大慶長垣扶余油層曲流河沉積等時對比研究

張聰, 童川川

中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心中國地質(zhì)調(diào)查局非常規(guī)油氣地質(zhì)重點實驗室，北京 100083

潘濤

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083)

鄭文波

(中石化石油勘探開發(fā)研究院天然氣所，北京 100083)

河流-沖積平原相地層廣泛分布在斷陷湖盆發(fā)育的拗陷時期或斷-拗轉(zhuǎn)換時期以及大型陸內(nèi)拗陷湖盆晚期，上述時期盆地基底沉降速率較慢，海(湖)平面升降對地層層序的形成和發(fā)育控制作用小[1]。長垣地形坡降平緩，經(jīng)典的Exxon層序地層模式是需要依據(jù)地震反射的終止類型以及幾何形態(tài)來進行劃分與對比的，顯然不適用于扶余油層這種具水平或近于平行強弱振幅反射特征的層序研究。大慶長垣的勘探至今已有50多年的歷史，雖然中部組合薩爾圖、葡萄花、高臺子油層作為大慶的主力油層已于20世紀(jì)60年代投入開發(fā)，但對扶余油層的認(rèn)識和勘探程度相對較低[2]。白云風(fēng)等[3]針對扶余油層層序與沉積充填模式開展研究；張慶國等[4]對扶余油層儲層單砂體成因與劃分方案進行了分析與總結(jié)；陳方文等[5]在扶余油層王府凹陷地區(qū)開展了高分辨率層序與沉積研究；張世廣等[6]總結(jié)了扶余油層朝陽溝油區(qū)的高分辨率層序地層研究應(yīng)用。上述研究多數(shù)是針對局部區(qū)塊，而關(guān)于整個長垣地區(qū)扶余油層的層序地層和沉積體系研究較少，加上所用方法和研究思路不同，至今尚未形成統(tǒng)一的層序劃分方案，阻礙了長垣地區(qū)整體的油氣勘探開發(fā)。筆者運用以基準(zhǔn)面旋回為參照面的分析方法，在觀察巖心、分析巖-電對比圖、重點探井的測井曲線以及關(guān)鍵井井-震標(biāo)定的基礎(chǔ)上，通過A/S(可容納空間與沉積物供給速率比)變化過程中河道不同結(jié)構(gòu)單元的相應(yīng)特征識別沉積旋回界面，并劃分層序單元[7]，選取等時對比標(biāo)志層，開展曲流河道等時劃分與對比研究，提出長垣地區(qū)扶余油層河流相內(nèi)部“曲流河道-決口扇-泛濫平原”間的層序地層等時對比技術(shù)，形成曲流河相地層等時對比方法，建立區(qū)域的層序地層格架，優(yōu)化油氣田開發(fā)精細地層劃分對比實踐。

1 地質(zhì)背景

大慶長垣地區(qū)位于松遼盆地中央坳陷區(qū)，東部三肇凹陷和西部齊家古隆凹陷之間，是松遼盆地內(nèi)正向圈閉構(gòu)造，總體展布呈北北東向(圖1)。古松嫩平原是由多條水系向三肇地區(qū)和古龍匯集而成的，再通過賓縣地塹外泄，因此其中河流相和湖泛平原相尤為發(fā)育。區(qū)內(nèi)自下而上發(fā)育侏羅系以及下白堊統(tǒng)登婁庫組、泉頭組，上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組和第四系。以往研究表明，登婁庫組與上覆泉頭組呈整合-假整合接觸。扶余油層隸屬于泉頭組上部的泉三段和泉四段，該時期氣候較干旱，是松遼盆地大型拗陷前期的一套水進沉積，總體呈退積式沉積[8]，整合過渡到青山口組。扶余油層沉積時期地形相對平緩，盆地構(gòu)造沉降較穩(wěn)定，盆地周緣大型河流十分發(fā)育[9]，屬于典型的陸內(nèi)河流沉積。

