遼河坳陷西部凹陷XX井單井沉積相分析

劉 寧，代宗仰

(西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610500 )

本文通過(guò)研究沉積相的標(biāo)志、沉積相類(lèi)型分析，對(duì)XX井沙河街組四段高升、杜家臺(tái)油層進(jìn)行巖石沉積特征、沉積相組合特征的研究，分析巖性差異原因，得出沙四沉積初期研究區(qū)為干旱氣候，水體偏堿性，有利于湖相碳酸鹽的沉積，高升中晚期，湖盆基底沉降十分強(qiáng)烈，出現(xiàn)了顯著的西抬東降、北抬南降的變化，斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，湖盆擴(kuò)張，湖盆水體強(qiáng)烈加深，在高升沉積末晚期，湖盆略有萎縮，湖平面開(kāi)始下降，杜三層沉積時(shí)期，發(fā)育一個(gè)快速湖侵緩慢湖退的沉積旋回，杜二沉積早期，水體較深，發(fā)育了湖泊相沉積體系。杜二層中晚期和杜一層沉積時(shí)期，扇三角洲相沉積較高升層及杜三層沉積時(shí)期發(fā)育。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷的中北部，東部以臺(tái)安-大洼斷裂為界，西至古近系沙四段尖滅線，包括陳家、臺(tái)安兩個(gè)次級(jí)洼陷。渤海灣盆地是在中生界盆地之上發(fā)育起來(lái)的一個(gè)新生代大陸裂谷型盆地，西部凹陷是遼河坳陷內(nèi)最大的一個(gè)次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，總體上呈北東向展布，是一個(gè)東斷西超、東陡西緩的狹長(zhǎng)箕狀斷陷。研究區(qū)斷層在縱向上分布具有鮮明的特點(diǎn)，即除了東部臺(tái)安-大洼走滑斷層幾乎斷開(kāi)從太古界至新生界的地層外，其它地區(qū)的地層剖面上存在著上下兩個(gè)斷裂系統(tǒng)。

上部斷裂系統(tǒng)主要分布于東營(yíng)組至沙三段，均為正斷層。下部斷裂系統(tǒng)分布于基底、沙四段至沙三段，主要以不同級(jí)別的基地?cái)嗔褳橹?，斷層傾角較陡，斷層面平直，斷距大小不一，斷層為同向或反向正斷層，使凹陷斜坡帶呈現(xiàn)凹隆相間的構(gòu)造格局。

2 地層劃分與特征

古近系沙河街組四段：頂深2494m，底深2793m。

分層依據(jù)：雙側(cè)向曲線表現(xiàn)為中低阻值呈指狀和刺刀狀形狀的中高阻值，部分層位呈低阻值的鋸齒狀。

由于研究區(qū)已經(jīng)過(guò)多年勘探，對(duì)地層層系的命名已經(jīng)形成一套完整的體系。在對(duì)沙河街四段內(nèi)部各個(gè)次級(jí)層段劃分和對(duì)比時(shí)，在堅(jiān)持等時(shí)地層對(duì)比原則的基礎(chǔ)上，充分兼顧了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的原有地層名稱(chēng)。即以五級(jí)旋回層序Ⅰ對(duì)應(yīng)高升層(S4g2)，層序II對(duì)應(yīng)杜家臺(tái)油層的杜三層(S4d3)，層序Ⅲ和層序Ⅳ的上升半旋回對(duì)應(yīng)于杜家臺(tái)油層的杜二層(S4d2)，層序Ⅳ的下降半旋回對(duì)應(yīng)于杜家臺(tái)油層的杜一層(S4d1)(見(jiàn)圖1)。

