石臼坨凸起东段沙一、二段沉积时期物源剥蚀量与砂砾岩沉积量关系*

庞小军 杜晓峰 马正武 宋章强

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

石臼坨凸起东段沙一、二段沉积时期物源剥蚀量与砂砾岩沉积量关系*

庞小军 杜晓峰 马正武 宋章强

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

庞小军,杜晓峰,马正武，等.石臼坨凸起东段沙一、二段沉积时期物源剥蚀量与砂砾岩沉积量关系[J].中国海上油气，2017,29(4)：68-75.

PANG Xiaojun,DU Xiaofeng,MA Zhengwu,et al.Study on the relationship between provenance denudation quantity and sandy conglomerate volume of the Paleogene Es1～2in eastern Shijiutuo uplift，Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(4):68-75.

定量表征某一地质时期物源区剥蚀量及被搬运到湖盆中的砂砾岩量是一个具有挑战性的难题。利用钻井、地震等资料，结合薄片、重矿物、微量元素、锆石测年等分析化验资料，运用物源示踪法、地层厚度趋势法以及沉积速率法，对渤海石臼坨凸起东段古近系沙一、二段沉积时期物源剥蚀作用与砂砾岩沉积之间的定量关系进行了探讨。结果表明，沙一、二段沉积时期石臼坨凸起东段发育5个近源扇三角洲，其中东部2个扇三角洲的真实物源为中生界火成岩，西部3个扇三角洲真实物源主要为中生界碎屑岩夹火成岩。物源剥蚀量与砂砾岩沉积量之间呈明显正相关，火成岩物源比碎屑岩物源具有更高的成砂率，且沉降中心越靠近物源成砂率越高。研究区东部扇体A更有利于形成厚层优质砂砾岩储层。本文研究成果可为在勘探程度较低的陡坡带定量预测砂岩储层发育程度和规模提供借鉴。

石臼坨凸起东段；沙一、二段；物源；剥蚀量；砂砾岩沉积量；定量关系

物源的剥蚀作用与沉积过程一直是地学界研究的热点和难点。前人利用源-汇耦合理论[1]定性地阐述了物源体系、输砂通道、坡折带对沉积体系的控制作用，尝试通过沉积体系的各种控制因素分析来推测砂砾岩体的分布和富砂程度。但是，由于这些凸起范围较小，确定凸起的某个位置在地质历史时期遭受剥蚀后能够形成多少量的砂砾岩，这仍然是一个亟待解决的挑战性难题。本文利用古地貌恢复原理，对渤海海域渤中坳陷石臼坨凸起东段中生界地层厚度进行恢复，确定沙一、二段沉积时期物源区剥蚀地层年代和剥蚀厚度，刻画沉积区扇三角洲，圈定扇三角洲砂砾岩范围、厚度以及不同扇三角洲对应的物源区范围和厚度，利用Landmark、Geoframe或Surfer软件中的面积和体积计算功能得到了各物源区的剥蚀量和被剥蚀后形成的砂砾岩量，以及不同岩性物源被剥蚀后的成砂率，在此基础上预测了有利储层发育区。本文研究成果可为在勘探程度较低的陡坡带定量预测储层发育程度与规模提供借鉴。

1 区域地质概况

石臼坨凸起东段位于渤中坳陷秦南凹陷与渤中凹陷的过渡处，其北侧与秦南1号断层之间存在多个小型的次级洼陷，南侧与渤中凹陷呈断坡过渡(图1)。钻井揭示，研究区地层发育较齐全，自下而上发育古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组和第四系平原组。油气在沙河街组至明化镇组均有发现，但主要集中在沙一、二段；西部以带油环的凝析气藏为主，东部以优质的轻质油为主，探明储量研究表明，研究区整体上经历了孔店组—沙四段沉积期的初始裂陷，沙三段沉积期的强断陷，沙一、二段沉积期的弱断陷，东三段沉积期的断拗转换以及东二段沉积期之后的拗陷和热沉降的构造演化过程[2]。

图1 研究区位置Fig .1 Location of the study area近亿吨。钻井证实，研究区的主要烃源岩为沙三段，沙一、二段，东三段，东二段等4套烃源岩。

