渤海灣盆地渤中凹陷埕島東坡古近系東營(yíng)組二段下部源-匯系統(tǒng)

楊 棵,董艷蕾,朱筱敏,潘 榮,張夢(mèng)瑜,伍 煒,王 珩

[1. 中國(guó)石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249；2. 中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249]

地球自46億年前誕生以來(lái),經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過(guò)程,形成了地表上豐富的地貌單元。根據(jù)地貌在成因上的差異,可將其分為造山帶或隆起區(qū)的剝蝕地貌,以及盆地區(qū)的沉積地貌[1-2]。造山帶或隆起區(qū)在特定環(huán)境下遭受風(fēng)化剝蝕,形成造山帶侵蝕區(qū),或其上的早期沉積物在山前堆積,形成物源。經(jīng)過(guò)地球表層的動(dòng)力作用,山前剝蝕帶的沉積物經(jīng)沉積路徑系統(tǒng)被搬運(yùn)至匯水盆地接受沉積,從而在盆地區(qū)形成不同的沉積體系,如三角洲、沖積扇、湖底扇等?？梢哉f(shuō),正是由于剝蝕地貌和沉積地貌通過(guò)沉積路徑彼此聯(lián)系,才形成了源-匯系統(tǒng)[1,3-5]。

近年來(lái),沉積盆地的源-匯系統(tǒng)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注,但這一概念并非首次出現(xiàn)。1972年,Meade基于對(duì)美國(guó)西部晚全新世形成的濱岸邊緣的研究,首次提出了源-匯概念,他指出了山坡、河流以及土壤對(duì)物源的貢獻(xiàn),并將接受物源供應(yīng)的濱岸和陸架稱為沉積匯水區(qū)[6]。此后的20余年間,又有多位學(xué)者對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)了系統(tǒng)性研究。

進(jìn)入21世紀(jì)以后,美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)公布了《洋陸邊緣科學(xué)計(jì)劃2004》,將源-匯系統(tǒng)列為了重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一,更加明確地提出了針對(duì)該領(lǐng)域的研究對(duì)象和研究方法,開(kāi)始將源-匯系統(tǒng)與沉積學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)[5-8]。在2010年的美國(guó)AAPG年會(huì)上,源-匯系統(tǒng)再次受到了廣泛關(guān)注。

源-匯系統(tǒng)作為一種新的研究思路,在許多研究中都有體現(xiàn)。例如,徐長(zhǎng)貴在研究渤海海域時(shí)提出了陸相斷陷盆地源-匯時(shí)空耦合的控砂思想與控砂模式,將有效物源體系、高效匯聚體系和基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換體系歸納為源-匯時(shí)空耦合體系,大大提高了對(duì)研究區(qū)砂體和儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)能力[5]； S?mme T O等將源-匯思想應(yīng)用于挪威上白堊統(tǒng)海相扇體的研究上,并綜合運(yùn)用了地震、測(cè)井、巖心等資料,對(duì)研究區(qū)的沉積背景、動(dòng)力機(jī)制、扇體演化進(jìn)行了全面分析[9]；Bentley S S J等將目光投向了美國(guó)密西西比河,通過(guò)對(duì)該區(qū)域的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候變化、人類活動(dòng)等因素的評(píng)估,明確了密西西比河在新近紀(jì)的演化過(guò)程和源-匯關(guān)系[10]。

埕島東坡從沙河街組一段(以下簡(jiǎn)稱為沙一段)東營(yíng)組主要發(fā)育了曲流河沉積、辮狀河三角洲沉積、重力流沉積,以及生物灘、濱淺湖灘壩等沉積體,沉積類型可謂豐富多樣。按照源-匯思想,沉積盆地多樣的沉積類型勢(shì)必來(lái)自于物源區(qū)豐富的物源供給,而物源區(qū)和沉積區(qū)的空間耦合關(guān)系決定了有利砂體的展布。因此,追蹤研究區(qū)的物源及其搬運(yùn)路徑便顯得尤為重要。

本文基于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島東坡最新處理的三維地震資料、12口巖心資料和86口鉆、測(cè)井資料,以東二段下部EdⅣ砂組為目的層,結(jié)合全區(qū)的區(qū)域構(gòu)造背景和地震沉積學(xué)精細(xì)刻畫(huà),恢復(fù)了目的層的古地貌,綜合分析了目的層沉積體的源-匯過(guò)程及其各要素之間的耦合關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)(埕島東坡)位于渤中凹陷交匯于濟(jì)陽(yáng)坳陷的邊界地帶,從埕北低凸起東南部開(kāi)始,延伸至渤中凹陷,有利勘探面積近300 km2(圖1)。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島東坡位置Fig.1 Location of the eastern slope of Chengdao(a)and major well locations of the study area(b)in Jiyang Depressiona.研究區(qū)位置；b.研究區(qū)主要井位分布