西部凹陷沙四段與上覆沙三段地層在凹陷大部分區(qū)域呈整合接觸，兩者在電性以及巖性等方面存在明顯的差異性。

XX井沙四段頂部主要為大套深灰色泥巖，而上覆的沙三段底部則為大套灰色細(xì)砂巖夾薄層深灰色泥巖。電性曲線方面沙三段底部GR具有明顯的左偏移，其值在6080API左右，平均約為70API，電阻率曲線具有明顯的右偏移，其值偏高，呈鋸齒狀；沙四段頂部GR具有明顯的右偏移，其值約在80API，電阻率曲線具有明顯的左偏移，呈平坦基形。

圖1 沙四段地層劃分圖-XX井為例

沙四段底部與下伏房身泡組存在不整合面，不整合面上的巖性與電性均具有明顯的差異性。房身泡組的巖性以火山巖為主，GR曲線和電阻率曲線均具有明顯的左偏移，GR值在20～40API之間，平均約為30API，與上覆沙四段底部分界明顯，沙四段底部GR曲線值表現(xiàn)為中高值，在70API-100API之間，約為82API。

地層巖性特征：上部主要為泥巖、細(xì)砂巖與油頁(yè)巖的不等厚互層為主，泥巖發(fā)育厚度較大，中部發(fā)育白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖、泥巖的不等厚互層，白云質(zhì)灰?guī)r為中部的主要發(fā)育巖性，下部發(fā)育泥巖夾油頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r的不等厚互層，底部發(fā)育灰質(zhì)白云巖夾泥巖。

3 沉積相標(biāo)志

通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定，發(fā)現(xiàn)，XX井沙四段主要以細(xì)粒沉積為主，并將XX沙河街組沙四段巖石類(lèi)型劃分為碎屑巖類(lèi)、碳酸鹽巖類(lèi)、以及混合沉積巖類(lèi)三大類(lèi)，各類(lèi)又可進(jìn)一步劃分為若干巖石類(lèi)型，它們各自特征如下：

3.1 碎屑類(lèi)

3.1.1 泥巖

泥巖以灰色和深灰色為主，顏色均勻，質(zhì)地不純硬度稍大，成巖性良。該井還發(fā)育灰質(zhì)泥巖，含量較少，主要發(fā)育在沙四段的中下部。

3.1.2 砂巖

該井主要在沙四段的杜一層發(fā)育淺灰色中至厚層狀細(xì)砂巖和中層狀含礫中砂巖，硬度較大。

3.2 碳酸鹽巖類(lèi)

碳酸鹽巖類(lèi)是沙四段巖石學(xué)類(lèi)型的重要組成部分，沙四段碳酸鹽巖類(lèi)主要有三種巖性，分別為泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r。

3.2.1 泥質(zhì)灰?guī)r

XX井沙四段泥質(zhì)灰?guī)r多為深灰色和灰黃色兩種顏色，反應(yīng)的沉積環(huán)境不同，深灰色較灰黃色水體深，一般泥質(zhì)灰?guī)r多發(fā)育溶蝕孔隙，裂縫欠發(fā)育，裂縫多被方解石或方沸石充填。

3.2.2 泥質(zhì)白云巖

該巖性是該井沙四段杜家臺(tái)三層最為發(fā)育的巖石類(lèi)型，其顏色一般為灰黃色。白云石含量一般較高，泥質(zhì)含量較低，常見(jiàn)紋層構(gòu)造和揉皺變形構(gòu)造。泥質(zhì)白云巖的儲(chǔ)集空間一般為微裂縫-微孔隙為主，裂縫多為構(gòu)造縫，偶見(jiàn)被方沸石充填的裂縫，一般這種裂縫充填的方沸石硬度大。

3.2.3 白云質(zhì)灰?guī)r

雷15井白云質(zhì)灰?guī)r多為灰色，偶見(jiàn)灰黃色，主要成分是泥晶方解石。

3.3 混合沉積巖類(lèi)

沙四段的巖性劃分除了為碎屑巖和碳酸鹽巖兩大類(lèi)，還有它們之間的混合沉積巖類(lèi)，且混合沉積巖類(lèi)占沙四段巖石學(xué)類(lèi)型的主要部分。該區(qū)的混合沉積巖主要由碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積,其類(lèi)型較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

