松遼盆地南部大情字井地區(qū)嫩三、四段進(jìn)積型淺水三角洲沉積特征及發(fā)育模式

楊 昊 胡明毅 蔡 敏 王 丹 蔡全升

（1. 長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；2. 中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712；3. 中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552）

0 引 言

1954 年H.N.Fisk［1］首次提出淺水三角洲的概念，1974 年A.C.Donaldson［2］認(rèn)為水深條件對淺水三角洲起控制作用，G.Postma［3］于1990 年指出淺水三角洲發(fā)育于濱、淺湖環(huán)境，并將淺水三角洲劃分為8 種類型。國內(nèi)外學(xué)者［4‐7］對淺水三角洲的研究不斷深入，包括淺水三角洲的形成條件、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、生長模式及油氣勘探意義等方面，研究表明坳陷盆地因其整體構(gòu)造穩(wěn)定、地勢平緩，是大型淺水三角洲發(fā)育的理想場所。

21 世紀(jì)以來，針對陸相盆地巖性油藏的勘探取得了顯著突破，揭示出陸相坳陷湖盆內(nèi)發(fā)育的淺水三角洲是現(xiàn)階段油藏規(guī)模增儲(chǔ)的主體［8］。李一赫等［9］在研究松遼盆地姚家組淺水三角洲沉積時(shí)，指出三角洲砂體相序分布規(guī)律與沉積微相變化相關(guān)；韓曉東等［10］系統(tǒng)總結(jié)了淺水三角洲的沉積動(dòng)力學(xué)過程，認(rèn)為河流作用對三角洲的形成起決定作用；徐波等［11］對渤海灣盆地淺水三角洲砂體疊置關(guān)系進(jìn)行分析，表明湖泊水體可容空間的變化是三角洲河道砂體頻繁改道的原因；劉桂珍等［12］對鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)淺水三角洲砂體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為其與古環(huán)境、古構(gòu)造等因素有關(guān)；李鳳杰等［13］在研究三角洲儲(chǔ)層砂體成因時(shí)，發(fā)現(xiàn)其受控于基準(zhǔn)面旋回的周期性變化；賴洪飛等［14］在研究松遼盆地泉頭組淺水三角洲沉積時(shí)，通過高頻層序格架對比，建立了砂體發(fā)育模式?？傮w上，目前關(guān)于大面積砂體分布的進(jìn)積型淺水三角洲的研究資料相對較少。

松遼盆地嫩江組三、四段沉積期，盆地湖平面不斷下降，區(qū)域上以發(fā)育進(jìn)積型淺水三角洲為主，砂體分布廣、厚度薄，近年來針對該區(qū)沉積砂體的油氣勘探取得了重大突破。進(jìn)一步加深對淺水三角洲沉積演化特征與砂體發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對中國陸相坳陷湖盆內(nèi)淺水三角洲的油氣擴(kuò)圍增儲(chǔ)具有重要意義。本文以松遼盆地南部大情字井地區(qū)嫩江組三、四段為研究目的層位，結(jié)合前人研究成果，綜合利用巖心、化驗(yàn)分析及測井曲線等資料，以沉積學(xué)和層序地層學(xué)等理論為指導(dǎo)［15‐16］，在對研究區(qū)23 口取心井的精細(xì)觀察描述及646 口單井綜合沉積分析的基礎(chǔ)上，明確了該區(qū)嫩三、四段湖盆萎縮期進(jìn)積型淺水三角洲沉積特征，精細(xì)刻畫了進(jìn)積型淺水三角洲砂體的縱向分布規(guī)律及平面展布特征，并提出了進(jìn)積型淺水三角洲沉積模式，以期為后續(xù)油氣勘探部署提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地位于中國東北部，面積近26×104km2，為一北北東向展布的菱形沉積盆地，具斷坳雙重結(jié)構(gòu)，是一個(gè)以中新生代沉積為主的陸相含油氣盆地。綜合盆地基底性質(zhì)與構(gòu)造特征，將松遼盆地南部分為西部斜坡區(qū)、西南隆起區(qū)、中央坳陷區(qū)和東南隆起區(qū)4 個(gè)一級構(gòu)造單元（圖1）。從早白堊世開始，松遼盆地進(jìn)入坳陷階段，在中央坳陷區(qū)形成了一系列次級凹陷，白堊系為其主要沉積地層，沉積厚度逾5 000 m，于盆地內(nèi)廣泛分布，自下至上依次發(fā)育沙河子組（K1sh）、營城組（K1y）、登婁庫組（K1d）、泉頭組（K1q）、青山口組（K2qn）、姚家組（K2y）、嫩江組（K2n）、四方臺(tái)組（K2s）及明水組（K2m）。

