箕狀斷陷湖盆初始裂陷期層序地層與沉積充填特征 以松遼盆地梨南洼槽下白堊統(tǒng)火石嶺組二段為例

1、PAGE 17 -箕狀斷陷湖盆初始裂陷期層序地層與沉積充填特征以松遼盆地梨南洼槽下白堊統(tǒng)火石嶺組二段為例斷陷湖盆是中國深層油氣勘探的重要接替領(lǐng)域，特別是初始裂陷期發(fā)育大面積儲集砂礫巖和厚層烴源巖湖盆1-2。其中，箕狀斷陷湖盆是斷陷期形成的典型湖盆類型，其不對稱的同沉積斷裂活動對不同沉積時期砂體的分布樣式具有重要的控制作用，從而致使斷階帶和斜坡帶油氣富集規(guī)律具有較大的差異。因此，研究箕狀斷陷湖盆斷階帶和斜坡帶對沉積充填演化的影響3-4，對箕狀斷陷湖盆層序格架下地層發(fā)育特征、沉積結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征、沉積充填演化、砂體與烴源巖的配置關(guān)系等解剖，既是認識儲層扇體發(fā)育分布的關(guān)鍵，又是當今地學(xué)研究的熱點，對隱

2、蔽油氣藏的開發(fā)、有利砂體的預(yù)測有著重要的意義5-6。前人針對箕狀斷陷湖盆構(gòu)造特征，沉積特征、沉積演化以及儲集砂體分布等開展了一系列研究3-6，總體認為箕狀斷陷湖盆地形上呈不對稱狀。由于受控盆斷裂活動和盆地翹傾的影響，其斷階帶與斜坡帶差異明顯。沉積中心與沉降中心明顯偏向斷階帶，扇三角洲為湖盆短軸方向發(fā)育的主要沉積體系，辮狀河三角洲為斜坡帶發(fā)育的沉積體系，以二者為代表的巖性-地層油氣藏的大量發(fā)現(xiàn)，證明了其巨大的勘探價值和潛力。中國東部盆地在中、新生代以來太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用下，產(chǎn)生了一系列疊置在古生界和元古界之上的裂谷型盆地7-8，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲集扇體分布不均，再加上埋藏深，鉆井少等因

3、素的約束，致使箕狀斷陷湖盆斷階帶和斜坡帶沉積充填規(guī)律認識較為薄弱。梨樹斷陷南部梨南洼槽新鉆井以及新三維地震資料的采集處理為箕狀斷陷湖盆初始裂陷期的沉積充填特征研究提供了可能，因此，本文以梨樹斷陷南部梨南洼槽火二段為研究對象，綜合運用巖心、錄井、常規(guī)測井以及三維地震資料對研究區(qū)火二段進行高分辨率層序地層以及沉積體系研究，總結(jié)箕狀斷陷盆地沉積特征及模式，以期為該地區(qū)和類似斷陷盆地的油氣勘探提供參考。1區(qū)域地質(zhì)概況梨樹斷陷發(fā)育在松遼盆地東南隆起區(qū)，與公主嶺市，西部緊鄰桑樹臺斷裂，并與雙遼斷陷毗鄰，北部與德惠斷陷相鄰，面積約2346km2。該斷陷發(fā)育于晚侏羅世至早白堊世，受西部桑樹臺斷裂的控制，具有西

4、斷東超、斷陷與坳陷疊置的箕狀斷陷盆地特征8-9。梨樹斷陷整體發(fā)育規(guī)模較大，埋藏較深，地層發(fā)育完整，是松遼盆地主要富含油氣斷陷之一。梨南洼槽構(gòu)造上位于松遼盆地梨樹斷陷南部（圖1），西部為桑樹臺凸起，東部為梨南-秦家屯凸起，北鄰德惠斷陷。研究區(qū)面積315km2，依據(jù)內(nèi)部構(gòu)造特點，進一步將梨南洼槽分為西部斷階帶、中部洼陷帶和東部斜坡帶。斷裂走向整體以北北西向和北北東向展布為主，在控凹斷層的制約下，營城組沉積時期上升盤地層遭受剝蝕，造成地層缺失，東部地區(qū)逐漸減薄超覆尖滅。整體特征與梨樹斷陷相一致，具有西陡東緩，西斷東超箕狀斷陷的沉積格局。圖1圖1梨南洼槽區(qū)域構(gòu)造位置a.梨樹斷陷構(gòu)造格局；b.松遼盆地構(gòu)

