渤海灣盆地惠民凹陷商河地區(qū)古近系沙四上亞段灘壩沉積特征

束青林，趙 輝，姜在興，趙國光

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257061；2.中國石化勝利油田分公司石油開發(fā)中心有限公司，山東 東營 257061；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；4.地大匯能(北京)科技有限公司，北京 100085)

0 引 言

灘壩是灘和壩的總稱，廣泛分布在濱淺湖區(qū)域[1-2]。經(jīng)過湖水的沖刷，灘壩砂體具有較好的分選磨圓以及孔隙度，所以灘壩砂體是一種較好的儲集砂體[3]，成為近年來油氣勘探的熱點。國內(nèi)外學(xué)者[4-12]對于灘壩的沉積特征、分類以及分布特征等方面均進行了研究。前人[13-16]對于渤海灣盆地惠民凹陷商河地區(qū)沙四上亞段進行了研究，認(rèn)為該區(qū)發(fā)育了灘壩沉積或水下隆起砂壩與風(fēng)暴巖沉積；但是總體研究程度相對較低，而且基本是基于惠民凹陷或中央隆起帶大背景進行，缺乏對商河地區(qū)沙四上亞段灘壩沉積的精確認(rèn)識。本次結(jié)合測錄井以及巖心資料，對商河地區(qū)沙四上亞段灘壩砂體沉積特征以及控制因素進行更深入的研究，分析灘壩砂體類型和分布規(guī)律，為后續(xù)的勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

惠民凹陷是渤海灣盆地濟陽坳陷的最大次一級凹陷，商河地區(qū)位于惠民凹陷中央隆起帶東部，北部與滋鎮(zhèn)洼陷相鄰，南部緊靠臨南洼陷，面積約300 km2(圖1)。商河地區(qū)處于臨商斷裂的末端，帚狀斷裂將商河地區(qū)劃分成4個區(qū)域。地層自下向上主要為孔店組、沙河街組和東營組，其中沙河街組為重點勘探層位，其自下向上又可以分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段。

圖1 商河地區(qū)區(qū)域位置圖(據(jù)田繼軍等 [15]修改)

本次研究層位為沙四上亞段，受氣候影響，沙四上亞段沉積時期湖平面上升，整體處于一個相對穩(wěn)定的還原環(huán)境。本文基于Vail的層序地層學(xué)理論，結(jié)合地震、測錄井和巖心資料，將商河地區(qū)沙四上亞段劃分為低位域、湖侵域和高位域三個體系域，并以體系域為單元進行灘壩沉積特征分析。

2 灘壩沉積特征

2.1 巖性特征

結(jié)合錄井以及巖心資料分析，商河地區(qū)沙四上亞段主要發(fā)育灰色粉砂巖、細(xì)砂巖以及泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層沉積，頂部發(fā)育碳酸鹽巖沉積；底部有少量紅色泥巖沉積，反映短暫的氧化暴露環(huán)境。

2.2 電性特征

測井曲線可以反映巖石特征以及沉積環(huán)境的變化，根據(jù)測井相識別出不同的沉積微相，建立不同的沉積體系。商河地區(qū)沙四上亞段測井曲線形態(tài)可以細(xì)分為4種類型，砂體厚度自下而上略有增加，測井曲線為齒化漏斗形(圖2(a))；單層砂體厚度小于2 m，與泥巖頻繁互層，垂向上沒有明顯變化，測井曲線為低幅齒形(圖2(b))；單層砂體厚度略大于2 m，夾薄層泥巖，垂向上有時呈現(xiàn)反序序列，測井曲線為中-高幅指形(圖2(c))；單層砂體厚度大于2 m，最高可達10 m，基本為砂巖沉積，測井曲線為高幅箱形(圖2(d))。

