濟陽坳陷車鎮(zhèn)凹陷沙河街組三段沉積充填樣式及斷裂坡折帶的控制作用

劉麗軍 (北京溫菲爾德石油技術(shù)開發(fā)有限公司, 北京 100083)

林暢松 (中國地質(zhì)大學(北京)海洋學院, 北京 100083)

盆地沉積充填的特征、沉積分散體系的樣式及其控制因素是沉積盆地分析的一項重要內(nèi)容[1]。近二十年來，構(gòu)造坡折帶(或斷裂坡折帶)對斷陷盆地層序分析、沉積砂體的分布和控制作用一直是國內(nèi)外的研究熱點[2]。這一重要概念被廣泛用于我國東部中、新生代斷陷盆地的研究并取得長足進展，大量研究結(jié)果表明，斷裂坡折帶對斷陷盆地內(nèi)沉積體系的發(fā)育和砂體充填分布起重要的控制作用[3～9]。近年來興起的對斷陷湖盆進行“源-匯”過程和沉積體系的研究，更驗證了斷裂坡折帶對盆地沉積物沉積充填樣式具有的主控作用[10,11]。

車鎮(zhèn)凹陷是渤海灣盆地濟陽坳陷西北部的一典型箕狀斷陷半地塹盆地。經(jīng)過50余年的勘探開發(fā)，迄今已發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個油田和多套含油氣層系，富含油氣資源，具有廣闊的勘探前景[12～15]。但因該凹陷長期復雜的構(gòu)造活動和“S”形古地貌恢復的難度，導致對凹陷內(nèi)沉積體系的配置樣式、儲集砂體分布規(guī)律及其控制因素認識不清，仍有許多需探討之處[16～19]，對有利油氣富集區(qū)預測的難度也制約了進一步的油氣勘探工作。筆者在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，綜合利用地震、鉆井、巖心資料，應用層序地層和構(gòu)造沉積學的理論與方法，引入“構(gòu)造坡折帶”的概念和分析方法，對盆內(nèi)古近系沙河街組三段(以下簡稱沙三段)進行深入剖析，闡明了沉積充填樣式的分布規(guī)律，分析了斷裂坡折帶對沉積充填樣式的控制作用，以期為進一步油氣有利聚集區(qū)帶的預測提供參考。

1 地質(zhì)背景

濟陽坳陷的形成演化主要受燕山期殘留盆地逆沖-褶皺基底、郯廬、蘭聊走滑構(gòu)造體系的活動，以及深部地幔物質(zhì)上涌和遷移等因素的控制，經(jīng)歷了前古近紀疊合盆地階段、古近紀斷裂階段和新近紀拗陷階段。車鎮(zhèn)凹陷是濟陽坳陷北部的一個次級凹陷，構(gòu)造演化與濟陽坳陷相似。車鎮(zhèn)凹陷是在改造前新生代構(gòu)造格局的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的，其基底經(jīng)過地臺前的太古代階段、元古-中生代早期的地臺階段和中生代晚期的斷陷階段，基底斷裂對凹陷形成起到了明顯控制作用。古近紀時期，車鎮(zhèn)凹陷的構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了早古新世-早始新世初始斷陷、強烈斷陷、斷陷晚期3個階段，此期間斷裂活動最為強烈，基底斷層控制著該凹陷“隆洼相間”的復雜沉積構(gòu)造格局。

車鎮(zhèn)凹陷整體走向為東西向，呈狹長“S”形，為一北陡南緩、北斷南超的半地塹斷陷湖盆，面積約2400km2。凹陷自西向東可劃分為車西洼陷、車中大王北洼陷和車東郭局子洼陷3個次級洼陷，其間為次級洼間低凸起帶所分隔。自南向北可劃為南部緩坡帶、中央洼陷帶和北部陡坡帶3個次級構(gòu)造單元。四周為無隸凸起、慶云凸起、埕子口凸起和義和莊凸起所包圍(見圖1)。鉆井資料揭示，凹陷自下而上發(fā)育古近系始新統(tǒng)沙河街組和漸新統(tǒng)沙河街組二段至東營組，厚1000～2000m，以陸源碎屑巖沉積為主，不整合于白堊系或前白堊系地層之上。沙河街組自下而上分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，主要物源來自北部埕子口凸起。凹陷北部陡坡帶以粗粒砂礫巖沉積為主，南部緩坡帶發(fā)育中細粒砂質(zhì)沉積，凹陷中部以泥質(zhì)沉積為主，洼間低凸起部位發(fā)育砂礫泥巖混雜堆積的沉積物。

2 層序地層特征

3 沉積體系和充填樣式

車鎮(zhèn)凹陷在沙三段沉積期構(gòu)造活動最強烈，不同部位沉積體系配置不同。綜合分析表明，凹陷北部陡坡帶發(fā)育形成扇三角洲-濱淺湖-半深湖-湖底扇沉積體系，凹陷南部緩坡帶發(fā)育形成河流三角洲、湖底扇和湖泊相。

