东营凹陷永安镇油田沙四段永1砂砾岩体演化过程及成藏意义

孟 阳，李宇志，杨海中，周 杰，欧浩文，赵 博，张文博

（1.中国石化胜利油田分公司油气开发管理中心，山东东营257001；2.中国石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东东营257000）

东营凹陷北部陡坡带发育巨厚的砂砾岩体，砂砾岩油藏已累积上报探明石油地质储量3.5×108t，通过系统解剖形成了陡坡带资源序列［1］。1965年完钻的永1井在沙四段钻遇厚层砂砾岩，试油获得23 t/d的工业油流，从而揭开了永1砂砾岩体勘探开发的序幕。目前，永1砂砾岩油藏已上报探明含油面积3.9 km2，探明石油地质储量为1 134×104t，具有良好的资源前景。永1砂砾岩体整体呈孤立凸起的背斜形态，沉积基底地势较高，这与砂砾岩“沟扇对应”原理相悖，导致该砂砾岩体早期被误认为滚动背斜构造油藏。后经勘探开发证实为砂砾岩岩性油藏，成藏特征也自成体系，与毗邻成熟探区的盐家砂砾岩体油藏截然不同［2］。为此，立足于永1砂砾岩体勘探与开发的矛盾，对砂砾岩体的演化过程及油气成藏意义进行研究，旨在为开展区域油气勘探工作打下基础。

1 地质概况

永安镇油田位于东营凹陷北部陡坡带东段，北为陈家庄凸起，东临青坨子凸起，西接民丰洼陷，南抵中央隆起带，勘探面积约为35 km2［3］。研究区自上而下发育第四系平原组、明化镇组、馆陶组、东营

2 砂砾岩体基本特征

组、沙河街组及基岩，其中沙河街组分为沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，沙四段上亚段纯上次亚段、沙三段下亚段底部及孔店组不发育。永1砂砾岩体是在前古近系基岩之上发育的孤立凸起，地层划分上归属于沙四段，埋深为1 900～2 500 m（图1）。坨庄-胜利村-永安镇断裂带是东营凹陷内的2级断裂带，其东段控制了永安镇油田的基本构造格局，形成区域上由高到低的青4、永北、永南三大台阶。近北西—南东向的永17断层、永41断层和永42-3断层将油田主体进一步切割为4个台阶［4-5］。前人对永1砂砾岩体的物源体系、沉积特征做了大量研究［3，6-9］，存在东北物源区、陈家庄凸起物源区及青坨子凸起物源区3种观点，沉积相类型也未统一，存在近岸水下扇、扇三角洲及冲积扇等3个主流认识。根据最新研究成果，永1砂砾岩体物源来自于西北方向的陈家庄凸起，沉积相类型为近岸水下扇，粗碎屑沿永北鼻状构造东侧的古沟道由西北向东南方向搬运，形成巨厚的砂砾岩体［10］。

2.1 古地貌恢复

构造运动控制了盆地古地貌特征，进一步控制物源区与沉积区的相对地理位置。通过沉积时期古地貌的重塑，可以直观分析盆内可能存在的碎屑搬运方向［11］。因此，利用地震资料恢复了永1地区沙四段沉积时期的古地貌，有利于研究砂砾岩体的沉积过程。

图1 东营凹陷永1砂砾岩体构造位置Fig.1 Structural location of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

利用Petrel 2009软件对永1砂砾岩体残留古地貌及周缘地区地貌进行刻画，由古地貌恢复结果（图2）可看出，永1砂砾岩体为北部斜坡带上的一个孤立凸起，其西北方向为陈家庄凸起，两者之间发育一条主沟道及多条次级沟道；而青坨子凸起与永1砂砾岩体之间距离相对较远，不发育明显的沟道。重力流沉积须符合“沟扇对应”原理，早在20世纪60—70年代国外学者已提出了几个经典的沟扇对应沉积模型［12-14］。在砂砾岩体勘探过程中，胜利油田也形成了沟扇对应的认识［15-18］。结合东营凹陷构造演化史与古地貌分析，认为陈家庄凸起斜坡的古沟道是最有利的碎屑搬运通道，而永1地区正好位于这些古沟道的正前方，来自陈家庄凸起的粗碎屑物质沿古沟道向前推进，冲出古沟口在永1地区堆积散开成扇。这种发育古沟道的古地貌形态证明西北部的陈家庄凸起就是永1砂砾岩体的物源区。

