在陆相断陷盆地中, 由于构造运动、气候、湖平面的变化和沉积物供给速率等因素形成了若干个沉积间断、不整合以及与不整合相对应的整合面, 这些界面将地层分成了相对整一的具有成因联系的等时地层格架(Haq et al., 1987; 纪友亮和张世奇, 1996; 朱筱敏, 2000; 徐长贵等, 2005; 纪友亮等, 2006; 尹志军等, 2009)。地震层序地层分析是识别和对比古构造、古沉积间断面, 建立三级层序地层格架的关键(朱筱敏等, 2001; 辛仁臣等, 2011)。地震层序地层分析的核心在于利用地震剖面具有系统性、连续性、区域分布的优势, 建立全区的等时地层格架(Vail et al., 1977; Vail, 1988, 1991; Van Wagoner et al., 1990; Van Wagoner, 1995; 严德天等, 2006)。根据岩心、钻井、测井和二维、三维地震剖面反射终止特征, 以及大量的单井、连井对比剖面, 通过井— 震标定, 对陆东凹陷九佛堂组— 沙海组关键界面进行识别, 将九佛堂组— 沙海组划分为3个三级层序界面(SB1、SB2和SB3)和2个三级层序(九佛堂层序和沙海层序)(图 2)。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 陆东凹陷九佛堂组— 沙海组综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of the Jiufotang Formation and Shahai Formation in Ludong Sag

根据削截、上超等地震反射终止关系, 下白垩统九佛堂组— 沙海组可识别出3个三级层序界面— SB1、SB2和SB3。在SB1和SB2之间通过识别出断裂坡折带, 将首次越过断裂坡折带的同相轴对应的界面确定为初始湖泛面。在SB2和SB3之间将最远的滨岸上超点所对应的界面确定为最大湖泛面。因此, 在SB1和SB2之间的三级层序可分为低位体系域、湖侵体系域和高位体系域, 而在SB2和SB3之间可分为湖侵体系域和高位体系域(图 3-A)。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 陆东凹陷九佛堂组— 沙海组典型地震剖面Fig.3 Typical seismic section of Jiufotang Formation and Shahai Formation in Ludong Sag

在层序界面处由于沉积环境的突变或存在缺失现象, 常表现为岩性的突变、测井曲线幅度的突变和岩性颜色的突变。由于在最大湖泛面处存在凝缩段, 富含有机质, 自然伽马曲线表现为高值, 电阻率曲线同时表现为低值(朱筱敏等, 2002)。

在SB1处, 九佛堂组的深灰色凝灰质泥岩与义县组的灰绿色安山岩相接触, 存在火山岩与碎屑岩的突变, 且电阻率曲线和自然伽马曲线幅度存在着突变(图 4-A); 在SB2处, 九佛堂组的灰色油页岩与沙海组的灰色粉砂岩相接触, 存在着岩性粒度的突变, 且电阻率曲线与自然电位曲线均存在曲线幅度的突变(图 4-B); 在SB3处, 沙海组的灰色泥岩与阜新组的灰绿色粉砂质泥岩接触, 存在颜色的突变, 且自然伽马曲线和电阻率曲线存在幅度的突变(图 4-C)。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 陆东凹陷下白垩统层序界面识别标志Fig.4 Recognition marks of sequence boundaries of the Lower Cretaceous in Ludong Sag

在九佛堂层序中, 最大湖泛面位于一套深灰色凝灰质泥岩的上部, 在界面处表现出自然伽马的高值和异常低的电阻率值(图 5-A); 在沙海层序中, 最大湖泛面位于一段灰色泥岩的顶部, 同样表现出自然伽马的异常高值和电阻率的低值(图 5-B)。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 陆东凹陷下白垩统最大湖泛面识别标志Fig.5 Recognition marks of maximum flooding surfaces of the Lower Cretaceous in Ludong Sag

