渤海黄河口中洼古地貌对沉积相的控制作用

2018-11-08陈延芳杜晓峰王清斌宋章强宛良伟王立红

东北石油大学学报 2018年5期

陈延芳，杜晓峰，王清斌，宋章强，宛良伟，王立红

( 1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459； 2. 中海油能源发展股份有限公司，天津 300549 )

0 引言

陆相断陷盆地沉积相的类型和展布特征受多种地质因素控制，包括物源、沟谷、坡折发育特征等[1]。古地貌分析是准确预测中深部储集层的关键和基础[2-3]。银晓等研究横山地区山2段物源沉积体系及其地质意义[4]。赖维成等探讨秦南凹陷古近系层序地层、沉积体系及油气勘探方向[5]。陆上油田研究主要集中于基准面旋回、层序、构造坡折带、断裂对沉积的控制、沟谷和古地貌等控相因素[6]。

“源汇系统”是沉积学研究的重要进展[7-8]。在渤海勘探实践中，有关源汇体系及局部物源的研究较多[7-10]，主要研究物源体系、沟谷输砂体系及其耦合关系，将沉积物从剥蚀到搬运、堆积的整个过程看作完整的“源汇系统”，探讨沉积体系的形成[11]；进行陡坡坡折带沉积相预测，凸起、凹陷地貌高差较大，低势地区的优势汇聚特征明显[12]。对于地震反射形态较好的地区，一般先明确物源体系及其断裂主控因素，找到相应的富砂区，预测沉积相带展布。渤海油田钻井较少，研究区小型陡坡与缓坡共存，古地貌差异较大，给沉积相带的预测带来难度。缓坡带预测的难点在于地貌差异小，水系分散，地层较薄，预测砂体优势汇聚区研究较少。以黄河口凹陷中洼沙河街组二段为例，笔者分析物源区的母岩类型、发育规模、输砂通道(如古沟谷)及古地貌对相带的控制作用，研究砂体差异富集的特点，为中深层油气勘探、明确富砂储集层发育有利位置提供支持。

1 地质概况

黄河口中洼位于渤海海域黄河口凹陷中部，北部紧靠渤南低凸起，南部紧邻黄河口凹陷主洼(见图1)。沙河街组为黄河口凹陷的主要勘探层系，沙河街组地层划分为沙一段、沙二段、沙三段和沙四段(见表1)。黄河口凹陷沙二段地层总体呈现北断南超特征，北侧由东西向一级控边断裂及二级断裂组成断阶带。渤南低凸起被近北北东向的走滑断层切割为渤南低凸起西段和东段，构成物源区的西段和东段。西段沙二段时期为陡坡断阶带，东段沙二段时期为缓坡断阶带。黄河口东洼沉积体系主要受近源的渤南低凸起物源体系控制，西部陡坡带主要发育来自渤南低凸起的近源扇三角洲沉积体系，东部缓坡带主要发育来自渤南低凸起的辫状河三角洲体系。

图1 研究区构造区域Fig.1 Regional structure of study area

地层单位系统组段距今/Ma岩性简述古近系渐新统始新统古新统东营组沙河街组孔店组东一段27.4灰色、灰绿色、灰褐色泥岩与中厚层灰色砂岩不等厚互层东二段30.3主要为灰色厚层泥岩夹薄层灰色砂岩、粉砂岩东三段32.8厚层深灰色泥岩夹薄层砂岩、粉砂岩和少量页岩沙一段36.0灰色泥岩、油页岩与薄层灰色灰岩互层沙二段38.0厚层泥岩夹薄层、浅灰色灰质砂岩、粉砂岩沙三段42.0上部:深灰色泥岩与灰色砂岩不等厚互层,偶尔夹油页岩、灰岩和白云岩;中部:岩性很细,主要为厚层暗色泥岩;下部:深灰色、灰褐色泥岩与灰色砂岩互层,夹薄层钙质粉砂岩、白云岩和薄层油页岩沙四段50.5上部:暗黄、深灰褐色泥岩夹薄层灰岩、泥质灰岩、白云岩及砂岩;下部:暗褐色、暗绿灰色泥岩夹浅黄褐色、透明—白色硬石膏岩、暗灰色含膏泥岩和盐岩孔一段和孔二段65.0上部:棕红、紫红色含砾砂岩;中部:深灰、灰黑色泥岩夹砂岩,时夹薄层灰岩;下部:紫红色泥岩夹砂砾岩

2 物源区特征

2.1 母岩特征

物源区发育和母岩性质是富砂沉积体能够形成富集的前提和基础，母岩类型对沉积砂体的形成具有重要的影响和控制作用，只有具备足够的物源条件，才能在物源区周围找到优质砂体[13]。研究区物源区为渤南低凸起，凸起被北北东向走滑断层切割为东、西段，中间为凸起夹持的低洼区带。根据最新钻井及岩心、壁心、薄片鉴定资料，厘定渤南低凸起物源区沙二段沉积时期发育的母岩类型。其中渤南低凸起西段物源区母岩类型是前寒武系花岗岩、寒武—奥陶系碳酸盐岩和中生界火山岩；渤南低凸起东段物源区母岩类型是孔店组砂砾岩、前寒武系花岗岩、寒武—奥陶系碳酸盐岩和中生界火山岩。

