南堡凹陷扇三角洲沉積體系成因模式研究

南堡凹陷扇三角洲沉積體系成因模式研究

遼東油田勘探區(qū)主要位于沿海地區(qū)和灘海區(qū)（圖1）。其中，南堡凹陷是遼東油田最重要的勘探區(qū)，占地面積的三分之二。南堡凹陷構(gòu)造位置位于黃驊坳陷東北部,為黃驊坳陷新生代裂谷盆地的二級負(fù)向構(gòu)造單元,總體具有北斷南超的箕狀凹陷特征。南堡凹陷已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油田主要包括高尚堡油田、柳贊油田、老爺廟油田和北堡油田等,其中的老爺廟油田和北堡油田儲層以古近系東營組地層為主、其儲層砂體多為扇三角洲沉積砂體。目前,國內(nèi)關(guān)于扇三角洲沉積體系的相劃分和沉積特征研究已經(jīng)比較完善,但有關(guān)古構(gòu)造古地貌對扇三角洲沉積體系的具體控制作用研究還不充分。本文在南堡凹陷陡坡帶扇三角洲沉積體系分析的基礎(chǔ)上,從古構(gòu)造古地貌控制扇三角洲發(fā)育的思路入手,通過對該地區(qū)發(fā)育的扇三角洲沉積體系的古地貌的劃分,總結(jié)出三類發(fā)育扇三角洲沉積體系的古構(gòu)造古地貌,并對其各自的發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行了分析。1構(gòu)造單元及其對扇三角洲沉積體系的控制南堡凹陷的古近系包括沙河街組和東營組,按沉積旋回特征、構(gòu)造發(fā)育特征和火山巖發(fā)育特征,在縱向上可劃分為4幕裂陷,其中裂陷一幕控制了沙河街組三段五亞段地層的發(fā)育,裂陷二幕控制了沙河街組三段四亞段至沙河街組三段一亞段地層的發(fā)育,裂陷三幕控制了沙河街組二段至沙河街組一段地層的發(fā)育,裂陷四幕控制了東營組地層的發(fā)育。南堡凹陷東營組地層自下而上可以劃分為東營組三段、東營組二段和東營組一段。其中東營組三段地層以砂礫巖夾灰黑色泥巖為主,東營組二段地層以灰黑色泥巖夾砂巖為主,東營組一段地層以灰綠色泥巖與含礫砂巖為主。其中,東營組一段地層為主要含油層段也是研究程度最高的層段。在陸相斷陷盆地中,斷裂對構(gòu)造、沉積、油氣成藏起至關(guān)重要的作用(圖1),所以必須從斷裂發(fā)育入手,研究凹陷的構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨捌鋵ι热侵蕹练e體系的控制?？刂颇媳ぐ枷莅l(fā)育的邊界斷裂主要包括柏各莊斷裂、西南莊斷裂、沙北斷裂和高柳斷層等(圖1)。西南莊斷裂是在北北東向右旋剪切背景下形成的盆緣同沉積斷裂,斷層面南傾,顯張扭性,活動(dòng)持續(xù)至漸新世晚期,控制了沙河街組和東營組沉積。西南莊斷層具有明顯的分段性,自東向西由東段(唐海段)、中段(杜林-老爺廟)、中西段(北堡北段)、西段(北堡西段)4段組成。其中東段(唐海段)主要控制了高柳斷層上升盤高柳地區(qū)的沙河街組地層的沉積,在東營組沉積時(shí)期其斷距很小;中段(杜林-老爺廟)主要控制了南堡凹陷北部東營組地層的沉積,在東營組沉積時(shí)期斷距在1300~1600m,在此段下降盤發(fā)育有老爺廟扇三角洲沉積體系;中西段(北堡北段)在東營組沉積時(shí)期最為發(fā)育,其斷距在1600~2400m,在此段下降盤處發(fā)育北堡北扇三角洲沉積體系;西段(北堡西段)斷距較小、一般在1000m以下,使南堡凹陷西部整體呈現(xiàn)緩坡帶地貌特征。