渤海灣盆地東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段物源體系及其對沉積的控制作用

孫海寧,萬念明,徐濤玉

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,廣東廣州 510640; 2.中國石油化工股份有限公司油田勘探開發(fā)事業(yè)部開發(fā)處,北京 100728; 3.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555)

渤海灣盆地東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段物源體系及其對沉積的控制作用

孫海寧1,2,萬念明1,2,徐濤玉3

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,廣東廣州 510640; 2.中國石油化工股份有限公司油田勘探開發(fā)事業(yè)部開發(fā)處,北京 100728; 3.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555)

巖石組分、元素地球化學(xué)以及砂礫巖百分含量等分析表明,渤海灣盆地東營凹陷廣利地區(qū)沙河街組四段上亞段沉積時(shí)期存在南部和東北部兩大物源體系,它們控制了廣利地區(qū)沙四上亞段沉積時(shí)期的砂體成因類型與分布。沙四上亞段沉積早期以南部物源體系為主,主要發(fā)育曲流河三角洲-濱淺湖灘壩沉積體系;沙四上亞段沉積晚期以東北部物源體系為主,主要發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲等沉積體系;沙四上亞段沉積中期為兩大物源體系的轉(zhuǎn)換時(shí)期,南部和東北部物源體系共存,發(fā)育了重力流、牽引流交互沉積的多成因類型砂體。區(qū)內(nèi)三角洲前緣由沿岸流改造形成的灘壩砂體是今后勘探的重點(diǎn),應(yīng)加大灘壩砂類巖性和構(gòu)造共同控制的復(fù)合油氣藏的部署和勘探。

沙河街組;物源體系;沉積體系;廣利地區(qū);東營凹陷;渤海灣盆地

渤海灣盆地東營凹陷廣利地區(qū)位于東營凹陷中央隆起帶東端的南翼,西臨牛莊洼陷,東臨青南洼陷與青坨子凸起,南鄰?fù)跫覎彉?gòu)造帶和羊角溝構(gòu)造帶,是一個(gè)向南傾斜,兩翼接近對稱的鼻狀構(gòu)造。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷層以北東向及北西向?yàn)橹?圖 1)。廣利地區(qū)作為勝利油田的重要勘探區(qū)塊之一,早期勘探重點(diǎn)一直以淺層構(gòu)造型油氣藏為主,隨著勘探程度的提高,深層非構(gòu)造型油氣藏成為新的勘探目標(biāo)。近幾年,辛 176-斜 1等井在沙四上亞段發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)工業(yè)油流,證實(shí)了沙四上亞段具有良好的勘探前景,但由于其物源體系特征及砂體成因不夠明確,制約了該層位的勘探開發(fā)效果。

圖 1 東營凹陷廣利地區(qū)構(gòu)造位置及沙四上亞段地層特征Fig.1 Structural location and stratigraphic characteristics of the upper Es4in Guangli area,the Dongying Sag

圖 2 東營凹陷青坨子凸起地層特征Fig.2 Stratigraphic characteristics of the Qingtuozi Salient,the Dongying Sag

根據(jù)沉積環(huán)境特征和沉積地層分布,廣利地區(qū)沙四上亞段可劃分為純上沉積期和純下沉積期,其中純上沉積期由上至下可劃分出 Cs1, Cs2,Cs3,Cs4,Cs5和 Cs6六個(gè)砂組;純下沉積期由上至下可劃分出 Cx1,Cx2和 Cx3三個(gè)砂組。廣利地區(qū)東北緊鄰青坨子凸起,該凸起居高臨下,巖石風(fēng)化產(chǎn)物對臨近地區(qū)陸源碎屑巖的形成具有重要的影響。從研究區(qū)過青坨子凸起地震剖面可以看出該凸起不發(fā)育沙三至沙四段的地層,是一個(gè)古凸起 (圖 2)。大多數(shù)學(xué)者從構(gòu)造位置特征入手,結(jié)合沉積特征,認(rèn)為廣利地區(qū)物源來自青坨子凸起,早期的勘探、開發(fā)成果也印證了該結(jié)論[1～5]。但是當(dāng)前深層巖性油氣藏的勘探效果不夠理想,青坨子凸起做為單一物源的認(rèn)識(shí)受到了挑戰(zhàn),少數(shù)學(xué)者認(rèn)為魯西隆起對廣利及其周緣地區(qū)地層的形成具有一定的影響[6～8]。本次研究通過鉆井巖心及其相關(guān)分析資料和測井、地震等資料的綜合分析,對廣利地區(qū)沙四上亞段沉積時(shí)期物源體系特征及其對沉積作用的控制開展了系統(tǒng)性研究。

