赖洪飞, 秦智, 王洪君, 郑锡, 林艳波, 鲍志东, 李美俊, 张云龙, 张莉, 吴煜潇, 宋健, 何陵沅. (2017)高频基准面旋回控制下浅水三角洲及其砂体发育模式:以松辽盆地扶余油田白垩系泉头组为例* [J]. 古地理学报, 19(4): 609-622
Lai Hongfei, Qin Zhi, Wang Hongjun, Zheng Xi, Lin Yangbo, Bao Zhidong, Li Meijun, Zhang Yunlong, Zhang Li, Wu Yuxiao, Song Jian, He Lingyuan. (2017)Development pattern of shallow-water delta and sandbodies under control of high-frequency base-level cycles: A case study of the Cretaceous Quantou Formation in Fuyu Oilfield, Songliao Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 19(4): 609-622. DOI:10.7605/gdlxb.2017.04.047  
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高频基准面旋回控制下浅水三角洲及其砂体发育模式:以松辽盆地扶余油田白垩系泉头组为例*
赖洪飞1,2, 秦智3, 王洪君3, 郑锡3, 林艳波3, 鲍志东1,2, 李美俊1,2, 张云龙1,2, 张莉1,2, 吴煜潇1,2, 宋健1,2, 何陵沅1,2
1 中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249
2 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249
3 中国石油长庆油田分公司第五采油厂,陕西西安 710200

第一作者简介 赖洪飞,男,1987年生,博士研究生,主要从事沉积及古地理学、地球化学研究。 E-mail: laihfei@sina.com。

通讯作者简介 鲍志东,男,1964年生,博士,中国石油大学(北京)教授,主要从事石油地质学、沉积及古地理学教学及科研工作。E-mail: baozhd@cup.edu.cn。

收稿日期:2016-03-08
基金:*“十二五”国家科技重大专项(编号: 2011ZX05004-004)资助
摘要

浅水三角洲储集层在陆相湖盆油气勘探中具有重要的意义,但基于密井网资料的精细研究仍十分缺乏。以高分辨率层序地层学和沉积学理论为指导,以松辽盆地扶余油田 DT91区块白垩系泉头组四段第 Ⅲ砂组 14余口取心井的岩心资料和 700余口密井网测井资料为对象,分析了高频基准面旋回下浅水三角洲及其砂体的发育规律。研究结果表明: ( 1)浅水三角洲储集层主要发育在河道、漫溢砂、分流砂坝、天然堤、决口扇和席状砂等 6种成因砂体,以河道砂体和分流砂坝砂体为主。( 2)在岩心和测井曲线上可识别出河道底部冲刷面、进积—退积作用面、退积—进积作用面和湖泛面等 4种基准面旋回物理界面;并识别出 3大类、 7亚类超短期基准面旋回类型。( 3)高频基准面旋回演化过程中,湖泊浅水三角洲沉积区可容空间变化不大,沉积物供给通量在可容空间增长速率( accommodation increasing rate, A)和沉积物供给通量( sediment supply rate, S)的比值 A/S变化中起着主导作用,进而控制着成因砂体的数量和空间接触关系。当 A/S值由小变大时,浅水三角洲的规模快速变小,成因砂体的数量也相应减少;同时,成因砂体垂向接触方式由下切叠加式→加积叠加式→孤立式变化,砂体平面分布的复合连片程度也发生由高到低的变化。

关键词: 基准面旋回; 浅水三角洲; 成因砂体; 发育规律; 扶余油田; 松辽盆地
中图分类号:P512.2 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2017)04-0609-14
Development pattern of shallow-water delta and sandbodies under control of high-frequency base-level cycles: A case study of the Cretaceous Quantou Formation in Fuyu Oilfield, Songliao Basin
Lai Hongfei1,2, Qin Zhi3, Wang Hongjun3, Zheng Xi3, Lin Yangbo3, Bao Zhidong1,2, Li Meijun1,2, Zhang Yunlong1,2, Zhang Li1,2, Wu Yuxiao1,2, Song Jian1,2, He Lingyuan1,2
1 College of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249
2 State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249
3 No.5 Oil Production Plant,PetroChina Changqing Oilfield Company,Xi'an 710200,Shaanxi;

About the first author Lai Hongfei,born in 1987,is a Ph.D. candidate of China University of Petroleum(Beijing). He is mainly engaged in sedimentology,paleogeography and organic geochemistry. E-mail: laihfei@sina.com.

