梁官忠, 谭建财, 魏莉, 王芳, 姜燕, 曹伟, 吴旺林, 郭晓光. (2013)内蒙古二连盆地阿北凹陷下白垩统近岸水下扇沉积特征* [J]. 古地理学报, 15(1): 31-42
Liang Guanzhong, Tan Jiancai, Wei Li, Wang Fang, Jiang Yan, Cao Wei, Wu Wanglin, Guo Xiaoguang. (2013)Sedimentary characteristics of nearshore subaqueous fansof the Lower Cretaceous in Abei sag of Erlian Basin,Inner Mongolia[J]. Journal Of Palaeogeography, 15(1): 31-42. DOI:10.7605/gdlxb.2013.01.003  
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内蒙古二连盆地阿北凹陷下白垩统近岸水下扇沉积特征*
梁官忠1,2, 谭建财1,4, 魏莉3, 王芳2, 姜燕2, 曹伟2, 吴旺林2, 郭晓光2
1 中国石油大学(北京),北京 102249
2 中国石油华北油田分公司,河北任丘 062552
3 中国海洋石油能源发展股份有限公司,天津 300452
4 中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江 524057

第一作者简介: 梁官忠,男,1965年生,现为中国石油大学(北京)博士后,主要从事石油地质综合研究工作。

收稿日期:2011-12-08
基金:*教育部重大专项“复杂油气藏精细表征及剩余油分布预测”(编号:2009ZX05009)资助
摘要

阿北凹陷位于内蒙古二连盆地东北部,面积约 600 km2,是二连盆地勘探潜力最大的凹陷之一。针对阿北凹陷复杂的地质构造,充分利用岩心、录井、测井以及地震等资料,详细分析了阿北凹陷北部陡坡带下白垩统近岸水下扇沉积特征和分布规律。研究表明,近岸水下扇和扇三角洲在岩相组合、沉积构造、粒度特征、电性特征和地震反射特征方面均有较大区别,综合反映以重力流为主的沉积环境。阿尔善期北部陡坡带发育大规模水下扇,扇体规模自下而上逐渐向北部物源方向减小,到腾格尔期沉积了一大套深湖—半深湖暗色泥岩,近岸水下扇砂砾岩体下切到深湖—半深湖暗色泥岩中,决定了研究区近岸水下扇砂体具有优越的成藏条件。

关键词: 内蒙古; 二连盆地; 阿北凹陷; 下白垩统; 近岸水下扇
中图分类号:P512.2 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2013)01-0031-12
Sedimentary characteristics of nearshore subaqueous fansof the Lower Cretaceous in Abei sag of Erlian Basin,Inner Mongolia
Liang Guanzhong1,2, Tan Jiancai1,4, Wei Li3, Wang Fang2, Jiang Yan2, Cao Wei2, Wu Wanglin2, Guo Xiaoguang2
1 China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249
2 Huabei Oilfield Company,PetroChina,Renqiu 062552,Hebei
3 CNOOC Energy Technology & Services-Oilfield Ltd.,Tianjin 300452
4 Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang 524057,Guangdong;

About the first author: Liang Guanzhong,born in 1965,is a postdoctoral researcher of China University of Petroleum(Beijing).Now he is engaged in petroleum geology research in Huabei Oilfield Company.

Abstract

Abei sag, with 600 km2 of area,is one of the most promising exploration area in northeastern Erlian Basin, Inner Mongolia. Considering the complicated geological structure of Abei sag,based on core,logging,well logging and seismic data,this paper analyzed the depositional characteristics and distribution laws of nearshore subaqueous fans in the Lower Cretaceous in northern steep slope zone of the Abei sag in Erlian Basin.The results show that the subaqueous fan and the fan-delta facies were different in lithologic series,sedimentary structure,grain size characteristics,well logging curve and seismic reflection structure,which indicated the gravity flow depositional environment.The deposition of northern steep slope zone developed large-scale nearshore subaqueous fans,and the distribution scale of the fan bodies reduced to northern provenance step by step in ascending order during the Aershan Age.The dark colored mudstones of deep lacustrine and half-deep lacustrine was formed,which the sand bodies of the near-shore subaqueous fans cut down during Tenggeer Age.It makes the study area of the nearshore subaqueous fans have superior oil and gas accumulation conditions.

