劉春楊

(大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

引 言

沉積物重力流研究始于19世紀(jì)晚期，各國(guó)地質(zhì)學(xué)者對(duì)重力流沉積進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，建立了濁流理論，總結(jié)出鮑瑪序列，完善了砂質(zhì)碎屑流的概念[1-7]。我國(guó)內(nèi)陸湖盆中廣泛發(fā)育重力流沉積，如鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6層系、歧口凹陷沙一下亞段、濟(jì)陽坳陷沙河街組三段中亞段，松遼盆地北部青山口組、嫩江組和姚家組中也已發(fā)現(xiàn)重力流沉積[8-13]，針對(duì)大慶長(zhǎng)垣姚家組薩爾圖油層的重力流沉積研究卻鮮有報(bào)道(圖1)。前人研究認(rèn)為薩爾圖油層為淺水河流-三角洲沉積，主要發(fā)育河道砂、河口壩砂、內(nèi)前緣席狀砂、外前緣席狀砂和濱外砂壩[14-15]。筆者對(duì)大慶長(zhǎng)垣喇薩杏油田姚家組薩二油層組精細(xì)儲(chǔ)層描述發(fā)現(xiàn)，在杏樹崗地區(qū)南部個(gè)別小層發(fā)育重力流沉積，并不是前人認(rèn)識(shí)的濱外砂壩沉積，以薩II5小層的重力流沉積最為典型。對(duì)其沉積類型、平面展布特征及沉積模式的研究將有助于調(diào)整油田開發(fā)策略，提高油氣采收率。

圖1 工區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

1 沉積相

大慶長(zhǎng)垣喇薩杏油田薩二油層組沉積處于松遼盆地北部大型河流-三角洲沉積體系的末端，整體以三角洲前緣和前三角洲沉積為主，喇嘛甸和薩北地區(qū)個(gè)別時(shí)期發(fā)育三角洲分流平原和分流間灣亞相。以薩II5小層為例，沉積微相研究中，將三角洲前緣亞相細(xì)分為水下分流河道、前緣席狀砂和水下分流間灣微相。水下分流河道微相電阻率曲線形態(tài)呈箱型或鐘形，底部突變接觸，橫向上砂體不能連續(xù)追蹤，平面上呈條帶狀展布。前緣席狀砂微相電阻率曲線多呈漏斗形、指狀或尖峰狀，橫向上砂體可以連續(xù)追蹤，平面上呈坨狀或片狀展布。分流間灣微相自然電位曲線呈近直線型，電阻率曲線呈齒狀或微齒狀，平面形態(tài)呈孤立狀或連片狀。薩II5小層水下分流河道自北向南逐漸變得零散，呈斷續(xù)狀分布，道間砂在北部多沿河道附近分布，在南部呈席狀特征展布(圖2)。根據(jù)水下分流河道發(fā)育特征及前緣席狀砂分布形態(tài)認(rèn)為，三角洲前緣亞相終止于薩南，其南部杏樹崗地區(qū)應(yīng)屬于前三角洲亞相。但在杏樹崗地區(qū)卻發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模席狀砂沉積，砂體寬約13 km，長(zhǎng)度約27 km。三角洲前緣亞相內(nèi)席狀砂是河口區(qū)砂體受波浪和岸流淘洗與簸選形成的，砂質(zhì)純、分選好，并廣泛發(fā)育交錯(cuò)層理。但在杏樹崗地區(qū)的席狀砂沉積體的巖心上觀察不到明顯的交錯(cuò)層理，取而代之的是包卷層理、無層理或具遞變層理的塊狀砂巖，滑塌變形構(gòu)造十分發(fā)育。區(qū)內(nèi)泥巖質(zhì)純，為深灰色—灰黑色，含黃鐵礦、介形蟲、雙殼類化石及少量植物莖桿，指示半深湖—深湖環(huán)境，砂體與泥巖均呈突變接觸，事件性沉積特征明顯，綜合該席狀砂所處的相帶位置、與圍巖的接觸關(guān)系及沉積構(gòu)造特征，筆者認(rèn)為大慶長(zhǎng)垣薩二組是重力流沉積砂體，圍繞該砂體成因，在巖心觀察基礎(chǔ)上，結(jié)合薩II4和薩II6小層整體沉積相分布、薩II5小層地層厚度、北部薩南地區(qū)地層沉積的研究結(jié)果，對(duì)該砂體成因進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2 重力流沉積類型及特征

