董春梅, 趙仲祥, 張憲國, 于 申, 黃 鑫, 段冬平, 林建力, 孫小龍
( 1. 中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580; 2. 中國石油大學(xué)(華東) 山東省油藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266580; 3. 中海石油(中國)有限公司 上海分公司,上海 200000 )
東海陸架盆地是中國海上面積最大的沉積盆地,西湖凹陷是其中規(guī)模最大的含油氣凹陷。研究區(qū)位于西湖凹陷中北部,目的層為花港組。研究區(qū)具有面積廣、井點(diǎn)稀少的特點(diǎn),導(dǎo)致物源及沉積相類型認(rèn)識(shí)存在爭議。分析研究區(qū)物源及沉積相類型,能夠?yàn)槲骱枷葜斜辈康貐^(qū)下一步勘探和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
西湖凹陷花港組物源認(rèn)識(shí)主要有兩種觀點(diǎn):郝樂偉等[1]、徐艷霞等[2]采用砂巖百分含量和重礦物分析等方法,認(rèn)為西湖凹陷同時(shí)存在東部和西部的物源,且以西部的海礁凸起物源為主;秦蘭芝等[3]、萬延周等[4]采用重礦物分析和鋯石測年等方法,認(rèn)為西湖凹陷以北部虎皮礁凸起物源為主,東西兩側(cè)物源為輔。前者年代較早,鉆井資料有限,主要依靠定性分析判斷物源;在新鉆井資料的基礎(chǔ)上,后者主要依靠定量分析,可信度較高。研究區(qū)距離西部物源區(qū)較遠(yuǎn),主流觀點(diǎn)認(rèn)為物源來自北部虎皮礁凸起,至于東部釣魚島隆褶帶是否也有影響有待商榷。
西湖凹陷花港組沉積相類型存在多種認(rèn)識(shí):王麗順等認(rèn)為,花港組以陸相沉積為主,花港組早期至中期,沉積相類型以網(wǎng)狀河復(fù)合體、網(wǎng)狀分流河道為主,花港組晚期表現(xiàn)為泛濫盆地沉積[5];胡明毅等認(rèn)為,西湖凹陷西部邊緣主要發(fā)育河流及三角洲沉積,東部邊緣主要發(fā)育扇三角洲沉積,凹陷中央主要發(fā)育濱淺湖沉積[6];劉金水等認(rèn)為,西湖凹陷花港組上段主要發(fā)育三角洲前緣亞相沉積,以河口壩微相為主[7];陳琳琳等認(rèn)為,西湖凹陷花港組發(fā)育濕地扇—扇三角洲—湖泊沉積體系[8];于興河等認(rèn)為,西湖凹陷東北部發(fā)育灘壩相[9]。
筆者采用巖石粒度、礫石成分、巖屑類型、石英陰極發(fā)光特征、重礦物組合類型和ZTR指數(shù)等分析方法,判斷研究區(qū)物源主要來自北部的虎皮礁凸起,局部混入東部釣魚島隆褶帶的物源。根據(jù)巖心、薄片、測井、地震和古生物等資料和地質(zhì)背景,識(shí)別沉積相標(biāo)志,推斷研究區(qū)花港組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相,包括水下分流河道、河口壩和水下分流間灣3種微相類型,其中以水下分流河道微相為主。
西湖凹陷面積約為5.18×103km2,為東海陸架盆地面積最大、勘探程度最高的凹陷[10]。西湖凹陷北側(cè)以虎皮礁凸起為界,與福江凹陷相鄰;西側(cè)以海礁凸起為界,與錢塘凹陷為鄰;西南與漁山凸起相靠;東臨釣魚島隆褶帶[11]。其中,北部虎皮礁凸起主要為變質(zhì)石英巖基底,東部釣魚島隆褶帶為中酸性巖漿巖基底。在構(gòu)造上,西湖凹陷具有“東西分帶、南北分塊”的特點(diǎn)[12],凹陷自東向西依次劃分為西部斜坡帶、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部斷階帶3個(gè)構(gòu)造單元。其中,中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶自北向南依次分為嘉興、寧波、玉泉、黃巖4個(gè)次一級(jí)構(gòu)造帶,研究區(qū)位于西湖凹陷中北部地區(qū)(見圖1)。
