渤海遼東灣錦州25-1地區(qū)沙三段沉積體系演化及有利砂體分析

王雙龍，程 奇，呂坐彬，房 娜，朱志強

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

錦州25-1地區(qū)位于渤海遼東灣北部海域，古近系沙河街組二段（以下簡稱沙二段）是區(qū)內(nèi)主力含油層段，沙河街組三段（以下簡稱沙三段）是區(qū)內(nèi)主要生油層段。但近年來，隨著渤海油田勘探開發(fā)一體化加深，A12井、E13井等開發(fā)井在沙三段也獲得油氣發(fā)現(xiàn)，表明研究區(qū)沙三段也具有一定資源潛力。前人對錦州25-1地區(qū)沙二段的成藏模式、物源方向、儲層描述、沉積體系[1-8]等均進行了深入分析，但由于沙三段一直作為區(qū)內(nèi)勘探開發(fā)的非主力層，以及埋藏較深等原因，目前對沙三段的沉積相類型、砂體沉積范圍等地質(zhì)條件研究較少，嚴(yán)重制約著區(qū)內(nèi)下步油氣的勘探開發(fā)部署。

本文利用錦州25-1地區(qū)的巖心、測井、地震等資料，詳細開展沙三段沉積時期的物源方向、古地貌特征以及沉積特征等分析，總結(jié)沙三段沉積時期沉積體系演化過程，分析有利砂體展布。

1 地質(zhì)背景

錦州25-1地區(qū)位于渤海遼東灣遼西凹陷中北洼東側(cè)、遼西凸起中北段，近南北向延伸的遼西1號斷層和遼西2號斷層控制著研究區(qū)總體構(gòu)造格局和沉積格局，已發(fā)現(xiàn)油田依附于該斷層兩側(cè)，為典型的中深層油氣藏。鉆井資料揭示，錦州25-1地區(qū)古近系發(fā)育東營組和沙河街組，沙河街組自下而上可以劃分為沙三段、沙二段和沙一段，其中沙三段又可劃分為3個三級層序（SQ1、SQ2、SQ3）。

根據(jù)鉆井資料和三維地震資料，繪制沙三段各層序（SQ1-SQ3）地層厚度等值線圖（圖1），展示沙三段各時期地層厚度平面分布特征以及沉積演化規(guī)律。SQ1層序時期的沉積范圍在沙三段三個層序中最小，主要在遼西1號斷層和遼西2號斷層下降盤沉積，其余地區(qū)均為凸起帶，接受風(fēng)化剝蝕；隨著湖平面上升，SQ2層序時期沉積范圍逐漸擴大，研究區(qū)南部相對較低的凸起帶開始沒入水下接受沉積；SQ3層序時期湖平面繼續(xù)上升，沉積范圍繼續(xù)擴大，除局部凸起高點外，研究區(qū)大部分地區(qū)已沒入水下接受沉積，沉積厚度最大可達400.0 m。從沉積厚度和范圍上可看出，SQ3為沙三段主要沉積時期。

圖1 沙三段各層序時期地層厚度平面展布

2 物源方向分析

本文采用鋯石U-Pb測年法和重礦物特征法，并結(jié)合區(qū)域沉積背景，綜合判斷研究區(qū)內(nèi)沙三段物源方向。其中，鋯石U-Pb測年法共測定2口井70顆鋯石，重礦物特征法共測試6口井。

2.1 鋯石測年法

鋯石U-Pb定年可識別源區(qū)巖石時代[9-10]。沙三段SQ3層序時期鋯石為雙峰特征，元古代和太古代鋯石占優(yōu)勢，鋯石以巖漿巖成因和變質(zhì)巖成因為主。JZS-6井的鋯石以元古代、太古代的酸性巖漿巖為主，并含有少量的中生代噴出巖；JZ-3井的鋯石以元古代、太古代的變質(zhì)巖為主。結(jié)合區(qū)域物源資料，推斷沙三段SQ3時期物源既有來自于研究區(qū)西部燕山褶皺帶元古代、太古代的酸性巖漿巖，又有來自于遼西凸起元古代、太古代的變質(zhì)巖。

