杜錦霞

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院勘探規(guī)劃室 黑龍江大慶 163712)

松遼盆地北部青山口組包括青山口組一段、二段和三段，沉積于坳陷中期階段，松遼盆地在青山口組和嫩江組經(jīng)歷過(guò)兩次大規(guī)模湖浸，泉頭組末期湖平面快速上升，湖相區(qū)域擴(kuò)大至全盆地，青山口組湖盆沉積演化主要分為2個(gè)階段，青一段湖擴(kuò)階段和青二、三段湖退階段。青山口組屬于快速水進(jìn)和水退旋回下形成的沉積層序，前緣相帶分布在長(zhǎng)垣以西和長(zhǎng)軸方向的北部地區(qū)，盆地中央為湖相，以發(fā)育湖相泥巖為主，沉積物源主要來(lái)自北部和西部，地層厚度介于135～679 m。在青一段和青二段發(fā)育了大規(guī)模重力流沉積，青三段也有部分時(shí)期發(fā)育重力流沉積。深層天然氣勘探有現(xiàn)實(shí)的技術(shù)難題，外圍盆地可替代資源量存在現(xiàn)實(shí)的勘探風(fēng)險(xiǎn)。隨著油氣勘探從構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)入隱蔽油氣藏，不同區(qū)塊油氣成藏條件和油氣藏分布主要控制因素差別巨大，另外松遼盆地中淺層剩余資源主要分布在向斜區(qū)沉積邊緣相［1-3］，具有低滲透、薄互層、隱蔽性強(qiáng)、難于識(shí)別等特點(diǎn)，勘探難度越來(lái)越大，由常規(guī)儲(chǔ)層向非常規(guī)儲(chǔ)層轉(zhuǎn)變是地質(zhì)勘探趨勢(shì)。青山口組致密油氣藏廣泛分布于湖盆中間，勘探取得進(jìn)展較難，但為了尋找可接替資源量，我們的勘探思路是必須向深水區(qū)進(jìn)軍，因研究致密儲(chǔ)層就需要研究其儲(chǔ)層沉積特征，深水濁流沉積對(duì)資源評(píng)價(jià)方法的提高具有實(shí)際的借鑒作用，因此對(duì)于盆地后續(xù)研發(fā)顯得尤為重要。

Middleton［4］等最早提出了“沉積物重力流”這一術(shù)語(yǔ)，沉積物重力流(Sediment gravity flow)是指沉積物或沉積物與水的混合物在重力作用下順斜坡運(yùn)動(dòng)形成的流動(dòng)，亦稱沉積物流或塊體流。Middleton等［4］通過(guò)支撐機(jī)理研究把水下重力流沉積系統(tǒng)劃分為濁流(Turbidity current)，液化流(Liquefied or fluidized flows)，顆粒流(Grain flows)，碎屑流(Debris flows)，沉積物中較粗顆粒由基質(zhì)支撐，基質(zhì)是由較細(xì)粒物質(zhì)與孔隙內(nèi)流體的混合物，具有一定的屈服強(qiáng)度［1］。此外，按沉積環(huán)境可分為陸上重力流(形成沖積扇等)、水下重力流(形成各種湖底及海底重力流沉積)和過(guò)渡型重力流(形成扇三角洲)。這種沉積物流在陸地上和水下均能發(fā)生，最早發(fā)現(xiàn)大多數(shù)具有地質(zhì)意義的沉積物重力流在海底，近年來(lái)在陸相盆地中也有大量沉積物重力流。以重力流為儲(chǔ)層的油氣田在全世界被發(fā)現(xiàn)愈來(lái)愈多，如中國(guó)的渤海灣盆地、二連盆地、塔里木油田、黃驊凹陷北大港油田，松遼盆地大慶油田、鄂爾多斯盆地長(zhǎng)慶油田等［2，3，5-9］。松遼盆地北部重力流沉積勘探經(jīng)歷了從探索階段到發(fā)展階段，自馮志強(qiáng)等［10］報(bào)道以來(lái)，研究人員一直都在不懈地尋找湖盆有利沉積體，并于2011～2013年在嫩江組發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模湖底重力流水道。從此松遼盆地重力流沉積研究進(jìn)入了嶄新的階段，研究其特征對(duì)預(yù)測(cè)深水湖盆有利儲(chǔ)層至關(guān)重要。

