基于粒度概率曲線的古近系沉積環(huán)境分析

基于粒度概率曲線的古近系沉積環(huán)境分析

深入研究和詳細(xì)分解沉積相是成功勘探巖性油氣藏的關(guān)鍵。碎屑巖的粒度分布及分選性是搬運(yùn)營(yíng)力和搬運(yùn)能力的度量尺度,是判別沉積環(huán)境及水動(dòng)力條件的良好標(biāo)志,而且碎屑巖的物性也與其粒度密切相關(guān),因此粒度分析是研究碎屑巖巖相的重要手段。應(yīng)用粒度概率曲線圖建立沉積環(huán)境的典型模式,已成為環(huán)境和相分析中重要的方法和手段。筆者以濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷沙三段—東營(yíng)組的碎屑巖為研究對(duì)象,在巖心觀察的基礎(chǔ)上,繪制了600余幅巖心樣品粒度概率累積曲線圖,總結(jié)了三角洲、扇三角洲、湖泊灘壩、風(fēng)暴巖和湖底扇等主要陸源碎屑沉積相(環(huán)境)的粒度概率累積曲線圖的某些規(guī)律性特征[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。1三角洲相1.1穩(wěn)定牽引流沉積物粒度特征圖1a為三角洲平原亞相水上分流河道沉積物的粒度概率圖,為典型的兩段式或三段式。其特點(diǎn)是:滾動(dòng)總體小于5%或不發(fā)育;以跳躍總體和懸浮總體為主,跳躍總體含量一般為50%～70%,分選較好,直線段斜率可達(dá)70°以上,懸浮總體含量為30%～50%,懸浮、跳躍兩總體間的交切點(diǎn)Φ值為2.75～3.0。曲線反映出強(qiáng)度中等的穩(wěn)定牽引流沉積物的粒度特點(diǎn),與現(xiàn)代鄱陽(yáng)湖三角洲平原分流河道的沉積物搬運(yùn)特點(diǎn)類似(朱海虹等,1994)。跳躍組分較粗且含量較高者往往對(duì)應(yīng)發(fā)育平行層理的厚層砂巖,反映規(guī)模較大、水動(dòng)力條件較強(qiáng)的分流河道和分流河道下部的沉積特征;跳躍組分偏細(xì)且含量較低者與波狀層理的薄砂層對(duì)應(yīng),代表小型分流河道或分流河道上部層序的沉積特征。1.2枯平水期流變學(xué)特征該微相是三角洲平原亞相水上分流河道微相向湖心方向的水下延伸部分,粒度概率圖有2種主要類型。一類是“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡”式,具有跳躍和懸浮總體間過(guò)渡段的兩段式。如圖1b的曲線由跳躍總體、懸浮總體及兩者間過(guò)渡段組成,跳躍總體含量30%～50%,粒度區(qū)間Φ值1.75～2.75,斜率60～70°;過(guò)渡段含量20%～40%,斜率40～55°,與跳躍總體間的交切點(diǎn)Φ值為2.25～2.75,與懸浮總體交切點(diǎn)Φ值為3～3.5;懸浮總體含量低于30%,反映枯(平)水期穩(wěn)定水流進(jìn)入湖盆后能量降低的水動(dòng)力特征。另一類是“低斜多段”式,為總體斜率較低的多段式(見(jiàn)圖1c),其粒度累積曲線表現(xiàn)為粗細(xì)顆粒全部懸浮,由多個(gè)折線組成上凸拱形,斜率10～30°;粒度范圍較寬,組分多,分選差,粒度頻率直方圖顯示為多眾數(shù),反映洪水期能量較強(qiáng)的不穩(wěn)定動(dòng)蕩水流入湖,流體密度大,堆積快,與現(xiàn)代沮漳河沉積物搬運(yùn)特征有相似之處。1.3浮標(biāo)浮提取型河口壩位于水下分流河道的河口處,其粒度概率圖也有2種類型。一類是“高斜兩跳一懸?jiàn)A過(guò)渡”式,包括2個(gè)斜率較高的跳躍次總體、一個(gè)懸浮總體和一個(gè)過(guò)渡段,跳躍和懸浮總體交切點(diǎn)Φ值為3～3.5。該類的2個(gè)跳躍次總體斜率相近且較高,一般為60～80°(見(jiàn)圖2中商13-107井2350.20m),反映在河流攜帶與湖浪沖刷的綜合作用下,跳躍組分的分選性較好;懸浮總體含量為30%～50%。