辽河坳陷西部凹陷XX井单井沉积相分析

刘 宁，代宗仰

(西南石油大学 地球科学与技术学院，四川成都 610500 )

本文通过研究沉积相的标志、沉积相类型分析，对XX井沙河街组四段高升、杜家台油层进行岩石沉积特征、沉积相组合特征的研究，分析岩性差异原因，得出沙四沉积初期研究区为干旱气候，水体偏碱性，有利于湖相碳酸盐的沉积，高升中晚期，湖盆基底沉降十分强烈，出现了显著的西抬东降、北抬南降的变化，断裂活动强烈，湖盆扩张，湖盆水体强烈加深，在高升沉积末晚期，湖盆略有萎缩，湖平面开始下降，杜三层沉积时期，发育一个快速湖侵缓慢湖退的沉积旋回，杜二沉积早期，水体较深，发育了湖泊相沉积体系。杜二层中晚期和杜一层沉积时期，扇三角洲相沉积较高升层及杜三层沉积时期发育。

1 研究区地质概况

研究区位于渤海湾盆地辽河坳陷西部凹陷的中北部，东部以台安-大洼断裂为界，西至古近系沙四段尖灭线，包括陈家、台安两个次级洼陷。渤海湾盆地是在中生界盆地之上发育起来的一个新生代大陆裂谷型盆地，西部凹陷是辽河坳陷内最大的一个次级负向构造单元，总体上呈北东向展布，是一个东断西超、东陡西缓的狭长箕状断陷。研究区断层在纵向上分布具有鲜明的特点，即除了东部台安-大洼走滑断层几乎断开从太古界至新生界的地层外，其它地区的地层剖面上存在着上下两个断裂系统。

上部断裂系统主要分布于东营组至沙三段，均为正断层。下部断裂系统分布于基底、沙四段至沙三段，主要以不同级别的基地断裂为主，断层倾角较陡，断层面平直，断距大小不一，断层为同向或反向正断层，使凹陷斜坡带呈现凹隆相间的构造格局。

2 地层划分与特征

古近系沙河街组四段：顶深2494m，底深2793m。

分层依据：双侧向曲线表现为中低阻值呈指状和刺刀状形状的中高阻值，部分层位呈低阻值的锯齿状。

由于研究区已经过多年勘探，对地层层系的命名已经形成一套完整的体系。在对沙河街四段内部各个次级层段划分和对比时，在坚持等时地层对比原则的基础上，充分兼顾了生产现场的原有地层名称。即以五级旋回层序Ⅰ对应高升层(S4g2)，层序II对应杜家台油层的杜三层(S4d3)，层序Ⅲ和层序Ⅳ的上升半旋回对应于杜家台油层的杜二层(S4d2)，层序Ⅳ的下降半旋回对应于杜家台油层的杜一层(S4d1)(见图1)。

西部凹陷沙四段与上覆沙三段地层在凹陷大部分区域呈整合接触，两者在电性以及岩性等方面存在明显的差异性。

XX井沙四段顶部主要为大套深灰色泥岩，而上覆的沙三段底部则为大套灰色细砂岩夹薄层深灰色泥岩。电性曲线方面沙三段底部GR具有明显的左偏移，其值在6080API左右，平均约为70API，电阻率曲线具有明显的右偏移，其值偏高，呈锯齿状；沙四段顶部GR具有明显的右偏移，其值约在80API，电阻率曲线具有明显的左偏移，呈平坦基形。

图1 沙四段地层划分图-XX井为例

沙四段底部与下伏房身泡组存在不整合面，不整合面上的岩性与电性均具有明显的差异性。房身泡组的岩性以火山岩为主，GR曲线和电阻率曲线均具有明显的左偏移，GR值在20～40API之间，平均约为30API，与上覆沙四段底部分界明显，沙四段底部GR曲线值表现为中高值，在70API-100API之间，约为82API。

地层岩性特征：上部主要为泥岩、细砂岩与油页岩的不等厚互层为主，泥岩发育厚度较大，中部发育白云质灰岩、灰质泥岩、泥岩的不等厚互层，白云质灰岩为中部的主要发育岩性，下部发育泥岩夹油页岩、泥质灰岩的不等厚互层，底部发育灰质白云岩夹泥岩。

3 沉积相标志

通过岩心观察、薄片鉴定，发现，XX井沙四段主要以细粒沉积为主，并将XX沙河街组沙四段岩石类型划分为碎屑岩类、碳酸盐岩类、以及混合沉积岩类三大类，各类又可进一步划分为若干岩石类型，它们各自特征如下：

