渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组沙四段沉积相分析及烃源岩评价-以渤南洼陷罗家鼻状构造北翼为例

2015-08-10盖云飞栾纪昊

石油化工应用 2015年12期

盖云飞，栾纪昊

（西北大学地质系，陕西西安 710069）

1 区域地质概况

济阳坳陷沾化凹陷渤南洼陷位于罗家鼻状构造北翼而沾化凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷东部，南以滨县凸起、陈家庄凸起、垦东青坨子凸起为界，西与惠民凹陷相连，北与义和庄凸起、埕子口凸起毗邻，向东与黄河口凹陷相接。沾化凹陷自西向东依次沉积了四扣洼陷、渤南洼陷、孤南洼陷和孤北洼陷。渤南洼陷在埕南大断层和孤西断层控制下形成了数条断裂带[1]。

2 沉积相分析

2.1 研究区重点井沉积相分析

对研究区重点井岩心研究发现，第一段沙四段储层主要为不等粒砂岩及细砂岩，自然伽玛呈箱状，齿化较重，深侧向电阻率呈齿状低阻[2-4]。粒度直方图多为单峰式，少数深度为双峰式，多数样品以中-细粒粒级为主，个别深度以粉砂级为主，概率累计曲线为两段式或弧形，显示砂岩颗粒分选差，与现代河道砂的概率累计曲线相似。

从岩心上看，砂体显示上细下粗的韵律特征，砂泥之间一般呈突变接触关系[5]。常见压扁层理和水平层理。局部见斜层理和槽状交错纹层，显示弱牵引流水流体系特征。底部冲刷特征明显。在井深3 696.7 m 见到了大块的黄铁矿沉积物，从产状上看，黄铁矿被砂泥岩包围，表明其仍从物源区来，不是在沉积过程中因其环境为强还原性含硫流体沉淀而成。

第二段取心储层主要为细砂岩、含砾细砂岩及粉砂岩，自然伽玛曲线呈指状，深侧向电阻率曲线呈齿状低阻，粒度直方图都为单峰式，以中-细粒粒级为主，只有个别深度为粉砂级，概率值累计曲线都为二段式或弧形，颗粒为悬浮组分和跳跃组分。从岩心或电性特征上看，砂体总体显示为由细到粗再到细的韵律变化过程。砂泥之间同样显示为突变接触关系，常见压扁层理和水平层理，泥质顺层分布。较粗的砂岩中常见泥质团块分布，应为底部冲刷特征[6]。在井深3 790.5 m 见油浸粉砂岩呈契状插入泥质粉砂岩中（可能为虫孔痕迹也可能是泥裂），显示浅水沉积环境。

以上电性特征、岩性特征、物性特征和沉积构造特征表明，沙四上取心井段应属于扇三角洲前缘沉积[7-9]。根据研究区沙四段岩性组合特征、电性特征、岩石物性特征，结合扇三角洲沉积相模式，研究区沙四上沉积可划分出扇三角洲前缘和前扇三角洲两个沉积相，扇三角洲前缘相又可分为水下分流河道、河道间这几个微相（见图1）。

图1 Y1 井沙四上亚段沉积相划分

2.2 沙四上物源分析

渤南洼陷沙四上沉积物源主要来自以下几个方向。（1）南部物源，主要来自于陈家庄凸起。（2）东部物源，主要来自于孤岛凸起。（3）北部物源，来自于埕东凸起。（4）西部物源，来自于义和庄凸起。本井位于洼陷中部较深部位，沙四上物源来自哪里存在分岐。

从Y1 井、Y2 井和Y3 井沙四上亚段砂岩的粒度变化上看，位于北部近源的Y3 井都为砾岩，而位于扇三角洲前缘亚相的Y1 井、Y2 井主要为含砾细砂岩、细砂岩、粉砂岩为主。显示沙四上沉积物来自于埕东凸起。

从XB1 井-Y1 井-Y2 井-Y3 井-Y4 井红层顶层拉平地震剖面看，沙四下沉积时期，埕东凸起到本井之间地势比较平坦。而沙四上则于构造变形转换时期，其间没有大的沟壑阻止埕东凸起的风化产物向研究区运移[10-12]。

渤南洼陷古近系沉积物都来自四周凸起，搬运距离不是十分遥远，活动元素Na、K、Al、Ca 等在搬运过程中的含量变化不可能很大。渤南洼陷古近系沉降、沉积速度都很大，其沉积成岩过程基本一致，造成的活动元素变化也相对统一。因此渤南洼陷沉积物元素的含量变化主要与物源区被风化物质元素含量的大小有密切的关系。在肯定物源区物质含量差别的情况下可以用元素含量变化来进行物源分析。

