王朋巖，李耀華

(東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江　大慶　163318)

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松遼盆地中央坳陷朝84-6井區(qū)泉頭組四段沉積期雙物源體系分析

王朋巖，李耀華

(東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶163318)

松遼盆地朝84-6井區(qū)在白堊系泉頭組四段沉積時期位于盆地西南通榆-?？邓岛湍喜块L春-懷德水系的交匯處，交匯水系內(nèi)沉積物來源、古水流走向等仍屬未知。通過對巖心、分析化驗資料和區(qū)域砂體厚度預(yù)測結(jié)果的綜合研究，根據(jù)重礦物組合特征、ZTR指數(shù)變化特征和地層砂體展布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的沉積特征具明顯物源分帶性，將其劃分為?？滴镌大w系主控I區(qū)、懷德物源體系主控III區(qū)和雙物源體系混合控制II區(qū)。結(jié)合研究區(qū)沉積相模式研究成果，對比分析各分區(qū)的碎屑巖組分、砂巖厚度、巖石粒度和泥巖顏色等沉積特征的相似性和差異性，驗證了物源體系主控區(qū)域劃分的合理性。

松遼盆地；朝84-6井區(qū)；泉四段；雙物源

引言

朝陽溝油田構(gòu)造位置位于松遼盆地中央坳陷區(qū)內(nèi)鄰近東南隆起帶的朝陽溝階地之上。在泉頭組至姚家組沉積期末，以伸展作用為主，地層產(chǎn)狀近水平。研究區(qū)為朝陽溝油田的朝84-6井區(qū)(圖1)，在泉四段沉積時期為統(tǒng)一的拗陷區(qū)，位于盆地中央拗陷區(qū)的匯水中心。繼泉三段晚期水進之后，盆地持續(xù)拗陷，河流向盆推進，形成面積十分可觀的低位三角洲砂體，物源隆升速率減小，各水系向陸退縮，湖盆擴張，沉積物源來自周圍的山區(qū)。

綜合前人研究成果，普遍認為松遼盆地白堊系泉頭組有東北、北部、西部、南部、東南等6大物源及綏化、青崗、北安、訥河、齊齊哈爾、英臺、白城、通榆、?？?、懷德及長春等11支水系(圖1a)[1-2]。目前，針對泉四段沉積時期該井區(qū)所在區(qū)域的物源體系研究甚少，但是前人針對大慶長垣以東、兩井東-木頭南、扶新隆起帶等具有復(fù)雜水系沉積特征的地區(qū)開展了物源體系分析，這些地區(qū)均位于盆地中央坳陷區(qū)的匯水中心，對分析研究區(qū)物源體系具有一定借鑒意義。其中張雷、盧雙舫等[3]對大慶長垣以東地區(qū)泉頭組三、四段的物源特征及沉積體系進行了分析，指出該地區(qū)分南部和北部兩大主要物源體系，在泉三段至泉四段沉積時期，北部物源體系控制范圍逐漸縮小，南部懷德物源體系相對增強。叢林、馬世忠[4]對松遼盆地南部兩井東-木頭南地區(qū)扶余油層的物源體系進行研究，指出該地區(qū)存在西南?？党练e體系和南部長春懷德沉積體系，并對每個沉積體系的影響范圍和強度變化進行了綜合分析和厘定。孫雨、馬世忠等[5]分析了松遼盆地扶新隆起帶在扶余油層沉積時期的物源特征，提出雙源河控淺水三角洲沉積模式，即西南保康物源和東南長春-懷德物源控制下形成枝狀高能河控三角洲沉積體系。

