渤海石臼坨凸起南部陡坡帶沙河街組層序地層及沉積演化

邢天奇,劇永濤

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063210)

石臼坨凸起陡坡帶和渤海灣地區(qū)其他陡坡帶一樣,古近紀(jì)沙河街組和東營(yíng)組的構(gòu)造-沉積演化可分為裂陷Ⅱ幕、裂陷Ⅲ幕和裂陷Ⅳ幕,分別處于強(qiáng)烈裂陷期和裂陷晚期[1-4]。近些年,陡坡帶的勘探取得較好成果,證實(shí)凸起陡坡帶具有較大的勘探潛力,確定了在陡坡帶下降盤構(gòu)造-巖性油氣藏的潛力[5]。該項(xiàng)研究運(yùn)用經(jīng)典層序地層學(xué)、沉積地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等理論方法,綜合地震和測(cè)井資料,進(jìn)而建立石臼坨凸起陡坡帶的層序地層格架,進(jìn)行沉積體系類型和演化規(guī)律研究,為該地區(qū)油氣勘探提供有力依據(jù)。

1區(qū)域地質(zhì)背景

石臼坨凸起南鄰渤海海域內(nèi)凹陷面積最大的渤中凹陷,北鄰秦南凹陷和馬頭營(yíng)凸起,西鄰南堡凹陷,東鄰遼中凹陷[6]。石臼坨凸起南部陡坡帶位于渤中探區(qū),整體呈東西走向,研究區(qū)面積約為2 023 km2(見圖1)。

圖1 研究區(qū)位置圖

研究區(qū)湖相沉積發(fā)育較好,東營(yíng)組主要發(fā)育辮狀河三角洲-半深湖沉積。沙四段主要發(fā)育扇三角洲-半深湖-濱淺湖沉積,沙三段和沙一二段發(fā)育扇三角洲-辮狀河三角洲-半深湖沉積,且半深湖發(fā)育湖底扇-濱淺湖,濱淺湖發(fā)育鈣質(zhì)淺灘。沙四和沙三以及沙三和沙一二層序界面為間裂陷幕不整合接觸。前人通過渤海海域古近系層序地震、鉆井上的研究結(jié)果,將凹陷古近系沙河街組劃分為沙四層序、沙三層序和沙一二層序,東營(yíng)組劃分為東下層序和東上層序[1-3,7]。

2層序界面及層序地層格架

2.1 層序界面劃分

以區(qū)域地質(zhì)背景為基礎(chǔ),結(jié)合層序地層學(xué)和研究區(qū)地質(zhì)特征,對(duì)巖心、測(cè)井和地震資料綜合分析,描繪出有代表性的單井層序分析柱狀圖、聯(lián)井分析剖面圖,確立了層序地層劃分方案,分析出有年代地層學(xué)意義的關(guān)鍵侵蝕面和沉積面,建立石臼坨凸起南部陡坡帶沙河街組的層序地層格架(見圖2所示)。

圖2 石臼坨凸起南部陡坡帶古近系沙河街組層序地層綜合柱狀圖

以區(qū)域地質(zhì)背景分析為基礎(chǔ),結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征和具體資料,對(duì)石臼坨凸起南部陡坡帶古近系層序進(jìn)行劃分。研究區(qū)沙河街組劃分的三級(jí)層序界面為SB3、SB5、SB6和SB7,對(duì)應(yīng)地震界面為T7、T6、T5和T3,對(duì)應(yīng)的層序?yàn)镾QE2S4層序、SQE2S3層序和SQE2S2層序-SQE2S1層序[1]。

以渤海海域古近系層序劃分方案為基礎(chǔ),對(duì)石臼坨凸起南部陡坡帶古近系沙河街組層序進(jìn)行劃分。通過測(cè)井資料、地震資料、巖性組合等多種方法綜合識(shí)別鉆井層序界面。

2.2 層序及界面特征

2.2.1 SQE2S4層序

SQE2S4層序底界面為SB7,頂界面為SB6。

(1)巖性及測(cè)井響應(yīng)特征

研究區(qū)內(nèi)井WELL 1(井位置見圖1所示)整體為富泥型,泥巖為主要巖性,頂部含有少量的細(xì)砂巖,測(cè)井曲線幅值偏低且變化較小,為齒化低平曲線[2]。圖3所示為WELL 1井SQE2S4巖性及測(cè)井特征聯(lián)井對(duì)比圖。