柏各莊斷裂是南堡凹陷與柏各莊凸起和馬頭營凸起的分界斷層,顯扭張性,斷層走向近北西,傾向南西,主要活動(dòng)時(shí)期為漸新世早期,控制了下降盤沙河街組發(fā)育;漸新世晚期活動(dòng)性變?nèi)?下降盤處東營組地層不如西南莊斷層下降盤處發(fā)育。柏各莊斷層總體上為板式斷層,斷面傾角較陡,約在60°~80°之間,其斷層的分段性不明顯。由于柏各莊斷層的這些特點(diǎn),導(dǎo)致其下降盤處東營組地層發(fā)育的沉積體系與西南莊斷層下降盤處沉積體系沉積特征有較明顯差異,在柏各莊斷層下降盤主要發(fā)育有柏南扇三角洲沉積體系和柳南扇三角洲沉積體系。高柳斷裂是西南莊斷裂和柏各莊斷裂派生的同向調(diào)節(jié)斷裂,斷層面南傾,傾角35°~50°,主要活動(dòng)于漸新世晚期,控制了東營組沉積,并與柏各莊斷裂共同組成階梯狀斷層。在高柳斷層下降盤發(fā)育高南扇三角洲沉積體系,由于控制該扇三角洲沉積體系的高柳斷層傾角較小,所以高南扇三角洲沉積體系與柳南地區(qū)扇三角洲沉積體系的巖石組分和沉積物粒度明顯不同。根據(jù)控凹斷裂的特征和東營組地層的發(fā)育,將南堡凹陷的陡坡帶、凹陷帶和緩坡帶3類構(gòu)造地貌單元?jiǎng)澐殖鰜?圖1)。其中在陡坡帶邊界斷裂傾角多大于40°,東營組地層發(fā)育較厚;緩坡帶邊界斷裂傾角多小于40°,東營組地層明顯較陡坡帶不發(fā)育;凹陷帶遠(yuǎn)離邊界斷裂,東營組地層發(fā)育最厚。2斷裂系及沉積特征東營組是本次研究的主要目的層段,自下而上也可分為3段,即東營組三段、東營組二段和東營組一段。以某井為例說明其巖性組合特征(圖2)。東營組三段為灰色、深灰色泥巖與砂巖互層,夾有厚度不等的基性火山巖。東營組三段地層在陡坡帶和緩坡帶明顯不同。在陡坡帶,東營組三段地層可以分為東營組三段下亞段和東營組三段上亞段,其中東營組三段下亞段為下粗上細(xì)的正旋回,下部以砂巖夾灰色泥巖,上部為深灰色泥巖夾砂巖;東營組三段上亞段多為砂巖與灰色、深灰色泥巖互層,其與東營組二段分界選在“細(xì)脖子”泥巖底部。而在緩坡帶東營組三段地層多為灰色、深灰色泥巖夾砂巖,且東營組三段下亞段與東營組三段上亞段較難分開。東營組三段地層在曹妃甸次凹最為發(fā)育,最大厚度在1000m以上。東營組二段以灰色泥巖為主,間夾灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖。其中、下部以較厚的深灰色泥巖為主,中部多為灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖,上部為厚層灰色泥巖。東營組二段地層分布較穩(wěn)定,一般為300~600m,整體有由西北方向向東南方向地層逐漸增厚的趨勢。東營組一段為南堡灘海地區(qū)的主要油氣勘探目的層之一,巖性主要為灰、灰白色粉砂巖、淺灰色細(xì)砂巖、砂礫巖與灰綠色泥巖、灰色泥巖和褐色泥巖呈不等厚交互層。