Key words: Inner Mongolia; Erlian Basin; Abei sag; Lower Cretaceous; nearshore subaqueous fan

中国陆相断陷湖盆陡坡带广泛发育扇三角洲、近岸水下扇、湖底扇、浊积扇等多种成因类型的砂砾岩扇体, 其中近岸水下扇发育在湖盆断陷鼎盛时期控盆边界断层的下降盘, 扇体延伸进入深湖— 半深湖相中与前缘烃源岩直接接触, 具有良好的成藏条件, 形成大量以近岸水下扇砂砾岩为储集体的岩性或构造— 岩性油气藏, 是近年来勘探中一类十分重要的油气储集体(孙永传, 1980; 董荣鑫和苏美珍, 1985; 孙连浦等, 2001; 鄢继华和陈世悦, 2005; 隋凤贵等, 2010)。国内外诸多学者对这种类型的砂砾岩进行了较细致的研究, 然而由于沉积环境多样性和沉积类型特殊性, 人们的认识程度也存在一定差异, 孙永传(1980)发表“ 水下冲积扇— — 一个找油的新领域” 一文, 把这种沉积体命名为水下冲积扇, 强调其全部产于水下; 曾洪流等(1988)根据廊固凹陷沙三段砂砾岩发育位置和地震相特征提出近岸水下扇并作了如下定义, 即“ 近岸水下扇是指发育在凹陷陡坡带断层根部、与暗色泥岩互层的扇形粗碎屑岩体” ; 张金亮和沈凤(1991)对乌尔逊凹陷大磨拐河组近岸水下扇研究认为近岸水下扇呈楔形插入深水湖相沉积中, 是分布于断陷湖盆陡坡带的重要含油气储集层, 在搬运机制和沉积作用上有别于分布在湖盆浅水区的冲积扇或扇三角; 张萌和田景春(1999)认为这种沉积体一般随大断裂展布, 且多分布在湖盆陡坡的一侧, 主要是沉积物密度流或浊流的产物, 其岩性以粗碎屑沉积为主, 并夹在湖相暗色泥岩中; 刘忠宝等(2005)认为近岸水下扇是完全沉积在稳定的湖泊水体之下、粒度粗、具有重力流和牵引流双重沉积特征的扇形体; 隋凤贵等(2010)对东营凹陷北带东部古近系砂砾岩体研究认为近岸水下扇是邻近高地的沉积物直接进入湖泊深水沉积区紧邻断层面沉积的重力流沉积扇体; 国外学者Walker(1978)、Richard和Bowman(1998)及Takahiro和Makoto(2002)也是对近岸水下扇定义及特征进行了诸多研究, 并将其统称为水下扇(submarine fan)。综前所述, 近岸水下扇发育在边界断层陡坡带的深湖体系中, 基本无水上沉积部分, 沉积体具有典型重力流沉积特征和相标志, 区别于滨浅湖沉积以牵引流为主的扇三角洲。由于二连盆地阿北凹陷下白垩统近岸水下扇是很好的储集体, 且在此类砂砾岩中已发现丰富的油气资源, 作者对该区近岸水下扇的沉积特征及分布规律进行研究, 成果对于下一步扩大勘探目标具有重要的意义。

图1 二连盆地阿北凹陷区域地理位置及构造位置Fig.1 Regional geographical and tectonic location of Abei sag, Erlian Basin

1 区域地质简况

阿北凹陷位于二连盆地东北部, 地理上位于东乌珠穆沁旗以南、锡林浩特市以北, 构造上位于马尼特坳陷东部, 南与二连盆地油田主要分布区阿南凹陷相邻, 东南依苏尼特隆起, 西北至巴因宝力格隆起(图1), 面积约600 km2, 其中东西长约40 km, 南北宽约15 km, 是中生代后期在海西褶皱基底和侏罗系残留盆地基础上, 由40多个经正断层强烈拉伸、裂陷而形成的一个规模较小的凹陷(崔周旗等, 2001; 吴少波等, 2003), 凹陷可进一步划分为4个次一级构造带, 包括北部欣苏木构造带、中部扎北构造带、南部扎拉格构造带和东部阿东构造带(图 1)。

