乌石凹陷内发育的断裂在流沙港组沉积时期整体较为复杂, 多呈东西走向、南北倾向的断裂分布。此时凹陷的沉积中心发生迁移, 在凹陷的东区南部位置为凹陷的主要沉积中心, 发育深湖沉积, 泥质岩层较厚(韩帅, 2014)。

在古近纪受到边界断裂的控制, 凹陷表现为南断北超的半地堑特征。研究区自北向南, 坡度由缓至陡, 河流携带着沉积物由地势高的地方往地势低的南部运移, 在水动力减弱的时候, 沉积物发生卸载沉积。将对流二段影响较为明显的断层从南至北依次命名为F1— F9(图 1-c)。F3断层及其北部断层(F4— F9)均表现为南东倾向, 呈阶梯状倾向南部洼陷带, 断层底部均错断T86地震层位(流二段底面), 断层倾向与地层相同, 多作为沉积物运输的通道, 有利于沉积体系向盆内的推进和展布。流二段层序地层在断层东南侧下降盘方向的厚度稍大于上升盘, 可判断同向断层对流二段沉积有一定控制作用。南部F1、F2断层倾向为北西向, 位于南部洼陷带, 倾向与沉积地层倾向相反, 为反向断层, 多和沉积物搬运方向相反, 对物源向盆内的推进有一定的阻碍作用; 物源多沿断层走向分布, 延伸距离依断层活动强度在走向上的差异而不同。反向断层活动较弱地区, 断距较小处物源可越过断层向盆内推进。

研究区流二段稳定重矿物主要有电气石、锆石、金红石、白钛矿, 其他还有少量的蓝晶石、磷钇矿、十字石、尖晶石与榍石等; 通过分析稳定和不稳定组分在平面上的分布和变化, 进而恢复物源方向的母岩性质, 可以搞清各河流体系的分布范围、扩散方向(崔周旗等, 2005; 陈全红等, 2009; 刘金龙等, 2016)。ZTR指数, 即锆石、电气石、金红石等稳定矿物的总数在重矿物碎屑中所占的比例, 可作为重矿物组合成熟度的一个度量, 和沉积物搬运距离、搬运方式及沉积速度等密切相关, 可根据ZTR值分布的相似性划分相同物源区域。C油田整体ZTR指数较小, 结合区域构造特征, 可大体确定与其他2个油田分属不同供源体系, 且南部C6井ZTR指数明显大于北部C3等各井, 认为其距离母岩区较远, 经历长距离搬运, 非稳定矿物含量逐渐降低; B油田、A油田具有相同或相近的ZTR指数特征, 表明母岩性质变化不大, 但向南、东南方向呈逐渐增高趋势, 推断其来自同一供源体系, 且物源大体来自北部(图 3)。

图3

Fig.3

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	图3 北部湾盆地乌石凹陷东区古近系流二段ZTR指数分布Fig.3 ZTR index distribution of the Member 2 of Paleogene Liushagang Formation in eastern Wushi sag, Beibu Wan Basin

碎屑岩包括3种基本组成部分, 即碎屑颗粒、填隙物和孔隙, 填隙物中杂基成分以泥质为主, 其含量高低反映了水动力条件的强弱和距离母岩区的远近(王建刚等, 2008; 王松等, 2012)。砂岩分层系数为一定层段内砂层发育的层数, 用钻遇产层层数与总砂层层数的比值来分析(印森林等, 2016); 该系数受水动力、距物源远近、地形影响较大。通常距离物源越近, 水动力越强, 泥质成分越不容易沉积, 隔夹层越少, 杂基相对含量越少, 分层系数越小; 离物源越远, 水能量减弱, 泥质沉积逐渐增多, 隔夹层发育, 杂基相对含量升高, 分层系数增大。

研究区流二段以细砂岩、中细砂岩为主, 分选中等、中等— 好, 呈次棱角状— 次圆状, B油田岩石中碎屑颗粒之间以点接触、点— 线接触为主, 杂基平均含量为3.79%; A油田岩石中碎屑颗粒之间以点— 线接触、线接触为主, 杂基平均含量为4.59%。由图4可以看出, 流二段MSC2层序分层系数呈明显南高北低, B油田分层系数平均值5.50, A油田分层系数平均值为11.40; 同时由北向南, 流二段各井杂基含量逐渐升高, B7井杂基含量极低, 至南部A2井杂基含量在碎屑岩非孔隙组分中的比例达到8.35%。这说明研究区流二段物源来自于北部高地势地区。