東營組一段可以分為3個(gè)砂組,其中、下部砂組為灰白色粉砂巖、淺灰色細(xì)砂巖與灰色泥巖互層為特征、中部砂巖為淺灰色細(xì)砂巖、中粗砂巖夾灰色、灰綠色泥巖為特征、上部砂組為灰白色砂巖、砂礫巖夾灰綠色泥巖或灰綠色泥巖夾薄層砂巖為特征。東營組一段地層厚度一般為300~550m。3扇三角洲沉積物的發(fā)育特征3.1扇三角洲沉積體系扇三角洲體系是南堡凹陷東營組地層的重要儲集體類型之一,南堡凹陷已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的老爺廟油田是以扇三角洲沉積體系中的前緣亞相砂巖為儲層的油田、高尚堡油田東營組儲油層是以扇三角洲平原亞相和前緣亞相為儲層的油田。通過地震相分析和連井地層剖面的對比,在南堡凹陷北部陡坡帶共識別出5個(gè)規(guī)模較大的扇三角洲沉積體系,自西向東依次為北堡北扇、老爺廟扇、高南、柳南和柏南等扇三角洲沉積體系(圖3),均屬斷陷湖盆型扇三角洲沉積體系。由于扇三角洲是沖積沉積物和水體間相互作用的產(chǎn)物,包括陸上、過渡帶和水下3部分,這決定了扇三角洲沉積具有復(fù)合型的水動(dòng)力機(jī)制,同時(shí)具有牽引流、碎屑流和片流沉積的特征。本區(qū)扇三角洲沉積體系中的砂巖塊狀層理較發(fā)育,反映扇三角洲較快速沉積的水動(dòng)力條件;同時(shí)可以見到低角度交錯(cuò)層、平行層理發(fā)育,層面見炭屑,反映較為穩(wěn)定的水動(dòng)力條件;在辮狀河道砂礫巖下部有時(shí)含大量灰色泥礫,呈定向半定向排列,反映牽引流沖刷作用;辮狀河道粗粒沉積中還?？梢砸姷缴皫r與礫巖突變接觸現(xiàn)象,反映了水流脈動(dòng)特征,即不穩(wěn)定的水動(dòng)力條件。這些沉積特征在一些取心井的取心段均可以見到,如G193×1井和M28-1井等(圖3)。由于扇三角洲沉積體系緊鄰剝蝕物源區(qū),其發(fā)育處控凹斷層上、下盤之間地形高差大,沉積物供給充分,故其沉積物多砂礫混雜,泥質(zhì)含量高,分選性和磨圓度均較差,礦物成熟度也較低。經(jīng)過分析南堡凹陷東營組砂巖分選性中等-差;磨圓度次圓狀-次棱角狀;而砂巖顆粒中石英含量為30%~50%,巖屑含量15%~30%。扇三角洲沉積體系劃分為扇三角洲平原亞相、扇三角洲前緣亞相和前三角洲亞相,由于前三角洲亞相中砂巖不甚發(fā)育故研究較少。以老爺廟地區(qū)鉆井揭示的東一段扇三角洲為例,扇三角洲平原亞相中,辮狀河道砂巖發(fā)育,其多為正韻律的粗砂巖和砂礫巖夾灰綠色、淺灰色、棕灰色、棕紅色和紫紅色泥巖。如老爺廟北部的M40井巖石組合即為該特征。而老爺廟扇三角洲前緣亞相中巖石組合多為中-細(xì)砂巖與淺灰色、灰綠色泥巖互層,泥巖可見炭質(zhì)紋層,水下分流河道砂巖與下覆泥巖呈突變接觸;河口壩砂巖為呈反韻律特征的粉細(xì)砂巖或中細(xì)砂巖、其下部為粉砂質(zhì)泥巖夾灰色泥質(zhì)條帶,發(fā)育微波狀層理;三角洲前緣席狀砂為灰色粉砂質(zhì)泥巖與粉砂巖薄互層沉積,見微波狀層理、互層層理,偶見變形層理?？傊?