1 松遼盆地北部青山口組重力流沉積主要類型及其巖性特征

本文在連片三維工區(qū)、單個(gè)三維工區(qū)高精度地震資料利用的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量巖芯和鉆測(cè)井資料，發(fā)現(xiàn)整個(gè)青山口組都發(fā)育不同規(guī)模重力流沉積，青山口組一段和二段規(guī)模最大。通過(guò)對(duì)松遼盆地北部青山口組湖區(qū)沉積物的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)存在著大規(guī)模重力流沉積。按照重力流搬運(yùn)方式，可將青山口組重力流劃分為塊體流和濁流。重力流沉積發(fā)育有滑動(dòng)巖、滑塌巖、砂質(zhì)碎屑流和濁流等。從重力流沉積平面形態(tài)和相對(duì)構(gòu)造位置上，共識(shí)別出滑動(dòng)巖型、滑塌型、砂質(zhì)碎屑流型、濁流型等重力流類型，另外青山口組還發(fā)育風(fēng)暴巖，震積巖等。下面按照搬運(yùn)方式和成因機(jī)制分別加以分析和研究。

1.1 滑動(dòng)巖型及其巖性特征

前人研究認(rèn)為滑動(dòng)巖是在一定外界條件觸發(fā)下，塊體沿著剪切面開(kāi)始向下滑動(dòng)?；瑒?dòng)巖最主要特征是內(nèi)部形變不明顯，滑動(dòng)巖圍巖主要為泥巖或泥質(zhì)粉砂巖，為滑動(dòng)型重力流砂體，巖芯觀察上能看到原巖的層理和構(gòu)造特征，與外圍圍巖有顯著的構(gòu)造特征差異［11-12］。由于原始沉積物源方向和由外界條件觸發(fā)引起地質(zhì)體滑動(dòng)的物源方向具有一定角度，導(dǎo)致滑動(dòng)巖和周圍圍巖產(chǎn)生顯著滑動(dòng)變形構(gòu)造。在力學(xué)性質(zhì)上，滑動(dòng)巖是塑性變形所產(chǎn)生，但一些小型滑動(dòng)巖碎塊保持完整外部形態(tài)，因此也存在一定程度彈性形變?；瑒?dòng)巖上部形成似漂浮的羽片狀構(gòu)造，中部為平行層理、底部為交錯(cuò)層理(圖1A，B，C)。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的滑動(dòng)巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖。這些被發(fā)現(xiàn)的滑動(dòng)巖來(lái)于自三角洲前緣部位，呈羽片狀構(gòu)造，保留有三角洲前緣沉積物特征，為粉砂質(zhì)泥巖或者泥質(zhì)粉砂巖沉積［13］。

1.2 滑塌巖型及其巖性特征

滑塌巖和滑動(dòng)巖在層理和構(gòu)造上幾乎難以區(qū)分，但是流動(dòng)體制上有顯著差別?；饕奢^大的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所引起，如地震、板塊俯沖、擠壓、湖平面上升等地質(zhì)因素。當(dāng)大的塊體沿著剪切面發(fā)生滑動(dòng)或者順坡折帶部位嵌入或落入低位體系域中［14］，由于其推動(dòng)機(jī)制力度大，所以落入異地地層體中和原地沉積物一起產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的同沉積形變，常常形成包卷層理、攪渾構(gòu)造(滑塌變形構(gòu)造)、球枕構(gòu)造和重荷模構(gòu)造等(圖1 D，E)。在研究區(qū)滑塌巖極為普遍，巖性一般為粗砂巖、砂巖和粉砂巖。

1.3 碎屑流型及其巖性特征

碎屑流一般分為砂質(zhì)碎屑流和泥質(zhì)碎屑流兩種。砂質(zhì)碎屑流相對(duì)來(lái)說(shuō)是較好的油氣儲(chǔ)層，泥質(zhì)碎屑流對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層研究具有一定的價(jià)值。Fisher等1971年提出了碎屑流的概念，而泥質(zhì)含量較少的“砂質(zhì)碎屑流”由 Hampton于1975年提出，Lowe等［15］1982年提出碎屑流為一種塊狀塑性流(賓漢流體)，Shangmugan［16-17］等人認(rèn)為砂質(zhì)碎屑流沉積代表了一個(gè)在組分、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等方面的沉積序列，而且在這個(gè)沉積序列中有一個(gè)共同特征，即塑性流變。砂質(zhì)碎屑流厚度較大，分布范圍大約40%，泥質(zhì)碎屑流沉積占35%，這為深水儲(chǔ)層勘探提供了重要理論依據(jù)。

