松辽盆地南部大情字井地区嫩三、四段进积型浅水三角洲沉积特征及发育模式

2022-05-22胡明毅蔡全升

大庆石油地质与开发 2022年1期

杨昊胡明毅蔡敏王丹蔡全升

（1. 长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100；2. 中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712；3. 中国石油华北油田公司勘探开发研究院，河北任丘 062552）

0 引言

1954 年H.N.Fisk［1］首次提出浅水三角洲的概念，1974 年A.C.Donaldson［2］认为水深条件对浅水三角洲起控制作用，G.Postma［3］于1990 年指出浅水三角洲发育于滨、浅湖环境，并将浅水三角洲划分为8 种类型。国内外学者［4‐7］对浅水三角洲的研究不断深入，包括浅水三角洲的形成条件、内部结构、生长模式及油气勘探意义等方面，研究表明坳陷盆地因其整体构造稳定、地势平缓，是大型浅水三角洲发育的理想场所。

21 世纪以来，针对陆相盆地岩性油藏的勘探取得了显著突破，揭示出陆相坳陷湖盆内发育的浅水三角洲是现阶段油藏规模增储的主体［8］。李一赫等［9］在研究松辽盆地姚家组浅水三角洲沉积时，指出三角洲砂体相序分布规律与沉积微相变化相关；韩晓东等［10］系统总结了浅水三角洲的沉积动力学过程，认为河流作用对三角洲的形成起决定作用；徐波等［11］对渤海湾盆地浅水三角洲砂体叠置关系进行分析，表明湖泊水体可容空间的变化是三角洲河道砂体频繁改道的原因；刘桂珍等［12］对鄂尔多斯盆地姬塬地区浅水三角洲砂体结构进行分析，认为其与古环境、古构造等因素有关；李凤杰等［13］在研究三角洲储层砂体成因时，发现其受控于基准面旋回的周期性变化；赖洪飞等［14］在研究松辽盆地泉头组浅水三角洲沉积时，通过高频层序格架对比，建立了砂体发育模式。总体上，目前关于大面积砂体分布的进积型浅水三角洲的研究资料相对较少。

松辽盆地嫩江组三、四段沉积期，盆地湖平面不断下降，区域上以发育进积型浅水三角洲为主，砂体分布广、厚度薄，近年来针对该区沉积砂体的油气勘探取得了重大突破。进一步加深对浅水三角洲沉积演化特征与砂体发育规律的认识，对中国陆相坳陷湖盆内浅水三角洲的油气扩围增储具有重要意义。本文以松辽盆地南部大情字井地区嫩江组三、四段为研究目的层位，结合前人研究成果，综合利用岩心、化验分析及测井曲线等资料，以沉积学和层序地层学等理论为指导［15‐16］，在对研究区23 口取心井的精细观察描述及646 口单井综合沉积分析的基础上，明确了该区嫩三、四段湖盆萎缩期进积型浅水三角洲沉积特征，精细刻画了进积型浅水三角洲砂体的纵向分布规律及平面展布特征，并提出了进积型浅水三角洲沉积模式，以期为后续油气勘探部署提供依据。

1 区域地质概况

松辽盆地位于中国东北部，面积近26×104km2，为一北北东向展布的菱形沉积盆地，具断坳双重结构，是一个以中新生代沉积为主的陆相含油气盆地。综合盆地基底性质与构造特征，将松辽盆地南部分为西部斜坡区、西南隆起区、中央坳陷区和东南隆起区4 个一级构造单元（图1）。从早白垩世开始，松辽盆地进入坳陷阶段，在中央坳陷区形成了一系列次级凹陷，白垩系为其主要沉积地层，沉积厚度逾5 000 m，于盆地内广泛分布，自下至上依次发育沙河子组（K1sh）、营城组（K1y）、登娄库组（K1d）、泉头组（K1q）、青山口组（K2qn）、姚家组（K2y）、嫩江组（K2n）、四方台组（K2s）及明水组（K2m）。

大情字井地区位于松辽盆地中央坳陷区长岭凹陷内，总面积约5 000 km2（图1（a）），构造上呈北高南低趋势。前人研究显示，嫩江组沉积时期，松辽盆地整体以坳陷沉积为主，松辽古湖盆在此时期全盛发育，湖盆面积大且湖平面波动频繁。从嫩三段沉积期开始，湖水自湖海通道大量流出，使湖泊水体变浅，碎屑物质随河流向湖盆中心不断推进沉积，充填作用强烈，至嫩四段沉积期最明显，发育一套河进湖退的进积型浅水三角洲沉积序列。