本區(qū)扇三角洲沉積體系均靠近邊界斷裂發(fā)育,分布在斷裂下降盤,形成短軸物源供給體系;在順物源方向的地震剖面上這些扇三角洲沉積體系具有較明顯的楔狀外形,在垂直物源方向的地震剖面上這些扇三角洲沉積體系具有不同幅度和規(guī)模的丘狀外形;各扇三角洲沉積體系碎屑巖粒度明顯較一般三角洲粗,但規(guī)模與影響范圍一般較小;其水動(dòng)力特征、沉積物成分和結(jié)構(gòu)特征、亞相類型和特征相同或相似。南堡凹陷北部陡坡帶形成的扇三角洲沉積體系除具有以上的相似性,還存在一些差異性。3.2構(gòu)造-沉積體系受物源供給區(qū)母巖性質(zhì)、物源遠(yuǎn)近、斷裂活動(dòng)幅度、斷裂組合形成的古地貌特征控制,南堡凹陷陡坡帶扇三角洲沉積體系在物源來源、控沉積體系發(fā)育處斷裂特點(diǎn)、粒度粗細(xì)、發(fā)育規(guī)模、地震振幅與連續(xù)性等方面存在一定的差異(表1)。從物源來源看,北堡北和老爺廟扇三角洲沉積體系物源來自于老王莊-西南莊凸起,柳南和柏南扇三角洲沉積體系物源來自于柏各莊凸起,高南扇三角洲沉積體系物源在東營組早期來源于柏各莊凸起、晚期由于該處柏各莊斷裂活動(dòng)性變?nèi)跏垢吡鴶鄬由仙P地區(qū)在東營組沉積晚期成為剝蝕物源區(qū)(或沉積物過而不留)。從控沉積體系發(fā)育處斷裂特點(diǎn)看,北堡北扇三角洲沉積體系發(fā)育受西南莊斷裂的中西段控制,斷層在該處表現(xiàn)為平面式、傾角大;老爺廟扇三角洲沉積體系發(fā)育受西南莊斷裂中段控制,斷層在該處表現(xiàn)為近似鏟式、傾角較大;高南扇三角洲沉積體系發(fā)育受東營組沉積早期發(fā)育受柏各莊斷裂控制,斷層在該處表現(xiàn)為平面式、傾角大,晚期發(fā)育受高柳斷裂控制,斷層在該處表現(xiàn)近似鏟式、傾角較緩;柳南扇三角洲沉積體系發(fā)育受柏各莊斷裂和高柳斷層共同控制,兩斷層在該處均表現(xiàn)為平面式、傾角大;柏南扇三角洲沉積體系發(fā)育受柏各莊斷裂控制,斷層在該處表現(xiàn)為平面式、傾角極大。從各沉積體系巖性組合看,北堡北扇三角洲沉積體系和老爺廟扇三角洲沉積體系含砂率高,巖石組合為砂礫巖與泥巖互層;高南扇三角洲沉積體系含砂率較高,巖石組合為砂巖與泥巖互層;柳南扇三角洲沉積體系和柏南扇三角洲沉積體系含砂率極高,巖石組合為厚層礫巖夾薄層泥巖為主(圖3)。從發(fā)育規(guī)模來看,老爺廟地區(qū)扇三角洲體系規(guī)模較大,高南扇三角洲沉積體系和柏南扇三角洲沉積體系規(guī)模次之,北堡北扇三角洲沉積體系和柳南扇三角洲沉積體系規(guī)模較小。綜合上述各沉積體系的特征,認(rèn)為北堡北扇三角洲沉積體系劃為近源-陡坡型,老爺廟扇三角洲沉積體系劃為較遠(yuǎn)源-陡坡型,高南扇三角洲沉積體系劃為較遠(yuǎn)源-緩坡型,柳南扇三角洲沉積體系劃為近源-陡坡型,柏南扇三角洲沉積體系劃為近源-陡坡型。4扇三角洲沉積相南堡凹陷北部邊界斷裂活動(dòng)在時(shí)間和空間上存在較明顯的差異,造成東營組沉積時(shí)期扇三角洲發(fā)育特征與規(guī)模的顯著區(qū)別?？傮w來看,扇三角洲粒度有自西向東變粗的趨勢。通過上述研究認(rèn)為:扇三角洲沉積體系與控制其發(fā)育的斷裂的活動(dòng)性質(zhì)、剝蝕物源區(qū)的性質(zhì)和沉積區(qū)域的古地貌等因素密切相關(guān)。