圖1 大慶長垣地區(qū)位置與井位

研究區(qū)扶余油層曲流河距離物源較遠，河流能量弱，發(fā)育沉積微相類型包括曲流河道、決口扇、決口河道(圖2)和泛濫平原。曲流河道巖性以細砂巖-粉細砂巖為主，具明顯正韻律的“二元結(jié)構(gòu)”特征，側(cè)向加積作用強，底部發(fā)育槽狀交錯層理，縱向上與泛濫平原組合，自然伽馬曲線呈現(xiàn)中-高幅鐘形。決口扇巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，發(fā)育波狀層理、塊狀層理，縱向上與決口河道、泛濫平原以及曲流河道交互沉積，自然伽馬曲線呈低幅漏斗形。決口河道常發(fā)育于決口扇復(fù)合體之上，巖性以粉砂巖、粉細砂巖為主，主要層理類型為小型交錯層理、波狀層理，源于決口扇復(fù)合體之上發(fā)育的小型泄洪分流水道。泛濫平面發(fā)育于河道間或遠源決口扇部位，巖性主要由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，暴露型泛濫平原含鈣屑或發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核，潮濕型泛濫平原偶見植根或根結(jié)核[10]。

圖2 沉積微相巖心照片

2 河流基準(zhǔn)面旋回識別與劃分

高分辨率層序地層學(xué)定義基準(zhǔn)面為一個勢能面，其勢能反映起伏地表面與力求其平衡地表過程間的不平衡程度?；鶞?zhǔn)面的上升和下降構(gòu)成一個基準(zhǔn)面旋回[11]。

曲流河層序界面多表現(xiàn)為河道砂體底部的沖刷侵蝕面或者出現(xiàn)鈣質(zhì)結(jié)核、古紅壤層等[11]。在河流體系發(fā)育和形成過程中，可通過溢岸沉積的發(fā)育、河型的改變、沖積平原古土壤發(fā)育等分析基準(zhǔn)面的變化；孤立的、被沖積平原泥巖包圍的、各相漸變的河道砂巖通常是在高A/S條件下產(chǎn)生的；相互疊置、彼此切割的河道砂巖通常是在低A/S條件下形成的[12～16]。

2.1 基準(zhǔn)面下降到上升

基準(zhǔn)面下降-上升的轉(zhuǎn)換是時間過程段，在基準(zhǔn)面下降過程中，A/S趨于變化到最小。在曲流河沉積過程中表現(xiàn)為基準(zhǔn)面下降導(dǎo)致一定范圍內(nèi)河道化作用明顯，曲流河道遷移。沉積剖面中可出現(xiàn)點砂壩或河道相互疊置，為曲流河道側(cè)向遷移和垂相疊加的綜合作用結(jié)果，可以作為識別基準(zhǔn)面下降的重要標(biāo)志。同時，該時期伴隨河流決口作用頻率降低，泛濫平原泥巖薄而廣泛，長期的暴露、土壤化作用明顯，成熟的古土壤發(fā)育，土壤一般呈棕色、棕紅色，富含鈣質(zhì)結(jié)核[17]。

綜上所述，根據(jù)野外露頭及現(xiàn)場巖心觀察，利用測井曲線追蹤、對比河道砂體，總結(jié)出曲流河相地層內(nèi)基準(zhǔn)面由下降至上升的識別標(biāo)志：①具有地層意義、控制地層疊加樣式的河道底部沖刷面；②疊置河道發(fā)育和溢岸沉積不發(fā)育層段；③區(qū)域廣泛發(fā)育的成熟古土壤層；④在一定范圍內(nèi)可對比的較大河道底界面(圖3)。

圖3 扶余油層典型井基準(zhǔn)面下降至上升轉(zhuǎn)換面識別

2.2 基準(zhǔn)面上升到下降

基準(zhǔn)面上升、下降位置常形成洪(湖)泛面，代表基準(zhǔn)面上升到最大位置，此時可容納空間也最大。在河流相地層特別是陸內(nèi)河流地層中，洪(湖)泛面的識別是劃分基準(zhǔn)面旋回的重要參考[18]。在遠離湖盆、海的沖積平原中，基準(zhǔn)面的上升常代表著地下水面上升，形成河間湖泊，以暗色泥質(zhì)巖、碳質(zhì)泥巖、煤層發(fā)育為特征[19]。研究區(qū)的沉積剖面具有一定厚度及沉積穩(wěn)定性，在一定范圍內(nèi)發(fā)育的泛濫平原相及湖相泥巖常?？梢宰鳛楹?湖)泛面，是基準(zhǔn)面上升到下降轉(zhuǎn)換面的響應(yīng)；而在湖相泥巖或泛濫平原不發(fā)育或少發(fā)育的井位，亦可依據(jù)縱向上決口扇發(fā)育的相對厚度來判斷可容納空間的變化(圖4)。高可容納空間下形成的天然堤相對較高，與沖積平原或河間地區(qū)產(chǎn)生明顯的地形高差，為高角度進積決口扇的形成提供較大的可容納空間，由此可以形成厚度相對較大的決口扇。