本次研究以嫩三、四段为目的层位，结合岩电关系分析可知，嫩三段为黑灰色—灰色泥岩，厚度为0~100 m，纵向上具有3 个相似性的反旋回；嫩四段以灰绿色—灰色泥岩、粉砂质泥岩与泥质粉砂岩为主，局部夹粉砂岩，上部可见紫红色泥岩，厚度达300 m 以上。嫩三、四段分界面以区域上稳定分布的泥质粉砂岩—粉砂岩为标志，测井曲线上下幅度明显变化，反映了一次明显的湖平面下降。研究层位自下而上长期基准面不断下降，沉积物粒度逐渐加大，泥岩颜色由灰色、灰绿色逐渐过渡为紫红色（图1（b）），体现了沉积期水体不断变浅的过程。

图1 松辽盆地南部大情字井地区构造位置及沉积特征Fig.1 Structural location and sedimentary characteristics of Daqingzijing area in south Songliao Basin

2 沉积特征

2.1 沉积相标志

岩石相及其沉积构造记录了沉积时的水动力条件、沉积速度和水流作用方式等特征，反映了相应的沉积过程和沉积环境。通过岩心精细观察描述，依照岩石颜色、成分、构造、生物化石等相标志，确定了松辽盆地南部大情字井地区嫩三、四段岩石类型以砂岩和泥岩为主，“泥包砂”特征明显，发育冲刷面、交错层理等强水动力成因构造。

2.1.1 岩石类型

研究区岩石类型以砂岩和泥岩为主。砂岩主要以灰色、灰白色细砂岩和灰色粉砂岩为主，发育于嫩三段上部及嫩四段，分选性与磨圆度较好，结构成熟度较高，多见于河道沉积。泥岩可通过颜色进行区分：灰绿色泥岩是还原环境下高沉积速率的体现，发育于三角洲前缘环境；而紫红色泥岩为弱水流条件下静水悬浮沉积的体现，表明沉积时处于氧化环境，发育于三角洲平原环境。

2.1.2 沉积构造

研究区沉积构造类型丰富，主要有8 类：（1）平行层理，为强水动力、高流态沉积环境的体现，纹层较薄且清晰可见，见于浅水三角洲河道沉积（图2（a））；（2）沙纹层理，由沙纹在低能浅水条件下迁移而成，颗粒分选一般，常见于水下分流河道上部（图2（b））；（3）交错层理，发育于水浅流急的沉积环境，多见于河道沉积下部（图2（c））；（4）复合层理，包括透镜状层理（图2（d））与波状层理（图2（e）），形成于物源间歇供应的低能沉积环境，见于河道沉积上部的泥质粉砂岩中；（5）水平层理，于泥岩中广泛发育，反映了静水沉积环境（图2（f））；（6）冲刷面构造，在不同类型河道的底部，由高流速水体环境下的沉积物对下伏低流速水体环境沉积物的冲刷作用而成（图2（g））；（7）在泥岩内存在丰富的介壳化石，是静水堆积的产物（图2（h））；（8）灰绿色泥岩中见大量的黄铁矿富集晶体，大小不一，形成于还原环境，常见于支流间湾沉积（图2（i））。

图2 大情字井地区嫩三、四段沉积序列岩心照片Fig.2 Core photos of sedimentary sequence in Member Nen 3 and Nen 4 in Daqingzijing area

2.1.3 测井响应特征

分析不同测井曲线的形态、幅度及其组合样式，得到岩性、旋回信息，是预测有利储层砂体的有效手段。研究区自然伽马、自然电位曲线对不同类型的沉积微相较为敏感，将岩心观察时识别出的沉积微相与测井曲线进行验证，建立了研究区岩相—测井相—沉积相模式（表1）。

表1 大情字井地区嫩三、四段沉积相类型及识别特征Table 1 Types and identifying characteristics of sedimenta‐ry facies in Member Nen 3 and Nen 4 in Daqingzijing area

2.2 沉积相特征

精确划分沉积微相是后续进行砂体研究的基础。通过岩心观察，综合分析岩性、沉积构造及岩相组合规律，对松辽盆地南部大情字井地区嫩三、四段沉积类型及特征进行研究。

研究区主要发育有浅水三角洲相和湖泊相，可划分出三角洲平原（图3（a））、三角洲前缘（图3（b））和浅湖3 种亚相及8 种微相类型。

图3 大情字井地区嫩三、四段沉积微相Fig.3 Sedimentary microfacies of Member Nen3 and Nen4 in Daqingzijing area

