羅佳強，任延廣 ，吳朝東 ，劉文龍

(1.北京大學 石油與天然氣研究中心，北京 100087；2.中國石油大慶油田股份公司 大慶石油勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

到目前為止，徐家圍子斷陷鉆遇營四段的探井有105口，三維地震已全部覆蓋。已有勘探成果表明徐家圍子斷陷深部的天然氣資源主要集中在營城組火山巖和砂礫巖之中。由于營四段主要發(fā)育一套以粗砂巖—粗礫巖為主的河湖相粗碎屑沉積，使得該區(qū)營四段的油氣勘探進展緩慢和石油地質研究難度很大。該區(qū)在以往的研究中主要存在沉積相研究太過于宏觀、砂礫巖體分布規(guī)律不清和有利的砂礫巖儲層發(fā)育區(qū)不明確等問題[1-4]。因此，開展營四段沉積相研究對砂礫巖氣藏進一步評價、勘探及相關研究等均具有重要作用。

1 區(qū)域地質特征

1.1 區(qū)域構造特征

徐家圍子斷陷是松遼盆地內發(fā)育的眾多斷陷群中的一個。徐家圍子西部(徐西)和宋站西部(宋西)2條斷層控制了徐家圍子斷陷的發(fā)生、發(fā)展和消亡；該斷陷西臨中央古隆起，東接朝陽溝長春嶺凸起，是一個總體走向北西西的、具有西斷東超結構的復式箕狀斷陷，斷陷面積5 400 km2。

徐家圍子斷陷是一個箕狀斷陷盆地，徐西、宋西斷裂帶均為陡坡，東部為緩坡，斷陷地層西厚東薄，向東逐層超覆；其構造格局在平面上可劃分為徐西陡坡斷裂帶、宋西中央斷裂帶、東部緩坡帶、豐樂低凸起、宋站低凸起以及安達洼陷、杏山洼陷、豐樂南洼陷、徐西洼陷等9個次級構造單元(圖1)[4,5]。

1.2 區(qū)域地層特征

營城組四段(K1yc4)通?？蛇M一步劃分為營四段下亞段和營四段上亞段。營四段下亞段與下伏的火山巖之間呈不整合接觸，與營四段上亞段之間為整合接觸；營四段上亞段與上覆登樓庫組紅色河流相地層呈不整合接觸。營四段下亞段發(fā)育在火山噴發(fā)后形成的3個孤立分布的湖盆環(huán)境中，湖盆分割性強，地勢相對較陡，湖區(qū)面積相對較小，湖水深度相差懸殊；營四段上亞段發(fā)育在3個孤立湖盆被充填后變?yōu)橐粋€完整大湖盆的沉積環(huán)境中，盆地變得相對平緩；營四段主要發(fā)育湖相泥巖與粗砂巖—粗礫巖等粗碎屑沉積[6]。

圖1 松遼盆地徐家圍子斷陷構造綱要據(jù)大慶油田修改。Fig.1 The structure outline map of Xujiaweizi Fault Depression of the Songliao Basin

2 主要巖相類型及成因分析

一定的沉積環(huán)境可以產生特定的地層、巖石與古生物組合，一定的巖石組合、沉積構造、古生物組合及其地球化學特征能代表一定的沉積環(huán)境。因此，巖相就被定義為沉積環(huán)境的“物質表現(xiàn)”[7]。巖相的研究是進行沉積環(huán)境和水動力過程解釋的重要基礎，并可以根據(jù)現(xiàn)代已知環(huán)境進行類比和推知，是進行沉積相研究和編圖的基礎。

通過對營四段宋深5、宋深6、徐深1-2、徐深6-3、徐深9-1、徐深21、徐深27、徐深603等20多口取心井的巖心觀察，營四段主要發(fā)育7大巖相類型；然后利用其巖石組合特征、巖石結構、構造特征、沉積構造發(fā)育特征及其縱向組合特征來對已定義的巖相進行成因解釋，研究區(qū)主要發(fā)育16種成因相。

2.1 粗礫巖相

泥質、粉砂和細礫支撐；分選差，粗礫和細礫大小混雜；磨圓度差—中等，多呈棱角狀—次棱角狀，見礫石的軸向定向排列到疊瓦結構；成分主要為火山噴發(fā)巖；屬陸上近物源區(qū)的泥石流沉積和辮狀河道沉積。

2.2 中礫巖相

多為泥質或砂質和細礫基質、顆粒支撐；分選差到中等；磨圓差到中等，礫石呈現(xiàn)次棱角到次圓；礫石軸向雜亂排列至定向排列，局部為疊瓦狀排列，顆粒點線接觸；礫石成分主要為凝灰?guī)r、流紋巖和石英；屬近源或淺的辮狀河道與礫質砂壩沉積。

