涠西南凹陷流一段构造坡折带及其对层序、沉积相带的控制

(中海石油有限公司湛江分公司,广东湛江524057)

构造坡折带是指同沉积构造长期活动引起的沉积斜坡明显突变的地形[1]。目前,对于坡折带的研究日益引起业界的重视,冯友良等[2-7]详细研究了断陷盆地构造坡折带对层序样式、沉积体系和砂体展布的控制作用,王英民等[8-12]对坳陷湖盆坡折带的类型、成因、控制模式等也进行了大量研究。坡折带对盆地充填的可容纳空间和沉积作用可产生重要影响,制约着盆地沉积体系域发育和砂体的空间分布,进而对岩性油藏的分布起到控制作用。

随着油气勘探程度的提高和勘探进程的进一步加快,涠西南尚未钻探的构造圈闭类型及目标越来越少,寻找地层岩性油气藏已成为涠西南凹陷增储上产的重要手段[13]。大量的地震资料解释和地质分析认为,在涠西南凹陷存在构造坡折带,并对隐蔽油气藏具有重要的控制作用,因此,本文以该区坡折带为基础,探讨该区坡折带对层序构成样式和沉积体系的控制,以期为该区隐蔽油气藏的勘探提供理论依据。

1 区域地质概况

涠西南凹陷位于北部湾盆地西北边缘,北接涠西南大断层,南邻企西隆起及海中凹陷(图1)。受区域近北西—南东向拉张应力作用,凹陷内发育3条NE-SW走向的正断层,这3条断层控制了整个凹陷的构造格局,形成明显的北断南超箕状断陷。涠西南凹陷形成演化主要经历古近纪的3次张裂活动[13-14],其中,始新世第二次张裂期,在近北北西—南南东向的拉张应力作用下,产生了北东东至南西西走向的具有控凹作用的1号断层,控制形成了流沙港组,沉积了一套以砂砾岩、细砂岩、泥岩为主的扇三角洲和三角洲体系。这一时期涠西南凹陷经历初始扩张、深陷阶段到湖盆萎缩的过程(图2)。

图1 涠西南凹陷构造区划Fig.1 Structural division of Weixinan Sag

图2 涠西南凹陷流沙港组层序地层划分Fig.2 Sequence units of Liushagang Formation in Weixinan Sag

2 沉积相类型及展布特征

研究区古近系始新统流沙港组一段为一完整的三级层序,三级层序各体系域的厚度和三角洲的规模均呈旋回性变化,体现了湖平面的下降—上升—下降的过程。流沙港组一段沉积时期主要受1号断裂带控制,其伸展作用横向上表现出明显的非均衡性,1号断裂带东段的沉降作用强于西段,沉降中心位于1号断层东段,差异沉降使研究区呈现隆凹相间的沉积格局,形成多物源、短物源、多沉积中心的陆相断陷湖盆沉积特征。流沙港组一段沉积期来自北部隆起和企西隆起的物源充足,长轴方向和短轴方向分别发育小型扇三角洲和大规模三角洲沉积体系(图3)。

图3 涠西南凹陷流一段沉积相平面图Fig.3 Sedimentary facies distribution of the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag

2.1 流一段低位域时期

低位域时期水体相对较浅,凹陷短轴方向靠近1号断层带北部发育数量众多的扇三角洲,但规模都相对较小,反映陡坡带控制下近物源、短物源的沉积特征。凹陷东部缓坡带发育一系列相对较大的扇三角洲沉积体系,向凹陷中心方向Wz4井和Wz5井一带变为重力流成因的浊积扇体。凹陷长轴方向西南部坡度相对较缓,发育滨浅湖背景下的三角洲沉积。凹陷中心则为深湖相沉积,如Wz3井全井段几乎全为泥岩,厚度达300 m。