阿北凹陷中生界与整个二连盆地构造背景一致, 其下部缺失三叠系, 发育侏罗系和白垩系, 其上覆盖有很不发育的新生界, 主要勘探目的层系为下白垩统, 自下而上依次为阿尔善组、腾格尔组和赛汉塔拉组(图 2)。

图2 二连盆地阿北凹陷下白垩统综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of the Lower Cretaceous in Abei sag, Erlian Basin

阿尔善组在扎拉格构造带南部缺失, 主要发育在欣苏木构造带上, 厚度一般在100~800 m, 岩性为杂色砂砾岩, 含砾砂岩夹深灰色泥岩, 纵向上分为阿三段和阿四段, 与下伏侏罗系呈不整合接触。腾格尔组在全区分布, 厚度较大, 一般在500~1500 m, 岩性为灰色、灰绿色泥岩夹灰白、杂色砂岩、砂砾岩, 纵向上分为腾一段和腾二段, 与下伏阿尔善组为不整合接触。赛汉塔拉组主要发育在扎拉格构造带上, 厚度一般为200~600 m, 底部砂砾岩与腾二段大套泥岩接触, 欣苏木构造带由于后期构造反转, 赛汉塔拉组大部分被剥蚀掉。

2 近岸水下扇沉积特征

下白垩统为凹陷形成早期沉积的一套水下扇、湖相碎屑岩建造, 分布遍及全区。总观阿北凹陷下白垩统的沉积地貌, 阿尔善期沉降中心应位于凹陷北部, 物源来自北西和北东, 沉积地层厚且岩性粗, 随时间演变, 腾格尔期沉降中心南移至阿61、阿参1井区, 沉降中心与沉积中心基本吻合, 即为现今的生油中心(刘忠宝等, 2005)。

2.1 岩相特征

根据对研究区15口取心井的岩心资料观察, 该区下白垩统沉积序列除显示许多典型浊流层序外, 还出现大量砂砾岩相, 依据Walker分类将本区近岸水下扇沉积序列组合可划分为颗粒支撑砾岩相、砾质砂岩相、块状砂岩相及浊积岩相, 近岸水下扇与扇三角洲的不同之处在于其形成于湖盆水进时期, 由扇根沉积到扇端沉积显示为砂体粒度向上变细的正韵律, 而扇三角洲发育前积结构, 显示河口坝等反韵律。

2.2 沉积构造

研究区下白垩统岩石中各类沉积构造发育, 以类型多、组合多和分布广泛为特征, 归纳起来主要有层理构造和同生变形构造, 发育块状层理(图 3-5)、递变层理(图 3-6)、冲刷变形构造(图 3-7)以及植物碎片(图 3-8)等反映重力流水动力机制的沉积构造。

图3 二连盆地阿北凹陷下白垩统碎屑岩沉积结构及构造Fig.3 Sedimentary textures and structures of clastic rocks in the Lower Cretaceous in Abei sag, Erlian Basin

1— 细粒泥质砂岩, 颗粒棱角状, 点到凹凸接触, 阿53井, 1590 m, 单偏光, × 50; 2— 细— 中粒岩屑砂岩, 分选磨圆差, 粒间溶孔被石英半充填, 阿53井, 1551 m, 单偏光, × 50; 3— 含凝灰泥质细粒砂岩, 分选磨圆差, 基质溶孔、粒内溶孔、球粒状绿泥石半充填, 阿参1井, 1553 m, 单偏光, × 50; 4— 细— 中粒泥质砂岩, 分选磨圆差, 网状构造微缝, 阿参1井, 1612 m, 单偏光, × 60; 5— 卵石质砾岩, 砾石杂乱堆积, 分选差, 泥质含量高, 底部发育泥砾岩, 反映快速堆积特征, 发育在扇根水道中, 欣1井, 1631 m; 6— 含砾粗砂岩, 砾石定向排列, 结构成熟度低, 向上粒度变细, 发育在扇中水下辫状道中, 欣2井, 1542 m; 7— 冲刷变形构造, 冲刷面底部可见黑色植物碎屑, 欣12井, 1536 m; 8— 粉砂质泥岩, 顶部含碳质, 深灰色, 发育水平层理, 反映水动力较弱的沉积特征, 发育在扇端深湖相中, 阿62井, 1620 m