1 沙四上亞段沉積期物源體系特征

1.1 巖石組分特征

廣利地區(qū)沙四上亞段的巖石組分特征可分為Ⅰ和Ⅱ兩種模式。

1)Ⅰ模式

穩(wěn)定組分含量低(石英 ＜40%),非穩(wěn)定組分含量高 (巖屑 ＞30%),具有近物源沉積特征。巖屑的主要成分是變質(zhì)巖巖屑 (含量 ＞20%);極少發(fā)育鮞粒 (含量 ＜5%)。Ⅰ模式靠近青坨子凸起分布,在萊 109、萊 64井的 Cs1砂組,萊111、王 126井的 Cs3砂組,萊 111、牛 114-斜 1、王 58、萊 109、萊 74井的 Cs5砂組均有發(fā)現(xiàn) (圖3a—c)。綜合分析認(rèn)為,Ⅰ模式可能代表北部青坨子凸起物源體系巖石組分特征。

2)Ⅱ模式

圖 3 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段主要砂層組巖石組分特征Fig.3 Rock components of the main sand units in the upper Es4of Guangli area,the Dongying Sag

穩(wěn)定組分含量高 (石英 ＞40%),非穩(wěn)定組分含量低(巖屑 ＜30%),與Ⅰ類相比,Ⅱ類模式體現(xiàn)物源區(qū)較遠(yuǎn)、搬運(yùn)距離較長的沉積特征,而且變質(zhì)巖巖屑較少(含量 ＜20%),鮞粒發(fā)育程度相對較高(含量 ＞5%)。Ⅱ模式遠(yuǎn)離青坨子凸起分布,在萊64、萊 109、王 126、王 580、王125、王斜 122井的Cx1砂組,王 126、王 580、王 125、萊 109、王斜 122井的 Cs5砂組均有發(fā)現(xiàn)。綜合分析認(rèn)為Ⅱ模式可能體現(xiàn)了南部魯西隆起物源體系沉積特征(圖 3b—d)。

1.2 元素地球化學(xué)特征

結(jié)合前人研究成果,本次研究選取在沉積區(qū)和物源區(qū)具有可比性、性質(zhì)穩(wěn)定的 Ni/Co,V/Co, Mg/Mn,Mn/Sr,Ba/Mn,Fe/K,Mg/Ca,Al/Na,Ba/ Sr,Al/Mg的特征元素比值,作為物源示蹤指標(biāo)。根據(jù)同一物源體系,特征元素比值分布模式一致的原則,對物源體系進(jìn)行研究分析[9～12]。

面 14-5-11井、面 4-6-斜 16井等靠近魯西隆起,其基本信息可以代表魯西隆起,特征元素比值分布模式表現(xiàn)為單峰型,即Mg/Mn比值為高值,一般大于 20,其他比值均小于 5(圖 4a);萊111井靠近青坨子凸起,2 717～2 737 m發(fā)育礫巖沉積,其基本信息可以代表青坨子凸起,特征元素比值模式表現(xiàn)為三峰型,即Mg/Mn,Ba/Mn,Al/Mg比值為高值,其中Mg/Mn比值最高,多數(shù)為 15～20,Al/Mg比值一般為 10～15,Ba/Mn比值變化幅度較大,多數(shù)為 5～10;其他比值變化不大,一般小于5(圖4b)。

2.呼吸道。肺線蟲(肺絲蟲，又名后圓線蟲)，寄生于肺支氣管和細(xì)支氣管內(nèi)。由于蚯蚓是其中間宿主，所以戶外散養(yǎng)豬多發(fā)?；紫x和腎蟲的幼蟲移行至肺臟時(shí)也能引起咳嗽、喘氣等呼吸道疾病的癥狀。