圖1 西湖凹陷構(gòu)造分區(qū)示意Fig.1 Structural division diagram of Xihu sag
研究目的層為古近系花港組。西湖凹陷花港組是在始新世斷陷作用后向坳陷轉(zhuǎn)變階段沉積充填的產(chǎn)物,屬于陸相背景下的河流—三角洲—淺水湖泊沉積體系。始新世末期,太平洋板塊進(jìn)一步向亞歐板塊俯沖,東海陸架盆地由強(qiáng)烈斷陷逐步向坳陷轉(zhuǎn)變,海水退去,陸架外緣隆起,進(jìn)入典型的沿海陸相盆地沉積階段[13]。盆地外緣大片隆起區(qū)為凹陷提供充足的物源,大量沉積物由隆起區(qū)直接進(jìn)入河流—三角洲—湖泊沉積體系,形成花港組巨厚的砂巖沉積。
傳統(tǒng)的物源研究主要包括沉積學(xué)、巖石學(xué)、重礦物、元素地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)、化石及生物標(biāo)志化合物,以及黏土礦物學(xué)、地球物理學(xué)等方法[14-15]。隨新技術(shù)應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域,物源分析又出現(xiàn)磁性礦物學(xué)和礦物顆粒微形貌分析等方法[16]。基于研究區(qū)現(xiàn)有資料,采用礫石成分、巖屑類型、石英陰極發(fā)光特征、重礦物組合類型、ZTR指數(shù)、傾角測井和地震前積層反射結(jié)構(gòu)特征等方法,判斷研究區(qū)花港組物源以北部虎皮礁凸起為主,局部混入東部釣魚島隆褶帶的物源。
砂礫巖或礫巖中的礫石成分反映基底和物源區(qū)母巖的類型,是判斷物源區(qū)的直接標(biāo)志[14]。研究區(qū)取心段礫石中的石英巖體積分?jǐn)?shù)約占50%,巖漿巖體積分?jǐn)?shù)約占30%,燧石體積分?jǐn)?shù)約占10%,泥礫體積分?jǐn)?shù)約占10%。砂礫巖中的礫石主要為變質(zhì)石英巖;巖石中的巖屑類型對(duì)物源區(qū)母巖恢復(fù)也有一定的指導(dǎo)作用[15]。研究區(qū)主要發(fā)育巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖,巖屑類型包括玉髓(見圖2(a))、酸性噴出巖巖屑(見圖2(b))、變質(zhì)石英巖巖屑(見圖2(c、f))、千枚巖巖屑(見圖2(d))和燧石巖屑(見圖2(e))等。其中變質(zhì)巖巖屑體積分?jǐn)?shù)約占10%,巖漿巖巖屑體積分?jǐn)?shù)約占7%,沉積巖巖屑體積分?jǐn)?shù)約占3%,以變質(zhì)巖巖屑為主。
圖2 西湖凹陷中北部花港組巖屑特征Fig.2 Characteristics of lithic fragment of Huagang formation in the north central of Xihu sag
巖石中主要造巖礦物發(fā)光性研究有助于判別巖石的成因[16-17],碎屑巖中常見的石英、長石和巖屑隨物源變化而具有不同的發(fā)光特征,可以根據(jù)碎屑顆粒在陰極光激發(fā)下的顏色特征分析物源。來自深成巖、火山巖、接觸變質(zhì)巖的石英以藍(lán)色、紫色為主,來自變質(zhì)巖的石英主要以棕色為主,自生石英不發(fā)光[17]。研究區(qū)石英的陰極發(fā)光特征顯示,大部分石英發(fā)藍(lán)紫色、紫棕色光(見圖2(g-i)),說明石英主要來自變質(zhì)巖和巖漿巖,且兩者體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)。
不同的重礦物組合類型代表不同的物源區(qū)母巖類型[18]。研究區(qū)重礦物類型包括石榴石、鋯石、金紅石、白鈦礦、黃鐵礦、磁鐵礦和重晶石等。重礦物組合類型主要是石榴石—黃鐵礦—白鈦礦—鋯石(見圖3),并且石榴石體積分?jǐn)?shù)超過50%,占主導(dǎo)地位,反映母巖以變質(zhì)巖為主。