在识别出层序界面的基础上, 通过制作合成记录, 进行层位标定, 确定SB1对应九佛堂组底界面, SB2对应九佛堂组顶界面, SB3对应沙海组顶界面(图 6)。井— 震结合, 当地震层序与钻井层序不一致时, 调整钻井层序, 使其与地震层序全区统一、闭合, 从而建立了陆东凹陷九佛堂组— 沙海组层序地层格架。

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 陆东凹陷陆参2井合成记录图Fig.6 Synthetic seismogram of Well Lucan 2 in Ludong Sag

陆东凹陷九佛堂期— 沙海期的扇三角洲相主要分布在盆地陡坡一侧的交南断阶带、东部断阶带和盆地缓坡一侧的西北斜坡带同生断层发育的局部地区, 不同层序、体系域分布范围有所不同。本区扇三角洲可见扇三角洲平原亚相和扇三角洲前缘亚相, 在垂向上相互叠置。

岩心和测井特征:扇三角洲平原主要表现为杂色含砾砂岩、杂色砂砾岩夹杂色砂质泥岩, 在岩心上可观察到分选较差的块状砾岩(图 7-A), 还可见到泥石流沉积(图 7-B)。扇三角洲平原亚相自然电位曲线特征不明显, 自然伽马曲线形态表现为齿化箱型、齿化钟型, 电阻率曲线以指状最为常见。扇三角洲前缘亚相主要为灰色细砂岩与灰色泥岩互层, 自然伽马曲线呈齿状, 自然电位曲线特征不明显, 电阻率曲线呈箱形、漏斗状、齿状(图 8-A)。

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 陆东凹陷下白垩统岩心照片及素描图Fig.7 Photos and sketch maps of the Lower Cretaceous cores in Ludong Sag

图8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 陆东凹陷下白垩统沉积相特征Fig.8 Features of sedimentary facies of the Lower Cretaceous in Ludong Sag

地震反射特征:扇三角洲在研究区地震反射剖面上最显著的特征是具有斜交前积反射, 可见到一系列清晰的前积层分别与顶积层和底积层呈顶超和下超的接触关系(图 3-B), 形成斜交前积反射结构, 反映了物源来自于东南方向陡坡带的交南断阶带。

近岸浊积扇相主要分布在盆地陡坡带一侧的交南断阶带和中央断裂构造带, 主要与盆地陡坡带的边界大断层相伴生。九佛堂层序和沙海层序沉积时期的近岸浊积扇主要发育扇根亚相、扇中亚相和扇缘亚相。

岩心和测井特征:近岸浊积扇为重力流成因, 从录井资料看, 近岸浊积扇相岩性剖面上为深灰色泥岩夹砂砾岩、砂岩和细— 粉砂岩, 从岩心观察可见具鲍马序列为特征的典型浊积岩和块状砾岩、颗粒支撑砾岩和基质支撑砾岩等为特征的非典型浊积岩(图 7-Ⅰ )。本区相关各井近岸浊积扇相的测井曲线特征为:自然伽马曲线多为锯齿状低值, 扇缘由于泥质含量增加, 故导致伽马值较扇中高; 自然电位曲线品质较差, 主要表现为箱形, 其次为钟形和漏斗形; 电阻率曲线多为锯齿状高阻(图 8-B)。通过取样进行粒度分析, 近岸浊积扇累积概率曲线表现为一段式直线或略带弧形的特征(图 9-A, 9-B)。

图9

Fig.9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 陆东凹陷下白垩统沉积相粒度特征Fig.9 Grain size characteristics of sedimentary facies of the Lower Cretaceous in Ludong Sag

地震反射特征:近岸浊积扇由于是重力流成因机制, 大小不一的砂、砾、泥呈混杂悬浮状态搬运并快速堆积而成。发育于研究区陡坡带的近岸浊积扇最显著的地震反射特征是与陡坡带边界大断层的下降盘相伴生(张万选等, 1993), 表现为楔状地震相, 越靠近断层沉积厚度越大, 反映近岸浊积扇的快速沉积(图 3-D)。