廣利地區(qū)沙四上亞段鉆井巖心樣品的特征元素分析主要集中在 Cs5與 Cs6兩個(gè)砂組中, Cs3砂組僅萊 111有測試資料。利用 ICP-AES方法測定 Zn,Co,Ni,Mn,Fe,Mg,V,Al,Ga,Sr, Ca,Ba,Na與 K共 14種特征元素含量,標(biāo)準(zhǔn)樣及重復(fù)樣的分析表明元素測定誤差小于 10%,數(shù)據(jù)結(jié)果可靠。Cs5砂組的特征元素分布模式存在三峰型和單峰型,其中萊 1-54井、王 58井、牛 114-斜 1井等以三峰型為特征,與青坨子物源區(qū)的特征元素分布模式接近;而辛 176-斜 1井、萊 74井、王 126井、萊 64井等以單峰型為特征,與魯西隆起物源區(qū)的特征元素分布模式接近 (圖 5)?？傊?Cs5砂組的特征元素分布模式反映了研究區(qū)存在兩大物源體系混源的特征。

圖 4 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段物源區(qū)代表性特征元素含量比值分布模式Fig.4 Distribution patterns of typical element content ratios in the provenance of the upper Es4in Guangli area,the Dongying Sag

圖 5 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段 Cs5砂組特征元素含量比值分布模式Fig.5 Distribution patterns of typical element content ratios in the Cs5 sand unit at the upper Es4of Guangli area,the Dongying Sag

1.3 砂礫巖含量分布特征

陸源碎屑顆粒在搬運(yùn)過程中,受沉積分異作用控制,粗碎屑沉積物一般分布于盆地的外圍地區(qū),盆地中心一般為細(xì)粒沉積物,且砂礫巖含量順物源方向逐漸降低。因此,沉積地層中砂礫巖含量平面變化的特點(diǎn)和規(guī)律可以作為判斷古水流、確定沉積物源的有效方法[13～16]。

1)Cs1,Cs2與 Cs3砂組

砂礫巖含量的高值區(qū)主要位于工區(qū)東北部,絕大多數(shù)井的砂礫巖含量超過 40%,平面分布具有由東北向西南減小的特點(diǎn);南部萊 12井與萊 3井周圍,小范圍內(nèi)發(fā)育砂巖地層;分析認(rèn)為,Cs1,Cs2與 Cs3砂組沉積物主要來自東北青坨子凸起,南部魯西隆起物源區(qū)的貢獻(xiàn)較小 (圖 6a—c)。

2)Cs4砂組

砂礫巖含量的高值區(qū)位于工區(qū)南部和東北部,南部砂礫巖的分布面積較大;砂礫巖含量平面分布具有由南向北、由東北向西南同時(shí)減小的特點(diǎn),表明 Cs4砂組沉積時(shí)期,青坨子凸起和魯西隆起均對沉積提供物源,魯西隆起的影響范圍較青坨子凸起更大(圖 6d)。

3)Cs5砂組

具有 3個(gè)砂礫巖含量高值區(qū),分別位于工區(qū)的南部、東北部和中部王斜 583井周圍;砂礫巖含量平面分布具有由南向北、由東北向西南同時(shí)減小,至工區(qū)中部含量增大的特點(diǎn),表明 Cs5砂組與Cs4砂組沉積時(shí)期類似,同樣具有雙物源體系,南北物源體系在工區(qū)中部交匯,造成中部王斜 583井周圍砂礫巖含量增大(圖 6e)。

4)Cs6,Cx1,Cx2與 Cx3砂組

砂礫巖含量的高值區(qū)位于工區(qū)南部,平面分布具有由南向北減小的特點(diǎn),表明 Cs6,Cx1,Cx2與 Cx3砂組沉積時(shí)期,沉積物來自南部魯西隆起(圖 6f—i)。

圖 6 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段沉積期砂礫巖百分含量Fig.6 Net-to-gross ratio of the upper Es4in Guangli area,the Dongying Sag

續(xù)圖 6 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段沉積期砂礫巖百分含量Fig.6(continued) Net-to-gross ratio of the upper Es4 in Guangli area,the Dongying Sag i.Cx3砂組

1.4 物源體系特征

由上述研究可知,廣利地區(qū)沙四上亞段沉積時(shí)期,存在來自青坨子凸起的東北部物源體系和來自魯西隆起物源區(qū)的南部物源體系。

東北部物源體系受控于青坨子凸起,母巖區(qū)緊鄰廣利地區(qū),受青南大斷裂的影響,地形坡度陡,碎屑顆粒由青坨子凸起直接進(jìn)入工區(qū),屬于近距離搬運(yùn)的近源沉積。結(jié)合鉆井巖心和錄井資料分析,沉積物粒度粗,分選磨圓差,雜基含量高;穩(wěn)定組分石英含量低,一般為 25%～60%;不穩(wěn)定組分巖屑、長石等含量高,巖屑含量范圍 8%～59%,平均 27.7%;成分成熟度較低,平均為 0.71 (表 1)。

