三角洲前緣滑塌型重力流沉積特征及控制因素
——以松遼盆地大安地區(qū)青一段為例

符 勇 ，李忠誠，萬 譜，闕宜娟，王振軍，吉 雨，黃 禮，羅靜蘭，鮑志東

（1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069；2.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原 138001；3.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；4.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

近年來，在我國松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、鶯歌海盆地相繼發(fā)現(xiàn)了重力流沉積，且逐漸成為勘探開發(fā)的重點(diǎn)［1-5］。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，發(fā)現(xiàn)了一些與濁流沉積特征具有明顯差異的重力流砂體，應(yīng)用鮑馬序列和海底扇模式已不能很好地滿足現(xiàn)階段勘探開發(fā)的需求。以Shanmugam［6］為代表提出的砂質(zhì)碎屑流概念和建立的斜坡重力驅(qū)動(dòng)沉積物再搬運(yùn)沉積模式代表了目前深水沉積研究的最新進(jìn)展，也有部分學(xué)者提出了異重流的概念。大部分學(xué)者對(duì)三角洲前緣砂體失穩(wěn)再沉積型深水重力流的相關(guān)研究主要集中在沉積特征及識(shí)別標(biāo)志上，多通過取心井巖心、沉積物粒度等單一資料進(jìn)行分析，這難以對(duì)重力流沉積特征進(jìn)行綜合分析［7-9］，還有部分學(xué)者探討了重力流巖相類型［10］，但對(duì)其形成分布規(guī)律及控制因素的研究還不夠深入。

張永旺等［11］在研究區(qū)青一段發(fā)現(xiàn)了重力流沉積，但受傳統(tǒng)濁流理論影響，仍認(rèn)為研究區(qū)深水重力流沉積以單一濁流重力流類型為主，使得理論指導(dǎo)性不足，勘探開發(fā)效果欠佳。因此，綜合應(yīng)用多種資料對(duì)研究區(qū)青一段三角洲前緣滑塌型重力流的沉積特征、識(shí)別標(biāo)志、分布規(guī)律及控制因素進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而豐富、完善重力流的相關(guān)理論，以期對(duì)研究區(qū)青一段三角洲前緣滑塌重力流高效勘探和開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地是一個(gè)具斷坳雙重結(jié)構(gòu)的中—新生代陸相含油氣盆地，構(gòu)造上可劃分為中央坳陷、西部斜坡、西南隆起、東南隆起、東北隆起以及北部傾沒區(qū)6 個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元［12］。盆內(nèi)下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營城組沉積時(shí)期為湖盆發(fā)育的斷陷期，下白堊統(tǒng)登婁庫組沉積時(shí)期為斷坳轉(zhuǎn)換期，下白堊統(tǒng)泉頭組、上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組及明水組沉積時(shí)期為湖盆坳陷期［13］。湖盆在坳陷期經(jīng)歷了2 次從興盛到衰亡的過程，青山口組二段和嫩江組一段分別對(duì)應(yīng)最大湖泛期，青一段湖平面快速上升。松遼盆地大安地區(qū)橫跨松遼盆地西部斜坡和中央坳陷2 個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，并發(fā)育二級(jí)構(gòu)造坡折帶，面積約120 km2（圖1）［14］。受西部白城和英臺(tái)水系控制，研究區(qū)主要發(fā)育大型退積型辮狀河三角洲——重力流滑塌沉積［15-16］，因其砂體緊鄰烴源巖，具有非常優(yōu)越的油源條件。本次研究目的層為青山口組一段，平均厚度約為81.8 m，砂巖以含粉砂—粉砂質(zhì)長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖為主，自下而上發(fā)育4 個(gè)砂組，其中Ⅱ砂組和Ⅲ砂組為主力含油層位，Ⅱ砂組油層厚度平均約為3.03 m，Ⅲ砂組油層厚度平均約為2.70 m。青一段泥巖以灰黑色和黑色為主，發(fā)育黃鐵礦，介形蟲等。

