松辽盆地北部西部斜坡姚家组四级层序格架沉积微相分布
2015-08-01辛仁臣
姜 涛,辛仁臣
(中国地质大学(北京)海洋学院,北京 100083)
松辽盆地北部西部斜坡姚家组四级层序格架沉积微相分布
姜 涛,辛仁臣
(中国地质大学(北京)海洋学院,北京 100083)
根据测井、录井、地震、岩心和古生物资料,运用层序地层学、沉积岩石学理论,建立松辽盆地北部西斜坡姚家组层序格架,分析四级层序格架沉积微相的分布和沉积体系的组合类型.结果表明:松辽盆地北部西斜坡姚家组划分为2个四级层序(Cp1-s3、Cs2),其中四级层序Cp1-s3划分为四级湖泊扩张体系域(Ep1)和四级湖泊萎缩体系域(Ss3);四级层序Cs2只发育四级湖泊扩张体系域(Es2).自下而上,Ep1地层分布范围最小,尖灭线位于西斜坡的东部;Ss3地层分布范围增大,尖灭线位于西斜坡的中部;Es2尖灭线继续向西推进,地层分布范围达到最大.剖面上,三级和各四级层序界面附近以富砂的下切谷充填、三角洲前缘和滨浅湖砂质滩坝为主;富泥的滨浅湖混合滩微相在四级层序最大湖泛面附近最为发育.平面上,姚家组沉积初期,湖岸线在西部斜坡区东部波动,物源供给充足,沉积相以三角洲相为主;至姚家组沉积末期,湖岸线向斜坡西侧大规模推移,发育下切谷充填—三角洲—湖泊沉积分布格局.不同的四级层序体系域的沉积微相分布有明显的差异性和一定的继承性.
松辽盆地北部;西部斜坡;姚家组;层序地层学;沉积微相;沉积岩石学;层序格架
0 引言
松辽盆地位于我国东北部地区,总面积约为26×104km2,为我国重要的含油气盆地之一[1],累计生产原油超过20×108t.松辽盆地深层火石岭组—泉头组二段主要产气,中、下部组合泉头组三段—嫩江组一段主要产油,浅层嫩江组三、四段油气并举[2-3].松辽盆地经过长时间勘探开发基本实现除西部斜坡和滨北地区以外探明储量连片,随着松辽盆地勘探程度提高,西部斜坡区已成为寻找后备油气储量的重点地区之一[4].松辽盆地北部西部斜坡总体上为平缓的东倾单斜斜坡[5-6],大规模构造圈闭不发育,以地层—岩性圈闭为主[7].松辽盆地北部西部斜坡区姚家组处于湖泊逐渐扩张时期,砂体发育,湖泊对砂体改造作用强烈.沿岸湖流的搬运作用使得三角洲体系间或三角洲侧缘发育孤立砂体,为岩性圈闭的发育提供良好的条件.此外,姚家组底界的区域性不整合易发育不整合圈闭,地层向西逐层超覆也为地层超覆圈闭发育提供条件.姚家组是寻找地层—岩性油气藏的重点层段,具有良好的勘探和开发前景[8-10].
地层—岩性油气藏的预测需要基于精细的层序地层学与沉积学研究.笔者运用层序地层学、沉积岩石学理论,建立松辽盆地北部西部斜坡区姚家组的四级层序地层格架,在高频层序格架下分析姚家组沉积微相的特征和分布规律,对深化松辽盆地北部西部斜坡区姚家组地质认识及油气勘探具有指导意义.
1 地质背景
松辽盆地构造演化分为断陷、坳陷和反转阶段[11],也相应形成断陷期、坳陷期和反转期地层[12].中生代地层自下而上:火石岭组、沙河子组和营城组沉积时期为盆地的断陷期;登娄库组沉积时期为盆地断坳转换期;泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组及明水组沉积时期为坳陷期[13-16].松辽盆地坳陷构造层划分为6个一级构造单元,即西部斜坡区、北部倾没区、中央坳陷区、东北隆起区、东南隆起区和西南隆起区[17].西部斜坡区的北段自东向西划分为3个二级构造单元,即西部超覆带、泰康隆起带和富裕构造带[18].研究区处于松辽盆地西部斜坡区的泰来以北[17],发育地层主要为青山口组、姚家组和嫩江组.
