松遼盆地北部三肇凹陷扶余致密油層淺水三角洲沉積特征及演化

卜春明

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163514)

0 引 言

自1954年Fisk首次提出淺水三角洲的概念以來(lái)，此類形成于淺水淌流湖盆中的特殊三角洲一直是沉積學(xué)研究的熱點(diǎn)[1-2]。淺水三角洲中以分流河道為骨架的砂巖與相鄰湖相泥巖構(gòu)成優(yōu)越的成藏組合，為致密油的發(fā)育提供了良好的地質(zhì)基礎(chǔ)[3]。三肇凹陷、齊家-古龍凹陷等大慶外圍油田在保持510×104t/a的產(chǎn)能穩(wěn)產(chǎn)13 a后，扶余油層剩余致密油資源量仍高達(dá)11.7×108t，是致密油勘探重要目的層[4]。扶余油層縱向小層多、單層厚度薄、砂體相變快，建立準(zhǔn)確的層序格架是沉積相研究和砂體預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。

前人對(duì)扶余油層層序格架進(jìn)行了大量研究，如鄧宏文等[5]將扶余油層分為1個(gè)長(zhǎng)期和3個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回；孫雨等[6]在扶新隆起帶扶余油層中識(shí)別出1個(gè)長(zhǎng)期上升半旋回和4個(gè)中期旋回；胡明毅等[7]認(rèn)為頭臺(tái)油田扶余油層為一個(gè)長(zhǎng)期上升半旋回，內(nèi)部可分為7個(gè)短期旋回；孫春燕等[8]將州311區(qū)塊泉四段分為2個(gè)長(zhǎng)期旋回和5個(gè)中期旋回。上述研究多集中于鉆井資料較齊全的開(kāi)發(fā)區(qū)，三肇凹陷內(nèi)各區(qū)塊間扶余油層小層劃分長(zhǎng)期以來(lái)存在較大差異，對(duì)扶余油層地層格架缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，因此，難以將其作為統(tǒng)一的整體進(jìn)行沉積特征和演化規(guī)律研究，導(dǎo)致扶余油層致密油整體動(dòng)用程度較低。此次研究綜合多種地質(zhì)資料，在扶余油層層序格架劃分和對(duì)比的基礎(chǔ)上，利用多種相標(biāo)志明確三肇凹陷沉積相類型、展布規(guī)律及其對(duì)基準(zhǔn)面升降變化的響應(yīng)，為儲(chǔ)集砂體預(yù)測(cè)和致密油規(guī)?；豳|(zhì)增儲(chǔ)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

三肇凹陷是松遼盆地北部一個(gè)呈三角形展布的富油凹陷(圖1a)，扶余油層是凹陷內(nèi)最主要的致密油產(chǎn)層，分為扶Ⅰ、扶Ⅱ、扶Ⅲ油層組，內(nèi)部細(xì)分為17個(gè)小層。扶余油層沉積時(shí)處于盆地基底整體一致下降的坳陷盆地發(fā)育階段，此時(shí)盆地地形平緩、湖盆面積巨大，湖水覆蓋面積超過(guò)20×104km2，氣候周期性變化導(dǎo)致湖平面波動(dòng)頻繁，受古嫩江、古松花江水系影響，盆地周邊發(fā)育的訥河、拜泉-青岡、懷德、保康、白城、齊齊哈爾等6大物源體系延伸入湖，在盆地內(nèi)形成多物源、環(huán)帶狀分布的碎屑巖沉積。三肇凹陷即位于多個(gè)物源交匯區(qū)(圖1b)，凹陷南部保康物源自南向北流入，凹陷北部拜泉-青岡物源自北向南流入，在榆樹(shù)林地區(qū)交匯后向東流出，充足的物源供給在凹陷內(nèi)形成大型淺水三角洲沉積體系，廣泛分布的三角洲平原和前緣分流河道砂體構(gòu)成研究區(qū)致密油良好的儲(chǔ)層。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及扶余油層物源方向