3.3.1 結(jié)構(gòu)混合沉積巖

此類(lèi)巖石類(lèi)型在沙四段分布較為常見(jiàn)，其中包括泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖和白云質(zhì)泥巖等多種類(lèi)型。

3.3.1．1 泥質(zhì)碳酸鹽巖

泥質(zhì)碳酸鹽巖是雷家西部凹陷沙四段主要的沉積產(chǎn)物。巖性主要以灰黃色、褐黃色泥質(zhì)灰?guī)r或泥質(zhì)云巖為主。一般發(fā)育在水動(dòng)力較弱的環(huán)境下。

3.3.1．2 灰質(zhì)泥巖或云質(zhì)泥巖

灰(云)質(zhì)泥巖在全區(qū)均有發(fā)育，特別是在沙四段杜二層、杜三層以及高升層較為發(fā)育，顏色以深灰色為主，多發(fā)育在深部?jī)羲h(huán)境中，常見(jiàn)水平紋層。以雷15井為例，灰(云)質(zhì)泥巖主要發(fā)育在沙四段杜三層和高升層，是陸源碎屑與碳酸鹽巖混合沉積的產(chǎn)物，具水平穩(wěn)層。

3.3.2 互層混合沉積巖

3.3.2． 1 泥巖與碳酸鹽巖交互沉積

由XX井沉積儲(chǔ)層綜合柱狀圖可以明顯看出，在沙四段杜二層至沙四底部發(fā)育明顯的泥質(zhì)碳酸鹽巖與泥巖的交互不等厚成層，紋層構(gòu)造較為發(fā)育，薄片鑒定結(jié)果顯示紋層類(lèi)型主要為富方沸石紋層和富白云石紋層。亮色紋層是富白云石、富方沸石紋層，由較純凈的的微晶白云石或方沸石與陸源碎屑長(zhǎng)石、石英組成，富方沸石紋層一般硬度較大，巖心顯示多為白色。

3.3.2．2 油頁(yè)巖

本井段油頁(yè)巖顏色為深褐色，反映缺氧的還原環(huán)境，油頁(yè)巖常與泥質(zhì)白云巖、泥巖互層出現(xiàn)，是弱水動(dòng)力條件下的產(chǎn)物。

4 沉積相類(lèi)型

在區(qū)域地質(zhì)資料及前人研究成果收集和整理分析的基礎(chǔ)上，采用相標(biāo)志結(jié)合鉆井巖心的精細(xì)觀察與描述，結(jié)合錄井測(cè)井等資料的綜合分析，對(duì)XX井剖面可分為湖泊相和扇三角洲相兩種類(lèi)型，又可進(jìn)一步劃分為前三角洲、扇三角洲前緣、半深湖-深湖三種亞相以及前三角洲泥、遠(yuǎn)砂壩、河口沙壩、水下分流河道、灰泥質(zhì)湖底、泥質(zhì)湖底等多種微相(表1)。

表1 西部凹陷XX井沙四段沉積相分類(lèi)簡(jiǎn)表

4.1 扇三角洲相

XX井沙四段杜一層和杜二層的下降半旋回為扇三角洲相的典型代表(圖)，深度在2493～561m之間，主要為深灰色泥巖，夾少量淺灰色砂巖，儲(chǔ)層的物性較差，可見(jiàn)油氣顯示。根據(jù)巖性可進(jìn)一步劃分為前扇三角洲和扇三角洲前緣兩個(gè)亞相。

4.1.1 前扇三角洲亞相

前扇三角洲泥微相(圖2)

前扇三角洲泥微相：巖性主要以厚層狀泥巖為主，泥巖厚度可達(dá)20m左右，顏色主要為深灰色，在電性方面，自然伽馬表現(xiàn)為低幅度的鋸齒狀；電阻率曲線表現(xiàn)為平坦基形，反映水體較為平穩(wěn)，沉積巖性單一。