About the corresponding author Bao Zhidong,born in 1964,is a professor of China University of Petroleum(Beijing). He is mainly engaged in petroleum geology,sedimentology and palaeogeography. E-mail: baozhd@cup.edu.cn.

Fund:Financially supported by the National Science and Technology Major Project of the 12th Five-Year Plan(No.2011ZX05004-004)
Abstract

Shallow-water delta reservoirs play an important role in the petroleum exploration of lacustrine basin,but so far,research based on data of dense well block is rare. Guided by high-resolution sequence stratigraphic theory and sedimentology, and based on 14 core well data and 700 well logging data of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfield in Songliao basin,this paper analyzed the development regularity of shallow-water delta and sand bodies under control of high-frequency base-level cycle. The result indicated that: (1)Six types of sandbodies including channel sandbodies,overflowed sandboies,distributary bar,natural levee,crevasse splay and sheet sandbodies are widely developed in the shallow-water delta reservoirs,and channel and distributary bar sandbodies are dominant;(2)Four physical interfaces of base-level cycle including channel erosion surface,progradation-retrogradation,retrogradation-progradation interfaces and flood surface can be indentified in drilling cores and well logging data; seven types of super-short-term base-level cycle can be identified. (3)During the evolution of high frequency base level cycle,the accommodation for a shallow water delta showed little variation,while the sediment supply rate played the main role in the variation of A/S(accommodation increasing rate,A;sediment supply rate,S),and thus controlled the variation of quantity and space contact relationship of genetic sandbodies. As the A/S increased,the scale of shallow water delta and the quantity of genetic sandbodies were rapidly decreased;Accordingly,genetic sandbodies stacking pattern changed from downcuting,overlapping to solitary,and the continuous degree of the planar diatribution of sandbodies changed from higher to lower.

Key words: base-level cycle; shallow-water delta; genetic sandbodies; development regularity; Fuyu Oilfield; Songliao Basin

早在20世纪60— 70年代, 国外学者就提出和总结了浅水三角洲概念, 并根据沉积动力学特征在低能盆地中识别出8种浅水三角洲端元(Fisk, 1960; Donaldson, 1974; Postma, 1990)。近期国外相关研究主要集中在浅水三角洲沉积动力学、沉积微环境和内部结构等方面(Wright, 1997; Kulpecz et al., 2008)。国内学者针对国内不同地区不同类型的浅水三角洲进行了大量研究, 在其发育背景和形成机制、沉积相带及相模式、储集层特征及发育规律、砂体类型和现代沉积等方面都进行了较为深入的研究(楼章华等, 1998, 2004; 李凤杰等, 2004; 邹才能等, 2008; 张昌民等, 2010; 李洁等, 2011; 尹太举等, 2012; 朱筱敏等, 2012; 段东平等, 2014; 金振奎等, 2014), 研究表明浅水三角洲是三角洲沉积体系中的一种特殊类型, 主要发育于水体较浅(约10~60, m)、地形平缓宽阔且坡降很小(< 5° )、构造稳定的台地或整体缓慢沉降的拗陷型湖盆中; 缺乏吉尔伯特三角洲的3层结构, 主要发育分流河道(水上和水下)、漫溢砂、河口砂坝和席状砂等类型砂体, 根据砂体特征可分席状、坨状和枝状3种类型, 在大型敞流拗陷型湖盆中, 常形成毯式三角洲; 平面上分为三角洲平原(上平原和下平原)、三角洲前缘(内前缘和外前缘)和前三角洲等亚相类型, 不同期次的三角洲朵叶体通过进积、加积和退积的方式叠覆在一起, 构成面积广且厚度大的大型复合浅水三角洲沉积体。近十余年来的油气勘探成果显示, 浅水三角洲沉积在中国中— 新生代地层中广泛发育, 如鄂尔多斯盆地的延长组、四川盆地的须家河组、松辽盆地的葡萄花和扶余油组等的沉积相研究成果表明其均为浅水型湖盆三角洲沉积。但基于密井网的浅水三角洲砂体及其在基准面旋回控制下发育规律的研究仍较少, 难以指导老油田开发与挖潜工作。