5、造格局Fig.1TectoniclocationoftheLinanSag梨南洼槽經(jīng)過多期構(gòu)造運動，最終形成下斷上坳的疊置型復(fù)合盆地的構(gòu)造格局10。梨南洼槽從火石嶺期（K1hs）到營城期（K1yc），經(jīng)歷初始斷陷期、強烈斷陷期兩大演化階段。其中初始裂陷期（火石嶺期）地層整體分布于基底之上，與下伏基底呈角度不整合接觸，與上覆地層沙河子組呈角度不整合接觸，分布面積廣泛，整體由近南北向梨南斷層控制。火石嶺組厚度變化較大，一般在8001000m。整體沉積為一套火山巖、火山碎屑巖、灰黑色泥巖、灰色砂礫巖、灰色細砂巖的巖性組合。垂向分布上，地層巖性存在明顯的兩分性，上部為灰色砂礫巖夾暗色泥巖，下部發(fā)育火山

6、巖，主要巖性為凝灰?guī)r、安山巖等（圖2）。圖2圖2梨南洼槽地層綜合柱狀圖Fig.2ComprehensivestratigraphiccolumnoftheLinanSag2層序界面識別及層序特征層序界面是指在沉積過程中形成的具有一定規(guī)模與范圍的不整合或與之對應(yīng)的整合面。在層序界面上下巖性、測井曲線、古生物及地震剖面反射特征均具有明顯的變化，可以作為層序界面識別的良好標志10-11。本論文主要選取巖性、測井曲線及三維地震資料對梨南洼槽火二段層序界面進行識別分析，自下而上共識別出4個層序界面SB1SB4，將火二段劃分1個長期基準面旋回LSC1，對應(yīng)1個三級層序，3個中期基準面旋回MSC1，MSC2

7、和MSC3，對應(yīng)3個四級層序SQ1，SQ2和SQ3。2.1層序界面特征1）長期基準面旋回界面特征長期基準面旋回是由盆緣不整合面及與其對應(yīng)的盆內(nèi)整合面所限定的地層單元，在盆地范圍內(nèi)可追蹤對比12-13。LSC1為火二段底界面，為火石嶺組火山巖和碎屑巖的區(qū)域不整合界面，界面之下為條帶或強雜亂地震反射，界面之上為平行連續(xù)強地震反射。在測井曲線上相應(yīng)為突變，界面之下由低GR值突變?yōu)橹懈逩R值（圖3）?；鹗瘞X組與沙河子組層序分界面SB4（T42）為區(qū)域不整合。界面之下為火二段的砂礫巖，細砂巖，泥巖以及煤層，界面之上為沙河子組灰色泥質(zhì)粉砂巖、灰黑色泥巖及灰色炭屑粉砂巖，可見削截地震反射軸終止樣式（圖4AA

8、和BB）。圖3圖3梨南洼槽火二段中期基準面旋回界面測井曲線識別標志a.SB4測井曲線特征，梨南1井；b.SB3測井曲線特征，梨南4井；c.SB2測井曲線特征，梨南2井；d.SB1測井曲線特征，梨南6井Fig.3LoggingmarkersforidentifyingthemediumtermbaselevelcycleboundariesinthesecondmemberofHuoshilingFormation，LinanSag圖4圖4梨南洼槽火二段中期基準面旋回界面地震反射特征（剖面位置見圖1）a.過梨南4梨南6井地震剖面；b.過梨南1梨南2井地震剖面Fig.4Seismicreflect

9、ioncharacteristicsofmediumtermbaselevelcycleboundariesinthesecondmemberofHuoshilingFormation，LinanSag（seeFig.1forthelocationofthesection）2）中期基準面旋回界面特征中期基準面旋回是由盆內(nèi)局部整合面所限定的地層單元，在盆地范圍內(nèi)局部可追蹤對比12-13。MSC2界面之下以灰色厚層砂礫巖為主，界面之上為暗色泥巖，在地震剖面上由界面之下的連續(xù)弱振幅轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)中振幅，在自然伽馬測井曲線響應(yīng)上由界面之下的低值突變至界面之上的高值，如梨南2井（圖3）。MSC3界面之下為砂