圖2 XX井前扇三角洲泥和扇三角洲前緣遠(yuǎn)砂壩微相

4.1.2 扇三角洲前緣亞相

可分為河口沙壩和遠(yuǎn)砂壩兩種沉積微相(圖2、3)

圖3 XX井扇三角洲前緣河口沙壩微相

圖4 XX井泥灰質(zhì)湖底電性曲線特征

河口沙壩微相：位于水下分流河道的河口處，是河水與湖水劇烈交鋒區(qū)，沉積速率較高，沉積物主要以分選好的細(xì)砂巖和粉砂巖組成，成層厚度為中至厚層狀，以發(fā)育向上變粗的沉積序列為特征。XX井沙四段上部發(fā)育一套扇三角洲前緣河口沙壩微相(圖)，巖性下部為淺灰色細(xì)砂巖、上部為含礫細(xì)砂巖。電測(cè)曲線表現(xiàn)為中、低幅度的漏斗形。

遠(yuǎn)砂壩微相：位于河口沙壩前方較遠(yuǎn)位置，又稱(chēng)末端沙壩。XX井沙四段杜一層中部發(fā)育遠(yuǎn)砂壩微相，巖性主要為淺灰色細(xì)砂巖。

4.2 湖泊相

湖泊相沉積是沙四段最主要的沉積類(lèi)型，具有厚度大、范圍廣的沉積特點(diǎn)。沙四段沉積初始時(shí)期,湖盆范圍相對(duì)較小,基底塊斷作用以及房身泡期的巖漿活動(dòng)形成了多個(gè)水下低隆及高出湖面的水上隆起區(qū),在隆凹相間的古地理格局中,水上隆起區(qū)主要處于無(wú)沉積的侵蝕狀態(tài),水下低隆起區(qū)由于多處于湖盆浪基面之上而發(fā)育淺湖亞相碳酸鹽粒屑灘沉積,其它淺洼區(qū)主體以接受淺湖亞相泥巖為主,深洼區(qū)主要發(fā)育半深湖-深湖亞相泥質(zhì)碳酸鹽巖或泥巖；至沙四段沉積的中晚時(shí)期,由于基底的不斷沉降,湖盆范圍逐漸擴(kuò)大,早期隆凹相間的古地貌特征也由于沉積充填作用而變得不明顯,主體以湖相泥頁(yè)巖和含灰(云)質(zhì)泥巖為主,碳酸鹽沉積不如早期發(fā)育;沙四末期,湖盆范圍有一定的收縮,在湖盆邊緣的陸源碎屑沉積相對(duì)增多。

圖5 XX井泥質(zhì)湖底電性曲線特征

4.2.1 半深湖-深湖亞相

半深湖-深湖亞相是浪基面下的相帶，浪基面與氧化界面之間的部分稱(chēng)為半深湖亞相，氧化界面下的部分稱(chēng)為深湖亞相，由于該井的兩個(gè)亞相很難明顯的區(qū)分開(kāi)，所以稱(chēng)之為半深湖-深湖亞相。沙四段沉積時(shí)期主要為半深湖-深湖亞相沉積,其巖石類(lèi)型主要為泥巖、油頁(yè)巖及泥質(zhì)碳酸鹽巖。通過(guò)分析將該井的半深湖-深湖亞相分為泥質(zhì)湖底微相、泥灰質(zhì)湖底微相、云泥質(zhì)湖底微相、灰泥質(zhì)湖底微相這四個(gè)微相。

4.2.1.1 泥灰質(zhì)湖底微相(圖4)

泥灰質(zhì)湖底微相的巖性主要是灰黃色白云質(zhì)灰?guī)r，同時(shí)也可見(jiàn)層狀灰質(zhì)泥巖，如2626～2679m。白云質(zhì)灰?guī)r發(fā)育紋層構(gòu)造，由于發(fā)育方沸石巖性，使得該微相的電性曲線在部分層位存在異常，自然伽馬值約在40～120API，電阻率值較高，達(dá)到上百Ω·m。