研究區(qū)四周被凹陷所包圍,向南以埕北斷層為邊界與埕北凹陷相鄰,東南方向以斷層為界緊鄰樁東凹陷,而東北逐漸過(guò)渡為斜坡帶并與渤中凹陷相鄰。渤中凹陷是渤海海域面積最大的凹陷,為斷陷型盆地,在古近系歷經(jīng)了沙河街組斷陷期和東營(yíng)組坳陷期兩個(gè)構(gòu)造演化階段[11],該區(qū)域?yàn)楸疚乃鲈?匯系統(tǒng)的主要匯區(qū)(沉積區(qū))。

東營(yíng)組沉積時(shí)期,渤中凹陷快速下沉,沉積厚度達(dá)約2 800 m,逐漸成為整個(gè)渤海灣盆地的主要沉積中心。埕島東坡東營(yíng)組地層按巖電性組合和沉積旋回可劃分為東一段、東二段、東三段,共包括東營(yíng)組EdⅠ、EdⅡ、EdⅢ、EdⅣ、EdⅤ、EdⅥ6個(gè)亞段。本文主要針對(duì)位于東二段下部的EdⅣ亞段展開(kāi)探討。沉積相方面,EdⅣ亞段的沉積環(huán)境為半深湖沉積,發(fā)育洪水湖底扇(圖2)。

根據(jù)精細(xì)化勘探的需要,并結(jié)合地震、測(cè)井、沉積學(xué)等方法和理論,本文將EdⅣ亞段細(xì)分為了EdⅣ1、EdⅣ2和EdⅣ33個(gè)砂組。從沉積旋回的角度看,EdⅣ亞段對(duì)應(yīng)于1個(gè)三級(jí)層序(SQ4),相當(dāng)于1個(gè)長(zhǎng)期旋回,其內(nèi)部又可劃分為3個(gè)中期旋回(基本對(duì)應(yīng)于EdⅣ1、EdⅣ2和EdⅣ3砂組)和6個(gè)短期旋回(EdⅣ11、EdⅣ12、EdⅣ21、EdⅣ22、EdⅣ31和EdⅣ32亞砂組)。每個(gè)短期旋回基本對(duì)應(yīng)于一根地震同相軸(圖3)。

2 源-匯系統(tǒng)要素特征

埕北低凸起位于渤海海域西南部,夾持在埕北凹陷和沙南凹陷之間,呈北西走向,面積為660 km2,凸起西段為地壘結(jié)構(gòu),東段為南斷北超的單面山[12]。古近系東營(yíng)組沉積期,研究區(qū)的凸起帶及其沉積區(qū)(斜坡帶、洼陷帶)組成了一套完整的源-匯系統(tǒng)?；谧钚碌你@井資料和三維地震資料,并結(jié)合源-匯系統(tǒng)理論,精細(xì)刻畫(huà)了埕北低凸起前寒武系的基巖組成、匯水單元分布、搬運(yùn)體系類型及規(guī)模、沉積體系時(shí)空展布特征,有利于探討目的層段源-匯系統(tǒng)配置關(guān)系及差異性,指導(dǎo)沉積區(qū)有利儲(chǔ)集砂體的預(yù)測(cè)。

2.1 物源體系

物源體系是源-匯系統(tǒng)的重要部分,也是沉積砂體存在的物質(zhì)基礎(chǔ),物源區(qū)匯水單元及基巖性質(zhì)研究可指導(dǎo)預(yù)測(cè)源-匯系統(tǒng)內(nèi)物源區(qū)不同區(qū)帶分化、剝蝕差異和沉積區(qū)沉積組分特征,作為沉積盆地演化與古環(huán)境恢復(fù)的重要依據(jù)[9,13-14]。

2.1.1 基巖組成

根據(jù)埕島-樁海地區(qū)中生界頂部巖相分布圖(圖4)可知,研究區(qū)沉積區(qū)中生代頂部巖石類型以碎屑巖為主,也發(fā)育火山碎屑巖,其中埕北低凸起源區(qū)及沉積區(qū)中生界缺失,主要出露上古生界海陸交互相碎屑巖。因此,研究區(qū)物源區(qū)可向沉積區(qū)提供碎屑巖、火山巖碎屑巖及火山巖等物源。

2.1.2 匯水單元刻畫(huà)