块状层理(图 3-5)岩性为杂色砾岩, 砾石大小不一, 杂乱堆积, 粒度粗, 杂基多, 分选差, 底部发育泥砾; 递变层理(图 3-6)岩性以杂色含砾砂岩为主, 砾石定向排列, 粒度较粗向上变细, 分选较差; 另外可见底面冲刷、冲刷变形构造(图 3-7)等重力流同生变形构造, 底部可见碳化植物碎片, 这些沉积构造主要分布在水下扇的水道中, 其形成主要是由于高密度流体快速搬运沉积的结果, 反映阿北凹陷早白垩世水动力变化十分剧烈, 以重力流沉积为主, 伴随牵引流沉积, 不同于扇三角洲以牵引流为主。碳质泥岩颜色以深灰色、黑色为主, 发育水平层理(图 3-8), 多为湖相还原沉积环境。

2.3 粒度特征

阿北凹陷近岸水下扇沉积物粒度粗是其主要特征之一, 反映了近岸水下扇沉积时期坡度大、能量高和水动力强等特点。岩石的粒度分析可以直观反映岩石的结构组分和分选程度(尹志军等, 2009), 通过取心井的粒度分析, 结合刘忠宝等(2005)的研究成果, 将其归纳总结了3大类6小类的粒度概率累计曲线图(图 4), 其中粒度特征以类型1为主。

图4 二连盆地阿北凹陷下白垩统粒度概率曲线图Fig.4 Probability curves of grain size of the Lower Cretaceous in Abei sag, Erlian Basin

1)类型1(一段式)。该类型概率曲线近似成一条直线段, 粒度分选范围大, 几乎全部为悬浮总体, 按碎屑颗粒的粗细程度可以分为A1型粗单段式和A2型细单段式, 粗单段式粒度累积概率在50%~90%之间, 细单段式粒度累积概率在5%~60%之间, 代表快速堆积、粒度大小混杂的水下扇扇根不等粒砂砾岩沉积特征。

2)类型2(两段式)。该类型概率曲线由跳跃总体和悬浮总体构成, 缺少滚动总体。按其总体形态、斜率等可以细分为B1和B2型。B1型主要特点是跳跃总体斜率大, 一般在70° ~80° , 含量为65%~75%, 悬浮总体斜率为10° ~20° , 含量为5%~15%, 跳跃总体与悬浮总体之间存在小段的过渡带, 含量为20%, 反映水动力中等偏强, 分选较好。B2型跳跃总体斜率为40° ~50° , 含量较高, 为75%~85%, 悬浮总体斜率小, 为5° ~10° , 含量为15%~25%, 反映水动力条件较强, 碎屑颗粒分选较差。

3)类型3(三段式)。该类型概率曲线由滚动、跳跃和悬浮三总体构成。按其总体形态、斜率等也可以细分为C1和C2型。C1型主要特点是滚动总体含量小, 小于1%, 跳跃总体斜率大, 一般在60° ~70° , 含量为85%~95%, 悬浮总体斜率10° ~20° , 含量为5%~15%, 反映水动力较强, 分选较好。C2型主要特点是各总体斜率均较低, 一般在30° ~50° , 粒级范围大, 滚动总体含量高, 为15%~20%, 跳跃总体为20%~30%, 悬浮总体为50%~65%, 反映水动力条件强, 快速堆积, 分选差等特征。

从薄片镜下观察可知, 储集层分选差, 磨圆度一般为棱角状到次棱状, 部分呈次圆状, 颗粒接触以点接触或凹凸接触为主(图 3-1, 3-2, 3-3, 3-4)。杂基以泥质为主, 胶结物有石英、方解石及自生黏土矿物, 总体反映其结构成熟度偏低的特点, 进一步证实了下白垩统近岸水下扇沉积的近岸快速堆积特征。

