東營凹陷古近系沙三段沉積相類型及其分布特征

1古近紀當前東海域群河東凹陷是渤海盆地濟陽坳陷南部的一個次級構造單元。東西長90公里，東北高65公里，面積約5000公里。在古近紀時期,東營凹陷為四周有凸起環繞的箕狀斷陷盆地,具有北斷南超的特點。內部包括北部陡坡帶、利津洼陷、民豐洼陷、中央隆起帶、牛莊洼陷、博興洼陷及南部緩坡帶等二級構造單元(圖1)。2沉積體系及沉積相通過40余口探井的巖心觀察以及大量地震、測井等資料的詳細分析,認為東營凹陷沙三期發育三角洲、扇三角洲、近岸水下扇、湖底扇、濱淺湖、半深湖和深湖等7種沉積相。2.1東緣多步性盆地群研究區的三角洲包括軸向的東營三角洲和高青三角洲以及南部緩坡帶的金家三角洲等,其中以東營三角洲最為典型。從湖盆的演化階段來看,東營三角洲從沙三早期到沙三晚期自東南向西北不斷向湖盆內進積,至沙三晚期整個牛莊洼陷以及中央隆起帶、利津洼陷和博興洼陷的部分地區都被東營三角洲所覆蓋。高青三角州發育于東營凹陷青城凸起的東部、博興洼陷之中,其發展演化與東營三角洲具同步性。但由于博興洼陷早期特有的持續沉降,以及高青三角洲入盆口的生長坡折帶,使得高青三角州的平面遷移弱、垂向加積強,主體顯示為自西向東遷移的特征。三角洲的巖性主要為中、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖以及灰色、深灰色泥巖等,并具有較多的碳質頁巖及碳化植物碎片夾層,發育各種類型的層理,C-M圖上主要由PQ,QR,RS3段組成;垂向上為向上變厚變粗的序列,從下向上依次由前三角洲亞相泥巖、粉砂巖變化為三角洲前緣亞相的中—細砂巖夾泥巖,再變為三角洲平原亞相的中砂巖、細砂巖、粉砂巖及泥巖,電測曲線上從下到上也依次為平直基線—指形—漏斗形一箱形—鐘形—齒形,反映了三角洲不斷前積的特點(圖2)。此外,在三角洲平原亞相中可見到Macaronichnus,Plano-lites和Rhizoliths的遺跡化石組合,三角洲前緣亞相中可見到Macaronichnus,Planolites,Monocraterion和Skolithos的遺跡化石組合。2.2雜色礫巖沉積相東營凹陷北部陡坡帶古近紀溝梁相間,沙三期扇三角洲沿北部凸起邊緣廣泛發育,除此以外,沙三中、晚期南部緩坡帶的局部地區也有所發育。研究區的扇三角洲具有近緣、坡陡、快速沉積的特點,可將其分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲3個亞相區,其中主要發育前緣亞相(圖3)。扇三角洲平原亞相以大套的雜色礫巖、砂礫巖、砂巖為主,夾紅褐色、紫雜色泥巖、粉砂質泥巖。其中礫巖礫石成分復雜、分選磨圓差、碎屑(砂、礫)支撐,發育塊狀層理和粒序層理。部分井段可見到帶氧化圈的礫石和直立的片麻巖礫石,反映了暴露環境沉積和近緣快速堆積的特點。扇三角洲平原亞相在沙三段不是很發育,僅在濱南利津斷裂帶附近可以見到。扇三角洲前緣亞相以大套的灰色、灰綠色礫狀砂巖、含礫砂巖;砂礫巖和中粗砂巖為主,夾薄層粉砂巖、泥巖;砂礫巖結構成熟度低、雜基支撐,顆粒多為次棱角狀,分選差—中等;沉積物粒度概率曲線具有反映重力流沉積的單段式及反映牽引流沉積的兩段式和三段式的雙重特征;SP曲線以高幅箱形、齒化箱形、鐘形和高幅指形為主;發育平行層理、槽狀層理、楔狀層理、沙紋層理、波狀層理以及沖刷構造和滑塌變形構造。前扇三角洲亞相已經延伸到深湖—半深湖之中,沉積物以深灰色泥巖、粉砂質泥巖和油頁巖為主,可見水平層理、塊狀層理及生物擾動構造,電測曲線為低幅值曲線。