10、泥互層為主，自然伽馬測井曲線為高值，界面之上為一套可對比性良好的煤層，如梨南4井（圖3），在地震剖面上由界面之下的連續(xù)中振幅轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)強振幅。MSC2和MSC3界面在研究區(qū)的東部表現(xiàn)出明顯的上超反射特征（圖4AA）。2.2高頻層序地層格架火二段時期屬于松遼盆地初始裂陷期，受梨南斷裂控制，總體形成斷階凹處厚，緩坡薄的沉積地層。在火石嶺組末期，受桑樹臺大斷裂影響，地層抬升，火二段西部地層遭受剝蝕，地層缺失。因此火二段總體上表現(xiàn)出在梨南斷層下盤缺失，上盤地層較厚，向東斜坡帶地層逐漸減薄的特征。整體將火二段劃分為3個下降半旋回中期基準面旋回MSC1，MSC2和MSC3，對應(yīng)四級層序SQ1，SQ2和SQ

11、3（圖5），MSC1時期沉積范圍較小，沉積中心在梨南2井附近，地層最大厚度超過360m，向東北部逐漸減薄。MSC2時期梨南斷層活動加強，有兩個沉積中心，分別位于梨南5井附近與梨南2井北部，沉積中心地層最大厚度為420m左右。MSC3時期隨著盆地逐漸擴張，其地層分布范圍擴大，沉積中心向南部移動，沉積中心地層最大厚度為250m左右。每期旋回巖性均自下而上由砂礫巖向泥巖轉(zhuǎn)變，研究區(qū)西部受后期構(gòu)造抬升作用，火二段因遭受剝蝕而缺失。圖5圖5梨南洼槽梨南2井火二段基準面旋回-沉積相劃分Fig.5Divisionofbaselevelcycles-sedimentaryfaciesinthesecondme

12、mberofHuoshilingFormation（WellLinan2），LinanSag3沉積相類型及特征通過對研究區(qū)火二段取心井的巖心精細解釋觀察，并綜合測井、錄井資料及三維地震資料，認為梨樹斷陷梨南地區(qū)火二段主要發(fā)育的沉積相類型為扇三角洲相和湖泊相。3.1扇三角洲相扇三角洲是斷陷湖盆典型的沉積類型14，緊鄰物源，搬運距離短，堆積速度快。成熟度低，磨圓分選較差，沉積物粒度粗。巖性主要為雜色、灰色砂礫巖（圖6ac）、灰色泥巖，砂礫巖中泥質(zhì)含量較高，具有近物源、快速沉積的特征。水下分流河道砂體厚度較大，測井曲線上具有明顯的低伽馬、低密度特征。根據(jù)砂礫巖發(fā)育規(guī)律、顆粒大小、泥巖顏色、測井曲線以

13、及地震特征，將扇三角洲沉積相細分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣2個亞相。研究區(qū)陡坡帶和斜坡帶扇三角洲在巖性特征、粒度大小、沉積組合、沉積結(jié)構(gòu)及沉積構(gòu)造等方面均存在明顯的差異性。圖6圖6梨南洼槽火二段典型巖心照片a.雜色細礫巖，礫石以次棱角-次圓狀為主，梨南6井，埋深2240.3m；b.灰色含礫粗砂巖，具正粒序，梨南2井，埋深3100m；c.灰色細礫巖，礫石以次棱角-次圓狀為主，梨南2井，埋深2953.2m；d.灰色細砂巖，具正粒序，沖刷面，梨南2井，埋深2870.4m；e.含礫粗砂巖，礫石以次圓狀為主，梨南6井，埋深2601.1m；f.灰色細砂巖，平行層理，梨南6井，埋深2597.7m；g.灰色