2 滑塌成因重力流識(shí)別標(biāo)志及沉積類型

通過對(duì)松遼盆地大安地區(qū)青一段取心井巖心沉積特征、砂巖粒度與結(jié)構(gòu)特征分析，結(jié)合測(cè)井與地震響應(yīng)等地球物理特征分析，識(shí)別出了滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流及濁流3 種滑塌型重力流類型。

2.1 沉積構(gòu)造

2.1.1 滑動(dòng)-滑塌

滑動(dòng)-滑塌是指處于半固結(jié)狀態(tài)的三角洲前緣連續(xù)砂體，在自身重力或一定作用機(jī)制下發(fā)生運(yùn)移并脫離三角洲前緣砂體，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的塑性變形，整體呈塊狀固結(jié)沉積［17］。研究區(qū)滑動(dòng)-滑塌沉積特征主要表現(xiàn)為：上部砂巖與下部泥巖呈突變接觸，接觸面有一定的斜度，常見一部分砂巖攪入泥巖的現(xiàn)象［圖2（a）］，反映其沿剪切面發(fā)生滑動(dòng)的過程；在砂巖內(nèi)部還可見平行層理等部分原始沉積構(gòu)造［圖2（b）］，反映其呈整體塊狀固結(jié)沉積的過程；常見泥質(zhì)紋層因褶皺變形而形成的包卷層理［圖2（c）］以及滑塌角礫構(gòu)造等［圖2（d）］，反映重力失穩(wěn)后其內(nèi)部紋層發(fā)生同生變形的過程?；瑒?dòng)-滑塌沉積的存在證明了研究區(qū)發(fā)育的是滑塌成因的重力流而并非洪水成因的異重流。

2.1.2 砂質(zhì)碎屑流

砂質(zhì)碎屑流是指沉積物體積濃度大于50%，基質(zhì)支撐，整體呈凍結(jié)沉積的賓漢流體［18］。其發(fā)育的典型沉積構(gòu)造有：厚層塊狀層理，無明顯紋層構(gòu)造［圖2（e）］，反映其整體呈塊狀凍結(jié)的沉積特征；多發(fā)育泥巖撕裂屑構(gòu)造，以灰黑色為主，多呈長條狀水平排列，兩端具撕裂茬［圖2（f）］，反映主要來源于三角洲前緣泥質(zhì)沉積物的混雜成因，長條狀的泥巖撕裂屑與剪切力增強(qiáng)和其層狀流動(dòng)相關(guān)［19］；泥礫顏色以灰黑色為主，磨圓較好［圖2（g）］，反映其主要來源于前三角洲環(huán)境并經(jīng)歷較長時(shí)間搬運(yùn)，多在相序中部或頂部出現(xiàn)，反映砂質(zhì)碎屑流具有一定的流體強(qiáng)度和整體固結(jié)的沉降方式；此外，還可見塊狀砂巖頂部發(fā)育微弱的似流動(dòng)成因的平行層理［圖2（h）］，反映在搬運(yùn)過程中砂質(zhì)碎屑流向濁流轉(zhuǎn)化。

2.1.3 濁流

濁流是指沉積物體積濃度小于25%，湍流支撐的牛頓流體［20］。濁流發(fā)育的典型沉積構(gòu)造有：正粒序?qū)永怼⒅睾赡?、遞變層理［圖2（i）—（k）］。遞變層理上部發(fā)育沙紋層理、水平層理等構(gòu)造，構(gòu)成不完整的鮑馬序列ACE；砂泥交互沉積構(gòu)成多個(gè)沉積旋回，總體反映沉積水動(dòng)力較弱、并按照粒度大小懸浮沉積的過程［圖2（l）］。