2.1 滑動(dòng)-滑塌巖沉積

三角洲前緣堆積的沉積物受重力、沉積物顆粒自重、斜坡角度和滑脫面強(qiáng)度4個(gè)因素影響，發(fā)生整體滑動(dòng)并保持內(nèi)部不發(fā)生形變，形成的滑坡堆積物為滑動(dòng)巖，其最主要特征是圍巖為泥巖或泥質(zhì)粉砂巖，包裹大量保留原巖層理的粉砂巖團(tuán)塊，外來特征明顯。研究區(qū)內(nèi)滑動(dòng)巖的巖心圖(圖3(a)—(c))顯示，保留層理構(gòu)造的粉砂巖團(tuán)塊孤立地分布在無層理特征的泥質(zhì)粉砂巖中， 存在一定程度的彈性形變，為塑性變形所產(chǎn)生的滑動(dòng)變形構(gòu)造，部分巖塊具棱角特征，保留了相對(duì)完整的外部形態(tài)。在重力流形成過程中，滑動(dòng)巖會(huì)很快轉(zhuǎn)化為滑塌巖。滑塌巖與滑動(dòng)巖在層理和構(gòu)造上難以區(qū)分，但在流動(dòng)體制上差別明顯，滑塌巖沿滑動(dòng)面運(yùn)移過程中會(huì)經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)變形過程，與原地沉積物共同產(chǎn)生強(qiáng)烈的同沉積變形。研究區(qū)內(nèi)的巖心中常見滑塌變形構(gòu)造、包卷層理、突變接觸面、砂質(zhì)注入體等識(shí)別標(biāo)志(圖3(d)—(f)、圖4)，巖性一般為粗砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖。

除上述的巖心資料外，粒度概率累積曲線上表現(xiàn)為“兩段式”，由跳躍組分和懸浮組分組成，分選差。C-M圖上樣點(diǎn)群平行于C-M基線分布，印證了該沉積物為重力流成因(圖4)。

圖2 喇薩杏油田薩II5小層沉積微相Fig.2 Sedimentary microfacies diagram of SII5 layer in Lasaxing Oilfield

圖3 姚家組滑動(dòng)巖和滑塌巖巖心Fig.3 Sliding rock and slump rock cores in Yaojia formation

圖4 X1井綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensive histogram of well X1

2.2 碎屑流沉積

以Shanmugam為代表的美國(guó)學(xué)者通過研究認(rèn)為，在滑塌與濁流兩個(gè)階段之間存在碎屑流的形成階段，指出碎屑流是一種塑性沉積物流，內(nèi)部呈線性層流，整體塊狀固結(jié)，根據(jù)泥質(zhì)含量多少分為泥質(zhì)碎屑流和砂質(zhì)碎屑流。砂質(zhì)碎屑流概念更加合理地解釋了深水環(huán)境中無任何層理構(gòu)造的塊狀砂巖成因。研究區(qū)碎屑流以砂質(zhì)碎屑流沉積為主，在薩II5小層的杏樹崗全區(qū)均有發(fā)育。巖心資料顯示(圖5(a)—(d))，巖性主要為粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，偶有細(xì)砂巖，含油性多為油浸、油斑和油跡，巖心底部可見剪切帶的塊狀砂巖、發(fā)育重荷模構(gòu)造。塊狀砂巖中見泥礫和泥巖撕裂屑。粒度概率累積曲線呈“兩段式”，指示沉積物以跳躍搬運(yùn)和懸浮搬運(yùn)為主(圖6)。