沉积相标志的获取和确定主要来自3个方面: 地质、地震与测井, 确定沉积类型首先要从岩心观察与描述开始。流二段岩性较细, 主要为中— 细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩, 且多呈砂泥薄互层特征展布, 颜色以黑色、灰黑色、灰绿色等还原色为主, 广泛发育水下沉积体系; 常见植物碎屑和云母, 偶见植物茎秆, 反映了水动力较弱的远源缓慢沉积特征。黑色泥岩判断为湖相泥岩、分流间湾微相沉积, 而部分薄层细砂极有可能是三角洲前缘薄层席状砂。

沉积构造是鉴别沉积环境和划分沉积微相的重要标志, 同生期的各种原生构造, 最能反映沉积物形成过程中的水动力条件和古地形地貌。从取心井综合描述上看, A油田流二段区内碎屑岩中原生沉积构造中, 反映牵引流特征的平行层理、板状交错层理和槽状交错层理非常发育。砂岩底部常见底冲刷构造, 垂向上表现为多个正粒序的河道沉积叠加; 下部为槽状交错层理粗砂岩, 向上逐渐变为板状交错层理、平行层理细砂岩, 生物扰动及植物碎屑较多, 见少量流水沙纹层理, 是一种比较典型的水下分流河道沉积。总体判断, 流沙港组二段具有三角洲前缘— 深水湖泊沉积特征(图 5)。

图 5

Fig.5

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	图 5 北部湾盆地乌石凹陷东区A3井岩心综合描述Fig.5 Comprehensive core description of Well A3 in eastern Wushi sag, Beibu Wan Basin

粒度分析是沉积微相研究的一种重要手段, 通常利用粒度概率累积曲线来分析(李茂, 2013; 曾小明等, 2015)。考虑悬浮和跳跃次主体所占比例和粒度大小有所区别, 研究区流二段的概率累积曲线以二段式、三段式为主(图 6)。二段式、三段式中跳跃组分占60%~70%, 悬浮组分30%~40%, 其中S截点在3.6~5.5Φ 之间, 曲线的跳跃主体的斜率较大, 说明颗粒组分的分选好, 该单元的粒度为1~5.5Φ , 粒度整体偏小, 综合分析表明其水动力条件以牵引流沉积作用为主, 且主要为水下分流河道沉积。

图6

Fig.6

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	图6 北部湾盆地乌石凹陷东区古近系流二段粒度概率累积曲线Fig.6 Probability cumulative curves of the Member 2 of Paleogene Liushagang Formation in eastern Wushi sag, Beibu Wan Basin

不同水动力条件会造成沉积层序在粒度、分选、泥质含量等方面的差异, 进而导致测井曲线的形态差异。在流沙港组二段的碎屑岩沉积的测井层序划分和沉积相识别中, 采用了较为可靠的伽马曲线的响应值作为特征识别曲线, 从幅度、形态、接触关系、次级形态等4个方面进行分析。幅度代表的是沉积物粒度、分选性及泥质含量的变化; 砂岩的顶、底界接触关系反映砂岩沉积初期及末期的沉积相变化; 次级形态主要包括曲线的光滑、包络线形态及齿中线的形态(于兴河等, 2013)。

图7

Fig.7

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	图7 北部湾盆地乌石凹陷东区古近系流二段正常三角洲测井相模板Fig.7 Logging phase template of the Member 2 of Paleogene Liushagang Formation in eastern Wushi sag, Beibu Wan Basin

乌石凹陷东区流二段主要发育4种典型测井相, 钟型、漏斗型、指型、齿型(图7)。钟型测井相多出现在研究区北部近物源地区, 向南逐渐减少, 是水流能力逐渐减弱或物源供应越来越少的表现; 底部突变、顶部渐变, 具有反映河道侧向迁移的正粒序结构; 同时因为沉积过程中水动力环境的不稳定性, 测井曲线齿化现象明显。漏斗型测井相顶部突变接触、底部渐变, 表明垂向上出现向上变粗的反粒序结构; 主要分布在研究区的中部及南部地区, 可对应三角洲前缘河口坝或远砂坝相。指型测井相上下均为突变形, 厚度通常较小, 在研究区分布范围较广, 反映出多种因素的影响, 其整体背景为水动力条件相对较弱或快速变化, 多为席状砂沉积。齿型测井相垂向上的幅度变化不大, 主要反映相对较为平静的沉积环境, 如分流间湾、浅湖— 深湖相沉积, 供源供给严重不足(图 7)。

