三河次凹戴一段物源及油气地质意义

2021-03-05张星

石油地质与工程 2021年1期

张星

（中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏扬州 225000）

物源分析对落实物源位置及沉积物搬运路径、搬运距离，特别是对沉积盆地沉积体系类型、发育规模及分布空间具有重要意义[1–7]。随着对物源研究的深入，物源分析方法也逐渐增加，如重矿物类比法、碎屑岩组分分析法、沉积法、地球化学法、裂变径迹法和同位素法等。对三河次凹而言，由于前期对该区内坡带与深凹带戴一段研究较少，中部地区井位较少，分析化验数据相对缺乏，一些常用的物源识别方法无法运用。为落实三河次凹戴一段物源方向，采用“三定法”，即“全区定陷、整体定类、局部定界”的方式，先从整个金湖凹陷构造演化特征出发，探查物源可能的沉积中心，根据岩石矿物特征确定沉积物类型；然后采用地球物理属性识别各个物源沉积边界，分析三河次凹周边的物源，特别是明确东部物源能否给三河次凹提供砂体，最后确定三河次凹戴一段的物源位置。

1 地质概况

三河次凹位于苏北盆地金湖凹陷西北部，为金湖凹陷五个负向构造单元之一（图1），整个三河次凹包含西部斜坡带、中部深凹带及东部石港断裂带。石港断裂对三河次凹内部构造变形有重要的控制作用，三河次凹总体表现为复式半地堑断陷结构特征[8]。金湖凹陷西北接建湖隆起，西南接张八岭隆起，南邻天长凸起，东邻菱塘桥低凸起和柳堡低凸起；其中，天长凸起、菱塘桥低凸起和柳堡低凸起与三河次凹相距较远，中间隔龙岗次凹、汜水次凹和几条构造带。一直以来，三河次凹戴一段砂体物源的认识就存在分歧，有人认为物源来自于西北部的建湖隆起，有人认为存在西北部建湖隆起和西南部张八岭隆起两个物源的可能性，也有人认为东部低凸起也可能具有一定的物源贡献。三河次凹自下而上沉积古新世阜宁组（E1f），始新世戴南组（E2d）、三垛组（E2s）和新近纪盐城组（Ny）等地层，经历了断坳—断陷—坳陷演化阶段。戴南组沉积于断陷活动的早期，与下部阜宁组地层呈不整合接触，分为戴一段（E2d1）和戴二段（E2d2），其中戴一段为主要含油层系，自下而上分为E2d13、E2d12 下、E2d12 上和E2d11四个亚段。

图1 金湖凹陷构造区划及位置

2 物源体系分析

2.1 构造演化分析法

前苏联石油地质学家奈曼、马什科维奇等人利用“宝塔图”古构造分析方法对西西伯利亚、高加索等单旋回地台盆地进行了系统地古构造分析，对沉积特征进行描述；罗霞[9]通过构造演化分析了沉积体系演化特征及对油气成藏的影响。根据金湖凹陷戴一段、戴二段、三垛组、盐城组现今构造特征，利用各对应层段底界面地震反射层特征，获得整个金湖凹陷戴一段至今残留的地层厚度演化特征。其中，龙岗–三河次凹戴一段至三垛组是持续的沉降中心，且龙岗次凹沉降幅度相对最大。戴一段沉积期，处于三河次凹及龙岗次凹之间的东阳次凹沉降幅度较大，西南部张八岭隆起的物源难以越过东阳次凹进行长距离搬运沉积，而三河次凹也是东部菱塘桥低凸起和柳堡低凸起的物源搬运的方向之一。构造演化剖面主测线可见，戴一段沉积期，三河次凹古地貌比现今宽缓，有利于东部物源体系向西延伸，东部沉积体系并不限于现今三河次凹的深凹带，而是向三河次凹西部斜坡延伸一定的距离（图2）。

图2 过三河次凹line790 测线构造演化剖面

2.2 岩石矿物分析法

岩石矿物分析法是利用相似性原则对盆地沉积碎屑岩组分与物源区母岩组分类型进行相似性分析，依据相关结果确定沉积物来源[10–18]。为确定三河次凹母岩类型，整体上统计金湖凹陷靠近物源不同区域戴一段岩屑中火成岩、变质岩、沉积岩屑含量（表1），分析各区域岩屑组分含量，将三河次凹岩屑组分与各区域岩屑组分对比，从而确定砂体来源。