由此可見，多物源混合控制沉積模式在松遼盆地較為常見，但是前人針對各井區(qū)的物源體系劃分依據(jù)過于簡單，通常局限于巖石重礦物特征、ZTR指數(shù)變化趨勢和砂體厚度變化趨勢這3項指標，未對不同物源的巖石學(xué)特性、沉積環(huán)境的氧化條件、古水流的水動力條件等沉積學(xué)特征的差異性和相似性作進一步討論。針對位于多水系交匯區(qū)域的油田井區(qū)，其研究范圍相對較小，需要更加精確地了解不同物源水系主控區(qū)域范圍，進而弄清研究區(qū)砂體成因及沉積演化規(guī)律。為此本文利用朝84-6井區(qū)7口探井(圖1b)的重礦物資料和區(qū)域砂體綜合預(yù)測結(jié)果，結(jié)合前人對松遼盆地物源體系的研究成果，剖析研究區(qū)各物源體系主控區(qū)分帶特征，判定交匯水系內(nèi)的沉積物來源及古水流走向。同時利用各取心井巖心分析資料及地層砂體厚度定量預(yù)測結(jié)果，分析對比碎屑巖組分、巖石粒度、泥巖顏色和砂體厚度等沉積特征，進而驗證物源體系主控區(qū)域劃分的合理性。這對研究區(qū)沉積相研究具有重要指導(dǎo)作用，同時對臨近井區(qū)的物源體系認證也有一定借鑒意義。

圖1松遼盆地泉四段沉積體系圖及工區(qū)位置示意圖(據(jù)大慶油田勘探開發(fā)研究院)

Fig.1Sketch to show the distribulion of the depositional systems and location of the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

1　重礦物組分

重礦物是碎屑巖中相對密度大于2.86g/cm3的礦物，在碎屑巖中的含量極少，總量不超過1%，但具重大意義。不同類型母巖的重礦物組分不同，經(jīng)風(fēng)化搬運后會產(chǎn)生不同的重礦物組合，因此，可以利用重礦物組合來判別母巖的性質(zhì)和來源[6]。

朝84-6區(qū)塊7口探井(朝6、朝61、朝62、朝63、朝65、朝69、朝631)共288個樣品的重礦物相對含量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，研究區(qū)發(fā)育的陸源重礦物類型主要有鋯石、白鈦石、磁鐵礦、磷灰石、綠簾石、綠泥石、石榴子石、黑云母、電氣石、錫石和榍石等。其中，鋯石的相對含量分布范圍為4.1%～72%，平均值33%，相對含量分布在27%～62%的可達84%左右；白鈦石為0.9%～31.1%，平均值為11%，相對含量分布在11%～16%的約占64%；磁鐵礦為0.6%～78.5%，平均值16%，一般相對含量14%～27%的可達79%以上；磷灰石為0.9%～16.2%，平均值為6%，相對含量3%～10%可達87%左右；綠簾石為0.7%～9.5%，平均值為4%，相對含量在2%～8%的可達91%左右；綠泥石為0.2%～2.2%，平均值為0.7%，相對含量在1%以下的可達78%以上；石榴子石為6.8%～44.2%，平均值為27%，相對含量在13%～38%的可達89%左右；黑云母為0.3%～9%，平均值為1%，相對含量在1%～3%的可達70%左右；電氣石為0.3%～11.5%，平均值為2%，相對含量在2%～4%的可達79%左右；其它陸源重礦物含量極微忽略不計。根據(jù)上述礦物的平均含量，劃分為主要重礦物、次要重礦物、少量重礦物、微量重礦物4類，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1　朝84-6井區(qū)重礦物相對平均百分含量組合表

上述統(tǒng)計分析表明，研究區(qū)主要陸源重礦物組合為鋯石-石榴子石-磁鐵礦組合，母巖主要為酸性噴發(fā)巖，極少含變質(zhì)巖和沉積巖。參考研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料發(fā)現(xiàn)，母巖類型與松遼盆地南部物源懷德體系和西南物源?？刁w系相一致，二者具有相似性，又有一定的差別。《中國石油地質(zhì)志·卷二》給出松遼盆地?？岛蛻训挛镌大w系的重礦物劃分依據(jù)，懷德物源以石榴子石和鋯石為主，?？滴镌匆凿喪痛盆F礦為主，懷德物源鋯石/石榴子石一般大于1，而?？滴镌翠喪?石榴子石小于1[7]。