研究区流二段北部坡度较缓, 沉积物粒度较细, 以还原色为主, 多呈砂泥岩薄互层特征展布。广泛发育水下远源沉积体系, 水动力环境以牵引流为主, 可见重力流。平行层理、交错层理等牵引流沉积构造在取心井段所占比重较大, 测井相分析及岩心描述中多见典型分流河道沉积, 可见反韵律河口坝沉积。流二段沉积于始新世乌石凹陷整体水进初始时期, 乌石凹陷深湖面积扩大, 湖泊水进明显, 研究区大部分面积处于浅湖到深湖范围内。依据钻井岩心、测井曲线形态、地震反射特点及分析化验资料, 综合分析认为研究区流二段呈三角洲前缘— 深水湖泊沉积序列, 主要发育相对远物源的正常三角洲前缘沉积; 砂体单层厚度小, 多层交互式分布, 横向延伸距离短, 相互连通性弱。三角洲前缘可进一步划分为水下分流河道、河口坝、远砂坝、席状砂、分流间湾等5种沉积微相。

1)水下分流河道。正常三角洲前缘水下分流河道在本区发育规模较大, 其岩性主要为黑色、灰黑色中— 细砂岩、粉砂岩, 呈砂泥薄互层特征展布; 岩石成熟度较低, 沉积构造多表现为牵引流特征, 单个河道充填的沉积体向上粒度变细(图 5), 底部常存在冲刷面, 测井曲线常呈齿化钟型(图 7)。粒度概率累积曲线以二段式、三段式为主, 滚动组分不发育, 以跳跃和悬浮组分为主, 悬浮组分20%~40%之间(图 6-a, 6-b)。

2)河口坝。河口坝系河流带来的沉积物因河水受湖水阻挡流速降低而在河口处形成的沉积体。河口坝粒度相对较细, 表现为灰黑色、灰绿色中— 细砂岩、粉砂岩, 岩石结构成熟度有所提高, 垂向上呈反韵律特征(图 5); 测井曲线往往呈中— 高幅漏斗型(图 7)。常见块状层理、平行层理和小型沙纹层理。河口坝与水下水流河道类似, 粒度概率累积曲线以二段式、三段式为主(图 6-c, 6-d)。

3)远砂坝。河口坝前缘受湖浪改造形成的沉积体为远砂坝。事实上, 正常三角洲前缘的远砂坝并不是很发育, 只是在前缘向湖泊推进的过程中形成一些少量的滩坝砂体。远砂坝虽然和河口坝不易区别, 但依然存在特征差异; 通常粒度较细, 并夹杂泥质条带, 发育小型沙纹、脉状— 透镜状层理, 测井曲线表现为低幅漏斗型(图 7), 厚度较薄。粒度概率累积曲线上, 远砂坝常以四段式为主, 反映了双向水流的作用。

4)席状砂。席状砂为河口坝/远砂坝受湖浪改造后在三角洲前缘形成的、向前向两侧延伸较远的席状沉积物, 与湖相泥岩形成过渡, 向盆地方向减薄。岩性以细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩为主, 测井曲线以指型为主(图 7)。

5)分流间湾。分流间湾是水下分流河道发育期或间歇期在低洼区形成的沉积环境, 与湖连通, 常发育薄层泥质粉砂岩或粉砂岩— 泥岩互层, 测井曲线表现为低幅齿型。

在精细地震层位解释的基础上, 提取重点层序各类地震属性, 其中地震均方根振幅属性(RMS)适合地层的含砂率分析, 对地层岩性相变具有一定指导意义, 能够用来确定三角洲朵叶体延展范围。含砂率是指除粉砂之外的砂岩厚度与地层厚度之比, 它是反映沉积格局的关键参数。在明确物源方向, 判定沉积体系的展布方向的前提下, 对研究区29口井的含砂率进行了逐一详细的统计, 但因井点分布密度不均, 部分地区如A油田东南部无井控制, 因而采用物源方向约束与井震结合方法, 对流二段各层序进行地震多属性拟合, 从而实现了对无井地区的控制, 确定了沉积微相边界, 并编制了多属性拟合含砂率等值线图(图 8)。流二段砂泥薄互层发育特征明显, 故整体含砂率普遍偏低, 大多在0.2~0.4之间, 其中MSC2、MSC3层序含砂率等值线分布较广, 高值区主要分布在北部B油田和C油田, 而A油田含砂率值较其他2个油田低, 且变化较为频繁。