研究區(qū)發(fā)育砂質(zhì)碎屑流，巖性以細(xì)砂巖和粗粉砂巖為主，另有粉砂巖。局部可見(jiàn)油浸、油斑、油跡，砂巖厚度為10～52 m。砂質(zhì)碎屑流通常出現(xiàn)在水上暴露標(biāo)志附近，如漂浮植物碳屑、植物根、貝殼化石、成群介形蟲(chóng)殼體化石存在，通常呈塊狀。砂質(zhì)碎屑流沉積構(gòu)造主要有槽模、溝模、重荷模、液化錐、液化管、碟狀構(gòu)造等(圖1 F～L)，有反映牽引流水流的交錯(cuò)層理和斜波狀層理，可能為湖底流所致，屬于湖泊深水牽引流范疇。

1.4 濁積巖型及其巖性特征

濁流是一種牛頓流體，為沉積物懸浮于紊亂流體當(dāng)中的重力流，湍流是沉積物主要支撐機(jī)制［18］。Bouma［19］提出了著名的鮑馬序列，他認(rèn)為完整的濁流事件主要包括Ta、Tb、Tc、Td。以鮑馬層序?yàn)榇淼慕?jīng)典濁流理論及鮑馬序列在沉積地質(zhì)學(xué)界廣泛流行，甚至幾乎所有的深水砂巖都被描述并解釋為濁流沉積［11］。但在研究中我們發(fā)現(xiàn)，完整的濁流沉積幾乎不存在，它可能只發(fā)育濁流的 Ta、Tb、Tc、Td其中一個(gè)，兩個(gè)或者三個(gè)相序組合。傳統(tǒng)的濁流慣性思維方式、濁流成因模式給實(shí)際研究工作帶來(lái)了諸多不便，已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可［20］。濁積巖主要由底流或者牽引流作用形成，通常被改造成砂質(zhì)碎屑流。在陸相湖盆中濁流被認(rèn)為是一種深水濁積巖，這種濁積巖具有陸相湖盆深水沉積特征，巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及砂礫巖等，通常厚度1～2 m左右，濁流多發(fā)生在湖底，有覆蓋面大、期次多、較頻繁等特點(diǎn)。濁流沉積特征有明顯的遞變層理，其主要標(biāo)志是具有正遞變層理［21］。

圖1 青山口組重力流沉積巖巖芯特征圖Fig.1 Characteristics of gravity flow sediment cores

具遞變層理砂巖在青山口組較常見(jiàn)，重力流分異可能是主要原因，但是底流搬運(yùn)也不可忽視。濁流層理特征主要表現(xiàn)為:底部塊狀層理、頂部水平層理、頂部小型交錯(cuò)層理、波紋交錯(cuò)層理，(一般厚度小于10 cm)(圖1 M～Q)，每期濁流由于水流作用在沉積間斷面形成溝模和快速水流連續(xù)沉積，一期重力流底部形成槽模(圖1 J，L)。

2 重力流的垂向分布特征和控制機(jī)制分析

青山口組重力流多發(fā)育在英臺(tái)大安階地和長(zhǎng)垣以西地區(qū)，發(fā)育層位主要集中在青山口組一段和二段(圖2A，B)。英臺(tái)大安地區(qū)厚度在10 m左右發(fā)育一個(gè)或多個(gè)重力流系列。青山口組泥巖發(fā)育厚度在30～200 m之間，其主要發(fā)育在大套的泥巖之下，從上至下依次發(fā)育滑動(dòng)巖、滑塌巖(滑動(dòng)巖和滑塌巖同時(shí)發(fā)育)、濁流沉積、砂質(zhì)碎屑流等，砂質(zhì)碎屑流發(fā)育在青二段底部。

