渤海灣盆地M區(qū)塊潛山上覆坡積巖發(fā)育控制因素及成因模式

王月勝，劉玉明，李洋冰，陳 鑫，黃 英，劉再振

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司非常規(guī)技術(shù)研究院，天津 300452）

潛山油氣藏是位于不整合面之下的一類特殊油氣藏，多分布在構(gòu)造凸起部位[1–4]。近年來，在我國渤海灣盆地相繼發(fā)現(xiàn)了一大批潛山油氣藏，冀中坳陷的任丘潛山油田屬于非常典型的碳酸鹽巖潛山,是一個(gè)典型的高產(chǎn)大油田[5]。受不同區(qū)域沉積性質(zhì)及構(gòu)造活動(dòng)差異的影響，潛山油藏儲(chǔ)層的發(fā)育性質(zhì)也存在較大差異。變質(zhì)巖潛山油氣藏通常沿不整合面展布，油氣發(fā)育規(guī)律與風(fēng)化作用范圍、風(fēng)化強(qiáng)度及風(fēng)化裂縫等因素密切相關(guān)，這類油藏多呈塊狀或不規(guī)則狀形態(tài)分布，其單井產(chǎn)量變化大，一般不易形成各種內(nèi)幕油氣藏[6–7]。

渤海灣盆地M區(qū)塊含油氣層系為古近系沙河街組和太古宇，油藏埋深1 450～2 006 m。沙河街組主要為層狀構(gòu)造油氣藏，太古宇潛山為塊狀油藏。太古宇潛山遭受長期的風(fēng)化剝蝕，風(fēng)化黏土層的缺失是潛山風(fēng)化殼地質(zhì)結(jié)構(gòu)（半風(fēng)化殼）的重要特征，受古地貌單元及形態(tài)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素影響，局部形成覆蓋于潛山頂面的坡積巖層。坡積巖層一般是近距離堆積形成，天然孔隙率較高，具有較好的儲(chǔ)集空間[8–11]。由于潛山上覆“標(biāo)準(zhǔn)層”不發(fā)育，現(xiàn)場卡取潛山界面以地質(zhì)循環(huán)為主，因而潛山頂面識(shí)別難度較大。而坡積巖層的識(shí)別評價(jià)一方面可以為潛山頂面識(shí)別提供依據(jù)；另一方面，部分坡積巖層也具有良好的物性，可以成為有效儲(chǔ)層。

本文以M區(qū)塊潛山油藏為例，利用該區(qū)塊豐富的巖心、鉆井、錄井、測井及地震資料，分析潛山上覆坡積巖層的發(fā)育特征及分布規(guī)律，建立坡積巖層的發(fā)育模式。該研究成果對加速潛山油藏勘探開發(fā)進(jìn)程、降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)具有重要參考價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)M區(qū)塊位于渤海灣盆東部遼西低凸起的中北段（M區(qū)塊），該地區(qū)的生油層主要有兩套，分別為沙河街組沙四段–沙三段、沙河街組沙一段–東營組東三段。潛山在渤海灣盆地的分布非常廣泛，近年來，渤海灣盆地部分坳陷的潛山類型、儲(chǔ)層和成藏模式引起了研究者的關(guān)注。潛山基巖主要包括太古宇花崗巖及元古界變質(zhì)巖、中–新元古界和下古生界碳酸鹽巖、上古生界煤系碎屑巖地層和中生界含火山巖的陸相碎屑巖。潛山變質(zhì)巖及火山巖基底形成的動(dòng)力主要源于上地幔上涌的物質(zhì)，這些物質(zhì)在上涌過程中，產(chǎn)生大量的熱能，并刺穿不同地層，進(jìn)而加速烴類的成熟及運(yùn)移。

