對霸縣某地區(qū)沉積體系中油氣儲集體的研究

于曉菲 王雪 許夢 許文倩 張靜儀(中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

0 引言

霸縣凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷內(nèi)部中新生代發(fā)育的次一級凹陷，是華北油田油氣生產(chǎn)的主要區(qū)域之一，其中古近系是重要的勘探層系[1-3]。隨著油氣勘探的深入，霸縣凹陷油氣勘探以由早期的構(gòu)造圈閉為主，轉(zhuǎn)向巖性-地層圈閉勘探。資源評價結(jié)果顯示，霸縣凹陷還有較多的剩余油氣資源，其中大部分富存于深層巖性油氣藏中[4]。但霸縣凹陷砂體成因類型、空間分布及巖性油氣藏的分布等特征缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識，影響了勘探進展。前人有關(guān)該區(qū)沙二、沙三段的研究較多，為了進一步拓展油氣開發(fā)的新領(lǐng)域，研究重點開始向東營組—沙一段等層段轉(zhuǎn)移。因此，對該地區(qū)進行沉積體系分析，明確砂體成因類型、空間分布規(guī)律等，為后續(xù)油氣分布及油氣運移研究奠定了理論基礎(chǔ)，在霸縣凹陷進一步油氣勘探中顯得尤為重要。

1 地質(zhì)背景

1.1 凹陷位置

霸縣凹陷屬于中國渤海灣中—新生代含油氣盆地，位于冀中坳陷東部凹陷中部。西部與牛駝鎮(zhèn)凸起相鄰，向東為文安斜坡帶，北部與廊固凹陷、武清凹陷以霸縣二臺階和里瀾斷層相隔，南接徐水-新安橫向調(diào)節(jié)斷層。研究區(qū)為一個西陡東緩、西高東低的箕狀繼承性凹陷，南北長約80km，東西寬約為70km，走向為北東向，勘探面積約為5500km2[5]。盆地控制斷裂的強烈活動導(dǎo)致凹陷古近系地層沉積厚度約7km，由于斷裂活動的差異性，地層厚度變化大，巖相變化較快。

1.2 地層特征

研究區(qū)從下向上發(fā)育古近系孔店組、沙河街組、東營組三組地層?？椎杲M為一套河湖相碎屑巖，顏色分層性明顯，并夾有少量玄武巖。各層厚度分布不均，小到幾十米，大到幾百米。沙河街組與孔店組為平行不整合接觸，主要為暗色湖相砂泥巖，含有碳酸鹽和生物碎屑灰?guī)r。各層厚度從沉積中心向凹陷邊緣逐漸減小。東營組巖性主要為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖，夾有少量白云質(zhì)灰?guī)r和泥巖。

1.3 構(gòu)造演化

冀中坳陷形成于燕山運動塑造的呈NE-SW 向凸凹基底背景上，霸縣凹陷的伸展裂谷作用受地幔熱底辟作用產(chǎn)生的張力和板塊邊緣向板塊傳遞的力的影響，新生界沉積之前為區(qū)域性寬緩褶皺構(gòu)造[6-7]。依據(jù)斷裂組合及斷層活動特征，將霸縣凹陷古近系這一裂谷發(fā)育期細(xì)分為3幕裂陷過程和6個演化階段[8]。

2 沉積相類型

沉積構(gòu)造是沉積物內(nèi)部的宏觀特征，是沉積時期環(huán)境的具體表現(xiàn)和重要標(biāo)志。霸縣凹陷古近系沉積相組成類型豐富，主要發(fā)育沖積扇、三角洲、河流、近岸水下扇、灘壩和湖泊等沉積相類型[9-10]。

2.1 沉積體系組合

2.1.1 湖泊-灘壩體系

湖泊-灘壩體系主要分布于強烈斷陷Ⅱ幕和Ⅲ幕的早期，湖泊相以淺湖、半深湖深灰色，灰色泥巖夾薄層細(xì)砂巖、粉砂巖為特征，霸縣凹陷深湖發(fā)育階段廣泛分布黑色油頁巖與暗色泥巖互層沉積。灘壩主要形成于(Es1x)沉積期，是快速湖侵階段的產(chǎn)物。該時期物源供給能力較弱，氣候溫潤水體清且淺，霸縣凹陷內(nèi)部廣泛形成了一套以暗色泥巖、油頁巖與灰色細(xì)砂巖、灰?guī)r及生物灰?guī)r互層沉積，成為“特殊巖性段”，是陸源碎屑灘與生物碎屑灘的混積結(jié)果。沉積構(gòu)造主要有塊狀層理、波狀層理、楔狀層理和平行層理等； 層面可見浪成波痕和剝離線理等。

2.1.2 風(fēng)暴沉積體系

風(fēng)暴沉積是由于地震、海嘯和臺風(fēng)的作用，以及風(fēng)暴流對海岸、淺水湖甚至近岸地區(qū)的侵蝕和沖刷，正常沉積條件下形成的正常沉積物被再次攪拌懸浮，并通過暴雨回流輸送到鄰近的淺水湖盆。因此，陸相環(huán)境中的風(fēng)暴巖常發(fā)育于湖濱淺層。風(fēng)暴沉積常形成塊狀層理、波狀層理、交錯層理、丘狀交錯層理和浪成砂交錯層理五種層理結(jié)構(gòu)，以及生物逃逸痕跡和同生變形構(gòu)造。