2 高分辨率層序地層格架

2.1 層序界面特征

研究區(qū)層序界面主要為不同級(jí)別的不整合面和湖泛面，巖性上表現(xiàn)為沖刷侵蝕面、沉積間斷或巖性(相)突變，測(cè)井上表現(xiàn)為退積—進(jìn)積的轉(zhuǎn)換面[9]。MSB1為區(qū)域性暴露不整合或沖刷侵蝕界面，由扶余油層底部發(fā)育的一套厚度約為1～4 m的灰綠色湖沼相泥巖，向上突變?yōu)闇\灰色中粗砂巖，地震上對(duì)應(yīng)于T21的中—高振幅、中—高連續(xù)的波峰(圖2)。MSB2為局部暴露不整合或相序轉(zhuǎn)化，由扶Ⅲ油層組頂洪泛泥巖突變?yōu)槿侵奁皆至骱拥郎皫r，地震上對(duì)應(yīng)于較強(qiáng)振幅連續(xù)反射。MSB3是基準(zhǔn)面旋回降至最低時(shí)曲流河或分流河道對(duì)下伏三角洲前緣泥巖的沖刷面，全區(qū)分布穩(wěn)定，砂巖底部見(jiàn)礫石、泥礫等滯留沉積，測(cè)井上具底部突變特征，對(duì)應(yīng)于中—高振幅的連續(xù)反射。MSB4為扶I油層組內(nèi)三角洲前緣灰色、深灰色泥巖突變?yōu)榉至骱拥郎皫r的相序轉(zhuǎn)化面，GR曲線呈高值指狀。MSB5為扶余油層頂部細(xì)砂巖與青一段最大湖泛期黑色油頁(yè)巖分界面，地震上對(duì)應(yīng)于T2的強(qiáng)反射連續(xù)波峰。

圖2 三肇凹陷扶余油層層序界面特征

2.2 扶余油層高分辨率層序地層格架

扶余油層經(jīng)歷了先水退后水進(jìn)的沉積過(guò)程，可分為2個(gè)長(zhǎng)期半旋回和4個(gè)中期旋回(圖3)。凹陷南北2條連井層序?qū)Ρ绕拭?圖1a)表明，扶余油層地層近于平行接觸，地層頂、底及內(nèi)部各層序界面穩(wěn)定，對(duì)比關(guān)系良好，其中北部地層自西向東依次減薄，南部則呈西薄東厚變化趨勢(shì)。凹陷北部MSC1、MSC2時(shí)期基準(zhǔn)面連續(xù)下降，以下降半旋回為主的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)最發(fā)育，地層厚度由西側(cè)井10的116.2 m向東逐漸減薄至井25的88.8 m，由于東北物源規(guī)模較小，分流河道寬度窄、砂巖厚度較小(圖4a)；MSC3時(shí)期發(fā)育不對(duì)稱上升半旋回，河道規(guī)模明顯增大、連續(xù)性好；MSC4時(shí)期基準(zhǔn)面上升，湖平面達(dá)到最大，分流河道迅速向陸退積，泥質(zhì)沉積明顯增多、砂體厚度減小。

圖3 三肇凹陷扶余油層高分辨率層序地層格架

圖4 三肇凹陷扶余油層高分辨率層序及砂體對(duì)比剖面(剖面位置見(jiàn)圖1a)

3 扶余油層沉積相類型

巖相類型、粒度曲線和測(cè)井組合等相標(biāo)志分析結(jié)果表明，研究區(qū)扶余油層屬于曲流河—淺水三角洲沉積體系，包括3種沉積相、6種亞相和10種微相(表1)。

表1 三肇凹陷扶余油層沉積微相特征

3.1 曲流河沉積相

3.1.1 曲流河河床亞相

曲流河主要發(fā)育在MSC3、MSC2層序，分為河床、堤岸和河漫等3個(gè)亞相。河床亞相河道微相粒度普遍較粗，以跳躍和滾動(dòng)次總體為主，含部分懸浮次總體，為低斜三段式曲線；常見(jiàn)灰白色中粗砂巖、細(xì)砂巖，底部見(jiàn)沖刷構(gòu)造和礫石，巖相組合為Sg-Sm-St-Sh-Fr；GR曲線為高幅箱形、鐘形，多期河道疊加形成厚層狀箱形、齒狀箱形(圖5)。