渤海灣地區(qū)處于不同板塊銜接的轉(zhuǎn)換地區(qū)，受不同期次構(gòu)造活動(dòng)的影響，且構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，不同級別斷層發(fā)育，與斷層相關(guān)的裂縫也極為發(fā)育。這些因素導(dǎo)致變質(zhì)巖或火山巖基底的儲(chǔ)層物性被良好的改造并形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，在潛山中烴類可以發(fā)生大規(guī)模聚集成藏，如渤中28–1、曹妃甸18–2、曹妃甸1–6等區(qū)塊先后被發(fā)現(xiàn)。

研究區(qū)構(gòu)造西北地區(qū)高于東南地區(qū)，主要斷裂為遼西2號斷裂及大量次級斷裂。該區(qū)地層單元從下到上分別為：上太古界基底、沙河街組一段（E3s1）、沙河街組二段（E3s2）、沙河街組三段（E3s3）、古近系東營組（E3d）、新近系館陶組（N1g）和明化鎮(zhèn)組（N1m）。目前，潛山油藏主要分布在太古宇變質(zhì)巖層中，其蓋層為上覆區(qū)域性分布的沙河街組沙三段厚層泥巖。

2 坡積巖的測井識(shí)別

M區(qū)塊太古宇發(fā)育變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層，潛山上部的風(fēng)化黏土層通常被剝蝕掉，在半風(fēng)化殼之上直接沉積上覆巖層。M區(qū)塊太古宇潛山之上發(fā)育沙三段地層，沙三段底部局部發(fā)育有坡積巖層，即該套坡積巖層發(fā)育在變質(zhì)巖潛山和沙三段之間。

潛山與沙三段泥巖之間，局部發(fā)育有坡積巖層。研究認(rèn)為，潛山上覆地層的這套坡積巖層主要為砂巖和泥巖，即坡積砂巖及坡積泥巖，是由于山頂風(fēng)化而在山坡堆積所形成。而底部灘壩砂巖指發(fā)育于濱岸環(huán)境的正常沉積。

研究區(qū)主要利用GR、Rt、CNC、DEN及AC等測井曲線來識(shí)別坡積巖。該區(qū)太古界花崗巖主要為火成巖，GR值較高，一般大于150 API；而沙三段沉積巖GR值通常低于花崗巖，約為100 API，坡積巖GR值介于泥巖與花崗巖之間（圖1a）；灘壩砂巖屬于正常沉積砂巖，GR值一般為80 API，低于泥巖段（圖1b）。

沙三段泥巖對水分子具有吸附性，Rt較低，約為2.0 Ω·m；太古界花崗巖極為致密，Rt具有高阻特征，約為100.0 Ω·m；坡積砂巖及灘壩砂巖的Rt通常介于泥巖與花崗巖之間，約為8.0 Ω·m（圖1c）。

研究區(qū)太古界花崗巖具有低中子、高密度及低聲波時(shí)差特征，沙三段泥巖具有高中子、低密度及高聲波時(shí)差特征，而坡積砂巖及灘壩砂巖的同類型測井參數(shù)的響應(yīng)特征介于泥巖與花崗巖之間（圖1d）。

此外，研究區(qū)大量巖石薄片和X射線衍射全巖分析顯示，潛山上覆坡積巖層的巖屑組分含量較高，主要為巖屑砂巖。沙二段砂巖、沙三段砂巖以及坡積砂巖的巖石薄片含量差異較大，沙二段砂巖和沙三段砂巖主要礦物組分均為石英和長石，而坡積砂巖中的火成巖巖塊含量非常高，平均值達(dá)到66%，石英、長石含量較低（圖2）；灘壩砂巖不含火成巖巖塊，其鉀長石含量比其他三種巖石的平均值高。

圖2 坡積層巖性礦物成分

3 坡積巖發(fā)育控制因素

為了查明潛山上部坡積巖形成的控制因素，對研究區(qū)內(nèi)鉆遇花崗巖上部砂巖的井進(jìn)行全巖、物源、地貌特征等分析。全巖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，J4D井、J5井、J21H井與其他幾口井的全巖成分有明顯不同，火成巖巖塊成分偏高，而其他幾口井主要以變質(zhì)巖巖屑及石英長石為主，且變質(zhì)巖巖屑成分主要為石英。

