東營凹陷永安鎮(zhèn)油田沙四段永1砂礫巖體演化過程及成藏意義

孟 陽，李宇志，楊海中，周 杰，歐浩文，趙 博，張文博

（1.中國石化勝利油田分公司油氣開發(fā)管理中心，山東東營257001；2.中國石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東東營257000）

東營凹陷北部陡坡帶發(fā)育巨厚的砂礫巖體，砂礫巖油藏已累積上報探明石油地質儲量3.5×108t，通過系統(tǒng)解剖形成了陡坡帶資源序列［1］。1965年完鉆的永1井在沙四段鉆遇厚層砂礫巖，試油獲得23 t/d的工業(yè)油流，從而揭開了永1砂礫巖體勘探開發(fā)的序幕。目前，永1砂礫巖油藏已上報探明含油面積3.9 km2，探明石油地質儲量為1 134×104t，具有良好的資源前景。永1砂礫巖體整體呈孤立凸起的背斜形態(tài)，沉積基底地勢較高，這與砂礫巖“溝扇對應”原理相悖，導致該砂礫巖體早期被誤認為滾動背斜構造油藏。后經(jīng)勘探開發(fā)證實為砂礫巖巖性油藏，成藏特征也自成體系，與毗鄰成熟探區(qū)的鹽家砂礫巖體油藏截然不同［2］。為此，立足于永1砂礫巖體勘探與開發(fā)的矛盾，對砂礫巖體的演化過程及油氣成藏意義進行研究，旨在為開展區(qū)域油氣勘探工作打下基礎。

1 地質概況

永安鎮(zhèn)油田位于東營凹陷北部陡坡帶東段，北為陳家莊凸起，東臨青坨子凸起，西接民豐洼陷，南抵中央隆起帶，勘探面積約為35 km2［3］。研究區(qū)自上而下發(fā)育第四系平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營

2 砂礫巖體基本特征

組、沙河街組及基巖，其中沙河街組分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，沙四段上亞段純上次亞段、沙三段下亞段底部及孔店組不發(fā)育。永1砂礫巖體是在前古近系基巖之上發(fā)育的孤立凸起，地層劃分上歸屬于沙四段，埋深為1 900～2 500 m（圖1）。坨莊-勝利村-永安鎮(zhèn)斷裂帶是東營凹陷內(nèi)的2級斷裂帶，其東段控制了永安鎮(zhèn)油田的基本構造格局，形成區(qū)域上由高到低的青4、永北、永南三大臺階。近北西—南東向的永17斷層、永41斷層和永42-3斷層將油田主體進一步切割為4個臺階［4-5］。前人對永1砂礫巖體的物源體系、沉積特征做了大量研究［3，6-9］，存在東北物源區(qū)、陳家莊凸起物源區(qū)及青坨子凸起物源區(qū)3種觀點，沉積相類型也未統(tǒng)一，存在近岸水下扇、扇三角洲及沖積扇等3個主流認識。根據(jù)最新研究成果，永1砂礫巖體物源來自于西北方向的陳家莊凸起，沉積相類型為近岸水下扇，粗碎屑沿永北鼻狀構造東側的古溝道由西北向東南方向搬運，形成巨厚的砂礫巖體［10］。

2.1 古地貌恢復

構造運動控制了盆地古地貌特征，進一步控制物源區(qū)與沉積區(qū)的相對地理位置。通過沉積時期古地貌的重塑，可以直觀分析盆內(nèi)可能存在的碎屑搬運方向［11］。因此，利用地震資料恢復了永1地區(qū)沙四段沉積時期的古地貌，有利于研究砂礫巖體的沉積過程。

圖1 東營凹陷永1砂礫巖體構造位置Fig.1 Structural location of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

利用Petrel 2009軟件對永1砂礫巖體殘留古地貌及周緣地區(qū)地貌進行刻畫，由古地貌恢復結果（圖2）可看出，永1砂礫巖體為北部斜坡帶上的一個孤立凸起，其西北方向為陳家莊凸起，兩者之間發(fā)育一條主溝道及多條次級溝道；而青坨子凸起與永1砂礫巖體之間距離相對較遠，不發(fā)育明顯的溝道。重力流沉積須符合“溝扇對應”原理，早在20世紀60—70年代國外學者已提出了幾個經(jīng)典的溝扇對應沉積模型［12-14］。在砂礫巖體勘探過程中，勝利油田也形成了溝扇對應的認識［15-18］。結合東營凹陷構造演化史與古地貌分析，認為陳家莊凸起斜坡的古溝道是最有利的碎屑搬運通道，而永1地區(qū)正好位于這些古溝道的正前方，來自陳家莊凸起的粗碎屑物質沿古溝道向前推進，沖出古溝口在永1地區(qū)堆積散開成扇。這種發(fā)育古溝道的古地貌形態(tài)證明西北部的陳家莊凸起就是永1砂礫巖體的物源區(qū)。

2.2 地震反射特征

永1砂礫巖體發(fā)育在控盆斷層的下降盤，是重力流沉積作用的產(chǎn)物，因此其地震反射特征與圍巖明顯不同，具有特殊的內(nèi)部反射結構及外部幾何形態(tài)特征。