3.1 扇三角洲

扇三角洲沉積發(fā)育于沙三下亞段沉積期，在北部陡坡帶沿埕南大斷層下降盤呈裙帶狀展布，可分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲3個亞相。扇三角洲平原亞相靠近埕南大斷層近端，搬運距離短，堆積速度快，以厚層砂礫巖沉積為主，分選磨圓較差，地震上為典型雜亂反射，呈楔狀。扇三角洲前緣沉積由扇三角洲沉積物在水流和重力作用下向湖心前積推進形成，地震上為前積反射，同相軸連續(xù)性稍好，以中細粒砂質(zhì)沉積為主。前扇三角洲沉積位于扇三角洲前緣向湖中心前方，為暗色泥巖沉積，與湖相泥頁巖交互，地震上為平行反射，同相軸連續(xù)性較好?？傮w上扇三角洲沉積從盆緣向盆心推進，由雜亂反射漸變?yōu)槠叫蟹瓷浣Y(jié)構(gòu)，連續(xù)性變好(見圖4)。

3.2 河流三角洲

河流三角洲沉積主要在分布于南部緩坡帶凸起帶，以Sq1沉積期尤為發(fā)育?？煞譃槿侵奁皆?、三角洲前緣和前三角洲3個亞相，以三角洲前緣亞相沉積為主體，進一步可細分出水下分支河道、前緣席狀砂和支流間灣等微相。水下分支河道微相主要由灰白色中細砂巖及粉細砂巖組成，垂向上呈現(xiàn)下粗上細的正旋回沉積序列，自然電位曲線以鐘形為主。席狀砂多由泥質(zhì)粉砂巖組成，厚度較薄，自然電位曲線呈低幅度微齒化狀(見圖5)。

3.3 湖底扇

湖底扇沉積是指重力流搬運粗碎屑沉積物進入湖底所形成的湖底濁積扇沉積，發(fā)育于沙三下亞段沉積時期，主要分布在車西洼陷、大王莊洼陷和郭局子洼陷的邊緣帶和湖心中央洼陷地帶。地震反射特征為丘形雙向底超反射結(jié)構(gòu)，內(nèi)部雜亂充填，呈朵狀或扇狀夾于湖相泥巖沉積中。發(fā)育砂礫巖泥混雜堆積體、中細粒塊狀或發(fā)育遞變層理砂巖，偶見大塊泥礫(見圖6)。

3.4 湖泊

研究區(qū)湖泊相沉積分布于湖盆中心，主要發(fā)育濱淺湖-半深湖亞相和深湖亞相，濱淺湖-半深湖亞相以細粒粉砂質(zhì)泥巖和泥巖沉積為主。地震反射特征為亞平行-平行反射結(jié)構(gòu)。深湖亞相以暗色泥巖沉積為主，地震反射特征為平行反射結(jié)構(gòu)。湖盆形態(tài)受控于主斷裂及古地形地貌，具有南北短東西長的特點。

筆者僅以Sq1為例再現(xiàn)研究區(qū)沙河街組層序格架內(nèi)沙河街組沉積期沉積相的空間配置關(guān)系。Sq1時期是湖盆強烈斷陷期，湖平面迅速升高，湖域面積擴大。主控斷裂為埕南大斷層，來自北部埕子口凸起的沉積物源向盆地注入形成扇三角洲，平面上自西向東沿斷層下降盤堆積呈裙帶狀分布在陡坡邊緣。南部緩坡帶發(fā)育河流三角洲沉積，以砂質(zhì)沉積為主。相類型向洼陷邊緣迅速相變?yōu)闉I淺湖-半深湖-深湖沉積，在洼陷邊緣和中央洼陷帶局部發(fā)育湖底扇沉積。反映出車鎮(zhèn)凹陷斷陷湖盆在構(gòu)造活動背景下，在其不同部位形成的不同沉積體系分布(見圖7)。

4 斷裂坡折帶的主控作用

斷陷盆地中的構(gòu)造坡折帶常表現(xiàn)為斷裂坡折帶，受控于同沉積斷裂的活動和展布，對盆地充填的可容納空間和沉積作用產(chǎn)生重要影響，制約著盆地沉積體系分布。研究表明，車鎮(zhèn)凹陷內(nèi)可劃出南部緩坡-洼陷邊緣、洼陷邊緣-中央洼陷帶和洼陷邊緣-北部陡坡帶等斷裂坡折帶樣式。沙三段斷裂坡折帶對沉積砂體的分布起到主控作用。

4.1 北部陡坡帶的二級斷裂坡折帶

北部陡坡帶發(fā)育2個同沉積斷階：一級斷階為控制盆緣邊界的埕南大斷裂，二級斷階靠近盆內(nèi)側(cè)分布。北部埕子口凸起為主物源方向，大量粗碎屑物越過埕子口凸起在埕南大斷裂下降盤一側(cè)堆積形成扇三角洲近端粗粒沉積，礫巖體沿盆緣陡坡帶發(fā)育。二級斷階位于洼陷邊緣帶，靠盆內(nèi)側(cè)，沿下降盤分布。扇三角洲的扇中-扇遠端部分和湖底扇沉積，以砂巖沉積為主。湖盆中央洼陷帶過渡為半深湖-深湖泥質(zhì)沉積(見圖8)。