1 研究区概况

松辽盆地是中国东部以中、新生代地层为主的大型陆相拗陷型盆地, 以嫩江— 第二松花江为界分为南北两部分, 南边称为松辽盆地南部, 面积约13.6× 104, km2, 扶余油田位于松辽盆地南部扶新隆起二级构造带上(图 1)。白垩系是松辽盆地主要的含油层系, 厚度达5000余米, 可分上白垩统、下白垩统(图 2), 其中下白垩统自下而上发育沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组(泉头组又分为泉一段、泉二段、泉三段和泉四段), 上白垩统发育青山口组、姚家组、嫩江组、四方台州和明水组(沈安江等, 2006)。泉四段沉积时期, 松辽盆地南部主要发育3大物源6个水系, 分别是西部物源区的红岗、英台水系, 西南物源区的通榆、保康水系, 东南物源区的长春、怀德水系, 其中西南和东南区的水系在扶余、肇县地区形成曲流河— 三角洲沉积体系(陈少军等, 2006)。钻井揭示, 泉四段泥岩在松辽盆地南部大部分地区为紫红色或棕红色, 仅有局部发育灰色和灰绿色泥岩, 而孢粉组合以松粉和内环粉为主, 表明总体为干旱炎热气候下的水上氧化环境或水下浅水氧化环境(大庆油田石油地质志编写组, 1993)。总体来说, 松辽盆地下白垩统泉头组四段(以下称扶余油层)沉积时期, 盆地具有整体稳定沉降、“ 盆广坡缓” (古地形坡度小于1° )的特点, 气候干热, 物源供应充足, 水体浅且动荡(水深小于10, m), 湖平面频繁涨缩呈旋回性变化, 非常有利于大型浅水三角洲的形成(朱筱敏等, 2012)。

图1 松辽盆地扶余油田DT91区块位置Fig.1 Location of DT91 block of Fuyu Oilfield, Songliao Basin

图2 松辽盆地地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Songliao Basin

扶余油田按地理位置将其划分为西区、中区及城区和东区(图 1), 胡学智等(2007)对扶余油田泉四段的沉积微相进行过详细的研究, 认为泉四段在扶余油田西区和中区南部主要为曲流河— 浅水三角洲平原沉积, 东区和中区北部主要为浅水三角洲前缘沉积, 部分层位为浅水三角洲平原沉积。其中DT91区块位于扶余油田东区南部, 是扶余油田穹窿背斜的最高点, 油藏具有埋深浅、油层多而薄和非均质性强等特点, 主力油层为泉四段, 根据岩性组合和旋回性可将泉四段自上而下划分为Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 共4个砂组(图 2)。DT91区块取心井的岩心显示, 研究区泉四段泥岩的颜色以灰色和灰绿色为主, 在第Ⅱ 砂组和第Ⅲ 砂组顶部主要为紫红色和棕红色泥岩, 表明了研究区泉四段沉积时经历了水体先变浅后变深, 沉积微相上经历了早期为浅水三角洲前缘沉积, 中期时过渡为三角洲平原沉积, 晚期时又转为三角洲前缘沉积的演化过程。

目前扶余油田总体进入特高含水期开发阶段, 油田内各区块的地质情况相差甚大, 但普遍存在沉积微相研究不够精细, 成因砂体类型尚未明朗, 成因砂体平面组合及分布规律仍不清楚等问题, 严重制约油田精细挖潜阶段储集层单砂体和储集层构型分析的准确性和精度, 亟须在密井网的开发区块开展砂体特征研究, 识别出成因砂体类型, 探讨其控制因素和发育规律, 为后期开发工作提供依据。

作者以松辽盆地南部扶余油田DT91区块泉四段第Ⅲ 砂组为例, 综合前人对扶余油田的研究成果, 充分利用研究区及其外围附近共14口取心井岩心资料以及井距为50~200, m的密井网测井资料(700余口), 根据高分辨率层序地层学和沉积学的理论和分析方法, 精细剖析浅水三角洲砂体的类型及组合关系, 探讨在高频基准面旋回控制下砂体的展布和演化规律, 为浅水三角洲沉积储集层研究工作做一些补充, 提供一些新的思路。

2 成因砂体类型

河流携带的沉积物入湖时在河口区发生卸载, 在水下形成三角形状的朵扇体雏形, 等到朵扇体沉积物接近至露出水面时, 曾经的水下分流河道转变为分流河道, 在朵扇体周围的各个方向重新形成更多的新朵扇体雏形, 周而复始, 进而演化成大型的三角洲沉积。目前国内学者普遍认为湖岸线的位置为三角洲平原和前缘亚相的分界线, 河道在此位置进入最后的大量分叉阶段并开始入湖; 在相带划分时, 其中平原亚相可根据河道的分叉程度及漫溢砂的发育程度区分为上平原(平均高水位以上)和下平原(平均高水位与平均低水位之间)(金振奎等, 2014), 前缘亚相可根据水下分流河道和席状砂的发育程度区分为内前缘(水下分流河道发育区)和外前缘(水道欠发育, 席状砂发育)(楼章华等, 2004)。众多学者通过现代沉积考察发现, 浅水三角洲发育的成因砂体类型主要有常规的河道砂体(水上和水下)、天然堤和漫溢砂、决口扇和席状砂等(张昌民等, 2010; 尹太举等, 2012; 金振奎等, 2014)。