2.2.1 內(nèi)部反射結構

永1砂礫巖體符合一般近岸水下扇的特征，扇根雜亂反射、強振幅、低頻、低連續(xù)；扇中亞平行或亂崗狀反射、強振幅、高頻、中低連續(xù)；扇端平行或亞平行反射、中強振幅、低頻、高連續(xù)。由扇根到扇端地震反射特征的連續(xù)性變化反映巖性逐漸變細、水動力趨于穩(wěn)定的沉積特點（圖3）。

圖2 東營凹陷永1砂礫巖體殘留古地貌恢復Fig.2 Recovery of residual palaeo-landform of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

圖3 東營凹陷永1砂礫巖體地震剖面解釋Fig.3 Seismic section interpretation of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

2.2.2 外部幾何形態(tài)

永1砂礫巖體整體為丘形體，頂部包絡線形成明顯“鼓包”。該砂礫巖體雖發(fā)育在陳家莊凸起的斷剝面，但距離凸起較遠導致碎屑物質沿古溝道搬運的距離稍遠，因此并未形成十分典型的陡坡楔形體。基底反射同相軸發(fā)生“上拉”，而不是反映沉積區(qū)的“下凹”形態(tài)，因此，永1砂礫巖體基底凸起與砂礫巖“鼓包”的關系需要進一步研究（圖3）。

2.2.3 局部不整合

T6標準地震反射層（沙三段下部）在永1砂礫巖體頂部出現(xiàn)缺失，T6下（沙三段底部）和T7（沙四段上亞段純上次亞段底部）出現(xiàn)合并，而在周圍地區(qū)這些反射同相軸正常存在。從永1地區(qū)的實鉆井資料來看，沙四段上亞段純上次亞段砂礫巖—沙三段下亞段油頁巖之間出現(xiàn)地層缺失，分析認為因后期該區(qū)抬升而導致，出現(xiàn)了小范圍的不整合（圖4）。

圖4 東營凹陷永1砂礫巖體頂部不整合地震特征Fig.4 Seismic characteristics of unconformity on top of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

3 砂礫巖體演化過程

3.1 侵入巖特征

永1砂礫巖體在三維地震剖面上表現(xiàn)為明顯的巖體刺穿現(xiàn)象（圖5），基底整體上隆，刺穿上覆砂礫巖地層，導致鄰區(qū)連續(xù)清晰的Tg反射同相軸（古近系底面）出現(xiàn)中斷。

圖5 東營凹陷永1砂礫巖體基底刺穿現(xiàn)象Fig.5 Phenomenon of basement penetration of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

綜合利用地震、測井和錄井資料對基底巖體刺穿現(xiàn)象進行研究，發(fā)現(xiàn)永1地區(qū)周緣均為花崗片麻巖基底，但永1地區(qū)的永古1井在基底鉆遇44 m的輝綠巖（未鉆穿），輝綠巖與花崗片麻巖基底相比具有明顯的低GR、低RD的巖電特征（圖6a）。此外，永63井在基底鉆遇23 m的糜棱巖（未鉆穿），反映存在強烈的擠壓變質作用（圖6b）。結合地震資料，對侵入巖的展布范圍進行分析，發(fā)現(xiàn)侵入巖主要分布在砂礫巖體基底之下，在基底出露面積約為1 km2。地震剖面上可以發(fā)現(xiàn)侵入巖由下向上呈尖凸狀，在基底之下侵入巖的展布范圍、體積會更大。分析認為，輝綠巖體的侵入作用是永1砂礫巖體后期隆升成孤立凸起的原因。

3.2 侵入巖形成時間的確定

輝綠巖是一種基性淺成侵入巖［19］，是一種侵入地殼1 500～3 000 m形成的火成巖，即形成輝綠巖侵入至少需要1 500 m的上覆地層厚度。由于研究區(qū)永古1井鉆遇的輝綠巖地層特征最清晰，因此以該井為例來確定研究區(qū)輝綠巖的形成時間。永古1井在2 860 m處鉆遇輝綠巖，推斷在永古1井埋深為1 360 m處對應的地質歷史時間即為輝綠巖可能形成的最早時間。永古1井沙四段總厚度為487 m，沙三段總厚度為969 m，兩者共計1 456 m。此外，東營凹陷經(jīng)歷過多期抬升剝蝕，沙三段的剝蝕厚度為200 m左右［20］，因此，沙四段與沙三段的總厚度已經(jīng)達到輝綠巖形成所需的地層厚度。據(jù)此推斷永古1井揭示的輝綠巖基底形成的最早時間為沙三段沉積晚期。

圖6 東營凹陷永1砂礫巖體侵入巖及變質巖基底Fig.6 Intrusive and metamorphic rock basement of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