圖4 可容納空間變化與決口扇厚度變化關(guān)系

圖5 薩52井扶余油層層序劃分方案

測井曲線在層序界面附近突變?yōu)橄錉?、指狀或鐘形等[12]，巖心上表現(xiàn)為河道底部的沖刷面或古土壤層出現(xiàn)。按照高分辨率層序地層學(xué)理論，在不同級次基準(zhǔn)面旋回識別的基礎(chǔ)上，進行等時連井層序?qū)Ρ?，最終劃分泉四段和泉三段上部地層為2個中期旋回(相當(dāng)于三級層序)和6個短期旋回(相當(dāng)于四級層序)(圖5)，泉三段頂部為一不整合界面。6個短期旋回界面，分別是F1.1，F(xiàn)1.2，F(xiàn)1.3，F(xiàn)2.1，F(xiàn)2.2，F(xiàn)3。從全區(qū)看，F(xiàn)2.2、F2.1和F1.3界面附近的河道發(fā)育得更好，規(guī)模較大且分布較廣泛，河道下切作用明顯，河道砂巖底部沖刷作用明顯。F1.1接近青山口組，可容納空間明顯增大，河道規(guī)模較?。籉1.2處于中期基準(zhǔn)面上升旋回的上部，可容納空間較大，河道的橫向可追蹤性較差。

3 河流相層序地層對比方法

如何將河流的不同微相(河道、決口河道、決口扇以及泛濫平原)在層序地層對比剖面上建立等時的地層關(guān)系，是河流相層序地層對比中的重點與難點。結(jié)合河流現(xiàn)代沉積特征與高分辨率層序地層學(xué)，提出如下河流相層序地層對比方法。

3.1 標(biāo)志層的選擇

河流相地層通常難以找到區(qū)域可對比的穩(wěn)定泥質(zhì)標(biāo)志層。在大慶長垣地區(qū)，與泉頭組整合接觸的青山口組底部湖相地層依次發(fā)育2套油頁巖段(淺湖-深湖)，自然伽馬和電阻率明顯變大，在地震剖面上形成強反射標(biāo)志層。由于地形高差的存在，青山口組沉積早期湖泛期形成的油頁巖向斜坡超覆的過程中，在研究區(qū)邊緣地帶已經(jīng)逐漸變?yōu)楸由澳嗷?，故選擇全區(qū)發(fā)育并且測井響應(yīng)在穩(wěn)定的青山口組底部第2套油頁巖(圖5虛線處)作為全區(qū)對比的標(biāo)志層。

3.2 曲流河道與決口扇、泛濫平原的等時對比關(guān)系分析與實例

從洪峰開始到退去的一次洪水事件所形成的側(cè)向加積沉積物單元體即為側(cè)積體，而曲流河側(cè)向遷移過程中形成的側(cè)積體再側(cè)向疊加組合會形成單一曲流河點砂壩[13]。點砂壩的存在是曲流河區(qū)別于其他類型河流的重要特征?，F(xiàn)代河流沉積特征反映，河道側(cè)遷是沉積物側(cè)向加積、河床側(cè)向侵蝕的結(jié)果，單個河道底部形成所經(jīng)歷的時間是多次河道側(cè)遷時間的疊加，等于形成一個完整點砂壩所需要的時間。將河道沉積分成單期和多期來看，單一河道的側(cè)向遷移與形成，伴隨的是與之對應(yīng)決口扇的形成，因此兩者可以被認(rèn)為是同期的；而多期河道疊加沉積的時間等同于多期河道側(cè)遷的時間，即最終河道底部和決口扇形成所經(jīng)歷的時間?；谏鲜鲈颍蓜澐趾拥赖撞繘_刷面與決口扇的頂部為等時沉積面。

泛濫平原和河道的對比呈現(xiàn)2種情況：一是沒有決口扇的形成，即不考慮加積作用的河道側(cè)遷；二是有加積作用存在(圖6)。不考慮加積作用時，河道側(cè)遷并不能抬高河床形成天然堤，即不存在決口扇發(fā)育的空間，河道砂垂直厚度等于河道的深度，滿岸時同點砂壩頂部等高的泛濫平原與河道底部經(jīng)歷的時間一致。決口扇發(fā)育即代表有加積作用。決口扇頂部與河道底部所經(jīng)歷的時間是等時的，但實際情況是測井曲線上的決口扇頂部原始沉積界面很難追蹤，通常都有周圍泛濫平原的沉積上超，所以只能在實際對比過程中，將河道底部與上超至決口扇頂部的泛濫平原泥巖段視作等時的。

