開(kāi)魯盆地陸東凹陷九佛堂組沉積相及有利砂體分布

陳懷毅，張?jiān)品?/p>

東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶163000

0 引言

開(kāi)魯盆地陸東凹陷交力格地區(qū)具有陸相斷陷盆地特征，沉積體系類型多樣.李瑛［1］認(rèn)為交力格地區(qū)發(fā)育東部斜坡帶近岸水下扇、馬北斜坡帶辮狀河三角洲沉積體系；蒼正毅［2］認(rèn)為陸東凹陷發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲、濁積扇等沉積體系；劉明潔等［3］應(yīng)用層序地層學(xué)原理在層序格架內(nèi)認(rèn)為九佛堂組發(fā)育扇三角洲、濁積扇、湖泊相等沉積相態(tài)；裴家學(xué)［4］對(duì)九佛堂上段進(jìn)行綜合研究認(rèn)為主要發(fā)育湖泊、近岸水下扇、扇三角洲等沉積相類型.綜合前人研究成果分析，目前還存在沉積體系雜亂不統(tǒng)一、九佛堂組沉積演化不清晰、有利儲(chǔ)層相帶缺乏研究等問(wèn)題.本文應(yīng)用層序地層學(xué)和地震沉積學(xué)原理在九佛堂組三級(jí)層序及體系域界面基礎(chǔ)上劃分8 個(gè)四級(jí)層序地層單元（Sq2-1—Sq2-8），通過(guò)沉積相標(biāo)志（巖相、地震相特征等）、沉積相類型判斷、單井相-測(cè)井相分析、地震屬性切片提取等因素綜合分析沉積相展布特征，識(shí)別沉積體系以及垂向上不同沉積體系下的砂體展布形態(tài)，繼而利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)儲(chǔ)集砂體進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層分布相帶，以期為交力格地區(qū)勘探開(kāi)發(fā)工作提供科學(xué)依據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

陸東凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，分為東部三十方地洼陷、中央構(gòu)造帶以及西部交力格洼陷3 個(gè)單元（圖1）［5-6］.交力格地區(qū)主要受東西向邊界斷層及一系列北東向斷層控制，整體表現(xiàn)為北高南低、西低東高的構(gòu)造特點(diǎn)［2］.洼陷南部受斷層控制，地層發(fā)育較厚，南北向和北北東向斷層對(duì)局部構(gòu)造起控制作用［7-8］.區(qū)內(nèi)發(fā)育白堊系下統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組等地層，其中九佛堂組為該區(qū)主要產(chǎn)油層段［4］.在根據(jù)四級(jí)層序界面以及體系域界面對(duì)九佛堂組地層劃分研究的基礎(chǔ)上，將九佛堂組分為低位域（LST）、湖侵域（TST）、高位域（HST）體系，并依據(jù)沉積旋回特征，進(jìn)一步劃分出8 個(gè)五級(jí)層序（與8 套砂組相對(duì)應(yīng)）：九上Ⅰ—Ⅲ段砂組（Sq2-8—Sq2-6）主要發(fā)育大套灰褐色油頁(yè)巖，九上Ⅳ—Ⅴ砂組（Sq2-5—Sq2-4）主要發(fā)育深灰色泥巖互層夾薄層砂巖，九下Ⅰ—Ⅲ砂組（Sq2-3—Sq2-1）主要發(fā)育大套灰色凝灰質(zhì)砂巖、泥巖與細(xì)粉砂巖互層［4］.