2.3 細礫巖相

礫石分選較好，磨圓較高，礫石軸向定向排列，基質到顆粒支撐，含少量粉砂質雜基，顆粒間發(fā)育粒間孔和溶蝕孔隙，礫石軸有定向性，礫石成分主要為火山巖和少量石英；屬淺的辮狀分支水道、礫質壩、辮狀三角洲河口壩或河道砂壩等沉積。

2.4 含礫粗砂巖相

粗砂巖含細礫、到中礫，細礫石磨圓好，中礫巖磨圓度差，礫石縱向分布表現(xiàn)為下細上粗的反旋回結構；砂巖發(fā)育交錯層理；砂巖底部與泥巖接觸可發(fā)育重荷模；屬辮狀河三角洲河口壩沉積。

2.5 粗砂巖相

粗砂巖成分成熟度低，主要是火山巖碎屑，通常底部發(fā)育沖刷面，細礫、礫石疊瓦狀排列，發(fā)育大型板狀交錯層理；礫石分選差、磨圓度低，屬河道砂壩沉積、水下分流河道或重力流水道沉積。

2.6 砂巖相

發(fā)育波狀層理，波紋間發(fā)育碳屑，屬河口壩沉積。

2.7 泥巖相

深灰色、灰到灰綠色泥巖，發(fā)育塊狀到平行層理，為濱淺湖、半深湖、深湖或前三角洲泥巖沉積。

3 古地貌特征與物源分析

3.1 古地貌特征分析

將地層厚度近似看成古湖盆沉積時的古水深，可以定性分析營四段下亞段和上亞段沉積前的古地貌特征。

3.1.1 營四段下亞段沉積前的古地貌特征

營四段下亞段沉積前徐家圍子斷陷發(fā)育了多個火山，火山之間相互獨立的小斷陷湖水深度大，分布范圍小，分割性強，形成了相互獨立的火山斷陷湖盆。其中宋西斷層以東和豐樂低隆起以北發(fā)育的斷陷面積最大，地層厚度最大，以發(fā)育深湖泥巖和砂泥互層為主。昌德東小斷陷面積小，地層厚度小，湖水深度淺。肇源—豐樂南地區(qū)地層分布面積小，地層厚度薄、湖水深度小。湖盆周邊發(fā)育的溝谷與斷裂的發(fā)育有一定的關系，是碎屑和河流入湖的主要位置。

3.1.2 營四段上亞段沉積前的古地貌特征

營四段上亞段沉積前徐家圍子整體沉降，變?yōu)橐粋€統(tǒng)一的大斷陷，有3個沉積中心。其中，這3個沉積中心主要是沿著NNW向展布的徐西、宋西斷層及近東西向展布的豐樂低突起南緣展布。以沿宋西斷裂展布的地層厚度最大，在200～250 m之間，說明當時的湖水深度也最大。沿徐西斷層展布的地層厚度在50～150 m之間，湖水深度次深。沿豐樂低突起南緣也就是豐樂南地區(qū)地層厚在50～100 m之間，古湖水深度最淺。

主要斷裂及斷陷邊緣的溝谷通常為水系入湖的主要部位。從古地貌特征分析，徐家圍子斷陷始終主要發(fā)育2大主要水系，即沿宋西斷裂來源于安達地區(qū)的水系，主要在升平凸起的東側；與來源于南部由南向北沿古地貌低入湖的水系。另外在盆地側緣發(fā)育的溝谷是次要物源入湖的部位。

3.2 物源區(qū)分析

物源分析是進行沉積相平面分布研究工作中十分重要的方面。本文主要使用砂礫巖百分含量圖與礫石成分對研究區(qū)的物源進行分析。在砂礫巖百分含量圖上，百分含量越高越靠近主要物源。按照這樣的原則，營四段下亞段屬于多物源、近物源；沉積物多來自斷陷四周的凸起，即中央隆起、朝陽隆起、升平凸起和安達低隆起；物源方向有南東向、北西向和北東向等。營四段上亞段南北向物源是主物源，北西和西南物源是次要物源，入湖水系主要沿宋西斷層展布。