4.2 南部緩坡帶-洼陷邊緣的斷裂坡折帶

在洼陷邊緣斷裂坡折帶，南部緩坡帶發(fā)育規(guī)模及活動性小的二級斷階。義和莊北部凸起的碎屑物質(zhì)先在凸起邊緣一級斷裂下降盤局部形成沉積中心，砂體厚度較薄。陸源碎屑經(jīng)再搬運至二級坡折帶下降盤堆積，形成洼陷邊緣沉積中心。沿二級斷裂坡折帶以加厚三角洲前緣亞相帶和湖底扇堆積為主。洼陷邊緣斷裂坡折帶控制著三角洲前緣、湖底扇的總體展布。

研究車鎮(zhèn)凹陷沙河街組沙三段沉積體系分布對其油氣聚集成藏有重要指示意義，有利的沉積相帶是油氣運移聚集的有利載體。車鎮(zhèn)凹陷發(fā)育的各級斷裂坡折帶是砂巖油氣藏聚集形成的極有利地帶。在北部陡坡帶和南部緩坡帶的斷裂坡折帶附近，沉積砂體沿斷層下降盤加厚；同沉積斷裂構(gòu)成重要油氣通道，易造成側(cè)向巖性封堵，形成有利斷層封閉。緩坡或陡坡帶斷裂坡折帶均為砂巖油氣藏易形成部位。

北部陡坡帶一級斷階控制扇三角洲近端厚層砂礫巖體，但粒度粗，分選差，成熟度低，儲集性能差。而二級斷階控制的扇三角洲前緣帶和前三角洲濁積扇或湖底扇沉積經(jīng)過再次搬運，沉積分異相對明顯，分選磨圓均較好，成熟度較高，形成物性較好的砂巖儲集體。緩坡洼陷邊緣斷裂坡折帶砂體儲集性能良好。斷裂坡折帶上傾方向多發(fā)育下切水道充填砂巖體，而下傾方向常發(fā)育厚層三角洲前緣砂體或湖底扇沉積砂體。因此，陡坡和緩坡洼陷邊緣斷裂坡折帶應是盆內(nèi)油氣預測勘探的重要區(qū)域(見圖9)。

另外，斷裂坡折帶對砂體展布的控制作用是結(jié)合湖平面的升降變化實現(xiàn)的。湖平面相對高低的變化也是影響充填樣式及沉積體系類型的重要因素之一。斷陷湖盆演化過程中的幕式構(gòu)造活動會導致湖平面頻繁的升降。北部陡坡帶從扇三角洲沉積-湖底扇、南部緩坡帶從河流三角洲沉積-濱淺湖-半深湖沉積的演化，是湖平面升降和古水深變化的結(jié)果。綜合分析認為，斷裂坡折帶的作用在控砂機制和沉積充填中占主導地位。

5 結(jié)論與認識

1)對車鎮(zhèn)凹陷沙河街組沙三段進行三級層序地層層序和沉積體系的研究表明，沙河街組劃分為3個二級層序、6個三級層序。沙三段發(fā)育扇三角洲、河流三角洲、湖底扇、湖泊相等四種沉積相類型，它們具有不同的地質(zhì)-地球物理響應特征。在平面上，河流三角洲主要分布于凹陷南部緩坡帶，扇三角洲沿北部埕南大斷層陡坡帶下降盤分布，湖泊相見于中央洼陷帶，在洼陷邊緣帶及中央洼陷帶局部有湖底扇沉積。

2)研究區(qū)構(gòu)造格局自北向南劃分為北部陡坡斷裂帶、中央洼陷帶、南部緩坡帶和南部凸起帶。凹陷不同部位形成了不同的斷裂坡折帶，可劃分出南部緩坡-洼陷邊緣、洼陷邊緣-中央洼陷帶和洼陷邊緣-北部陡坡帶等斷裂坡折帶樣式；一級斷階為控制盆緣邊界的埕南大斷裂，二級斷階靠近盆內(nèi)側(cè)的洼陷邊緣分布。

3)沙河街組沙三段沉積體系分布及空間配置主要受控于凹陷同沉積斷裂坡折帶樣式。埕南大斷裂控制著扇三角洲近端粗碎屑物沉積，洼陷邊緣斷裂坡折帶控制扇三角洲前緣砂體和湖底扇；南部緩坡斷裂坡折帶控制河流三角洲和湖底扇發(fā)育。扇三角洲前緣砂體、河流三角洲前緣砂體和湖底扇砂體具有良好的儲集物性，為有利油氣儲集發(fā)育帶，為研究區(qū)古近系富油氣儲層預測提供依據(jù)。