圖1 陸東凹陷構(gòu)造單元分區(qū)圖Fig.1 Tectonic division map of Ludong depression1—井點(diǎn)（well）；2—?jiǎng)兾g線（denudation line）；3—斷層（fault）；4—構(gòu)造等深線（structure depth contour）；5—地震剖面位置（seismic section）

2 沉積相特征

2.1 相標(biāo)志分析

2.1.1 巖相特征

通過(guò)巖心觀察與對(duì)比，沉積過(guò)程動(dòng)力成因主要由牽引流、砂質(zhì)碎屑流、滑動(dòng)滑塌作用、高/低密度濁流、羽流/原地沉降五大類組成.進(jìn)一步依據(jù)巖石類型、沉積結(jié)構(gòu)特征，識(shí)別出9 種礫巖巖相、15 種砂巖巖相、3種泥巖巖相以及11 種巖相組合（表1，圖2）.礫巖巖相多見(jiàn)雜基-顆粒支撐塊狀中礫巖、雜基支撐疊瓦狀細(xì)礫巖等，反映礫質(zhì)碎屑流、牽引流動(dòng)力成因；砂巖、泥巖巖相多見(jiàn)疊瓦狀、平行和交錯(cuò)層理砂巖、正遞變粉細(xì)砂巖、斷續(xù)水平層理，反映牽引流、砂質(zhì)碎屑流、低密度濁流/原地沉降多種動(dòng)力成因.巖相組合主要反映近岸快速堆積、長(zhǎng)源搬運(yùn)沉積、遠(yuǎn)源濁流沉積3 種類別［9-11］.

表1 巖相分類表Table 1 Classification of lithofacies

圖2 交力格地區(qū)巖相特征及巖性組合圖Fig.2 Lithofacies characteristics and lithological assemblage of Jiaolige areaG1—G9：礫巖巖相（conglomerate lithofacies）；B1—B3：含礫砂巖巖相（pebbly sandstone lithofacies）；S1—S12：砂巖巖相（sandstone lithofacies）；M1—M3：泥巖巖相（mudstone lithofacies）；A—K：巖相組合（lithofacies assemblage）

2.1.2 地震相特征

外前緣連續(xù)反射地震相表現(xiàn)為一組振幅強(qiáng)、連續(xù)性較好的同相軸，反映了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、水動(dòng)力條件較弱的沉積環(huán)境，代表在均勻沉降的盆地緩坡部位上的勻速沉積作用；湖相席狀地震相分布范圍較小，一般代表深湖—半深湖、濱淺湖沉積，也有可能是扇三角洲前緣或前扇三角洲亞相的地震響應(yīng)，振幅相對(duì)較強(qiáng)，連續(xù)性較好；內(nèi)前緣反射地震相為中強(qiáng)振幅，連續(xù)性相對(duì)差，沉積環(huán)境相對(duì)不穩(wěn)定，水動(dòng)力條件增強(qiáng)，一般代表扇三角洲內(nèi)前緣地區(qū)；充填雜亂反射地震相振幅強(qiáng)度變化大，是斷續(xù)、不規(guī)則的反射，水體能量強(qiáng)，一般靠近物源、推移距離較短，堆積速度較快，主要分布在交力格洼陷南部地區(qū)，代表近岸水下扇沉積環(huán)境［4，12-13］（圖3）.

圖3 陸東凹陷交力格地區(qū)地震相特征Fig.3 Seismic facies characteristics of Jiaolige area，Ludong depression

2.1.3 單井-測(cè)井相特征

（1）陸參2 井巖相-測(cè)井相精細(xì)刻畫(huà)沉積微相

陸參2 井位于陸東凹陷中北部沉積中心.九上Ⅰ—Ⅲ砂組主要發(fā)育大套的深湖沉積油頁(yè)巖，自然電位（SP）曲線較為平直，含油地層電阻率（RT）、淺電阻率（RS）微起伏，為質(zhì)量較好的優(yōu)質(zhì)烴源巖；九上Ⅳ—Ⅴ砂組發(fā)育大套砂巖，粒度概率曲線為分選較好的躍移-懸浮兩段式，自然電位鐘形、自然伽馬（GR）鋸齒形，RT、RS 齒狀低阻，判斷為扇三角洲相；九下段沉積大套凝灰質(zhì)砂巖與泥巖互層，上部為厚層凝灰質(zhì)細(xì)砂巖，在GR 曲線上呈復(fù)合箱形，沉積微相以扇三角洲前緣碎屑流河道為主，局部為濁積薄層砂，下部GR、SP曲線鋸齒形且幅度變化較小，整體為較弱的水動(dòng)力環(huán)境，為深湖—半深湖的泥巖沉積.該井1 930～1 936 m層段主要為塊狀細(xì)砂巖、正遞變細(xì)砂巖相，垂向正韻律塊狀細(xì)—粉砂巖G 型（圖2）沉積組合.測(cè)井相整體呈高幅箱型，粒度概率累積曲線兩段式，躍移組分斜率高，指示砂質(zhì)碎屑流或河口端凍結(jié)式快速堆積特征，判斷為扇三角洲外前緣環(huán)境.該層段主要為扇三角洲外前緣砂質(zhì)碎屑流水道及水道間、席狀砂相帶.

