宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組層序劃分與沉積相分析*

楊 壯 胡明毅 蔡全升

(1.長江大學(xué)沉積盆地研究中心 湖北武漢 430100； 2.長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 湖北武漢 430100；3.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北武漢 430100； 4.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心 湖北武漢 430205)

松遼盆地是我國東部重要的含油氣盆地，具有斷坳雙層結(jié)構(gòu)，目前油氣勘探主要集中在淺層坳陷盆地。徐家圍子斷陷為松遼盆地深部的一個小型斷陷湖盆，具有面積小、水體淺、物源近和沉積速率快等特點(diǎn)[1]。最新勘探實(shí)踐證實(shí)，徐家圍子斷陷宋站地區(qū)深部地層具有良好的勘探潛力，可作為深部勘探的備選領(lǐng)域。由于前期徐家圍子斷陷深層天然氣勘探主要以營城組火山巖為研究對象，針對沙河子組層序地層和沉積相的研究較為薄弱，對層序劃分方案仍存在爭議，如潘春孚、陳賢良 等[2-3]將沙河子組劃分為2個三級層序，蔡來星、王曉蓮 等[4-5]將沙河子組劃分為3個三級層序，劉洋、呂鵬佶 等[6-7]則將沙河子組劃分為5個三級層序。此外，各沉積相帶的發(fā)育規(guī)律和展布范圍仍不明確，如蔡全升、王志宏 等[1，8]認(rèn)為扇三角洲在斷陷陡坡帶和緩坡帶都有發(fā)育，呂鵬佶 等[7]則認(rèn)為扇三角洲僅在斷陷陡坡帶發(fā)育。這些問題嚴(yán)重制約了該地區(qū)沙河子組天然氣的勘探進(jìn)程。本文以徐家圍子斷陷北部宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組為研究對象，綜合運(yùn)用7口井的鉆井巖心、15口井的測井與錄井資料以及約300 km2的三維地震資料，對研究區(qū)沙河子組層序地層及沉積相特征進(jìn)行研究，確立該區(qū)三級層序劃分方案，分析沙河子組層序格架內(nèi)沉積相展布規(guī)律，明確沉積演化特征，建立沉積演化模式，以期為該地區(qū)的油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

徐家圍子斷陷為松遼盆地北部深層規(guī)模較大的斷陷，西側(cè)緊靠中央古隆起，東側(cè)為東部斷陷區(qū)，面積3 097 km2，近南北向展布[9-10]。研究區(qū)位于徐家圍子斷陷北部宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)，面積約250 km2(圖1)。研究層位為下白堊統(tǒng)沙河子組，其下為上侏羅統(tǒng)火石嶺組，其上為下白堊統(tǒng)營城組，其中火石嶺組與營城組發(fā)育火山巖，沙河子組主要發(fā)育碎屑巖沉積[11-12]。

前人研究[9-11]表明徐家圍子斷陷形成始于上侏羅統(tǒng)火石嶺組沉積期，下白堊統(tǒng)沙河子組沉積期是斷陷發(fā)展階段，營城組沉積期斷陷開始萎縮，并逐漸向坳陷轉(zhuǎn)化[12]，登婁庫組沉積期現(xiàn)今構(gòu)造格局基本形成。

圖1 松遼盆地徐家圍子斷陷及研究區(qū)構(gòu)造單元劃分(據(jù)文獻(xiàn)[1]修改)Fig.1 Xujiaweizi fault depression and division of tectonic units of the study area in Songliao basin(adapted from reference [1])

2 層序地層劃分及特征

建立層序地層格架的關(guān)鍵是層序界面的識別及層序級別的劃分，首先是根據(jù)層序界面標(biāo)志識別層序界面[13-14]。層序界面標(biāo)志是上、下地層在巖性組合、地震反射特征及測井曲線等方面的明顯反映[15-17]。本文充分利用三維地震資料，結(jié)合錄井和測井資料，對研究區(qū)沙河子組層序界面進(jìn)行識別，最終建立沙河子組層序劃分方案。

2.1 層序界面識別

2.1.1地震識別標(biāo)志

圖2 宋站地區(qū)沙河子組層序界面地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of the sequence boundaries of the Shahezi Formation in Songzhan region