研究區(qū)花港組物源母巖以變質(zhì)巖為主,含有部分火成巖母巖。結(jié)合西湖凹陷周邊物源區(qū)母巖性質(zhì)[18],推斷研究區(qū)物源主要來自北部的虎皮礁凸起及部分釣魚島隆褶帶的火成巖。
圖3 西湖凹陷中北部花港組重礦物體積分?jǐn)?shù)Fig.3 Heavy mineral content of Huagang formation in the north central of Xihu sag
ZTR指數(shù)可以反映沉積物搬運(yùn)距離,一般情況下,距離物源區(qū)越遠(yuǎn),ZTR指數(shù)越高[17]。研究區(qū)ZTR指數(shù)自北向南先增大后減小,分別由3井的46.50、1井的53.18、4井的58.66到2井的31.31,說明研究區(qū)不僅受北物源影響,還受其他方向的物源影響。
傾角測井能夠指示古水流方向。研究區(qū)傾角測井玫瑰花圖顯示,古水流以南向?yàn)橹?,其次為西?見圖4),說明主體水流為自北往南向,部分層位受自東往西向水流的影響。研究區(qū)以自北往南向的水系為主,受自東往西向水系影響,東部水系對(duì)不同層位影響程度不同。
圖4 西湖凹陷中北部花港組傾角玫瑰花圖Fig.4 Rose diagrams of dipmeter logging of Huagang formation in the north centrol of Xihu sag
地震前積層可以反映古水流方向。受海上地震品質(zhì)較低的限制,研究區(qū)花港組明顯的前積層反射結(jié)構(gòu)較少,發(fā)育少量自北東往南西向和自東往西向的前積層發(fā)射結(jié)構(gòu)(見圖5),說明研究區(qū)發(fā)育自北東往南西向和自東往西向的古水流,證明研究區(qū)有來自北部和東部的物源。
圖5 西湖凹陷中北部花港組前積層反射特征
關(guān)于研究區(qū)沉積相類型的觀點(diǎn)主要有辮狀河、辮狀河三角洲或?yàn)蜗?種。利用現(xiàn)有資料,通過巖心觀察識(shí)別沉積相標(biāo)志,研究區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積,包括水下分流河道、河口壩、水下分流間灣3種沉積微相。其中以水下分流河道微相為主,河口壩微相偶有發(fā)育。
3.1.1 巖心巖性及顏色
研究區(qū)發(fā)育泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、含泥礫砂巖及砂礫巖等(見圖6),以中砂巖為主。砂巖為灰色和灰白色,粒徑較細(xì),分選中等,顆粒呈次棱角狀。取心段泥巖厚度為0.3~2.0 m,顏色為深灰色、灰黑色(見圖6(b)),植物化石基本不發(fā)育,只在極個(gè)別的層位中發(fā)現(xiàn)破碎的植物葉片化石(見圖6(a)),說明研究區(qū)水深不大,離岸線不遠(yuǎn)。另外,部分層位發(fā)育泥礫,顏色為灰色、灰黑色(見圖6(c-d))。
3.1.2 沉積構(gòu)造特征
研究區(qū)發(fā)育多種沉積構(gòu)造現(xiàn)象,可見底沖刷、塊狀及各種層理構(gòu)造等(見圖6)。
(1)底沖刷構(gòu)造。底沖刷構(gòu)造(見圖6(e))屬于層面構(gòu)造,主要表現(xiàn)為一個(gè)起伏不平的巖性突變面。底沖刷構(gòu)造的發(fā)育與水動(dòng)力條件突發(fā)性地由弱變強(qiáng)的過程有關(guān),沖刷面上沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件顯著增強(qiáng),不但使沖刷面發(fā)育前堆積的沉積物在底沖刷過程中得到不同程度的下切侵蝕改造,而且使沖刷面之上巖石粒度明顯粗于下部(或包含來自下伏地層的泥礫)的。在沖刷面之上的砂巖中,常含有大量的礫石或泥礫及撕裂狀泥屑,泥礫、泥屑形態(tài)不規(guī)則,排列無明顯定向性。底沖刷構(gòu)造是水道的典型特征。