表1 金湖凹陷戴一段岩屑成分组合数据

通过分析母岩岩石类型及薄片鉴定可见，金湖凹陷西部张八岭隆起的岩屑表现为变质岩岩屑占优势，成X1 井、新庄1 井为片岩岩屑（图3a、3b）。

金湖凹陷东部柳堡低凸起的砂岩岩屑则大多表现为沉积岩，锋1 井表现为泥岩岩屑（图3c）。金湖凹陷西部建湖隆起砂岩岩屑成分以火成岩为主，处于三河次凹斜坡带的崔2 井、港1 井、河X3–1 井火成岩含量最高、沉积岩含量次之（图3d）。金湖凹陷南部菱塘桥低凸起和天长凸起表现为火成岩岩屑占优势，其次为变质岩和沉积岩，三河次凹东南部井区桥8 井、桥X17 井等与南部天X77 井、卞11 井、夏X1 井岩屑以火成岩为主，火成岩岩屑种类为安山岩（图3e、3f）。综合分析三河次凹岩屑成分特征表明，戴一段砂岩与西南部张八岭隆起的母岩性质有较大的差别，三河次凹西部地区戴一段砂岩与建湖隆起母岩性质相近，而东部石岗断裂带附近戴一段砂岩与菱塘桥低凸起和柳堡低凸起母岩性质相近。

2.3 地球物理方法

地球物理方法主要利用自然伽马曲线、地层倾角数据来分析物源位置[11–13]，同时借助地震反射特征确定物源和古水流方向[14]，例如对北塘凹陷古近系沙三段古物源体系的刻画[15]。不同岩性的地震反射波形在形态、宽窄、幅度、均值等方面均具有一定的差异，可通过地震波差异性分析岩性变化[16–18]。利用地震反射特征以及属性结果对三河次凹砂体前缘边界进行识别，达到划分砂体范围的目的，从而分析砂体展布特征，进一步确定三河次凹物源。

图3 金湖凹陷岩屑矿物微观特征

三河次凹中部深凹带井资料相对较少，需依托地震资料确定砂体边界范围，从而进一步落实三河次凹戴一段各亚段物源方向。由于三河次凹戴一段底部存在不整合影响，并且戴一段单砂体厚度较薄，往往小于10 m，常规振幅、频率、相位属性对研究区内各亚段砂体发育规律刻画效果较差，故采用地震频谱属性进行地震相分析。地震频谱分解是针对复杂油气区域的一种有价值的后期处理技术，利用小波变换、广义S 变换、匹配追踪等几种频谱分解方法可得到单频调谐体，对分析薄储层、描述沉积特性具有显著的效果。单频调谐体属性结果上可以看出，E2d13亚段时期，三河次凹表现为东部物源砂体的沉积（图4a）；E2d12 下、E2d12 上亚段时期，三河次凹表现为东西两支物源砂体的沉积，东部物源砂体处于退积阶段，西部物源砂体处于进积阶段（图4b、4c）；E2d11亚段时期，三河次凹基本上为西部物源砂体的沉积，东部物源砂体退积到石港断层附近（图4d）。

图4 三河次凹戴一段单频调谐体属性特征

2.4 沉积法

沉积法主要依据编制的砂砾岩含量、地层厚度、沉积相展布等分析砂砾岩、地层变化特征，据此推测物源位置[19–24]。砂砾岩含量对物源的反映最为敏感，其表示的意义是砂砾岩厚度与地层厚度的比值，两者共同受古地形、剥蚀和构造抬升作用影响。

综合以上物源分析认为，三河次凹戴一段沉积主要受两大物源控制，一支来自西北部建湖隆起方向，沉积物向凹陷中部长距离搬运入湖，影响中西部地区，砂体与断层配合可以形成断层+砂岩尖灭型圈闭；同时，三河次凹中部在戴一段底部地形变化较大的地区存在地层超覆型圈闭。另一支来自东部菱塘桥低凸起和柳堡低凸起方向，沉积物向西北方向经较长距离搬运入湖，影响三河次凹东部地区，且东部物源可以向西延伸较远，以不整合面、断层以及底块砂作为油气运移通道而形成砂岩上倾尖灭、断层+岩性和地层超覆等不同类型的圈闭（图6）。