远岸浊积扇相主要发育于盆地深洼带的交力格洼陷和三十方地洼陷内, 为源于西北斜坡带的沉积物在搬运过程中经过断层、坡折带, 以重力流形式在深湖环境形成离岸较远的浊积扇体。远岸浊积扇在九佛堂层序低位体系域、湖侵体系域、高位体系域和沙海层序湖侵体系域、高位体系域中均有分布。

岩心和测井特征:远岸浊积扇为深湖环境下沉积的粗碎屑沉积, 在岩性剖面上主要表现为暗色泥岩夹砂岩、粉砂岩或与砂岩互层, 测井曲线上主要表现为漏斗状和指状特征(图 8-C)。岩心上观察可见到代表重力流沉积的变形构造和鲍马序列(图 7-C, 7-D), 通过取样进行粒度分析, 远岸浊积扇累计概率曲线表现为一段式直线或略带弧形的特点(图 9-C, 9-D)。

地震反射特征:远岸浊积扇均为半深湖— 深湖环境下堆积的粗粒碎屑沉积, 形成半深湖— 深湖泥岩夹砂砾岩或与之互层, 从而在地震剖面上主要表现出透镜状地震相, 对应于地震剖面上向两侧振幅减弱直至尖灭的同相轴(图 3-C)。

研究区湖泊相主要为滨浅湖滩坝微相。滩坝主要分布在盆地缓坡一侧的西北斜坡带, 它是西北斜坡带早期沉积的扇三角洲前缘河口坝、席状砂等砂体在波浪、潮汐、沿岸流等作用的改造下, 在扇三角洲侧缘形成的。滨浅湖滩坝沉积在九佛堂层序和沙海层序各体系域均可见。

滩坝沉积在岩性上主要表现为深灰色泥岩与灰色泥质粉砂岩、细砂岩互层, 在岩心上可以观察到小型交错层理、平行层理(图 7-E, 7-F), 在测井曲线上主要表现为对称的指状和反韵律的齿化漏斗状(图 8-D)。

此外, 研究区还发育风暴岩沉积。风暴岩主要分布在湖盆深洼带的三十方地洼陷内, 它是早期堆积的沉积物质在风暴时期又被改造、冲刷、搬运后, 在正常浪基面和风暴浪基面之间沉积而成; 主要见于沙海层序的湖侵体系域和高位体系域。在岩性上主要变现为以深灰色粉砂质泥岩为主夹薄层的浅灰色细砂岩、灰白色细砂岩, 在岩心上可以观察到风暴岩的标志性构造— 丘状交错层理(姜在兴, 2003), 测井曲线上表现为剧烈的齿化特征(图 8-E)。

通过前述沉积相类型鉴别特征的分析, 选取连井剖面进行沉积相对比, 明确沉积相在空间的发育及展布特征。选取过广1井、广2井、广4井、河13井、河11井、河12井和河14井的剖面进行连井沉积相分析(图 10)。

图10

Fig.10

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图10 陆东凹陷广1— 河14井沉积相连井剖面图Fig.10 Profile of sedimentary facies from Well Guang 1 to Well He 14 in Ludong Sag

该剖面横贯陆东凹陷中部, 北西— 南东向展布, 横跨中央断裂构造带带和交南断阶带。其中广1井和广2井钻穿整个沙海组与九佛堂组, 河13井钻至九佛堂层序低位体系域, 河14井钻至九佛堂层序高位体系域, 其余各井均钻至九佛堂层序湖侵体系域。

位于中央断裂构造带的广字号井在九佛堂层序时期主要发育远岸浊积扇沉积, 在沙海层序沉积时期主要发育前扇三角洲。而位于交南断阶带的河字号井在整个九佛堂层序和沙海层序均为近岸浊积扇沉积, 只是在九佛堂低位— 湖侵体系域和高位体系域的下部发育近岸浊积扇扇中沉积, 在高位体系域上部及沙海层序发育近岸浊积扇扇缘沉积。