14、中礫巖，含炭屑，梨南6井，埋深2597.1m；h.黑色泥巖，梨南4井，埋深2314.2m；i.灰色泥質(zhì)粉砂巖，梨南4井，埋深2314.9mFig.6PhotosshowingtypicalcoresfromthesecondmemberofHuoshilingFormationinLinanSag，SongliaoBasin斷階帶扇三角洲粗粒巖性以灰色砂礫巖、含礫細砂巖以及細砂巖為主，成熟度低，分選差-中等（圖6a，c），分流河道和水下分流河道底部沖刷面明顯，具有下粗上細的正旋回沉積序列組合，常發(fā)育中型板狀、槽狀交錯層理以及塊狀層理，測井曲線呈微齒化的箱形（圖7a）。斷階帶扇三角洲平原亞相是湖

15、平面以上部分，常發(fā)育在湖泊萎縮期，甚至在斷層下降盤處的沉積地層遭受剝蝕，而在坡度較小的區(qū)域能夠保存。研究區(qū)平原帶鉆井尚未揭示這套地層，但在地震剖面上，由于扇三角洲平原快速堆積，以弱振幅雜亂地震反射為特點（圖7b）。扇三角洲前緣為平原水下延伸部分，水下分流河道主要由灰色含礫粗砂巖、含礫細砂巖以及細砂巖等組成，礫石大小230cm，分選較差，礫石主要為巖漿巖類，雜基含量較多（圖6b），沖刷面明顯（圖6d），水下分流河道砂體連續(xù)厚度可達60m。斷階帶扇三角洲前緣巖性以灰色粗砂巖和細砂巖為主，礫石含量較少，沉積物較細，可見平行層理（圖6d）、板狀交錯層理、楔狀交錯層理以及塊狀層理，如梨南6井（圖7b，e

16、）。泥巖以深灰色、灰色為主，局部見薄層煤線，泥巖連續(xù)累計厚度明顯較斷階帶厚，地震反射主要為中-弱振幅前積反射結(jié)構(gòu)（圖7b）。圖7圖7梨南洼槽火二段不同沉積相類型典型測井響應(yīng)、沉積序列及地震反射特征a.梨南6井緩坡帶扇三角洲平原沉積序列；b.梨南6井扇三角洲平原和前緣地震反射和沉積特征；c.梨南6井緩坡帶扇三角洲前緣沉積序列；d.梨南2井陡坡帶扇三角洲前緣沉積序列；e.梨南2井扇三角洲前緣和淺湖地震反射和沉積特征；f.梨南2井陡坡帶淺湖沉積序列Fig.7Typicalloggingresponses，sedimentarysuccessionsandseismicresponsesofdiffe

17、rentsedimentaryfaciesinthesecondmemberofHuoshilingFormationintheLinanSag，SongliaoBasin斷陷湖盆斜坡帶扇三角洲以河道垂向加積和順物源方向的前積而形成的沉積地層為主，巖性以含礫粗砂巖和細砂巖為主，搬運距離相對斷階帶遠，顆粒磨圓和分選較好（圖6e），充填物從下向上粒度明顯變細。礫石磨圓以次棱角次圓狀為主，局部見植物炭屑（圖6g），常規(guī)測井曲線上也具有明顯的低伽馬、低密度特征，但垂向規(guī)模小于斷階帶扇三角洲（圖7c，d）。研究區(qū)斜坡帶扇三角洲平原帶分流河道砂體巖性以雜色細礫巖為主（圖6a），礫石直徑210mm，礫石成分

18、以凝灰?guī)r和安山巖成分為主，分選差-中等，磨圓次棱角-次圓狀，分流河道砂體厚度較大，可達70m，測井曲線為箱型或鐘型，從地震剖面上看，主要為弱振幅雜亂地震反射（圖7b）。斜坡帶扇三角洲前緣帶巖性以灰色粗砂巖和細砂巖為主，礫石含量較少，沉積物較細，可見平行層理（圖6f），板狀交錯層理，楔狀交錯層理以及塊狀層理。泥巖以灰色、灰黑色為主，局部見薄層煤線，泥巖連續(xù)累計厚度明顯較斷階帶厚，地震反射與斷階帶相似，為中-弱振幅前積反射結(jié)構(gòu)（圖7b）。3.2湖泊相湖泊相在梨南地區(qū)火二段全區(qū)均有發(fā)育。此時期地勢低洼，湖泊相雖大面積分布，但多以淺湖沉積為主。經(jīng)常受到湖水進退的影響。沉積地層巖性主要為深灰色、灰黑色的