根據(jù)各探井重礦物組合平面分布圖(圖2)，朝6和朝65井的重礦物組分較一致，朝63和朝61井重礦物組分較一致，朝62、朝631和朝69井規(guī)律性較差。比較研究區(qū)東西側(cè)主要和次要重礦物相對百分含量(表2、表3)，西側(cè)朝6、朝65井磁鐵礦相對含量均大于10%，東側(cè)朝61和朝63井磁鐵礦相對含量較低，均在5%左右。東側(cè)朝61和朝63井的鋯石+石榴子石相對含量較高，均在70%以上，鋯石與石榴子石的比值均大于1，而西側(cè)朝6、朝65井鋯石+石榴子石相對含量低于東側(cè)，普遍在55%以下，鋯石與石榴子石的比值均小于1。對于研究區(qū)域中央部位的朝62井、朝631和朝69井，磁鐵礦含量、鋯石+石榴子石含量和鋯石與石榴子石含量比值等能夠區(qū)分懷德和?？滴镌吹闹氐V物特征，均無明顯規(guī)律性，可以看做兼具雙物源特征?；谝陨戏治?，推測工區(qū)東側(cè)沉積體系主要受松遼盆地南部東側(cè)懷德體系物源控制，西側(cè)主要受松遼盆地南部西側(cè)?？刁w系控制，中部朝62井、朝631和朝69井所在區(qū)域受雙物源共同控制。

圖2重礦物組合平面分布圖

Fig.2Planar distribution of heavy minerals from the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

2　ZTR指數(shù)分布

重礦物種類很多，不同類型的母巖其重礦物組分不同，經(jīng)風(fēng)化破壞后會產(chǎn)生不同的重礦物組合。根據(jù)重礦物的風(fēng)化穩(wěn)定性可將其劃分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定的兩類，前者抗風(fēng)化能力強，分布廣泛，在遠離母巖區(qū)的沉積巖中，其百分含量相對增高；后者抗風(fēng)化能力弱，分布不廣，離母巖越遠，其相對含量越少。在重礦物中，鋯石、電氣石、金紅石最穩(wěn)定，這3種礦物在重礦物中所占的比例稱為ZTR指數(shù)。離物源區(qū)越遠，ZTR指數(shù)越大，這也是判斷物源方向的重要指標[8-10]。圖3是根據(jù)研究區(qū)各探井的鋯石、電氣石、金紅石在重礦物組分中的相對含量作出的ZTR指數(shù)平面分布圖。觀察ZTR指數(shù)變化趨勢，整體從西南向東北方向逐漸升高，由此判斷古水流走向主要為SW-NE方向(見圖3中紅色和藍色箭頭)。但是在朝62井和朝631井位處，ZTR指數(shù)變化趨勢出現(xiàn)異常(見圖3中綠色箭頭)，推測該兩井所在區(qū)域懷德水系和?？邓到粎R程度較高，造成其ZTR指數(shù)變化趨勢指向性差異。

表2　朝84-6井區(qū)各探井重礦物相對含量組合表

表3　朝84-6井區(qū)各探井特征重礦物統(tǒng)計表

3　砂體展布

觀察FI+FII砂組(扶余油層中上部，相當于白堊系泉四段沉積地層)砂巖厚度反演綜合預(yù)測等值線圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)FI+FII砂組有兩個部位的累積厚度超過30m，主要位于西北側(cè)的朝65井和東南側(cè)的朝61井位處。比較這兩處砂體展布及砂體厚度變化趨勢，不難發(fā)現(xiàn)整體沿SW-NE方向變薄，且東南側(cè)砂體的變化趨勢(圖4中紅色箭頭指示方向)偏向SSW-NNE方向，西北側(cè)的砂體厚度變化趨勢(圖4中藍色箭頭指示方向)更偏向于SW-NE方向，中間過渡帶砂體展布無明顯方向性，推測其受雙物源主干水系的分支河道共同控制。在該區(qū)域內(nèi)不同水系會因頻繁發(fā)生河流分叉、改道和匯聚作用使其沉積體系的雙物源特征更加明顯。