3.1 碎屑类

3.1.1 泥岩

泥岩以灰色和深灰色为主，颜色均匀，质地不纯硬度稍大，成岩性良。该井还发育灰质泥岩，含量较少，主要发育在沙四段的中下部。

3.1.2 砂岩

该井主要在沙四段的杜一层发育浅灰色中至厚层状细砂岩和中层状含砾中砂岩，硬度较大。

3.2 碳酸盐岩类

碳酸盐岩类是沙四段岩石学类型的重要组成部分，沙四段碳酸盐岩类主要有三种岩性，分别为泥质灰岩、泥质白云岩和白云质灰岩。

3.2.1 泥质灰岩

XX井沙四段泥质灰岩多为深灰色和灰黄色两种颜色，反应的沉积环境不同，深灰色较灰黄色水体深，一般泥质灰岩多发育溶蚀孔隙，裂缝欠发育，裂缝多被方解石或方沸石充填。

3.2.2 泥质白云岩

该岩性是该井沙四段杜家台三层最为发育的岩石类型，其颜色一般为灰黄色。白云石含量一般较高，泥质含量较低，常见纹层构造和揉皱变形构造。泥质白云岩的储集空间一般为微裂缝-微孔隙为主，裂缝多为构造缝，偶见被方沸石充填的裂缝，一般这种裂缝充填的方沸石硬度大。

3.2.3 白云质灰岩

雷15井白云质灰岩多为灰色，偶见灰黄色，主要成分是泥晶方解石。

3.3 混合沉积岩类

沙四段的岩性划分除了为碎屑岩和碳酸盐岩两大类，还有它们之间的混合沉积岩类，且混合沉积岩类占沙四段岩石学类型的主要部分。该区的混合沉积岩主要由碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积,其类型较多，结构比较复杂。

3.3.1 结构混合沉积岩

此类岩石类型在沙四段分布较为常见，其中包括泥质白云岩、泥质灰岩、灰质泥岩和白云质泥岩等多种类型。

3.3.1．1 泥质碳酸盐岩

泥质碳酸盐岩是雷家西部凹陷沙四段主要的沉积产物。岩性主要以灰黄色、褐黄色泥质灰岩或泥质云岩为主。一般发育在水动力较弱的环境下。

3.3.1．2 灰质泥岩或云质泥岩

灰(云)质泥岩在全区均有发育，特别是在沙四段杜二层、杜三层以及高升层较为发育，颜色以深灰色为主，多发育在深部净水环境中，常见水平纹层。以雷15井为例，灰(云)质泥岩主要发育在沙四段杜三层和高升层，是陆源碎屑与碳酸盐岩混合沉积的产物，具水平稳层。

3.3.2 互层混合沉积岩

3.3.2． 1 泥岩与碳酸盐岩交互沉积

由XX井沉积储层综合柱状图可以明显看出，在沙四段杜二层至沙四底部发育明显的泥质碳酸盐岩与泥岩的交互不等厚成层，纹层构造较为发育，薄片鉴定结果显示纹层类型主要为富方沸石纹层和富白云石纹层。亮色纹层是富白云石、富方沸石纹层，由较纯净的的微晶白云石或方沸石与陆源碎屑长石、石英组成，富方沸石纹层一般硬度较大，岩心显示多为白色。

3.3.2．2 油页岩

本井段油页岩颜色为深褐色，反映缺氧的还原环境，油页岩常与泥质白云岩、泥岩互层出现，是弱水动力条件下的产物。

4 沉积相类型

在区域地质资料及前人研究成果收集和整理分析的基础上，采用相标志结合钻井岩心的精细观察与描述，结合录井测井等资料的综合分析，对XX井剖面可分为湖泊相和扇三角洲相两种类型，又可进一步划分为前三角洲、扇三角洲前缘、半深湖-深湖三种亚相以及前三角洲泥、远砂坝、河口沙坝、水下分流河道、灰泥质湖底、泥质湖底等多种微相(表1)。

表1 西部凹陷XX井沙四段沉积相分类简表

4.1 扇三角洲相

XX井沙四段杜一层和杜二层的下降半旋回为扇三角洲相的典型代表(图)，深度在2493～561m之间，主要为深灰色泥岩，夹少量浅灰色砂岩，储层的物性较差，可见油气显示。根据岩性可进一步划分为前扇三角洲和扇三角洲前缘两个亚相。

4.1.1 前扇三角洲亚相

前扇三角洲泥微相(图2)

前扇三角洲泥微相：岩性主要以厚层状泥岩为主，泥岩厚度可达20m左右，颜色主要为深灰色，在电性方面，自然伽马表现为低幅度的锯齿状；电阻率曲线表现为平坦基形，反映水体较为平稳，沉积岩性单一。

图2 XX井前扇三角洲泥和扇三角洲前缘远砂坝微相

4.1.2 扇三角洲前缘亚相

可分为河口沙坝和远砂坝两种沉积微相(图2、3)

图3 XX井扇三角洲前缘河口沙坝微相

图4 XX井泥灰质湖底电性曲线特征

河口沙坝微相：位于水下分流河道的河口处，是河水与湖水剧烈交锋区，沉积速率较高，沉积物主要以分选好的细砂岩和粉砂岩组成，成层厚度为中至厚层状，以发育向上变粗的沉积序列为特征。XX井沙四段上部发育一套扇三角洲前缘河口沙坝微相(图)，岩性下部为浅灰色细砂岩、上部为含砾细砂岩。电测曲线表现为中、低幅度的漏斗形。