19、泥巖（圖6h），泥巖中含有大量植物炭屑，局部可見煤線，反映水體為淺湖沉積環(huán)境。自然伽馬測井曲線呈低幅齒化線形，齒化線形的出現(xiàn)表明水體能量波動頻繁。受湖浪改造作用影響，局部發(fā)育質(zhì)地純凈的灰色細砂巖和粉砂巖（圖6i），單層厚度13m，主要發(fā)育波狀層理和塊狀層理。自然伽馬測井曲線呈低幅指型和頂或底突變。在地震剖面上以中-強振幅低頻連續(xù)席狀平行反射結(jié)構(gòu)為主（圖7e，f），代表沉積環(huán)境較為穩(wěn)定。4沉積充填演化規(guī)律研究區(qū)鉆井較少，但已有的鉆井分布均勻，新的地震資料為沉積相展布研究提供了條件。依據(jù)單井、剖面沉積相分析，結(jié)合優(yōu)選地震屬性圖（圖8）、砂礫巖厚度與砂地比圖，綜合研究區(qū)火二段高分辨率層序格架內(nèi)沉積相

20、的空間配置關(guān)系。圖8圖8梨南洼槽火二段中期基準面旋回RMS地震屬性相邊界解釋a.MSC1；b.MSC2；c.MSC3Fig.8InterpretationoffaciesboundarieswithRMSseismicattributesofmediumtermbaselevelcyclesinthesecondmemberofHuoshilingFormationinLinanSag，SongliaoBasin梨南地區(qū)火二段MSC1時期為強烈火山活動后的首次碎屑巖沉積期。梨南斷層活動強烈，近南北向展布，此時物源主要來自東部和西部，不同的區(qū)域構(gòu)造形態(tài)和物源供給有所差異，總體供應(yīng)不足，多口鉆井揭

21、示MSC1時期發(fā)育煤層，表明此時湖平面低，可容納空間較小，屬于饑餓型沉積。結(jié)合單井和地震屬性特征，東部斜坡帶發(fā)育疊置連片的扇三角洲沉積，面積達25.2km2。西部斷裂控制，受古地貌和物源控制，發(fā)育3個獨立的不同規(guī)模扇體，總體上形成小平原、大前緣的沉積格局。西南部和西北部扇體面積較小，分別為6.6km2和5.7km2，特別是梨南2井處物源充足，過斷裂后，延伸范圍可達4km，面積可達9.1km2（圖9a），湖盆中部以淺湖為主。圖9圖9梨南洼槽火二段中期基準面旋回沉積相展布a.MSC1；b.MSC2；c.MSC3Fig.9Distributionofsedimentaryfaciesinmedium

22、termbaselevelcyclesofthesecondmemberofHuoshilingFormationinLinanSag，SongliaoBasinMSC2時期，湖盆擴張，地層沉積范圍擴大，可容納空間不斷增大，整體上繼承MSC1沉積格局。受梨南斷裂活動持續(xù)加強的影響，西南部物源供給增強，斷裂南部扇體規(guī)模增大，面積擴張到14.1km2。早期梨南2井扇體萎縮，扇三角洲平原不發(fā)育，僅在梨南4井發(fā)育規(guī)模較小的扇三角洲前緣砂體，面積僅3.2km2。東部物源供給也進一步增強，扇三角洲規(guī)模較MSC1明顯變大，面積可達43.7km2（圖9b）。MSC3時期，湖盆快速擴張，整個湖盆面積擴張到141

23、.5km2，可容納空間持續(xù)擴大，物源供給也不斷增強，較MSC2沉積范圍更大。特別是斜坡帶物源供給進一步加強，東部扇三角洲前緣沉積規(guī)模不斷擴大，扇體延伸距離增大，相互疊置，面積可達69.2km2（圖9c），西部梨南4井扇體面積達4.2km2，南部扇體面積11.5km2。斷裂周圍為該時期沉積中心，大面積淺湖發(fā)育，形成厚層的黑色泥巖，也為研究區(qū)烴源巖的發(fā)育提供了條件。5箕狀斷陷湖盆沉積充填影響因素及充填模式5.1箕狀斷陷湖盆沉積充填影響因素在箕狀斷陷湖盆層序沉積充填過程中構(gòu)造是主控因素，與氣候、物源供給及湖平面升降之間存在復(fù)雜的關(guān)系，特別是斷陷盆地構(gòu)造演化的階段性和周期性，與氣候等共同作用影響物源供