2.4 电性特征

阿北凹陷下白垩统近岸水下扇的测井曲线以自然电位中高幅箱形、钟形及低幅指形和视电阻率块状高阻, 局部齿状中阻为特征。主水道和分流河道微相一般表现为箱形或钟形高中幅的正韵律特征, 而非河道沉积以中幅或低幅特征为主, 且变化幅度较小, 其变化规律从内扇到外扇, 曲线由中幅箱形、钟形变为低幅指形。

图5 二连盆地阿北凹陷下白垩统近岸水下扇地震相Fig.5 Seismic facies of nearshore subaqueous fan in the Lower Cretaceous of Abei sag, Erlian Basin

2.5 地震特征

近岸水下扇发育在盆缘边界大断层之下, 是一种以重力流体制占主导地位的浊积扇体, 此类扇体直接进入到深湖区中, 因此在沿物源方向地震剖面上扇体与盆地边缘大断层相伴生, 总体上表现为楔状外形, 其反射结构主要为楔状杂乱反射或楔状前积反射。扇三角洲发育有水上和水下两部分, 其反射结构以中强振幅连续前积结构为主, 与近岸水下扇反射结构有很大差别, 同时近岸水下扇前方地层为平行及亚平行地震反射结构, 反射波组表现为强振幅高连续, 反映深水环境中湖相稳定沉积的特征, 解释为深湖泥岩相(图 5)。

3 沉积相平面展布

以沉积学理论为指导, 依据岩心、录井、测井和三维地震资料, 对阿北凹陷下白垩统4个单元的沉积相及展布进行了综合研究, 分析认为平面上近岸水下扇主要发育在阿北凹陷中部和东北部, 其中储集层砂体最为发育的阿尔善组与腾格尔组沉积相具有很好的继承性。

运用单因素分析多因素综合作图法(冯增昭, 2004), 以暗色泥岩厚度和砂岩含量作为沉积相分析的单因素, 在无井地区结合地震资料和物源方向等综合分析预测, 绘制暗色泥岩厚度和砂岩含量等值线图(图 6, 图7)。以阿尔善组三段沉积相绘制为例, 阿参1井暗色泥岩厚度约为30 m, 砂岩含量约为60%, 岩性以杂色砂砾岩、含砾砂岩夹灰色薄泥岩为主, 沉积相解释为近岸水下扇; 阿55井暗色泥岩厚度约为50 m, 砂岩含量约为40%, 岩性为深灰色泥岩夹薄层中砂岩、细砂岩, 沉积相解释为湖相, 因此在阿三段23口井的暗色泥岩厚度和砂岩含量分析统计的基础上(表 1), 把暗色泥岩厚度小于50 m而砂岩含量大于40%的范围确定为近岸水下扇, 暗色泥岩厚度大于50 m而砂岩含量小于40%的范围确定为湖相沉积。在上述原则基础上, 通过综合分析, 绘制了阿尔善组三段沉积相平面图(图 8)。

图6 阿北凹陷阿尔善组三段暗色泥岩厚度(m)等值线Fig.6 Isoline map of dark mudstone thickness(m) of the Member 3 of Aershan Formation in Abei sag

图7 阿北凹陷阿尔善组三段砂岩含量(%)等值线Fig.7 Isoline map of sandstone content(%) of the Member 3 of Aershan Formation in Abei sag

表1 阿北凹陷阿尔善组三段单因素分析数据 Table1 Data of single factor analysis in the Member 3 of Aershan Formation in Abei sag

图8 阿北凹陷阿尔善组三段沉积相平面图Fig.8 Sedimentary facies of the Member 3 of Aershan Formation in Abei sag

阿尔善组三段具有北西厚度大、向南东方向厚度逐渐减薄的特征, 沉降中心位于凹陷北部边界断层根部, 物源来自凹陷北部的隆起区, 有北西、北东2个主要物源供给方向, 物源进入断层下降盘入湖, 在欣1、欣3井区和阿79井区形成2个水下扇扇体, 以中部欣1、欣3井区的扇体为主, 水下扇砂体远离物源区向南延伸, 岩性逐渐变细, 向南到阿55井逐渐相变为湖相泥岩沉积。该地层内水下扇分布范围广, 扇中优质储集层发育, 主要为扇中辫状水道砂体, 孔隙度10%~15%, 渗透率(20~100)× 10-3μ m2, 储集层物性好, 是凹陷最有利的储集相带。