大情字井地區(qū)位于松遼盆地中央坳陷區(qū)長嶺凹陷內(nèi)，總面積約5 000 km2（圖1（a）），構(gòu)造上呈北高南低趨勢。前人研究顯示，嫩江組沉積時(shí)期，松遼盆地整體以坳陷沉積為主，松遼古湖盆在此時(shí)期全盛發(fā)育，湖盆面積大且湖平面波動(dòng)頻繁。從嫩三段沉積期開始，湖水自湖海通道大量流出，使湖泊水體變淺，碎屑物質(zhì)隨河流向湖盆中心不斷推進(jìn)沉積，充填作用強(qiáng)烈，至嫩四段沉積期最明顯，發(fā)育一套河進(jìn)湖退的進(jìn)積型淺水三角洲沉積序列。

本次研究以嫩三、四段為目的層位，結(jié)合巖電關(guān)系分析可知，嫩三段為黑灰色—灰色泥巖，厚度為0~100 m，縱向上具有3 個(gè)相似性的反旋回；嫩四段以灰綠色—灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖為主，局部夾粉砂巖，上部可見紫紅色泥巖，厚度達(dá)300 m 以上。嫩三、四段分界面以區(qū)域上穩(wěn)定分布的泥質(zhì)粉砂巖—粉砂巖為標(biāo)志，測井曲線上下幅度明顯變化，反映了一次明顯的湖平面下降。研究層位自下而上長期基準(zhǔn)面不斷下降，沉積物粒度逐漸加大，泥巖顏色由灰色、灰綠色逐漸過渡為紫紅色（圖1（b）），體現(xiàn)了沉積期水體不斷變淺的過程。

圖1 松遼盆地南部大情字井地區(qū)構(gòu)造位置及沉積特征Fig.1 Structural location and sedimentary characteristics of Daqingzijing area in south Songliao Basin

2 沉積特征

2.1 沉積相標(biāo)志

巖石相及其沉積構(gòu)造記錄了沉積時(shí)的水動(dòng)力條件、沉積速度和水流作用方式等特征，反映了相應(yīng)的沉積過程和沉積環(huán)境。通過巖心精細(xì)觀察描述，依照巖石顏色、成分、構(gòu)造、生物化石等相標(biāo)志，確定了松遼盆地南部大情字井地區(qū)嫩三、四段巖石類型以砂巖和泥巖為主，“泥包砂”特征明顯，發(fā)育沖刷面、交錯(cuò)層理等強(qiáng)水動(dòng)力成因構(gòu)造。

2.1.1 巖石類型

研究區(qū)巖石類型以砂巖和泥巖為主。砂巖主要以灰色、灰白色細(xì)砂巖和灰色粉砂巖為主，發(fā)育于嫩三段上部及嫩四段，分選性與磨圓度較好，結(jié)構(gòu)成熟度較高，多見于河道沉積。泥巖可通過顏色進(jìn)行區(qū)分：灰綠色泥巖是還原環(huán)境下高沉積速率的體現(xiàn)，發(fā)育于三角洲前緣環(huán)境；而紫紅色泥巖為弱水流條件下靜水懸浮沉積的體現(xiàn)，表明沉積時(shí)處于氧化環(huán)境，發(fā)育于三角洲平原環(huán)境。

2.1.2 沉積構(gòu)造

研究區(qū)沉積構(gòu)造類型豐富，主要有8 類：（1）平行層理，為強(qiáng)水動(dòng)力、高流態(tài)沉積環(huán)境的體現(xiàn)，紋層較薄且清晰可見，見于淺水三角洲河道沉積（圖2（a））；（2）沙紋層理，由沙紋在低能淺水條件下遷移而成，顆粒分選一般，常見于水下分流河道上部（圖2（b））；（3）交錯(cuò)層理，發(fā)育于水淺流急的沉積環(huán)境，多見于河道沉積下部（圖2（c））；（4）復(fù)合層理，包括透鏡狀層理（圖2（d））與波狀層理（圖2（e）），形成于物源間歇供應(yīng)的低能沉積環(huán)境，見于河道沉積上部的泥質(zhì)粉砂巖中；（5）水平層理，于泥巖中廣泛發(fā)育，反映了靜水沉積環(huán)境（圖2（f））；（6）沖刷面構(gòu)造，在不同類型河道的底部，由高流速水體環(huán)境下的沉積物對下伏低流速水體環(huán)境沉積物的沖刷作用而成（圖2（g））；（7）在泥巖內(nèi)存在豐富的介殼化石，是靜水堆積的產(chǎn)物（圖2（h））；（8）灰綠色泥巖中見大量的黃鐵礦富集晶體，大小不一，形成于還原環(huán)境，常見于支流間灣沉積（圖2（i））。