在地震反射界面T2～T06之間，東西向地震剖面上X3井和X7井附近有兩條大斷裂出現(xiàn)，斷裂呈正花狀構(gòu)造，地震剖面上多呈不連續(xù)反射特征，有被連續(xù)擠壓和滑動(dòng)痕跡出現(xiàn)，巖芯觀察上可見(jiàn)有微裂縫(圖2C)。這說(shuō)明在青山口組沉積之后，發(fā)生過(guò)較大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，為該區(qū)域沉積物重力流形成提供了觸發(fā)機(jī)制［22-24，26］(圖2A，B，C 剖面位置見(jiàn)圖4A)。在英臺(tái)大安地區(qū)重力流主要發(fā)育在濱淺湖層序界面附近，其上發(fā)育近80 m左右介形蟲(chóng)層，為水上暴露標(biāo)志，在水下部位發(fā)育滑動(dòng)和滑塌巖沉積。青二段發(fā)育滑動(dòng)巖和滑塌巖為主，青一段以砂質(zhì)碎屑流為主，在測(cè)井曲線上電阻率多呈鋸齒狀，自然電位多呈指狀(圖3井位置見(jiàn)圖4A)。南北向地震剖面上反射軸清晰且連續(xù)。長(zhǎng)垣以西地區(qū)沉積物源主要來(lái)自于北部，地形坡度較緩，多以深水重力流水道形式出現(xiàn)，重力流水道在垂向上主要分布在青一段龍虎泡大安階地和整個(gè)長(zhǎng)垣以西地區(qū)，而在青二段時(shí)期緊限于長(zhǎng)垣以西北端。以X8，X9，X10等典型井為代表(圖4A)。

綜上所述青山口組重力流主要發(fā)育在大規(guī)模湖相泥巖中，重力流發(fā)育有期次多，具頻率性特點(diǎn)，其形成受獨(dú)特地形坡折控制，據(jù)恢復(fù)的古坡度統(tǒng)計(jì)，古坡度約0.5°～3°［25］，是重力流發(fā)育的理想坡度。重力流在地形上多發(fā)育于坡折帶部位，因坡折帶附近砂巖厚度大，砂地比高，地質(zhì)事件發(fā)生時(shí)，砂巖大面積塊體搬運(yùn)到坡折帶低位體系域中，沉積環(huán)境處于三角洲前緣水下分流河道前端［27-28］。

圖2A SN-英臺(tái)大安地區(qū)重力流沉積垂向分布特征剖面圖(位置見(jiàn)圖4A剖面1)Fig.2A Characteristics of SN-gravity flow deposit vertical distribution profile in Yingtaidaan region(location in Fig.4A profile 1)

圖2B SN-英臺(tái)大安地區(qū)重力流沉積特征地震剖面圖(位置見(jiàn)圖4A剖面1)Fig.2B Characteristics of SN-gravity depositional seismic profile in Yingtaidaan region(location in Fig.4A profile 1)

圖2C WE-英臺(tái)大安地區(qū)構(gòu)造特征地震剖面圖(位置見(jiàn)圖4A剖面2)Fig.2C Characteristics of WE-gravity deposit structural seismic profile in Yingtaidaan region(location in Fig.4A profile2)

圖3 X6井柱狀圖—重力流沉積類型劃分和巖芯特征圖Fig.3 Yingtaida’an X6 Well clonuminar-gravity types and core characteristics

3 青山口組重力流沉積巖平面分布特征

在巖芯觀察基礎(chǔ)上，應(yīng)用鉆井、測(cè)井、錄井等資料進(jìn)行綜合研究，認(rèn)為青山口組重力流沉積巖平面上主要分布于盆地西部地區(qū)，以中央坳陷區(qū)英臺(tái)—他拉哈地區(qū)最為發(fā)育，另外在盆地其他地區(qū)也有零星分布，如泰康隆起帶，長(zhǎng)垣南側(cè)及三肇凹陷部分地區(qū)。

青一段沉積時(shí)期，在盆地范圍內(nèi)廣泛發(fā)育重力流沉積，平面上呈海豚狀、近南北向長(zhǎng)條形及不規(guī)則橢圓狀或不規(guī)則多邊形，砂巖最厚處于英臺(tái)地區(qū)，最大厚度達(dá)37.2 m，平均厚度4.03 m?？拷鞑坑⑴_(tái)三角體系較近處，重力流沉積厚度大，期次相對(duì)較多，重力流沉積砂巖以發(fā)育塊狀層理砂質(zhì)碎屑流為主，兼有滑動(dòng)巖和滑塌巖發(fā)育，以細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖和粉砂巖為主。長(zhǎng)垣和三肇地區(qū)距離物源較遠(yuǎn)處發(fā)育由于風(fēng)暴或底流形成的片狀或不規(guī)則狀薄層濁積巖沉積，巖性以泥質(zhì)粉砂巖為主，期次也較少(圖4A)。