以现代浅水三角洲沉积为指导, 结合岩心、密井网测井等资料, 在扶余油田DT91区块泉四段第Ⅲ 砂组识别出成因砂体类型主要包括河道砂体(水上和水下)、漫溢砂(水上和水下)、分流砂坝、前缘席状砂、天然堤和决口扇共6种类型, 各成因砂体的沉积特征和形成机理都存在一定差异, 具体特征如下。

1)分流河道与水下分流河道。二者的沉积特征是基本一致的, 河道是主要的供砂通道, 河道内沉积物在水动力减弱发生沉积卸载而形成河道砂体。岩性上多为粉— 细砂岩、含砾砂岩, 底部常见大小不一的泥砾。槽状、楔状交错层理发育(图 3-A), 常见冲刷面构造, 具有正韵律特征(图 3-B)。测井曲线形态上表现为中低幅度瘦钟形或中高幅度典型钟形的特征。

图3 松辽盆地扶余油田DT91区块白垩系泉头组泉四段第Ⅲ 砂组岩心照片
A— 水下分流河道, 小型槽状交错层理, 检24井, 384.07, m; B— 水下分流河道, 底部块状层理向上渐变为交错层理, 正粒序特征, 检25井, 323.07, m; C— 分流砂坝, 斜层理, 检25井, 348.35, m; D— 分流砂坝, 楔状— 板状交错层理, 检25井, 389, 93, m; E— 天然堤, 波状交错层理, 砂泥薄互层, D+54-10.2井, 333.20, m; F— 席状砂, 波状交错层理, 小型反粒序特征, 泥质粉砂— 粉砂, D+54-10.2井, 373.20, m; G— 席状砂, 薄层泥岩与砂岩互层, 粉砂— 细砂, D+54-10.2井, 373.90, m; H— 漫溢砂, 薄层砂岩与泥岩互层, D+54-10.2井, 376.65, mFig.3 Core photos of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfield, Songliao Basin

2)分流砂坝。此类砂体主要形成于河口区, 河流入湖时由于受到湖水的顶托作用, 能量骤减, 在非主流线附近沉积, 形成条带状砂坝体。此类砂体与正常三角洲河口砂坝的形成机制基本一致, 但浅水三角洲的分流砂坝(河口砂坝)分布相带更广泛, 在平均高水位和最大高水位之间的三角洲下平原亚相中也可发育少量此类砂体, 厚度相对较小, 容易被改造。岩性上以细砂为主, 结构和成分成熟度较高, 局部见反韵律特征, 斜层理、板状交错层理发育(图 3-C, 3-D)。测井曲线形态上主要表现为中低幅度漏斗形和中高幅度漏斗— 箱形的特征。

3)天然堤。天然堤主要是洪水期河道内沉积物溢岸时在河道侧缘形成的薄层楔状沉积。岩性上以粉砂岩、泥质粉砂岩为主, 多与泥岩呈频繁薄互层产出(图 3-E)。常见波状交错层理。测井曲线形态上多表现为中低幅度齿化尖峰状或中高幅度指状的特征。

4)决口扇。决口扇是洪水期河水冲破天然堤而在天然堤外侧的河漫滩或河漫湖泊中形成的扇状沉积体, 纵剖面呈楔状, 横剖面呈底平顶凸的特征。由决口处向扇体末端, 岩性由粉砂岩过渡为泥质粉砂岩和泥岩。常见楔状交错层理, 具反韵律特征。测井曲线形态上表现为中低幅度齿化漏斗形或中高幅度小型漏斗形的特征。

5)席状砂。席状砂是湖水改造河口区附近的水下分流河道砂体和分流砂坝砂体而形成的席状化砂体沉积, 主要分布于三角洲外前缘。岩性上以粉砂岩为主, 结构和成分成熟度高, 楔状交错层理发育(图 3-F, 3-G)。测井曲线形态上常表现为中低幅度齿化小漏斗形的特征。

6)漫溢砂(水上和水下)。是指洪水期时, 河水大量漫溢, 携带的沉积物漫溢出分流河道, 越过水上天然堤或水下天然堤而在天然堤之间形成厚度小、面积大的漫溢式沉积。岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩为主, 多分布于较厚泥岩之中(图 3-H)。波状交错层理和水平层理发育, 测井曲线形态上表现为齿化中低幅度指状的特征。