2.2 重礦物特征法

重礦物組合特征和ZTR指數(shù)是有效判別物源方向、運移距離和分區(qū)的依據(jù)[11-14]。根據(jù)研究區(qū)沙三段SQ3時期重礦物組合平面分布特征和ZTR指數(shù)分析，可將研究區(qū)分為I、II、III三個區(qū)（圖2）：

圖2 沙三段SQ3層序時期重礦物組合分布

I區(qū)：研究區(qū)西部，包括JZ-7井到JZS-6井一帶，主要重礦物含量：鋯石33.0%～64.0%、白鈦礦10.0%～28.0%、磁鐵礦2.0%～21.0%。根據(jù)碎屑巖礦物組合與母巖對應(yīng)關(guān)系[15]，判斷母巖主要為酸性巖漿巖、含變質(zhì)巖及基性侵入巖，越靠近遼西凸起，變質(zhì)巖及基性侵入巖含量越多；ZTR指數(shù)（34.2%～47.7%）較高反映物源供給距離較遠。

II區(qū)：研究區(qū)東北部，包括JZ-3井到JZ-16井一帶，主要重礦物含量：白鈦礦12.0%～48.0%、鋯石26.0%～28.0%、褐鐵礦7.0%～36.0%、綠簾石5.0%～18.0%。根據(jù)碎屑巖礦物組合與母巖對應(yīng)關(guān)系[15]，判斷母巖為變質(zhì)巖，含少量的酸性巖漿巖；ZTR指數(shù)（27.7%～31.1%）較低反映物源供給距離較近。

III區(qū)：研究區(qū)南部，包括JZS-3井到JZS-9井一帶，由于缺少具體重礦物數(shù)據(jù)，只能根據(jù)地震相、巖心資料等進行物源方向及物源供給距離分析，初步判定為南部的近源供給。

結(jié)合區(qū)域沉積背景[16-17]，根據(jù)上述重礦物組合特征和ZTR指數(shù)分析，Ⅰ區(qū)反映的是研究區(qū)西部遠源燕山褶皺帶物源體系，Ⅱ區(qū)反映的是研究區(qū)北部近源的遼西凸起物源特征，Ⅲ區(qū)為研究區(qū)南部遼西凸起物源特征。

3 古地貌恢復(fù)

沙三段地層直接披覆在太古宇潛山之上，其沉積受潛山古地貌影響較大，因此，有必要對沙三段沉積前的古地貌進行分析。采用印模法[18]對沙三段SQ1層序時期古地貌進行恢復(fù)發(fā)現(xiàn)，受遼西1號斷層和遼西2號斷層的影響，研究區(qū)太古宇潛山基底整體呈東高西低的格局，可劃分為A～E五個區(qū)（圖3）：A區(qū)位于遼西1號斷層和遼西2號斷層的下降盤，古地貌最低，屬于深洼區(qū)，為沙三段接受沉積的主要區(qū)域；B區(qū)位于遼西1號斷層和遼西2號斷層的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，古地貌較低，屬于次深洼區(qū)；C、D、E區(qū)均位于遼西1號斷層和遼西2號斷層的上升盤，屬于遼西凸起帶，整體古地貌較高，其中C區(qū)為凸起帶上的相對低洼區(qū)，主要接受沉積；D區(qū)為凸起帶上的次高帶，早期出露于水面之上，遭受剝蝕，后期位于水面之下，接受沉積；E區(qū)為遼西凸起帶的高帶，為剝蝕區(qū)。這幾種古地貌單元對沙三段沉積演化有著重要影響，將在后面沉積演化體系分析中詳細論述。

圖3 沙三段SQ1層序時期古地貌

4 沉積特征及沉積體系演化分析

根據(jù)巖心觀察、測井、錄井、地震以及區(qū)域沉積背景資料，綜合分析認(rèn)為錦州25-1地區(qū)沙三段發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲以及湖泊等3種沉積相類型，沉積受湖平面升降及古地貌的影響。

