渤海石臼坨凸起南部陡坡带沙河街组层序地层及沉积演化

邢天奇,剧永涛

(华北理工大学 矿业工程学院,河北 唐山 063210)

石臼坨凸起陡坡带和渤海湾地区其他陡坡带一样,古近纪沙河街组和东营组的构造-沉积演化可分为裂陷Ⅱ幕、裂陷Ⅲ幕和裂陷Ⅳ幕,分别处于强烈裂陷期和裂陷晚期[1-4]。近些年,陡坡带的勘探取得较好成果,证实凸起陡坡带具有较大的勘探潜力,确定了在陡坡带下降盘构造-岩性油气藏的潜力[5]。该项研究运用经典层序地层学、沉积地质学、构造地质学等理论方法,综合地震和测井资料,进而建立石臼坨凸起陡坡带的层序地层格架,进行沉积体系类型和演化规律研究,为该地区油气勘探提供有力依据。

1区域地质背景

石臼坨凸起南邻渤海海域内凹陷面积最大的渤中凹陷,北邻秦南凹陷和马头营凸起,西邻南堡凹陷,东邻辽中凹陷[6]。石臼坨凸起南部陡坡带位于渤中探区,整体呈东西走向,研究区面积约为2 023 km2(见图1)。

图1 研究区位置图

研究区湖相沉积发育较好,东营组主要发育辫状河三角洲-半深湖沉积。沙四段主要发育扇三角洲-半深湖-滨浅湖沉积,沙三段和沙一二段发育扇三角洲-辫状河三角洲-半深湖沉积,且半深湖发育湖底扇-滨浅湖,滨浅湖发育钙质浅滩。沙四和沙三以及沙三和沙一二层序界面为间裂陷幕不整合接触。前人通过渤海海域古近系层序地震、钻井上的研究结果,将凹陷古近系沙河街组划分为沙四层序、沙三层序和沙一二层序,东营组划分为东下层序和东上层序[1-3,7]。

2层序界面及层序地层格架

2.1 层序界面划分

以区域地质背景为基础,结合层序地层学和研究区地质特征,对岩心、测井和地震资料综合分析,描绘出有代表性的单井层序分析柱状图、联井分析剖面图,确立了层序地层划分方案,分析出有年代地层学意义的关键侵蚀面和沉积面,建立石臼坨凸起南部陡坡带沙河街组的层序地层格架(见图2所示)。

图2 石臼坨凸起南部陡坡带古近系沙河街组层序地层综合柱状图

以区域地质背景分析为基础,结合研究区地质特征和具体资料,对石臼坨凸起南部陡坡带古近系层序进行划分。研究区沙河街组划分的三级层序界面为SB3、SB5、SB6和SB7,对应地震界面为T7、T6、T5和T3,对应的层序为SQE2S4层序、SQE2S3层序和SQE2S2层序-SQE2S1层序[1]。

以渤海海域古近系层序划分方案为基础,对石臼坨凸起南部陡坡带古近系沙河街组层序进行划分。通过测井资料、地震资料、岩性组合等多种方法综合识别钻井层序界面。

2.2 层序及界面特征

2.2.1 SQE2S4层序

SQE2S4层序底界面为SB7,顶界面为SB6。

(1)岩性及测井响应特征

研究区内井WELL 1(井位置见图1所示)整体为富泥型,泥岩为主要岩性,顶部含有少量的细砂岩,测井曲线幅值偏低且变化较小,为齿化低平曲线[2]。图3所示为WELL 1井SQE2S4岩性及测井特征联井对比图。

(2)SB6界面SB6是SQE2S4和SQE2S3的分界面。通过分析测井的岩性和测井曲线,可以将SB6界面分成以下2种类型:

类型1:以WELL 2井为例(井位置见图1),SB6界面为正反旋回的转折点,界面之上为砂泥岩互层,主要发育泥岩厚层,且厚度较大,砂岩厚度较薄,测井曲线为齿化钟形。界面之下为砂泥岩互层,砂岩厚度明显增加,测井曲线幅值有明显的变化,形态为箱形和漏斗形(见图4所示,WELL 2井)。

类型2:SB6位于泥岩发育段和砂岩发育段的分界面。界面之上主要为厚层泥岩夹杂薄层砂岩的沙泥岩互层,测井曲线呈齿化状。界面之下有薄层砂岩,其余为厚层泥岩,测井曲线幅值较低,为齿化状低平曲线(见图4所示,WELL 1井)。