3 高分辨率层序分析
3.1 基准面旋回界面的识别

基准面旋回界面的识别是准确划分不同级别基准面旋回的基础, 其识别标志主要有岩性岩相变化、沉积特征差异及其在地震、测井资料上的特殊响应(邓宏文等, 1996; Cross, 2000; 郑荣才等, 2000, 2011)。Cross(2000)认为基准面旋回界面是指基准面在旋回变化过程中发生转折性变化对应的界面, 可分为基准面下降至上升转换面和基准面上升至下降转换面2种类型。其中基准面下降至上升转换面体现在岩心或测井上的物理界面包括构造不整合面、不同规模的河道底部冲刷面、进积— 退积作用岩相组合转换界面、泥岩颜色渐变或突变界面等; 基准面上升至下降转换面则包括不同规模的湖泛面、退积— 进积作用岩相组合转换界面等。根据基准面旋回界面在岩心、测井等地质资料上的响应特征 (图 4), 在扶余油田DT91区块泉四段第Ⅲ 砂组识别出4种基准面旋回界面类型 (表1)。

图4 松辽盆地扶余油田DT91区块白垩系泉头组泉四段第Ⅲ 砂组基准面旋回界面特征Fig.4 Characteristics of base-level cycle interface of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfield, Songliao Basin

表1 松辽盆地扶余油田DT91区块白垩系泉头组泉四段第Ⅲ 砂组基准面旋回界面的类型及识别标志 Table1 Types and identification marks of base-level cycle interface of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfield, Songliao Basin
3.2 超短期基准面旋回结构样式及其与砂体组合的关系

作者首先在岩心上识别出不同级别的基准面旋回物理界面, 再根据测井曲线响应特征, 在非取心井上利用测井曲线进行基准面旋回界面的识别, 在扶余油田DT91区块中识别出3大类、7亚类超短期基准面旋回结构样式(表 2)。

表2 松辽盆地扶余油田DT91区块白垩系泉头组泉四段第Ⅲ 砂组基准面旋回类型及特征 Table2 Types and characteristics of base-level cycles of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfield, Songliao Basin

3.2.1 向上“ 变深” 非对称型(A型)

此类基准面旋回由基准面上升半旋回沉积记录和代表侵蚀作用的冲刷面或无沉积间断面构成, 广泛发育于三角洲平原和前缘亚相的河道沉积区。层序的底面为冲刷面或整合界面, 发育向上变细的沉积序列。根据岩性岩相组合特征, 又可分为低可容空间和高可容空间2个亚类。

低可容空间向上“ 变深” 非对称型(A1)形成于可容空间增长速率(accommodation increasing rate, A)远小于沉积物供给通量(sediment supply rate, S)、即A/S≪1的基准面上升时期, 被运移到可容空间的沉积物大部分由于遭受强烈的侵蚀作用而仅保留河道底部部分砂体, 具有向上变细的正粒序特征。在研究区表现为多个河道砂体在垂向上相互叠置, 单河道砂体之间不发育泥质隔夹层(图 5-A, 5-B)。高可容空间向上“ 变深” 非对称型(A2)形成于可容空间增长速率小于但接近沉积物供给通量(A/S≤ 1)的基准面上升时期, 易形成进积— 加积垂向序列, 冲刷侵蚀作用较弱而得以保存较完整的上升半旋回沉积记录, 单河道砂体多表现为完整的二元结构(图 5-C, 5-D), 单河道砂体之间多见泥质隔夹层(河道顶部细粒沉积)。

图5 松辽盆地扶余油田DT91区块白垩系泉头组泉四段第Ⅲ 砂组超短期基准面旋回类型
A— 单河道砂体, A1型, D60-012井; B— 切叠型河道砂体组合, A1型, D54-10.4井; C— 单河道砂体, A2型, D+52-18井; D— 叠加型河道砂体组合, A2型, D60-12.4井; E— 单个分流砂坝, B1型, D+54-10.2井; F— 切叠型分流砂坝组合, B1型, D+48-15.2井; G— 单个分流砂坝, B2型, D+48-15井; H— 叠加型分流砂坝组合, B2型, D+56-10.4井; I— 河道— 天然堤组合, C1型, D+58-09.2井; J— 河道— 分流砂坝组合, C2型, D64-17井; K— 河道— 分流砂坝组合, C3型, D64-17井Fig.5 Types of super-short-term base-level cycles of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfield, Songliao Basin