（2）交8 井巖相-測(cè)井相精細(xì)刻畫(huà)沉積微相

交8 井位于凹陷南部.九上段主要為雜基支撐的砂礫巖，自然電位曲線變化幅度不大，自然伽馬、含油地層電阻率、淺電阻率主要為鋸齒形和箱形，水體能量強(qiáng)，近物源，重力流特征明顯.交8 井上部劃分為近岸水下扇扇中亞相，下部劃分為近岸水下扇扇根亞相，其1 928～1 930 m 層段主要為雜基支撐塊狀礫巖-砂礫巖相，巖相垂向組合為A 型正韻律礫巖-砂礫巖（圖2）.測(cè)井相呈齒化箱型，粒度概率累積曲線為低斜兩段式，重力流及牽引流成因河道砂體沉積特征明顯，判斷為近岸快速沉積環(huán)境，主要為近岸水下扇扇根.

2.2 沉積相類型與展布特征

根據(jù)取心資料、測(cè)井資料，結(jié)合地震相、巖心相分析結(jié)果，研究認(rèn)為九佛堂組主要發(fā)育扇三角洲相和近岸水下扇相.通過(guò)沉積相標(biāo)志以及單井沉積微相精細(xì)刻畫(huà)，主要識(shí)別出水下?tīng)恳骱拥?、水下碎屑流水道、重力流主溝道、重力流辮狀溝道、滑動(dòng)滑塌體、席狀朵葉體（席狀砂）、濱淺湖細(xì)粒沉積、深湖—半深湖油頁(yè)巖8 種微相.在X 射線全巖衍射以及重礦物相對(duì)含量分析的基礎(chǔ)上，判斷洼槽區(qū)主要為南部和北部?jī)纱笪镌?同時(shí)，從古地貌出發(fā)對(duì)交力格地區(qū)砂地比進(jìn)行研究，砂體厚度中心與古地貌沉降中心一致性較高，可以驗(yàn)證南部陡坡帶及北部三角洲兩大物源［14］.

2.2.1 沉積相垂向展布特征

本研究選擇順物源方向及切物源方向兩條剖面進(jìn)行研究.順物源方向剖面位于研究區(qū)中部，通過(guò)圖4a分析得出，九佛堂組南部地層較厚，砂體主要來(lái)自南部物源，北部為推進(jìn)范圍較小的扇三角洲外前緣砂體.九佛堂組主要發(fā)育扇三角洲—濱淺湖和近岸水下扇—半深湖沉積體系，順物源方向，沉積體系三分明顯，南北物源差異清晰.九下Ⅲ砂組近岸水下扇發(fā)育大套砂礫巖；九下Ⅱ至九上Ⅳ砂組扇三角洲發(fā)育面積較大，外前緣亞相前推較廣，為九佛堂組主力含油儲(chǔ)層；九上Ⅲ至九上Ⅰ砂組發(fā)育近岸水下扇，中部洼陷帶發(fā)育少量的濁積薄層砂.切物源方向剖面位于研究區(qū)南部，貫穿交南斷階帶.通過(guò)圖4b 分析得出，砂體集中在九佛堂組中間段，發(fā)育少量的濁積薄層砂，橫向上不同發(fā)育期次的近岸水下扇相與扇三角洲相砂體相互切疊，呈現(xiàn)時(shí)間與空間上雙重疊置的二元沉積模式.通過(guò)垂向剖面分析，九佛堂組時(shí)期主要發(fā)育兩大沉積體系：九下Ⅲ砂組發(fā)育近岸堆積—半深湖體系，九下Ⅱ砂組至九上Ⅳ砂組時(shí)期發(fā)育扇三角洲—濱淺湖沉積體系，九上Ⅲ—Ⅰ砂組發(fā)育近岸堆積—半深湖沉積體系.

