大民屯凹陷中部沙四段沉积体系研究

2013-05-13朱华钰长江大学地球科学学院湖北武汉430100

石油天然气学报 2013年4期

朱华钰（长江大学地球科学学院，湖北武汉430100）

喻梓靓（煤炭资源与安全开采国家重点实验室（中国矿业大学（北京）），北京100083）

1 区域地质概况

大民屯凹陷位于辽河坳陷的东北部，整体构造格局呈东西分带、南北分块（段）的特点，根据基底结构可划分为西部斜坡带、中央构造带和东侧陡坡带3个次级构造单元。中央构造带可分南、中、北三段，中段为 “两洼夹一隆”，即安福屯洼陷和胜东洼陷夹静安堡－东胜堡构造带，南、北段为荣胜堡洼陷和三台子洼陷，荣胜堡洼陷西侧为前进断裂背斜构造带，东侧为法哈牛构造带。新生代古近系分布面积约为800km2，包括沙河街组四段（Es4）、沙河街组三段（Es3）、沙河街组一段（Es1）和东营组（Ed）；此外还有新近系（N）和第四系（Q）。沉积最大厚度约6600m （荣胜堡洼陷）。Es4、Es3暗色泥岩是凹陷的主力烃源岩，可以划分成正常油和高腊油2个油气生聚系统（见图1）。以露头、测井、岩心和三维高分辨率地震反射资料为基础，以高分辨率层序地层学理论为指导［1］，运用精细地层划分和对比技术，建立高精度地层对比格架，对于大民屯凹陷寻找岩性油气藏有重要指导作用。

2 建立层序地层格架

通过对大民屯凹陷内主要钻井的层序地层关键面的识别、层序界面的划分和对比，先后建立了3条长轴方向和5条短轴方向的层序格架剖面。

2．1 层序地层关键面的识别

层序地层关键面包括层序界面、初始湖泛面与最大湖泛面。在钻／测井层序地层、地震层序地层及井－震桥式连接的综合层序地层分析基础上［2～5］，在Es4内部可以识别出3个层序界面（见图2），自下而上分别命名为SB1、SB2、SB3。

1）SB1 相当于传统分层的Es和房身泡组（Ef）的分界。界面下为Ef的玄武岩夹红色泥岩沉积，界面之上为Es4下部地层的沉积。在地震剖面上，SB1常表现为沟谷的充填和沿潜山面上超的不整合面特征。在测井曲线上，自然电位（Usp）和电阻率（ρ）曲线在界面上下均有突变的现象，界面之上自然电位和电阻率曲线为钟形，沉积了一套正旋回的角砾岩或砂砾岩地层。界面之下突变为低阻的红色泥岩沉积，或高阻的玄武岩、基岩地层，但自然电位曲线幅度很小，基本位于基线的附近。SB1在全区可以追踪和对比。

图1 研究区构造及井位分布图

2）SB2 位于Es4中部砂体最发育部位的中间，即主要为进积到退积的转换面。界面之上自然电位曲线为钟形，界面之下自然电位曲线则为组合的漏斗形。在前当堡潜山一带（图1），界面之下沉积了一套以紫红色泥岩和红色砂岩为主的冲积扇扇中亚相的地层。沿凹陷西北边界，界面之下则为以杂色砾岩、砾岩和灰色泥岩为主的进积扇三角洲前缘亚相地层。由于SB2只能在扇体发育的地区才能够识别，故其全区的可追踪性较差。

3）SB3 为Es4上部的一个界面。在前当堡潜山一带，SB3位于进积到退积的转换面，自然电位和电阻率曲线在界面之上为钟形，在界面之下则为漏斗形。沿凹陷西北边界一带，界面之上仅发育少量的细砂岩和粉砂岩的沉积，下部为深灰色的泥岩沉积，自然电位和电阻率曲线幅度都较低，仅在界面处有些突变。而在沈279井区、沈267井区，SB3界面为一个进积到退积的转换面，界面之下为进积的扇三角洲前缘亚相沉积，自然电位曲线为漏斗形，界面之上为退积的扇三角洲平原亚相沉积，自然电位曲线为钟形。

在Es4内部对应的可以识别出3个湖泛面（图2），自下而上分别为F1、F2和F3，均为深灰色泥岩段。其中F3为三级层序中的最大湖泛面，在地震剖面中很容易识别出来，其特点是在最大湖泛面之上发育了多期次的下超地震反射，在地震剖面上很容易追踪解释。而F1和F2在地震剖面中比较难识别和追踪。

1）F1 位于Es4的下部。在凹陷边缘，F1为退积与进积的转换面，自然电位曲线和电阻率曲线表现为在此界面由钟形向漏斗形转变；在凹陷内F1则位于第1套油页岩的顶部，即电阻率曲线上第1套高阻的顶部。