3.2.2 向上“ 变浅” 非对称型(B型)

此类基准面旋回以基准面下降半旋回沉积记录为主, 上升半旋回常表现为无沉积间断面, 广泛发育于三角洲前缘或前三角洲沉积区。层序的顶面为无沉积间断面或水进冲刷面, 发育向上变粗的沉积序列。此类型也可以分为低可容空间和高可容空间2个亚类。

低可容空间向上“ 变浅” 非对称型(B1)形成于A/S> 1向A/S< 1转化的沉积背景中, 多表现为具有反粒序特征的分流砂坝和席状砂沉积。研究区中多表现为分流砂坝和席状砂形成的加积— 进积沉积序列, 形成分流砂坝— 分流砂坝和分流砂坝— 席状砂2种砂体组合类型(图 5-E, 5-F)。高可容空间向上“ 变浅” 非对称型(B2)形成于可容空间增长速率始终大于沉积物供给通量(A/S始终大于1)的背景中, 处于欠补偿— 弱补偿的沉积状态, 常表现为自下而上由泥岩— 泥质粉砂— 粉砂岩的反韵律垂向沉积序列, 砂体组合上表现为孤立的分流砂坝或泥岩分隔的席状砂(图 5-G, 5-H), 在研究区中少见。

3.2.3 对称型(C型)

此类基准面旋回形成于可容空间增长速率大于或等于沉积物供给通量(A/S≥ 1)的沉积背景中, 基准面上升半旋回和下降半旋回都有较完整的沉积记录, 在三角洲平原和前缘砂体中均可以发育。层序的顶、底界面多为整合界面, 层序内形成由粗变细再变粗的退积— 进积作用沉积序列, 中间存在退积— 进积作用转换界面(湖泛面), 将层序分为下降半旋回和上升半旋回2个单元。根据沉积记录的厚度差异, 又可以分为3个亚类: 以上升半旋回为主的不完全对称型(C1)、上升半旋回和下降半旋回近似相等的对称型(C2)、以下降半旋回为主的不完全对称型(C3)。其中C1型多见于三角洲平原亚相中, 砂体组合常表现为以加积叠加为主的河道— 天然堤、河道— 决口扇组合类型(图 5-I); C2型在三角洲前缘中广泛发育, 砂体在垂向以河道— 分流砂坝组合为主, 单砂体之间以加积叠加方式组合(图 5-J); C3型主要发育于三角洲前缘, 砂体组合多表现为席状砂— 泥— 分流砂坝, 各砂体间多以泥岩分隔, 出现频率较低(图 5-K)。

3.3 第Ⅲ 砂组沉积层序演化特征

国内已有许多学者针对扶余油田泉四段的高分辨率层序地层进行过较为详细的研究, 认为松辽盆地南部扶新隆起带泉四段可识别出1个长期基准面旋回、4个中期基准面旋回和13个短期基准面旋回(封从军等, 2012; 孙雨等, 2013a, 2013b), 分别对应1个油层组(泉四段)、4个砂组(Ⅰ -Ⅳ 砂组)、13个小层(1-13小层)。但很少文章针对密井网开发区块进行更加精细的超短期基准面旋回的识别与划分。作者根据钻井岩心、测井资料和相序变化特征等资料, 以D64-17井为例, 在研究区泉四段第Ⅲ 砂组识别出1个中期基准面旋回(MSC1)、3个短期基准面旋回(自下而上为SSC1、SSC2、SSC3)和6个超短期基准面旋回(自下而上为SSSC1, …, SSSC6)(图 4)。

SSC1沉积时期, 为一个低可容空间向上变深复变浅近似对称型短期基准面旋回, 由1个中等可容空间向上“ 变深” 型和1个低可容空间向上变深复变浅近似对称型超短期旋回组成。该时期扶余油田东区总体处于气候干热的条件下发育浅水三角洲前缘亚相沉积, 而DT91区块主要为内前缘沉积。岩性上以泥质粉砂岩和粉砂岩为主, 泥岩颜色多呈灰色和灰绿色, 反映了水下弱氧化— 还原的沉积环境。该旋回沉积早期, 基准面缓慢上升, 发育中等— 高能的三角洲内前缘沉积; 晚期出现了基准面先上升、后下降的现象, 可识别出超短期旋回内部的小规模湖泛面, 在低可容空间的条件下形成了高能的浅水三角洲内前缘沉积。