松辽盆地在青山口组和嫩江组沉积时期发育两次大规模的海侵活动[13-14,19],进而逐渐形成深水坳陷湖盆阶段的广阔水域,盆地的湖平面变化曲线“两进一退”特征显著.青山口组沉积末期,由于全球海平面大幅下降和盆地构造抬升,使盆地湖区大面积萎缩[20-21],湖区面积在姚家组沉积初期几乎缩至最小,青山口组与姚家组的分界面为深水坳陷湖盆阶段的一个明显不整合面.姚家组二、三段沉积时期处于明显的湖侵时期,湖区面积逐渐扩张.由于青山口组和姚家组间存在区域不整合,姚家组向西超覆,为姚家组形成地层—岩性油气藏创造有利条件.
2 高频层序地层划分
2.1 划分方案
根据露头、岩心、地震和测井等地质与地球物理资料,结合沉积环境和岩相古地理解释,传统层序地层学对地层层序格架进行划分和解释[22-26],高频层序地层即由周期为0.1~0.5Ma的四级以上基准面旋回产生的沉积响应[27],高频层序划分依据不同:一些人以Vail层序识别为基础,研究三级层序地层格架[28-29];一些人以高分辨层序地层学作为基本理论[30-31].当旋回地层和米级旋回概念被提出后,一些人把高频层序划分依据定义为露头或岩心识别的米级旋回[32-33].在高频层序研究中,划分高频层序需要具备层序的基本属性,层序是一套相对整一的、成因上存在联系的、顶底以不整合面或与之对应的整合面为界的地层单元,较低等级(高频率)的层序和界面嵌在较高等级(低频率)的体系域中,不同等级的层序地层单元和界面可以部分重叠.因此,以四级湖平面变化周期中湖平面下降最低点的沉积响应作为划分姚家组高频层序的层序边界,以四级湖平面变化周期中湖平面上升最高点的沉积响应作为最大湖泛面进一步划分四级层序体系域.
分析3 000km2地震资料,200口井的测井、录井资料,125口井的古生物资料和13口井近1 000m岩心资料,将松辽盆地北部西部斜坡区姚家组划分为2个三级层序,并参考油田生产采用的油层和砂层组名称命名为SQy1-2和SQy3(见图1和图2).姚家组底界面为姚家组与青山口组的区域不整合面.松辽盆地北部西部斜坡绝大部分地区缺失SQy1-2.姚家组三级层序界面与四级层序界面相同,划分的四级层序根据油田生产采用的油层和砂组名称命名为Cp1-s3和Cs2.根据最大湖泛面将四级层序Cp1-s3划分为湖泊扩张体系域(Ep1)和湖泊萎缩体系域(Ss3);四级层序Cs2未能识别最大湖泛面,发育湖泊扩张体系域(Es2).三级层序与组、段的对应关系及四级层序与油层、砂组的对应关系见图2.姚一段顶界面相当于三级层序SQy1-2的最大湖泛面,萨尔图油层的s3砂组底界面相当于四级层序Cp1-s3的最大湖泛面.
2.2 四级层序地层格架
松辽盆地北部西部斜坡区SQy1-2三级层序大面积缺失,SQy3三级层序具有明显的超覆地层样式(见图2[17,34]和图3),姚家组底部与青山口组顶部为角度不整合接触关系,姚家组2个四级层序的3个体系域Ep1、Ss3和Es2依次自东向西超覆,分布范围逐层增大.最底部Cp1-s3的四级湖泊扩张体系域(Ep1)分布范围最小;Cp1-s3的四级湖泊萎缩体系域(Ss3)尖灭线向西推移,分布范围略有增加;顶部四级层序Cs2只发育四级湖泊扩张体系域(Es2),分布范围最广.
由泥岩、砂岩及其间的过渡类型岩石构成姚家组三级层序的2个四级层序(见图3),岩石类型以砂岩为主.砂岩测井响应特征为自然电位(SP)较低、电阻率(LLD、RLLD)较高;泥岩具有自然电位(SP)较高、电阻率(LLD、RLLD)较低的测井响应特点(见图4).四级层序界面附近主要发育砂岩,有基准面下降、物源供应增强的响应[34];泥岩普遍发育于四级层序最大湖泛面附近,有基准面上升、物源供应减少的响应[35].在四级层序Cs2的四级湖泊扩张体系域(Es2)发育下切谷充填的地区,由于受河水下切作用,形成少量的泥砾岩或砾岩沉积[36].