2）F2 位于Es4的中部。在凹陷边缘，F2位于一套退积旋回的顶部，自然电位曲线和电阻率曲线较平直；在凹陷内，F2则位于第2套油页岩的顶部，即电阻率曲线上第2套高阻的顶部；而在沈279井区，F2则位于1套进积旋回的底部，即在F2之上自然电位和电阻率曲线为漏斗形。

3）F3 位于Es4的顶部，也是三级层序的最大湖泛面，大多数井区表现为深灰色泥岩特别发育。当其上发育扇三角洲时，则位于扇三角洲的底部（即进积旋回的底部），测井曲线上表现为位于自然电位曲线和电阻率曲线钟形的底部；其上有浊积扇发育时，则位于浊积扇的底部；最大湖泛面上砂体不发育时，则位于大段泥岩的中间。

图2 沈257井单井层序划分

2．2 层序地层划分

在层序地层关键界面识别的基础上［6～8］，将Es4划分为1个三级基准面上升半旋回，根据大民屯凹陷古近系地质年代表，Es4大约经历了2．4Ma的时间。根据钻井揭示的层序关键面和湖泛面将Es4进一步划分为两个半中期层序，层序名称自下而上分别为MSC1、MSC2和MSC3层序的上升半旋回（图2）。

1）MSC1 位于Es4的底部，其底界面为SB1，顶界面为SB2。MSC1层序地层在东胜堡潜山和法哈牛潜山上不发育，在前当堡潜山、安福屯潜山和曹台潜山上地层较薄，厚度大约60～100m，而沿凹陷西北边界断层一带，在Es4地层沉积之前该区域发育一凹槽，且该凹槽的走向与边界逆断层的走向基本一致。由于MSC1地层处于Es4沉积初期，此阶段基本为充填凹槽阶段，因此在该凹槽内地层的沉积厚度非常大，介于200～710m，以沈273井钻遇地层厚度最大，其他区域地层厚度介于100～200m之间。层序旋回的对称性较差，在凹陷边部，尤其是凹陷西北边缘，基准面上升半旋回处于凹槽的主要充填期，厚度变化最大，以沈273井基准面上升半旋回最长。基准面下降半旋回，由于物源的供给速率大于可容纳空间的增加速率，沿西北边界发育了多套物源的扇三角洲进积，因此基准面下降半旋回较发育。凹陷中间水体稳定，以基准面上升半旋回为主。

2）MSC2 位于Es4的中部，其顶底界面分别为SB3和SB2。MSC2层序地层厚度除潜山上较薄外（厚度介于30～100m），凹陷区域地层厚度基本介于100～240m之间，沉积厚度较稳定。由于该时期处于基准面持续上升时期，物源随之持续后退。由于较强的基准面上升作用，沿凹陷边缘大多数井区仅在基准面上升期的底部有砂体沉积，且以基准面上升半旋回为主，在凹陷内部，由于缺少物源的供给，沉积以泥岩为主。而在较高部位的沈279井区和沈267井区开始出现冲积扇三角洲发育，层序以基准面下降半旋回为主。

3）MSC3 Es4地层由于整体处于三级层序的基准面上升期，因此Es4的MSC3层序仅发育了基准面上升半旋回。其底为SB3，顶为F3。由于此阶段已处于三级层序的最大湖浸期，水体相对稳定，沉积地层厚度也相对稳定，主要介于40～180m，潜山上地层仍较薄，但MSC3基准面上升期地层已经覆盖全凹陷。除沈267井区仍有物源外，其余井区均以深灰色泥岩沉积为主，为下部的砂岩储层提供了良好的盖层和油源。MSC3层序的基准面下降半旋回则为Es3的三角洲沉积。因为原Es4地质分层主要考虑的是泥岩段的顶部，因此包括了Es3三角洲的前三角洲泥岩。故该次层序地层分析的最大湖泛面F3较原Es4顶界面的分层有一定的差别。

3 沉积体系研究

3．1 沉积体系类型及特征

Es4沉积时期大民屯凹陷是辽河盆地的沉积沉降中心。Es4沉积早期，大民屯凹陷仍处于填平补齐沉积期，发育冲积扇沉积体系、扇三角洲沉积体系；Es4沉积中晚期，是大民屯凹陷最大水进期，凹陷内广泛发育大套巨厚暗色泥岩沉积，是大民屯凹陷重要的生油岩沉积时期，以湖泊沉积体系为主，局部可见扇三角洲沉积体系。Es4总的沉积特征如下：①深湖亚相沉积范围广、厚度大、分布稳定；②局部发育油页岩沉积，反映湖湾沉积环境；③砂体类型相对较单一，构造活动和物源控制砂体的展布；④储集岩性的成分成熟度和结构成熟度较低，反映近源搬运的特点。