圖4 陸東凹陷交力格地區(qū)九佛堂組連井沉積剖面圖Fig.4 Cross-well sedimentary profiles of Jiufotang Formation in Jiaolige area，Ludong depressiona—順物源方向剖面（along the source direction）；b—切物源方向剖面（cross-cutting the source direction）；1—扇三角洲前緣根部砂體（fan delta front root sand body）；2—扇三角洲內(nèi)前緣砂體（fan delta internal front sand body）；3—扇三角洲外前緣砂體（fan delta external front sand body）；4—半深湖-深湖相（semi deep-deep lacustrine facies）；5—近岸水下扇扇根（root of nearshore subaqueous fan）；6—近岸水下扇扇中（middle of nearshore subaqueous fan）；7—近岸水下扇扇端（end of nearshore subaqueous fan）；8—濁積薄層砂（turbidite thin sandstone）

2.2.2 沉積相平面展布特征

利用均方根振幅地層切片勾勒砂體外部發(fā)育輪廓，瞬時(shí)頻率地層切片刻畫(huà)不同發(fā)育時(shí)期砂體內(nèi)部碎屑流水道與主水道，控制砂體內(nèi)部展布形態(tài)，綜合沉積模式與形態(tài)特征對(duì)九佛堂組平面相圖（圖5）進(jìn)行精細(xì)繪制.研究結(jié)果表明：交力格洼槽砂體主要為南部物源，九佛堂組主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相與近岸水下扇沉積，九上段油層段（圖5a）發(fā)育扇三角洲前緣亞相，近岸水下扇前推較近；前緣相帶根部存在平原/前緣過(guò)渡帶，總體看來(lái)凹陷北部扇三角洲規(guī)模較小，而南部扇三角洲和近岸水下扇規(guī)模相對(duì)較大［15-16］；九下段主要發(fā)育近岸水下扇及扇三角洲前緣（包括內(nèi)前緣與外前緣）（圖5b），南部扇體面積較大，為厚層塊狀砂礫巖體沉積特征，扇體向洼陷內(nèi)延伸，巖性變細(xì)變薄，逐漸過(guò)渡為濱淺湖相沉積的特點(diǎn).

圖5 陸東凹陷交力格地區(qū)九佛堂組沉積平面相圖Fig.5 Sedimentary facies map of Jiufotang Formation in Jiaolige area，Ludong depressiona—九佛堂組上段油層組（upper member of Jiufotang fm.）；b—九佛堂組下段沉積相圖（lower member of Jiufotang fm.）；1—近岸堆積/扇三角洲前緣根部（nearshore accumulation/fan delta front root）；2—扇三角洲內(nèi)前緣（fan delta internal front）；3—扇三角洲外前緣（fan delta external front）；4—濱淺湖（shore-shallow lake）；5—扇三角洲平原/前緣過(guò)渡帶（fan delta plain/front transition）；6—重力流主溝道（gravity flow main channel）；7—碎屑流水道（debris flow water channel）；8—牽引流水道（traction flow water passage）

3 沉積-儲(chǔ)層耦合關(guān)系研究

本文利用灰色關(guān)聯(lián)分析法，采取多因素綜合分析評(píng)價(jià)儲(chǔ)層，預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層分布相帶.該方法數(shù)據(jù)量小，操作簡(jiǎn)單，可減少因單一因素產(chǎn)生的研究影響，使分析結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確.具體通過(guò)求取綜合評(píng)價(jià)因子預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)集砂體分布，并通過(guò)相應(yīng)層位砂體孔隙模式圖驗(yàn)證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性.