基于上述三级层序地层格架的划分和层序格架内沉积砂体的特征研究, 结合取心井的岩心相、测井相所标定的沉积相类型特征以及砂岩等厚图(图 11)、砂地比等厚图(图 12)和地震相分析(图 13), 勾绘出了开鲁盆地陆东凹陷九佛堂组— 沙海组不同体系域的沉积相平面展布图。九佛堂层序为研究区主要的生油层和储层, 下面重点介绍九佛堂层序高位体系域的沉积相平面展布规律(图 14)。

图11

Fig.11

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图11 陆东凹陷九佛堂层序高位体系域砂岩厚度等值线图Fig.11 Isoline map of sandstone thickness on highstand system tract of the Jiufotang Sequence in Ludong Sag

图12

Fig.12

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图12 陆东凹陷九佛堂层序高位体系域砂地比等值线图Fig.12 Isoline map of ratio of sandstone thickness on highstand system tract of the Jiufotang Sequence in Ludong Sag

图13

Fig.13

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图13 陆东凹陷九佛堂层序高位体系域地震相Fig.13 Seismic facies on highstand system tract of the Jiufotang Sequence in Ludong Sag

图14

Fig.14

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图14 陆东凹陷九佛堂层序高位体系域沉积相Fig.14 Sedimentary facies of highstand system tract of the Jiufotang Sequence in Ludong Sag

九佛堂组高位体系域沉积相总体来看, 在交南断阶带、三十方地洼陷、交力格洼陷和中央断阶带为半深湖— 深湖环境, 在西北斜坡带和东部断阶带为滨浅湖沉积环境。位于盆地西南部交南断阶带的近岸浊积扇和扇三角洲较湖侵体系域进一步向湖盆方向进积至交力格洼陷中心部位, 东部断阶带以小街基和库1井为中心的扇三角洲面积同样扩大, 且连成一片。同时, 西北斜坡带的扇三角洲与低位— 湖侵体系域具有继承性, 向湖盆中心进积情况差别不大; 在交1井、交41井、广8井和交3井处由于湖水对扇三角洲的改造作用, 发育一系列的滩坝沉积。在九佛堂高位体系域半深湖— 深湖环境普遍发育远岸浊积扇, 在交力格洼陷发育以交38井和陆参2井为中心的远岸浊积扇, 在中央断裂构造带发育以广字号井为主体的远岸浊积扇面积较大, 在三十方地洼陷共发育4个远岸浊积扇, 其中以发字号井为主体的远岸浊积扇分布面积最广。

一般情况下, 类似于陆东凹陷的箕状断陷盆地缓坡主要发育辫状河三角洲, 但陆东凹陷在盆地的缓坡西北斜坡带主要发育扇三角洲而辫状河三角洲不发育。其原因主要有:从岩心上可以观察到缓坡沉积相岩性普遍较粗、分选差, 表现为大套的砾岩沉积, 其砾石无明显定向排列(图 7-G, 7-H), 而且还能观察到代表重力流的泥石流现象(图 7-B), 体现了扇三角洲重力流和牵引流兼有的特点; 在地震剖面上, 西北斜坡带少见代表辫状河三角洲的前积现象, 其地震相主要表现为斜交前积及杂乱相(图 13); 由于九佛堂层序时期箕状盆地快速裂陷, 西北斜坡带局部地区发育的断层使地层坡度变大(图 15), 也为扇三角洲的形成提供了有利条件。

图15

Fig.15

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图15 陆东凹陷KL173.1测线层序地层及沉积相解释Fig.15 Interpretation of sedimentary facies and sequence stratigraphy of Line KL173.1 in Ludong Sag

同属于箕状盆地陡坡带的交南断阶带和东部断阶带, 前者主要发育近岸浊积扇而后者发育扇三角洲的原因为:由于盆地处于快速裂陷时期, 在交南断阶带发育了一系列与边界大断层伴生的次生断层形成断阶, 当沉积物由断层上升盘向下降盘搬运时, 由于断距较大, 以重力流形式直接进入深湖环境形成了近岸浊积扇; 而东部断阶带虽然同样具有断阶, 但此时的沉降中心和沉积中心均在交南断阶带一侧, 东部断阶带水体较浅, 从而形成扇三角洲。