2.3 濁流沉積

濁積巖由濁流作用形成。濁流具牛頓流體性質(zhì)，呈湍流狀態(tài)，顆粒被湍流支撐且懸浮沉降。通常沉積地質(zhì)學(xué)界利用鮑馬層序描述濁積巖，當(dāng)前流行的濁流理論認(rèn)為只有呈正遞變粒序的砂巖才是真正的濁流沉積，對(duì)經(jīng)典的濁流理論予以修正。實(shí)際研究中也發(fā)現(xiàn)完整的濁流沉積幾乎不存在，多數(shù)只發(fā)育鮑馬序列中1個(gè)、2個(gè)或者3個(gè)相序組合。研究區(qū)內(nèi)濁積巖常見BC、AE和ABC組合(圖7(a)—(b))，巖性為粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，厚度小于2.0 m，具覆蓋面大、期次多的特點(diǎn)。由于粒度細(xì)，其正遞變層理特征不明顯，但通過砂巖的含油性可以看出，底部含油飽滿，向上逐漸變差，直至不含油，說明砂巖中泥質(zhì)含量自下而上逐漸增多，側(cè)面反映濁流沉積物的懸浮沉降特征。巖心分析樣點(diǎn)群在C-M圖上平行于基線分布，粒度概率累積曲線呈“單段式”特征，證實(shí)了該沉積物為濁積巖(圖8)。

圖5 姚家組碎屑流沉積巖心Fig.5 Debris flow deposition cores in Yaojia formation

圖6 X2井綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive histogram of well X2

圖7 姚家組濁積巖巖心Fig.7 Turbidite cores in Yaojia formation

圖8 X3井綜合柱狀圖Fig.8 Comprehensive histogram of well X3

3 成因分析

重力流沉積物的搬運(yùn)主要依靠重力，有充足物源的條件下，在一定深度的水體內(nèi)，湖盆中有一定坡度的湖岸處的不穩(wěn)定沉積物受洪水、巨浪、地震等陣發(fā)性因素的誘發(fā)會(huì)形成沉積物重力流。考察研究區(qū)的砂體是否是重力流沉積物，除巖心觀察外，還需要研究是否具備地形條件及誘發(fā)因素。

3.1 形成重力流沉積的觸發(fā)因素

姚家組沉積初期與中生代期間歐亞板塊和太平洋板塊間一次重大的板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)重組事件發(fā)生時(shí)間一致，盆地處于裂后熱沉降期內(nèi)的構(gòu)造擠壓應(yīng)力背景下[16-20]。該時(shí)期松遼盆地整體處于一個(gè)相對(duì)抬升階段，盆地由青山口組的高位體系域轉(zhuǎn)為姚家組的低位體系域沉積階段。在長(zhǎng)垣西部古龍凹陷內(nèi)姚家組一段地層中發(fā)現(xiàn)大量震積巖記錄，如液化砂巖脈、震裂縫、微斷層、不協(xié)調(diào)巖塊、重荷模、似眼球狀構(gòu)造[21-23]，在長(zhǎng)垣東部三肇凹陷內(nèi)以及長(zhǎng)垣上姚家組地層中也發(fā)現(xiàn)大量與地震活動(dòng)有關(guān)的震積巖，并且在單井巖心中，震積巖多次重復(fù)出現(xiàn)，除文獻(xiàn)報(bào)道的震積巖記錄外，在研究區(qū)薩II5層段的巖心中也見到大量震積巖，如：H1井968.26～968.46 m處出現(xiàn)的假結(jié)核構(gòu)造、H2井在968.76 m處發(fā)育的液化砂巖脈，這些記錄說明在薩II5沉積時(shí)期，盆地受擠壓應(yīng)力作用，在構(gòu)造抬升階段地震活動(dòng)頻發(fā)，并具周期性與間歇性特征。頻繁的地震活動(dòng)為湖盆斜坡處堆積的不穩(wěn)定沉積物向湖盆深處運(yùn)移提供了有利條件。