4　雙物源體系驗證

綜合重礦物組分、砂體厚度和ZTR指數(shù)分析，將FI+FII砂組預(yù)測砂巖厚度作為背景，疊加7口探井的ZTR指數(shù)等值線和重礦物組分餅狀圖，能更清晰觀察研究區(qū)雙物源體系的分帶性(圖5)，進而將研究區(qū)分為3個區(qū)塊，I區(qū)為SW-NE方向的保康體系主控區(qū)，III區(qū)為S-N方向懷德體系物源主控區(qū)，II區(qū)為雙物源共同控制區(qū)。統(tǒng)計I、II、III區(qū)的沉積特征要素，圖6中由上至下分別為各分區(qū)相對應(yīng)的碎屑巖分類圖、砂體厚度頻率分布圖、典型分流河道砂體的粒度曲線圖、粒度曲線圖、C-M散點圖和泥巖顏色統(tǒng)計圖，可以看出這3類分區(qū)不同沉積特征具有一定差異性和相似性。

圖3ZTR指數(shù)平面分布圖

Fig.3Planar distribution of ZTR index for the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

4.1沉積特征差異性

I、II、III區(qū)的沉積特征差異性主要體現(xiàn)在母巖成分、河流搬運距離和水動力條件方面的區(qū)別。通過觀察對比圖6中碎屑巖組分三角圖，發(fā)現(xiàn)I區(qū)巖石碎屑含量較高，多為巖屑砂巖，III區(qū)主要為長石質(zhì)巖屑砂巖，II區(qū)兼有兩者巖性特征，這說明因主控物源及河流搬運距離不同，巖石組分和成分成熟度具有一定差異性，分析結(jié)果符合《松遼盆地南部巖性油藏的形成與分布》所述：“松遼盆地白堊紀泉頭組的?？党练e體系巖石類型主要為長石巖屑細砂巖，懷德體系主要為中、細粒長石巖屑砂巖”[15]。通過對比分析砂體厚度定量預(yù)測結(jié)果并統(tǒng)計各分區(qū)的砂體厚度頻率分布特征，發(fā)現(xiàn)3個分區(qū)的砂體累積厚度均以10～15m為主，I區(qū)和III區(qū)大于20m的砂體累積厚度的比例超過20%，II區(qū)大于20m的砂體厚度非常少見，推測其原因為II區(qū)的河道形式主要為雙物源水系主水道的分支河道，河流流量不穩(wěn)定，河道頻繁分流和匯聚會降低水動力能量，減弱河道規(guī)模，從而影響砂體發(fā)育。通過對比典型分流河道砂體的粒度曲線圖，發(fā)現(xiàn)I區(qū)和III區(qū)的粒度頻率曲線(粉色線)均為單偏態(tài)，具有典型三角洲平原分流河道砂體粒度特征。粒度概率累積曲線(黑色線)主要發(fā)育兩個次總體，代表了懸浮搬運和跳躍搬運兩種基本搬運方式[16-19]。其中I區(qū)的粒度概率累積曲線S截點對應(yīng)的粒徑值(表示能懸浮的最粗顆粒)略高于III區(qū)，粒度頻率曲線的離散程度(主要反映顆粒的分散和集中狀態(tài))略低于III區(qū)，表明I區(qū)的水動力條件略強，沉積物分選性略低，進一步說明兩者的沉積物搬運距離有一定差異[20-22]。對于II區(qū)，最明顯區(qū)別于I區(qū)和III區(qū)的是河道砂體的粒度概率累積曲線的跳躍段普遍發(fā)育兩個次總體(交匯點通常代表沖刷-回流分界點)。這是因為作為雙物源水系交匯區(qū)，由于水道的頻繁改道、分流、匯聚等作用，在河道內(nèi)易出現(xiàn)沖蝕流、回流和沿岸流等異常水體作用[23]，造成粒度分布概率累積曲線跳躍段出現(xiàn)兩個次總體。

圖4FI+FII砂組預(yù)測砂體厚度等值線圖

Fig.4Isopach map for the sandstone thickness in FI+FII sand sets

圖5物源主控區(qū)分帶圖

Fig.5Diagram showing the zonation of the provenances in the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