圖2 商河地區(qū)沙四上亞段測井曲線形態(tài)圖

2.3 沉積構(gòu)造

沉積構(gòu)造對沉積環(huán)境具有較強的指示意義。商河地區(qū)沙四上亞段發(fā)育了反映濱淺湖環(huán)境下形成的沉積構(gòu)造，主要包括浪成沙紋層理(圖3(b)和(f))、平行層理(圖3(c)和(d))、包卷層理(圖3(h))、波狀層理(圖3(a))、丘狀和洼狀交錯層理(圖3(e)和(i))以及逃逸跡(圖3(g))。平行層理反映了較強水動力的沉積環(huán)境，在灘壩形成過程中，時常受到水動力作用形成平行層理。浪成沙紋層理和波狀層理具有雙向性，反映較強的風(fēng)浪作用下的沉積環(huán)境。丘狀、洼狀交錯層理以及逃逸跡形成于高能環(huán)境，反映正常浪基面以下風(fēng)暴作用下的沉積環(huán)境。

圖3 商河地區(qū)沙四上亞段巖心特征圖

3 沉積相類型及特征

商河地區(qū)沙四上亞段主要發(fā)育濱淺湖灘壩沉積，按照成因可以將灘壩沉積劃分為濱湖風(fēng)浪灘壩和淺湖風(fēng)暴灘壩。根據(jù)砂體厚度、粒度以及發(fā)育的沉積構(gòu)造，可以進一步劃分為風(fēng)浪壩、風(fēng)浪灘、風(fēng)暴壩和風(fēng)暴灘4種微相類型。

3.1 風(fēng)浪灘壩

風(fēng)浪灘壩主要發(fā)育在濱湖亞相，浪基面之上，以風(fēng)浪作用為主。圖4為風(fēng)浪灘壩沉積特征，風(fēng)浪壩巖性主要以灰色粉砂巖和細(xì)砂巖為主，單砂層厚度一般大于2 m。沉積構(gòu)造主要包括波狀層理、浪成沙紋層理、包卷層理和平行層理，生物擾動相對較少。測井曲線表現(xiàn)為低-中幅漏斗形，或單砂體表現(xiàn)為中幅箱形。風(fēng)浪灘多與風(fēng)浪壩伴生沉積，其與風(fēng)浪壩的區(qū)別在于，風(fēng)浪灘單砂體厚度較薄，粒度更細(xì)，以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層沉積，泥質(zhì)含量相對較高，測井曲線一般表現(xiàn)為低幅齒形或平直形，粒度變化不明顯。沉積構(gòu)造主要發(fā)育浪成沙紋層理和波狀層理，風(fēng)浪灘中存在豐富的生物潛穴、生物擾動劇烈，也可見順層排列的螺化石。

圖4 商25-109井風(fēng)浪灘壩沉積特征圖(測井曲線刻度單位：SP，mV；CAl，m；AC，μm/m；R25和R4，Ω·m。下同)

3.2 風(fēng)暴灘壩

風(fēng)暴灘壩形成于正常浪基面之下，在強烈的風(fēng)暴作用下形成的砂體沉積。圖5為風(fēng)暴灘壩沉積特征，風(fēng)暴壩為風(fēng)暴灘壩中的主要砂體沉積，巖性以粉砂巖和細(xì)砂巖為主，含有少量的泥巖。由于發(fā)育于正常浪基面之下，風(fēng)暴壩多表現(xiàn)為與泥巖垂向疊置沉積，測井曲線多表現(xiàn)為低-中幅齒形，或微弱的齒化漏斗形。沉積構(gòu)造主要包括丘狀和洼狀交錯層理、塊狀層理、變形構(gòu)造以及風(fēng)暴作用下形成的逃逸跡。風(fēng)暴灘在垂向上與淺湖泥疊置沉積，巖性以粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖和泥巖為主，泥質(zhì)含量增加，測井曲線表現(xiàn)為低幅齒形；沉積構(gòu)造發(fā)育變形構(gòu)造以及生物擾動，與風(fēng)暴壩相比風(fēng)暴作用減弱。

