彰武断陷九佛堂组沉积物源分析及其意义

谢春安.

(中国石油化工股份有限公司河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450000)

彰武油田位于松辽盆地南松南新区一系列小型断陷群中的彰武断陷。彰武断陷属于一晚中生代白垩系盆地，盆地呈东断西超的箕状形态，盆地满覆盖约150 km2，主要沉积范围约90 km2。断陷自西向东划分为西部缓坡带、中央洼陷带、东部陡坡带(图1)。彰武断陷自晚中生代以来共经历了义县组的初始裂陷期，九佛堂组、沙海组、阜新组的断陷期，阜新组末期经历抬升剥蚀阶段，阜新组地层大量剥蚀，随后进入了广覆沉积的坳陷期[1]。钻井揭示彰武断陷地层以断陷期地层为主，坳陷期地层剥蚀殆尽，自上而下钻遇第四系、阜新组、沙海组、九佛堂组、义县组。

目前彰武断陷主要发现彰武2、彰武3、彰武8等3个含油气区块，九佛堂组3、4砂组和沙海组3、4砂组两套主力含油层系，其中彰武2井区的九佛堂组3、4砂组是彰武油田主力产油层系，其油藏主要为构造背景控制下受砂体展布和物性差异控制的油藏[1-4]，因此，在该区通过开展沉积物源分析寻找优势砂体发育区是油气勘探的关键。

图1 彰武断陷构造单元划分图Fig.1 Division of tectonic units in Zhangwu fault depression

1 沉积物源分析

对于彰武断陷沙海组的物源前人不存在争议，认为其主要物源来自西部缓坡。而下部九佛堂组物源争议较大，主要有以下几种观点：①物源主要来自东部陡岸和北部湖盆长轴方向[5,8]；②物源主要来自东部陡岸[6-8]；③物源主要来自西部缓坡方向[9-10]。本次研究综合重矿物分析、砂岩岩石学特征、砂地比、地层倾角测井及沉积特征等分析认为：九佛堂组主要物源和沙海组相似，主要来自西部缓坡，且均为辫状河三角洲沉积。

1.1 重矿组合特征

重矿物特征分析是沉积物源分析的主要手段，一般认为同一物源相邻地层重矿物组合具有相似性。对彰武断陷已有重矿资料数据统计可以看出：沙海组(以彰武1井为代表)、九佛堂组(以彰武2、彰武3井为代表)重矿物组分分布相似，主要为绿帘石、赤褐铁矿、磁铁矿、石榴石、榍石等，均以稳定、中等稳定矿物为主，含量为84.9%～94.4%(图2)，均表现为中距离物源的搬运沉积，其主要物源方向可能一致。

图2 彰武断陷重矿物成分及分布图Fig.2 The ingredient and distribution of heavy mineral in Zhangwu fault depression

图3 彰武断陷岩石学类型三角图Fig.3 Triangle petrological types in Zhangwu fault depression

1.2 岩石学特征

同一物源地层在岩石学特征上也具有相似性，且顺物源方向，砂岩成分成熟度指数(石英含量/长石+岩屑含量)变大，结构成熟度(分选性)变好，利用这些特点可以确定物源方向。对彰武断陷岩石薄片资料统计分析表明：沙海组和九佛堂组岩石类型基本一致，均主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩，为中近源沉积产物(图3)。沙海组砂岩成分成熟度指数从彰武1井区(14.7)向彰武8井区(30～82)、彰武3井区(81)等井方向变大；砂岩结构上分选性从彰武1井区向彰武8井区、彰武3井区由中等变化为中等及中等—好，这些与前人认识沙海物源来自西—西北部一致(图4)。九佛堂组彰武2井区砂岩成分成熟度指数(7.5～29)向彰武10井区(38.8)、彰武8井区(37.1)、彰武3井区(41.2)变大，结构上分选性从彰武2井区由差和差—中等向彰武10井区、彰武8井区、彰武3井区也变好，这些均反映九佛堂组物源总体趋势与沙海组相似的特点(图4)。

1.3 地层倾角测井

利用地层倾角测井资料可以得出沉积岩层的层理方向，进而可以判断古水流方向[12-13]。对彰武油田有争议地区的彰武2井区九佛堂组地层倾角测井资料分析表明(图5)：彰武2井1 207.9～1 216.1 m地层倾角为1.74°～11.92°，方位为135°；1 216.8～1 221.6 m地层倾角为2.14°～17.46°，方位为120°；1 257.3～1 260.0 m地层倾角为3.42°～18.12°，方位为105°；1 270.6～1 272.1 m地层倾角为6.94°～10.33°，方位为95°。总体矢量方位比较稳定，均反映彰武2井区九佛堂组沉积时期主要物源来自西—西北部的特征。

图4 彰武断陷沙海组(左)、九佛堂组(右)砂岩成熟度及分布Fig.4 The sandstone maturity and distribution of Shahai formation (L) and Jiufotang formation(R) in Zhangwu fault depression

图5 彰武2井九佛堂组地层倾角测井矢量频率图Fig.5 Frequency diagram of vector orientations based on the stratigraphic dip logging for Jiufotang formation of Zhangwu-2 well

