辽河西部凹陷欢喜岭地区沙河街组沉积特征及其演化

2011-02-07时瑞坤陈世悦鄢继华张鹏飞杨怀宇

地球科学与环境学报 2011年3期

时瑞坤，陈世悦，鄢继华，李聪，张鹏飞，杨怀宇

（1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，山东东营257022；2.中国石油大学地球科学与技术学院，山东东营257061；3.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质研究院，山东东营257015）

0 引言

随着勘探技术的发展，辽河西部凹陷油气勘探的主攻方向逐渐由寻找构造油气藏为主向寻找构造、岩性油气藏并重的方向转化［1－5］。近年来在岩性油气藏勘探方面取得了重要进展，先后在锦307、锦310、齐233、欢171等井区发现了高产富集的岩性油气藏，这些钻探成果说明在辽河西部凹陷欢喜岭地区进行岩性油气藏勘探前景广阔。岩性油气藏成藏条件复杂，油藏类型多样，识别预测难度大，对沉积相研究的准确度和精度具有较高的要求。在沉积相研究方面，前人提出过一些有益的认识，分别对辽河西部凹陷沙河街组及其不同层段沉积特征进行了较为详细的研究［6－12］。随着精细油气勘探的不断深入，对沉积相研究提出了更高的要求。因此，对该地区进行系统、精细的沉积相和沉积演化特征研究对岩性油气藏的勘探具有重要意义。

1 地质概况

辽河坳陷位于渤海湾盆地东北部，是在前中生代复杂基底上发育起来的大陆裂谷盆地。辽河西部凹陷是辽河坳陷最大的一个富含油气的凹陷，由北向南依次发育了牛心坨、台安、陈家、盘山、清水和鸳鸯沟等6个生油洼陷。辽河西部凹陷属于典型的箕状凹陷，凹陷内可分为斜坡带、中央隆起带、洼陷带、陡坡带4个不同的构造区带。研究区位于辽河西部凹陷中南段，面积约400km2（图1），是辽河油田的重点探区之一，具有丰富的油气资源。

古近纪为辽河西部凹陷的主要发育期，其经历了地壳裂陷、断陷和坳陷3个演化阶段。古近系主要发育了沙河街组和东营组，其中目的层段沙河街组自下而上可以细分为沙四段、沙三段、沙二段和沙一段。综合分析岩芯、地震、测井及古生物等资料，采用高分辨率层序地层学理论及新方法［13－18］，参照袁波等将研究区沙河街组划分6个三级层序，其中SQ2～SQ5分别相当于沙四上亚段、沙三下亚段、沙三中亚段和沙三上亚段，SQ6相当于沙二段和沙一段下部，SQ7相当于沙一段中上部［19］。层序地层划分方案见表1。

图1 研究区构造位置Fig.1 Tectonic Location of Studied Area

表1 欢喜岭地区沙河街组层序划分Tab.1 Sequence Stratigraphic Division of the Shahejie Formation in Huanxiling Area

2 沉积相类型

通过对岩芯、录井、测井及粒度等相关资料的综合分析，辽河西部凹陷欢喜岭地区沙河街组主要发育扇三角洲、湖底扇、滨浅湖和半深湖—深湖相4种沉积相类型（表2）。

表2 欢喜岭地区沙河街组沉积相类型及特征Tab.2 Types and Characteristics of the Sedimentary Microfacies of Shahejie Formation in Huanxiling Area

2.1 扇三角洲

扇三角洲相在各时期均有不同程度的发育，主要发育于盆地缓坡部位。欢喜岭地区整体以扇三角洲前缘亚相沉积为主，扇三角洲平原亚相基本不发育。扇三角洲前缘亚相包括水下分流河道微相、河口砂坝、远砂坝、河道间等微相（图2）。扇三角洲岩石类型多样，从细砾岩到泥岩均有出现。细砾岩砾石以次圆状—次棱角状为主，分选较差，砂岩以长石砂岩、岩屑砂岩、岩屑长石砂岩为主。其中水下分流河道的粒度概率累积曲线多样，除了反映重力流沉积特征的一段式、多段式和反映典型河流沉积的两段式、三段式外，还有复杂两段式和三段式，反映能量高、迁移快的扇三角洲水下辫状河道所携带沉积物同时受湖浪、湖流等多向、多组水流影响的特征。河口坝粒度概率累积曲线主要为两段式、三段式，“低斜三段”式反映湖水能量相对较低的河口区沉积物的快速堆积；“高斜多跳一悬”式是枯（平）水期辫状河入湖河口坝沉积物典型的粒度特点；“高斜一跳一悬夹过渡”式，反映其沉积于河口区中等能量的动荡水流环境。