4.2沉積特征相似性

觀察圖6泥巖顏色統(tǒng)計圖和粒度參數(shù)C-M散點圖，發(fā)現(xiàn)各分區(qū)泥巖顏色和粒度分布較為一致，其中泥巖顏色均以紅色和紫紅色為主，代表水上或水體很淺的沉積環(huán)境產(chǎn)物[24-26]。C-M參數(shù)均投點于RS(均勻懸浮)段和QR(遞變懸浮)段。均勻懸浮是上層水流的搬運形式，不受底流分選；遞變懸浮一般位于水流下部，主要是由各種升舉力引起的顆粒跳躍高度不同引起[27]。研究區(qū)主要水動力狀態(tài)為沉積平穩(wěn)流(對應(yīng)CM圖中的RS段)和沉積遞變流(對應(yīng)CM圖中的QR段)。

根據(jù)沉積模式研究成果，在泉四段沉積時期，研究區(qū)屬于緩坡淺水枝狀三角洲沉積體系，沉積物源來自盆周山區(qū)。保康和懷德體系沉積模式較為相似，河道斜交盆軸，基底呈緩坡狀，河流水動力較強，主要發(fā)育三角洲平原亞相，對應(yīng)圖7中湖盆最高潮水線(對應(yīng)圖中洪泛面)和最低潮水線(對應(yīng)圖中枯水面)之間，實際上主要是指主河道開始分叉至分流河道消失或席狀砂形成為止。圖7中綠框?qū)?yīng)雙物源控制II區(qū)，紅框和藍筐分別對應(yīng)懷德物源和保康物源主控的I區(qū)和III區(qū)。研究區(qū)泉四段沉積時期主要水動力狀態(tài)為沉積平穩(wěn)流(對應(yīng)CM圖中的RS段)和沉積遞變流(對應(yīng)CM圖中的QR段)。雙物源水系進入下三角洲平原，混合而成低能量漫流的沉積平穩(wěn)流。沉積平穩(wěn)流經(jīng)自身擴散并與湖水充分混合形成大面積分流河道間漫岸沉積，這是研究區(qū)三個物源分區(qū)泥巖顏色和粒度參數(shù)C-M圖具有較高一致性的原因。對于不同水系之間單向流動的沉積遞變流所形成的分流河道，除了重礦物組分、ZTR指數(shù)和砂巖厚度變化趨勢等常規(guī)參數(shù)能夠識別物源體系外，一些重要沉積特征由于水系沉積物來源、搬運距離和水動力條件不同而產(chǎn)生一定差異性，可用來驗證研究區(qū)不同物源體系主控區(qū)劃分是否準確，如上文利用巖石組構(gòu)特征、砂體累積厚度頻率分布特征、河道砂體的粒度分布特征的差異性驗證研究區(qū)物源分區(qū)的合理性。

圖6I、II、III區(qū)沉積特征對比圖

Fig.6Correlation of depositional characteristics of the provenances I, II and III

圖7朝84-6井區(qū)扶余油層雙物源沉積模式圖

Fig.7Sedimentary model showing the multiple provenances in the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

5　認識與討論

綜上所述，朝84-6井區(qū)泉頭組沉積時期主要存在SW-NE方向的?？滴镌大w系和S-N方向的懷德物源體系，依據(jù)研究區(qū)物源分帶特征劃分為I、II、III區(qū)。其中I區(qū)為?？滴镌粗骺貐^(qū)，主要受西南?？邓悼刂?，重礦物組分中磁鐵礦含量相對較高，普遍大于10%，鋯石+石榴子石含量高于70%，鋯石與石榴子石含量的比值大于1，ZTR指數(shù)變化趨勢與砂體展布均為SW-NE方向；III區(qū)為懷德物源主控區(qū)，主要受南部懷德水系控制。重礦物組分中磁鐵礦含量相對較低，均在5%左右，鋯石+石榴子石含量低于45%，鋯石與石榴子石含量的比值小于1，ZTR指數(shù)變化趨勢與砂體展布均為SSW-NNE方向；II區(qū)受雙物源水系共同控制。重礦物組分兼具雙物源特征，ZTR指數(shù)和砂體展布均無明顯方向性，受雙物源主干水系的分支河道共同控制。在該區(qū)域內(nèi)，不同水系頻繁發(fā)生河流分叉、改道和匯聚作用，使其沉積體系的雙物源特征更加明顯。