基于對(duì)埕北低凸起基巖組成的分析得知,研究區(qū)基巖以碎屑巖、火山碎屑巖及片麻巖為主。凸起區(qū)的基巖經(jīng)過(guò)風(fēng)化剝蝕形成的陸源碎屑,可通過(guò)水流搬運(yùn)進(jìn)入沉積盆地沉積。流水搬運(yùn)沉積物的通道稱為搬運(yùn)通道。因此,沉積物通過(guò)搬運(yùn)通道搬運(yùn)至盆內(nèi)腹地低勢(shì)區(qū)沉積,湖盆內(nèi)是碎屑巖沉積體的主要場(chǎng)所。

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島東坡埕北323井綜合柱狀圖Fig.2 Composited stratigraphic column of Chengbei Well 323 in the eastern slope of Chengdao in Jiyang Depression

通常情況下,古地理格局(古地貌)能直觀地反映凸起區(qū)的地貌特點(diǎn),有利于匯水單元的刻畫(huà),同時(shí),古地貌又制約著盆地的可容空間[15],因此,恢復(fù)研究區(qū)的古地貌便顯得尤為重要。目前,恢復(fù)古地貌的方法有很多,如地層對(duì)比法、殘余厚度法、印模法、層序地層恢復(fù)法等[16],本次研究采用“印模法”對(duì)目的層段的古地貌進(jìn)行了恢復(fù)。這種方法利用了侵蝕面上覆地層與下伏地層存在鏡像關(guān)系這一特點(diǎn),即地勢(shì)較低的區(qū)域?qū)?yīng)的上覆地層較厚,地勢(shì)較高的區(qū)域?qū)?yīng)的上覆地層較薄[17]。在恢復(fù)出的目的層古地理格局圖上,根據(jù)埕北低凸起的古地貌展布,識(shí)別了7條搬運(yùn)通道(V1—V7)(圖5),并以與凸起長(zhǎng)軸方向平行的分水嶺(最高點(diǎn)的連線)為界,從北向南依次劃分了7個(gè)匯水單元(a—g),其中黑色虛線為匯水單元邊界(圖5a)。在匯水單元內(nèi),結(jié)合地形坡度和溝谷分布,刻畫(huà)出主水系和分支水系。通過(guò)定量刻畫(huà)不同匯水單元的參數(shù)可以看出,水系在f區(qū)內(nèi)延伸最長(zhǎng),達(dá)2.2 km,垂向高差為0.121 km,匯水面積為8.6 km2。此外,b區(qū)、c區(qū)和d區(qū)均有較長(zhǎng)的水系長(zhǎng)度(分布為1.8,1.9和1.6 km),較大的垂向高差(分別為0.121,0.133和0.144 km)和匯水面積(分別為6.4,6.5和9.3 km2)。不同溝道的匯水面積大小、垂向高差等參數(shù)有較大差異。

2.2 搬運(yùn)體系

2.2.1 搬運(yùn)通道(輸砂體系)類型

埕北低凸起的基巖在風(fēng)化剝蝕作用下形成碎屑,沿搬運(yùn)(輸砂)通道向沉積區(qū)搬運(yùn),最終沉積并固結(jié)成巖。由于研究區(qū)經(jīng)歷了多次強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng),區(qū)內(nèi)發(fā)育多條斷層,并在沙河街組早期開(kāi)始進(jìn)入斷陷階段,因此,從凸起到沉積區(qū)的物源供給受到斷層的影響?；诖?并根據(jù)輸砂體系的分類方案,本次研究將搬運(yùn)碎屑物質(zhì)的通道按形成原因分為了古溝谷型和斷槽型兩種類型[5](圖5c)。前者則由基準(zhǔn)面下降后的河流下切侵蝕形成,它不僅是凸起向盆地輸送沉積物的通道,同時(shí)古溝谷本身也可形成良好的儲(chǔ)集體；后者為斷層兩盤(pán)相互錯(cuò)動(dòng)形成,垂向高差通常較大[18]。

圖3 濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島東坡埕北81井東營(yíng)組高分辨層序地層劃分及地震響應(yīng)Fig.3 High resolution stratigraphic sequence division and seismic responses of the Donying Formation in Well Chengbei- 81 in the eastern slope of Chengdao,Jiyang Depression