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

選擇5 口典型代表井、15 個(gè)樣品點(diǎn)，將孔隙度（φ）、滲透率（k）、深度（d）、平均孔隙半徑、均質(zhì)系數(shù)、特征結(jié)構(gòu)系數(shù)（1/Dφ）、變異系數(shù)、碳酸鹽含量、泥質(zhì)含量9 個(gè)地質(zhì)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因素.具體原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，方法見(jiàn)文獻(xiàn)［17-18］.

表2 交力格地區(qū)原始數(shù)據(jù)表Table 2 Primary data of Jiaolige area

綜合評(píng)價(jià)因子RQI（0～1）與儲(chǔ)層品質(zhì)呈正相關(guān)，經(jīng)計(jì)算后表2 中5 口代表井樣品點(diǎn)從上至下RQI 依次 為：0.76、0.42、0.22、0.44、0.20、0.77、0.46、0.74、0.23、0.20、0.46、0.69、0.69、0.46、0.22.

3.2 有利儲(chǔ)集相帶預(yù)測(cè)

根據(jù)RQI 對(duì)全區(qū)井位進(jìn)行有利儲(chǔ)集相帶預(yù)測(cè)，求得單井綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，對(duì)其分布范圍進(jìn)行分析，將有利區(qū)儲(chǔ)集相帶劃分為Ⅰ類有利儲(chǔ)集相帶、Ⅱ類有利儲(chǔ)集相帶、Ⅲ類不利儲(chǔ)集相帶（表3）.有利儲(chǔ)集相帶預(yù)測(cè)圖（圖6）反映出：Ⅰ類有利儲(chǔ)集相帶主要分布在交38、交51、交34、交47 井一帶，主要屬于牽引流成因水下分流河道砂，大多巖相為平行層理細(xì)砂巖；Ⅱ類有利儲(chǔ)集相帶主要分布在研究區(qū)中部區(qū)域，主要屬于碎屑流成因水下分流河道砂，大多巖相為塊狀細(xì)（粉）砂巖和碎屑流水道砂；Ⅲ類不利儲(chǔ)集相帶主要分布在南部區(qū)域，近岸堆積及前緣根部泥石流、洪流成因砂體形成的儲(chǔ)層較差［19-21］.該區(qū)儲(chǔ)層無(wú)論是平面和橫向上差異均較大，鉆井所鉆遇的砂體均屬中—低孔隙度，多為低—特低滲型儲(chǔ)層，但次生孔隙較發(fā)育.在2 100～2 300 m 可能存在次生孔隙發(fā)育帶，使儲(chǔ)層物性能夠得到較大程度改善，是本區(qū)較好的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層層段.

表3 交力格地區(qū)有利儲(chǔ)層砂體定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Quantitative evaluation criteria of favorable reservoir sand bodies in Jiaolige area

圖6 交力格地區(qū)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布圖Fig.6 Distribution of advantage reservoirs in Jiaolige area1— I 類有利儲(chǔ)集相帶（Class I favorable reservoir facies belt）；2— II 類有利儲(chǔ)集相帶（Class II favorable reservoir facies belt）；3— III 類有利儲(chǔ)集相帶（Class III favorable reservoir facies belt）

3.3 討論

對(duì)代表井選取相應(yīng)層段孔隙特征進(jìn)行研究，驗(yàn)證上述方法評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性.研究區(qū)主要分為牽引流成因水下分流河道砂、碎屑流成因水下分流河道砂、內(nèi)前緣混合流體成因砂礫巖、濱淺湖細(xì)粒沉積［20-21］（圖7），根據(jù)不同成因?qū)π纬傻纳绑w分布進(jìn)行逐一分析如下.