应用同样的思路, 结合区域沉积背景资料与单井相分析, 依据暗色泥岩厚度和砂岩含量单因素平面图分析, 编制了二连盆地阿北凹陷下白垩统其他3个地层单元的沉积相平面展布 (图 9, 图10, 图11)。

图9 阿北凹陷阿尔善组四段沉积相平面图Fig.9 Sedimentary facies of the Member 4 of Aershan Formation in Abei sag

阿尔善组四段沉积时期基本继承了阿三段沉积物源, 物源供给速率相对减少, 同时断陷活动加剧, 可容空间加大, 湖盆面积相对扩大, 水下扇向湖推进的规模相对缩小, 砂体到阿53和阿58井附近相变为半深湖, 此时虽然处于湖盆扩张期, 但沉积时期物源供应较充足, 依然在欣1、欣3井区和阿79井区发育2个水下扇砂体, 以中部的欣1、欣3井区的扇体为主(图 9), 该地层内扇体分布范围较广, 扇中优质储集层发育, 也是凹陷较为有利的储集相带。

腾格尔组一段沉积时期, 北部边界断层根部的欣苏木构造带翘倾抬升, 沉降中心南移至阿61、阿参1井区, 表现在地层厚度在凹陷中心最大, 沉降中心与沉积中心基本吻合, 北西和北东方向物源供给不足, 使得水下扇发育受到严重影响, 仅在凹陷西南部、欣14和阿75井区小规模发育不连续的水下扇体, 大部分区域为半深湖和深湖沉积环境(图 10), 本段储集层砂体不发育, 以大套暗色泥岩广泛分布为特色, 是凹陷最主要的烃源岩和盖层发育层位。

腾格尔组二段沉积时期继承了腾格尔组一段的物源方向, 湖域面积相对缩小, 同时物源供给相对充足, 水下扇基本保持了先期形成的扇体, 但此时范围有所扩大, 砂体呈朵状向湖区推进, 在湖盆西南部、中部和东北部均发育近岸水下扇, 平面上以中部欣1、欣5井区的扇体为主, 南北向延伸范围较宽, 西南部和东北部扇体规模相对较小(图 11)。

图10 阿北凹陷腾格尔组一段沉积相平面图Fig.10 Sedimentary facies of the Member 1 of Tenggeer Formation in Abei sag

图11 阿北凹陷下白垩统腾格尔组二段沉积相平面图Fig.11 Sedimentary facies of the Member 2 of Tenggeer Formation in Abei sag

4 结论与认识

1)内蒙古二连盆地阿北凹陷近岸水下扇和扇三角洲在岩相组合、沉积构造、粒度特征、电性特征和地震反射特征等方面均有较大区别, 综合反映以重力流为主的水下沉积环境, 岩性以砂砾岩沉积为主, 在垂向上构成向上变细的正旋回。

2)利用暗色泥岩厚度和砂岩含量等值线等图件对各个时期沉积相的平面展布进行了研究, 结果表明阿尔善组三段、阿尔善组四段和腾格尔组二段沉积时期物源供给充足, 近岸水下扇规模大, 尤其扇中辫状水道砂体累积厚度大, 储集层物性较好, 而腾格尔组一段沉积时期湖泊面积广, 湖相泥岩发育相对广泛, 是阿北凹陷最主要的烃源岩和盖层发育层位。

3)阿北凹陷近岸水下扇的形成与古气候、古物源和湖平面变化等因素有关, 但阿尔善期的强烈断陷可能是导致近岸水下扇大量形成的关键性控制因素之一, 之后腾格尔期北部欣苏木构造带翘倾抬升, 沉积物源减少, 沉积相分布发生转移, 凹陷中心发育大套烃源岩和盖层, 使得北部近岸水下扇具有优越成藏条件。

致谢 论文得到了《古地理学报》主编冯增昭教授的悉心指导和热忱帮助, 审稿专家也对论文提出了诸多宝贵意见, 在此致以衷心的感谢!

作者声明没有竞争性利益冲突.

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