2.2 流一段湖侵域时期

湖扩域沉积时期,涠西南凹陷水体范围明显扩大,浅湖及深湖相广泛发育,较低位时期凹陷北部1号断裂带边缘扇三角洲数量减少,发育规模也变小,在1号断裂带中部形成一较大型扇三角洲。低位域时期南部3号断层带附近发育的扇三角洲在这一时期不发育,而发育浊积扇。凹陷长轴方向西南部正常三角洲侧向向南迁移,规模有所扩大。

2.3 流一段高位域时期

高位域时期,在凹陷短轴方向上北部1号断层带、南部3号断层带附近依然继承性发育多个小型扇三角洲。凹陷北部1号断层带湖扩时期Wz1井附近发育扇三角洲沉积,侧向向北迁移。这一时期在凹陷中部深湖区浊积扇发育。凹陷长轴方向西南部发育大型进积型正常三角洲,向东延伸到Wz2井附近,延伸长度可达到25 km。

3 坡折带类型及层序填充样式

陆相盆地中,构造运动是形成各类坡折带的关键控制因素。受长期活动的同沉积构造影响形成的构造坡折带构成了古地貌单元和沉积相的分界,这些构造坡折带对层序构成、沉积体系发育和砂体展布等具有重要的控制作用[15]。涠西南凹陷经过多期幕式构造运动,形成多种类型的构造坡折带,考虑到构造坡折带的成因、平面组合特征及控相、控砂的差异性,可将涠西南凹陷构造坡折带划分为断坡带(单断式断裂坡折带)、断阶带(断阶式断裂坡折带)和挠曲坡折带3种类型(表1),不同类型的构造坡折带对层序和沉积体系的控制作用明显不同,其中挠曲坡折带和断阶带是涠西南凹陷的主要坡折带类型。

表1 涠西南凹陷流一段坡折带类型及其主要分布位置Tab.1 Types and distribution of the slope-break zones in the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag

3.1 断坡带

断坡带是由盆缘隆起或古潜山前缘的大型控边断裂及其下降盘构成的,断面多呈铲形。由于控边断裂长期活动,从而构成持续性下陷的凹陷边界。在研究区内,断坡带主要分布在北部隆起与凹陷西部的过渡区域(图4(a))。在整个流一段沉积期,断坡带都是1号断层活动最强烈、断距相对最大的部位,其断面陡峭而平直。断坡带的单一断裂坡折始终控制凹陷沉积边缘,断坡带发育处的断层下盘是相对隆起区,不利于水流的汇聚,入盆水系分散,物源供给相对较弱,运移距离短,碎屑物质粗,分选磨圆差。粗碎屑沉积体系沿断裂下降盘垂向加积,具有垂直厚度大、平面规模小、常呈裙边状产出的特点。断坡带控制下的层序发育特征:低位期形成低位进积扇三角洲,向凹陷中心方向易发育低位浊积体;随着湖平面的上升,湖扩域扇体退积到凹陷边缘而不发育;在高位期,扇三角洲再次发育,同时在扇三角洲前缘和前三角洲带沉积物沿陡坡发生重力滑动,前方可发育高位浊积体。

3.2 断阶带

断阶带是指由2条以上的同向同沉积断层构成的阶梯式构造坡折,多级断层可营造出沉积物多级输送的路径。研究区主要发育在3号断裂带控制的东南部缓坡地区,该区坡度相对1号断裂控制的北部区域较缓(图4(b))。低位域沉积时期,低位扇体的发育受控于凹陷边缘坡折,凹陷边缘坡折以下扇三角洲前缘较厚,向湖盆中心发育低位浊积体,凹陷边缘坡折以上通常为沉积物通道,仅在坡地根部残存由粗粒构成的小型楔形体,低位扇体不发育或很薄。湖侵时期扇三角洲砂体仅在凸起与斜坡边缘断裂坡折处发育,凸起与斜坡边缘断裂坡折处以下发育大套湖侵泥岩,直接覆盖在低位域砂体之上。高位域时期凸起与斜坡边缘断裂坡折控制着扇三角洲的沉积边界,而凹陷边缘坡折控制着扇三角洲前缘砂质沉积加厚带及湖底浊积扇体的分布。