另一類是“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡”式,粒度概率曲線由跳躍、懸浮兩個(gè)總體和二者之間的過(guò)渡段組成。如圖2中臨10-1井3202.72m,跳躍總體含量30%～40%,分選好,直線段斜率大于70°,粒度區(qū)間Φ值2.25～3;過(guò)渡段的含量20%～30%,斜率50～60°,與跳躍總體交切點(diǎn)Φ值為2.75～3,與懸浮總體交切點(diǎn)Φ值為3.5～3.75;懸浮總體含量20%～40%,斜率低。這2種曲線類型反映河口區(qū)坡度大、沉積速率高、受多組水流影響的環(huán)境特點(diǎn),是平水期河流入湖形成的河口壩沉積的重要特征。2扇三角洲相2.1扇三角洲是平原的亞相扇三角洲平原亞相沉積即未入水的沖積扇,其主要的沉積作用包括泥石流、碎屑流、漫流與河道牽引流,沉積物粒度概率曲線有如下幾種類型。2.1.1整體和緩沖帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)此類粒度概率曲線圖的特點(diǎn)是懸浮總體含量高,達(dá)50%以上,分選差;跳躍總體分選相對(duì)較好。跳躍總體和懸浮總體緩慢過(guò)渡而無(wú)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn),整體呈圓緩上拱的弧形,如禹9井2573.56m(見(jiàn)圖3a)。該類粒度概率曲線與濁流沉積物粒度概率曲線有很好的相似性,主要反映泥石流和碎屑流沉積物的粒度特點(diǎn)。2.1.2扇三角洲沉積特點(diǎn)表3此類曲線(見(jiàn)圖3a禹9井2565.91m)包括含量很低的滾動(dòng)組分(低于5%)、斜率較高(50～60°)的跳躍組分和比較發(fā)育的懸浮總體(大于40%),二者交切點(diǎn)Φ值為3～3.5,有時(shí)存在較短的過(guò)渡段,為較典型的扇三角洲平原辮狀河道沉積特點(diǎn),與大石河等現(xiàn)代辮狀河沉積物的實(shí)地觀測(cè)結(jié)果吻合較好。2.1.3壓力大、組細(xì)細(xì)扇三角洲平原亞相洪泛沉積粒度概率曲線圖特點(diǎn)為粒度細(xì)(Φ值小于3)、懸浮組分高(70%～90%),一般具有明顯的過(guò)渡段(達(dá)20%)(見(jiàn)圖3b),反映洪水期流體越岸后能量驟減的動(dòng)蕩環(huán)境特點(diǎn)。2.2扇三角洲前的亞相2.2.1重力流沉積相該微相是水上辮狀河道入湖后向湖盆中央延伸的部分,除具有水上辮狀河道特點(diǎn)外,由于入湖后能量有所降低,所攜帶的沉積物受多組水流的作用,因此沉積物粒度概率曲線除反映重力流沉積特征的一段式、多段式(見(jiàn)圖4a曲10井1492.92m)和反映典型河流沉積的兩段式、三段式以外,還有跳躍總體由2個(gè)次總體組成的復(fù)雜兩段式和三段式(見(jiàn)圖4a曲10井1496.55m、1474.47m),跳躍和懸浮總體交切點(diǎn)Φ值為2.5～2.75,懸浮總體含量為30%～40%。這正是能量高、遷移快的扇三角洲水下辮狀河道所攜沉積物同時(shí)受湖盆多向、多組水流影響的具體表現(xiàn),也是扇三角洲水下辮狀河道有別于穩(wěn)定的三角洲水下分支河道的重要沉積特征。2.2.2高斜多跳一懸結(jié)構(gòu)巖壩沉積相扇三角洲河口壩的形成要求河道相對(duì)穩(wěn)定和湖水能量相對(duì)較弱。研究區(qū)扇三角洲河口壩沉積物的粒度概率曲線有3種類型。第一類是“低斜三段”式,即曲線斜率較低的三段式(見(jiàn)圖4b曲10井1508.40m),包括:斜率低(3～10°)、含量低(低于5%)的滾動(dòng)總體,斜率較高(約60°)的跳躍總體和含量較高(高于60%)的懸浮總體;其中滾動(dòng)總體和跳躍總體的交切點(diǎn)Φ值為2.75～3。此類曲線反映沉積物在湖水能量相對(duì)很低的河口區(qū)快速堆積。