3.3.1 沉积演化序列

开鲁盆地陆东凹陷九佛堂组— 沙海组各层序边界均为区域性不整合或局部不整合界面, 每个层序可由低位、湖侵和高位体系域组成, 也可由湖侵和高位体系域组成。一般说来, 湖平面相对下降越明显且后期又发生了相对大幅度上升, 则易形成3分体系域; 当湖平面早期下降幅度较小且后期又发生了较大幅度的相对上升, 则易发育湖侵和高位体系域。本次研究九佛堂层序划分为低位、湖侵和高位体系域, 沙海层序划分为湖侵和高位体系域。

由于每个沉积层序形成时的地质周期不同、湖平面相对升降不同、沉积物供给速率等方面存在较为明显的差异, 从而造成了各沉积层序在地层分布、层序厚度和各层序沉积速率等方面存在较为明显的差异。总的来说, 自九佛堂层序到沙海层序, 随着盆地构造活动幅度和强度的降低, 盆地由断陷逐渐向坳陷转化, 盆地各层序的厚度由厚变薄, 沉积速率随之降低。

九佛堂层序低位与湖侵体系域时期, 湖盆处于快速裂陷期, 断层活动强烈, 盆地快速沉降, 盆地与周边物源区高差加大, 沉积物供给充足, 湖盆水体深, 主要发育扇三角洲、近岸浊积扇、远岸浊积扇和滨浅湖、半深湖沉积; 九佛堂层序高位体系域时期, 断层活动减弱, 盆地沉降速率减小, 湖平面相对湖侵体系域时期下降, 沉积相继承性发育, 但无论是近岸浊积扇还是扇三角洲较湖侵时期均向湖盆中心进积; 沙海层序湖侵体系域沉积时期, 由于湖盆由稳定沉降期向拗陷期过渡, 盆地稳定沉降, 沉积速率降低, 由于受温暖潮湿气候影响, 湖域范围扩大, 但水体变浅, 因地形高差的减小和物源区向后转移, 沉积物供应不足, 盆地处于欠补偿状态, 沉积物厚度薄, 湖平面较九佛堂期下降, 沉积相继承性发育外局部见风暴沉积; 沙海层序高位体系域时期, 盆地部分抬升, 湖平面较湖侵期进一步下降, 沉积相继承性发育, 无论是近岸浊积扇还是扇三角洲较湖侵时期均向湖盆中心进积, 整个湖盆表现为充填式沉积。

3.3.2 沉积相模式

通过前面沉积体系类型的识别和特征的总结, 综合单井沉积相分析、连井沉积相分析、砂砾岩等值线、砂地比等值线、地震相、地震属性的分析, 得到了陆东凹陷九佛堂组— 沙海组沉积相空间展布及演化规律。在此基础上结合盆地的区域地质背景, 提出了陆东凹陷九佛堂组— 沙海组沉积模式(图 16)。

图16

Fig.16

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图16 陆东凹陷九佛堂组— 沙海组沉积模式图Fig.16 Sedimentary model of the Jiufotang and Shahai Formations in Ludong Sag

由于陆东凹陷是典型箕状断陷盆地, 东南断西北超, 可分为陡坡带、深洼带和缓坡带。在盆地的陡坡带, 即东部断阶带和交南断阶带, 由于物源主要由此注入湖盆, 加上地形坡度较大以及断层发育, 主要发育扇三角洲和近岸浊积扇; 在盆地的缓坡带, 即西北斜坡带, 有少量的物源注入湖盆, 在局部断层发育的部位主要发育扇三角洲, 在扇三角洲两侧因湖泊波浪、潮汐及沿岸流的冲刷改造作用, 形成一系列的滩坝; 在湖盆深洼带, 即交力格洼陷和三十方地洼陷, 主要发育远岸浊积扇, 局部地区可见风暴岩沉积。