2.2 地震反射特征

永1砂砾岩体发育在控盆断层的下降盘，是重力流沉积作用的产物，因此其地震反射特征与围岩明显不同，具有特殊的内部反射结构及外部几何形态特征。

2.2.1 内部反射结构

永1砂砾岩体符合一般近岸水下扇的特征，扇根杂乱反射、强振幅、低频、低连续；扇中亚平行或乱岗状反射、强振幅、高频、中低连续；扇端平行或亚平行反射、中强振幅、低频、高连续。由扇根到扇端地震反射特征的连续性变化反映岩性逐渐变细、水动力趋于稳定的沉积特点（图3）。

图2 东营凹陷永1砂砾岩体残留古地貌恢复Fig.2 Recovery of residual palaeo-landform of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

图3 东营凹陷永1砂砾岩体地震剖面解释Fig.3 Seismic section interpretation of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

2.2.2 外部几何形态

永1砂砾岩体整体为丘形体，顶部包络线形成明显“鼓包”。该砂砾岩体虽发育在陈家庄凸起的断剥面，但距离凸起较远导致碎屑物质沿古沟道搬运的距离稍远，因此并未形成十分典型的陡坡楔形体。基底反射同相轴发生“上拉”，而不是反映沉积区的“下凹”形态，因此，永1砂砾岩体基底凸起与砂砾岩“鼓包”的关系需要进一步研究（图3）。

2.2.3 局部不整合

T6标准地震反射层（沙三段下部）在永1砂砾岩体顶部出现缺失，T6下（沙三段底部）和T7（沙四段上亚段纯上次亚段底部）出现合并，而在周围地区这些反射同相轴正常存在。从永1地区的实钻井资料来看，沙四段上亚段纯上次亚段砂砾岩—沙三段下亚段油页岩之间出现地层缺失，分析认为因后期该区抬升而导致，出现了小范围的不整合（图4）。

图4 东营凹陷永1砂砾岩体顶部不整合地震特征Fig.4 Seismic characteristics of unconformity on top of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

3 砂砾岩体演化过程

3.1 侵入岩特征

永1砂砾岩体在三维地震剖面上表现为明显的岩体刺穿现象（图5），基底整体上隆，刺穿上覆砂砾岩地层，导致邻区连续清晰的Tg反射同相轴（古近系底面）出现中断。

图5 东营凹陷永1砂砾岩体基底刺穿现象Fig.5 Phenomenon of basement penetration of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

综合利用地震、测井和录井资料对基底岩体刺穿现象进行研究，发现永1地区周缘均为花岗片麻岩基底，但永1地区的永古1井在基底钻遇44 m的辉绿岩（未钻穿），辉绿岩与花岗片麻岩基底相比具有明显的低GR、低RD的岩电特征（图6a）。此外，永63井在基底钻遇23 m的糜棱岩（未钻穿），反映存在强烈的挤压变质作用（图6b）。结合地震资料，对侵入岩的展布范围进行分析，发现侵入岩主要分布在砂砾岩体基底之下，在基底出露面积约为1 km2。地震剖面上可以发现侵入岩由下向上呈尖凸状，在基底之下侵入岩的展布范围、体积会更大。分析认为，辉绿岩体的侵入作用是永1砂砾岩体后期隆升成孤立凸起的原因。

3.2 侵入岩形成时间的确定

辉绿岩是一种基性浅成侵入岩［19］，是一种侵入地壳1 500～3 000 m形成的火成岩，即形成辉绿岩侵入至少需要1 500 m的上覆地层厚度。由于研究区永古1井钻遇的辉绿岩地层特征最清晰，因此以该井为例来确定研究区辉绿岩的形成时间。永古1井在2 860 m处钻遇辉绿岩，推断在永古1井埋深为1 360 m处对应的地质历史时间即为辉绿岩可能形成的最早时间。永古1井沙四段总厚度为487 m，沙三段总厚度为969 m，两者共计1 456 m。此外，东营凹陷经历过多期抬升剥蚀，沙三段的剥蚀厚度为200 m左右［20］，因此，沙四段与沙三段的总厚度已经达到辉绿岩形成所需的地层厚度。据此推断永古1井揭示的辉绿岩基底形成的最早时间为沙三段沉积晚期。

图6 东营凹陷永1砂砾岩体侵入岩及变质岩基底Fig.6 Intrusive and metamorphic rock basement of Yong1 glutenite body in Dongying Sag