青二段沉積時(shí)期，重力流沉積主要發(fā)育在盆地西部地區(qū)，以龍虎泡大安階地、古龍西側(cè)和古龍東側(cè)以及大慶長(zhǎng)垣局部地區(qū)為主。砂巖最厚位于他拉哈地區(qū)，最厚達(dá)28.7 m，平均為5.3 m。重力流沉積砂巖厚度大，以發(fā)育塊狀層理砂質(zhì)碎屑流為主，巖性以細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖和粉砂巖為主，期次相對(duì)較多;古龍東側(cè)及大慶長(zhǎng)垣局部地區(qū)發(fā)育由風(fēng)暴或底流形成片狀或不規(guī)則狀薄層濁積巖沉積，期次也較少(圖4B)。

4 重力流沉積儲(chǔ)層特征

青山口組一、二段重力流沉積以砂質(zhì)碎屑流型和濁流型見(jiàn)多，砂質(zhì)碎屑流砂體巖石類型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，濁積巖切片分析表明切片表明主要為長(zhǎng)石、方解石團(tuán)塊、瀝青質(zhì)(圖5)［29］，為非常規(guī)儲(chǔ)層的一類儲(chǔ)層(圖4A，B)，重力流砂體厚度平均4.2 m，主要發(fā)育于青山口組西部斜坡英臺(tái)地區(qū)，為斜坡扇型重力流，據(jù)統(tǒng)計(jì):累計(jì)面積達(dá)960 km2，延伸長(zhǎng)度達(dá)58 km，寬度1.3～6 km，預(yù)測(cè)厚度1～24 m，單砂層厚0.3～5 m，孔隙度10%～15%，占80%左右，滲透率(0.01～0.14)×10-3μm2。長(zhǎng)垣以西薄層純砂巖層型:單層砂巖厚度2～3 m，平均孔隙度5%～9%;砂泥巖薄互層型:單層砂巖厚度＜1 m，孔隙度4%～6%，為致密油型砂巖類型，巖性:細(xì)—粉砂巖、含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等較薄重力流砂巖，儲(chǔ)集空間以粒間孔、粒間溶孔、晶間孔、微裂縫和納米孔縫，鏡下儲(chǔ)集空間大小:10～100 μm，溶孔可達(dá) 500 μm，屬重力流沉積二類儲(chǔ)層區(qū)域(圖4A)。以上兩種儲(chǔ)層均為非常規(guī)致密砂巖儲(chǔ)層。

圖4A 青山口組一段沉積相+濁積巖平面分布圖Fig.4A Horizontal distribution of the first member of Qingshankou Formation sedimentary facies+turbidite rock

圖4B 青山口組二段沉積相+濁積巖平面分布圖Fig.4B Horizontal distribution of the second member of Qingshankou Formation sedimentary facies+turbidite rock

圖5 X5青一段2 361.58 m薄片鑒定(濁流沉積)Fig.5 X5 K1qn12 361.58 m slice identification(turbid flow deposit)

5 結(jié)論及地質(zhì)意義

(1)松遼盆地北部青山口組一、二段湖相泥巖中發(fā)育大規(guī)模重力流沉積，重力流類型以滑塌巖型、滑動(dòng)巖型、砂質(zhì)碎屑流型、濁積巖型等類型為主，地震活動(dòng)是觸發(fā)機(jī)制，其形成受獨(dú)特地形坡折所控制。

(2)重力流儲(chǔ)層主力區(qū)域在英臺(tái)大安地區(qū)，青山口組一、二段重力流儲(chǔ)層以非常規(guī)儲(chǔ)層為主，由于局部存在高滲透，累積砂體厚度大，又處于優(yōu)質(zhì)烴源巖中間，且有斷層溝通，因而具有好的勘探潛力。

(3)重力流特征研究對(duì)我國(guó)陸相湖盆濁流沉積研究具有貢獻(xiàn)作用，另外為尋找非常規(guī)油氣儲(chǔ)層開(kāi)辟了新領(lǐng)域，對(duì)油氣勘探和開(kāi)發(fā)具有極其重要地質(zhì)意義。

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