2.2.1 三角洲平原

三角洲平原亚相主要发育分流河道、决口扇、洪泛沉积3 种沉积微相类型。其中，分流河道构成了三角洲平原的骨架，底部为细砂岩，向上变为粉砂岩，沉积砂体厚度多为2~9 m，水体能量较高，垂向上由多个向上粒度变细的小型正旋回组成，且每个旋回底部冲刷面明显。决口扇微相多夹在分流河道沉积或洪泛沉积中，具河道沉积特征，厚度为0.1~1 m。洪泛沉积作为三角洲平原亚相的沉积主体，在研究区广泛发育一套紫红色泥岩，泥岩单层厚度数米至十余米，生物扰动构造可见。

2.2.2 三角洲前缘

三角洲前缘亚相主要发育水下分流河道、河口坝、席状砂、支流间湾4 种沉积微相类型。其中，水下分流河道作为分流河道在水下的延伸部分，分叉频繁且延伸距离较远，岩性主要为灰色—灰绿色粉砂岩，分选性较好，厚度一般为2~6 m，其正韵律性及沉积构造等特征与分流河道沉积类似。河口坝微相位于水下分流河道两侧，是砂泥岩沉积物随河道砂体逐渐向湖发育而成，砂质较纯，垂向上由于砂体厚度薄、泥岩夹层多，形成自下而上粒度呈间断性变粗的反旋回。席状砂微相仅在三角洲前缘外侧出现，砂质纯净，以薄层粉砂岩为主，厚度通常小于2 m，是强水动力条件下快速堆积的体现。支流间湾微相能够有效识别水下与陆上环境，泥岩中可见大量植物碎屑或生物化石。

2.2.3 浅湖

嫩江组沉积期松辽湖盆面积广、地势缓并且水体较浅，因此浅湖亚相主要是细粒的泥质沉积，泥岩颜色明显变暗，部分页理特征明显，形成浅湖泥沉积。

3 沉积演化特征

3.1 沉积物源

针对松辽盆地南部嫩江组物源问题，对大情字井地区重矿物组合类型及含量进行了分析（表2）。认为嫩江组时期重矿物类型丰富，自X319 井向H180 井（图1（a）），ZTR 指数（锆石、电气石和金红石3 种矿物占透明重矿物的比例）沿NE—SW方向由0.44 递增至0.80，证实了物源方向来自研究区东北部。

表2 大情字井地区稳定重矿物含量及ZTR指数Table 2 Stable heavy mineral contents and ZTR indexes in Daqingzijing area

3.2 演化过程

通过分析单井沉积相特征，对大情字井地区嫩三、四段重点含油砂组沉积相展布特征进行了分析，刻画了研究区沉积相的空间配置关系，总结得出嫩三、四段的沉积演化规律。

嫩三段2 砂组沉积期，受东北方向的物源控制，沉积水体逐渐变浅，陆源物质相对增多，研究区东北部一带开始小范围出现一些条带状的三角洲前缘水下分流河道，但延伸距离不远，形成浅水三角洲的雏形（图4（a））。

嫩三段1 砂组沉积期，随着水位进一步下降，沉积环境由浅湖亚相逐渐转变为三角洲前缘亚相，前缘沉积迅速向湖推进使得湖泊面积大范围缩小，水下分流河道大规模发育，分叉改道特征明显，具良好的连通性，呈北东— 南西方向展布（图4（b））。

嫩四段沉积期继承了嫩三段沉积期盆地整体下坳的沉积格局，水体下降明显，浅湖沉积范围缩小，整体以三角洲前缘沉积为主。嫩四段6 砂组沉积期，受东北部物源的持续影响，湖岸进一步退缩，河流影响逐渐加大，砂体进积作用强烈，水下分流河道进一步延伸至湖盆中央。嫩四段4 砂组沉积期，区内含砂率达到85%，河道沉积全盛发育，交错遍布全区，河道宽度随距离增加逐渐变窄，最长可延伸至南部H178 井一带，研究区东北部开始出现三角洲平原沉积，至嫩四段后期三角洲平原范围逐渐扩大（图4（c））。

图4 大情字井地区嫩三、四段沉积演化Fig.4 Sedimentary evolution of member Nen3 and Nen4 in Daqingzijing area