2.1.2測井識別標(biāo)志

2.1.3巖性識別標(biāo)志

2.2 層序劃分方案

圖3 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組測井-巖性層序界面響應(yīng)Fig.3 Logging-lithologic response of the sequence boundaries of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

圖4 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組層序劃分方案(剖面位置見圖1)Fig.4 Sequence division plan of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region(see Fig.1 for location)

3 沉積相類型及特征

通過對研究區(qū)7口井巖心(圖5)的精細(xì)觀察，并依據(jù)測井(圖6)和地震響應(yīng)特征(圖7)，確定達(dá)深2井區(qū)沙河子組發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲、湖泊和火山碎屑巖共4種沉積相類型。

(a)雜色中—細(xì)礫巖，具定向排列特征，達(dá)深6井，3 539.84 m；(b)灰白色粗砂巖，底部見沖刷面，達(dá)深15井，3 736 m；(c)灰色中礫巖，礫石以棱角—次棱角狀為主，向上礫石粒徑變細(xì)，達(dá)深4井，3 512.59 m；(d)灰色中礫巖，礫石分選差，以次棱角狀為主，達(dá)深302井，3 448.5 m；(e)黑色泥巖，達(dá)深6井，3 841.16 m；(f)深灰色粉砂質(zhì)泥巖，可見植物碎片炭化，達(dá)深6井，3 841.76 m；(g)灰色凝灰?guī)r，見火山角礫，達(dá)深3井，3 977.67 m；(h)火山角礫巖，達(dá)深3井，3 983.87 m。

圖5宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組典型巖心照片
Fig.5TypicalcoresofShaheziFormationintheDashen2wellblockofSongzhanregion

圖6 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組不同沉積相類型典型測井響應(yīng)Fig.6 Typical logging response of different sedimentary facies of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

圖7 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組典型沉積相地震響應(yīng)特征Fig.7 Seismic response characteristics of typical sedimentary facies of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

3.1 辮狀河三角洲

3.1.1辮狀河三角洲平原

辮狀河三角洲平原亞相在巖性上以雜色或灰色中—細(xì)礫巖或粗砂巖與泥巖沉積為主，夾煤層，可見大型交錯層理，底部通?？梢姏_刷面；礫巖具定向排列特征，礫石整體分選較好，磨圓一般，以次棱角—次圓狀為主，且礫石間多充填砂質(zhì)(圖5a)；常規(guī)測井曲線上表現(xiàn)為較寬幅的箱形和鐘形(圖6a)；地震剖面上主要表現(xiàn)為板狀前積或楔狀前積(圖7a)。

3.1.2辮狀河三角洲前緣

辮狀河三角洲前緣亞相在巖性上以砂質(zhì)細(xì)礫巖、含礫砂巖、粉細(xì)砂巖和深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及灰色泥質(zhì)粉砂巖為主，灰黑色泥巖夾層較多；分選偏差，磨圓中等，以次棱狀—次圓狀為主，可見小型交錯層理和平行層理，泥質(zhì)含量較平原明顯減少(圖5b)；常規(guī)測井曲線上表現(xiàn)為典型的箱形和鐘形(圖6a)，其規(guī)模相對辮狀河三角洲平原較小。

3.2 扇三角洲

3.2.1扇三角洲平原

扇三角洲平原亞相在巖性上以雜色礫巖、砂礫巖、砂巖和灰色、灰綠色泥巖為主，煤層不發(fā)育；礫巖分選差，從細(xì)礫到粗礫均有，內(nèi)部雜基含量高，多以雜基支撐為主。礫巖中礫石磨圓差，多以棱角狀—次棱角狀為主(圖5c)，底部發(fā)育沖刷面，多見大—中型交錯層理；常規(guī)測井曲線上表現(xiàn)為寬幅的箱形和鐘形組合，并且測井曲線齒化特征明顯(圖6b)；地震剖面上以典型雜亂反射為特征(圖7b)。

3.2.2扇三角洲前緣

扇三角洲前緣亞相在巖性上主要為砂礫巖、含礫砂巖，夾深灰色、灰黑色泥巖，呈不等厚互層；砂礫巖單層厚度最大10 m，通常在1～3 m，分選中等，整體表現(xiàn)為下粗上細(xì)的正韻律(圖5d)；砂巖以發(fā)育中型槽狀、板狀交錯層理和平行層理為特征；常規(guī)測井曲線上密度曲線低值響應(yīng)較少(圖6b)。