在评价过程中，选取了Y2、L1 井等13 口井28 个深度的沙四段及以下地层ICP-AES 分析数据（见表1）用北美页岩标准化做蛛网图。

从北美页岩标准化蛛网图中可以看出，来自不同物源区所形成的蛛网图形态不相同。Y1 井与Y2 井的北美页岩标准化蛛网图形态相似，表现为Na 相对亏损，Ni 相对富集（见图2a）。Y4 与Y5 井的北美页岩标准化蛛网图表现为Na 相对富集，K 相对亏损，Ni 并不表现为明显异常，而是Ca、Sr 表现为明显的弱正异常（见图2b）。L1 井沙四段的北美页岩标准化蛛网图表现为Ca、Sr 较强的正异常，K 为明显的负异常，Na、Al 相对亏损（见图2e）。Y6 井的北美页岩标准化蛛网图上，Na 没有异常，Ca、Sr 既有正异常，也有负异常（见图2c、d）。从BG1 和NG1 井的北美页岩标准化蛛网图上看，不同层位的蛛网图形态明显相同（见图2f、g、h）。

表1 ICP-AES 分析数据

表1 ICP-AES 分析数据（续表）

因此，研究区与Y2 井沙四上应是同一物源，与Y4、Y5 不是同一物源。从这些井的位置关系看，研究区和Y2 井沙四上沉积物应来自于埕东凸起，Y4、Y5 井来自于孤岛凸起，L1 井则来自于陈家庄凸起。Y6 井有可能既有埕东凸起的物源，又有孤岛凸起的物源（见图3）。

研究认为，渤南洼陷沙四上亚段[13]，孤西凸起的物源富含变质岩岩屑成分，埕东凸起物源相对富集岩浆岩岩屑成分，陈家庄凸起物源富含沉积岩岩屑成分，因此认为Y4、Y5 井沙四上亚段沉积物来自于埕东凸起。但由于埕东物源所统计的点较少，且孤西物源所覆盖的区域包含了埕东物源区。所以，在目前的统计情况下，渤南洼陷沙四上亚段岩屑类型三角图并不能有效区分埕东物源与孤西物源。而本文所用地球化学方法则能看出两者的明显差别。

2.3 沙四上储层物性变化特征

研究区属埕南陡坡带扇三角洲前缘亚相，岩性组合为泥质岩类与砂质岩类不等厚互层，电阻率值一般都小于20 Ω·m。对于单层厚度大于2 m 的储层，它们的测井孔隙度都介于4 %～16 %，属于特低孔～低孔储层。说明该扇三角洲中同相带的储层物性比较近似。

Y1 井不在这一扇三角洲中，但岩性组合相似，电阻率值一般也小于20 Ω·m，其实测孔隙度为4 %～25 %（见图4），平均值为11.5 %，属于超低孔～低孔储层。

尽管Y1 井不在这一扇体中，但其在沙四上与其他研究区重点井所处的沉积环境相似，储层的储集空间大小也相近。而北部的Y3 井距物源较近，其储层岩性多为砾岩，电阻率值一般为20 Ω·m～40 Ω·m（见图5）。常规孔隙度一般为1 %～5 %。其储层物性要差于Y1 和Y2 井。

由此可见，无论是埕南陡坡带扇三角洲还是孤岛凸起西扇三角洲[14-16]，扇三角洲前缘的储层物性要大于近源砂砾岩储层的物性，但其孔隙度都大于1 %，仍属于有效储层的范围。

3 烃源岩评价

沙河街组沙四段上层上部发育一套灰色含膏泥岩、石膏质泥岩与深灰色泥岩呈不等厚互层，下部为灰色细砂岩、泥质细砂岩，灰色粉砂岩、泥质粉砂岩与灰色，绿灰色泥岩、砂质泥岩，紫红色泥岩呈不等厚互层。

沙四段下层以灰色、紫红色泥岩和砂质泥岩为主，夹灰色粉砂岩、泥质粉砂岩，与沙四上以灰色、深灰色为主的颜色截然不同。

3.1 沙河街组沙四段烃源岩评价

岩石热解分析的Tmax 值位于377 ℃～446 ℃，平均426 ℃，表明沙四段暗色泥岩处于成熟阶段；降解潜率D 为5.83 %～32.44 %，平均为16.2 %，氢指数HI 为70.26 mg 烃/gTOC～390.9 mg 烃/gTOC，平均227.91 mg烃/gTOC，评价烃源岩有机质类型为III 型（腐殖型）；恢复后的总烃量St 为0.14 mg/g～3.02 mg/g，有效碳PC：0.01 %～0.25%，平均为0.06%，生烃潜量Pg：0.17 mg/g～2.75 mg/g，平均为0.76 mg/g，有机质丰度低，评价为一般的烃源岩（见图6）。

图5 Y1、Y2、Y3 井沙四上亚段岩性、电性、孔隙度对比图

图6 地化分析数据解释图版

而从研究区其他重点井的岩石热解数据也表明，沙四上亚段暗色泥岩都为成熟烃源岩，有机质类型为Ⅱ2-Ⅲ型，有机质丰度中等，为中等烃源岩。从实钻和地震资料上看，沙四上亚段烃源岩主要为深灰色、灰色泥岩，具有一定的分布范围，厚度从十几米到上百米不等，以B1 井、B2 井、B3 井处最大。由此可见，沙四段暗色泥岩具有一定的生烃能力。