2.1.3 淺水三角洲沉積體系

研究區(qū)淺水三角洲主要的構(gòu)造類型是平行層理、槽狀交錯層理和波狀交錯層理。當(dāng)物質(zhì)供給充足時，通常形成以平行層理為主的厚層細(xì)砂巖相；當(dāng)物質(zhì)供給不足，湖波作用強烈時，往往形成槽狀交錯層理或波浪交錯層理細(xì)砂巖相[11]。研究區(qū)的槽狀交錯層理以小規(guī)模發(fā)育于分支河道中。平行層理與交錯層理伴生，一般指示急流、河道側(cè)向遷移的淺水環(huán)境，多見于淺水三角洲分支河道的底部。波狀交錯層理主要是沉積水體波浪振蕩造成的，一般位于席狀砂微相環(huán)境中，當(dāng)水流能量較大時，泥沙沉積，泥漿懸?。划?dāng)水流能量較弱時，懸浮物沉積在槽內(nèi)或覆蓋在起伏的砂層上，表明水動力條件中等的淺水沉積環(huán)境。

2.2 沉積相平面展布

研究區(qū)岔河集構(gòu)造帶的沉積相類型和演化模式受其特殊的古地形控制。岔河集構(gòu)造帶位于牛坨鎮(zhèn)隆起東側(cè)牛東斷裂的錯斷處。古地形、地貌條件顯示了淺水三角洲環(huán)境。根據(jù)巖心資料分析，研究區(qū)沉積構(gòu)造以牽引、排水構(gòu)造為主，存在波狀層理等多種淺湖三角洲相標(biāo)志；測井相以正旋回河道砂體為主，很少出現(xiàn)逆旋回河口壩和遠(yuǎn)壩砂體，廣泛分布席狀砂。

根據(jù)巖心資料及地震屬性分析，得出研究區(qū)沉積相平面展布圖(見圖1)。

圖1 地震屬性(左)沉積相平面展布圖(右)

3 古風(fēng)向及古物源

3.1 古物源

上述沉積相研究表明，3個區(qū)塊(岔南、岔中、岔北)的物源主要來自西部的牛坨鎮(zhèn)隆起，并存在激發(fā)物源。其中，岔北區(qū)塊來自北和西北部，岔南區(qū)塊來自西南部，沉積物經(jīng)中低能河流向東部淺水湖泊環(huán)境運移。平面上，沙河街組一段砂體呈東西向展布，西厚東薄。由于古隆起及其周圍地區(qū)的遮擋，砂體重新分布(見圖2)。同時，綜合湖波和海流的改造作用，形成了厚灘壩砂體。

圖2 灘壩形成水動力條件示意圖

3.2 古風(fēng)向

風(fēng)場的作用是普遍存在于自然環(huán)境中，包括碎屑巖和碳酸鹽巖沉積環(huán)境。風(fēng)場有兩個作用對象：地表沉積物和水下沉積物。風(fēng)場對地表沉積物有直接的影響，包括風(fēng)蝕、搬運和風(fēng)沙沉積，其結(jié)果是風(fēng)成沉積體系的形成；而風(fēng)場的間接作用，包括沖刷作用、搬運作用和沉積作用，其原理是風(fēng)驅(qū)動水體運動產(chǎn)生波浪，并對水下沉積物進行分配或改造，改造濱岸、河口灣角洲等沉積體系就是其作用的結(jié)果[12]。

風(fēng)場方向控制波浪的方向，進而影響湖盆中央砂體沉積的展布形態(tài)，灘壩砂體反映了正常的長時間風(fēng)向，風(fēng)暴沉積反映事件性大風(fēng)暴的風(fēng)向，在沙一段沉積期，研究區(qū)風(fēng)向總體來自東部方向，風(fēng)暴也是此方向。風(fēng)力、水動力與物源輸入方向相反，二者相互平衡，最終形成河口灣、無障壁海岸、障壁海岸和風(fēng)暴沉積。

4 結(jié)語

(1)劃分出三類沉積體系，一類是沉積體系為湖泊-灘壩體系；第二類沉積體系為風(fēng)暴沉積體系；第三類沉積體系為淺水三角洲沉積體系。

(2)結(jié)合地震平解釋圖，做出了沉積相展布圖，判斷出物源來自于北西向牛駝鎮(zhèn)凸起，以及古風(fēng)場為南東向。

(3)古風(fēng)向及古物源對油氣的生儲空間配置以及油氣的輸導(dǎo)和聚集起著一定的影響。霸縣凹陷具有良好的油源條件和發(fā)育的油源斷層。其古地貌具有“坳陷隆起”的特征。具有良好的油氣成藏條件，多套油層發(fā)育，深部勘探潛力大。