分析認(rèn)為J4D井、J5井以及J21H井屬坡積巖沉積，而J7等井屬于灘壩砂巖沉積。綜合地震、測井及鉆井等資料分析了潛山上部坡積砂巖主控因素。

3.1 構(gòu)造控制因素

坡積巖與灘壩砂巖最直接的不同點(diǎn)是發(fā)育位置不同。前人研究表明，坡積巖為半坡堆積或緊靠山前堆積，往往發(fā)育粗碎屑[3]，沉積環(huán)境以坡度適中的山區(qū)或山前為主，即坡積巖主要發(fā)育于出現(xiàn)較大幅度隆起的構(gòu)造活動(dòng)區(qū)。灘壩砂巖則主要發(fā)育于相對穩(wěn)定的濱岸沉積環(huán)境，“灘”通常指從低潮線到最大風(fēng)暴線之間的水域，砂礫發(fā)生大規(guī)模堆積并向湖方向出現(xiàn)傾斜，而“壩”通常指與岸之間具有較遠(yuǎn)距離的砂礫巖堆積，多具有長條形的隆起堆疊形態(tài)。

通過對研究區(qū)潛山的坡度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，潛山的坡度由南向北先變緩再逐漸變陡。受斷層影響，在測線900附近坡度變緩。潛山整體的坡度角分布在5°～35°，集中在15°～30°，其中J4D井所處位置坡度角為25°，J5井所處位置坡度角約為15°（圖3）。坡度太大，坡積物不易堆積，只有在坡度較緩的時(shí)候，在海拔較高的隆起區(qū)，可能存在坡積物沉積。

圖3 研究區(qū)1號斷裂附近鉆遇潛山的坡度角

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂影響著節(jié)理的發(fā)育，而節(jié)理影響著物源的供給。研究區(qū)發(fā)育大量斷裂，火成巖成分較多的井都位于構(gòu)造的較高部位，緊鄰遼西1號斷層。按斷開地層的厚度分類，將斷層分為四個(gè)級別。其中一級斷裂為邊界斷層，斷層延伸到東營組三段之上，共4條；二級斷裂為未斷開東營組的斷裂，共12條；三級斷裂為未斷開沙河街組一段的斷裂，共1條；四級斷裂多分布在潛山的表層，共40余條。斷裂的形成及演化具有多期次性，研究區(qū)的斷裂主要沿著NE方向展布，其次為NW方向和EW方向。平面上，斷裂具有多組系分布的特征，表明這些斷裂是在不同期次構(gòu)造活動(dòng)期形成的。

裂縫或節(jié)理形成與區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)或斷裂的形成密切相關(guān)，通常被認(rèn)為是斷裂形成過程中的一些派生物或次級誘導(dǎo)破裂結(jié)果。裂縫或節(jié)理的形成加劇了深部的淋濾作用，促進(jìn)巖石破裂，加速風(fēng)化作用，為潛山上覆坡積巖層的發(fā)育提供了基礎(chǔ)物源來源。

以單井地層測井資料為基礎(chǔ)，利用Petrel軟件及地震資料，對研究區(qū)前古近紀(jì)古地貌格局進(jìn)行了恢復(fù)，結(jié)果顯示，在沙河街組三段沉積早期，地勢具有西北部高、東南部低的古地貌格局（圖4）。因此，西北部地層提供了主要的坡積巖物源。

圖4 研究區(qū)前古近紀(jì)古地貌恢復(fù)