3.3 挠曲坡折带

挠曲坡折带主要是指由于深部隐伏断裂的同期活动使浅部地层发生挠曲变形而产生的地形坡度突变带。在挠曲坡折带的下部发育明显的上超和地层增厚现象,其上部地形坡度较为平缓,层序厚度相对较薄,并发育下切谷充填。本区挠曲坡折带主要发育在涠西南1号断裂带与3号断裂带交汇的长轴方向,分为2类(图4(c)、图4(d)):凹陷西南部缓坡带的挠曲坡折具有2级坡折,而北部则仅有1级坡折,向凹陷中心过渡为断阶带,受两者影响的层序发育特征明显不同。

图4 涠西南凹陷流一段坡折带样式及对层序样式的控制模式Fig.4 Slope-break pattern in the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag and its control mode on sequence pattern

(1)西南部挠曲坡折带

在凹陷西南部缓坡带的挠曲坡折控制下,主要发育正常三角洲相。低位域发育期受挠曲坡折带的控制,地层发育很薄,低位扇体规模小,仅发育在二级坡折带附近;湖侵域沉积时期,扇体主要受一级坡折控制,沉积中心位于一级坡折附近,且扇体发育在一级挠曲坡折带附近;高位域发育时期,地层整体较厚,沉积中心位于二级坡折以下,二级坡折带控制着三角洲前缘加厚带。挠曲坡折带对该区沉积相带的控制不仅体现在垂向上沉积体的规模、砂体的叠置样式,而且随着湖平面的升降变化,平面上沉积体也发生了侧向迁移,低位域到高位域扇体逐渐向北迁移。

(2)北部挠曲坡折带

北部发育的挠曲坡折带,规模相对较小、隆起幅度高,发育扇三角洲相。流一段沉积时期,坡折带控源作用明显,坡折带制约着扇三角洲前缘加厚带和浊积扇的发育。低位体系域发育时期,湖平面低于挠曲带弯折高点,西北向物源供给不足,导致低位域扇体不发育或很薄,仅发育小型浊积扇;湖扩域时期,湖平面逐渐升高,并越过挠曲带弯折高点,发育近物源小规模扇三角洲扇体,砂体与湖相泥岩细粒沉积呈指状交互,相带较窄;高位期,物源区与盆地的高差相对减少,坡度相对减缓,高位体系域水体越过挠曲带弯折高点,来自西北隆起方向的物源充足,扇三角洲沉积规模较大,且在其前缘发育浊积体。

4 坡折带对沉积相的控制

坡折带对沉积体系的控制机理有3个方面:(1)坡折带高差大小决定了物源区与汇水区的势能差大小,影响坡折带以上地层的剥蚀程度和河道下切侵蚀及搬运能力,进而对物源供给量的大小、沉积体系类型、规模及展布特征等方面具有明显的控制作用。(2)坡折带的坡度大小不同,势必影响水动力的大小,进而控制沉积速率、沉积微相的分布等。(3)坡折带的规模主要由其斜坡长度决定,斜坡长度不同,沉积物搬运距离不同,直接决定沉积物粒度、分选、磨圆和成熟度,最终影响储层物性等。

4.1 对扇体发育规模、位置、走向的控制

涠西南凹陷西部断坡带发育多个扇三角洲,其中Wz1井附近的扇体较大,发育规模受构造调节带和断坡带共同控制(图5)。在流一段低位域和高位域时期,1号断裂带活动不强烈,坡折带沿走向高差变化不大,下降盘均衡沉降,各处断距较为均一,而上升盘的相对隆起限制了入盆水系的规模;湖扩域时期,1号断层活动强烈,在Wz1井附近呈锯齿状,因产状、断距的变化形成一构造调节带。调节带附近断层上升盘两侧地势比Wz1井附近高,有利于水系汇聚,为碎屑物源注入凹陷提供了入口。同时1号断层控制下的断坡带提供了足够的可容纳空间,故湖侵域时形成扇三角洲规模较大。