3.1.2 曲流河堤岸亞相

堤岸亞相以天然堤微相為主，常見(jiàn)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，呈Ft-Fr-Ft-Fr-Fc的組合；由于天然堤厚度小，GR低幅和中高幅異常頻繁交替、齒化嚴(yán)重，具底部突變向上漸變特征，反映沉積物供給減少、水動(dòng)力減弱的過(guò)程(圖5)。

3.1.3 曲流河河漫亞相

河漫亞相以河漫灘微相為主，沉積物粒度細(xì)、泥質(zhì)含量高，紫紅色塊狀泥巖表面常見(jiàn)干裂痕及1～3 cm的鈣質(zhì)結(jié)核，GR曲線幅差低或無(wú)幅差，為平直線形或弱齒化(圖5)。

3.2 淺水三角洲相

3.2.1 淺水三角洲平原亞相

研究區(qū)淺水三角洲平原長(zhǎng)期處于水上的氧化—強(qiáng)氧化環(huán)境，以分流河道和泛濫平原微相最常見(jiàn)，偶見(jiàn)決口扇。①分流河道微相相對(duì)于曲流河砂體，粒度明顯偏細(xì)、分選變好，懸浮次總體含量增加，滾動(dòng)次總體不發(fā)育，粒度曲線為低斜兩段式或三段式；灰白色細(xì)砂巖、粉砂巖底部見(jiàn)沖刷面，具Sg-Fm-Fp-Fc-M1的組合；GR為中高幅齒化-微齒化鐘形、鐘形-箱形組合。②決口扇微相底部為巖性突變面，測(cè)井曲線為中幅指狀、扁鐘形，向上幅差減小，具底部突變頂部漸變特征，巖相組合為Fr-Ft-M1。③泛濫平原微相，紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖中常見(jiàn)植物根莖化石、生物潛穴及鈣質(zhì)結(jié)核，測(cè)井上表現(xiàn)為厚層直線狀或微齒化特征(圖5)。

3.2.2 淺水三角洲前緣亞相

研究區(qū)淺水三角洲前緣亞相屬于水下還原—弱還原環(huán)境，是河流和湖浪作用的復(fù)合區(qū)，可分為3種微相：①水下分流河道微相以灰色、灰綠色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，粒度明顯變細(xì)、分選更好，累積概率曲線以高斜兩段式最為常見(jiàn)；由于湖水阻力作用導(dǎo)致河道底部為平直的巖性突變面，沖刷面和泥礫不發(fā)育，巖相組合為Ft-Fr-Fc-M2；GR為中—高幅鐘形、齒化鐘-箱形組合，具頂、底突變特征。②席狀砂微相是水下分流河道被湖浪破壞而在河道末端重新分布的薄層狀粉細(xì)砂巖，具Fr-Fc-Fr-Fc-M2的組合特征，由于粉砂巖與泥巖頻繁互層，測(cè)井上表現(xiàn)為中-低幅指形或齒化線狀。③水下分流間灣泥形成于河道間低能環(huán)境下，與薄層席狀砂互層，測(cè)井上表現(xiàn)為低幅差或微齒化的直線形(圖5)。

圖5 三肇凹陷扶余油層沉積微相類型及特征

3.3 湖泊相

扶余油層沉積期，研究區(qū)水體較淺，受季節(jié)性河流匯入影響，在凹陷中部、北部的局部低洼區(qū)域形成湖泊相沉積，尤以濱淺湖亞相最為發(fā)育，集中在MSC1和MSC4層序，為灰、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，巖心上見(jiàn)生物潛穴及斷續(xù)狀分布的黃鐵礦，測(cè)井上為平行于泥巖基線的直線。