3．2 单井相分析

在凹陷西部边缘和东南边台潜山边缘共选了5口井进行了单井相分析，分别为沈279井、沈232井、沈262井、沈257井和沈269井。

1）沈279井发育2套扇三角洲的沉积，第1套位于层序MSC1内部，以扇三角洲前缘沉积为主，但由于层序MSC1沉积时期，沈279井区沉积物源尚不发育，因此扇三角洲前缘砂体规模小；第2套扇三角洲的前缘发育在层序MSC2的基准面下降半旋回，由于层序MSC2沉积时期，随着基准面的不断上升，沉积物源不断后退，此时在沈279井区沉积物源充足，沉积了厚度较大的扇三角洲前缘砂体。其扇三角洲平原砂体发育在层序MSC3的基准面上升半旋回的底部，但厚度较小。

2）沈232井由于距沉积物源较远，砂体发育差，在层序MSC1沉积初期，沉积了一套充填性质的浊积岩。层序MSC2和MSC3基准面上升半旋回沉积时期，随着基准面的不断上升，位于凹陷内的沈232井已没有物源供给，主要以深湖－半深湖相为主。

3）沈257井的层序与沈262非常相似，在层序MSC1发育了大套的扇三角洲的沉积，扇三角洲前缘的沉积主要发育在层序MSC1的基准面下降半旋回，以粗砂岩沉积为主，沉积微相以分流河道为主，缺少河口坝沉积。在层序MSC2中，只有基准面上升半旋回初期沉积了少量砂岩，主要为扇三角洲平面相的分流河道沉积。随着基准面的不断上升，至层序MSC2的基准面下降半旋回和层序MSC3的基准面上升半旋回，由于沉积物源的持续后退，主要以深湖－半深湖亚相的深灰色泥岩沉积。

4）沈269井位于靠近边台潜山的区域，与凹陷西部不同，沈269井仅在层序MSC1的基准面上升半旋回沉积了较多的砂岩，但砂地比仍较凹陷西部地区低，为基准面上升期的扇三角洲沉积。由于凹陷东北部区域有物源供给少的特点，因此随着基准面的不断上升，沈269井的层序MSC2和MSC3已基本全为深湖－半深湖亚相的深灰色泥岩沉积。

3．3 沉积体系的平面展布

研究沉积体系在平面上的展布，除对凹陷内钻穿Es4井的单井相逐个进行研究外，还要利用三维地震资料对Es4地震相的特征进行研究，以此更好地控制无井区域的沉积相的分布，根据过井剖面井－震标定后的地震相的地质意义解释，并结合各种地震相出现地质演化阶段与所处构造单元位置，确定出上述地震相可能代表的沉积相或沉积体系类型。由此在Es4地层共识别出5种地震相类型，即楔状反射地震相、丘状反射地震相、前积反射地震相、平行－亚平行席状地震相、充填地震相（图3）。

1）楔状反射地震相（图3（a））通常临近边界断裂发育，因而与冲积扇、扇三角洲和近岸水下扇形成的近源沉积体系有关。其内部可以是连续性较好、强弱振幅交互，略呈前积的地震反射，也可以具有杂乱地震反射特征。反射特征的差异与扇体成因类型、亚相构成特征等有关。

2）丘状反射地震相（图3（b））常与冲积扇、扇三角洲等的沉积作用有关，在垂直于这些沉积体系物源方向的地震剖面上常见到丘状反射地震相，因此，丘状反射地震相的出现与沉积物的物源方向密切相关。出现原因与陆源碎屑在固定方向上一段时间的输入沉积有关。丘状地震相的规模可大可小，主要与沉积体系的规模有关，它常与楔状反射地震相和前积反射地震相同时出现。

3）前积反射地震相（图3（c））扇三角洲在地震剖面上显示楔形、透状反射外形，其内部具有不清晰的前积反射结构；前三角洲还有浊积扇的丘形、小透镜状的地震反射响应。

4）平行－亚平行席状地震相（图3（d））主要表现为同相轴基本为中－强振中－高连，间距在较长距离内基本不变。这种地震相在平面上呈连片状，向盆地方向，平行－亚平行相占据主导地位，而向陆方向，该地震相的分布变得局限甚至不发育。平行－亚平行地震相反映沉积环境的能量基本保持稳定，为低能环境，在湖区主要代表半深湖－深湖沉积。