2 沉积相类型及展布

通过地震解释、钻井、录井等资料的详细研究，结合沉积构造背景分析和前人研究成果[2-3]，认为石臼坨凸起东段及围区沙一、二段主要发育扇三角洲和湖泊相。

扇三角洲由于扇根部分不发育或后期往往遭受抬升剥蚀，主要表现为扇三角洲前缘的弱振幅前积反射(图2a)；向湖盆方向逐渐过渡为强振幅连续反射，代表前扇三角洲亚相或湖相泥岩。整体上，扇三角洲地震反射特征为弱振幅前积—强振幅连续，具楔状外形，向湖盆方向振幅和连续性逐渐增强。在地震属性上，由于扇三角洲前缘亚相砂砾岩厚度较大、泥岩厚度较小，导致波阻抗差异较小，均方根振幅值弱，向湖盆方向增强再到减弱(图2b)。在录井及测井上，扇三角洲前缘亚相的水下分流河道沉积以灰色砂砾岩、含砾砂岩、中粗砂岩与泥岩的互层为主，整体上以正旋回为主，局部可见反旋回。研究区北侧发育多个靠近断层的次洼，扇三角洲厚度较大；南侧整体为一个缓坡，且次洼远离断层，扇三角洲厚度小。

图2 研究区沙一、二段扇三角洲地震相及地震属性特征Fig .2 Seismic facies and seismic attributes of fan-deltas of Es1～2 in the study area

分析发现，研究区南、北两侧沙一、二段发育5个主要的扇三角洲(图3)，它们的根部与次洼的距离分别为2.1、7.5、8.0、9.0、5.0 km。

图3 研究区沙一、二段主要扇三角洲分布Fig .3 Distribution of major fan deltas of Es1～2 in the study area

3 物源分析

基于岩石成分、重矿物、稀土元素及锆石测年等资料，运用物源示踪技术[4-9]对研究区沙一、二段沉积时期物源方向、岩性和地质时代进行了综合判别和恢复。

3.1 地球化学物源示踪

由于稀土元素(REE)在成因过程中具有改造作用很小的稳定地球化学特征，其分布特征可以用来恢复“原始”母岩性质及特点，REE的配分型式也就成为目前物源分析中应用最广、最有效的地球化学方法和手段之一。无论是砾岩还是砂岩、泥岩，都经常采用标准化后的REE数据进行对比分析和解释母岩性质。

对研究区采集的物源及沉积区的样本进行标准化后的REE数据分析，结果表明：当母岩岩性为火成岩时，REE的配分模式图表现为右倾、陡，Eu弱负异常(图4a)；当母岩岩性为碎屑岩时，REE的配分模式图表现为右倾、缓，Eu负异常(图4b)。

对沉积区扇体样品进行标准化后的REE数据分析，各井区的配分模式表现如下：A3井区为右倾、缓，Eu明显负异常为主(图4c)；B5井区为右倾、陡，Eu弱负异常。通过剥蚀区样品与沉积区样品REE配分模式图及特征参数的对比分析，可以发现二者的相似性和继承性(图4d)，A3井区的源岩以碎屑岩为主，B5井区的源岩以火成岩为主。

3.2 锆石测年物源示踪

分析表明，石臼坨凸起东段物源区D2井区基岩为二叠系砂泥岩互层，D1井区基岩为中生界厚层火成岩夹薄层砂泥岩。取样点岩性如下：B4、B1和C2井为沙一、二段中细砂岩，A3井为东三段细砂岩，D2井为二叠系细砂岩，D1井为沙三段细砂岩。

锆石年龄分布揭示(图5)，D2井二叠系砂岩锆石结晶年龄以元古代为主，表明二叠系砂岩物源来自更古老的燕山褶皱带元古界变质花岗岩。B4和C2井区沙一、二段锆石结晶年龄以中生代白垩纪和太古—元古代为主。研究区沙河街组及东三段均为近源沉积，物源均来自石臼坨凸起东倾末端，因此推测该井区沙一、二段物源为白垩系火成岩与砂泥岩的互层，其中白垩系砂岩物源来自于北部燕山褶皱带太古—元古界变质花岗岩。A3井区东三段锆石结晶年龄以太古—元古代为主，白垩纪次之，表明物源为中生界砂泥岩夹火成岩，而中生界由上至下火成岩的比例越来越高，因此该井区沙一、二段近源三角洲的物源火成岩含量至少与东三段物源相近。B1井区沙一、二段锆石结晶年龄以太古—元古代为主，白垩纪次之，表明物源为中生界砂泥岩夹火成岩。整体上，沙一、二段沉积时期研究区东部物源区主体部分的真实剥蚀岩性为中生界火成岩为主，碎屑岩次之；西部以碎屑岩为主，火成岩次之。

物源示踪综合分析认为，研究区沙一、二段沉积时期的真实物源岩性与现今残留的物源区正好相反(图6)，且地质时代不一致，因此不能以现今残留的物源区岩性代表某一地质时期真实的物源区剥蚀岩性，只有通过各种物源示踪技术及精细的地质综合分析，才能正确认识真实的物源岩性和时代特征。

图5 研究区扇体发育区锆石年龄分布Fig .5 Distribution of zircon age in fan areas in the study area