SSC2沉积时期, 为一个低可容空间向上“ 变深” 型短期基准面旋回。由1个以下降半旋回为主的不完全对称型和1个以上升半旋回为主的不完全对称型超短期基准面旋回组成。此时期整个扶余油田的气候仍十分干热, 在该旋回的早期, 基准面稍微上升之后转为快速下降, 扶余油田出现了较大面积的三角洲平原沉积, 但在DT91区块泥岩颜色大都显示浅灰绿色— 杂色, 岩性序列上多见反旋回特征, 因此判断仍为三角洲内前缘沉积; 该旋回的晚期, 基准面经历了缓慢上升后继续下降, 泥岩颜色多见杂色— 紫红色, 表明水体进一步变浅, 表现为浅水三角洲下平原亚相沉积。

SSC3沉积时期, 表现为一个较高可容空间的向上“ 变浅” 型短期基准面旋回, 由1个以上升半旋回为主的不完全对称型和1个以下降半旋回为主的不完全对称型超短期基准面旋回组成。此时期扶余油田仍是干热型气候, 泥岩颜色以紫红色和棕红色为主, 砂岩中正韵律特征多见, 多为自旋回成因, 此旋回早期和晚期均表现为浅水三角洲上平原沉积亚相。

3.4 高频基准面旋回对砂体发育的控制

前文3.2.3小节分析表明, 扶余油田DT91区块泉四段是在1个向上变浅的中期基准面旋回控制下沉积的, 进一步划分出3个短期、6个超短期基准面旋回; 从连井剖面(图 6)上看, SSSC2超短期旋回中分流砂坝最为发育, 水下分流河道砂体次之, 砂体垂向上多为下切叠加式; SSSC3中分流砂坝和水下分流河道均较发育, 砂体垂向上以加积叠加式为主; 而在SSSC5和SSSC6中, 则以孤立式分流河道砂体为主。

图6 松辽盆地扶余油田DT91区块白垩系泉头组泉四段第Ⅲ 砂组井连井剖面图Fig.6 Well correlation profile of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfield, Songliao Basin

从地层厚度等值线图(图 7)上看, 研究区泉四段第Ⅲ 砂组各个超短期基准面旋回的平均地层厚度差别不大, 但总体呈现自下而上地层缓慢变薄的趋势, 说明随着高频基准面的下降, 研究区可容空间增长速率是缓慢降低的, 但总体变化幅度不大。从沉积微相展布图(图 7)上看, 自下而上河道砂体及分流砂坝砂体数量上明显减少, 沉积环境上也从三角洲内前缘过渡到三角洲上平原, 但河道宽度并没有明显增大, 说明沉积物供给通量是明显减少的, 三角洲的规模由大到小快速变化。

图7 松辽盆地扶余油田DT91区块白垩系泉头组泉四段第Ⅲ 砂组基准面旋回变化对砂体发育的关系Fig.7 Relationship between the development of sand-bodies and the change of base-level cycles of the 3rd Group of Member 4 of Cretaceous Quantou Formation in DT91 block of Fuyu Oilfields, Songliao Basin

总的来说, 研究区泉四段Ⅲ 砂组在基准面持续下降的过程中, 主要受控于在沉积物供给通量的变化, A/S大致经历了由小到大的变化, 浅水三角洲的规模由大到小快速变化, 成因砂体在垂向的组合方式经历了下切叠加式→ 加积叠加式→ 孤立式的变化; 侧向上组合类型由复合的多类型砂体组合演化为孤立式的单类型砂体; 砂体在平面上的展布也经历了复合连片程度由高到低(毯式→ 席状→ 片状→ 坨状→ 网状→ 枝状)的变化过程。

4 讨论
4.1 基准面变化与沉积环境变迁

浅水三角洲由于坡缓水浅, 水上和水下环境频繁交替, 泥岩颜色的变化可以作为水深变化(湖平面波动)的有效标志之一。总的看来, 从SSC1至SSC3短期基准面旋回沉积期间, 泥岩颜色呈灰黑色→ 灰绿色→ 紫红色变化, 整体上是一个湖盆水体逐渐变浅的过程, 表明扶余油田DT91区块泉四段第Ⅲ 砂组沉积时, 高频基准面整体上是逐渐下降的; 结合沉积相标志, 认为垂向上出现了三角洲内前缘→ 三角洲下平原→ 三角洲上平原的环境变迁。