图4 SB6层序界面特征对比图

(3)地震反射特征

在地震相上,沙四组为中弱振幅-中低连续反射,顶界面多为中弱振幅-连续-断续反射,界面之上上超明显(如图5所示)。

图5 SQE2S4地震反射特征

2.2.2 SQE2S3层序

SQE2S3层序底界面为SB6,顶界面为SB5。

(1)岩性及测井响应特征

SQE2S3层序主要发育泥岩、砂岩和粉砂岩,且根据SQE2S3层序的岩性组合以及测井曲线可以将层序划分为以下4种:

类型1:以WELL 3井为例(井位置见图1),层序上部为富砂型,下部为富泥型,测井曲线幅值变化较小,主要为低平曲线。层序上部砂岩发育较好,测井曲线呈现齿化漏斗形的特征(见图6,WELL 3井)。

类型2:以WELL 4井为例(井位置见图1),整体富泥型。层序中绝大多数为泥岩层,夹杂少量的粉砂岩和细砂岩薄层,测井曲线幅值较低,曲线为齿化低平曲线(见图6, WELL 4井)。

类型3:以WELL 2井为例,厚层泥岩夹杂薄层砂岩的互层,层序中大部分为泥岩厚层,有少量的含砾砂岩薄层。测井曲线幅值较低,有较明显的齿化现象(图见6,WELL 2井)。

类型4:以WELL 2井为例的混合型。层序中岩性交杂,含有泥岩、灰岩、砂岩等,且为泥岩偏多、砂岩偏少的不等厚互层。测井曲线幅值变化明显,呈现齿化漏斗状的特征(见图6,WELL 1井)。

图6 WELL 1-WELL 3井SQE2S3岩性及测井特征联井对比图

(2)SB5界面

SB5是SQE2S3层序和SQE2S4层序的分界面,也是SQE2S3层序的底界面。可根据岩性及测井曲线将SB5分为以下4种类型:

类型1:厚层泥岩和薄层砂岩的互层内的正反旋回分界面。界面之上单层的泥岩厚度较大,测井曲线有明显的齿化特征。界面之下依旧为单层的较厚泥岩,砂岩厚度增加,测井曲线幅值变化明显(见图7,WELL 2井)。

类型2:厚层砂岩和薄层泥岩互层内的正反旋回分界面。界面之上为厚层砂岩,夹杂薄层泥岩[2],且该部为向下粒度增加的正旋回。界面之下亦为厚层砂岩夹薄层砂岩,为向上粒度增加的反旋回,测井曲线齿化明显,为漏斗状(见图7,WELL 3井)。

类型3:以WELL 5井(井位置见图1)为例的砂泥不等厚与富泥发育段的分界面。界面上下为厚层砂岩夹杂薄层或较厚层泥岩,测井曲线齿化现象明显,界面之下漏斗型较明显,界面之上有钟形特征(见图7,WELL 5井)。

类型4:以WELL 6井(井位置见图1)为例的上部砂岩与下部泥岩夹杂薄层砂岩层段的分界面。界面之上主要为厚层砂岩夹杂薄层泥岩,且为粒度自下而上逐渐减小的正旋回。测井曲线齿化现象较明显,为中高幅值的钟形和箱形为主。界面之下为厚层泥岩夹杂薄层砂岩,测井曲线幅值比较低,呈齿化状低平曲线(见图7,WELL 6井)。

图7 SB5层序界面特征对比图

(3)地震反射特征

SQE2S3层序在地震上表现为中振幅-中连续反射和中强振幅-中高连续反射。顶界面SB5多为强振幅-中强连续反射,且该界面之上为上超,之下为下超。底界面SB6多为中强振幅-中连续反射,图8所示为SQE2S3层序界面特征对比图。

图8 SQE2S3层序界面特征对比图

2.2.3 SQE2S2-SQE2S1层序

SQE2S2-SQE2S1层序底界面为SB5,顶界面为SB3。

(1)岩性及测井响应特征

SQE2S2-SQE2S1对应层序中的沙一二段。SQE2S2中多为砂岩和砂砾岩,SQE2S1多为泥岩。根据SQE2S2-SQE2S1岩性可划分为5种类型:

图9 WELL 1-WELL 9井SQE2S2-SQE2S1层序岩性和测井曲线特征联井对比图

类型1:SQE2S2和SQE2S1砂泥岩不等厚互层,且含有大量的碎屑岩(见图9,WELL 1井)。

类型2:以WELL 7井为例(井位置见图1),SQE2S2和SQE2S1厚层泥岩夹杂薄层砂岩的互层,测井曲线整体为齿化低幅值曲线(见图9,WELL 7井)。

类型3:以WELL 8井为例(井位置见图1),SQE2S2和SQE2S1整体为大厚层砂岩,SQE2S2测井曲线为钟形,SQE2S1为漏斗形(见图9,WELL 8井)。