3.2 沉積控制因素

除了上述構(gòu)造因素外，沉積可容空間的演變對坡積巖的發(fā)育也具有重要影響?？扇菘臻g與基準(zhǔn)面變化、海平面沉降及沉積背景均有密切關(guān)聯(lián)，即沉積的發(fā)生需在沉積基準(zhǔn)面之下存在可容空間。假設(shè)A指代可容空間，S指代沉積物的供給，若A/S＞0，沉積過程才能正常進(jìn)行；若A/S=0，局部區(qū)域無沉積；若A/S＜0，局部地層將被剝蝕（圖5）。結(jié)合構(gòu)造因素，分析認(rèn)為早期湖平面較低，研究區(qū)整體位于剝蝕區(qū)域，此時(shí)，坡積巖主要集中在山腰區(qū)域；隨著湖平面的不斷上漲，研究區(qū)出現(xiàn)大面積的水下低隆區(qū)，此時(shí)坡積巖主要分布在山的上部區(qū)域。

圖5 基準(zhǔn)面變化與沉積分布

在古地貌格局基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)沉積背景及各單井測井資料，開展地層對比及沉積相識(shí)別。結(jié)果顯示，沙河街組三段沉積早期，研究區(qū)西北方向發(fā)育的高山區(qū)為該區(qū)沉積的主要物源。利用測井相分析，在沙三段Ⅱ油層組識(shí)別出水下分支河道、水下溢岸、河口壩、席狀砂及濱淺湖泥多種沉積微相。

在該時(shí)期，研究區(qū)沙三段主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相沉積，其沉積微相包括水下溢岸、分流河道、席狀砂及河口壩，向東南方向逐漸過渡為泥質(zhì)沉積（濱淺湖相）（圖6）。因此，西北物源為坡積巖的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖6 研究區(qū)沙三段Ⅱ油層組沉積微相平面分布

4 坡積巖發(fā)育模式

通過對研究區(qū)鉆井、測井及地震資料分析，建立了坡積巖的發(fā)育模式（圖7）。當(dāng)原始的高處基巖發(fā)生風(fēng)化作用，頂部的巖石被順坡搬運(yùn)，而沿坡位置地勢相對低洼地區(qū)存在可容空間，上部的巖石便在此發(fā)生堆積，形成坡積物。坡積物是一套近源堆積物，其分選、磨圓都很差，成分同基巖基本一致。坡積物的堆積過程中幾乎沒有水流作用，碎屑物通過滑坡、墜落等搬運(yùn)，沿坡的重力分量是其主要的搬運(yùn)動(dòng)力。

圖7 研究區(qū)坡積巖發(fā)育模式

5 結(jié)論

（1）渤海灣盆地M區(qū)塊是一個(gè)潛山–披覆背斜構(gòu)造，儲(chǔ)層巖性主要為區(qū)域變質(zhì)的花崗片麻巖，坡積巖層發(fā)育在變質(zhì)巖潛山和沙三段之間。潛山上覆坡積巖層主要坡積砂巖和坡積泥巖。

（2）坡積砂巖和坡積泥巖主要是由于山頂風(fēng)化而在山坡堆積所形成；而灘壩砂巖是正常沉積所形成。坡積巖的形成控制因素包括構(gòu)造因素及沉積因素。坡度太大不利于坡積巖的堆積，只有在坡度較緩的時(shí)候、海拔較高的隆起區(qū)存在坡積物沉積的可能。渤海灣的斷裂活動(dòng)促進(jìn)了裂縫及節(jié)理的形成，并加劇深部的淋濾作用，促進(jìn)巖石破裂，加速風(fēng)化作用，為坡積巖的發(fā)育提供了基礎(chǔ)物源。

（3）建立了潛山上覆坡積巖的發(fā)育模式，即原始高處基巖發(fā)生風(fēng)化作用，風(fēng)化碎屑順坡向地勢相對低洼的可容空間處搬運(yùn)，形成坡積物。坡積物是一套近源堆積物，其分選、磨圓都很差，成分與基巖基本一致，其堆積過程中幾乎沒有水流作用，沿坡的重力分量是其主要的搬運(yùn)動(dòng)力。