(2)SB6界面SB6是SQE2S4和SQE2S3的分界面。通過分析測(cè)井的巖性和測(cè)井曲線,可以將SB6界面分成以下2種類型:

類型1:以WELL 2井為例(井位置見圖1),SB6界面為正反旋回的轉(zhuǎn)折點(diǎn),界面之上為砂泥巖互層,主要發(fā)育泥巖厚層,且厚度較大,砂巖厚度較薄,測(cè)井曲線為齒化鐘形。界面之下為砂泥巖互層,砂巖厚度明顯增加,測(cè)井曲線幅值有明顯的變化,形態(tài)為箱形和漏斗形(見圖4所示,WELL 2井)。

類型2:SB6位于泥巖發(fā)育段和砂巖發(fā)育段的分界面。界面之上主要為厚層泥巖夾雜薄層砂巖的沙泥巖互層,測(cè)井曲線呈齒化狀。界面之下有薄層砂巖,其余為厚層泥巖,測(cè)井曲線幅值較低,為齒化狀低平曲線(見圖4所示,WELL 1井)。

圖4 SB6層序界面特征對(duì)比圖

(3)地震反射特征

在地震相上,沙四組為中弱振幅-中低連續(xù)反射,頂界面多為中弱振幅-連續(xù)-斷續(xù)反射,界面之上上超明顯(如圖5所示)。

圖5 SQE2S4地震反射特征

2.2.2 SQE2S3層序

SQE2S3層序底界面為SB6,頂界面為SB5。

(1)巖性及測(cè)井響應(yīng)特征

SQE2S3層序主要發(fā)育泥巖、砂巖和粉砂巖,且根據(jù)SQE2S3層序的巖性組合以及測(cè)井曲線可以將層序劃分為以下4種:

類型1:以WELL 3井為例(井位置見圖1),層序上部為富砂型,下部為富泥型,測(cè)井曲線幅值變化較小,主要為低平曲線。層序上部砂巖發(fā)育較好,測(cè)井曲線呈現(xiàn)齒化漏斗形的特征(見圖6,WELL 3井)。

類型2:以WELL 4井為例(井位置見圖1),整體富泥型。層序中絕大多數(shù)為泥巖層,夾雜少量的粉砂巖和細(xì)砂巖薄層,測(cè)井曲線幅值較低,曲線為齒化低平曲線(見圖6, WELL 4井)。

類型3:以WELL 2井為例,厚層泥巖夾雜薄層砂巖的互層,層序中大部分為泥巖厚層,有少量的含礫砂巖薄層。測(cè)井曲線幅值較低,有較明顯的齒化現(xiàn)象(圖見6,WELL 2井)。

類型4:以WELL 2井為例的混合型。層序中巖性交雜,含有泥巖、灰?guī)r、砂巖等,且為泥巖偏多、砂巖偏少的不等厚互層。測(cè)井曲線幅值變化明顯,呈現(xiàn)齒化漏斗狀的特征(見圖6,WELL 1井)。

圖6 WELL 1-WELL 3井SQE2S3巖性及測(cè)井特征聯(lián)井對(duì)比圖

(2)SB5界面

SB5是SQE2S3層序和SQE2S4層序的分界面,也是SQE2S3層序的底界面。可根據(jù)巖性及測(cè)井曲線將SB5分為以下4種類型:

類型1:厚層泥巖和薄層砂巖的互層內(nèi)的正反旋回分界面。界面之上單層的泥巖厚度較大,測(cè)井曲線有明顯的齒化特征。界面之下依舊為單層的較厚泥巖,砂巖厚度增加,測(cè)井曲線幅值變化明顯(見圖7,WELL 2井)。

類型2:厚層砂巖和薄層泥巖互層內(nèi)的正反旋回分界面。界面之上為厚層砂巖,夾雜薄層泥巖[2],且該部為向下粒度增加的正旋回。界面之下亦為厚層砂巖夾薄層砂巖,為向上粒度增加的反旋回,測(cè)井曲線齒化明顯,為漏斗狀(見圖7,WELL 3井)。