2.2 粒度特征

松遼盆地大安地區(qū)青一段滑動(dòng)-滑塌巖粒度直方圖以“雙峰型”為主，雜基（Φ＞8）體積分?jǐn)?shù)多小于10%，砂巖平均粒徑Φ（Mz）為0.39，粒度中值Φ（Md）為3.37，標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）為0.93，偏度（SK1）為3.82，峰度（KG）為0.96［圖3（a），（b）］。依據(jù)福克判別標(biāo)準(zhǔn)［21］，其砂巖屬于分選較好、峰度中等、正偏態(tài)級(jí)別。粒度概率曲線多表現(xiàn)為“兩段式”，且以跳躍總體為主，懸浮總體與跳躍總體交截點(diǎn)在Φ為3.4～3.7，該點(diǎn)位置變化較小，表明其水動(dòng)力較為穩(wěn)定。跳跳躍總體斜率相對(duì)最大，表明其分選相對(duì)最好，沉積水動(dòng)力相對(duì)最強(qiáng)，C-M圖反映研究區(qū)青一段Ⅱ砂組和Ⅲ砂組同時(shí)具有重力流和牽引流的流體性質(zhì)［圖3（a）—（c）］。

砂質(zhì)碎屑流粒度直方圖以“單峰型”為主，雜基體積分?jǐn)?shù)為10%～15%，砂巖平均粒徑Φ（Mz）為4.89，粒度中值Φ（Md）為4.38，標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）為2.53，偏度（SK1）為0.46，峰度（KG）為1.44［圖3（d）—（e）］。依據(jù)?？伺袆e標(biāo)準(zhǔn)，其砂巖屬于分選較差、峰度尖銳、正偏態(tài)級(jí)別。粒度概率曲線多表現(xiàn)為“兩段式”，且以跳躍總體為主，懸浮總體與跳躍總體交截點(diǎn)在Φ為3.7～4.2，該點(diǎn)位置變化較大，表明其水動(dòng)力較不穩(wěn)定。跳躍總體斜率相對(duì)較小，表明其分選相對(duì)較差，沉積水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，C-M圖反映研究區(qū)青一段Ⅱ砂組同時(shí)具有重力流和牽引流的流體性質(zhì)，青一段Ⅲ砂組為重力流流體性質(zhì)［圖3（d）—（f）］。

濁流粒度直方圖以“雙峰型”為主，雜基體積分?jǐn)?shù)多大于15%，砂巖平均粒徑Φ（Mz）為7.68，粒度中值Φ（Md）為4.86，標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）為3.64，偏度（SK1）為0.16，峰度（KG）為1.01［圖3（g）—（h）］，依據(jù)?？伺袆e標(biāo)準(zhǔn)，其砂巖屬于分選差、峰度中等、正偏態(tài)級(jí)別。粒度概率曲線多表現(xiàn)為“兩段式”，且以懸浮總體為主，懸浮總體與跳躍總體交截點(diǎn)在Φ為2.3～2.5，該點(diǎn)位置變化較小，表明其水動(dòng)力較為穩(wěn)定。跳躍總體斜率相對(duì)最小，表明其分選相對(duì)最差，沉積水動(dòng)力相對(duì)最弱，C-M圖反映研究區(qū)青一段Ⅱ砂組和Ⅲ砂組均為重力流流體性質(zhì)［圖3（g）—（i）］。

2.3 測(cè)井及地震相標(biāo)志

滑動(dòng)-滑塌沉積的自然伽馬測(cè)井曲線多呈中—高幅箱形，頂?shù)壮释蛔兘佑|，垂向上無明顯變化，單層厚度一般較厚（多大于5 m），反映沉積水動(dòng)力較穩(wěn)定，局部出現(xiàn)齒化特征，對(duì)應(yīng)泥質(zhì)夾層，反映1 期或多期滑動(dòng)、滑塌沉積的疊加，在地震剖面上呈連續(xù)、強(qiáng)振幅反射特征。砂質(zhì)碎屑流沉積的自然伽馬測(cè)井曲線以中—低幅齒化箱形為主，與滑動(dòng)-滑塌沉積曲線特征具有一定的相似性，但其齒化更為嚴(yán)重，厚度更薄，單層厚度多為0.6～1.5 m，反映其基質(zhì)支撐、整體凍結(jié)的沉積特征，其地震反射呈較連續(xù)、中振幅反射特征。濁流沉積的自然伽馬曲線表現(xiàn)為泥巖基線上突出的指狀尖峰，對(duì)應(yīng)厚層泥巖中的砂層，表現(xiàn)為“泥包砂”的特征，反映水動(dòng)力較弱條件下的沉積過程，其地震反射呈不連續(xù)、低振幅反射特征（表1）。