图1 松辽盆地北部西部斜坡姚家组四级层序划分Fig.1 The 4th-order sequence stratigraphic framework of the Yaojia formation in west slope of the northern of Songliao basin
图2 松辽盆地北部西部斜坡地震地层格架Fig.2 Seismic stratigraphic framework in the west slope of the northern part of Songliao basin
3 沉积体系及分布特征
在姚家组四级层序划分基础上,结合测井、录井及岩心资料,分析研究区系统的沉积体系.研究区姚家组发育湖泊体系的滨浅湖沉积、三角洲体系的三角洲前缘沉积和下切谷充填沉积的三角洲充填沉积.滨浅湖沉积可以分为滨浅湖砂质滩坝和滨浅湖混合滩;三角洲前缘沉积可以分为河口坝和远砂坝;三角洲充填沉积主要发育砂质充填微相.
3.1 沉积微相类型
在湖浪改造力强、砂质物质供应充足条件下,滨浅湖砂质滩坝形成富砂体,砂岩粒级多为中细砂岩,砂岩的分选性一般较好,从湖岸线到湖泊方向,沉积物粒度由粗到细变化,常见低角度交错层理、大型交错层理、波纹层理,也可见块状层理,受水体能量变化的影响,沙滩有多种垂向序列.在水体能量增强、随后缓慢减弱条件下,形成向上变细的正旋回;如果随后水体能量突然减弱,则形成向上变粗的反旋回;也有出现反旋回和正旋回叠置的现象.测井曲线的变化形态多呈现为齿状漏斗型或箱型;由泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩的不等厚互层组成滨浅湖混合滩,可见薄层介形虫层.滨浅湖混合滩常见透镜状和波状层理,见生物扰动,电测曲线锯齿状明显(见图4).
图3 松辽盆地北部西斜坡姚家组四级层序格架及沉积相分布Fig.3 Sedimentary facies distribution and the 4th-order sequence stratigraphic framework of the Yaojia formation in west slope of the northern part of Songliao basin
图4 松辽盆地北部西斜坡杜81井姚家组四级层序及沉积相Fig.4 The 4th-order sequence stratigraphy and sedimentary facies of the Yaojia formation of well Du81in west slope of the northern part of Songliao basin
三角洲前缘亚相是三角洲砂体的主体,在湖泊扩张体系域湖水上涨,湖岸线后移,湖区面积增大,同时可容空间增大,形成粒度向上变细的正粒序沉积的水进型三角洲,测井曲线多为齿状钟型;在湖泊萎缩体系域湖水下降,湖岸线向湖中心移动,湖区面积缩小,同时可容空间减小,形成粒度向上变粗的反粒序沉积的水退型三角洲,测井曲线多为齿状漏斗型.河口坝岩性主要为厚度较大的中、细砂岩和粉砂岩,偶见薄层泥岩,发育大型交错层理、小型交错层理和波状交错层理.远砂坝与河口坝相比沉积物粒度比较细,主要组成为粉泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩的互层,发育波纹层理、水平层理、交错层理和复合层理,碳质显示纹层(见图5).
图5 松辽盆地北部西斜坡杜25井姚家组四级层序及沉积相Fig.5 The 4th-order sequence stratigraphy and sedimentary facies of the Yaojia formation of Well Du25 in west slope of the northern part of Songliao basin
下切谷充填主要发育在三级层序SQy3的水进时期(见图3).姚家组一段沉积时期,湖区面积最小,西部斜坡区长时间暴露,受齐齐哈尔水系影响而形成下切谷;到姚家组二、三段沉积时期,湖区面积大幅增加,形成的下切谷被沉积物充填[37].下切谷充填主要为砂质充填,也出现砾质或泥质充填,充填物类型主要取决于湖泊能量和河流能量.砂质充填主要为分选度较好的中砂岩、细砂岩及粉砂岩.发育波纹层理、块状层理、交错层理、低角度交错层理和大型交错层理,测井曲线有箱型或圣诞树型及齿化箱型或齿化钟型(见图4、图6).
3.2 剖面分布特征
为分析姚家组四级层序格架沉积体系在剖面上的分布规律,以江24井—杜13井—杜416井剖面(见图3)为例说明.