此外,古溝谷(亦可稱為下切河谷)按其剖面形態(tài)又可劃分為V型、U型和W型3種類型。V型溝谷主要由河流下切侵蝕形成,水動(dòng)力往往較強(qiáng),但搬運(yùn)的沉積物磨圓較差,分選不均；U型溝谷則發(fā)育于壯年期的河流中,沉積物的充填樣式有垂向或側(cè)向疊置兩種,水動(dòng)力較V型溝谷弱,但其搬運(yùn)的沉積物磨圓和分選均較好；W型溝谷則是河流晚期遷移、分叉形成,水動(dòng)力最弱,攜帶的沉積物較細(xì)[18]。從現(xiàn)代河流環(huán)境可以看出,河流上游高勢(shì)區(qū)往往發(fā)育V型溝谷,流入低勢(shì)區(qū)后則依次發(fā)育U型溝谷和W型溝谷,因此,運(yùn)用將今論古思想可以推斷古代河流也應(yīng)同樣如此。古溝谷能控制沉積物的搬運(yùn)方向,有利砂體往往位于古溝谷的前方[16,19-20]。

基于上述的搬運(yùn)通道分類方案,根據(jù)凸起區(qū)基巖組成、匯水單元刻畫(huà),再結(jié)合古地貌,選取了NW-SE方向的地震格架剖面,并在平面上對(duì)沿搬運(yùn)通道分布的單井巖性進(jìn)行了分析(如過(guò)V1通道的勝海801井和過(guò)V4通道的埕北817井,從中能看出明顯的河流侵蝕形成的二元沉積結(jié)構(gòu))(圖5b,圖6),明確了東二段下部EdⅣ32砂組的物源通道類型。埕北低凸起北側(cè)緩坡帶雖然主要受到的是侵蝕坡折帶作用,地形坡度相對(duì)平緩[20],但從地震格架剖面上顯示也同時(shí)存在局部小型斷層,同時(shí),在斷裂平面分布圖上亦能明顯看出通道V2處有平行于通道延伸方向的斷層(圖7c)。因此,由斷層控制的斷槽(V2和V3)與由河流侵蝕產(chǎn)生的古溝谷(V1，V4，V5，V6和V7)(研究區(qū)主要發(fā)育U型及V型古溝谷)在本區(qū)均有發(fā)育,凸起區(qū)的碎屑物質(zhì)同時(shí)通過(guò)這兩種類型的搬運(yùn)通道向沉積區(qū)供源。

圖4 濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島-樁海地區(qū)中生界頂部巖性分布Fig.4 Lithologic distribution of the top Mesozoic in Chengdao-Zhuanghai area in Jiyang Depression

圖5 埕北低凸起古地理格局與匯水單元?jiǎng)澐諪ig.5 Palaeogeomorphology and catchment unit division of Chengbei low salienta. EdⅣ32砂組地貌俯視圖；b. V1和V4溝谷內(nèi)巖性圖；c. 陸相盆地輸砂體系類型[5]

2.2.2 搬運(yùn)通道定量刻畫(huà)

通過(guò)定量統(tǒng)計(jì)不同搬運(yùn)通道的寬度、深度、寬深比和截面積等參數(shù)(表1),可綜合表征搬運(yùn)沉積通量。在斷槽V2和V3中,V3的寬度、深度和寬深比大,依次為0.474 km，0.105 km和4.50,截面積為0.024 km2,表明沉積物其在斷槽中的搬運(yùn)通量最大；反之,V2的搬運(yùn)能力小于V3。在古溝谷V1，V4，V5，V6和V7中,V6的寬度、深度和寬深比最大,依次為1.218 km，0.107 km和11.40,截面積為0.065 km2,反映其在古溝谷中的搬運(yùn)通量最大,其余四條古溝谷的搬運(yùn)通量從大到小依次為V1>V7>V4>V5。通過(guò)對(duì)斷槽和古溝谷的參數(shù)統(tǒng)計(jì)可知,斷槽V2、V3的平均寬深比為3.39,平均截面積為0.018 km2；古溝谷V1，V4，V5，V6和V7的平均寬深比為7.874,平均截面積為0.044 km2。因此,綜合對(duì)比斷槽與古溝谷的參數(shù)可知,古溝谷的搬運(yùn)沉積物總量大于斷槽。

2.3 沉積體系

2.3.1 沉積相

在研究區(qū)東西向地震剖面中,靠近盆腹沉積區(qū)發(fā)育進(jìn)積反射,且振幅相對(duì)較強(qiáng)(圖7a)。沉積物向盆地的推進(jìn)過(guò)程可以形成進(jìn)積地震反射結(jié)構(gòu),其進(jìn)積的方向可大致代表物源和水流方向,且在地震剖面上較容易識(shí)別。表明研究區(qū)沉積區(qū)物源主要受來(lái)自西部多物源供源的影響,東西向進(jìn)積地震反射結(jié)構(gòu)明顯,推測(cè)其物源相對(duì)充足,發(fā)育洪水湖底扇,扇體規(guī)模偏小,但數(shù)量較多,物源為西部埕北低凸起。