图2 欢喜岭地区欢17井沙河街组扇三角洲沉积特征Fig.2 Sedimentary Characteristics of Fan Delta of Shahejie Formation in Well Huan17of Huanxiling Area

2.2 湖底扇

湖底扇相在沙三段（SQ3～SQ5）大量发育，其中尤以沙三中亚段（SQ4）最为发育。由岩芯观察可知，研究区双深3井（沙三上亚段）、齐62井（沙三中亚段）、齐135井（沙三中亚段）等取芯井在沙三段都识别出了湖底扇沉积。其岩性为中粗砂岩或含砾砂岩、细砾岩。砂砾岩为具有明显重力流特征的杂基支撑砾岩、颗粒支撑砾岩、块状砂岩、卵石砂岩、叠覆递变砂砾岩、滑塌岩等。砂岩、砾岩与暗色泥岩、页岩伴生。湖底扇粒度概率分布曲线主要为上拱弧形式和“一跳一悬加过渡式”两种，前者是本区深水重力流沉积中最常见的类型，主要见于典型浊积岩块状砂岩层和粒序递变砂砾岩中；后者滚动总体不发育，跳跃和悬浮物质间存在较明显的递变悬浮，反映了能量不稳定的重力流后期能量衰减并向牵引流转化的特点。研究区湖底扇中扇亚相最为发育，岩芯观察可识别出辨状沟道和沟道间微相（图3）。其沉积物主要为灰色、深灰色粉砂岩、细砂岩、中砂岩以及砂砾岩等，具块状层理、平行层理、递变层理、包卷层理、滑塌变形构造、砂球构造、冲刷面等沉积构造，多呈透镜状分布于深湖—半深湖相暗色泥岩之中。整体表现为下粗上细正粒序沉积的特点。湖底扇相沉积特征详见表2。

图3 欢喜岭地区齐135井沙河街组湖底扇沉积特征Fig.3 Sedimentary Characteristics of Sub－lacustrine Fan of Shahejie Formation in Well Qi135of Huanxiling Area

2.3 滨浅湖

滨浅湖位于湖盆边缘至浪基面以上的地带，水体深度不大或周期性暴露地表，水动力条件复杂，沉积物受波浪和湖流作用的影响较强。岩石类型主要为大套灰绿色、浅灰色泥岩、粉砂质泥岩夹薄层或透镜状粉、细砂岩。层理类型多以水平、波状层理为主，见季节性的韵律层理和块状层理，水动力强度较大的滨湖区有小型交错层理。生物化石和生物钻孔发育，以薄壳的腹足、瓣鳃类、双壳类等底栖生物为主，亦出现介形虫和鱼类等化石以及植物的根、叶、枝干等化石碎片。

2.4 半深湖—深湖

半深湖—深湖相在沙三段沉积时期最为发育，主要发育在欢喜岭下台阶及近洼陷带，以棕褐色、深灰色泥岩及灰质泥岩沉积为主，偶夹薄层状、透镜体状的粉、细砂岩等，可见黄铁矿结核。泥质岩类发育水平层理、块状层理，与粉砂岩、细砂岩间常为冲刷接触。化石较丰富，浮游生物为主，保存较好，底栖生物不发育。深湖相位于盆中水体最深部位，水体安静，地处缺氧的还原环境，沉积物粒度细、颜色深、有机质含量高，发育水平层理。