Cp1-s3四级层序由三角洲前缘和滨浅湖沉积构成.该四级层序在研究区分布范围很小,在剖面上只有杜416井附近发育,地层在杜71井与杜416井之间尖灭.湖泊扩张体系域(Ep1)发育范围最小,在底部与青山口组不整合面附近发育三角洲前缘沉积;上部发育滨浅湖混合滩沉积.湖泊萎缩体系域(Ss3)发育范围逐渐增大,底部发育厚层的浅湖混合滩沉积;顶部层序界面附近发育三角洲前缘沉积.
图6 松辽盆地北部西斜坡杜71井岩心姚家组四级层序及沉积相Fig.6 The 4th-order sequence stratigraphy and sedimentary facies of the Yaojia formation of well Du71core in west slope of the northern part of Songliao basin
Cs2四级层序由滨浅湖和下切谷三角洲充填沉积构成.该四级层序只发育湖泊扩张体系域(Es2).在Es2沉积时期,湖平面大幅上升,沉积区范围在姚家组时期最大.剖面上,湖泊扩张体系域(Es2)底部层序界面附近(当Cp1-s3四级层序发育时,界面为Cp1-s3与Cs2层序界面;当Cp1-s3四级层序地层尖灭后,界面为与青山口组的不整合面),东部杜71井和杜416井周围发育厚层的下切谷砂质充填沉积,向西杜13井与杜610井周围发育薄层滨浅湖沙坝,杜13井以西发育滨浅湖混合滩沉积;湖泊扩张体系域(Es2)中上部在东侧杜71井、杜416井周围及西侧江24井、江22井附近发育两套薄层滨浅湖沙坝沉积,其余地区大面积发育滨浅湖混合滩沉积(见图3).
3.3 平面分布特征
以四级层序的体系域为单元,编绘沉积微相平面图,说明姚家组在四级层序格架下沉积微相平面分布特征.
3.3.1 Cp1-s3四级层序
姚家组最下部的Cp1-s3四级层序在研究区分布范围很小,湖泊扩张体系域(Ep1)发育范围最小,尖灭线位于杜73井—英21井西侧(见图7(a)),物源发生变化;在新的物源影响下,该四级层序的湖泊萎缩体系域(Ss3)的发育范围比湖泊扩张体系域(Ep1)的增大,尖灭线向西推进到杜84井—来28井—来13井一线西侧(见图7(b)).Cp1-s3四级层序发育的沉积类型为三角洲前缘河口坝、远砂坝及滨浅湖混合滩,不同体系域沉积微相的规模和分布格局差异较大,也有一定的继承性(见图7).
Cp1-s3四级层序的湖泊扩张体系域(Ep1)三角洲前缘沉积体发育于杜84井—杜73井和杜410井—塔8井一带.受北部物源影响的三角洲和齐齐哈尔物源影响的三角洲的复合体发育于杜84井—杜73井一带.杜410井—塔8井一带的三角洲沉积体是受西部物源影响形成的.除三角洲沉积外,该体系域在研究区还发育滨浅湖混合滩沉积(见图7(a)).
图7 松辽盆地北部西斜坡姚家组Cp1-s3四级层序各体系域沉积微相平面Fig.7 Spatial distribution of the sedimentary microfacies in each system tract of Cp1-s3in 4th-order sequence stratigraphic framework of the Yaojia formation in west slope of the northern part of Songliao basin
虽然Cp1-s3四级层序的湖泊萎缩体系域(Ss3)北部物源和齐齐哈尔物源三角洲复合体规模有所减小,但由于受西南部物源影响的三角洲沉积形成,西部物源影响形成的三角洲向湖区推进;所以三角洲分布范围较湖泊扩张体系域(Ep1)沉积时期有所扩大,研究区大范围发育三角洲前缘的河口坝和远砂坝沉积微相.该四级层序在杜32井以北、杜45井—塔8井、来28井—英21井及来21井—来12井等四周发育河口坝微相.根据河口坝平面形态,分布在杜32井以北的河口坝是受齐齐哈尔物源和北部物源综合影响形成的;杜45井—塔8井和来28井—杜17井附近的河口坝是受西部物源影响形成的;来21井—来12井的河口坝是受西南部物源影响形成的.该体系域沉积时期物源充足,大范围发育三角洲沉积体,只有东南部发育小范围的滨浅湖混合滩沉积(见图7(b)).