對(duì)于沉積相的平面展布,本文采取了地層切片的方法。從地層切片可以看出,EdⅣ3沉積期,強(qiáng)波阻抗(紅色)分布于整個(gè)沉積區(qū)(圖7b)。自研究區(qū)西部埕北低凸起向東,物源區(qū)有約7條主溝道為盆內(nèi)供源(圖7c中白色實(shí)線),沉積區(qū)內(nèi)也存在兩條坡折帶控制沉積砂體的展布(圖7c中紅色虛線段)。從地層切片可以看出,研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育孤立的湖底扇。

2.3.2 沉積區(qū)坡折發(fā)育特征

沉積區(qū)(凹陷區(qū))是接受從物源區(qū)(凸起區(qū))搬運(yùn)而來(lái)的碎屑物質(zhì)的區(qū)域,它是沉積砂體的有利區(qū)域。從古地貌格局上可以明顯看出,沉積區(qū)具有兩種不同的地貌特點(diǎn)——以搬運(yùn)通道V5為界,沉積區(qū)南北沉積條件有較大差異,其中,北部沉積區(qū)地貌開(kāi)闊平坦,可容納砂體沉積的空間較為開(kāi)闊；南部沉積區(qū)地貌局限,可容空間變小。根據(jù)可容空間大小將沉積區(qū)劃分為兩大沉積單元,這樣劃分既可以了解搬運(yùn)通道在沉積區(qū)地貌控制下的延伸特點(diǎn),也能明確不同地貌控制下砂體展布的特征。

圖6 埕北低凸起物源通道地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.6 Seismic section of source channels on Chengbei low salient(see Fig.1 for the section location)

圖7 埕島東坡EdⅣ32東西向地震剖面(a)(剖面位置見(jiàn)圖1)；埕島東坡EdⅣ32波阻抗屬性圖(b)；埕島東坡EdⅣ32沉積相圖(c)Fig.7 EW-trending seismic section(a)(see Fig.1 for the section location),impedance attribute map(b),sedimentary facies map(c)of the EdⅣ32 in the eastern slope of Chengdao

此外,本沉積區(qū)的砂體展布除了受到沉積區(qū)古地貌的控制,還受到沉積區(qū)坡折帶變化的控制。坡折帶是地貌坡度發(fā)生突變的地帶,它對(duì)沉積體系的類型、展布和層序樣式具有重要的控制作用[20]。不同的坡折特征對(duì)砂體的分布樣式有著不同的控制作用[21-23]。從古地貌格局圖上能定性地識(shí)別出沉積區(qū)具有兩個(gè)不同的坡折帶,自西向東依次發(fā)育地形坡折(第一坡折帶)和斷裂坡折(第二坡折帶)(圖8a)。

表1 埕島東坡東二段EdⅣ32砂組物源通道剖面參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Parametric statistics of the source channels within the Paleogene Dong 2 member(EdⅣ32)in the eastern slope of Chengdao

同時(shí),沿搬運(yùn)通道從北向南依次拾取了6條過(guò)坡折帶任意測(cè)線,并通過(guò)對(duì)地震格架剖面上坡折帶的定量分析,統(tǒng)計(jì)出了兩條坡折帶的不同溝道處坡角參數(shù)(表2)。從圖3可知,V4搬運(yùn)通道的扇體沉積最為發(fā)育,其次是搬運(yùn)通道V5?？梢?jiàn)坡折角度太大或太小均不利于砂體沉積發(fā)育。需要特別指出的是,搬運(yùn)通道V2只經(jīng)過(guò)了第一坡折,且其經(jīng)過(guò)的坡角偏小,分別為3°,因此從坡角參數(shù)可以推測(cè),V2的搬運(yùn)距離遠(yuǎn)不及其他搬運(yùn)通道,砂體的沉積規(guī)模也不及其他搬運(yùn)通道所對(duì)應(yīng)的砂體規(guī)模。

將兩類坡折發(fā)育位置及角度、扇體分布邊界及單井砂地比值(圖5a,圖8a,圖8b)對(duì)比分析,扇體分布主要集中于斷裂坡折帶下傾方向,而地形坡折帶下傾方向分布相對(duì)較少；顯然扇體發(fā)育可能與坡折類型相關(guān),而與坡折角度大小相關(guān)性偏小(圖8c)。