1.4 砂地比特征

一般来说，沿着古水流方向砂(砾)岩含量逐渐减小，泥岩含量逐渐增多，可以判断物源和古水流的方向。考虑到彰武油田目的层主要为九佛堂组3、4砂组，且钻井多为从式井，地层倾角变化较大，本文举证数据为经过综合矫直后的九佛堂组3砂组数据(表1)。九佛堂组3砂组砂地比自彰武2-5-6(41%)向彰武3-1(13%)、彰武8(13%)、彰武10(16%)、彰武2-6(17%)、彰武2-5(23%)方向明显变小。从彰武2-5-6(41%)往彰武8-1(19%)—彰武8-2(22%)线和从彰武2-5-6(41%)往彰武2-6(17%)—彰武2-4(36%)线上看，西部彰武2井区砂体明显较东部彰武8井区和彰武2-4井区砂体规模大、延伸远。自北南向北从彰武2-5-6(41%)往彰武2-9-4(30%)—彰武2-5(23%)—彰武2-3(10%)线上看，与北部物源的观点明显相悖。总体反映主要物源来自断陷西—西北部，砂体自西北部向断陷中心推进的物源(图6)。

1.5 沉积特征

同一物源不同时期的沉积呈旋回变化[11-14]。通过岩心观察确认九佛堂组主要沉积岩相较沙海组细，但都表现为三角洲特征，储层不同程度含砾，均为辫状河三角洲沉积，沉积相总体具有继承性(图7)。二者不同的是彰武断陷九佛堂组主要沉积相为辫状河三角洲前缘，沙海组主要沉积相为辫状河三角洲平原，这是由于边界断层活动和沉积环境变化的影响造成的：沙海组沉积时期湖盆中心相对东移，气候变干燥，湖盆变浅，三角洲前缘发育带由彰武2井区东移至彰武8井区。因此彰武断陷九佛堂组主要以辫状河三角洲前缘的前端沉积为主；沙海组主要发育辫状河三角洲平原—前缘沉积，平原相相对发育(图7、图8)。

表1 武断陷九佛堂组3砂组砂地比统计Table 1 The sandstone percentage statics of the third sandgroup of Jiufotang formation in Zhangwu fault depression

图6 彰武断陷九佛堂组3砂组砂地比等值线图Fig.6 The sandstone percentage variation of the third sandgroup of Jiufotang formation in Zhangwu fault depression

图7 彰武断陷沙海组(a)、九佛堂组(b)典型岩心照片Fig.7 The typical core photos of Shahai formation (a) and Jiufotang formation (b) in Zhangwu fault depression

图8 彰武断陷有利勘探区带评价示意Fig.8 The schematic diagram of favorable exploration zone evaluation in Zhangwu fault depression

通过综合重矿物组合、砂岩岩石学特征、地层倾角测井、砂地比及沉积特征等分析认为：彰武断陷晚中生代白垩系沉积期九佛堂组主要物源和沙海组相似，来自西部缓坡。断陷发育来自西—西北部辫状河三角洲沉积体系，各时期受边界断层活动和沉积环境等的影响，九佛堂组主要以辫状河三角洲前缘的前端沉积为主；沙海组主要发育辫状河三角洲平原—前缘沉积，平原相相对发育。

2 勘探意义

对彰武断陷主要油气藏解剖表明，油藏纵向上集中分布于九佛堂组3、4砂组和沙海组3、4砂组两套含油层系，三角洲前缘是主要的储集砂体[1-7]。本次物源研究认为九佛堂组主要物源和沙海组相似，发育来自西—西北部辫状河三角洲沉积体系，各时期受边界断层活动、沉积环境等的影响。辫状河三角洲前缘不同地层位置变化较大，造成不同区块含油层系不同。因此，寻找西部辫状河三角洲前缘是当前油气勘探的关键。同时，在九佛堂组内部，各沉积时期受边界断层持续活动和沉积环境、气候变化等的影响，水体呈旋回式变化，其储集砂体(辫状河三角洲前缘)不同时期相对主力油层砂体延伸范围不同。结合地震资料表明，西部缓坡西段九佛堂组上部1～4砂组遭遇不同程度剥蚀，下部5～7砂组相对保存完整(图1、图8)。而受沉积旋回变化的影响，西斜坡九佛堂组5～7砂组砂体虽然向西退积，但有类似彰武2井区九佛堂组3、4砂组沉积、成藏背景，砂岩较发育，已钻的彰武1、彰武2～9等井在九佛堂组5～7砂组均钻遇较好储层。同时，九佛堂6、7砂组多口井(彰武1、彰武2～9等)钻遇油气显示，显示彰武断陷西部缓坡5～7砂组具有勘探潜力，是下步的有利勘探方向(图8)。

3 结论

(1)彰武断陷晚中生代白垩系沉积期九佛堂组主要物源和沙海组相似，均发育来自西—西北部辫状河三角洲沉积体系，各时期受边界断层活动和沉积环境等的影响，九佛堂组主要以辫状河三角洲前缘的前端沉积为主；沙海组主要发育辫状河三角洲平原—前缘沉积，平原相相对发育。

(2)在九佛堂组内部，各沉积时期受边界断层持续活动和沉积环境、气候变化等的影响，水体呈旋回式变化，西斜坡西段九佛堂组5～7砂组砂体虽然向西退积，但有类似于彰武2井区九佛堂组3、4砂组的沉积、成藏背景，同时保存较完整，是下步的有利勘探方向。