圖2 大情字井地區(qū)嫩三、四段沉積序列巖心照片F(xiàn)ig.2 Core photos of sedimentary sequence in Member Nen 3 and Nen 4 in Daqingzijing area

2.1.3 測井響應(yīng)特征

分析不同測井曲線的形態(tài)、幅度及其組合樣式，得到巖性、旋回信息，是預(yù)測有利儲(chǔ)層砂體的有效手段。研究區(qū)自然伽馬、自然電位曲線對不同類型的沉積微相較為敏感，將巖心觀察時(shí)識(shí)別出的沉積微相與測井曲線進(jìn)行驗(yàn)證，建立了研究區(qū)巖相—測井相—沉積相模式（表1）。

表1 大情字井地區(qū)嫩三、四段沉積相類型及識(shí)別特征Table 1 Types and identifying characteristics of sedimenta‐ry facies in Member Nen 3 and Nen 4 in Daqingzijing area

2.2 沉積相特征

精確劃分沉積微相是后續(xù)進(jìn)行砂體研究的基礎(chǔ)。通過巖心觀察，綜合分析巖性、沉積構(gòu)造及巖相組合規(guī)律，對松遼盆地南部大情字井地區(qū)嫩三、四段沉積類型及特征進(jìn)行研究。

研究區(qū)主要發(fā)育有淺水三角洲相和湖泊相，可劃分出三角洲平原（圖3（a））、三角洲前緣（圖3（b））和淺湖3 種亞相及8 種微相類型。

圖3 大情字井地區(qū)嫩三、四段沉積微相Fig.3 Sedimentary microfacies of Member Nen3 and Nen4 in Daqingzijing area

2.2.1 三角洲平原

三角洲平原亞相主要發(fā)育分流河道、決口扇、洪泛沉積3 種沉積微相類型。其中，分流河道構(gòu)成了三角洲平原的骨架，底部為細(xì)砂巖，向上變?yōu)榉凵皫r，沉積砂體厚度多為2~9 m，水體能量較高，垂向上由多個(gè)向上粒度變細(xì)的小型正旋回組成，且每個(gè)旋回底部沖刷面明顯。決口扇微相多夾在分流河道沉積或洪泛沉積中，具河道沉積特征，厚度為0.1~1 m。洪泛沉積作為三角洲平原亞相的沉積主體，在研究區(qū)廣泛發(fā)育一套紫紅色泥巖，泥巖單層厚度數(shù)米至十余米，生物擾動(dòng)構(gòu)造可見。

2.2.2 三角洲前緣

三角洲前緣亞相主要發(fā)育水下分流河道、河口壩、席狀砂、支流間灣4 種沉積微相類型。其中，水下分流河道作為分流河道在水下的延伸部分，分叉頻繁且延伸距離較遠(yuǎn)，巖性主要為灰色—灰綠色粉砂巖，分選性較好，厚度一般為2~6 m，其正韻律性及沉積構(gòu)造等特征與分流河道沉積類似。河口壩微相位于水下分流河道兩側(cè)，是砂泥巖沉積物隨河道砂體逐漸向湖發(fā)育而成，砂質(zhì)較純，垂向上由于砂體厚度薄、泥巖夾層多，形成自下而上粒度呈間斷性變粗的反旋回。席狀砂微相僅在三角洲前緣外側(cè)出現(xiàn)，砂質(zhì)純凈，以薄層粉砂巖為主，厚度通常小于2 m，是強(qiáng)水動(dòng)力條件下快速堆積的體現(xiàn)。支流間灣微相能夠有效識(shí)別水下與陸上環(huán)境，泥巖中可見大量植物碎屑或生物化石。

2.2.3 淺湖

嫩江組沉積期松遼湖盆面積廣、地勢緩并且水體較淺，因此淺湖亞相主要是細(xì)粒的泥質(zhì)沉積，泥巖顏色明顯變暗，部分頁理特征明顯，形成淺湖泥沉積。

3 沉積演化特征

3.1 沉積物源

針對松遼盆地南部嫩江組物源問題，對大情字井地區(qū)重礦物組合類型及含量進(jìn)行了分析（表2）。認(rèn)為嫩江組時(shí)期重礦物類型豐富，自X319 井向H180 井（圖1（a）），ZTR 指數(shù)（鋯石、電氣石和金紅石3 種礦物占透明重礦物的比例）沿NE—SW方向由0.44 遞增至0.80，證實(shí)了物源方向來自研究區(qū)東北部。