在单井、连井沉积相分析的基础上, 综合地层厚度等值线、砂岩厚度等值线、多属性拟合含砂率, 并考虑构造对沉积的控制作用, 依据“ 单因素分析, 多因素综合作图法” 的编图原则, 以四级层序为等时编图单元, 绘制了研究区流二段各层序沉积相平面分布图(图 9)。MSC1时期湖侵面积最大, 物源来自东北方向, 发育2套供源体系, 由三角洲前缘的2个沉积体组成; 总体水位较高, 物源供给较弱, 薄互砂层为主, 发育小型水下分流河道, 以及一定范围的席状砂; 西南方向基本属于深湖泥质沉积, 在A油田范围主要为浅湖及部分席状砂沉积(图 9-A)。

MSC2时期在MSC1高水位的基础上, 发生短期的水退事件, 此时物源供给较为充足, 2个沉积体发育范围较广, 物源方向与MSC1层序基本一致。西部三角洲沉积体规模较小, 主要覆盖C油田; 北部几口井钻遇较厚层水下分流河道砂体, 以及部分河口坝砂体, 而沉积体前端砂体较薄, 主要发育末梢河道以及薄层席状砂。东部三角洲沉积体规模较大, B油田位于近物源端, 发育明显的分流河道砂体、河口坝以及水下分流间湾; 物源推进方向的A油田则被沉积体前缘外带所覆盖, 主要发育末梢河道和小型河口坝沉积, 河道摆动和分叉较多, 局部可见远砂坝沉积(图 9-B)。

图8

Fig.8

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	图8 北部湾盆地乌石凹陷东区古近系流二段地震多属性拟合含砂率等值线 A— MSC1层序含砂率等值线; B— MSC2层序含砂率等值线; C— MSC3层序含砂率等值线; D— MSC4层序含砂率等值线Fig.8 Seismic multi-attribute sand ratio contours of the Member 2 of Paleogene Liushagang Formation in eastern Wushi sag, Beibu Wan Basin

图 9

Fig.9

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	图 9 北部湾盆地乌石凹陷东区古近系流二段沉积相平面图 A— MSC1层序沉积相图; B— MSC2层序沉积相图; C— MSC3层序沉积相图; D— MSC4层序沉积相图Fig.9 Planar sedimentary facies of the Member 2 of Paleogene Liushagang Formation in eastern Wushi sag, Beibu Wan Basin

图 10

Fig.10

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	图 10 北部湾盆地乌石凹陷东区古近系流二段沉积模式Fig.10 Depositional pattern of the Member 2 of Paleogene Liushagang Formation in eastern Wushi sag, Beibu Wan Basin

MSC3层序初期, 水位达到最低, 此时物源供给最为充足, 三角洲延伸范围最广。来自北部的2个沉积体合并成为一个更大的沉积体, 随后经历较长时期的水进过程, 整体呈湖盆逐渐扩张趋势。该时期北部发育大型水下分流河道, 局部发育河口坝。B油田砂体发育集中, 但平面分布差异较大, 河道期次多变; C油田砂体分布较为均匀, 河道变化不明显; 沉积体在A油田推进范围大, 且以席状砂为主, 部分井区钻遇分流河道砂体(图 9-C)。

MSC4层序初期湖平面处于高水位, 物源供给不足, 沉积了大套厚层湖相色深质纯的泥岩或粉砂质泥岩; 沉积体范围明显缩小, 仅在C油田发育三角洲沉积, 其他部分皆被浅湖沉积覆盖(图 9-D)。基于以上对研究区流二段沉积演化的综合分析, 笔者建立了乌石凹陷东区流二段沉积模式图(图 10)。研究区位于沉积模式三角洲前缘靠外一端, 席状砂体发育, 且河口坝规模较小, 其将对具有类似沉积演化模式的地区起到协同预测作用, 也对该地区的下一步油气勘探开发和储量计算具有指导意义。