3.2 形成重力流沉積的地形條件

在薩II5小層的地層等厚圖(圖9)上，薩南地區(qū)的地層厚度較南北相鄰地區(qū)都要薄很多，北部物源向南進(jìn)積過程中，如果地形沒有明顯起伏變化，地層連續(xù)沉積的情況下， 這種情況不符合正常的沉積規(guī)律。通過巖心和測(cè)井資料的分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)以泥巖和鈣質(zhì)砂巖沉積為主，泥巖中普遍鈣質(zhì)含量較高，滴酸后能發(fā)生劇烈反應(yīng)。為何會(huì)在地層減薄處出現(xiàn)大量的鈣質(zhì)層沉積？

鈣質(zhì)巖層可形成于成巖早期和成巖中期，在成巖早期是由于水體淺、能量弱、水體交換不暢，蒸發(fā)作用強(qiáng)，富含鈣的地下水在地表處形成碳酸鈣沉淀，此類鈣質(zhì)層空間分布上常具有區(qū)域性，呈層狀分布，縱向沒有穿時(shí)性，在電阻率曲線上為尖刺刀狀。成巖中期形成的鈣質(zhì)層是由于泥巖和孔隙流體相互作用形成的有機(jī)酸和各種離子溶蝕泥巖中的碳酸鹽、長(zhǎng)石、巖屑等微小碎屑，形成富Ca2+、Mg2+、HCO3-流體，該流體進(jìn)入臨近砂巖，在砂泥界面處發(fā)生CaCO3沉淀，形成鈣質(zhì)夾層[24-28]，該類鈣質(zhì)層具有局部性，與構(gòu)造位置、斷層發(fā)育程度等影響酸性水活躍度的因素有關(guān)，常發(fā)育在厚砂巖層的頂部或底部與泥巖接觸的位置。薩II5小層的鈣質(zhì)層在薩II4和薩II6小層中同一位置均未出現(xiàn)(圖10和圖11)，說明該鈣質(zhì)層成層性好，在電阻率曲線上均呈明顯的刺刀狀(圖12)，并且其上下沒有厚砂巖層。綜合分析認(rèn)為薩II5小層出現(xiàn)的席狀鈣質(zhì)層是在成巖早期形成的。因此，有理由推斷薩II5沉積時(shí)期，在區(qū)域擠壓應(yīng)力背景下，在不均衡的擠壓應(yīng)力作用下，薩南地區(qū)抬升更明顯，幅度更大，與南北相鄰地區(qū)相比，呈微隆起狀態(tài)，導(dǎo)致水體變淺，由于處于三角洲外前緣與前三角洲過渡地帶，遠(yuǎn)離河口，少有新鮮水體注入時(shí)，這里就變成了滯水蒸發(fā)環(huán)境，為鈣質(zhì)層沉積提供了條件。從薩II5小層北部的三角洲前緣砂體分布特征看，砂體未被移成連片的席狀砂，而是仍然圍繞河道附近呈破席狀分布，說明該時(shí)期水體較淺，湖水能量不強(qiáng)，因此，如果薩南在微隆起的狀態(tài)下，這里的水體應(yīng)該更淺，側(cè)面印證了上述推斷的合理性。薩南地區(qū)與杏樹崗地區(qū)的地形高差大，坡度陡，沉積于此的沉積物在地震等誘發(fā)因素作用下就會(huì)滑向湖盆深處，導(dǎo)致沉積物在此更多的是短暫停留。

圖9 薩II5地層等厚圖Fig.9 Isopach map of layer SII5

圖10 薩II4沉積微相Fig.10 Sedimentary microfacies map of layer SII4

圖11 薩II6沉積微相Fig.11 Sedimentary microfacies map of layer SII6

圖12 薩南薩II5小層鈣質(zhì)層沉積區(qū)測(cè)井曲線及巖心滴酸反應(yīng)照片F(xiàn)ig.12 Logging curves and core acid dropping reaction photo of calcareous sedimentary area of layer SII5 in Sanan