永1砂砾岩体之上缺失沙四段上亚段纯上次亚段和沙三段底部，而这段地层在区域上都有分布，这表明沙四段上亚段纯上次亚段和沙三段底部在永1地区没有沉积或者抬升露出水面而遭受剥蚀。但是，此时沉积地层总厚度远没有达到辉绿岩形成的深度条件。由地震剖面可以看出，侵入体呈尖凸状，且目前钻井只揭示了顶部，因此，沙四段上亚段纯上次亚段沉积时期，辉绿岩已经侵入基岩但未发生岩体刺穿，但是侵入体之上的花岗片麻岩与沉积地层的厚度已经达到1 500 m。此时，永1地区隆起程度较弱，沙四段砂砾岩体发育有限的剥蚀或沉积缺失，而周缘地区地层发育较完整。沙三段沉积早期，整个东营凹陷进入最大湖盆演化期［21］，永1砂砾岩体沉入水下，顶部接受了一套油页岩沉积。但从砂砾岩体周缘地层产状及断层发育特征来看，沙三段沉积时期侵入活动仍没有停止，但剧烈程度逐渐降低，一直持续到沙三段沉积晚期。

3.3 砂砾岩体演化模式

整体来看，沙四段下亚段沉积时期，东营凹陷陈南断层活动强烈、盆地裂陷开始加剧，剥蚀区与沉积区高差加大，物源供给充足，从陈家庄凸起搬运而来的碎屑物质沿北西—南东向沟道直接进入深湖，在古地势较为平缓的永1地区卸载堆积，形成近岸水下扇沉积体系，多期扇体遵循填洼补平原则，迁移摆动、垂向叠加、退积叠覆（图7a，7b）。随着东营凹陷断裂活动进一步加强，沙四段沉积晚期，永1砂砾岩体之下基底中发生岩浆岩侵入，岩浆的热隆升作用使砂砾岩体整体抬升变形，其顶部露出水面导致沉积间断，此时侵入岩体未发生刺穿，直至沙三段下亚段沉积中期，才重新沉入水下接受连续的泥岩沉积，砂砾岩体顶部缺失沙四段上亚段纯上次亚段—沙三段早期地层。沙三段沉积晚期，岩浆侵入活动逐渐停止，伴生的高角度断层的发育也减弱，侵入体发生岩体刺穿（图7c，7d）。沙二段—东营组沉积时期，永1地区构造较为稳定，虽然后期经历了区域抬升的东营运动［22］，但永1砂砾岩体已定型，基本没有发生变化，并一直保持至今（图7e，7f）。

4 油气成藏意义

岩浆侵入对永1砂砾岩体特殊的构造形态和油气成藏产生了重大影响。岩浆侵入导致基底上拱形成背斜，成为区域上的构造高点，为油气聚集成藏提供了良好的储层条件和圈闭条件。砂砾岩体之上沙四段和沙三段厚层泥岩可以充当圈闭盖层，起到保存油气的作用。另外，砂砾岩体在隆升过程中形成大量的高角度断层及裂缝（图8），且越靠近背斜核部裂缝密度越高，储层物性越好（表1），这些断层和裂缝沟通了砂砾岩体西侧的民丰洼陷，起到了沟通油源的作用，也为油气在砂砾岩体内部聚集成藏提供了良好的储集条件。因此，沙四段沉积末期发生的岩浆岩侵入使永1砂砾岩体具有极佳的成藏条件，其演化过程对后期油气成藏都起到了至关重要的作用。

5 结论

图7 东营凹陷永1砂砾岩体沉积构造演化示意（东西向剖面）Fig.7 Schematic of sedimentary and structural evolution of Yong1 glutenite body in Dongying Sag（East-West cross-section）

图8 东营凹陷永1砂砾岩体岩心裂缝特征Fig.8 Fracture characteristics of core samples that collected from Yong1 glutenite body in Dongying Sag

表1 东营凹陷永1地区距古隆起高点距离不同的井的物性统计Table1 Physical properties of wells at different distances in high part of palae-uplift in Block Yong1，Dongying Sag

永1砂砾岩体沉积符合“沟扇对应”理论，物源为西北方向的陈家庄凸起，搬运通道为陈家庄凸起斜坡上的北西—南东向延伸的古沟道。沙四段沉积晚期至沙三段沉积早期，永1砂砾岩体基底发生辉绿岩体侵入但未发生岩体刺穿，砂砾岩体整体受到挤压，顶部出露水面造成局部地层缺失，此时古隆起的雏形形成；辉绿岩侵入持续至沙三段沉积晚期，侵入体逐渐发生岩体刺穿，古隆起定型。辉绿岩侵入形成古隆起过程中，砂砾岩体内部及周缘发育大量高角度断层及裂缝，断层起到沟通和输导油气的作用，裂缝的发育既可以形成有效的储集空间，又可以改善储层渗流条件，对后期油气成藏起到了重要的作用。