營四段砂礫巖體礫石成分分析表明中酸性火山巖礫石是主要成分(占69%)，變質巖礫石、沉積巖礫石和其他礫石含量較低。但在不同的地區(qū)，其礫石所占的比例也不相同。①沿著宋深5、4、6井一線分布的砂礫巖的礫石成分以凝灰?guī)r為主，表明其物源主要來源于斷陷北部的安達火山巖凸起。②徐深6-3、401、801、芳深6井發(fā)育的砂礫巖雖然火山巖礫石是主要成分，但花崗巖、變質巖和沉積巖礫石明顯增加，表明該區(qū)有來自古中央凸起的側向物源。③徐深6、徐深1井區(qū)砂礫巖礫石成分復雜，表明既有北部來的火山巖礫石，也有來自斷陷邊緣古凸(隆)起的變質巖、花崗巖、石英和沉積巖礫石。

3.3 砂礫巖分布特征

通過按層位統(tǒng)計砂礫巖厚度，繪制了營四段下亞段和上亞段及體系域的砂礫巖厚度圖。發(fā)現(xiàn)砂礫巖厚度的發(fā)育具有如下的特征：1)營四段下亞段砂礫巖分布在幾個孤立的湖盆中，厚度中心主要發(fā)育在宋西斷層以東(圖2a)；2)營四段上亞段砂礫巖分布在南北2個地區(qū)，北部砂礫巖體主要沿宋西斷裂和徐西斷層分布，而南部砂體厚50～75 m左右(圖2b)。

4 主要沉積相類型

根據(jù)巖心觀察，地震相和測井相分析，結合營四段沉積時古地貌特征研究，本次研究認為營四段存在沖積扇相、扇三角洲相、辮狀三角洲相、河流三角洲相及濱淺湖沉積相等主要沉積體系(圖3)。

4.1 沖積扇相

營四段沖積扇沉積物主要發(fā)育在營四段下亞段徐家圍子斷陷西陡坡徐西斷裂的下降盤以及升平凸起邊緣、徐東斷裂下降盤宋站等地區(qū)。按照巖石組合特征，營四段沖積扇可以細分為近端扇、扇中和遠端扇3個亞相。

扇根亞相為厚層粗礫巖、中礫巖構成的正旋回，扇根礫巖主要為分選磨圓較差、棱角、次棱角狀的礫石，砂泥做雜基。

扇中亞相為粗礫巖、中礫巖與紫紅色泥巖構成的正、反旋回；主要為分選較好到中等的砂質、細礫為基質的礫巖；內發(fā)育多個沖刷面。

圖2 松遼盆地徐家圍子斷陷營四段砂礫巖厚度等值線 a.營四段下亞段；b.營四段上亞段Fig.2 The thickness contour of sandy conglomerate in the Forth Member of Yingcheng Formation in Xujiaweizi Fault Depression of the Songliao Basin

圖3 松遼盆地徐家圍子斷陷營四段沉積相平面分布 a.營四段下亞段；b.營四段上亞段Fig.3 The plane distribution of sedimentary facies in the Forth Member of Yingcheng Formation in Xujiaweizi Fault Depression of the Songliao Basin

扇端亞相其巖石組合主要表現(xiàn)為紫紅色泥巖夾薄層砂巖。

4.2 扇三角洲

前人對扇三角洲及其地史上的實例進行過系統(tǒng)闡述[8-11]，認為扇三角洲是沖積扇提供沉積物并主要發(fā)育于水下或完全發(fā)育于水下的楔狀體，扇三角洲是活動的沖積扇與水體之間的沉積。

研究區(qū)扇三角洲巖相組合為一套由粗角礫巖、中角礫巖、中、細礫巖、含礫砂巖及粗砂巖為主與紫紅色泥巖、灰綠色泥巖、灰色泥巖向上變粗的反旋回結構。自然電位曲線表現(xiàn)為明顯的反旋回特征。地震剖面上為楔形反射結構或前積反射結構。研究區(qū)扇三角洲可劃分為扇三角洲平原沉積、扇三角洲前緣沉積和前扇三角洲沉積3個亞相。

4.2.1 扇三角洲平原

是扇三角洲的水上沉積部分。其巖相組合為角礫巖、含角礫的中、細礫巖，中礫巖、細礫巖夾灰綠色泥巖、碳質泥巖構成的正旋回。泥石流、辮狀分流河道沉積是扇三角洲平原的重要沉積微相。

泥石流：粗角礫巖及中粗礫巖為主，泥質、粉砂和細礫支撐，呈棱角狀、次棱角及次圓狀，差到中等磨圓度。

辮狀分流河道：具含角礫的中、粗礫巖與中、細砂巖組成的正旋回結構，底界具沖刷面，其上發(fā)育含角礫的粗礫巖，為辮狀河道底部礫石層；之上為塊狀中礫巖和具遞度層理的細砂巖和含礫砂巖，屬辮狀河道砂壩沉積。