3 沉积相平面展布特征及演化

3.1 相对单因素综合作图法

图4 欢喜岭地区沙河街组沉积相Fig.4 Sedimentary Facies of Shahejie Formation in Huanxiling Area

单因素综合作图法是根据岩芯观察和泥岩颜色、砂岩、砂砾岩资料统计，初步确定沉积相类型，以取芯井段和全井段沉积相分析为立足点，以连井沉积相分析为桥梁，以颜色分区图、砂砾岩含量、砂岩含量等值线图为依据，由点到线，由线到面，定量编制不同时期的沉积体系平面分布图，进而查明有利砂体的展布位置。这种方法是采用各种因素独立分析，根据分析结果综合作图。这样的方法在大的区域研究上是切实可行的，但在油田小区块精细研究时，就显得研究精度不够。本区主要发育扇三角洲沉积，仅仅利用砂岩厚度图及砂岩含量图只能划分到亚相，这种精度的沉积相研究不能够满足当前勘探与开发的需要。因此，笔者提出了相对单因素综合作图法来绘制各沉积时期的沉积相平面图。相对单因素综合作图法主要采用各粒级砂岩的相对含量来刻画沉积微相的平面展布特征，可以弥补传统的沉积相作图方法精度低的不足。在研究中反复提取粗砂／砂、粉细砂／砂、泥砂／砂、砂／地等相对单因素，编制沉积相图，结果显示能更好地反映水下分流河道、水下分流河道间、河口坝、席状砂等微相的展布特征，显著提高了研究精度。相对单因素在单因素的基础上更加前进一步，单因素是能独立反映某地区、某地质时期、某层段沉积环境某些特征的因素。单因素相对值则更进一步突出各单因素中隐含的有用信息，为沉积微相研究提供了强有力的证据。

3.2 沉积相平面展布特征

在层序格架内，采用相对单因素综合作图法，综合利用研究区194口单井资料，在岩芯观察分析和单井相分析的基础上，结合地震、测井等资料，编制了沙河街组各个三级层序的沉积相平面分布图（图4）。

SQ2（沙四上亚段）沉积时期，湖盆水体相对较浅，砂砾岩沉积厚度不大，扇体主要分布在欢14井区—千10井区、欢629井区及锦82井区，连片分布。其他地区砂体厚度均较小，且在平面上均成条带状展布；该时期物源主要来自欢喜岭地区。来自齐家的物源经过齐135井区进入洼陷区。SQ2沉积时期水体较浅，且古地形隆洼相间，在低洼处主要为扇三角洲前缘水下分流河道沉积。由于水道改道频繁，导致水下分流河道分布范围较大，在欢9井及欢621井区主要发育粒度较细的粉砂岩和细砂岩，主要为扇三角洲前缘的河口坝沉积，在向洼陷方向主要是经水流改造形成的呈条带状的席状砂沉积。砂体主要集中分布在欢喜岭地区和齐家地区，鸳鸯沟地区主要为滨浅湖环境（图4a）。

SQ3沉积时期，湖盆范围逐渐增大，水体深度逐渐增加，构造活动加强，扇三角洲主要在西八千和欢喜岭地区发育，扇体规模较大，连片分布。河口坝相主要在西八千和欢喜岭地区水下分流河道前端发育。湖底扇相也有发育，在齐欢下台阶北部地区，由于水体较深，物源距沉积区较远，形成的湖底扇沉积主要发育在欢634井—齐62井区，规模较大；在双92井区也有一定规模的湖底扇砂体发育。在研究区中部，湖底扇主要发育在欢95井—欢171井区，规模相对较小，为河道前端滑塌形成（图4b）。

SQ4沉积时期是湖盆构造活动最强烈阶段，湖盆范围最广，湖底扇砂体最为发育。由于西八千地区物源供应不足，扇三角洲水下分流河道仅在千10井区有小范围发育，但在锦31井区、锦119井—锦307井区发育湖底扇相。在欢喜岭地区，靠近斜坡区的欢59井和欢60井区发育规模不大的扇三角洲；由于构造活动强烈，欢喜岭下台阶地区扇三角洲前缘砂体易滑塌形成湖底浊积砂体。该期湖底扇砂体规模较大，主要发育在欢45井—欢23井—欢634井区，向洼陷区一直延伸至欢南1井—双118井区、双202井区。斜坡区来自齐家的物源在研究区西北角有小范围发育。双深3井区滑塌形成的浊积扇砂体规模相对较小（图4c）。

