邱隆偉,賈繼成,馬立馳,楊勇強(qiáng),孫 超,辛 也,王 鑫,楊生超

[1.中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580； 2.中國石化 勝利油田 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015;3.中國石油 新疆油田公司 采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000；4.南京大學(xué)，江蘇 南京 210023]

在準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷中心區(qū)發(fā)現(xiàn)十億噸級(jí)礫巖大油區(qū),是目前發(fā)現(xiàn)的世界最大礫巖油田,為我國西部地區(qū)能源安全和國防軍工建設(shè)提供了重要保障,目前砂礫巖仍將是國內(nèi)的熱點(diǎn)。但坡帶砂礫巖體具有快速堆積、分選和成層性差等特征,一直是國內(nèi)勘探的難點(diǎn)。對(duì)于砂礫巖體的發(fā)育,國內(nèi)已經(jīng)有明確認(rèn)識(shí),主要控制因素有:斷層活動(dòng)、氣候變化、湖平面、物源、古地貌等方面。如鮮本忠[1]研究車鎮(zhèn)凹陷時(shí)認(rèn)為斷陷湖盆陡坡帶砂礫巖體主要受到構(gòu)造、湖平面、古地貌控制——斷裂結(jié)構(gòu)控型、構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶控源、古地貌控砂、復(fù)合基準(zhǔn)面控層位。董艷蕾[2]等在泌陽凹陷東南部核桃園組研究中,認(rèn)為構(gòu)造起主導(dǎo)作用,斷層陡緩程度控制著沉積體系。林暢松[3]等在東營凹陷和沾化凹陷砂礫巖的研究中指出:斷裂體系會(huì)改造古地貌,從而控制扇體的展布；與邊界斷層高角度相交的伴生的次級(jí)調(diào)節(jié)斷裂有很好的輸導(dǎo)作用,約束扇體分布；肖軍[4]在瓊東南盆地中認(rèn)為高角度相交的次級(jí)斷層控制著輸導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)育,碎屑物沿著次級(jí)同沉積斷裂向盆地推進(jìn)。因此斷層活動(dòng)加強(qiáng)砂礫巖非均勻性分布,前人考慮了主控?cái)鄬蛹捌浒樯拇渭?jí)斷層對(duì)砂礫巖扇體發(fā)育的影響[5-6],但對(duì)于同沉積次級(jí)斷層在不同時(shí)期活動(dòng)強(qiáng)度不同而造成的影響方面研究不夠,并且對(duì)強(qiáng)弱物源背景下砂礫巖體的差異性分布樣式?jīng)]有進(jìn)行討論。本文從地震、測(cè)井、巖心出發(fā),在明確孤北洼陷東次洼沙(沙河街組)四段上亞段-沙二段時(shí)期砂礫巖體沉積特征的基礎(chǔ)上,開展次級(jí)斷層活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)扇體影響,以及物源強(qiáng)弱、湖平面變化等對(duì)砂礫巖的控制作用研究,建立砂礫巖體的分布樣式,為研究區(qū)的下一步勘探開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

孤北洼陷位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷東北部,東接長堤潛山,西接長堤?hào)|凸起,南接孤島潛山,北接樁西潛山,是典型的雙斷陷湖盆[7],洼陷周邊發(fā)育堤?hào)|、孤北、長堤及樁南4條邊界正斷層,洼陷中分布著東部次洼、西部次洼和中央低凸起等次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。研究區(qū)位于孤北洼陷的東部次洼(圖1),其東部斷層為長堤斷裂帶中段,斷層上陡下緩,表現(xiàn)正斷層性質(zhì)[7],主體為南北走向,傾向西,傾角 40°～65°,北端轉(zhuǎn)向NE向,南端轉(zhuǎn)向SW向,斷裂帶長約20 km,落差1.5～2.5 km,自北向南逐漸變緩,與近于平行的五號(hào)樁斷層[8],形成斷階(二臺(tái)階),二臺(tái)階分為南北兩段。在二臺(tái)階北部發(fā)育東西走向、與長堤斷層近于垂直的次級(jí)斷層(圖1)。

圖1 孤北洼陷構(gòu)造特征及井位分布Fig.1 Structure characteristics and well locations of the Gubei sub-sag