4 沉積相展布規(guī)律

商河地區(qū)位于惠民凹陷中央隆起帶的東部，處于惠民凹陷的中心位置，沙四上亞段時期整體基本處于濱淺湖沉積環(huán)境，自北西向南東水體逐漸加深，在不同的區(qū)域發(fā)育了風(fēng)浪灘壩和風(fēng)暴灘壩，其中風(fēng)浪灘和風(fēng)暴灘大面積分布，呈席狀平行于岸線分布，風(fēng)浪壩和風(fēng)暴壩呈橢圓形發(fā)育于灘中，發(fā)育規(guī)模小于灘。沙四上亞段可以劃分為低位域、湖侵域和高位域3個體系域，從低位域到高位域，水體不斷變化，沉積環(huán)境逐漸改變。

低位域(圖6)時期，商河地區(qū)主要處于濱湖沉積環(huán)境以及小區(qū)域的陸相沉積環(huán)境，主體發(fā)育濱湖風(fēng)浪灘壩，西北部發(fā)育小區(qū)域的陸相洪泛平原沉積，反映一種過渡的沉積環(huán)境。風(fēng)浪灘壩沿北東—南西相展布，與岸線平行。到湖侵域(圖7)和高位域(圖8)，水體加深，高位域相對于湖侵域水位有所下降，這兩個時期風(fēng)浪灘壩和風(fēng)暴灘壩均大量發(fā)育，風(fēng)浪灘壩發(fā)育在西北部，而風(fēng)暴灘壩沉積于東南部，灘砂呈片狀沿北東—南西向分布，壩砂則表現(xiàn)為橢圓狀。

圖6 商河地區(qū)沙四上亞段低位域平面相圖

圖7 商河地區(qū)沙四上亞段湖侵域平面相圖

圖8 商河地區(qū)沙四上亞段高位域平面相圖

5 控制因素恢復(fù)

5.1 古物源

物源是控制沉積物類型及其分布的基本因素之一。物源決定了沉積體系的類型，以及各種沉積砂體的展布特點，可以通過沉積學(xué)分析和元素分析等來判斷物源方向[17]，本次通過沉積學(xué)方法中的砂地比來分析物源。

惠民凹陷中央隆起帶表現(xiàn)為兩隆夾一凹，商河地區(qū)位于中央隆起帶東部的隆起區(qū)。商河地區(qū)靠近西北部的寧津凸起，根據(jù)沙四上亞段砂地比等值線圖(圖9)分析，砂巖百分含量自北西向南東方向略有減小。沙四上亞段低位域陸相沉積分布于商河地區(qū)西北部，湖相沉積的沉積物來源于陸相沉積的供應(yīng)，綜合分析得出商河地區(qū)沙四上亞段的物源主要來自于西北部寧津凸起。灘壩是物源沉積物受波浪作用改造形成，多表現(xiàn)為垂直于物源方向。

圖9 商河地區(qū)沙四上亞段砂地比等值線圖

5.2 古水深

水體深度決定了水動力的分帶[17]，湖泊中存在洪水面、枯水面、正常浪基面和風(fēng)暴浪基面，將湖泊相劃分為濱岸、淺湖和深湖三種沉積亞相[1]。不同的沉積環(huán)境下，會形成不同的砂體沉積，風(fēng)浪灘壩發(fā)育在正常浪基面之上，沉積在濱岸亞相環(huán)境中，而風(fēng)暴灘壩發(fā)育在正常浪基面和風(fēng)暴浪基面之間，分布在淺湖亞相環(huán)境中，所以古水深的確定對于灘壩分布具有重要作用。

湖相灘壩沉積受不同的水動力帶控制。風(fēng)浪灘壩發(fā)育于破浪帶和碎浪帶，而風(fēng)暴灘壩發(fā)育于風(fēng)暴帶。當(dāng)灘壩充分發(fā)育時認(rèn)為湖面達到平均水平面的位置[18]，所以認(rèn)為在正常浪基面之上的各沉積動力帶內(nèi)單個壩砂最大厚度相當(dāng)于其沉積時的古水深[19]?？筛鶕?jù)壩厚恢復(fù)古水深，風(fēng)浪壩的最大厚度相當(dāng)于風(fēng)浪壩處古水深，風(fēng)暴壩處古水深可視為風(fēng)浪壩和風(fēng)暴壩的最大壩厚之和。