根據(jù)影響扇三角洲沉積體系發(fā)育的構(gòu)造-古地貌特征,將南堡凹陷陡坡帶的扇三角洲沉積體系發(fā)育模式分為3種類型。4.1扇三角洲沉積相形成較遠(yuǎn)源型砂質(zhì)扇三角洲的典型代表為G20井附近區(qū)域東營組一段發(fā)育的扇三角洲沉積體系(圖4)。扇三角洲源區(qū)地貌由柏各莊斷裂、高柳斷裂和兩個(gè)斷裂之間,即高柳地區(qū)的“殘余凹陷”構(gòu)成,具斷-臺地貌特征,在沉積區(qū)的高柳斷層下降盤次級斷層不發(fā)育。在柏各莊斷裂上升盤剝蝕的陸源碎屑經(jīng)寬緩的高柳地區(qū)臺階搬運(yùn)后與從高柳地區(qū)剝蝕的少量陸源碎屑在高柳斷層下降盤沉積下來形成扇三角洲沉積體系。其中柏各莊斷裂上升盤為主要物源區(qū),而柏各莊斷層與高柳斷層之間的斷臺高柳地區(qū)為可能的物源區(qū)。這種地貌形成的扇三角洲的規(guī)模一般較小,與其他兩種類型扇三角洲沉積體系相比,其粒度細(xì),以中細(xì)砂巖為主,可見含礫砂巖,分異作用較強(qiáng),旋回清楚,以厚度中等的砂泥互層為特征。由于高柳斷層傾角較緩,使沉積區(qū)地勢平緩,扇三角洲平原較發(fā)育,以分支河道和河道間沉積作用為主。扇三角洲前緣多發(fā)育為水下分支河道與小型河口壩。由于該類型的扇三角洲沉積體系的這些特點(diǎn),使其平原亞相和前緣亞相均較發(fā)育且發(fā)育的砂巖的儲層物性較好,所以可形成較好的儲集層。4.2扇三角洲沉積體系形成粗粒扇三角洲的典型代表為老爺廟地區(qū)的扇三角洲沉積體系(圖5)。該扇三角洲沉積區(qū)由在西南莊斷裂下降盤的一系列同生斷裂形成的階階下掉斷階組成。老爺廟扇三角洲沉積體系的規(guī)模較大,原因可能與西南莊斷裂上升盤剝蝕區(qū)面積較大以及古構(gòu)造形成的古地貌使西南莊凸起剝蝕的多數(shù)碎屑物質(zhì)在本區(qū)沉積有關(guān)。雖然該扇三角洲的陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)充分,但受斷階地貌影響,該扇三角洲的平原亞相影響范圍較小不甚發(fā)育,其原因?yàn)?階梯狀同生斷裂的發(fā)育使沉積區(qū)的構(gòu)造等值線在同生斷裂的下降盤處可能突然增大而使水體突然變深。但是由于物源區(qū)碎屑物供應(yīng)充分,所以扇三角洲前緣亞相發(fā)育,規(guī)模較大,影響距離長。由于老爺廟扇三角洲的控沉積邊界斷裂在該處傾角較陡,所以本區(qū)扇三角洲沉積體系的砂巖以粗砂巖和中砂巖為主、旋回特征清楚。由于該類型的扇三角洲體系的這些特點(diǎn),所以平原亞相砂體規(guī)模和范圍較小且儲集物性可能較差,而前緣亞相的砂體規(guī)模大且儲集物性較好,可形成良好的儲集體。4.3扇三角洲旋回形成近源型砂礫巖扇三角洲的典型代表柏各莊斷裂下降盤發(fā)育了東營組一段、東營組三段礫質(zhì)扇三角洲體系(D10×1井為代表)(圖6),其物源供給區(qū)為柏各莊斷裂上升盤的柏各莊凸起,由于柏各莊斷裂傾角大以及碎屑物質(zhì)搬運(yùn)距離短,故沉積