4.2.2 扇三角洲前緣

主要由厚層的細礫巖、含礫砂巖、粗砂巖夾泥巖組成的反旋回。據(jù)其內發(fā)育的巖相組合和沉積構造特征，扇三角洲前緣可識別出：水下分流河道、河口壩、遠砂壩、碎屑流沉積和滑塌濁積巖等。

水下分流河道：由細礫巖含礫砂巖、粗砂巖構成正旋回結構。底界面見沖刷面，其上可發(fā)育礫巖成定向排列的細礫巖、具槽狀交錯層理和板狀交錯層理的含礫砂巖、粗砂巖；也可發(fā)育具沖刷面、遞變層理的含礫砂巖、塊狀含礫砂巖、粗砂巖。

河口壩：為含礫砂巖、粗砂巖構成的向上變粗結構，發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理、沖刷面和塊狀層理。

遠砂壩：為粗砂巖、細砂巖與灰色、深灰色泥巖構成的互層，砂巖發(fā)育波狀層理和波狀交錯層理。

滑塌濁積巖：為發(fā)育滑塌構造的較大規(guī)模的滑塌變形層，它主要發(fā)育在扇三角洲前緣的遠端?；冃螛嬙熘饕憩F(xiàn)為小褶皺、斷層和塑性變形等。

4.2.3 前扇三角洲亞相

主要為一套以深灰色泥巖、油頁巖為主，夾薄層濁積巖層。它位于扇三角洲的最底部。

徐家圍子斷陷扇三角洲主要發(fā)育在營四段下亞段火山巖盆地及營四段上亞段斷陷西陡坡徐西斷裂帶、升平凸起的周邊及宋站地區(qū)。

4.3 辮狀河三角洲

Mcpherson等[12]把辮狀河三角洲定義為由辮狀分流河道平原進積到水體所形成的粗碎屑三角洲復合體，辮狀河平原主要由底負載為主的辮狀河組成[12]。研究區(qū)辮狀河三角洲體系可進一步劃分為辮狀河三角洲平原、前緣和前辮狀河三角洲亞相。

4.3.1 辮狀河平原

主要發(fā)育在宋西斷層以東地區(qū)。主要由底部發(fā)育沖刷面的粗礫巖—中礫巖—細礫巖、中礫巖—細礫巖、中礫巖—粗砂巖、細礫巖—粗砂巖等多個正旋回組合構成，向上粒度變細，泥巖夾層增多；每個正旋回底部都發(fā)育沖刷面。自然伽馬曲線表現(xiàn)為整體箱狀、底部突變接觸。在垂直于河流走向的地震剖面上，其反射特征為頂平底突地弱反射；在平行于河流走向的地震剖面上其地震反射特征表現(xiàn)為長條形的弱反射。營四段辮狀河平原主要由多個礫質辮狀河道和礫質砂壩沉積構成。

辮狀河道：主要發(fā)育由粗礫巖—中礫巖構成的正旋回，底部發(fā)育沖刷面，礫石定向排列，具疊瓦狀構造，分選磨圓好，砂泥雜基含量較少。

礫質砂壩：由含較多砂和細礫基質的粗礫巖、中礫巖、細礫巖和含礫砂巖、粗砂巖構成的正旋回，底部發(fā)育沖刷面。

4.3.2 辮狀三角洲前緣

主要發(fā)育在徐家圍子斷陷豐樂低凸起的北側，徐深7井以南地區(qū)及徐深6井等地區(qū)。由中礫巖、細礫巖和灰色泥巖構成多個正旋回和反旋回。辮狀三角洲前緣在自然伽馬曲線為“齒化箱狀”或“齒化漏斗狀”；在地震剖面上為互層狀?？蛇M一步劃分為河口壩和水下分流河道等沉積微相。

水下分流河道：剖面上發(fā)育在河口壩之上，為水下河道切割河口壩后形成的水下河道充填；巖相組合為中礫巖、細礫巖、含礫粗砂巖構成正旋回結構，底部見沖刷面，砂巖內發(fā)育板狀交錯層理，正、反遞變層理等。

河口砂壩：總體為由含礫砂巖、粗砂巖構成的向上變粗的反旋回，發(fā)育塊狀層理和板狀交錯層理。

4.3.3 前辮狀三角洲

其巖相組合為塊狀灰色、深灰色泥巖和薄層粉砂巖，夾薄層發(fā)育滑塌變形構造的、由中細砂巖構成的滑塌濁積巖，和發(fā)育沖刷面與鮑瑪序列的含礫砂巖構成的濁積巖組成。