图6 研究区物源岩性特征Fig .6 Source rock characteristics of the study area

4 砂砾岩沉积量计算

砂砾岩沉积量计算的关键是砂砾岩范围的刻画和厚度的恢复。在油气勘探中，往往将砂岩与泥岩的分界点划分为扇三角洲相与湖相的分界线，因此扇三角洲的边界与砂砾岩沉积体的边界近似。

首先利用井震结合标定研究区沙一、二段扇三角洲的顶底界面，由点-线-面的追踪方式依次对扇三角洲顶底追踪闭合，可以得到扇三角洲厚度图；再利用各扇三角洲发育区井点的砂岩含量与三角洲地震属性的对应关系，可以得到砂砾岩含量平面分布和砂砾岩沉积的厚度(图7)。

图7 研究区沙一、二段砂砾岩等厚图Fig .7 Isopach map of sandstone and conglomerate of Es1～2the study area

砂砾岩沉积量等于砂砾岩体面积与厚度的乘积，这个步骤可以利用Landmark、Geoframe或者Surfer等软件实现。利用上述方法，综合考虑每个井区扇三角洲的范围，可以计算得到各井区砂砾岩体的体积，即砂砾岩沉积量(表1)。

表1 研究区沙一、二段扇三角洲规模及砂砾岩体积Table 1 Fan delta dimension and sandy conglomerate volume of Es1～2 in the study area

5 物源区剥蚀量计算

研究区沙一、二段沉积时期剥蚀量恢复借鉴了前人的研究成果[10-16]，是在剥蚀厚度恢复和剥蚀区范围圈定后利用专业软件计算出沉积区某一地层所需要的剥蚀量，计算软件主要为Landmark或Geoframe的体积计算模块。

5.1 物源剥蚀边界标定

通过综合分析区域地质背景及构造演化史，根据地震反射特征识别凸起边界断层、沟谷、凸起脊梁线等，对各扇体对应的凸起物源剥蚀区进行精细刻画，分井区确定剥蚀范围(图8)，并利用Landmark或Geoframe软件中的面积计算模块得到凸起各扇体对应的物源区剥蚀面积(表2)。

图8 研究区沙一、二段沉积期物源剥蚀边界的刻画Fig .8 Depicts the denudation boundary of Es1～2 in the study area表2 研究区沙一、二段各扇体对应的物源区剥蚀情况Table 2 Denudation profile of provenace of fans of Es1～2in the study area

扇体名称对应物源区剥蚀面积/106m2剥蚀量/109m3A秦皇岛东4井区构造9.04.17B秦皇岛36-3构造14.03.90C秦皇岛东2井区构造4.82.10D秦皇岛29-2构造3.93.20E秦皇岛35-5构造3.63.10

5.2 物源区剥蚀厚度恢复

剥蚀厚度恢复方法主要有基于井资料的声波时差法、沉积速率法、邻近厚度比值法及厚度趋势分析法等[17-21]。根据渤中坳陷实际钻遇目的层的钻井数量、地震资料品质等，结合区域地质背景，对凸起区总的剥蚀厚度主要采用声波时差法和厚度趋势法相结合进行恢复；而对于沉积区某地层需要的物源区剥蚀厚度，主要采用沉积速率法，并结合凸起区总的剥蚀厚度来进行恢复(图9)。

图9 研究区中生界剥蚀厚度恢复Fig .9 Recovery of denuded thickness of Mesozoic in the study area

5.2.1 凸起区剥蚀总厚度恢复

通过对沙一、二段沉积时期物源年代和岩性的分析发现，该时期物源主要为中生界。石臼坨凸起东段是一个窄条形的低凸起，规模小，中生界在该区分布均较稳定，厚度变化不大，现今凸起残留的中生界可以通过井震标定进行追踪。中生界剥蚀厚度可用声波时差法和厚度趋势法相结合进行恢复。首先利用测井资料，运用声波时差法，对凸起区钻遇或钻穿中生界的井点位置的中生界剥蚀厚度进行恢复；再利用钻井、地震资料，运用趋势法，结合井点位置的中生界剥蚀厚度，得到平面上的凸起剥蚀的总厚度(图9a)。由图9a可以看出，研究区东部中生界剥蚀厚度大于西部。

5.2.2 沙一、二段沉积时期凸起区剥蚀厚度恢复

沙一、二段沉积时期凸起区的剥蚀厚度恢复主要采用了沉积速率法，而近源沉积的沉积速率可以近似地反映紧邻凸起区的剥蚀速率。利用这种方法，先沿凸起走向计算出沙一、二段沉积速率占整个凸起供源时期沉积区沉积速率的比例，再乘以中生界总的剥蚀厚度，就可以近似得到沙一、二段沉积时期凸起区剥蚀厚度(图9b)。由图9b可以看出，沙一、二段沉积时期凸起区剥蚀厚度继承了整个中生界剥蚀特征。