24、給和湖平面的變化，從而控制湖盆的沉積充填演化15-16。5.1.1古地貌對沉積體系的控制作用根據(jù)斷陷湖盆的特征，不同古地貌單元的類型、構(gòu)成及組合樣式對沉積體系都有明顯的控制作用17-19。不同類型的坡折帶樣式?jīng)Q定了砂體類型、規(guī)模及分布。古地貌對沉積體系的控制作用表現(xiàn)在3個方面：古地貌對物源體系規(guī)模具有明顯的控制作用。研究區(qū)火二段沉積時期，梨南斷裂發(fā)育，誘發(fā)火山活動，致使斷裂上升盤不斷上升，研究區(qū)呈現(xiàn)較大的地形高差，西部斷階帶、中部凹陷帶和東部斜坡帶分帶明顯。西部斷階坡折之上為物源剝蝕區(qū)，沉積物順低洼區(qū)搬運入湖，也可能為過路沉積，古凸起與溝谷共生，往往形成小型的物源供給體系，從而形成梨南2井和梨

25、南4井小規(guī)模扇體（圖10）。東部區(qū)域性古隆起往往形成大規(guī)模的物源供給區(qū)。沉積體系的形態(tài)受古地貌的控制。斷階坡折沉積物往往順著物源區(qū)溝谷運移至湖區(qū)，斷裂轉(zhuǎn)換帶形成物源的關(guān)鍵通道，發(fā)育獨立的扇體，斜坡坡折帶小型侵蝕溝谷容易發(fā)育，但分布不穩(wěn)定，容易改道，扇體易于連片分布（圖10）。沉積亞相帶分布受古地貌控制。斷階坡折是平原與前緣的分界線，但斷裂斷距不斷變小時，其分界逐漸不明顯，從地震剖面看，工區(qū)西南部砂體平原帶延伸至凹陷帶。東部斜坡帶扇三角洲平原和前緣分界線不穩(wěn)定，易于受湖平面的波動影響。圖10圖10梨南地區(qū)火二段沉積時期古地貌及物源分析Fig.10Palaeogeomorphologyandpro

26、venancesduringdepositionofthesecondmemberofHuoshilingFormationinLinanSag5.1.2氣候和物源變化對沉積體系的控制作用在斷陷湖盆充填演化過程中，物源區(qū)多為盆地周緣凸起，沉積物供給量取決于物源區(qū)巖性組成、氣候和地形高差等因素?；鹗瘞X組碎屑巖段的抱粉組合以具氣囊的松柏類花粉豐富、Classopollis的數(shù)量不多但孢子類型多樣為特征，其所反映的氣候為半干旱-半濕潤的亞熱帶型20-21?；鹗瘞X早期泥巖（煤線）中發(fā)育豐富的古老針葉林和灌木草，其中具氣囊的松柏類花粉很豐富，反映半干旱氣候?；鹗瘞X組晚期至沙河子組，無氣囊松柏類花粉的數(shù)量

27、有所增加，泥巖顏色以深灰色、灰黑色為主，氣候由半干旱向半濕潤轉(zhuǎn)變20-28。MSC1早期，梨南4井和梨南6井均發(fā)育煤層，在干旱-半干旱氣候背景下，隨著斷裂作用加強，湖泊擴展，物源一直處于饑餓狀態(tài)，扇體數(shù)量和規(guī)模較小。MSC1MSC3時期，半濕潤氣候背景下，物源充足，扇體規(guī)模不斷擴大，東部斜坡帶形成扇三角洲群。在構(gòu)造、氣候、物源等多因素控制下，斷階帶和斜坡帶扇體沉積特征、疊置樣式以及沉積規(guī)模存在較大差異18-19。斷階帶受古地貌和物源控制明顯，當物源充足，順溝谷可搬運較遠，形成狹長式厚層扇體，比如梨南2井，且沉積物粒度較粗；當物源供給不足，沉積物往往在斷裂帶上升盤就停止搬運，斷裂帶下降盤雖然存在較大的可容納空間，但往往處于欠補償狀