3.3.2 Cs2四级层序
姚家组顶部的Cs2四级层序仅发育四级湖泊扩张体系域(Es2).在Es2沉积时期,发生大规模的湖侵,湖岸线向西大幅推移,沉积范围大幅增加,尖灭线位于富5井—江36井—来D5井西侧.Cs2四级层序发育三角洲前缘河口坝、远砂坝,滨浅湖砂质滩坝、混合滩,以及下切谷砂质充填,发育非常独特的沉积分布格局——下切谷充填—三角洲—湖泊沉积(见图8).
受西南部物源影响,Cs2四级层序的四级湖泊扩张体系域(Es2)形成的大型水进三角洲在来D5井-杜55井一带形成,研究区东北部齐齐哈尔物源在湖泊扩张体系域早期形成的三角洲与北部物源形成的三角洲相接形成大面积三角洲朵体.湖泊扩张体系域的中后期,随着湖水向湖岸推进,湖水覆盖青山口组沉积晚期和姚家组沉积早期的齐齐哈尔水系冲刷而形成的下切谷,受湖水顶托,来自齐齐哈尔物源的碎屑和水流侧向侵蚀的碎屑在下切谷沉积,因为难以搬运至更远的区域,形成下切谷充填相.下切谷充填沉积的物源主要由河流携带的陆源碎屑物质和河流侧切作用形成的泥砾组成,受河流和湖泊共同作用.由于陆源碎屑的供应特点体现为间歇性和多期性,在较强陆源碎屑供应时,河流携带与河水下切为主形成的砂质充填微相,在陆源碎屑供应较弱时为以湖泊填充为主的泥质充填微相.在最大湖泛期,沿尖灭线分布的滨浅湖砂质滩坝是由齐齐哈尔物源碎屑在强烈的湖浪改造而形成的.滨浅湖混合滩主要发育在下切谷充填沉积体和三角洲沉积体之间地带,其中在来56、杜Ⅴ-3、杜Ⅰ-5、杜610、杜618和江23等井附近形成规模不等的滨浅湖砂坝沉积(见图8).
图8 松辽盆地北部西斜坡姚家组Cs2四级层序Es2湖泊扩张体系域沉积微相平面Fig.8 Spatial distribution of the sedimentary microfacies of Es2in fourth lake expanding system tract of Cs2 in 4th-order sequence stratigraphic framework of the Yaojia formation in west slope of the northern part of Songliao basin
4 结论
(1)松辽盆地北部西部斜坡区姚家组底界面为姚家组与青山口组的区域不整合面,三级层序界面与四级层序界面相同,划分2个四级层序——Cp1-s3和Cs2.根据最大湖泛面将四级层序Cp1-s3划分为湖泊扩张体系域(Ep1)和湖泊萎缩体系域(Ss3);四级层序Cs2未能识别最大湖泛面,发育湖泊扩张体系域(Es2).
(2)各四级层序体系域分布范围自下而上逐层增大.Ep1地层分布范围最小,尖灭线位于西部斜坡区东侧;Ss3物源的变化地层分布范围比Ep1的大,尖灭线也向西侧推移;顶部Es2地层发育范围最广,尖灭线位于西部斜坡区西部.这种不同体系域的逐层超覆地层结构,表现与下伏青山口组之间的不整合关系.
(3)剖面上,四级层序界面附近主要发育富砂的滨浅湖砂质滩坝微相、三角洲前缘河口坝微相和下切谷砂质充填微相,富泥的滨浅湖混合滩微相主要发育在四级层序最大湖泛面附近,富砂和富泥沉积微相形成较好的储盖组合.平面上,Ep1研究区东北部发育的三角洲前缘沉积体有较好的储集物性;与Ep1相比,Ss3北部三角洲复合体规模减小,在西南部形成新的三角洲沉积体,Ss3发育的三角洲沉积体范围明显增大;Es2沉积时期,研究区西南部和东北部的三角洲沉积体规模增加,沿齐齐哈尔水系发育下切谷充填,其余地区为湖泊相沉积,形成独特的沉积分布格局——下切谷充填—三角洲—湖泊沉积.
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DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.01.005
TE121.3
A
2095-4107(2015)01-0032-10
2015-01-01;编辑:任志平
国家科技重大专项(2011ZX05001002)
姜 涛(1988-),男,硕士研究生,主要从事沉积学和层序地层学方面的研究.