類型3:以WELL 5井(井位置見圖1)為例的砂泥不等厚與富泥發(fā)育段的分界面。界面上下為厚層砂巖夾雜薄層或較厚層泥巖,測(cè)井曲線齒化現(xiàn)象明顯,界面之下漏斗型較明顯,界面之上有鐘形特征(見圖7,WELL 5井)。

類型4:以WELL 6井(井位置見圖1)為例的上部砂巖與下部泥巖夾雜薄層砂巖層段的分界面。界面之上主要為厚層砂巖夾雜薄層泥巖,且為粒度自下而上逐漸減小的正旋回。測(cè)井曲線齒化現(xiàn)象較明顯,為中高幅值的鐘形和箱形為主。界面之下為厚層泥巖夾雜薄層砂巖,測(cè)井曲線幅值比較低,呈齒化狀低平曲線(見圖7,WELL 6井)。

圖7 SB5層序界面特征對(duì)比圖

(3)地震反射特征

SQE2S3層序在地震上表現(xiàn)為中振幅-中連續(xù)反射和中強(qiáng)振幅-中高連續(xù)反射。頂界面SB5多為強(qiáng)振幅-中強(qiáng)連續(xù)反射,且該界面之上為上超,之下為下超。底界面SB6多為中強(qiáng)振幅-中連續(xù)反射,圖8所示為SQE2S3層序界面特征對(duì)比圖。

圖8 SQE2S3層序界面特征對(duì)比圖

2.2.3 SQE2S2-SQE2S1層序

SQE2S2-SQE2S1層序底界面為SB5,頂界面為SB3。

(1)巖性及測(cè)井響應(yīng)特征

SQE2S2-SQE2S1對(duì)應(yīng)層序中的沙一二段。SQE2S2中多為砂巖和砂礫巖,SQE2S1多為泥巖。根據(jù)SQE2S2-SQE2S1巖性可劃分為5種類型:

圖9 WELL 1-WELL 9井SQE2S2-SQE2S1層序巖性和測(cè)井曲線特征聯(lián)井對(duì)比圖

類型1:SQE2S2和SQE2S1砂泥巖不等厚互層,且含有大量的碎屑巖(見圖9,WELL 1井)。

類型2:以WELL 7井為例(井位置見圖1),SQE2S2和SQE2S1厚層泥巖夾雜薄層砂巖的互層,測(cè)井曲線整體為齒化低幅值曲線(見圖9,WELL 7井)。

類型3:以WELL 8井為例(井位置見圖1),SQE2S2和SQE2S1整體為大厚層砂巖,SQE2S2測(cè)井曲線為鐘形,SQE2S1為漏斗形(見圖9,WELL 8井)。

類型4:以WELL 9井為例(井位置見圖1),SQE2S2以砂巖為主,且有部分砂礫巖,測(cè)井曲線為齒化漏斗形。SQE2S1主要為泥巖,頂部含有砂巖薄層,測(cè)井曲線為齒化鐘形(見圖9,WELL 9井)。

類型5:以WELL 10井為例(井位置見圖1),SQE2S2主要為砂巖,測(cè)井曲線為齒化漏斗形。SQE2S1為砂泥巖的不等厚互層,測(cè)井曲線為齒化鐘形(見圖9,WELL 10井)。

(2)SB3界面

SB3界面為沙一二段與東三段的分界面。根據(jù)SB3界面上下的巖性資料和測(cè)井曲線可以劃分2種類型:

類型1:大套厚層泥巖和砂泥巖互層的分界面。SB3界面之上的厚層泥巖測(cè)井曲線為低幅值的齒化低平曲線。SB3界面之下為不等厚的沙泥巖互層,測(cè)井曲線齒化明顯,呈漏斗狀(見圖10,WELL 10井)。

類型2:以WELL 11井(井位置見圖1)為例的富泥層段和富砂層段的分界面。界面之上主要為泥巖,夾雜少量的薄層砂巖[2],測(cè)井曲線為低幅值齒化低平曲線。界面之下主要為砂巖,含有較厚的砂礫巖和泥巖夾雜,測(cè)井曲線齒化明顯,呈漏斗狀(見圖10所示SB3層序界面特征聯(lián)井對(duì)比圖,WELL 11井)。