表1 松遼盆地大安地區(qū)青一段重力流沉積測(cè)井及地震相特征Table 1 Logging and seismic facies characteristics of gravity flow sedimentation of Qing 1 member in Da'an area，Songliao Basin

3 滑塌成因重力流分布規(guī)律

3.1 垂向分布規(guī)律

松遼盆地大安地區(qū)滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流及濁流沉積在時(shí)間（垂向）上可以相互演化，其常見的垂向序列為多期次砂質(zhì)碎屑流相鄰或相間沉積，濁流與砂質(zhì)碎屑流相鄰或相間沉積。沉積特征主要表現(xiàn)為砂泥混雜、砂泥質(zhì)條帶及液化變形構(gòu)造發(fā)育，塊狀層理、沙紋層理、波狀層理及平行層理較發(fā)育，局部含漂浮泥礫和泥巖撕裂屑，在基準(zhǔn)面上升期重力流砂體發(fā)育規(guī)模相對(duì)較大（圖4）。

在單井沉積相分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維地震反演，揭示了3 種重力流的分布規(guī)律，進(jìn)而對(duì)井間沉積相進(jìn)行預(yù)測(cè)。研究表明，在剖面上重力流砂體主要分布在Ⅱ，Ⅲ砂組，Ⅱ砂組重力流砂體厚度較小，連續(xù)性較差，Ⅲ砂組重力流砂體厚度較大，連續(xù)性較好（圖5）。

3.2 平面分布規(guī)律

從盆地邊緣到盆地中心，滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流和濁流沉積依次發(fā)育。基準(zhǔn)面上升期形成的青一段Ⅲ砂組，沉積期物源供給充足，完整發(fā)育了3種重力流微相，這3 種重力流類型均為席狀分布，局部地區(qū)砂質(zhì)碎屑流可孤立分布于濁流沉積之上［圖6（a）］；基準(zhǔn)面下降期形成的Ⅱ砂組，其重力流發(fā)育規(guī)模相對(duì)較小，以砂質(zhì)碎屑流和濁流沉積為主，砂質(zhì)碎屑流沉積表現(xiàn)出了水下分流河道的形態(tài)特點(diǎn)［圖6（b）］。

4 滑塌成因重力流形成控制因素及沉積模式

4.1 滑塌型重力流形成控制因素

4.1.1 坡折帶

根據(jù)沉積物失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制，在相同的條件下，斜坡角越大，則重力沿斜坡向下的分力就越大，就越有利于沉積物發(fā)生滑塌作用［22-26］。地形坡度變緩是重力流進(jìn)行大量卸載的重要條件，通過對(duì)松遼盆地大安地區(qū)地形坡度的變化特征進(jìn)行解析，得出重力流在盆地斜坡位置發(fā)生了大量卸載，滑動(dòng)-滑塌沉積主要分布在斜坡的坡腳附近，而砂質(zhì)碎屑流以及濁流沉積則分別分布在盆地的斜坡與盆地的平原（圖7）。

4.1.2 基準(zhǔn)面

通過對(duì)層序地層格架控制下的順物源方向連井剖面的分析，可以看出滑塌成因重力流主要發(fā)育在基準(zhǔn)面上升期。在基準(zhǔn)面上升的過程中，辮狀河三角洲前緣沉積不久的、處于半固結(jié)狀態(tài)的沉積物在足夠的可容納空間中滑塌失穩(wěn)后形成重力流沉積；在基準(zhǔn)面下降過程中，由于水體下降，可容納空間變小，不易形成重力流沉積，但在基準(zhǔn)面下降早期，可容納空間較大時(shí)，發(fā)育較小規(guī)模的重力流沉積（圖7）。