南部物源體系沉積物源自魯西隆起,經(jīng)南部緩坡帶才能到達(dá)廣利地區(qū),屬于長距離搬運(yùn)的遠(yuǎn)源沉積。沉積物粒度細(xì),分選、磨圓好,雜基含量低;穩(wěn)定組分石英含量高,含量范圍 28%～61%,平均為 45.3%;不穩(wěn)定組分巖屑含量較低,含量范圍5%～44%,平均含量 20.7%;成分成熟度較高,平均為 0.86(表 1)。

2 物源體系對沉積的控制作用

由圖 6廣利地區(qū)沙四上亞段各沉積時(shí)期的砂礫巖百分含量分布可以看出,沙四上亞段沉積時(shí)期兩大物源體系存在一定的演化規(guī)律,早期以南部來自魯西隆起區(qū)物源體系為主,晚期以東北部來自青坨子凸起物源體系為主,其中 Cs5和 Cs4沉積時(shí)期屬于兩個(gè)物源體系的轉(zhuǎn)換時(shí)期,特別是Cs5砂組沉積時(shí)期兩大物源體系所控制的沉積作用均比較明顯,這也決定了該時(shí)期砂體發(fā)育,且沉積成因類型復(fù)雜。

2.1 東北部物源體系控制下的沉積特征

東北部物源體系發(fā)育時(shí)期,碎屑物經(jīng)歷短距離搬運(yùn)入湖,粒度粗、分選磨圓差,成分成熟度較低。含礫砂巖、礫狀砂巖等粗碎屑處于沉積序列底部,具塊狀層理,發(fā)育沖刷充填構(gòu)造;粒度較細(xì)的細(xì)砂巖、粉砂巖等發(fā)育沙紋層理、平行層理、液化變形等沉積構(gòu)造;泥巖顏色為淺灰色。綜合鉆井巖心、錄井等資料以及砂礫巖體分布特征等分析,東北部物源體系控制下主要發(fā)育了扇三角洲、辮狀河三角洲等近源沉積體系 (圖 7a,圖8)。

2.2 南部物源體系控制下的沉積特征

南部物源體系發(fā)育時(shí)期,碎屑物質(zhì)經(jīng)歷較長距離的搬運(yùn)后入湖,沉積物粒度細(xì),分選、磨圓好,成分成熟度高,主要發(fā)育了曲流河三角洲 -濱淺湖灘壩沉積體系 (圖 7b)。灘壩沉積以粉砂巖、細(xì)砂巖為主,垂向沉積序列多為反序,生物成因構(gòu)造及其發(fā)育;曲流河三角洲沉積巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主,分流河道序列底部沖刷構(gòu)造發(fā)育,粒度最粗至粗砂巖(圖 7c,圖 9)。

表 1 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段物源體系巖石組分特征Table 1 Rock components of the provenance system s of the upper Es4in Guangliarea,the Dongying Sag

圖 7 東營凹陷廣利地區(qū)不同物源體系下的沉積特征Fig.7 Characteristics of sedimentary systems under the control of different provenance systems in Guangli area, the Dongying Sag

2.3 兩大物源體系控制下的沉積特征

Cs4,Cs5砂組時(shí)期,物源體系開始由南向東北方向轉(zhuǎn)移,受斷層影響,該時(shí)期發(fā)育東西向斷溝,東北物源體系控制下的粗碎屑沉積物沿溝道入湖,沉積物粒度較辮狀河三角洲、扇三角洲沉積更粗,分選磨圓更差,平面分布形態(tài)呈帶狀;此時(shí)南部物源體系的影響減弱,其控制下的高成熟度細(xì)粒沉積物受岸流、波浪的影響,進(jìn)入淺湖沉積,形成淺湖灘壩。淺水溝道重力流屬于事件沉積,平面上對淺湖灘壩進(jìn)行分割,沉積序列具有淺水溝道重力流與淺湖灘壩交互沉積的特點(diǎn) (圖 7c,圖10)。