第二類是“高斜多跳一懸”式(見(jiàn)圖4b曲10井1489.91m),跳躍組分由2～3個(gè)次總體組成,斜率50～80°,含量約50%,跳躍組分與懸浮組分交切點(diǎn)Φ值為3.5～3.75,是枯(平)水期辮狀河入湖的河口壩沉積物典型粒度特點(diǎn)。第三類是“高斜一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡”式(如禹9井2560.50m),包括分選較好、斜率較高(大于70°)的跳躍總體,分選中等、含量30%～40%的過(guò)渡帶和分選差、含量30%～40%的懸浮總體,過(guò)渡帶粒度區(qū)間Φ值為3～3.75,反映其沉積于河口區(qū)中等能量的動(dòng)蕩水流環(huán)境。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),灘壩發(fā)育早中期的沉積物跳躍總體含量較高(見(jiàn)圖5a),一般在50%以上,有3個(gè)次總體,斜率50～70°;灘壩發(fā)育晚期沉積物的跳躍總體含量降低,只有10%～20%,斜率40°,懸浮總體含量升至80%～90%,斜率約70°,反映伴隨灘壩沉積增多,湖水能量不斷降低的砂進(jìn)湖退過(guò)程。這一特點(diǎn)在商67井1925.20～1929.21m井段表現(xiàn)得最為顯著(見(jiàn)圖5b)。3主被動(dòng)流類型風(fēng)暴巖指風(fēng)暴流作用下形成的一系列沉積物(巖)。風(fēng)暴流以牽引流為主,兼具重力流特點(diǎn),因此其沉積物粒度概率曲線圖有反映牽引流和重力流成因的多種類型。第一種是“高斜多跳一懸”式,曲線由多個(gè)(2～3個(gè))跳躍次總體和一個(gè)懸浮總體組成,斜率均較高,反映多組水流影響和分選較好,如圖6a所示商67井2355.15～2357.30m、田5-5井2950.50m跳躍總體兩分,含量為10%～30%,斜率40～55°;懸浮總體含量60%～90%,斜率50～70°;跳躍和懸浮總體交切點(diǎn)Φ值約為3.5。此種類型曲線反映風(fēng)暴衰退時(shí)能量較弱的牽引流性質(zhì)。第二種是多段式,曲線有多個(gè)交切點(diǎn),由多個(gè)次總體組成的跳躍總體粒度區(qū)間跨度較大(Φ值為1.5～3.5),斜率較低(10～50°),分段不明顯,懸浮總體含量較高(可達(dá)90%),反映小型風(fēng)暴強(qiáng)盛期的重力流特點(diǎn)(如圖6b商67井2371.68m)。第三種是“高斜一段”式,其特征是基本由一條斜率較高(60～70°)的直線段組成(即使有分段,各段斜率相似而且均較高),以懸浮沉積特征區(qū)別于牽引流,以高斜率、分選好而有別于一般重力流,是風(fēng)暴流沉積的典型特點(diǎn)(如圖6b商67井2355.47m)。4重力流沉積相特征湖底扇為扇形的濁積巖體,2種類型中扇辮狀溝道粒度概率累積曲線均反映了典型的重力流沉積特征(見(jiàn)圖7)。一類是“低斜一段”式或“寬緩上拱形”,即粒度曲線是一條低斜率直線段或?qū)捑徤瞎暗那€段,粒度區(qū)間跨度大(Φ值為0～4.5),跳躍和滾動(dòng)總體不發(fā)育,懸浮總體占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),是重力流尤其是濁流沉積的典型特點(diǎn),如田5-7井2959.60m的雜基支撐含礫砂巖。第二類是“低斜多段”式,即粒度概率曲線由多條低斜率的較短直線段組成,粒度區(qū)間跨度可大可小,反映動(dòng)蕩環(huán)境中能量不穩(wěn)定的重力流特點(diǎn)。同時(shí),溝道頂部(即重力流尾部)沉積物的曲線斜率大于底部(或重力流頭部)的曲線斜率,且跳躍總體含量增加,反映重力流能量后期衰減并向牽引流轉(zhuǎn)化、沉積物分選逐漸變好等特點(diǎn)。圖7所示商13-107井2433.68m、2424.36m分別為濁積巖鮑馬序列A段的塊狀砂巖和B段的斷續(xù)平行層理砂巖的粒度概率曲線圖,即反映了上述重力流變化過(guò)程。5沉積相分析及結(jié)論粒度概率曲線圖是解釋碎