结合钻井资料，分析不同类型基岩的地震波组特征。基岩类型不同，地震响应特征在振幅、频率、连续性特征上表现出差异。前寒武系花岗岩地震响应特征为杂乱断续反射，寒武—奥陶系碳酸盐岩地震标定为中强振幅连续反射，中生界火山岩地震响应为中弱振幅杂乱反射，孔店组砂砾岩地震标定为强振幅杂乱发射。根据地震反射特征差异和地层叠置关系，明确沙二段沉积时期渤南低凸起西、东段物源区母岩类型分布(见图2)。

图2 物源区母岩类型分布Fig.2 Distribution of parent rock types

2.2 物源区规模与展布特征

物源区的类型及规模影响沉积体的砂体富集程度，进而影响砂岩储层的展布特征及差异聚集。精细刻画渤南低凸起东、西段物源区的古地貌，以物源区微古地貌上的构造脊为分界线，沙二段沉积时期，局部高部位暴露的花岗岩、火山岩和砂砾岩为有效物源区。结合中酸性基岩，经过风化和剥蚀后易形成大规模的砂体，且储层物性较好，可以划分物源区。利用地震剖面圈定有效物源区面积，表示物源区规模和物源供给能力。

渤南低凸起西段有效物源面积为210.9 km2，其中作为有效供给区的中生界火山岩和前寒武系花岗岩分布面积约占76%；东段有效物源区面积为218.1 km2，其中作为有效供给区的孔店组砂砾岩、中生界火山岩和前寒武系花岗岩分布面积约占81%。物源区的规模及供给能力较大，有利于形成富砂沉积体。

3 古地貌对沉积相的控制作用

3.1 古地貌

3.1.1 古地貌形态

研究区高品质的地震资料为古地貌的研究提供良好的基础。根据地震层序解释成果，利用地震层位沙二段底与顶差值，作为沙二段时期古地貌；结合钻、测井声波时差资料，进行地层厚度压实校正，恢复沙二段沉积时期古地貌(见图3)，可以分为渤南低凸起东、西段，面积约为430.0 km2。其中西段凸起面积约为218.0 km2，东段凸起面积约为212.0 km2。西段西部大型断阶带由凸起向洼陷收敛倾没。隆起区以相对均一的沟梁相间地貌过渡到斜坡。东段西部隆起与洼槽过渡区的局部微高古地貌控制砂体的富集与分散。

3.1.2 古沟谷输砂通道

沟谷是盆地输送沉积物的通道。在恢复黄河口东洼物源区古地貌的基础上，研究古沟谷的类型和规模。由于沟谷下切深度不同，古沟谷在地震剖面上表现为不同的形式，主要有V型、U型和W型，可以通过波形特征和剖面形态识别[11]。渤南低凸起西段南部存在3种岩性的基岩类型，地形坡度陡，古沟谷发育，以V型为主，其次为U型(见图4)，主要集中于渤南低凸起西部物源区，垂直于物源方向，顺物源古沟谷方向的陡坡带为有利的砂体富集区，既是物源区向盆地方向输送沉积物的通道，也指示水流流向，控制砂体的差异富集。

渤南低凸起东部物源区地势较缓，受后期构造活动改造，沟谷特征在地震剖面上不明显，沟谷不发育，难以识别。

图3 物源区沙二段沉积时期古地貌Fig.3 Paleogeomorphy during Es2 sedimentation

图4 古沟谷地震剖面Fig.4 Paleo-ravine seismic profile

3.1.3 坡折带

坡折带的类型及组合样式复杂多样，分类方案也较多[14-16]。根据坡折带的断裂组合样式，将坡折带划分为单断陡坡型、断阶陡坡型及断阶缓坡型。坡折带是古地貌中重要的输砂通道，其类型控制沉积相带的类型和展布：陡坡带沟谷发育，优势输砂方向集中，砂体高度富集；缓坡带沟谷不发育，缓坡坡折广而缓，砂体分散体系不容易集中，砂体富集程度相对较低，单期砂体厚度薄，相带分布范围广而不集中。研究区陡坡型坡折带大断裂的下降盘发育扇三角洲沉积体系，缓坡坡折带发育辫状河三角洲沉积体系。

3.2 砂体展布规律

3.2.1 富集差异性

渤南低凸起西段地形坡度总体较陡，古沟谷发育且数量多。优势输砂方向为南部地貌低势区，古水流体系集中，搬运距离近，砂体卸载区面积小，砂体富集，粒度粗，主要发育厚层、中厚层粗砂岩，以砂砾岩、中粗砂岩为主。处于不同位置的西段物源砂体富集程度也有差异。西段西部古地貌地形坡度陡，构造活动强，沟谷发育，连续性好，单断型凸起陡直，有利于砂体富集，26-2-2、26-2-3井位于扇体主体位置，含砂率约为91%，物源供给充足。西段东部地形坡度较缓，27-2-1、27-5-1井位于相带的主体部位，发育中粗砂岩，最大厚度为12.0 m(见图5)，扇体规模也较为广布。西段中部位于两者之间，扇体规模及砂体厚度在西段东、西部的之间。