3.3 湖泊

研究區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組沉積期湖泊相分布范圍較大，且多以濱淺湖沉積為主，包括砂壩微相和濱淺湖泥微相，其中在濱淺湖泥沉積中煤層相對發(fā)育。湖區(qū)沉積環(huán)境復(fù)雜，主要接受來自湖岸的粗碎屑沉積，其沉積物巖性主要由黑色、灰黑色、暗紫色塊狀泥巖夾薄層砂巖構(gòu)成(圖5e、f)。砂壩微相巖性主要特征為純凈的細(xì)砂巖、粉砂巖夾薄層灰色泥巖，多發(fā)育小型交錯層理、波狀交錯層理等；常規(guī)測井曲線上表現(xiàn)為漏斗狀(圖6c)。濱淺湖泥微相則以大套黑色、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層粉砂巖沉積為主，生物擾動強(qiáng)烈，主要發(fā)育水平層理、波狀層理、變形層理等；常規(guī)測井曲線上多表現(xiàn)為低幅齒狀線形，地震剖面上主要表現(xiàn)為席狀平行或席狀披蓋反射等特征(圖7c)。

3.4 火山碎屑巖

研究區(qū)沙河子組火山碎屑巖相分布范圍較為局限，主要分布在研究區(qū)西北部，層序上主要分布在Sq3沉積末期和Sq4沉積初期，主要巖性包括凝灰?guī)r和火山角礫巖(圖5g、h)。火山角礫直徑多小于1 cm，以次棱角狀—棱角狀為主，角礫之間多為凝灰質(zhì)充填；凝灰?guī)r中見火山角礫或火山屑，上下多與灰白色粉—細(xì)砂巖接觸。在常規(guī)測井曲線上，火山巖相具有典型的異常響應(yīng)特征，整體表現(xiàn)為GR測井曲線的異常低值響應(yīng)，明顯區(qū)別于上下地層的響應(yīng)特征(圖6c)。在地震剖面上，火山巖與周圍碎屑巖地層存在明顯差異，通常具有錐狀雜亂強(qiáng)反射或條帶狀平行強(qiáng)反射特征(圖7d)。

4 沉積相模式

基于有限的鉆井資料，綜合分析單井沉積相、連井沉積相以及地震相平面分布圖，以砂礫巖厚度、砂地比等地質(zhì)資料為約束，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景及演化特征[7-9]，利用多因素成圖方法[21-24]編制了宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組三級層序下沉積相展布圖，分析了沉積相平面展布特征和縱向演化規(guī)律，由此建立了沉積相模式。

4.1 沉積相平面展布特征

1) Sq1沉積時期，徐西斷裂持續(xù)活動，斷陷范圍不斷擴(kuò)大。在斷陷西部，邊界坡度整體偏陡，沉積物就近搬運(yùn)，發(fā)育扇三角洲沉積，其中扇三角洲平原展布范圍較??；在斷陷東部，坡度較緩，沉積物搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，辮狀河三角洲大規(guī)模發(fā)育，以辮狀河三角洲前緣沉積為主。淺湖沉積發(fā)育位置為近陡坡帶，在研究區(qū)西北部和南部均有發(fā)育(圖8a)。

2) Sq2沉積時期，受徐西控凹斷裂作用較強(qiáng)，沙河子組沉積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。在西部陡坡帶，沙河子組沉積向徐西斷裂附近推進(jìn)，扇三角洲沉積范圍明顯擴(kuò)大，扇三角洲前緣沉積沿盆地西部邊界連續(xù)展布；在東部緩坡帶，辮狀河三角洲沉積廣泛發(fā)育，辮狀河三角洲平原沉積有所收縮，沿東部邊界斷續(xù)展布。淺湖沉積范圍有所擴(kuò)大，較Sq1沉積時期整體向東推進(jìn)(圖8b)。

圖8 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組三級層序下沉積相展布Fig.8 Distribution of sedimentary facies within three-order sequence of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