图5 涠西南凹陷流一段西部大型扇三角洲演化模式Fig.5 Sedimentary evolution mode of western large fan deltas of the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag

涠西南凹陷东部断阶带平面上与次级同沉积横向调节断层呈现梳状断裂组合。3号边界断层控制着东部扇三角洲相带的整体发育,梳状断裂带控制了东部主要扇三角洲砂体的展布(图6)。断坡带上NNE向的主干断裂控制着主水道的发育,次级断裂控制着分支水道范围,碎屑体系沿着这些次级同沉积断裂下降盘向盆地推进,呈NNW向展布,与断阶带走向NNE近于垂直,同时扇三角洲加厚带位于断坡带与次级梳状断裂相交的断角低部位。

4.2 对沉积微相分布的控制

图6 梳状断裂对涠西南凹陷流一段东部缓坡扇三角洲控制模式Fig.6 Control mode of comb-shaped faults on the eastern gentle fan deltas of the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag

涠西南凹陷西南部三角洲沉积受挠曲坡折带控制(图7),高位三角洲前缘主体位于二级挠曲坡折带以下。在基准面变化的不同时期,坡折带对沉积物体积分配和相分异产生重大影响,因此,坡折带上下沉积微相砂体具有不同的组合类型。坡折带以上水体较浅,对湖平面升降变化敏感,下降半旋回不易保存,沿着坡折带上倾的方向可容纳空间逐渐变小。高位域沉积时随着基准面下降,水下分流河道顶部细粒沉积容易受到冲刷侵蚀,不易保存,因此,造成垂向上多期水下分流河道叠加在一起,相分异程度小,砂体类型主要以水下分流河道叠置砂体为主,而坡折带之下受湖浪等水动力条件影响,河口坝发育,水下分流河道沉积处于弱势。越靠近坡折上部先期发育的河口坝越易遭受后续水下分流河道冲刷和侵蚀,沿着坡折带下倾方向,后期水下分流河道对河口坝侵蚀作用越来越弱,直至直接叠加在河口坝上,则形成“坝上河”叠加砂体,而在坡折线以下较远的坡脚沉积区,由于水下分流河道不能到达,只发育完整叠加河口坝砂体。

图7 挠曲坡折带对涠西南西南部高位三角洲沉积的控制模式Fig.7 Control mode of flexural slope-break zone to highstand delta deposition of the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag

4.3 对沉积相储集物性的控制

结合编制的原始地层等厚图,在坡折带上下分别选取d1与d2两点,运用式(1)[16]计算视坡度,得出坡折带在研究区西部坡度约为30°～40°,东部坡度约为10°～20°,西南部挠曲坡折带坡度5°～9°。

式中:θ为坡脚,(d2-d1)为2点处的沉积厚度差,s为2点间的水平距离。

西部断坡带坡度和高差较大,北部隆起提供的碎屑物供给速率快、供给量大,并且有较大的可容纳空间,使得沉积物入湖发育垂向厚度大、平面扇体规模小、向凹陷中心延伸距离短、多期叠置的复合扇三角洲沉积体。东部多级断阶带坡度较缓,且高差较小,较高的地势形成的水深较浅,沉积物在凸起与斜坡边缘断裂坡折带控制下形成扇三角洲沉积。由于可容纳空间较小,碎屑物很容易补偿湖口处的可容纳空间,并不断向凹陷中心进积,发育的扇三角洲比西部地区发育的扇三角洲平面展布范围大、厚度薄。挠曲坡折带控制下的扇体展布特征和断阶带相似。西部坡度较陡,岩性以砾岩、含砾砂岩、粗砂岩等粗粒碎屑物为主,分选磨圆较差(图8),以杂基充填为主。东部坡度较缓,虽然储集砂体粒度相对西部较细,但分选磨圆好,故储集物性较西部优良。岩心物性分析表明,储层物性呈现正常三角洲最好、东部扇三角洲次之、西部最差的规律,这与三者坡度依次增大相吻合。