各分區(qū)的沉積特征具有一定相似性和差異性。相似性是由于雙物源水系進入下三角洲平原，混合而成低能量漫流的沉積平穩(wěn)流。沉積平穩(wěn)流經(jīng)自身擴散并與湖水的充分混合形成大面積分流河道間漫岸沉積，主要體現(xiàn)在泥巖顏色和粒度參數(shù)C-M散點圖較為一致；差異性是由于沉積物來源、河流搬運距離和水動力條件的差異導(dǎo)致不同水系之間單向流動的沉積遞變流形成沉積特征不同的分流河道，其沉積巖石組分、砂體厚度頻率分布和河道砂體的粒度分布曲線均有所不同。具體表現(xiàn)為：在碎屑巖組分方面，I區(qū)主要發(fā)育巖屑砂巖，III區(qū)主要發(fā)育長石質(zhì)巖屑砂巖，而II區(qū)兼有二者巖性特征；在粒度特征方面，I區(qū)和III區(qū)的粒度概率累積曲線均為單偏態(tài)二段式。I區(qū)粒度概率累積曲線S截點對應(yīng)的粒徑值略高于III區(qū)，粒度頻率曲線的離散程度略低于III區(qū)。II區(qū)由于水道的頻繁改道、分流和匯聚，在河道內(nèi)易出現(xiàn)沖蝕流、回流和沿岸流等異常水體作用，導(dǎo)致粒度分布概率累積曲線的跳躍段普遍發(fā)育雙次總體。在砂體厚度特征方面，由于河流流量穩(wěn)定性差異，導(dǎo)致I區(qū)和III區(qū)20m以上的砂體累積厚度比例均超過20%，而II區(qū)超過20m的砂體累積厚度非常少見。

值得說明的是，研究區(qū)物源控制區(qū)的劃分并非是絕對的，物源主控因素只是一個相對概念。本文定義I區(qū)為?？滴镌大w系主控區(qū)，旨在說明該區(qū)域以通榆-?？邓档某练e作用為主，也有可能因為長春-懷德水系分支河道的單向延伸而具有一定懷德物源體系的沉積特征，只是其影響較小，故而劃分為?？滴镌粗骺貐^(qū)。由此可見，對于混合物源區(qū)域，尚存在“擬合多物源體系評價指數(shù)”、“定量評價不同物源體系對區(qū)域沉積的影響程度”、“精細刻畫物源分區(qū)邊界”等問題需進一步解決。

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Multiple provenance analysis of the Chao 84-6 well area during the deposition of the 4th member of the Quantou Formation in the Central depression, Songliao Basin

WANG Peng-yan, LI Yao-hua

(SchoolofEarthSciences,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,Heilongjiang,China)

The Chao 84-6 well area was located in the intersection of the Tongyu-Baokang drainage system in the southwest and Changchun-Huaide drainage system in the south of the Songliao Basin during the deposition of the 4th member of the Cretaceous Quantou Formation in the Central depression, Songliao Basin. Due to complex convergence of multiple sources of the drainage systems, the sediment sources and palaeocurrent directions remain uncertain up to now. In the light of heavy mineral assemblages, ZTR indices and sandstone distribution, the authors in this paper contend that the sediment sources may be composed of the provenance I controlled by the Baokang drainage system in the southwest, provenance III controlled by the Huaide drainage system in the south, and provenance II controlled by the double drainage systems.

Songliao Basin; Chao 84-6 well area; 4th member of the Cretaceous Quantou Formation; multiple provenances

1009-3850(2016)01-0090-08

2015-05-25； 改回日期： 2015-08-07

王朋巖(1970-)，男，教授，博士。研究方向：石油天然氣地質(zhì)。E-mail：majing06@126.com

國家科技重大專項(編號2011ZX05028002)；黑龍江省普通高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)骨干支持計劃項目(編號1155G03)資助

P512

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