SQ5沉积时期，近物源区大部分地层由于构造抬升遭受剥蚀。现今残留地层中，西八千地区的扇三角洲前缘砂体规模较大，从研究区西部边界近东西向延伸至欢南5井区。欢喜岭地区砂砾岩体发育程度较低，主要分布在欢619井区和欢621井区。来自欢喜岭和西八千地区的扇三角洲前缘滑塌浊积砂体主要发育在欢634井－欢102井区；齐家地区扇三角洲砂体和湖底扇砂体均发育较局限，扇三角洲砂体呈近南北向条带状展布。湖底扇相小规模发育在齐62井—双深3井区（图4d）。

SQ6沉积时期，物源主要来自西八千和齐家南北两个方向，扇体非常发育。由于该期水体较浅，砂体进积幅度很大，西八千地区尤为显著。西八千地区扇体延伸很远，锦31井区的砂体延伸至欢南4井区，千5井区的砂体延伸至欢34井区。在西八千地区河口坝砂体非常发育，规模较大的河口坝砂体发育在锦307井—双201井—双118井区，规模稍小的分布在各水下分流河道前端。齐家地区扇三角洲砂体主要发育在研究区东北部，在双117井区主要发育河口坝砂体，该区发育大片席状砂体。在研究区中部近北西向一带主要为滨浅湖相泥岩发育，将西八千和齐家两大扇体明显的分割开来（图4e）。

SQ7沉积时期，砂体主要发育在研究区的上台阶地区，主要发育扇三角洲－湖底扇相沉积。在西八千斜坡区，扇三角洲分布范围大，扇体连片分布，各河道延伸长短不一。欢喜岭地区砂体相对不发育，其扇体主要经欢66井区进入至欢12井区。在齐家地区，扇体在上台阶地区连片分布，其河道前端砂体滑塌至双605井区形成湖底扇相，在锦310井区、双94井区及双203井区均有小范围的湖底扇砂体发育，可能为西八千扇体前端砂体滑塌形成（图4f）。

3.3 沉积相垂向演化

沙四段沉积时期，辽河盆地处于拉张裂陷阶段。SQ1（沙四下亚段）在研究区不发育。SQ2沉积时期，湖盆向南扩张，沉积中心位于欢喜岭下台阶地区。研究区此时水体仍较浅，山区冲积扇携带大量粗碎屑物质沿短轴方向入湖，发育了以砂砾岩为主的扇三角洲沉积体系。沙四段沉积时期总体上是一个湖侵的过程（图5）。

图5 欢喜岭地区沙河街组沉积充填模式Fig.5 Depositional Filling Pattern of Shahejie Formation in Huanxiling Area

沙三段沉积时期是盆地断裂活动最强烈的时期，盆地发育进入大幅度剧烈深陷阶段。由于凹陷东部边界断层的强烈活动，形成了东陡西缓的箕状凹陷。研究区SQ3沉积时期继承了沙四段的沉积体系，仍以扇三角洲沉积为主，伴随着扇三角洲前缘砂体滑塌形成较大规模的湖底扇相沉积。SQ4沉积时期，沉陷剧烈，为盆地最大水进期，湖盆沉降速率大于沉积速率，广泛发育了以湖底扇及暗色泥岩为主的沉积物。SQ5沉积时期构造运动减弱，盆地回返水退，发育了以扇三角洲为主的沉积体系（图5）。

SQ6沉积时期，盆地开始新的沉降，但扩张运动较弱，西部凹陷欢喜岭地区仍保持原来的沉降中心，西八千和齐家方向的粗碎屑物沿短轴方向进入湖盆，形成扇三角洲沉积体系（图5）。

SQ7沉积时期，盆地内断裂活动加剧，西部凹陷进一步扩张和沉陷，使湖盆大规模水进，水体范围超过前期。SQ7沉积时期，研究区仍以扇三角洲沉积为主，但与SQ6沉积时期相比，扇体后退，河口坝和席状砂较为发育，湖相泥岩沉积范围较大。SQ7沉积时期末期，盆地再一次隆起，第二旋回结束（图5）。

由此可见，欢喜岭地区的沉积相垂向演化具有明显的旋回性特征，自下而上存在两个水进旋回，分别为SQ2～SQ5水进旋回以及SQ6与SQ7水进旋回。在水进旋回初期，盆地构造活动相对较弱，水体相对较浅，发育以扇三角洲为主的沉积砂体类型，湖底扇沉积规模较小；水进旋回中后期，盆地构造活动强度大，湖盆水体加深，扇三角洲规模减小，而湖底扇沉积规模明显扩大。