永1砂礫巖體之上缺失沙四段上亞段純上次亞段和沙三段底部，而這段地層在區(qū)域上都有分布，這表明沙四段上亞段純上次亞段和沙三段底部在永1地區(qū)沒有沉積或者抬升露出水面而遭受剝蝕。但是，此時沉積地層總厚度遠沒有達到輝綠巖形成的深度條件。由地震剖面可以看出，侵入體呈尖凸狀，且目前鉆井只揭示了頂部，因此，沙四段上亞段純上次亞段沉積時期，輝綠巖已經(jīng)侵入基巖但未發(fā)生巖體刺穿，但是侵入體之上的花崗片麻巖與沉積地層的厚度已經(jīng)達到1 500 m。此時，永1地區(qū)隆起程度較弱，沙四段砂礫巖體發(fā)育有限的剝蝕或沉積缺失，而周緣地區(qū)地層發(fā)育較完整。沙三段沉積早期，整個東營凹陷進入最大湖盆演化期［21］，永1砂礫巖體沉入水下，頂部接受了一套油頁巖沉積。但從砂礫巖體周緣地層產(chǎn)狀及斷層發(fā)育特征來看，沙三段沉積時期侵入活動仍沒有停止，但劇烈程度逐漸降低，一直持續(xù)到沙三段沉積晚期。

3.3 砂礫巖體演化模式

整體來看，沙四段下亞段沉積時期，東營凹陷陳南斷層活動強烈、盆地裂陷開始加劇，剝蝕區(qū)與沉積區(qū)高差加大，物源供給充足，從陳家莊凸起搬運而來的碎屑物質沿北西—南東向溝道直接進入深湖，在古地勢較為平緩的永1地區(qū)卸載堆積，形成近岸水下扇沉積體系，多期扇體遵循填洼補平原則，遷移擺動、垂向疊加、退積疊覆（圖7a，7b）。隨著東營凹陷斷裂活動進一步加強，沙四段沉積晚期，永1砂礫巖體之下基底中發(fā)生巖漿巖侵入，巖漿的熱隆升作用使砂礫巖體整體抬升變形，其頂部露出水面導致沉積間斷，此時侵入巖體未發(fā)生刺穿，直至沙三段下亞段沉積中期，才重新沉入水下接受連續(xù)的泥巖沉積，砂礫巖體頂部缺失沙四段上亞段純上次亞段—沙三段早期地層。沙三段沉積晚期，巖漿侵入活動逐漸停止，伴生的高角度斷層的發(fā)育也減弱，侵入體發(fā)生巖體刺穿（圖7c，7d）。沙二段—東營組沉積時期，永1地區(qū)構造較為穩(wěn)定，雖然后期經(jīng)歷了區(qū)域抬升的東營運動［22］，但永1砂礫巖體已定型，基本沒有發(fā)生變化，并一直保持至今（圖7e，7f）。

4 油氣成藏意義

巖漿侵入對永1砂礫巖體特殊的構造形態(tài)和油氣成藏產(chǎn)生了重大影響。巖漿侵入導致基底上拱形成背斜，成為區(qū)域上的構造高點，為油氣聚集成藏提供了良好的儲層條件和圈閉條件。砂礫巖體之上沙四段和沙三段厚層泥巖可以充當圈閉蓋層，起到保存油氣的作用。另外，砂礫巖體在隆升過程中形成大量的高角度斷層及裂縫（圖8），且越靠近背斜核部裂縫密度越高，儲層物性越好（表1），這些斷層和裂縫溝通了砂礫巖體西側的民豐洼陷，起到了溝通油源的作用，也為油氣在砂礫巖體內(nèi)部聚集成藏提供了良好的儲集條件。因此，沙四段沉積末期發(fā)生的巖漿巖侵入使永1砂礫巖體具有極佳的成藏條件，其演化過程對后期油氣成藏都起到了至關重要的作用。

5 結論

圖7 東營凹陷永1砂礫巖體沉積構造演化示意（東西向剖面）Fig.7 Schematic of sedimentary and structural evolution of Yong1 glutenite body in Dongying Sag（East-West cross-section）

圖8 東營凹陷永1砂礫巖體巖心裂縫特征Fig.8 Fracture characteristics of core samples that collected from Yong1 glutenite body in Dongying Sag

表1 東營凹陷永1地區(qū)距古隆起高點距離不同的井的物性統(tǒng)計Table1 Physical properties of wells at different distances in high part of palae-uplift in Block Yong1，Dongying Sag

永1砂礫巖體沉積符合“溝扇對應”理論，物源為西北方向的陳家莊凸起，搬運通道為陳家莊凸起斜坡上的北西—南東向延伸的古溝道。沙四段沉積晚期至沙三段沉積早期，永1砂礫巖體基底發(fā)生輝綠巖體侵入但未發(fā)生巖體刺穿，砂礫巖體整體受到擠壓，頂部出露水面造成局部地層缺失，此時古隆起的雛形形成；輝綠巖侵入持續(xù)至沙三段沉積晚期，侵入體逐漸發(fā)生巖體刺穿，古隆起定型。輝綠巖侵入形成古隆起過程中，砂礫巖體內(nèi)部及周緣發(fā)育大量高角度斷層及裂縫，斷層起到溝通和輸導油氣的作用，裂縫的發(fā)育既可以形成有效的儲集空間，又可以改善儲層滲流條件，對后期油氣成藏起到了重要的作用。