2.3近岸水下扇巖石學特征近岸水下扇是發育在斷陷盆地陡坡帶控盆邊界斷層下降盤的砂礫巖體,斷層的強烈活動以及斜坡上部補給水道或湖緣峽谷的存在是近岸水下扇形成的重要條件之一。它直接形成于深湖—半深湖環境中,具有近物源、近距離搬運、分選差等特點。近岸水下扇的巖石類型主要包括礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖、細砂巖和深灰色泥巖。礫石成分復雜,以灰巖為主,亦有泥礫、碎屑巖礫石,多在1～5cm間,最大可達15cm;磨圓差,多為次棱角狀,反映近源快速堆積的特點。近岸水下扇垂向上具有向上變細的正旋回結構(圖4),常見沖刷構造、強烈的同生變形構造以及小型的同生正斷層等斷裂活動的遺留標志。近岸水下扇自然電位曲線上表現為中幅度箱形、齒化鐘形、齒形及低幅度指形;地震剖面上為連續性差、變振幅或雜亂反射丘狀,向盆地方向過渡為弱振幅、平行—亞平行反射地震相。2.4湖底扇相垂向層序湖底扇相在沙三段各個時期均有發育。在洼陷內部深水區,由于三角洲前緣的重力滑塌作用和深水扇三角洲遠端的洪水濁流沉積作用,可以形成湖底扇沉積(圖5)。在中央隆起帶上遠離物源區的地方,由于斷層的存在,也可以形成這種濁積砂體。湖底扇相垂向層序表現為推進式復合疊置的向上變厚變粗層序;其特點是扇相砂體、砂礫巖體與深水泥頁巖間互出現,相應的巖石類型為顆粒支撐或雜基支撐的礫巖、砂礫巖—卵石質砂巖或塊狀砂巖—典型濁積巖;總的變化趨勢是溝道濁積巖減少,典型濁積巖增加,呈現連續變化的過程。2.5地表泥質及沉積相濱淺湖相位于湖盆邊緣至波基面以上的地帶,水體深度不大或周期性暴露地表,水動力條件復雜,沉積物受波浪和湖流作用的影響較強,巖性為灰色泥巖、砂質泥巖夾暗色碳質頁巖、灰色泥質灰巖和泥質白云巖,發育有Scoyenia和Beaconites的痕跡組合,且伴生泥裂。2.6浮游生物地層研究區半深湖、深湖相沉積在沙三早、中期最為發育,巖性為暗色泥巖、油頁巖,發育水平層理,常見介形蟲等浮游生物化石,保存完好。黃鐵礦是常見的自生礦物,多呈分散狀分布于暗色泥巖中。3沉積相平面分布特征3.1沉積相平面分布圖編制為了客觀、準確地反映東營凹陷沙三期沉積相的平面分布特征,根據大量巖心觀察和砂巖、砂礫巖資料統計,初步確定了沉積相平面分布的編圖原則和方法。這一方法可概括為以取心井段和單井沉積相分析為立足點,以連井沉積相分析為橋梁,以砂巖百分含量和砂礫巖百分含量為依據,由點到線、由線到面,定量編制不同時期的沉積相平面分布圖,進而查明有利砂體的展布位置。編圖的原則充分考慮了砂巖百分含量、砂礫巖百分含量的地質意義以及各類沉積相發育的構造帶位置和形成機制(表1),據此編制不同時期基本定量的沉積相平面分布圖。在這種沉積相平面分布圖中,各環境單元的確定主要依據確切的定量資料,與過去的“示意性”沉積相圖不同,相邊界是由定量數據確定的,這就使東營凹陷的沉積相研究發展到了定量化階段,亦使得編圖方法更具有可操作性。3.2半深湖-深湖地區沙三早期以深湖、半深湖沉積為主,湖盆分為東、西兩個沉積中心。濱淺湖在南部緩坡沿盆地邊緣有所發育,而在北部陡坡帶不發育或很少發育(圖6)。沿著北部陡坡帶的濱縣凸起、陳家莊凸起和青坨子凸起發育有一系列小規模的扇三角洲沉積,在單家寺地區和永安鎮北部緊鄰凸起的半深湖-深湖之中發育有近岸水下扇沉積。東營三角洲在該時期開始形成,但規模有限。此外,青城凸起右側發育高青三角洲,南部緩坡帶以金家三角洲為主,廣饒北緩坡也有小規模的三角洲相發育。湖底扇相沉積主要集中在中央隆起帶、純化地區以及牛莊洼陷內部,砂體規模小,沉積厚度薄。