3 結(jié)論與建議

廣利地區(qū)沙四上亞段沉積時(shí)期存在南部和東北部兩大物源體系,物源體系的差異性控制了砂體的成因類型和分布。研究結(jié)果顯示,沙四上亞段段沉積早期,南部物源體系發(fā)育,以曲流河三角洲-濱淺湖灘壩沉積為主,且沉積物粒度細(xì)、分選磨圓好,成分成熟度高;沙四上亞段沉積晚期,東北部物源體系發(fā)育,以辮狀河三角洲和扇三角洲沉積為特征,沉積物粒度粗,分選磨圓差,成分成熟度低;沙四上亞段中期的 Cs4,Cs5砂組沉積期,南部和東北部物源體系共存,受古地貌影響,發(fā)育溝道重力流和淺湖灘壩沉積體系,沉積序列具有重力流和牽引流交互沉積的特征。

歷經(jīng) 40余年的勘探開發(fā),目前研究區(qū)主力層系(沙四上亞段 Cs1—Cs3砂組)及構(gòu)造油藏已達(dá)到很高的勘探程度,而對深部層系沙四上亞段 Cs5與 Cs6砂組及純下認(rèn)識(shí)程度較低。2009年以來在廣利西翼部署的萊斜 112井和萊 113井已經(jīng)獲得突破,分別獲得 15.2 m和 5.1 m油層,試油分別獲得 4.47 t/d和 13 t/d產(chǎn)液量。研究表明,萊斜112井和萊 113井出油層段均為濱淺湖灘壩沉積,揭示了該區(qū)域沙四上亞段深部層系濱淺湖灘壩的巨大勘探潛力。因此,三角洲前緣由沿岸流改造形成的灘壩砂體是今后勘探的重點(diǎn),在下一步的勘探部署中,建議整體控制廣利周緣沙四上亞段薄互層儲(chǔ)量,加大灘壩砂類巖性和構(gòu)造共同控制的復(fù)合油氣藏的部署和勘探。

圖 8 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段東北部物源體系控制下的沉積體系分布特征Fig.8 Distribution of sedimentary systems under the control of the northeastern provenance system in the upper Es4of Guangli area,the Dongying Sag

圖 9 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段南部物源體系控制下的沉積體系分布特征Fig.9 Distribution of sedimentary systems under the control of the southern provenance system in the upper Es4of Guangli area,the Dongying Sag

圖 10 東營凹陷廣利地區(qū)沙四上亞段雙物源體系控制下的沉積體系分布特征(Cs5砂組沉積時(shí)期)Fig.10 Distribution of sedimentary systems under the control of the coexisted southern and northeastern provenance systems(during the sedimentation of the Cs5 sand unit)in the upper Es4of Guangli area,the Dongying Sag

致謝:文章在寫作過程中得到了中國石油大學(xué)(華東)地球資源與信息學(xué)院操應(yīng)長教授的幫助,在此致以最誠摯的感謝!

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Provenance systems and their control on the sed imentation of the upper Es4in Guangliarea of the Dongying Sag,the Bohai Bay Basin

Sun Haining1,2,Wan Nianming1,2and Xu Taoyu3

(1.Guangzhou Institute of Geochem istry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou,Guangdong510640,China;2.Development Division,SINOPEC Oilfield Exploration and Developm ent Departm ent,Beijing100728,China;3.College of Geo-Resources and Infor m ation,China University of Petroleum,Q ingdao,Shandong266555,China)

According to analyses of rock component,element geochemistry and sandy net-to-gross ratio, two provenance systems,namely the southern one and the northeastern one,are believed to exist during the sedimentation of the upper 4thmemberof Eocene Shahejie For mation(Es4)in Guangli area ofDongying Sag,the BohaiBayBasin and they controlled the genetic types and distribution of sandbodies.In the early period of the sedimentation of the upper Es4,the south provenance predominated,and there developed meander river delta and shallow lake-beach bars.While in the late period the sedimentation of the upper Es4,the northeastprovenance predominated,and there developed braided river delta and fan delta.In the middle period of the sedimentation of the upper Es4,the two provenance systems coexisted,and there developed sandbodies of multiple genetic types with alternating gravity flow deposits and traction current deposits.Beach bars resulted from modification of longshore current at the delta front should be important targets for further exploration.Exploration of lithologic-structural combination traps of beach bars types should be strengthened.

Shehejie For mation,provenance system,sed imentary system,Guangli area,Dongying Sag,BohaiBayBasin

TE122.2

A

0253-9985(2010)05-0583-11

2010-06-02。

孫海寧(1968—),女,高級工程師,油氣田開發(fā)地質(zhì)。

教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(NCET-06-0604);國家油氣重大專項(xiàng)(2008ZX05051-002);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40972080)。

(編輯 董 立)