平面上，基準(zhǔn)面上升期（Ⅲ砂組）重力流發(fā)育規(guī)模較大，3 種重力流砂體均為席狀分布［參見圖6（a）］，砂質(zhì)碎屑流C-M圖反映出了重力流流體性質(zhì)，但在基準(zhǔn)面下降期（Ⅱ砂組），重力流砂體發(fā)育規(guī)模較小，重力流砂體分布形態(tài)也發(fā)生了較大變化，特別是砂質(zhì)碎屑流沉積表現(xiàn)出了河道的分布形態(tài)特征［參見圖6（b）］，C-M圖同時(shí)也反映出了一定的牽引流流體性質(zhì)［圖3（f）］。

4.2 沉積模式

在明確重力流縱向和平面沉積特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景建立了大安地區(qū)青一段重力流沉積模式。研究區(qū)青一段重力流砂體的形成主要與來自西部的辮狀河三角洲前緣砂體因重力失穩(wěn)滑塌作用有關(guān)，坡折帶和基準(zhǔn)面的升降是重力流形成與分布的主要控制因素。青一段Ⅱ砂組和Ⅲ砂組是重力流發(fā)育的主要時(shí)期，發(fā)育滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流及濁流3 種重力流沉積。平面上，滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流及濁流依次演化，在基準(zhǔn)面上升期，重力流發(fā)育規(guī)模相對(duì)較大，在基準(zhǔn)面下降期，重力流發(fā)育規(guī)模相對(duì)較?。▓D8）。

5 滑塌型重力流勘探潛力

為明確不同成因類型砂體的勘探開發(fā)潛力，選取松遼盆地大安地區(qū)34 口井的試油產(chǎn)量與砂層厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，受三角洲前緣滑塌重力流沉積模式的控制，濁流砂層的厚度相對(duì)最薄，一般小于7 m，但試油產(chǎn)量相對(duì)最高，最高為17.56 t/d，平均為7.85 t/d；砂質(zhì)碎屑流砂層厚度較厚，為7～14 m，試油產(chǎn)量相對(duì)較高，最高為15.55 t/d，平均為7.23 t/d；滑動(dòng)-滑塌砂層厚度為12～16 m，試油產(chǎn)量相對(duì)較低，最高為3.52 t/d，平均為2.15 t/d（圖9）。

6 結(jié)論

（1）松遼盆地大安地區(qū)上白堊統(tǒng)青一段主要發(fā)育滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流及濁流3 種三角洲前緣滑塌型重力流沉積。這3 種重力流沉積在垂向上相鄰或相間分布，平面上依次演化，其中滑動(dòng)-滑塌沉積具有重力流和牽引流的雙重流體性質(zhì)，濁流沉積具有完全的重力流性質(zhì)，表現(xiàn)為不完整的鮑瑪序列。

（2）滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流及濁流沉積分別分布在斜坡坡腳、斜坡與盆地平原。基準(zhǔn)面上升期是重力流砂體發(fā)育的有利時(shí)期，砂質(zhì)碎屑流沉積呈席狀分布，表現(xiàn)為重力流流體性質(zhì)；基準(zhǔn)面下降早期，重力流砂體發(fā)育規(guī)模較小，砂質(zhì)碎屑流沉積表現(xiàn)出河道分布形態(tài)，表現(xiàn)為牽引流和重力流的雙重流體性質(zhì)。

（3）滑動(dòng)-滑塌、砂質(zhì)碎屑流及濁流砂層依次減薄，但單井產(chǎn)量依次增大。其中，砂質(zhì)碎屑流及濁流砂層厚度較?。ǘ嘈∮?2 m），但因其常與湖相烴源巖伴生而形成巖性圈閉，產(chǎn)量往往較高，具有較大的勘探開發(fā)潛力。