該時期沉積相的總體特征為水體深、砂體少,單個骨架砂體相規模小,且彼此孤立。3.3沙三期骨架砂體相特征沙三中期仍以深湖、半深湖沉積為主,東側沉積中心向西擴張,西側沉積中心向南萎縮至博興洼陷(圖7)。該時期的骨架砂體相主要為東西軸向的東營三角洲和高青三角洲相、北部陡坡帶的扇三角洲相和近岸水下扇相、南部緩坡帶的三角洲相和扇三角洲相以及中央隆起帶及盆地內部小規模的湖底扇相。與沙三早期相比,東營三角洲范圍明顯擴大,至東向西延伸至牛莊洼陷內部。南部緩坡帶金家地區坡度較陡,形成扇三角洲沉積。3.4角洲內部構造格局沙三晚期湖盆明顯萎縮,深湖、半深湖范圍減小,兩個沉積中心范圍也相應減小(圖8)。該時期骨架砂體相非常發育,北部的扇三角洲相在部分地區幾乎連接成片向洼陷內部延伸,東營三角洲進一步擴大,其延伸范圍幾乎包括了整個牛莊洼陷以及純化地區和中央隆起帶的大部分地區。高青三角洲和金家三角洲的范圍也有所擴大。廣饒南緩坡坡度相對較陡處形成扇三角洲沉積。湖底扇僅發育在民豐洼陷內,與北帶的扇三角洲和東營三角洲組成(扇)三角洲-湖底扇沉積體系。該時期由于構造活動的減弱,北帶不發育近岸水下扇沉積。4有利沉積帶和砂體分析4.1扇三角洲儲藏潛力分析北部陡坡帶的砂礫巖體包括扇三角洲和近岸水下扇。其中扇三角洲在沙三期,尤其是沙三晚期沿著北部陡坡帶廣泛發育。由于其有較發育的水下辮狀河道,具有近物源和短距離搬運的特點,砂礫巖百分含量相對較高,前緣砂質粒度適中、物性較好,而且扇三角洲多與生油凹陷相鄰、油源充足,是良好的油氣儲集體,現在已經成為尋找隱蔽油氣藏的有利勘探目標之一。通過巖心觀察,扇三角洲平原主水道以及前緣的分流河道和河口壩是最有利的含油相帶。近岸水下扇僅發育在沙三早、中期北帶控盆斷層強烈活動的地區,形成于斷層的下降盤,直接進入深湖—半深湖相沉積之中,或者直接夾于生油巖之中,或者通過斷層與生油巖構成一個輸導系統,是斷陷盆地陡坡帶一類重要的油氣儲集體。4.2角洲盆地內部分布東營三角洲為一強進積型三角洲,隨著湖盆的不斷萎縮、湖盆斷陷活動的減弱以及物源的不斷供應,三角洲不斷向盆地內部推進,至沙三晚期分布范圍廣、沉積厚度大。由于三角洲砂體具有較高的結構成熟度和成分成熟度,分選較好,已經成為東營凹陷內油氣賦存的主要儲層之一。三角洲前緣的分支河道和河口砂壩沉積是主要的儲油砂體。4.3儲集物性較高研究區湖底扇具有粒度細、分選好的特點,成分成熟度和結構成熟度均較高,具有較好的儲集物性。盡管湖底扇砂體分布范圍小、沉積厚度薄,但是它們與生油巖直接接觸或被其包圍,與斷層等配合,可以構成巖性圈閉或構造-巖性圈閉,一旦有油氣聚集即形成小而肥的油氣藏。5有利油氣儲集砂體地層東營凹陷古近紀沙三期發育有扇三角洲、三角洲、近岸水下扇、湖底扇、濱淺湖、半深湖和深湖等7種沉積相類型。沙三早、中期以深湖、半深湖沉積為主,北部陡坡帶發育扇三角洲相和近岸水下扇相,南部緩坡帶發育三角洲和扇三角洲相,東西軸向發育東營三角洲和高青三角洲,盆地內部半深湖、深湖環境內發育湖底扇相。沙三晚期湖盆萎縮,深湖、半深湖范圍縮小,各類骨架砂體相自盆緣向盆內進積,以北帶的扇三角洲相和東營三角洲相進積最為明顯。北部陡坡帶的砂礫巖體、軸向的東營三角洲砂體以及洼陷內部和中央隆起帶上的湖底扇砂體均可成為有利的油氣儲集砂體。研究區古近紀地層由老至新為孔店組和沙河街組,沙河街組包括沙四段、沙三段、沙二段、沙一段和東營組。本文研究的沙三段地層不僅是東營凹陷中烴源巖最發育的層段,也是目前油氣勘探中尋找巖性圈閉最有利的層段。沙三段進一步分為下、中、上3個亞