圖10 SB3層序界面特征聯(lián)井對(duì)比圖

(3)地震反射特征

SQE2S2-SQE2S1在地震剖面上主要為中高頻-中強(qiáng)振幅-中高連續(xù)反射。底界面SB5表現(xiàn)為中連續(xù)-中強(qiáng)振幅反射,界面之下為削截;頂界面SB3表現(xiàn)為中振幅-中連續(xù)反射,界面之上為上超(見圖11所示SQE2S2-SQE2S1層序界面特征對(duì)比圖)。

圖11 SQE2S2-SQE2S1層序界面特征對(duì)比圖

3沉積體系類型和沉積體系演化

通過對(duì)研究區(qū)地震相、測(cè)井相和巖心等綜合分析[8],得出石臼坨凸起南部陡坡帶古近系發(fā)育的主要沉積相類型有扇三角洲、辮狀河三角洲、半-深湖相和湖底扇,其次為濱淺湖和碳酸鹽巖臺(tái)地。通過地震相和測(cè)井相結(jié)合在研究區(qū)地層格架內(nèi)恢復(fù)沉積相的平面展布特征。

圖12 沉積類型匯總圖

沙四時(shí)期處于強(qiáng)烈裂陷期,沉積相類型主要為扇三角洲和湖泊。渤中凹陷及其西次洼北部發(fā)育深湖,其他洼陷區(qū)發(fā)育濱淺湖(見圖13所示)。到沙三時(shí)處于裂陷活動(dòng)晚期,湖盆面積擴(kuò)大,沉積體系類型為辮狀河三角洲、扇三角洲和湖泊,小面積的湖底扇在此時(shí)期發(fā)育。研究區(qū)陡坡帶受斷層古溝谷影響,扇三角洲呈近ES向。扇三角洲規(guī)模較大,基本發(fā)育在石臼坨南部陡坡帶和沙壘田凸起東北部(見圖14所示)。至沙一二時(shí)處于裂陷活動(dòng)晚期,湖盆面積有所減小,沉積體系類型為扇三角洲、辮狀河三角洲、湖泊和碳酸鹽巖臺(tái)地相,湖底扇面積擴(kuò)大。石臼坨凸起東斜坡、石臼坨凸起南傾末端東部發(fā)育辮狀河三角洲,且受斷裂和溝谷影響,呈EES向展布。沙壘田凸起東北部、石臼坨凸起東傾末端發(fā)育的扇三角洲,受溝谷和斷裂的影響,展布呈NE向、SE向和SSW向。石臼坨凸起南部陡坡帶發(fā)育的扇三角洲受溝谷影響呈ES向展布(見圖15所示)。

圖13 沙四層序(SQE2S4)沉積體系平面圖

圖14 沙三層序(SQE2S3)沉積體系平面圖

圖15 沙一二層序(SQE2S2-SQE2S1)沉積體系平面圖

4結(jié)論

(1)根據(jù)基準(zhǔn)面的旋回型,劃分出沙河街組3個(gè)層序界面,層序界面為正反旋回分界面,界面上下沙泥巖厚度、巖性整體顆粒大小和測(cè)井曲線幅值及形狀變化明顯。結(jié)合層序地層學(xué)和旋回理論,建立起渤海石臼坨凸起南部陡坡帶沙河街組的層序地層格架。

(2)渤海石臼坨凸起南部陡坡帶沙四段沉積期,陡坡斷裂坡折帶主要發(fā)育扇三角洲,其余地區(qū)以半-深湖沉積為主,整體為一套顆粒較細(xì)的以泥巖為主的沉積體,且辮狀河三角洲開始發(fā)育。沙三時(shí)期水體不斷擴(kuò)張,凸起面積開始減少沙壘田凸起東北部斷裂活動(dòng)逐漸加強(qiáng),石臼坨凸起南部和沙壘田凸起東北部斷裂坡折帶處發(fā)育大量扇三角洲;在緩坡帶發(fā)育規(guī)模較大的辮狀河三角洲。沙一二時(shí)期水體繼續(xù)擴(kuò)張,凸起繼續(xù)減小,面積斷裂活動(dòng)逐漸減弱,部分地區(qū)陡坡轉(zhuǎn)換為斜坡,由發(fā)育扇三角洲變?yōu)榘l(fā)育辮狀河三角洲,其余地區(qū)均為深湖-半深湖沉積環(huán)境。