5.3 物源剥蚀量计算

在沙一、二段沉积时期凸起区剥蚀厚度恢复及剥蚀区面积计算的基础上，利用Surfer8.0软件中自动生成等厚线图[10]，计算出剥蚀区的剥蚀量(表2)。计算结果同样表明，研究区东部的剥蚀量大于西部。

5.4 物源剥蚀量与砂砾岩沉积量的关系

表3为研究区各井区剥蚀量与砂砾岩量的对比关系，可以看出：①物源岩性相同时，剥蚀量与砂砾岩沉积量呈正相关；②火成岩比碎屑岩具有更高的成砂率。例如，扇体A和B物源岩性为中生界火成岩，成砂率均大于50%；扇体C、D、E物源岩性为中生界碎屑岩夹火成岩，成砂率平均小于35%。③沉降中心越靠近物源，成砂率越高。例如，扇体A和B物源均为中生界火成岩，但是前者沉降中心离物源较近，成砂率比后者明显高。④沙一、二段沉积时期， 研究区扇体A母岩为火成岩，且剥蚀量较大，因此在该区更有利于形成厚层优质砂砾岩储层。

表3 研究区沙一、二段沉积期剥蚀量与砂砾岩沉积量对比Table 3 Comparison of denudation quantity and sandy conglomerate volume of Es1～2 in the study area

6 结论

1)通过岩性和地质年代恢复，认为沙一、二段沉积时期石臼坨凸起东段东部物源岩性以中生界火成岩为主，西部以中生界碎屑岩夹火成岩为主。研究区沙一、二段发育5个扇三角洲，其中东部2个扇三角洲物源来自中生界火成岩，西部3个扇三角洲物源来自中生界碎屑岩夹火成岩。

2) 石臼坨凸起东段沙一、二段物源剥蚀量与砂砾岩沉积量呈明显的正相关，火成岩物源比碎屑岩物源具有更高的成砂率，且沉降中心越靠近物源成砂率越高。研究区扇体A母岩为火成岩，剥蚀量较大，沉降中心距物源较近，更有利于形成厚层优质砂砾岩储层。

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(编辑：张喜林)

Study on the relationship between provenance denudation quantity and sandy conglomerate volume of the Paleogene Es1～2in eastern Shijiutuo uplift，Bohai sea

PANG Xiaojun DU Xiaofeng MA Zhengwu SONG Zhangqiang

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China)

It is a challenging problem to quantitatively characterize the denudation quantity of provenance area and the volume of sandy conglomerate transported into the lacustrine basin.Based on drilling, seismic and other data, combined with thin section, heavy minerals, trace elements, zircon dating and other analytical laboratory data, and using the methods of provenance tracer, stratigraphic thickness trend and deposition rate, the quantitative relationship between the provenance denudation and the deposition of sandy conglomerate in the Paleogene Es1～2in eastern Shijiutuo uplift of the Bohai sea is studied.The results show that Es1～2develops five near-provenance fan deltas in eastern Shijiutuo uplift.The real provenance of the two fan deltas in the east is Mesozoic igneous rock, and the real provenance of the three fan deltas in the west is mainly the Mesozoic clastic rock.There is a significant positive correlation between provenance denudation and sandstone accumulation.The igneous provenance has a higher rate of sand formation than the clastic provenance.The closer the sedimentary centers to the provenance, the higher the rate of sand formation.Fan A in the east of the study area is more favorable for the development of thick and high quality sandy conglomerate reservoir.The results can provide a reference for the quantitative prediction of sandstone reservoir development degree and scale in steep slope zones with low exploration degree.

eastern Shijiutuo uplift; Es1～2; provenance; denudation quantity; sandy conglomerate volume; quantitative relationship

庞小军，男，工程师，2011年毕业于中国石油大学(华东)，获硕士学位，主要从事沉积储层研究工作。地址：天津市滨海新区海川路2121号渤海石油研究院(邮编：300459)。E-mail：pangxj@cnooc.com.cn。

杜晓峰，男，高级工程师，2001年毕业于中国地质大学(武汉)，获硕士学位，长期从事石油地质与勘探研究工作。地址：天津市滨海新区海川路2121号渤海石油研究院(邮编：300459)。E-mail：duxf@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)04-0068-08

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.04.008

TE121.3

A

2017-03-07 改回日期：2017-05-16

*“十三五”国家科技重大专项“渤海海域勘探新领域及关键技术研究(编号：2016ZX05024-003)”部分研究成果。