4 沉積模式

姚家組地層在松遼盆地低位體系域沉積階段形成，為大型陸相湖盆淺水河流-三角洲沉積，薩II5沉積時(shí)期，湖水范圍在薩II6基礎(chǔ)上繼續(xù)擴(kuò)大，湖岸線向北推進(jìn)到喇嘛甸以北地區(qū)，但從三角洲前緣席狀砂的分布特征看，盡管水體范圍較大，但水深有限，湖水能量較弱，并未對(duì)河流帶來的砂體進(jìn)行很好地改造遷移。在盆地整體受擠壓的背景下，長(zhǎng)垣中部薩南地區(qū)出現(xiàn)微幅度隆起，使該地區(qū)水體深度進(jìn)一步變淺，由于遠(yuǎn)離河口區(qū)，與新鮮水體交換不暢，加之此時(shí)古氣候環(huán)境以干熱為主，所以形成了滯水蒸發(fā)環(huán)境，導(dǎo)致鈣質(zhì)層沉積，受隆起地形條件的影響，鈣質(zhì)層沉積區(qū)與南部杏樹崗地區(qū)地形高差較大(圖13)，來自北部物源的碎屑沉積物多在此短暫停留，形成不穩(wěn)定的松散沉積物，在地震等外力的誘因下，受重力作用影響，沉積物向湖盆中心方向的杏樹崗地區(qū)滑去(圖14)。至薩II4沉積時(shí)期，南部杏樹崗地區(qū)已經(jīng)形成了一定厚度的重力流沉積物，此時(shí)，薩南鈣質(zhì)層沉積區(qū)與杏樹崗地區(qū)地形相比，高差優(yōu)勢(shì)已不明顯，此地逐漸成為沉積物的主要卸載區(qū)，從薩II4的沉積微相圖看，此時(shí)的砂體更多的止步于薩南，向南滑動(dòng)進(jìn)入杏樹崗地區(qū)的重力流沉積物與薩II5沉積時(shí)期相比范圍明顯變小，沉積物的“填平補(bǔ)齊”特征明顯(圖10)。

圖13 薩II6—薩II4沉積時(shí)期地形演化剖面模式Fig.13 Topographic evolution profile mode from SII6 to SII4 sedimentary period

圖14 薩II5小層沉積模式Fig.14 Sedimentary mode of layer SII5

5 結(jié)論及建議

(1)大慶長(zhǎng)垣薩II5小層沉積時(shí)期，杏樹崗地區(qū)的連片席狀砂不發(fā)育三角洲前緣砂體的層理特征，砂體與泥巖均呈突變接觸，事件性沉積特征明顯，巖心資料顯示，砂體多呈塊狀構(gòu)造或滑塌變形構(gòu)造，C-M圖上樣點(diǎn)群平行于C-M基線分布，粒度概率累積曲線呈單段式或兩段式特征，綜合分析認(rèn)為它是重力流沉積砂體，并識(shí)別出滑動(dòng)-滑塌巖、碎屑流和濁積巖等重力流沉積物。

(2)薩南微隆起的地形使得薩II5沉積時(shí)期的沉積物呈不穩(wěn)定狀態(tài)，在頻繁的地震活動(dòng)誘因下，沉積物向南滑動(dòng)進(jìn)入杏樹崗地區(qū)形成大面積的重力流沉積體。

(3)由于重力流砂體橫向變化大，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，未來應(yīng)進(jìn)一步對(duì)杏樹崗地區(qū)的重力流砂體形成期次進(jìn)行描述，明確不同期次重力流砂體的范圍，為更好地尋找剩余油位置提供地質(zhì)指導(dǎo)。

致謝：本文薩II組沉積微相研究部分是在大慶油田勘探開發(fā)研究院趙翰卿老總的熱情幫助和悉心指導(dǎo)下以及大慶油田第一期精細(xì)油藏描述培訓(xùn)班全體師生的共同努力下完成的，在此表示誠(chéng)摯感謝！