沙四段時(shí)期孤北洼陷處于古近紀(jì)裂陷早期,沉積類型以紅色陸源碎屑物為主,經(jīng)過剝蝕之后,孤北洼陷成為一個(gè)穩(wěn)定的淺湖湖盆。沙三段-沙二段早期,為裂谷-深斷陷期,湖盆快速沉降,湖平面快速上升,形成饑餓型的深湖-半深湖環(huán)境,發(fā)育了3期沉積旋回,同時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)頻繁,各個(gè)沉積區(qū)厚度變化大,與沙四段為不整合、上超不整合接觸。沙二段上亞段-東營組為裂谷-萎縮期,構(gòu)造活動(dòng)減弱,水體變淺,凸起與凹陷分割作用減弱,與下覆沙三段為不整合接觸(圖2)。

2 沉積相類型及其特征

2.1 扇三角洲

研究工區(qū)二臺(tái)階主要發(fā)育扇三角洲。扇三角洲總體粒度粗、分選差,分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣、前扇三角洲等亞相。扇三角洲平原沉積在湖平面之上,以泥石流和水上分流河道沉積為主,是陣發(fā)性洪水沖擊卸載的粗粒沉積,向上變粗特征,劃分出水下分流河道和水上分流河道間灣等微相。水上分流河道微相以砂質(zhì)礫巖和礫狀砂巖所構(gòu)成,可見褐色泥礫、分選差,層理不發(fā)育,以塊狀構(gòu)造為主。水上分流河道間灣微相顏色多為褐色,巖性為泥巖及粉砂巖。扇三角洲前緣巖性主要為細(xì)礫巖,中粗砂巖與細(xì)砂巖,牽引流構(gòu)造較發(fā)育,常見遞變層理和平行層理。劃分出水下分流河道、水下分流河道間灣和水下分流河道砂壩等微相。水下分流河道微相巖性為含礫砂巖、礫狀砂巖,分選差,底部有沖刷面[9],向上具有遞變層理、塊狀層理等。水下分流間灣巖性主要為泥巖、粉砂巖等,顏色多為灰色,可見水平層理。水下分流河口砂壩巖性以灰色的細(xì)砂巖和粉砂巖組成,呈現(xiàn)反序特征。前扇三角洲水動(dòng)力總體較弱,層理多為平行層理,巖性為灰色及黑色粉砂質(zhì)泥巖,分布在扇三角洲前端。

2.2 滑塌濁積扇

滑塌濁積扇主要發(fā)育在東次洼北部斷階之下,扇三角洲前段?；鷿岱e扇巖性細(xì),以粉砂—細(xì)砂巖為主,發(fā)育段呈砂泥巖薄互層。砂巖中見有大量的準(zhǔn)同生變形構(gòu)造,并有遞變層理、沖刷面、液化構(gòu)造等,多含暗色泥礫和泥巖撕裂屑,反映了沉積物滑動(dòng)再沉積的特點(diǎn)?；鷿岱e扇相可以分為內(nèi)扇、中扇、外扇3個(gè)亞相。中扇亞相巖性細(xì),以粉砂-細(xì)砂巖為主,發(fā)育段呈砂泥巖薄互層,主要由滑塌作用導(dǎo)致的塊體坡移而成。砂巖伴有暗色的泥礫和泥巖撕裂屑,常見構(gòu)造:準(zhǔn)同生變形構(gòu)造、沖刷面、遞變層理、液化構(gòu)造等,反映了沉積物滑動(dòng)在沉積的特點(diǎn)。外扇亞相主要有塊體滑塌而伴生的攪渾作用形成的濁流以及遠(yuǎn)砂壩末梢、前三角洲泥等混雜堆積主要發(fā)育末梢微相[10]。

3 砂礫巖體發(fā)育特征

孤北洼陷是在燕山期拉張斷陷、燕山-喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)早期擠壓轉(zhuǎn)拉張構(gòu)造演化而來,洼陷的形成演化受邊界斷層控制[11-12]。長堤斷層在沙四上亞段,斷層活動(dòng)最強(qiáng)烈時(shí)期,最大落差超過500 m；沙三下亞段時(shí)期受到喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)一幕的影響,長堤斷層最大落差超過450 m,生長指數(shù)為2.7[12]；沙三上亞段-沙二段時(shí)期,長堤斷層活動(dòng)減弱。長堤斷層具有由南向北活動(dòng)速率逐漸增大的特點(diǎn)[12],導(dǎo)致下降盤二臺(tái)階北段比南段砂礫巖體厚度大(圖3)。