4 扶余油層沉積相展布特征與演化

4.1 扶余油層沉積相展布特征

鄱陽(yáng)湖現(xiàn)代河流三角洲沉積和野外露頭觀察表明，氣候周期性變化引起湖平面升降，易形成季節(jié)性湖泊和周期性河流沖刷、沉積[10-20]，淺水三角洲發(fā)育不同時(shí)期湖岸線變遷造成平面上泥巖顏色規(guī)律性分布。扶余油層沉積時(shí)發(fā)育多次季節(jié)性湖泊，具有枯水期水體分散、洪水期湖泊連片、周期性變動(dòng)頻繁的特征。①M(fèi)SC1層序發(fā)育時(shí)氣候濕潤(rùn)，北部物源供給不足，三角洲前緣水下分流河道呈窄條狀，砂巖厚度平均為3.5 m，泥巖以弱還原、還原環(huán)境的灰綠色、淺灰色和灰黑色最常見(jiàn)；南部物源供應(yīng)充足，河流作用較強(qiáng)，多條樹(shù)枝狀分流河道延伸至凹陷中心，平均厚度約為5.6 m，泥巖以氧化環(huán)境的紫紅、紅褐色為主，表明其主要為三角洲平原沉積。②MSC2時(shí)期，凹陷中部灰綠、灰色泥巖范圍縮小，南、北兩側(cè)出現(xiàn)形成于氧化環(huán)境紫紅色、紅褐色泥巖，表明三角洲平原和曲流河開(kāi)始發(fā)育，此時(shí)由于水體持續(xù)變淺、物源供給不足，窄條狀水下分流河道在遷移過(guò)程中不斷變細(xì)變薄，湖浪作用使水下分流河道砂體重新分布，在河道末端形成坨狀、片狀席狀砂(圖6)。③MSC3時(shí)氣候干旱，紫紅色泥巖范圍擴(kuò)大，三角洲平原最發(fā)育，強(qiáng)烈的河流作用在南部形成一系列樹(shù)枝狀分流河道延伸入湖，河道寬度大、平均厚度達(dá)7.1 m，北部也有多條寬帶狀曲流河道向前延伸變?yōu)闃?shù)枝狀分流河道，平均厚度約為4.8 m，周期性發(fā)育的分流河流在凹陷中心匯合，是研究區(qū)砂體最發(fā)育的層序。④MSC4時(shí)期，湖盆大規(guī)模擴(kuò)張，凹陷中心出現(xiàn)深灰色、灰黑色濱淺湖相泥巖，灰綠色泥巖范圍擴(kuò)大，紫紅色泥巖分布減小，MSC4早期以樹(shù)枝狀分流河道最發(fā)育，河道頻繁改道，形成結(jié)網(wǎng)狀水下分流河道，河道末端砂體被湖浪破壞后重新分布形成席狀砂，MSC4晚期河流作用減弱，窄條狀水下分流河道經(jīng)短距離入湖后即消失不見(jiàn)。

圖6 三肇凹陷扶余油層MSC1—MSC4層序沉積展布特征

4.2 扶余油層沉積模式與沉積演化

扶余油層沉積時(shí)氣候周期性變化，在三肇凹陷內(nèi)形成濕潤(rùn)型和干旱型2種類型三角洲，濕潤(rùn)型三角洲發(fā)育期以淺水三角洲平原、前緣最發(fā)育，分流河道寬度小，呈窄條帶狀、頻繁改道、分叉，河流入湖后砂體迅速變薄，在河道末端形成席狀砂，分流河道間發(fā)育灰綠色、灰色泥巖(圖7a)，如MSC1、MSC4；干旱型三角洲以三角洲平原沉積為主，局部見(jiàn)曲流河，分流河道寬而淺、河道呈樹(shù)枝狀穩(wěn)定延伸，向凹陷中心河道規(guī)模減小、逐步消亡，分流河道間為紫紅色、雜色泥巖沉積(圖7b)，如MSC2和MSC3。