圖7 交力格地區(qū)孔隙特征結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Pore structure features of Jiaolige areaa—牽引流成因水下分流河道砂，樣品為交38 井1838 m（traction flow-induced subaqueous distributary channel sand，from 1838 m of J38 well）；b—碎屑流成因水下分流河道砂，樣品為陸參2 井2056.5 m（debris flow-induced subaqueous distributary channel sand，from 2056.5 m of LC2 well）；c—內(nèi)前緣混合流體成因砂礫巖，樣品為交47 井1972 m（internal front mixed fluid-induced glutenite，from 1972 m of J47 well）；d—濱淺湖細(xì)粒沉積，樣品為陸參2 井2224.8 m（shore-shallow lake fine-grained deposit，from 2224.8 m of LC2 well）

（1）牽引流成因水下分流河道砂：膠結(jié)明顯，孔隙發(fā)育好，粒間溶孔發(fā)育，孔隙半徑集中在3～5 μm，分選較好，以大中孔隙為中心形成的孔隙連通性較好；

（2）碎屑流成因水下分流河道砂：膠結(jié)明顯，孔隙發(fā)育好，粒間溶孔發(fā)育，孔隙半徑集中在2～5 μm，分選較好，中小孔隙較多，條帶狀連通模型為主；

（3）內(nèi)前緣混合流體成因砂礫巖：膠結(jié)弱，孔隙發(fā)育一般，粒間溶孔發(fā)育，孔隙半徑集中在2～7 μm，分選較差，中小孔隙居多，以管束成片連通狀模型為主；

（4）濱淺湖細(xì)粒沉積：膠結(jié)較強(qiáng)，孔隙發(fā)育較差，孔隙半徑集中在2～5 μm，分選差，小孔隙為主，斑塊狀連通模型為主，整體連通性較差.

孔隙特征測(cè)試結(jié)果與上述灰色關(guān)聯(lián)分析法評(píng)價(jià)得到的相應(yīng)層位結(jié)論有較好的吻合關(guān)系.例如交38井1 838 m 處儲(chǔ)層以大中孔隙為主且連通性較好，對(duì)應(yīng)上述Ⅰ類有利儲(chǔ)層砂體，證實(shí)此方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的準(zhǔn)確性.同時(shí)，較好的儲(chǔ)層砂體主要為牽引流成因的砂礫巖及砂質(zhì)碎屑流成因的砂礫巖，相帶上處于前緣主體牽引流河道及碎屑流朵葉體中，扇三角洲前緣內(nèi)牽引流成因砂體形成儲(chǔ)層最好，近岸堆積及前緣根部泥石流、洪流成因砂體形成儲(chǔ)層最差.研究結(jié)果體現(xiàn)了不同沉積相帶、不同巖相對(duì)儲(chǔ)集砂體分布的控制作用.

4 結(jié)論

（1）交力格地區(qū)沉積過(guò)程動(dòng)力成因主要由牽引流、砂質(zhì)碎屑流、滑動(dòng)滑塌作用、高/低密度濁流、羽流/原地沉降組成，共識(shí)別出9 種礫巖巖相、15 種砂巖巖相、3 種泥巖巖相以及11 種巖相組合.

（2）陸東凹陷交力格地區(qū)九佛堂組主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相與近岸水下扇沉積，砂體主要為南部物源，通過(guò)沉積相特征以及單井精細(xì)刻畫(huà)共識(shí)別出8 種不同沉積微相.

（3）交力格地區(qū)九佛堂組時(shí)期主要發(fā)育兩大沉積體系：九下Ⅲ砂組近岸堆積—半深湖體系，九下Ⅱ砂組至九上Ⅳ砂組時(shí)期發(fā)育扇三角洲—濱淺湖沉積體系，九上Ⅲ—Ⅰ砂組發(fā)育近岸堆積—深湖沉積體系，扇三角洲沉積體系時(shí)期交力格地區(qū)主要發(fā)育前緣相帶.

（4）利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)沉積-儲(chǔ)層耦合關(guān)系研究，將有利區(qū)儲(chǔ)集相帶劃分為Ⅰ類有利儲(chǔ)集相帶、Ⅱ類有利儲(chǔ)集相帶、Ⅲ類不利儲(chǔ)集相帶，并證實(shí)了此方法在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究中的有效性.