类型4:以WELL 9井为例(井位置见图1),SQE2S2以砂岩为主,且有部分砂砾岩,测井曲线为齿化漏斗形。SQE2S1主要为泥岩,顶部含有砂岩薄层,测井曲线为齿化钟形(见图9,WELL 9井)。

类型5:以WELL 10井为例(井位置见图1),SQE2S2主要为砂岩,测井曲线为齿化漏斗形。SQE2S1为砂泥岩的不等厚互层,测井曲线为齿化钟形(见图9,WELL 10井)。

(2)SB3界面

SB3界面为沙一二段与东三段的分界面。根据SB3界面上下的岩性资料和测井曲线可以划分2种类型:

类型1:大套厚层泥岩和砂泥岩互层的分界面。SB3界面之上的厚层泥岩测井曲线为低幅值的齿化低平曲线。SB3界面之下为不等厚的沙泥岩互层,测井曲线齿化明显,呈漏斗状(见图10,WELL 10井)。

类型2:以WELL 11井(井位置见图1)为例的富泥层段和富砂层段的分界面。界面之上主要为泥岩,夹杂少量的薄层砂岩[2],测井曲线为低幅值齿化低平曲线。界面之下主要为砂岩,含有较厚的砂砾岩和泥岩夹杂,测井曲线齿化明显,呈漏斗状(见图10所示SB3层序界面特征联井对比图,WELL 11井)。

图10 SB3层序界面特征联井对比图

(3)地震反射特征

SQE2S2-SQE2S1在地震剖面上主要为中高频-中强振幅-中高连续反射。底界面SB5表现为中连续-中强振幅反射,界面之下为削截;顶界面SB3表现为中振幅-中连续反射,界面之上为上超(见图11所示SQE2S2-SQE2S1层序界面特征对比图)。

图11 SQE2S2-SQE2S1层序界面特征对比图

3沉积体系类型和沉积体系演化

通过对研究区地震相、测井相和岩心等综合分析[8],得出石臼坨凸起南部陡坡带古近系发育的主要沉积相类型有扇三角洲、辫状河三角洲、半-深湖相和湖底扇,其次为滨浅湖和碳酸盐岩台地。通过地震相和测井相结合在研究区地层格架内恢复沉积相的平面展布特征。

图12 沉积类型汇总图

沙四时期处于强烈裂陷期,沉积相类型主要为扇三角洲和湖泊。渤中凹陷及其西次洼北部发育深湖,其他洼陷区发育滨浅湖(见图13所示)。到沙三时处于裂陷活动晚期,湖盆面积扩大,沉积体系类型为辫状河三角洲、扇三角洲和湖泊,小面积的湖底扇在此时期发育。研究区陡坡带受断层古沟谷影响,扇三角洲呈近ES向。扇三角洲规模较大,基本发育在石臼坨南部陡坡带和沙垒田凸起东北部(见图14所示)。至沙一二时处于裂陷活动晚期,湖盆面积有所减小,沉积体系类型为扇三角洲、辫状河三角洲、湖泊和碳酸盐岩台地相,湖底扇面积扩大。石臼坨凸起东斜坡、石臼坨凸起南倾末端东部发育辫状河三角洲,且受断裂和沟谷影响,呈EES向展布。沙垒田凸起东北部、石臼坨凸起东倾末端发育的扇三角洲,受沟谷和断裂的影响,展布呈NE向、SE向和SSW向。石臼坨凸起南部陡坡带发育的扇三角洲受沟谷影响呈ES向展布(见图15所示)。

图13 沙四层序(SQE2S4)沉积体系平面图

图14 沙三层序(SQE2S3)沉积体系平面图

图15 沙一二层序(SQE2S2-SQE2S1)沉积体系平面图

4结论

(1)根据基准面的旋回型,划分出沙河街组3个层序界面,层序界面为正反旋回分界面,界面上下沙泥岩厚度、岩性整体颗粒大小和测井曲线幅值及形状变化明显。结合层序地层学和旋回理论,建立起渤海石臼坨凸起南部陡坡带沙河街组的层序地层格架。

(2)渤海石臼坨凸起南部陡坡带沙四段沉积期,陡坡断裂坡折带主要发育扇三角洲,其余地区以半-深湖沉积为主,整体为一套颗粒较细的以泥岩为主的沉积体,且辫状河三角洲开始发育。沙三时期水体不断扩张,凸起面积开始减少沙垒田凸起东北部断裂活动逐渐加强,石臼坨凸起南部和沙垒田凸起东北部断裂坡折带处发育大量扇三角洲;在缓坡带发育规模较大的辫状河三角洲。沙一二时期水体继续扩张,凸起继续减小,面积断裂活动逐渐减弱,部分地区陡坡转换为斜坡,由发育扇三角洲变为发育辫状河三角洲,其余地区均为深湖-半深湖沉积环境。