5）充填地震相（图3（e））主要位于Es4的底部，表现为同相轴的双向上超。在凹陷边部主要为充填性的浊积，在凹陷内则主要为弱能量的泥岩充填沉积。

利用单井确定了相的类型，地震相边界确定沉积相范围，总结了Es4沉积相分布规律。分析认为前进断裂背斜构造带主要发育冲积扇沉积体系，其余区域则主要为扇三角洲沉积体系，且扇体主要以裙边状发育在凹陷西北边缘。凹陷东南有少量扇体发育，但砂地比低。与前人研究有所不同的是，该次研究在东胜堡潜山的南侧发现一个具前积反射结构的扇三角洲沉积，其下超反射特征明显，横切扇体又有明显的丘形形态。该扇体目前尚无钻井钻遇，但从东胜堡潜山上钻穿Es4的井来看，Es4均有砂岩沉积，有为扇体提供物源的可能，且该扇体位于凹陷内，油源充足、盖层发育，应为有利目标区。

研究发现，前进构造带（尤其前13井区和沈105井区）一直都有物源的供给，且都为冲积扇沉积体系。凹陷西北边缘在层序MSC1沉积时期沉积物源在沈273井区－沈225井区较发育，至层序MSC2沉积时期沉积物源迁移到沈225井区－沈267井区，至层序MSC3基准面上升半旋回沉积时期，沉积物源主要集中在沈267井区，且自下而上砂体范围逐渐缩小。凹陷东南沉积物源主要沿边台潜山发育，且以层序MSC1基准面上升半旋回沉积时期物源较为发育。这些特点说明一直处于较高部位的前进构造带的物源是一直存在的，而在凹陷内，随着基准面的不断上升，沉积物源不断后退且有向高部位迁移的特征，最终使凹陷内因缺少物源，而主要发育深湖－半深湖相的泥岩。

从Es4扇体发育的特征来看，均为多物源且近物源的快速堆积，因此导致Es4的扇体发育范围小、相变快，导致Es4的油气藏以岩性油气藏为主，又由于沉积物颗粒粗、分选差，致使储层成为低孔低渗储层，油井投产均需以压裂方式投产。

图3 Es4地层5种地震相类型

4 层序与含油气的关系

大民屯凹陷Es4深灰色泥岩和油页岩非常发育，致使凹陷内有充足的油源［9，10］。又由于Es4的砂岩主要发育底部的MSC1和MSC2层序且靠近边界断层，层序MSC3主要发育大段的泥岩沉积，因此出现砂岩在凹陷一侧被泥岩包裹（岩性尖灭）、向凹陷边部又被断层遮挡的现象，同时大段的烃源岩又是很好的盖层，使得大民屯凹陷的Es4有很好的成藏条件，因此在钻遇Es4的井中，大多数都见到油气显示，并有试油很好的区块已经投入开发。

根据对大民屯凹陷Es4试油结果的统计，试油结果为油层或低产油层的层段在层序格架中主要位于层序MSC1基准面上升半旋回、层序MSC2基准面上升半旋回的底部和MSC2基准面下降半旋回，层序MSC3基准面上升半旋回仅在前当堡潜山上见到较好的试油结果。

1）层序MSC1基准面上升半旋回试油结果较好的井主要为沈225井、沈269井和安62井。其中沈225井试油为油层，试油层段主要为沟谷充填沉积。沈269井试油为干层，安62井试油为含水油层，这2口钻井的砂体成因类型均为扇三角洲前缘分流河道。

2）层序MSC2基准面上升半旋回试油结果较好的井主要为沈273井、沈257井、沈119井和沈225井，这些井主要沿凹陷的西北边缘分布，该时期的砂体也主要分布在凹陷的西北边缘区域。砂体的成因类型主要为扇三角洲平原亚相分流河道，砂岩分选好，以细砂岩沉积为主，孔隙度主要介于15%～20%，渗透率则大部分低于5mD，属中孔低渗储层。其中沈257井区已有多口开发井生产。砂体的分布范围基本就是这个时期扇体的分布范围。

3）层序MSC2基准面下降半旋回试油结果较好的井主要有沈279井和沈267井，主要分布在凹陷的北部，储层砂体成因类型为扇三角洲前缘分流河道。该砂岩分选较好，主要为细砂岩。沈279井区－沈267井区也是层序MSC2基准面下降半旋回砂岩分布的主要区域。已经有开发井生产，且见到很好的产量。

综上，Es4地层以层序MSC2储层发育最好，也是含油气最好的层段，其中基准面上升半旋回砂体分布范围要大于基准面下降半旋回。另外，凹陷内Es4的上部（即层序划分的最大湖泛面之上）多发育三角洲前缘滑塌浊积扇沉积，如沈232井、沈635井等井，实践证明这些浊积扇均成为含油气很好的岩性油气藏，在研究的过程中，发现在地震剖面上的最大湖泛面之上，仍有未被井钻遇的、地震反射类似沈232井和沈635井浊积扇特征的区域，这些浊积扇体也应是Es4上部寻找岩性油气藏的有利目标。