2.3.3 沉積區(qū)溝道發(fā)育特征

通常來(lái)說(shuō),沉積物搬運(yùn)通道內(nèi)通道規(guī)模與沉積區(qū)砂體沉積規(guī)模有一定的相關(guān)性。本次研究表明,向盆地方向,沉積物搬運(yùn)通道溝道截面積越來(lái)越大,寬深比也越來(lái)越大,且溝道的類型由V型向U型甚至碟型轉(zhuǎn)化。特選取最大規(guī)模扇體所對(duì)應(yīng)的搬運(yùn)通道V4,在其上依次截取了3條地震剖面(V41，V42，V43)(圖9),通過(guò)定量統(tǒng)計(jì)通道在沉積區(qū)的延伸過(guò)程中的規(guī)模變化,進(jìn)而明確沉積區(qū)搬運(yùn)通道與砂體規(guī)模的關(guān)系。研究表明,沉積區(qū)搬運(yùn)通道(渠)的規(guī)模從源區(qū)水系到沉積區(qū)水系逐漸變小,表現(xiàn)在截面積和寬深比增大同時(shí),溝道寬度越來(lái)越大,深度越來(lái)越小,水流的下切作用和搬運(yùn)能力相對(duì)減弱,碎屑沉積物逐步卸載沉積。

圖8 埕島東坡東二段下部EdⅣ32砂組坡折帶發(fā)育特征(a)；埕島東坡東二段下部EdⅣ32砂組坡折帶發(fā)育與砂體分布關(guān)系圖(b)(地震剖面位置見(jiàn)圖6(a))；埕島東坡東二段下部EdⅣ32第一坡折角度與最大扇體體積關(guān)系圖(c)Fig.8 Characteristics(a),the relationship between the slope break zone and the sandbody distribution(b)(see Fig.6(a)for the profile location),and the relationship between the first slope break angle and the maximum fan volume(c),of the EdⅣ32in the eastern slope of Chengdao

任意測(cè)線編號(hào)對(duì)應(yīng)搬運(yùn)通道第一坡折坡角/(°)第二坡折坡角/(°)11'V17.03.922'V23.0無(wú)33'V37.29.844'V47.08.655'V57.74.666'V64.88.8

注：搬運(yùn)通道V7處無(wú)明顯坡折變化;根據(jù)古地貌布局和扇體展布,22′測(cè)線對(duì)應(yīng)的V2溝谷未延伸至第二坡折,故該處未納入統(tǒng)計(jì)。

2.4 源-匯系統(tǒng)耦合關(guān)系

2.4.1 源-匯要素相關(guān)性

源-匯系統(tǒng)是一個(gè)完整的整體,包含了從物源區(qū)到沉積區(qū)的所有地質(zhì)要素。這些要素看似獨(dú)立,實(shí)際則相互聯(lián)系。源-匯系統(tǒng)各要素的聯(lián)系又決定了系統(tǒng)內(nèi)各部分耦合關(guān)系的好壞。本研究區(qū)中,控制砂體沉積規(guī)模的要素主要為物源區(qū)巖石類型、匯水單元面積、搬運(yùn)通道規(guī)模、研究區(qū)古地貌等。因此,統(tǒng)計(jì)源-匯系統(tǒng)的主要參數(shù)(表3),充分考慮和分析各要素之間的相關(guān)性,從而能夠確定控制研究區(qū)源-匯過(guò)程的主要因素,進(jìn)而對(duì)該地區(qū)的砂體展布形成更完整、可靠的認(rèn)識(shí)。

1) 物質(zhì)組成及供給量

物源區(qū)巖石的物質(zhì)組成決定了沉積區(qū)巖石的種類和分布。本次研究的物源區(qū)位于埕北低凸起,其機(jī)械風(fēng)化形成的碎屑顆粒較粗,抗壓實(shí)能力也較強(qiáng)。

在基巖組成、搬運(yùn)通道類型和規(guī)模相近的條件下,分別對(duì)比物源區(qū)的垂向高差和扇體規(guī)模(扇體面積、厚度和體積)可知,垂向高差與扇體規(guī)模呈明顯的正相關(guān),反映出較大的垂向高差能為沉積物向前推進(jìn)提供較大的動(dòng)力。如果將物源區(qū)匯水單元面積考慮在內(nèi),則發(fā)現(xiàn)大規(guī)模扇體所對(duì)應(yīng)的匯水面積也較大。因此,垂向高差越大,物源供給量越大,對(duì)應(yīng)的扇體規(guī)模也越大；同時(shí)匯水面積越大,對(duì)應(yīng)的扇體規(guī)模也越大。