远砂坝微相：位于河口沙坝前方较远位置，又称末端沙坝。XX井沙四段杜一层中部发育远砂坝微相，岩性主要为浅灰色细砂岩。

4.2 湖泊相

湖泊相沉积是沙四段最主要的沉积类型，具有厚度大、范围广的沉积特点。沙四段沉积初始时期,湖盆范围相对较小,基底块断作用以及房身泡期的岩浆活动形成了多个水下低隆及高出湖面的水上隆起区,在隆凹相间的古地理格局中,水上隆起区主要处于无沉积的侵蚀状态,水下低隆起区由于多处于湖盆浪基面之上而发育浅湖亚相碳酸盐粒屑滩沉积,其它浅洼区主体以接受浅湖亚相泥岩为主,深洼区主要发育半深湖-深湖亚相泥质碳酸盐岩或泥岩；至沙四段沉积的中晚时期,由于基底的不断沉降,湖盆范围逐渐扩大,早期隆凹相间的古地貌特征也由于沉积充填作用而变得不明显,主体以湖相泥页岩和含灰(云)质泥岩为主,碳酸盐沉积不如早期发育;沙四末期,湖盆范围有一定的收缩,在湖盆边缘的陆源碎屑沉积相对增多。

图5 XX井泥质湖底电性曲线特征

4.2.1 半深湖-深湖亚相

半深湖-深湖亚相是浪基面下的相带，浪基面与氧化界面之间的部分称为半深湖亚相，氧化界面下的部分称为深湖亚相，由于该井的两个亚相很难明显的区分开，所以称之为半深湖-深湖亚相。沙四段沉积时期主要为半深湖-深湖亚相沉积,其岩石类型主要为泥岩、油页岩及泥质碳酸盐岩。通过分析将该井的半深湖-深湖亚相分为泥质湖底微相、泥灰质湖底微相、云泥质湖底微相、灰泥质湖底微相这四个微相。

4.2.1.1 泥灰质湖底微相(图4)

泥灰质湖底微相的岩性主要是灰黄色白云质灰岩，同时也可见层状灰质泥岩，如2626～2679m。白云质灰岩发育纹层构造，由于发育方沸石岩性，使得该微相的电性曲线在部分层位存在异常，自然伽马值约在40～120API，电阻率值较高，达到上百Ω·m。

4.2.1.2 泥质湖底微相(图5)

泥质湖底微相的岩性主要为深灰色泥岩夹薄层油页岩，如XX井2700～2743m。泥岩常发育纹层构造，自然伽玛值约在60～80API，电阻率值较低约在1～10Ω·m。

4.2.1.3 云泥质湖底微相(图6)

该微相的岩性主要以云质泥岩为主，另外常见与泥岩或泥质白云岩互层沉积，见XX井2778～2793m。云质泥岩发育纹层构造，常具水平层理。自然伽玛值较高，在60～110API左右；电阻率曲线值在1～40Ω·m。

4.2.1.4 灰泥质湖底微相(图7)

该微相岩性主要以深灰色灰质泥岩、灰黄色泥质灰岩为主，夹薄至中层状深灰色泥岩，见XX井2680～2698m、2743～2793m。灰质泥岩发育水平层理，自然伽玛值在45～85API之间，电阻率曲线值在5～20Ω·m之间。泥质灰岩纹层发生变形，多发育微裂缝，自然伽玛值约在57～82API之间，电阻率曲线值在10～110Ω·m。

5 结论

通过对西部凹陷雷家地区XX井单井沉积相和沉积体系的研究，得到以下几点认识,见图8。

图8 XX井沉积储层综合柱状图

(1)古近系沙河街组四段：顶深2494m，底深2793m。通过岩心观察、薄片鉴定，将XX井沙河街组沙四段岩石类型划分为碎屑岩、碳酸盐岩以及混合沉积岩类三大类，各类又可进一步划分为若干岩石类型。其中碎屑岩为泥岩和砂岩类，泥岩类包括泥岩、灰质泥岩、云质泥岩等，砂岩类包括含砾细砂岩和细砂岩；碳酸盐岩类主要包括泥质云岩和泥质灰岩；混合沉积岩类包括结构混合沉积岩和互层混合沉积岩。

(2)沙四段沉积时期主要为湖泊相沉积，沙四段上部沉积扇三角洲相沉积，通过相标志研究，可将湖泊相分为半深湖-深湖亚相沉积，进一步分为泥质湖底、云泥质湖底、灰泥质湖底和泥灰质湖底等微相；扇三角洲相可分为前扇三角洲和扇三角洲前缘亚相，进一步分为前扇三角洲泥、河口沙坝和远砂坝等微相。

(3)研究发现XX井沙四段存在多个沉积旋回，反映了多期次水体变化，第一旋回上部主要为灰质泥岩和泥岩，夹油页岩下部主要为泥质灰岩夹泥岩，底部主要为含砂云岩和泥岩；第二旋回上部主要为泥质灰岩、灰质泥岩，含少量云质灰岩、油页岩和砂岩，中部和下部主要为云质灰岩；第三旋回上部主要为砂岩与泥岩，中部为泥岩和云质灰岩、砂岩、含砂云岩互层，下部为灰质泥岩、云质灰岩和泥岩互层。