4.1 巖相特征

對研究區(qū)6口取心井沙三段巖心資料進行觀測，根據(jù)顏色、巖性、粒度、沉積構(gòu)造以及碎屑含量和類型等特征，將目的層劃分為礫巖相、砂巖相以及泥巖相三大類，并進一步細分為8小類（表1）。

表1 沙三段巖相分類

4.2 測井相特征

測井曲線的形態(tài)和幅度是反映沉積環(huán)境特征的良好指標(biāo)[19-21]。根據(jù)自然伽馬曲線和電阻率曲線的特征，研究區(qū)沙三段測井曲線可大致分為雙高形、箱形、漏斗形、鐘形及指狀五大類。

雙高形測井曲線具有高伽馬曲線和高電阻率曲線特征，對應(yīng)巖性為中-細礫巖，反映陡坡帶扇三角洲前緣快速堆積過程，如JZ-3井沙三段（3 374.0～3 389.0 m）巖性以灰色細礫巖、含礫中粗砂巖為主，為典型扇三角洲前緣沉積；箱形測井曲線在研究區(qū)反映較強的水動力環(huán)境，對應(yīng)巖性為較厚層砂巖，沉積微相類型為水下分流河道，如JZS-6井沙三段（3 526.0～3 556.0 m）巖性以厚層灰色塊狀細砂巖為主，為典型的辮狀河三角洲前緣水下分流河道沉積；漏斗形測井曲線反映水動力由弱變強的過程，曲線幅度越高表明水動力越強，沉積微相類型為河口壩，如JZ-1井沙三段（2 429.0～2 436.0 m）巖性以灰色細砂巖和粉砂巖為主，砂粒分選好，垂向剖面上表現(xiàn)為上粗下細的反粒序結(jié)構(gòu)；鐘形測井曲線反映水動力由強到弱的過程，沉積微相類型為水下分流河道遠端，如JZS-9井沙三段（1 877.0～1 883.0 m）巖性以灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，垂向剖面上表現(xiàn)為下粗上細的正粒序結(jié)構(gòu)；指狀測井曲線反映整體弱水動力中偶有相對強水動力的沉積環(huán)境，巖性多為粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，沉積微相類型為遠砂壩或席狀砂。

4.3 地震相特征

地震相是由特定地震反射參數(shù)所限定三維空間的地震反射單元，是特定的沉積相或地質(zhì)體的地震響應(yīng)[22-23]。根據(jù)地震體外部形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、振幅、頻率及連續(xù)性等特征，將研究區(qū)沙三段地震相劃分為帚狀前積型、S形前積型、波狀以及平行型等四種地震相類型。

帚狀前積型地震相由外部形態(tài)呈楔形，內(nèi)部由多條向斜上方收斂、向斜下方散開的地震反射軸組成，與外部反射軸成一定角度相交，呈帚狀，在研究區(qū)代表陡坡帶不穩(wěn)定強水流條件下快速前積過程，是扇三角洲沉積特征；S形前積型地震相外部形態(tài)呈楔形，內(nèi)部由多條呈S形向下方傾斜的反射軸組成，與外部反射軸成一定角度相交，呈S形，代表前積的反射特征，是辮狀河三角洲前緣沉積特征；波狀地震相由多條波浪形反射軸構(gòu)成，反映相對動蕩的濱淺湖沉積環(huán)境；平行型地震相由多條平行的反射軸構(gòu)成，反映穩(wěn)定發(fā)育的濱淺湖環(huán)境以及深湖-半深湖環(huán)境（表2）。

表2 沙三段地震相反射特征

4.4 沉積體系演化

在區(qū)域沉積背景基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井資料、古地貌以及地震均方根振幅屬性等資料，對錦州地區(qū)沙三段各層序（SQ1-SQ3）時期沉積體系演化過程進行分析。

SQ1層序時期：此時研究區(qū)遼西凸起帶非常發(fā)育，沉積區(qū)主要在遼西1號斷層和遼西2號斷層下降盤（A區(qū)）。A區(qū)發(fā)育一套以燕山褶皺帶為物源的辮狀河三角洲前緣沉積，同時遼西凸起接受風(fēng)化剝蝕，提供局部性物源供給，在凸起帶的陡坡帶形成3套扇三角洲前緣沉積（圖4a、4b）。