表2 大情字井地區(qū)穩(wěn)定重礦物含量及ZTR指數(shù)Table 2 Stable heavy mineral contents and ZTR indexes in Daqingzijing area

3.2 演化過程

通過分析單井沉積相特征，對大情字井地區(qū)嫩三、四段重點(diǎn)含油砂組沉積相展布特征進(jìn)行了分析，刻畫了研究區(qū)沉積相的空間配置關(guān)系，總結(jié)得出嫩三、四段的沉積演化規(guī)律。

嫩三段2 砂組沉積期，受東北方向的物源控制，沉積水體逐漸變淺，陸源物質(zhì)相對增多，研究區(qū)東北部一帶開始小范圍出現(xiàn)一些條帶狀的三角洲前緣水下分流河道，但延伸距離不遠(yuǎn)，形成淺水三角洲的雛形（圖4（a））。

嫩三段1 砂組沉積期，隨著水位進(jìn)一步下降，沉積環(huán)境由淺湖亞相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿侵耷熬墎喯?，前緣沉積迅速向湖推進(jìn)使得湖泊面積大范圍縮小，水下分流河道大規(guī)模發(fā)育，分叉改道特征明顯，具良好的連通性， 呈北東— 南西方向展布（圖4（b））。

嫩四段沉積期繼承了嫩三段沉積期盆地整體下坳的沉積格局，水體下降明顯，淺湖沉積范圍縮小，整體以三角洲前緣沉積為主。嫩四段6 砂組沉積期，受東北部物源的持續(xù)影響，湖岸進(jìn)一步退縮，河流影響逐漸加大，砂體進(jìn)積作用強(qiáng)烈，水下分流河道進(jìn)一步延伸至湖盆中央。嫩四段4 砂組沉積期，區(qū)內(nèi)含砂率達(dá)到85%，河道沉積全盛發(fā)育，交錯(cuò)遍布全區(qū)，河道寬度隨距離增加逐漸變窄，最長可延伸至南部H178 井一帶，研究區(qū)東北部開始出現(xiàn)三角洲平原沉積，至嫩四段后期三角洲平原范圍逐漸擴(kuò)大（圖4（c））。

圖4 大情字井地區(qū)嫩三、四段沉積演化Fig.4 Sedimentary evolution of member Nen3 and Nen4 in Daqingzijing area

總體上，松遼盆地嫩三、四段沉積期水體持續(xù)下降，大情字井地區(qū)發(fā)育一套進(jìn)積沉積序列，沉積環(huán)境由淺湖整體過渡至三角洲前緣、平原沉積，反映了物源供給不斷增加、充填湖盆，使得三角洲向西南方向不斷推進(jìn)的沉積演化過程。

4 砂體展布規(guī)律

尋找有利砂體是進(jìn)行淺水三角洲勘探的主要任務(wù)，而砂體的分布與發(fā)育規(guī)模受控于沉積相帶［17‐18］。因此在沉積相研究的基礎(chǔ)上，通過單井分析和多井對比等方法，進(jìn)一步明確研究區(qū)淺水三角洲砂體的發(fā)育特征與展布規(guī)律。

4.1 縱向分布規(guī)律

分析研究區(qū)嫩江組鉆井資料發(fā)現(xiàn)，鉆遇單井地質(zhì)資料豐富，各級層序發(fā)育完整，通過繪制H178井—R15 井連井剖面（圖5），對多變的河道砂體特征進(jìn)行了分析，規(guī)律如下：（1）大情字井地區(qū)地層與砂組呈東北厚、向西南方向減薄的趨勢，并且沉積中心逐漸向西南方向遷移；（2）河道砂體在研究區(qū)廣泛分布，砂體席狀砂化明顯，多呈條帶狀展布；（3）單一砂體規(guī)模較小，以薄層狀與透鏡狀為主，單層厚度一般為2~9 m；（4）多期河道砂體縱向疊置、橫向連片，連通性良好。從相帶分布上看，河道砂體主要位于淺水三角洲沉積環(huán)境，且自下而上河道砂體的數(shù)量與發(fā)育規(guī)模逐漸變好。

圖5 大情字井地區(qū)H178井—R15井嫩三、四段連井沉積相剖面Fig.5 Section of sedimentary facies form Well H178 to Well R15 in member Nen3 and Nen4 of Daqingzijing area

4.2 平面展布特征

砂體的平面分布不僅與古地理時(shí)期沉積相的空間展布相關(guān)，而且關(guān)系到全區(qū)的沉積演化，因此，對大情字井地區(qū)嫩三、四段共計(jì)646 口井的砂巖總厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，刻畫了層序格架內(nèi)砂體的平面展布特征。