在統(tǒng)計商河地區(qū)各個井位處壩體厚度時需要進行去壓實校正，從而恢復(fù)壩體沉積時的原始厚度，進而得到壩體沉積時的古水深。本文針對沙四上亞段湖侵域(表1)和高位域(表2)進行古水深恢復(fù)，并通過恢復(fù)結(jié)果繪制古水深等值線圖(圖10和圖11)。分析可得，湖侵域時期，商河地區(qū)水深介于0～14 m，西部區(qū)域水體相對較淺，處于濱湖環(huán)境，發(fā)育大量風(fēng)浪灘壩。東部區(qū)域水體相對較深，處于淺湖環(huán)境，發(fā)育風(fēng)暴灘壩。高位域時期，商河地區(qū)水深介于0～15.5 m之間，商河地區(qū)西側(cè)和北側(cè)洼陷水較淺，處于濱湖環(huán)境，發(fā)育大量風(fēng)浪灘壩沉積；東側(cè)洼陷水體較深，處于淺湖環(huán)境，發(fā)育大量風(fēng)暴灘壩沉積。相對于湖侵域，濱湖范圍明顯擴大，而淺湖略有縮小。

表1 商河地區(qū)沙四上亞段湖侵域古水深

表2 商河地區(qū)沙四上亞段高位域古水深

圖10 商河地區(qū)沙四上亞段湖侵域古水深等值線圖

圖11 商河地區(qū)沙四上亞段高位域古水深等值線圖

5.3 古地貌

古地貌指的是沉積基底原始地形起伏和變化，包括宏觀古地貌和微觀古地貌[20]，本次主要研究宏觀古地貌。宏觀古地貌控制碎屑巖的沉積和搬運，決定沉積體系的分布和發(fā)展[21]。

關(guān)于古地貌的恢復(fù)，前人研究中一般以地層殘余厚度為基準(zhǔn)，通過一系列的校正方法得到真厚度參數(shù)，用地層真厚度來反映古地貌條件。實際上，古地貌參數(shù)對應(yīng)于相應(yīng)地質(zhì)時期的可容納空間，而古水深參數(shù)與可容納空間有較好的匹配性，故本次研究將古水深鏡像對稱，得到相應(yīng)的古地貌，據(jù)此繪制沙四上亞段湖侵域古地貌圖(圖12)和沙四上亞段高位域古地貌圖(圖13)。

圖12 商河地區(qū)沙四上亞段湖侵域古地貌圖

圖13 商河地區(qū)沙四下亞段高位域古地貌圖

分析圖12和圖13可見，商河地區(qū)在沙四上亞段湖侵域和高位域整體表現(xiàn)為西北部地勢高、水體淺，東南部地勢低、水體深。結(jié)合古水深等值線圖分析，風(fēng)浪灘壩主要受控于水下低隆起，而風(fēng)暴灘壩則主要分布為水體較深的低洼處，位于正常浪基面之下，其形成和保存均需要一定的水深。

6 結(jié) 論

(1)商河地區(qū)沙四上亞段發(fā)育風(fēng)浪灘壩和風(fēng)暴灘壩兩種灘壩類型，主要發(fā)育反映風(fēng)浪作用和風(fēng)暴作用的沉積構(gòu)造，包括浪成沙紋層理、波狀層理、丘狀和洼狀交錯層理等，測井曲線形態(tài)可細(xì)分為齒化漏斗形、低幅齒形、中-高幅指形和高幅箱形4種類型。

(2)商河地區(qū)沙四上亞段低位域時期以濱湖沉積環(huán)境為主，以風(fēng)浪灘壩為主要微相沉積，而湖侵域和高位域時期，沉積微相表現(xiàn)為西北部發(fā)育風(fēng)浪灘壩，東南部發(fā)育風(fēng)暴灘壩。

(3)不同的古環(huán)境控制了灘壩的發(fā)育，古物源、古水深和古地貌對不同的灘壩類型發(fā)育起著重要影響。