2) 優(yōu)勢(shì)堆積方向及搬運(yùn)通量

研究區(qū)的搬運(yùn)區(qū)內(nèi)發(fā)育古溝谷和斷槽兩種搬運(yùn)通道。在同種類型的搬運(yùn)通道中,通道的尺寸(寬深比及截面積)能反映出其搬運(yùn)通量的大小,進(jìn)而決定沉積體的規(guī)模。分別對(duì)比北部沉積區(qū)的古溝谷V1和V4以及斷槽V2和V3可以得出,較大的寬深比和通道截面積通常能對(duì)應(yīng)較大規(guī)模的扇體；對(duì)比南部沉積區(qū)內(nèi)的三條古溝谷及其對(duì)應(yīng)的扇體可知,存在古地貌阻隔的區(qū)域,砂體的沉積會(huì)明顯受到沉積區(qū)古地貌的限制,通道尺寸和扇體規(guī)模的相關(guān)性不及北部沉積區(qū)明顯。因此,通道尺寸是扇體發(fā)育規(guī)模的必要不充分條件。

圖9 埕島東坡EdⅣ32搬運(yùn)通道(V4)規(guī)模演變與定量統(tǒng)計(jì)Fig.9 Evolvement of transport pathways(V4)in scope and quantitative statistics of the EdⅣ32 in the eastern slope of Chengdaoa. V4古溝谷的演變；b. V4古溝谷的定量統(tǒng)計(jì)；c. V4平面位置

基巖組成物源區(qū)搬運(yùn)區(qū)沉積區(qū)匯水單元匯水面積/km2垂向高差/km水系長(zhǎng)度/km通道類型通道編號(hào)寬深比截面積/km2沉積單元沉積單元類型最大扇體面積/km2最大扇體厚度/m最大扇體體積/km3碎屑巖、火山碎屑巖及片麻巖a5.90.1311.1古溝谷V111.130.063b6.40.1211.8斷槽V22.280.012c6.50.1331.9斷槽V34.50.024d9.30.1441.6古溝谷V45.240.029e6.30.1321.2古溝谷V55.220.029f8.60.1212.2古溝谷V611.390.065g6.00.1140.7古溝谷V76.380.034A開(kāi)放性B限制性0.5270.003 60.21.20.000 20.85390.033 21.1729.70.034 70.8211.60.009 50.4514.40.006 51.08——

3) 沉積區(qū)可容空間

可容空間是可供沉積物沉積的空間,砂體在其中接受沉積,因此,沉積區(qū)的地貌特點(diǎn)勢(shì)必會(huì)影響可容空間的變化,進(jìn)而影響砂體的展布。如前文所述,此次研究的沉積區(qū)根據(jù)古地貌格局劃分為南北兩個(gè)區(qū)域。綜合對(duì)比兩個(gè)沉積區(qū)的源-匯要素可知,位于開(kāi)放性區(qū)域的扇體一般只受到源區(qū)條件(物源供給量、匯水面積、垂向高差)、搬運(yùn)通道尺寸等要素控制,并且彼此的相關(guān)性較為明顯；位于限制性區(qū)域的扇體則受物源供給及可容空間的限制,若該區(qū)域存在隔檔,沉積物則不能沿著搬運(yùn)通道向前推進(jìn),在物源供給量一定、搬運(yùn)區(qū)條件良好的情況下,也只能原地形成較小規(guī)模的扇體。

基于研究區(qū)源-匯系統(tǒng)各要素的探討分析,結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析擬合物源區(qū)垂向高差、匯水面積、搬運(yùn)通道截面積及沉積區(qū)最大扇體體積間相關(guān)性函數(shù)關(guān)系如下：

(1)

R2=0.95.

(2)

式中：H為物源區(qū)垂向高差,m；Ac為匯水面積,km2；Av為搬運(yùn)通道截面積,km2；V為沉積區(qū)最大扇體體積,km3；R2為相關(guān)系數(shù)。R2是判定擬合度好壞的統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)。若R2=1,則與回歸曲線完全擬合,相關(guān)性最好；若R2=0,則與回歸曲線沒(méi)有擬合度,無(wú)相關(guān)性。

通過(guò)上述函數(shù)關(guān)系及數(shù)據(jù)相關(guān)性分析,研究區(qū)垂向高差(H)與沉積區(qū)最大扇體體積(V)相關(guān)性最高,表明物源區(qū)垂向高差決定了研究區(qū)沉積物的供給量,地形高差大常伴生規(guī)模偏大的湖底扇沉積；其次是匯水面積(Ac),其與沉積區(qū)最大扇體體積(V)相關(guān)性較高,表明物源區(qū)匯水面積可持續(xù)為沉積區(qū)提供充足物源供給,聯(lián)合垂向高差共同決定沉積供給通量；再者是通道截面積(Av),其與沉積區(qū)最大扇體體積(V)相關(guān)性偏低,表明通道截面積雖決定沉積物搬運(yùn)通量,但并不直接地、單一地決定扇體沉積規(guī)模,需要綜合考慮其他因素,方可尋找到有利的大規(guī)模砂體。在研究區(qū)目的層段內(nèi),沉積區(qū)沉積物總量與物源區(qū)垂向高差及匯水單元面積密切相關(guān),即垂向高差大、匯水單元面積大,沉積區(qū)形成的扇體規(guī)模可能越大,反之,沉積扇體規(guī)模越小?？傮w而言,物源區(qū)條件(沉積物供給量、垂向高差、匯水面積)是扇體大規(guī)模發(fā)育的關(guān)鍵。