4.4 河流三角洲

河流三角洲體系是徐家圍子南部的一個重要的沉積體系。它發(fā)育在肇源南以及豐樂南地區(qū)。可以劃分為以發(fā)育曲流河和泛濫平原為主的三角洲平原亞相；以發(fā)育河口壩和分流河道為主的三角洲前緣亞相；以及以發(fā)育湖相泥巖為主的前三角洲亞相。

4.4.1 三角洲平原亞相

為由發(fā)育沖刷面的細礫巖、粗砂巖和中細砂巖夾紫紅色泥巖構成的正旋回曲流河道沉積，和由紫紅色泥巖、灰綠色泥巖及灰色泥巖夾砂巖構成的泛濫平原沉積組成。自然伽馬曲線特征呈現(xiàn)“指狀鐘形”。

4.4.2 三角洲前緣亞相

為粗砂巖、中細砂巖與灰色泥巖構成的正反旋回。其正旋回部分屬水下分流河道沉積，發(fā)育沖刷面的細礫巖和砂巖；反旋回為河口壩，發(fā)育交錯層理的中細砂巖和波狀層理的粉砂巖，泥巖中夾薄層砂體為遠砂壩沉積。自然伽馬曲線特征具“鐘形”和“漏斗形”特征。主要發(fā)育在豐樂地區(qū)的徐深12、徐深901到徐深10井地區(qū)。

4.4.3 前三角洲亞相

主要表現(xiàn)為灰色、深灰色泥巖夾薄層砂巖。

4.5 濱淺湖沉積體系

巖相特征主要表現(xiàn)為粗砂巖、中細砂巖與灰色、紫灰色泥互層構成的向上變細變薄序列和向上變粗變厚序列的組合。其中，厚層砂巖為淺湖砂壩，薄層砂巖為濱湖砂灘；灰色泥質為淺湖泥質沉積；紅色泥巖為淺湖泥質沉積。自然伽馬曲線呈齒狀，電阻率呈尖峰狀。

5 沉積相模式

研究區(qū)辮狀河及辮狀三角洲砂礫巖體主要發(fā)育在宋站、興城和徐東地區(qū)，厚度大，儲層相對較好。西部陡坡發(fā)育了一系列的小型扇三角洲砂礫巖體，南部肇源地區(qū)發(fā)育了河流三角洲砂體(圖4)。

研究區(qū)營四段下亞段在昌德東地區(qū)主要發(fā)育沖積扇，東北部主體斷陷主要發(fā)育扇三角洲沉積體系；南部斷陷在肇深6、二深1及朝深6等地區(qū)發(fā)育了沖積扇，其他地區(qū)主要發(fā)育了泛濫平原。研究區(qū)營四段上亞段在宋西斷層以東主要發(fā)育辮狀河平原和辮狀三角洲體系，以西主要發(fā)育扇三角洲沉積體系，南部主要發(fā)育河流—三角洲體系。辮狀河平原是營四段上亞段最為主要的沉積亞相；在宋西斷層以西，徐西斷層以東發(fā)育了近物源的扇三角洲沉積體系，繼承性的發(fā)育了4個扇三角洲。南部發(fā)育河流三角洲體系，以發(fā)育曲流河和泛濫平原沉積為特征的三角洲平原發(fā)育在豐樂南和肇源地區(qū)。

圖4 松遼盆地徐家圍子斷陷營四段沉積相模式Fig. 4 The sedimentary facies model in the Forth Member of Yingcheng Formation in Xujiaweizi Fault Depression of the Songliao Basin

6 結論

徐家圍子斷陷營四段下亞段發(fā)育3個獨立的小斷陷湖盆；而營四段上亞段則為一個發(fā)育有3個沉積中心的、統(tǒng)一的大斷陷湖盆，沉積中心主要是沿呈NNW走向的徐西、宋西斷層東側。中酸性火山巖礫石是巖石的主要成分，因此北部安達地區(qū)火山是主要母源區(qū)，變質巖和沉積巖礫石來源于盆地邊緣的古隆起。營四段下亞段砂礫巖分布在3個孤立的湖盆中，厚度中心主要發(fā)育在宋西斷層以東，具多物源、近物源特征；營四段上亞段砂礫巖分布在南北2個地區(qū)，其中以北部宋西斷層以東最為發(fā)育，南北向物源是主物源，北西和西南物源是次要物源。營四段下亞段在研究區(qū)北部主要發(fā)育扇三角洲和前扇三角洲沉積體系，南部主要發(fā)育沖積扇和泛濫盆地；營四段上亞段在宋西斷層以東主要發(fā)育辮狀河平原和辮狀三角洲體系，以西主要發(fā)育扇三角洲沉積體系，南部主要發(fā)育河流—三角洲體系。

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