渤南低凸起东段为斜坡带平缓的古地形，沟谷欠发育，宽缓背景易于水系分散，形成的砂体范围较广，厚度较薄且粒度均一，为中粗砂岩，分选较好。微古地貌特征表明，东段斜坡带并非均一的缓坡，内部发育多个幅度较低的局部微隆区与低洼区，并且存在小型优势输砂通道。29-4-1井位于古地貌微隆区，处于小型沟道的侧翼，单期砂体厚度较薄，平均约为2.9 m；29-4-3、29-4-5井与优势通道连接,有利于砂体聚集，单期砂体厚度相对较大，平均约为4.5 m(见图5)。

图5 黄河口中洼沙二段砂体差异分布特征Fig.5 Drilling features in sand bodies within Es2 of Huanghekou sag

3.2.2 沉积相特征

研究区古地貌及物源控制沙二段沉积相的类型及展布特征，建立物质来源、输送通道、卸载场所与沉积相带之间的耦合关系，结合钻井与地震相特征，明确沉积体系的类型、展布特征及分布规律[17-21]。渤南低凸起西、东段是主要的物源区，母岩条件优越，其上发育的沟谷与陡坡带、缓坡带形成的多类型坡折带构成良好的输砂通道体系。渤南低凸起西段南、北侧边界断裂持续活动，地形高差大，大量碎屑物质通过输砂通道聚集而被洪水带入湖盆，由于可容纳空间增大，水动力条件发生变化，在边界断裂的下降盘快速堆积[17-19]，形成多个扇三角洲沉积体。研究区沉积体系类型有陡坡型扇三角洲、缓坡型辫状河三角洲。平面上具有“陡扇缓辫、东西分带”的展布特征：陡坡带发育扇三角洲，缓坡带发育辫状河三角洲；西段发育扇三角洲，东段发育辫状河三角洲。

3.2.2.1 陡坡型扇三角洲

陡坡型扇三角洲主要发育于低凸起西段大断裂下降盘物源北侧，陡坡坡折控制凸起西部及东侧主要物源的输入：由于边界断裂长期活动，导致下降盘的近物源粗碎屑沉积物快速卸载堆积；由于古地形高差大，物源补给充足，沿大断裂下降盘发育近源快速沉积的砂砾岩体。一台阶高地的26-2-2、26-2-3井揭示，岩性主要为砂砾岩，垂向多期叠置，最大厚度可达240.0 m(见图6(a))，由于距离物源较近，水动力条件较强，向旋回上部只发育含砾中砂岩。GR测井曲线表现为箱型或者齿化箱型特征，多以水下分流河道为主，地震剖面呈楔状，为强振幅低频反射(见图6(b))，横向上延伸不远，局限于一台阶和二台阶高地，分布范围狭窄的扇三角洲沉积。

渤南低凸起西段东侧扇三角洲分布在凸起之下的二台阶上，陡坡带断距较大，主要控制陡坡型扇三角洲各相带的展布。27-2-1井揭示岩性主要为含砾中砂岩、中砂岩及细砂岩，垂向上多期叠置，含砂率为70%，单期砂体最大厚度为12.0 m；台阶之下的27-5-1井位于台阶之下进入洼槽的过渡区，岩性为细砂岩，含砂率为50%，单期砂体最大厚度为9.0 m，向洼陷区砂岩粒度变细，厚度减薄，物源供给逐渐减弱。GR测井曲线为漏斗型和钟型，多发于河口坝和水下分流河道沉积，距离物源区越近，富砂程度越高，距离物源区越远，富砂程度越低，垂直物源方向为强振幅低频前积反射，斜交物源方向为丘形侧向加积特征明显(见图7)。

图6 26-2-2井沉积相与地震相标志Fig.6 Sedimentary facies and seismic facies of 26-2-2 well

图7 27-2-1井沉积相与地震相标志Fig.7 Sedimentary facies and seismic facies of 27-2-1 well

3.2.2.2 缓坡型辫状河三角洲

东段凸起物源剥蚀风化产生的碎屑物质通过缓坡带输送，发育小型辫状河三角洲沉积。29-4-1、29-4-3和29-4-5井揭示岩性主要为中—细砂岩与泥岩互层，含砂率为20%(见图8)，砂体的单层厚度为3.0～5.0 m。GR测井曲线为漏斗型和钟型，为辫状河三角洲河口坝和水下分流河道沉积特征。

地震相表现为中强振幅低频连续反射特征，向洼陷中心逐渐过渡为中弱振幅高频连续、以泥岩沉积为主的特征(见图9)。这种缓坡带沉积的辫状河三角洲分布面积广(见图10)，一直推进到28-2S-2井，钻井揭示岩性主要为粉砂岩。GR测井曲线主要为漏斗型，为辫状河三角洲远砂坝沉积，粒度细，厚度较薄，富砂性相对有限(见表2)。