(2)塊狀構(gòu)造。塊狀構(gòu)造(見圖6(f))是研究區(qū)比較常見的沉積構(gòu)造,在厚層砂巖中廣泛發(fā)育。它是一種呈現(xiàn)大致均質(zhì)外貌、不具備任何紋層和層理的沉積構(gòu)造,是三角洲快速沉積的產(chǎn)物,常發(fā)育于辮狀河三角洲前緣的水下分流河道底部。
(3)層理構(gòu)造。層理構(gòu)造類型豐富多樣,主要包括反映較強(qiáng)水動(dòng)力快速堆積形成的平行層理和交錯(cuò)層理,以及反映弱水流作用形成的波狀層理和水平層理。典型的沉積構(gòu)造有平行層理、交錯(cuò)層理、波狀層理及水平層理等。
1)平行層理(見圖6(g))。研究區(qū)中細(xì)砂巖、粉砂巖多發(fā)育平行層理。平行層理是由一種紋層彼此平行的砂質(zhì)沉積物組成的,常形成于水淺流急的水動(dòng)力條件,由顏色、粒度、成分和炭屑層分布顯示出來,研究區(qū)主要見于較強(qiáng)水動(dòng)力條件的水下分流河道沉積。
圖6 西湖凹陷中北部花港組巖心特征Fig.6 Core features of Huagang formation in the north central of Xihu sag
2)交錯(cuò)層理(見圖6(h))。巖性由灰色、淺灰色中細(xì)粒砂巖組成,在較強(qiáng)水動(dòng)力條件下形成,常出現(xiàn)于水下分流河道沉積環(huán)境。由于受巖心尺度的影響,交錯(cuò)層理的類型不能被識(shí)別。
3)波狀層理(見圖6(i))。形成于水動(dòng)力條件強(qiáng)弱交替的環(huán)境,層內(nèi)的細(xì)層一般呈連續(xù)或斷續(xù)的波狀。常發(fā)育于席狀砂和水下分流間灣,通常由砂巖中的炭質(zhì)泥巖紋層顯現(xiàn)。
4)水平層理(見圖6(j))。常見于泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,單層厚度小,形成于浪基面之下或封閉低能環(huán)境的低流態(tài),主要由懸浮物質(zhì)緩慢垂向加積而形成。沉積構(gòu)造主要發(fā)育于水下分流間灣沉積環(huán)境。
3.1.3 粒度概率累積曲線特征
研究區(qū)粒度概率累積曲線主要形態(tài)為兩段式(見圖7),以跳躍組分為主,表明水動(dòng)力較強(qiáng)、分選中等—較差,體現(xiàn)水下分流河道的沉積特征。另外,可見三段式概率累積曲線(見圖7(d)),滾動(dòng)組分、跳躍組分、懸浮組分發(fā)育,表明水動(dòng)力增強(qiáng),可帶動(dòng)粗粒顆粒(粒徑大于1 mm)呈滾動(dòng)狀態(tài)向前移動(dòng),常見于水下分流河道底部沉積。
3.1.4 泥礫
研究區(qū)多發(fā)育泥礫及泥巖撕裂屑。泥礫及泥巖撕裂屑分為兩種類型:第一種類型尺寸分布差異較大,巖心觀察最大粒徑可達(dá)10 cm,形態(tài)多不規(guī)則,排列無明顯定向性(見圖6(c)),是受風(fēng)暴影響而形成的;第二種類型尺寸小,同一期泥礫之間尺寸差異也較小,具有一定磨圓,定向性排列明顯(見圖6(d)),是受牽引流影響而形成的。
圖7 西湖凹陷中北部花港組粒度概率累積曲線
3.2.1 判別