图8 涠西南凹陷流一段沉积相发育类型及特征Fig.8 Types and characteristics of sedimentary facies of the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag

5 与坡折带有关的油气藏

坡折带是地形坡度发生突变的地带,伴随基准面的升降变化,地层可产生明显的超覆、剥蚀,不同构造背景产生的构造坡折带的形态特征、规模大小不同,导致控制的层序构成样式和沉积体系特征不同,所发育的圈闭类型也存在明显的区别(图9)。

图9 涠西南凹陷流一段油气藏发育模式Fig.9 Development mode of oil and gas reservoirs in the first member of Liushagang Formation in Weixinan Sag

5.1 与断坡带有关的隐蔽油气藏

断坡带控制的地区主要位于1号断裂构造带中部,其断距最大处沉积的砂体类型主要为小型扇三角洲和浊积扇砂体,该区发育的砂体毗邻中深湖相泥岩,位于油气运移的优势通道上,且砂体上部一般被湖侵泥岩覆盖,封盖条件良好,可形成断层-岩性圈闭和小规模的砂岩透镜体圈闭。同时陡坡断坡带坡度较陡,高差较大,因而水道的下切侵蚀能力较强,发育众多深切谷。这些下切谷或水道均为物源供应的通道,内部常充填滞留的砂砾岩,被上覆湖侵泥岩覆盖,可形成良好的储盖组合,易形成深切谷圈闭。

5.2 与断阶带有关的隐蔽油气藏

涠西南东部缓坡带,多组断层构成断阶带,断层下降盘的扇三角洲砂砾岩体被断层切割,侧向尖灭,形成断层-岩性圈闭,油气沿断层或砂砾岩体下倾方向向上运移至圈闭中成藏。控制成藏的因素为断层遮挡条件和砂砾岩体的储集物性。坡折带以下是低位扇(扇三角洲、浊积扇)和地层超覆发育的有利地区,其上又往往被首次湖泛面的泥岩所覆盖,因此是浊积扇砂岩透镜体圈闭、地层超覆圈闭和岩性上倾尖灭圈闭发育的有利部位。坡折带以上坡度较缓,低位域时易于出露水面遭受剥蚀,形成不整合遮挡圈闭。

5.3 与挠曲坡折带有关的隐蔽油气藏

西南部和东北部2种类型的挠曲坡折带,低位域和湖侵域砂体均不发育,高位域沉积期分别发育三角洲和扇三角洲体系。挠曲坡折高点两侧的砂体超覆其上,形成岩性上倾尖灭圈闭,其下倾方向与湖扩域和高位域早期的湖相烃源岩接触,有利于油气的运移,因此是较为有利的圈闭类型。

6 结论

(1)涠西南凹陷发育断坡带(单断式断裂坡折带)、断阶带(断阶式断裂坡折带)和挠曲坡折带3种构造坡折带类型。构造坡折带形成的古地貌突变带控制着扇三角洲、三角洲和浊积扇等沉积相带的平面展布及砂体物性。

(2)断坡带主要发育于1号断裂带断距较大处,沉积相以扇三角洲为主。断阶带主要发育在3号断裂带控制的东南部,各体系域砂体十分发育,低位和高位体系域发育大型扇三角洲,向湖盆中心浊积扇较为发育;挠曲坡折带主要发育于1号断裂带北部与3号断裂带交汇的地方,西南部二级挠曲坡折带和东北部挠曲坡折带低位体系域和湖扩体系域砂体都不发育,高位时期分别发育规模较大的正常三角洲和扇三角洲。

(3)不同构造坡折带背景发育不同类型的圈闭组合:断坡带附近主要发育断层-岩性圈闭和透镜体型岩性圈闭;断阶带附近发育的圈闭类型丰富,有构造-岩性圈闭、地层超覆圈闭和透镜体岩性圈闭等;挠曲坡折带以岩性上倾尖灭圈闭为主。

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