总体上，松辽盆地嫩三、四段沉积期水体持续下降，大情字井地区发育一套进积沉积序列，沉积环境由浅湖整体过渡至三角洲前缘、平原沉积，反映了物源供给不断增加、充填湖盆，使得三角洲向西南方向不断推进的沉积演化过程。

4 砂体展布规律

寻找有利砂体是进行浅水三角洲勘探的主要任务，而砂体的分布与发育规模受控于沉积相带［17‐18］。因此在沉积相研究的基础上，通过单井分析和多井对比等方法，进一步明确研究区浅水三角洲砂体的发育特征与展布规律。

4.1 纵向分布规律

分析研究区嫩江组钻井资料发现，钻遇单井地质资料丰富，各级层序发育完整，通过绘制H178井—R15 井连井剖面（图5），对多变的河道砂体特征进行了分析，规律如下：（1）大情字井地区地层与砂组呈东北厚、向西南方向减薄的趋势，并且沉积中心逐渐向西南方向迁移；（2）河道砂体在研究区广泛分布，砂体席状砂化明显，多呈条带状展布；（3）单一砂体规模较小，以薄层状与透镜状为主，单层厚度一般为2~9 m；（4）多期河道砂体纵向叠置、横向连片，连通性良好。从相带分布上看，河道砂体主要位于浅水三角洲沉积环境，且自下而上河道砂体的数量与发育规模逐渐变好。

图5 大情字井地区H178井—R15井嫩三、四段连井沉积相剖面Fig.5 Section of sedimentary facies form Well H178 to Well R15 in member Nen3 and Nen4 of Daqingzijing area

4.2 平面展布特征

砂体的平面分布不仅与古地理时期沉积相的空间展布相关，而且关系到全区的沉积演化，因此，对大情字井地区嫩三、四段共计646 口井的砂岩总厚度进行统计，刻画了层序格架内砂体的平面展布特征。

嫩三段沉积时期，砂岩厚度总体为0~6 m，厚度高值区在研究区东北部小范围出现，单井平均砂岩厚度为2 m（图6（a））。

嫩四段沉积时期，随着水体不断变浅，以三角洲前缘亚相环境为主，物源供给增强，砂岩全区发育，砂岩厚度相较嫩三段显著增加，普遍为10~40 m，在河道交汇区一带沉积厚度最大，可达50 m 左右，总体上顺河道方向呈北东至南西逐渐减薄的趋势（图6（b））。

图6 大情字井地区嫩三、嫩四段砂岩厚度Fig.6 Sandstone thickness of member Nen3 and Nen4 in Daqingzijing area

砂体平面展布特征证明了沉积相带伴随着水体的下降迅速演化，层序格架内砂体发育程度由近源向远源逐渐减弱，砂体分布范围呈现出向西南不断扩张的趋势。

5 沉积模式

沉积特征与砂体发育规律表明，松辽盆地南部嫩江组发育典型的进积型浅水三角洲沉积，三角洲沉积特征及砂体展布受湖盆沉积基准面控制明显。基于上述研究成果建立了进积型浅水三角洲沉积模式（图7）。

图7 大情字井地区嫩三、四段进积型浅水三角洲沉积模式Fig.7 Sedimentary patterns of progradational shallow-water delta in member Nen3 and Nen4 of Daqingzijing area

大情字井地区嫩江组沉积时期，盆地基底稳定下降，地形平缓，湖泊水体较浅，物源供给充足，利于三角洲的发育，属于湖泊—浅水三角洲沉积体系。基准面下降早期，受盆地东部隆升的影响，湖平面持续下降，湖盆收缩使得水体变浅，沉积体系逐渐向湖盆腹地延伸。基准面下降晚期，伴随着强烈的河流输砂作用，使得河道分叉频繁，纵横交错，不断向前进积至湖盆中央，宽度渐窄且砂层渐薄，构成了浅水三角洲的骨架。受湖平面波动影响，末端河道砂体席状砂化明显，在该模式中与河口坝共生，发育于前缘近湖一侧，内侧则可见大量支流间湾沉积。

随着进积作用的不断增强，浅水三角洲前缘不断向湖盆方向推进，在靠近湖岸区出现三角洲平原沉积，表现为垂向上沉积物颜色由还原色向氧化色过渡、砂体发育规模逐渐增大、陆源物质增多的一套进积型沉积序列。