2.4.2 源-匯耦合模式

埕島地區(qū)東二段下部(EdⅣ32)沉積時(shí)期,西部埕北低凸起為其主要物源供給區(qū),基巖以碎屑巖及火山碎屑巖為主,沉積中心位于研究區(qū)東北部,南部地形復(fù)雜,呈隆洼相間格局。研究區(qū)自西向東,發(fā)育兩條坡折帶,不同溝道內(nèi)坡折角度有差異。埕北低凸起提供的物源,通過(guò)古溝谷或斷槽向盆內(nèi)優(yōu)勢(shì)可容空間搬運(yùn),越過(guò)坡折,在坡折下傾方向卸載沉積,沿搬運(yùn)通道形成規(guī)模偏小、有水道發(fā)育、相變快且扇體孤立的洪水湖底扇,形成埕島地區(qū)從物源區(qū)、搬運(yùn)區(qū)至最后沉積區(qū)綜合的溝谷-斷裂-坡折多元型源匯系統(tǒng)。

溝谷-斷裂-坡折多元型源匯系統(tǒng)以多巖性基底為“源”,物源區(qū)發(fā)育多個(gè)匯水單元,垂向高差大(平均垂向高差約1 280 m),匯水面積小(平均匯水面積約7 km2)且數(shù)目多,碎屑巖沉積物沿古溝谷或斷槽等搬運(yùn)通道搬運(yùn),在坡折處卸載、堆積,在不同期次洪水作用下,形成多個(gè)獨(dú)立分布的洪水湖底扇。在東二段EdⅣ32沉積時(shí)期,研究區(qū)源-匯系統(tǒng)配置關(guān)系較為穩(wěn)定,發(fā)育多巖性源區(qū)(物源區(qū))-古溝谷或斷槽的物源通道-地形坡折/斷裂坡折搬運(yùn)通道(搬運(yùn)區(qū))-孤立洪水湖底扇(沉積區(qū))-源溝坡源匯耦合模式(圖10)。

圖10 埕島東坡EdⅣ32砂組源匯配置關(guān)系及耦合模式Fig.10 Configuration and coupling model of the “Source-to-Sink” system in the EdⅣ32,eastern slope of Chengdao

3 結(jié)論

濟(jì)陽(yáng)坳陷埕島東坡東營(yíng)組東二段EdⅣ32砂組沉積主要受控于物源供給、古地貌等因素,西部埕北低凸起為其主要物源供給區(qū),基巖以碎屑巖、火山碎屑巖及片麻巖為主,沉積物通過(guò)古溝谷或斷槽向盆內(nèi)優(yōu)勢(shì)可容空間搬運(yùn),越過(guò)坡折,在坡折下傾方向上卸載沉積,沿搬運(yùn)通道形成規(guī)模偏小、有水道發(fā)育、相變快且扇體孤立的洪水湖底扇,形成埕島地區(qū)從物源區(qū)、搬運(yùn)區(qū)至最后沉積區(qū)綜合的溝谷-斷裂-坡折多元型源匯系統(tǒng),建立了多巖性源區(qū)(物源區(qū))-古溝谷或斷槽的物源通道-地形坡折/斷裂坡折搬運(yùn)通道(搬運(yùn)區(qū))-孤立洪水湖底扇(兩類沉積區(qū))-源溝坡源匯耦合模式,該模式將源匯系統(tǒng)各要素有機(jī)聯(lián)系了起來(lái)。根據(jù)對(duì)研究區(qū)目的層源-匯系統(tǒng)的綜合分析,可以發(fā)現(xiàn),規(guī)模較大的砂體往往發(fā)育于開(kāi)放性沉積區(qū)域,其所對(duì)應(yīng)的物源供給較為充足,搬運(yùn)通道規(guī)模也相對(duì)較大。因此,在油氣地質(zhì)勘探中尋找有利砂體時(shí),有必要綜合考慮源(物源供給)-渠(搬運(yùn)通道)-匯(沉積區(qū))的各項(xiàng)特征,從而為發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的有利砂體提供可靠依據(jù)。

致謝：感謝專家的指導(dǎo)、建議與幫助,同時(shí)感謝中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院對(duì)本文研究提供的資料支持。