對(duì)于下降盤二臺(tái)階北段地層,在沙四上亞段時(shí)期,3號(hào)次級(jí)斷層落差超過600 m,傾向北,地層為北厚南?。贿M(jìn)入沙三下亞段時(shí)期,早期階段3號(hào)正斷層活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈,傾向南,角度40°,總長4 km,自東向西逐漸變緩,地層為北薄南厚,最大落差超過400 m；晚期階段2號(hào)正斷層活動(dòng)較強(qiáng),傾向北,總長3 km,自東向西逐漸變緩,二臺(tái)階北段地層為北厚西薄,最大落差超過300 m；進(jìn)入沙三中亞段時(shí)期,二臺(tái)階北段地層厚度均勻；在沙三上亞段—沙二段時(shí)期,1號(hào)和3號(hào)次級(jí)斷層都活動(dòng),北段地層為兩端厚,中間薄(圖3)。 在沙四上亞段和沙三段下亞段，垂直物源方向上，可見楔形地震體，頂超面，砂礫巖靠近次級(jí)斷層厚度大(圖4a);順物源方向的地震反射穩(wěn)定連續(xù)，可見加積或前積反射結(jié)構(gòu)，砂礫巖體在剖面上表現(xiàn)為加積或進(jìn)積的樣式(圖4b)。

圖3 孤北洼陷沙四上亞段—沙二段構(gòu)造演化剖面及斷層落差Fig.3 Structural evolution profiles and the fault throw of Es4s-Es2 in the Gubei sub-saga. 孤北洼陷長堤下降盤斷層北段南北向沙四上亞段—沙二段構(gòu)造演化剖面；b. 孤北洼陷長堤下降盤斷層北段南北向沙四上亞段—沙二段斷層落差；c. 孤北洼陷長堤斷層和埕東斷層沙四上亞段—沙二段斷層落差

二臺(tái)階南段次級(jí)斷層發(fā)育少,扇體厚度小。對(duì)應(yīng)長堤斷層相對(duì)活動(dòng)弱,沙四上亞段最大斷距400多米,沙三下亞段最大斷距為300多米(圖3)。二臺(tái)階南段古沖溝內(nèi),沙四上亞段和沙三下亞段地震反射雜亂,不連續(xù),反射軸向上由退積反射結(jié)構(gòu)向進(jìn)積反射結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,砂礫巖體也相應(yīng)的顯示退積和進(jìn)積的特點(diǎn)(圖5)。

圖4 孤北洼陷長堤斷裂帶北段沙四上亞段—沙二段典型地震剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Typical seismic profile of Es4s-Es2 in the northern segment of Changdi fault zone in the Gubei sub-sag(seismic line location see Fig.1)a. 次級(jí)斷層交替活動(dòng)垂直物源方向地震剖面；b. 順物源方向前積地震剖面

4 沉積體系展布

結(jié)合前人研究,研究工區(qū)沙四上亞段和沙三下亞段分別發(fā)育湖侵體系域和高位域,沙三中亞段為湖侵體系域,沙三上亞段為高位域；沙二上亞段為湖侵域和高位域。物源主要來自東北部和南部。沙四上亞段湖侵域時(shí)期,東北物源形成扇三角洲跨過二臺(tái)階,前端形成濁積巖。南部分布小范圍的扇三角洲；高位域時(shí)期,繼承湖侵域時(shí)期的扇體分布,扇三角洲范圍擴(kuò)大,北部扇三角洲延伸至樁54附近。沙三下亞段湖侵域時(shí)期,東北部的扇三角洲分布在樁7至樁2之間二臺(tái)階上,前端發(fā)育濁積巖；高位域時(shí)期,扇三角洲范圍擴(kuò)大,南部扇三角洲延伸至樁69附近；沙三中亞段時(shí)期,湖平面快速上升,扇三角洲分布狹窄,地層以泥質(zhì)粉砂巖為主。沙三上亞段和沙二段,物源減弱,只有發(fā)育北部扇三角洲,東北部扇三角洲分布延伸到樁421附近,南部扇三角洲范圍擴(kuò)大[13](圖6)