4.2 沉积过程中A/S的变化规律

在陆相湖盆中, 湖平面的升降变化是可容空间变化的主要因素, 气候和构造运动是沉积物供给通量的主要因素。正常三角洲海(湖)平面的升降可以明显改变可容空间, 而在以坡缓水浅为特征的浅水三角洲中, 湖平面的微弱波动可以引起湖岸线的明显迁移, 沉积相带的快速变迁, 但可容空间的增加或减少的通量却是微小的。不同等时地层的地层厚度可以在一定程度上反映可容空间的变化情况, 图7中显示扶余油田泉四段Ⅲ 砂组不同超短期基准面旋回的平均地层厚度差别不大, 在5~8, m左右, 且在单一超短期基准面旋回内地层横向分布稳定, 厚度变化也不大, 因此可以认为可容纳空间的变化的幅度是不大的, 即A/S中的A是基本不变的或者变化不大的, 符合浅水三角洲由于坡缓水浅不能引起可容空间明显变化的特殊性。

从上游向下游, 随着不断分汊, 分流河道宽度会遵循“ 流量守恒” 而有规律地逐渐变窄, 即上游来水量是一定的, 分流河道多了, 每条分流河道分到的水就少了, 宽度自然就小了(金振奎等, 2014); 另外砂体的含量或者砂地比主要与河流的输砂量有关, 可以在一点程度上反映沉积物供给通量。从扶余油田泉四段Ⅲ 砂组砂体展布图上来看(图 7), 自下而上, 砂体数量上明显变少了, 砂地比明显降低, 而且河道的宽度却没有明显的变宽, 表明自下而上不同超短期基准面旋回沉积过程中, 沉积物的供给通量是快速减小的, 浅水三角洲的规模也因此快速变小, 即A/S中的S是快速变小的。

因此, 扶余油田泉四段Ⅲ 砂组沉积时, 是处于可容空间变化不大, 沉积物供给通量明显减小的沉积环境中; 自下而上, 尽管基准面不断下降, 但A/S反而在不断增大, 沉积物供给通量对研究区三角洲沉积的控制作用远大于可容空间变化的影响。

4.3 A/S变化与砂体发育的关系

在浅水三角洲沉积中, 由于坡缓水浅, 湖平面的变化引起的湖岸线的推进和后退比正常三角洲要明显得多, 沉积相带的迁移和变化是特别明显的, 但可容空间变化并不是特别明显。且对于陆相湖盆来说, 由于距离物源区相对于海盆更近, 气候和构造运动等因素可以引起沉积物供给通量发生高频的变化, 进而影响三角洲的砂体骨架类型、形态和规模等。研究区浅水三角洲内前缘沉积中, 砂体成因类型多, 砂体垂向和侧向上的叠置都很严重, 平面上连片程度很高, 表明了在沉积物供给通量起主导作用的浅水三角洲内前缘沉积环境中, A/S也可以存在0< A/S≪1的状态, 而在正常三角洲中, 一般很少出现这种状态。而在SSC3短期基准面旋回中, 基准面处于较低水平, 研究区出现较大面积的浅水三角洲平原亚相沉积, 主要为泥质沉积, 砂体多呈独立式发育, 表明了由于沉积物供给通量太小, 三角洲规模较小, 也会导致基准面较低背景下A/S比值较大的情况。扶余油田泉四段Ⅲ 砂组砂体叠置程度表面上与正常三角洲相分异原理不符, 实质上正是其主要受控于砂体供给量和供给速率的特殊性所在。

5 结论

1)在湖泊浅水三角洲沉积中, 泥岩颜色变化不仅作为沉积相变化的标志, 也可以反映湖平面的波动, 进而指示基准面的变化。

2)在湖泊浅水三角洲沉积中, A/S的变化直接影响着浅水三角洲砂体骨架、成因砂体组合样式、形态和规模等方面。高频变化的基准面并不会引起浅水三角洲可容空间的明显变化, 而沉积物供给通量的高频变化才是A/S变化的关键所在, 是影响浅水三角洲砂体发育和分布的主控因素。

3)在高频基准面旋回控制下, 浅水三角洲的沉积相带控制着成因砂体的种类: 三角洲上平原和下平原主要发育分流河道砂体和天然提砂体, 三角洲内前缘主要发育分流砂坝和水下分流河道砂体。沉积物供给通量控制着A/S的变化, 进而影响着浅水三角洲成因砂体的数量和叠置关系。

致谢 感谢中石油吉林油田公司扶余采油厂提供的相关数据,感谢马文龙高工等在项目研究中给予的指导和帮助。感谢《古地理学报》审稿老师耐心的评审和中肯的修改意见。

作者声明没有竞争性利益冲突.

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