研究區(qū)砂、泥巖的顏色指示弱還原環(huán)境?;ǜ劢M沉積時(shí)期,研究區(qū)為淺水—較深水的水下沉積。此外,風(fēng)暴作用形成的泥礫等證據(jù)顯示研究區(qū)為水下沉積環(huán)境,從而排除辮狀河沉積相。錄井及測井資料顯示,花港組為大套厚層砂巖與泥巖的互層,砂巖厚度在100 m左右,大套砂巖內(nèi)部存在多期次的厚層砂巖疊加及厚層砂巖與薄層泥巖的互層(見圖1)。巖心觀察顯示,沉積序列以正粒序?yàn)橹?,偶有反粒序和?fù)合粒序發(fā)育。底部常發(fā)育底沖刷,但上部端元少見泥巖,以粒度較細(xì)的砂巖為主(見圖8)。定向性泥礫等證據(jù)顯示河道沉積特征,從而排除灘壩相的可能。根據(jù)巖心巖性、沉積構(gòu)造特征和粒度概率累積曲線,研究區(qū)花港組沉積時(shí)水動(dòng)力較強(qiáng)、堆積速度比較快、分選中等—偏差。因此,研究區(qū)為辮狀河三角洲前緣亞相,可以劃分微相為水下分流河道、河口壩和水下分流間灣,其中主要發(fā)育水下分流河道(見圖8)。
3.2.2 微相
(1)水下分流河道。水下分流河道是陸上分流河道的水下延伸部分,是辮狀河三角洲前緣沉積的主體部分,沉積物以中砂、粗砂為主,局部含礫石,泥質(zhì)極少,分選中等—較好,粒度概率累積曲線以兩段式為主。水下分流河道常發(fā)育底沖刷構(gòu)造,常見塊狀構(gòu)造、平行層理、板狀交錯(cuò)層理和楔狀交錯(cuò)層理[19-21]。水下分流河道呈典型的下粗上細(xì)的正旋回,并且河道上部單元發(fā)育較差或基本不發(fā)育,GR曲線呈箱形或鐘形(見圖8)。水下分流河道微相由數(shù)個(gè)單一河道復(fù)合而形成,在垂向上表現(xiàn)為多個(gè)小韻律層疊置成較厚的復(fù)合韻律層,厚度較大,較厚的砂體疊加超過100 m。
圖8 西湖凹陷中北部花港組典型沉積微相柱狀圖
(2)河口壩。河口壩形成于分流河道入湖后,砂質(zhì)物質(zhì)流速降低,在河口處堆積而形成。由于辮狀三角洲通常由湍急洪水控制,分流河道遷移性較強(qiáng),河口不穩(wěn)定,河口壩大多發(fā)育于離岸線較遠(yuǎn)處、水下分流河道的末端。河口壩微相常發(fā)育塊狀層理、小型板狀交錯(cuò)層理,沉積物以中砂、細(xì)砂為主,局部含礫石,分選較好[22]。河口壩微相呈典型的下細(xì)上粗的反旋回,GR曲線呈中—高幅漏斗形。研究區(qū)鉆井取心段中反韻律較少,說明河口壩較少發(fā)育,也間接說明研究區(qū)所處位置靠近陸地、沉積水體淺(見圖8)。
(3)水下分流間灣。水下分流間灣為水下分流河道之間相對(duì)低洼的地區(qū),沉積物以粉砂、泥質(zhì)為主,分選較好,具水平層理[23-24]。巖性一般為暗色泥巖、含粉砂泥巖及含泥粉砂巖,由于分流河道遷移頻繁,分流間灣泥質(zhì)沉積保存較差(見圖8)。
研究區(qū)井點(diǎn)少,井間距離較大,根據(jù)地震振幅屬性,采用井—震資料結(jié)合的方法,繪制沉積相平面圖(見圖9)。剖面上,辮狀三角洲前緣沉積由多期河道垂向疊加而形成,多期河道之間可見泥巖隔層,表現(xiàn)出多旋回、間歇性和較強(qiáng)的周期性。平面上,研究區(qū)主要由北部虎皮礁凸起提供物源,局部地區(qū)混入東部釣魚島隆褶帶的物源。研究區(qū)整體處于主水道,水下分流河道砂體多期疊置發(fā)育,分流間灣主要分布于研究區(qū)的邊部。
圖9 西湖凹陷中北部花港組振幅屬性和平面相Fig.9 Amplitude attributes and in-plane phasing of Huagang formation in the north central of Xihu sag
(1)西湖凹陷中北部花港組物源主要來自北部的虎皮礁凸起,局部地區(qū)混入東部釣魚島隆褶帶的物源,并且在研究區(qū)南部混入的可能性較大。
(2)西湖凹陷中北部花港組為水下弱還原沉積環(huán)境,沉積相為辮狀河三角洲前緣亞相,分為水下分流河道、河口壩和水下分流間灣微相,其中以水下分流河道微相為主。水下分流河道微相具有砂體厚度大、河道多期疊置的特征。
(3)花港組時(shí)期,研究區(qū)物源充足且處于主水道區(qū),水下分流河道全區(qū)廣泛發(fā)育,水下分流間灣主要分布于研究區(qū)的邊部。
東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)2018年5期