4.2.1.2 泥質(zhì)湖底微相(圖5)

泥質(zhì)湖底微相的巖性主要為深灰色泥巖夾薄層油頁(yè)巖，如XX井2700～2743m。泥巖常發(fā)育紋層構(gòu)造，自然伽瑪值約在60～80API，電阻率值較低約在1～10Ω·m。

4.2.1.3 云泥質(zhì)湖底微相(圖6)

該微相的巖性主要以云質(zhì)泥巖為主，另外常見(jiàn)與泥巖或泥質(zhì)白云巖互層沉積，見(jiàn)XX井2778～2793m。云質(zhì)泥巖發(fā)育紋層構(gòu)造，常具水平層理。自然伽瑪值較高，在60～110API左右；電阻率曲線值在1～40Ω·m。

4.2.1.4 灰泥質(zhì)湖底微相(圖7)

該微相巖性主要以深灰色灰質(zhì)泥巖、灰黃色泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾薄至中層狀深灰色泥巖，見(jiàn)XX井2680～2698m、2743～2793m?；屹|(zhì)泥巖發(fā)育水平層理，自然伽瑪值在45～85API之間，電阻率曲線值在5～20Ω·m之間。泥質(zhì)灰?guī)r紋層發(fā)生變形，多發(fā)育微裂縫，自然伽瑪值約在57～82API之間，電阻率曲線值在10～110Ω·m。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)西部凹陷雷家地區(qū)XX井單井沉積相和沉積體系的研究，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),見(jiàn)圖8。

圖8 XX井沉積儲(chǔ)層綜合柱狀圖

(1)古近系沙河街組四段：頂深2494m，底深2793m。通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定，將XX井沙河街組沙四段巖石類(lèi)型劃分為碎屑巖、碳酸鹽巖以及混合沉積巖類(lèi)三大類(lèi)，各類(lèi)又可進(jìn)一步劃分為若干巖石類(lèi)型。其中碎屑巖為泥巖和砂巖類(lèi)，泥巖類(lèi)包括泥巖、灰質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖等，砂巖類(lèi)包括含礫細(xì)砂巖和細(xì)砂巖；碳酸鹽巖類(lèi)主要包括泥質(zhì)云巖和泥質(zhì)灰?guī)r；混合沉積巖類(lèi)包括結(jié)構(gòu)混合沉積巖和互層混合沉積巖。

(2)沙四段沉積時(shí)期主要為湖泊相沉積，沙四段上部沉積扇三角洲相沉積，通過(guò)相標(biāo)志研究，可將湖泊相分為半深湖-深湖亞相沉積，進(jìn)一步分為泥質(zhì)湖底、云泥質(zhì)湖底、灰泥質(zhì)湖底和泥灰質(zhì)湖底等微相；扇三角洲相可分為前扇三角洲和扇三角洲前緣亞相，進(jìn)一步分為前扇三角洲泥、河口沙壩和遠(yuǎn)砂壩等微相。

(3)研究發(fā)現(xiàn)XX井沙四段存在多個(gè)沉積旋回，反映了多期次水體變化，第一旋回上部主要為灰質(zhì)泥巖和泥巖，夾油頁(yè)巖下部主要為泥質(zhì)灰?guī)r夾泥巖，底部主要為含砂云巖和泥巖；第二旋回上部主要為泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖，含少量云質(zhì)灰?guī)r、油頁(yè)巖和砂巖，中部和下部主要為云質(zhì)灰?guī)r；第三旋回上部主要為砂巖與泥巖，中部為泥巖和云質(zhì)灰?guī)r、砂巖、含砂云巖互層，下部為灰質(zhì)泥巖、云質(zhì)灰?guī)r和泥巖互層。