圖5 孤北洼陷長堤斷裂帶南段沙四上亞段—沙二段地震-地質(zhì)解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.5 Seismic-geological interpretation profiles of Es4s-Es2 in the southern segment of Changdi fault zone in Gubei sub-sag(seismic line location see Fig.1)

5 砂礫巖體展布控制因素

斷層活動(dòng)是砂礫巖體展布主控因素,沙四上亞段-沙三下亞段斷層活動(dòng)強(qiáng),砂礫巖體厚度大。此外,長堤斷層北段活動(dòng)強(qiáng),坡度陡,物源供應(yīng)強(qiáng),有利于形成厚層扇三角洲及其前端的滑塌濁積巖；斷層南段活動(dòng)強(qiáng)度小,物源供應(yīng)弱,扇三角洲分布范圍小,前端不利于形成滑塌濁積扇。同沉積次級(jí)斷層控制著砂礫巖的分布,有很好的輸導(dǎo)作用,不同時(shí)期活動(dòng)強(qiáng)度不同,對(duì)扇體展布影響不同。

湖平面對(duì)沉積體分布有影響,當(dāng)湖平面上升的時(shí)候,扇體逐漸退積,向上范圍縮??；當(dāng)湖平面下降的時(shí)候,扇體逐漸進(jìn)積,向上范圍擴(kuò)大。

物源強(qiáng)弱影響扇體的堆積樣式,在強(qiáng)物源時(shí)期,扇體展布受湖平面影響較小,砂體以加積為主；當(dāng)物源弱的時(shí)候,受湖平面影響較大,進(jìn)積和退積扇體疊加堆積。

6 油氣藏分布與勘探前景

目前勘探認(rèn)為研究區(qū)主要發(fā)育構(gòu)造油氣藏、地層油氣藏,構(gòu)造油氣藏主要儲(chǔ)層于沙四上亞段和沙三下亞段,地層油氣藏主要分布在沙三中亞段—沙二段。本文認(rèn)為研究區(qū)沙四上亞段和沙三下亞段構(gòu)造油氣藏和地層油氣藏共同發(fā)育:長堤下降盤北段沙三下亞段經(jīng)歷暴露剝蝕形成的不整合面,及其楔形地層發(fā)育有利于形成側(cè)向封堵,沙三中亞段湖平面快速上升,形成的泥巖直接覆蓋在扇三角洲砂體之上,扇三角洲前緣分流河口砂壩和河道砂體為有利儲(chǔ)層,次級(jí)斷層交替活動(dòng)形成的背斜,有利油氣向上運(yùn)移,共同作用形成地層油氣藏。所以二臺(tái)階北段具有其良好的儲(chǔ)層和封堵條件,是下一步的有利勘探開發(fā)區(qū)塊。此外,扇三洲前端形成滑塌濁積巖,也是最有利的勘探點(diǎn)[14](圖7)。

圖6 孤北洼陷東次洼沙四上亞段—沙二段沉積相平面分布Fig.6 Map showing sedimentary faces distribution of Es4s-Es2 in the eastern Gubei sub-saga.沙二亞段；b.沙三上亞段；c.沙三下亞段高位域；沙三下亞段湖侵域；e.沙四上亞段高位域；f.沙四上亞段湖侵域

7 結(jié)論

1) 在孤北洼陷東次洼沙四上亞段—沙二段,發(fā)育了扇三角洲-濁積體系,其中水下分流河道和水下分流河口壩是最有利的儲(chǔ)層相帶。

2) 沙四上亞段—沙二段的砂礫巖的分布受到構(gòu)造、湖平面、物源的聯(lián)合控制,各個(gè)控制因素的強(qiáng)弱導(dǎo)致砂礫巖體空間展布的差異性。次級(jí)斷層受到邊界斷層的控制,具有周期性活動(dòng)特征,控制沉積物輸導(dǎo)體系,形成砂礫巖體楔形地層。

3) 在次級(jí)斷層和湖平面的影響下,二臺(tái)階北段形成有利的構(gòu)造和地層油氣藏,是下一步的勘探有利位置。

圖7 孤北洼陷長堤斷裂帶沙四上亞段—沙二段樁2—樁4—樁701—樁7—樁4連井沉積相Fig.7 Sedimentary facies profile of Es4s-Es2 crossing Zhuang 2,Zhuang 4,Zhuang 701,Zhuang 7 and Zhuang 4 wells in Changdi fault zone in the Gubei sub-sag

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