扶余油層在先水退后水進(jìn)的背景下基準(zhǔn)面升降可分為4個(gè)階段：①M(fèi)SC1時(shí)隨扶余油層基準(zhǔn)面緩慢下降，北部在遠(yuǎn)離物源的條件下，沿平緩的斜坡發(fā)育多條窄條狀延伸的水下分流河道沉積，河道間發(fā)育灰綠色泥巖，南部物源作用強(qiáng)，三角洲平原較發(fā)育，分流河道穩(wěn)定、沿河道發(fā)育大量決口扇(圖7c)；②MSC2時(shí)隨基準(zhǔn)面開(kāi)始快速下降，南北物源均大幅度減少，三角洲平原沉積范圍迅速擴(kuò)大，發(fā)育中—小型條帶狀、樹(shù)枝狀分流河道，分流河道延伸距離短、發(fā)育規(guī)模較小，河道入湖后砂體迅速變薄、變細(xì)，河道間發(fā)育紫紅色、雜色泥巖，三角洲前緣范圍縮??；③MSC3時(shí)期基準(zhǔn)面下降到最低并開(kāi)始緩慢上升，此時(shí)研究區(qū)延續(xù)了MSC2時(shí)沉積格局，形成以寬帶狀分流河道為骨架的連片砂體，河道間沉積的紫紅色泥巖表面見(jiàn)干裂痕等間歇性暴露標(biāo)志，表明此時(shí)三角洲平原最發(fā)育；④MSC4時(shí)基準(zhǔn)面開(kāi)始快速上升，淺水三角洲快速向陸退積，研究區(qū)以三角洲前緣沉積最發(fā)育，淺湖出現(xiàn)并迅速擴(kuò)大，巖心上見(jiàn)黑色、灰綠色塊狀層理泥巖表面夾斷續(xù)狀分布的黃鐵礦顆粒，隨湖浪作用增強(qiáng)，樹(shù)枝狀、網(wǎng)狀水下分流河道入湖后迅速變細(xì)，末端被湖浪破壞、改造成片狀席狀砂。

圖7 三肇凹陷扶余油層沉積模式與沉積相演化

4.3 扶余油層儲(chǔ)層砂體與致密油關(guān)系

沉積相和儲(chǔ)層砂體是控制致密油分布的重要因素，不同沉積微相內(nèi)砂體和物性差異，導(dǎo)致空間上致密油規(guī)律性分布。勘探實(shí)踐表明，扶余油層致密油通常分布于砂地比小于35%～60%的曲流河道、分流河道和水下分流河道等骨干砂體中。研究區(qū)致密油發(fā)育區(qū)儲(chǔ)層有效厚度普遍大于6 m，表明砂體厚度是控制致密油富集成藏的重要因素，水下分流河道砂體物性較好、多期次河道疊加易形成厚層狀砂體，有效厚度大，含油性最好，分流河道和曲流河道砂體雖然也具有較高的物性，但河流改道頻繁、砂體厚度較小，含油性也較差。

研究區(qū)中部芳25-州182油藏剖面表明，三肇凹陷南部水下分流河道發(fā)育穩(wěn)定，多期水下分流河道垂向疊加，油層數(shù)少但單層厚度大；北部分流河道相變快，河道發(fā)育期次多、單層厚度小，相應(yīng)的油層數(shù)量增多、單層厚度較薄。垂向上，MSC4層序以三角洲前緣沉積的樹(shù)枝狀水下分流河道分布范圍廣，加之鄰近青一段烴源巖，油層數(shù)量明顯高于其他層序；MSC3雖然發(fā)育大范圍三角洲平原砂體，但儲(chǔ)層砂體離烴源巖距離較遠(yuǎn)，油層數(shù)量也隨之減少；MSC2和MSC1層序由于埋深較大，含油性較差，試油結(jié)果以干層和水層為主。

5 結(jié) 論

(1) 扶余油層由LSC1和LSC2長(zhǎng)期基準(zhǔn)面半旋回組成，可細(xì)分為MSC1、MSC2、MSC3和MSC4等4個(gè)中期旋回，基準(zhǔn)面旋回在MSC3時(shí)下降至最低，層序格架內(nèi)地層近平行接觸，呈現(xiàn)南厚北薄的特征，垂向上各中期旋回地層厚度變化不大。

(2) 扶余油層發(fā)育曲流河、淺水三角洲和湖泊等3種沉積相，以三角洲平原分流河道、決口扇和前緣水下分流河道、席狀砂最發(fā)育，局部見(jiàn)曲流河河床亞相和濱淺湖亞相。

(3) 扶余油層在先水退后水進(jìn)背景下基準(zhǔn)面演化經(jīng)歷了MSC1緩慢下降、MSC2快速下降、MSC3緩慢上升和MSC4快速上升4個(gè)階段，不同階段沉積相類型、砂體展布存在差異。