圖6 河道與泛濫平原對比方法

圖7 扶余油層地層格架下河道、決口扇與泛濫平原對比實例

圖8 河道砂體期次對比示意圖

圖9 扶余油層地層格架下不同期河道砂巖對比實例

垂直河道延伸方向的茂203井-臺2井-茂405井-茂404井-茂501井連井剖面(圖7)中，可見上述河道與泛濫平原、河道與決口扇對比的實例。存在加積情況時，如F1.1層序界面和F2.1層序界面附近的茂404井河道底部與茂501井的決口扇頂部都體現(xiàn)出等時性；F2.1層序界面之下的茂501井河道底部與茂404井決口扇頂部泛濫平原泥巖也呈等時性；而無加積情況存在時，如F1.3界面之上的茂203井，其河道底部及其西側(cè)與河道頂部等高的泛濫平原等時。

3.3 同期曲流河道砂體對比

在地質(zhì)歷史中，河流體系由于截彎取直作用或受局部地貌的影響經(jīng)常發(fā)生擺動遷移，同一條河流可以形成多期河道。在河流相對比過程中，識別河道的期次，對于河道砂巖等時對比十分重要?；诟叻直媛蕦有虻貙臃治?，在扶余油層的層序地層對比格架下，采用等高程法進行河道砂體對比。高程法對比原則依據(jù)現(xiàn)代河流沉積露頭研究，典型陸內(nèi)河流相地層沉積總是遵循原始地貌梯度以近乎平行于原始沉積地貌的趨勢沉積。研究區(qū)大慶長垣整體為一大型寬緩斜坡，地貌梯度小于1°，適用于高程法對比。即如果兩個河道的高程差在一個標(biāo)準(zhǔn)河道厚度范圍內(nèi)，可以認(rèn)為是同期發(fā)育河道，可在平面上進行追蹤，高程差超過一個標(biāo)準(zhǔn)河道砂巖厚度的則平面上不可追蹤，視為不同期河道(圖8)。

3.4 扶余油層河流相層序與砂體綜合對比實例

選取扶余油層頂部青山口組下部穩(wěn)定油頁巖段為對比標(biāo)志層，經(jīng)地層厚度校正后，采用等高程法河道分期原則以及河道、決口扇和泛濫平原沉積單元的等時對比關(guān)系，在層序格架下開展河流地層單元追蹤與對比(圖9)。平行河道延伸方向的古708井-杏76井-葡42井-葡54井剖面中，反映基準(zhǔn)面逐漸上升的沉積趨勢背景，扶余油層上部自下而上發(fā)育的曲流河道呈現(xiàn)出“低厚度、不同期河道疊置發(fā)育”至“高厚度、單個河道孤立發(fā)育”的沉積特征。同時在F1.1層序界面上，運用等高程法對比原則，清晰地劃分出相鄰2口井——杏76井與葡42井發(fā)育的河道為不同期次，有效避免了河道砂體追蹤的穿時問題。

4 結(jié)論

1)青山口組厚層油頁巖是大慶長垣地區(qū)對比標(biāo)志層，另外河流相內(nèi)部鈣質(zhì)結(jié)核層段、土壤淋濾面、古土壤成熟度指標(biāo)面在滿足局部穩(wěn)定發(fā)育且可追蹤的前提下，也有潛力成為局部對比標(biāo)志層。

2)基準(zhǔn)面從下降到上升的轉(zhuǎn)換面，A/S達到最小，反映沉積可容納空間相對最小時期，常見于大型河道下切面、多期河道疊置發(fā)育面、決口扇發(fā)育厚度最小面或成熟古土壤暴露面；基準(zhǔn)面從上升到下降的轉(zhuǎn)換面，A/S達到最大，反映沉積可容納空間相對最大時期，常見于河流相地層內(nèi)部洪泛面，巖相以區(qū)域分布的潮濕型暗色泥巖為代表，河道呈退積疊加樣式和進積疊加樣式的轉(zhuǎn)換面，位于決口扇厚度較大處。

3)等高程法曲流河等時對比研究適用于寬緩或低角度地貌梯度沖積平原背景下的河流相地層。發(fā)育于高地貌梯度背景下，如沖積扇、扇三角洲、三角洲內(nèi)的河流相地層，河道砂體在堆積沉積過程中受地貌控制作用明顯，影響了A/S控制下的沉積物體積分配，需要進一步研究探討。