3) Sq3沉積時期，沉積相帶分布較Sq2沉積時期變化不大。西部陡坡帶為扇三角洲沉積，東部緩坡帶為辮狀河三角洲沉積，淺湖沉積在盆地中心分布，沉積范圍明顯擴(kuò)大。該時期在研究區(qū)北部首次出現(xiàn)火山巖，但分布規(guī)模不大(圖8c)。

4) Sq4沉積時期，研究區(qū)火山噴發(fā)活動仍然較為活躍，在北部可見火山擾動區(qū)，局部發(fā)育火山碎屑巖分布區(qū)，主要為火山噴發(fā)的凝灰?guī)r。受構(gòu)造活動影響，沙河子組沉積向東西兩側(cè)推進(jìn)，西部陡坡帶受到徐西控陷斷裂作用的影響，仍然發(fā)育一套扇三角洲沉積；東部緩坡帶距離徐西斷裂較遠(yuǎn)，主要為一套辮狀河三角洲沉積。淺湖沉積范圍相對Sq3沉積時期進(jìn)一步擴(kuò)大，且向北遷移，自南向北呈長條狀連續(xù)展布(圖8d)。

4.2 沉積相模式

沙河子組沉積早期，研究區(qū)主要為一套辮狀河三角洲和扇三角洲沉積，濱淺湖沉積局部發(fā)育，平面上沉積相帶東西分異明顯。在西部陡坡帶，由于受到徐西斷裂的強(qiáng)烈影響，該地區(qū)廣泛發(fā)育扇三角洲沉積，該類型沉積一般向中部深凹帶延伸不遠(yuǎn)，反映沉積物為近距離搬運(yùn)后堆積而成。辮狀河三角洲主要發(fā)育在東部緩坡帶，受徐西斷裂作用較弱，古地形平坦，該類型沉積一般向中部深凹帶延伸較遠(yuǎn)，反映沉積物為較遠(yuǎn)距離搬運(yùn)后堆積而成。該時期辮狀河三角洲平原沉積范圍較大，反映沉積水體相對較淺的沉積環(huán)境。淺湖沉積在該時期發(fā)育較為局限，僅在南部斷陷深凹和北部局部地區(qū)少量發(fā)育。

沙河子組沉積中晚期，研究區(qū)主要發(fā)育一套辮狀河三角洲和淺湖沉積，由于該時期徐西斷裂作用減弱，西部陡坡帶受斷裂作用影響較弱，扇三角洲沉積范圍迅速收縮，在南北向上多呈長條狀斷續(xù)展布，分布比較分散，僅中部地區(qū)相對較為發(fā)育。而東部緩坡帶由于受徐西斷裂作用的影響極其微弱，古地形依然保持平緩，主要為一套辮狀河三角洲沉積(圖9)。從區(qū)域上看，辮狀河三角洲平原亞相沉積范圍迅速向凹陷東部邊界收縮，而三角洲前緣亞相沉積范圍向中央深凹方向迅速擴(kuò)張，延伸較遠(yuǎn)，局部地區(qū)甚至延伸至西部陡坡。此外，在沙河子組沉積中晚期，研究區(qū)西部至中部深凹廣泛發(fā)育濱淺湖沉積，區(qū)域上顯示沉積水體相對變深的沉積環(huán)境。

圖9 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組沉積中晚期沉積相模式Fig.9 Sedimentary model of the middle-late Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

5 結(jié)論

1) 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組可劃分為1個二級層序和4個三級層序，由此確立了研究區(qū)沙河子組層序劃分方案。

2) 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲、湖泊和火山碎屑巖等4種沉積相類型，沉積相帶東西分異明顯，即在斷陷東部發(fā)育辮狀河三角洲沉積，在斷陷西部發(fā)育扇三角洲沉積，淺湖沉積發(fā)育于斷陷中部，火山碎屑巖沉積分布局限。

3) 宋站地區(qū)達(dá)深2井區(qū)沙河子組沉積過程受到盆地邊界斷裂的控制，在徐西控陷斷裂的持續(xù)活動下沉積范圍不斷擴(kuò)大，扇三角洲向徐西斷裂帶遷移，辮狀河三角洲向斷陷東部擴(kuò)展，淺湖沉積在Sq4時期范圍達(dá)到最大，表明沙河子組具有典型的斷陷湖盆沉積特征。