

10093850（2017）01001807

20160321；改回日期：20160816

喬海波（1981－），碩士，從事石油地質(zhì)學與油藏評價研究工作。Email：405338436＠qqcomcn

國家科技重大專項“南堡油氣富集規(guī)律與增儲領域”（2011ZX0500606）和中石油股份公司科技重大專項“南堡及外圍第四次油氣資源評價”（2014E050211）聯(lián)合資助