SQ2層序時期：此時主要沉積區(qū)仍分布在A區(qū)，物源供給與SQ1層序時期相似，研究區(qū)西北部發(fā)育兩套辮狀河三角洲前緣沉積，凸起帶的陡坡帶發(fā)育一套扇三角洲沉積，但隨著SQ1早期充填和物源供給增強，沉積范圍逐漸擴大，遼西凸起帶相對低洼區(qū)開始沒入水下，尤其是斷層轉(zhuǎn)換帶B區(qū)和凸起帶南部C區(qū)，其中C區(qū)發(fā)育一套以遼西凸起局部為物源的小型扇三角洲沉積（圖4c、4d）。

SQ3層序時期：隨著湖平面上升，此時期凸起帶進一步縮小，研究區(qū)絕大部分區(qū)域沒入湖平面以下接受沉積，受控于SQ1和SQ2層序時期的填平補齊和燕山褶皺帶物源供給的增強，燕山褶皺帶供源發(fā)育的兩套辮狀河三角洲前緣砂體逐漸向前延伸，越過遼西1號斷層低洼處，在靠近遼西1號斷層的D區(qū)發(fā)育4套朵葉體，在遼西2號斷層陡坡帶和研究區(qū)C區(qū)各發(fā)育一套小型扇三角洲沉積（圖4e、4f）。

圖4 沙三段各層序（SQ1-SQ3）均方根振幅屬性及沉積相展布

5 有利砂體分析

沙三段是錦州25-1地區(qū)主要生油層，尋找有利儲集體是勘探、開發(fā)的關(guān)鍵，而由遼西凸起供源形成的扇三角洲前緣和由燕山褶皺帶供源形成的辮狀河三角洲前緣沉積奠定了重要的儲集基礎(chǔ)。

通過對沙三段沉積體系演化分析認(rèn)為：SQ1-SQ2層序時期，辮狀河三角洲前緣沉積主要發(fā)育于構(gòu)造深洼區(qū)，SQ3層序時期辮狀河三角洲前緣沉積越過遼西1號斷層，在構(gòu)造高部位沉積，其水下分流河道砂體是有利的儲層，巖性以細砂巖和粉砂巖為主，孔隙度24.7%～27.7%，滲透率97.0×10-3～331.3×10-3μm2，屬于中-高孔、中滲儲層；沿著遼西1號斷層和遼西2號斷層陡坡帶的扇三角洲前緣沉積在SQ1-SQ3層序時期均有發(fā)育，其巖性復(fù)雜，以細礫巖和細砂巖為主，物性變化較大，孔隙度8.0%～26.5%，滲透率17.6×10-3～965.0×10-3μm2。從鉆井資料分析，越過遼西1號斷層的辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體和物性較好的扇三角洲前緣砂體已都有油氣發(fā)現(xiàn)，而物性較差的扇三角洲前緣砂體往往為致密層或干層。遼西1號斷層高部位辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體和高品質(zhì)扇三角洲砂體是錦州25-1地區(qū)沙三段的有利儲集體。

6 結(jié)論

（1）錦州25-1地區(qū)沙三段發(fā)育雙物源沉積，物源主要來自于燕山褶皺帶和遼西凸起；古地貌受遼西1號斷層和遼西2號斷層影響，整體呈東高西低特征，并可進一步劃分為構(gòu)造深洼區(qū)、次深洼區(qū)、相對低洼區(qū)、次高帶以及高帶5種地貌單元。

（2）研究區(qū)沙三段主要發(fā)育扇三角洲前緣、辮狀河三角洲前緣以及湖泊相3種沉積。SQ1-SQ3層序時期，燕山褶皺帶供源的辮狀河三角洲前緣沉積不斷向區(qū)內(nèi)延伸，最終在SQ3層序時期越過遼西1號斷層于高部位沉積；遼西凸起供源的扇三角洲前緣沉積在各層序時期均有發(fā)育。

（3）遼西1號斷層高部位辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體和高品質(zhì)扇三角洲砂體是錦州25-1地區(qū)沙三段的有利儲集體。