嫩三段沉積時(shí)期，砂巖厚度總體為0~6 m，厚度高值區(qū)在研究區(qū)東北部小范圍出現(xiàn)，單井平均砂巖厚度為2 m（圖6（a））。

嫩四段沉積時(shí)期，隨著水體不斷變淺，以三角洲前緣亞相環(huán)境為主，物源供給增強(qiáng)，砂巖全區(qū)發(fā)育，砂巖厚度相較嫩三段顯著增加，普遍為10~40 m，在河道交匯區(qū)一帶沉積厚度最大，可達(dá)50 m 左右，總體上順河道方向呈北東至南西逐漸減薄的趨勢（圖6（b））。

圖6 大情字井地區(qū)嫩三、嫩四段砂巖厚度Fig.6 Sandstone thickness of member Nen3 and Nen4 in Daqingzijing area

砂體平面展布特征證明了沉積相帶伴隨著水體的下降迅速演化，層序格架內(nèi)砂體發(fā)育程度由近源向遠(yuǎn)源逐漸減弱，砂體分布范圍呈現(xiàn)出向西南不斷擴(kuò)張的趨勢。

5 沉積模式

沉積特征與砂體發(fā)育規(guī)律表明，松遼盆地南部嫩江組發(fā)育典型的進(jìn)積型淺水三角洲沉積，三角洲沉積特征及砂體展布受湖盆沉積基準(zhǔn)面控制明顯?；谏鲜鲅芯砍晒⒘诉M(jìn)積型淺水三角洲沉積模式（圖7）。

圖7 大情字井地區(qū)嫩三、四段進(jìn)積型淺水三角洲沉積模式Fig.7 Sedimentary patterns of progradational shallow-water delta in member Nen3 and Nen4 of Daqingzijing area

大情字井地區(qū)嫩江組沉積時(shí)期，盆地基底穩(wěn)定下降，地形平緩，湖泊水體較淺，物源供給充足，利于三角洲的發(fā)育，屬于湖泊—淺水三角洲沉積體系。基準(zhǔn)面下降早期，受盆地東部隆升的影響，湖平面持續(xù)下降，湖盆收縮使得水體變淺，沉積體系逐漸向湖盆腹地延伸?；鶞?zhǔn)面下降晚期，伴隨著強(qiáng)烈的河流輸砂作用，使得河道分叉頻繁，縱橫交錯(cuò)，不斷向前進(jìn)積至湖盆中央，寬度漸窄且砂層漸薄，構(gòu)成了淺水三角洲的骨架。受湖平面波動(dòng)影響，末端河道砂體席狀砂化明顯，在該模式中與河口壩共生，發(fā)育于前緣近湖一側(cè)，內(nèi)側(cè)則可見大量支流間灣沉積。

隨著進(jìn)積作用的不斷增強(qiáng)，淺水三角洲前緣不斷向湖盆方向推進(jìn)，在靠近湖岸區(qū)出現(xiàn)三角洲平原沉積，表現(xiàn)為垂向上沉積物顏色由還原色向氧化色過渡、砂體發(fā)育規(guī)模逐漸增大、陸源物質(zhì)增多的一套進(jìn)積型沉積序列。

6 結(jié) 論

（1）松遼盆地南部大情字井地區(qū)嫩三、四段主要發(fā)育淺水三角洲相和湖泊相兩種沉積相類型，進(jìn)一步劃分為3 種亞相、8 種微相。沉積相演化特征由下至上為：嫩三段以淺湖亞相為主，嫩四段開始伴隨著大面積湖退向三角洲前緣、平原沉積轉(zhuǎn)換。

（2）淺水三角洲進(jìn)積期儲(chǔ)層砂體以河道砂為主，具縱向疊置、橫向連片的分布特點(diǎn)。在湖平面下降過程中，河道砂體發(fā)育規(guī)模增大，縱向上表現(xiàn)為向上河道期次增加、砂巖沉積厚度變大，平面上表現(xiàn)為由陸向湖砂體不斷擴(kuò)張的趨勢，在三角洲前緣相帶中發(fā)育最好。

（3）研究區(qū)主體為湖泊—淺水三角洲沉積體系，河流作用是三角洲形成的動(dòng)力條件，河道砂體是三角洲生長的物質(zhì)基礎(chǔ)。伴隨著沉積水體不斷下降，可容空間向湖方向遷移，沉積物隨河流長距離搬運(yùn)，不斷分流改道至湖盆中央，形成以三角洲前緣為主體的進(jìn)積型淺水三角洲。