塔拉哈—齊家地區下白堊統震積巖特征及其油氣儲集問題

鐘建華，王德金，李 佳，陳 熙

（1.中國石油大學（華東）資源與信息學院，山東 青島 266555；2.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州 510640）

0 引言

地震活動是一種常見的災變性地質事

件，記錄地震災變事件的巖層稱為震積巖。

震積巖是由Seilacher A最早提出的，指的是在一個構造活動區水下沉積物在未固結之前由于地震作用發生再次改造之后重新沉積的巖層［1－2］，這種沉積層不是單一的巖石名稱，而是存在成因上有某種關聯的一組巖石總稱［3］。最近幾年，不斷有關于陸相斷陷盆地震積巖的文章發表，陳世悅［5］、楊劍萍［4］、袁靜［6］、魏垂高［2－3］、付文利［7］、鐘建華［8－10］等在對中國東部渤海灣盆地濟陽坳陷古近系震積巖特征研究的基礎上，建立了陸相斷陷湖盆碎屑巖地震序列，從而開啟了從古生代海相地層向東部新生代陸相震積巖轉變的時代［11］。

本文以松遼盆地塔拉哈—齊家地區巖心資料為基礎，在觀察和描述大量具有震積巖特征的變形構造前提下，對研究區的地層特征和沉積體系進行研究分析，力圖建立該區震積巖的垂向序列，并探討震積巖的油氣儲集問題。

圖1 研究區位置圖Fig.1 Locatiomn map of the study area

1 區域地質背景

塔拉哈—齊家地區位于松遼盆地中部，包括龍虎泡階地及齊家—古龍凹陷的北部，東與大慶長垣相連，西以西部斜坡與中央凹陷的一級構造邊界為界，南至塔拉哈油田，北至齊家油田。包括齊家、金騰、薩西、龍虎泡、杏西、龍南等油田以及龍西地區（圖1）。

>

松遼盆地是中新生代的大型陸相沉積盆地，白堊系是盆地內主要的沉積巖系，總厚達5 000 m以上，分布廣泛。大慶長垣以西地區自下而上發育下白堊統登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組，上白堊統四方臺子組、明水組，第三系大安組、泰康組和第四系。其中，下白堊統是本次研究工作中的主要目的層段。侏羅紀晚期形成分割性的斷陷盆地，早白堊世登婁庫組沉積時期斷陷盆地有連片的趨勢，并由斷陷向坳陷轉化。從泉頭組沉積時期開始，松遼盆地以坳陷盆地為特征。

2 震積巖的特征

在巖心觀察過程中發現研究區存在廣泛的震積巖。就目前而言，國內學者發現的有關震積巖的信息主要來自于野外的露頭剖面，巖性主要是碳酸鹽巖，在鉆井取心中很少能獲取到關于震積巖的信息［12－13］。而筆者在研究區的巖心中發現了廣泛而豐富的震積變形現象，幾乎涵蓋了震積巖的所有形態，其中包括在固結地層中和軟沉積中的震積巖特征。

2.1 固結地層中的震積巖特征

筆者認為無論是未固結的軟沉積物還是已固結巖層，地震活動都對其具有一定程度的改造作用，由于地震級別的不同，地震活動所產生的能量也有很大不同，對地層的改造程度也不相同，主要表現為裂縫、微型斷層和地層破碎。

2.1.1 裂縫

根據裂縫的發育位置可將其分為沉積物表面形成的地裂縫和地下沉積物內部的裂縫2種。地裂縫內部可以充填上覆的沉積物砂泥，形成沉積巖墻（脈），地下沉積物內部的裂縫中一般充填液化的砂，形成液化脈。地下沉積物內部的裂縫也可以稱為震裂縫，在砂巖或砂巖所夾的薄層泥巖中廣泛存在。

震裂縫主要是由于振動作用產生，性質以張性為主，在砂巖或者砂巖所夾薄層泥巖中可見，產狀較陡。研究區古708井和古921井是典型震裂縫集中發育的區域，這些震裂縫均是發育在粉砂巖中的垂向裂縫。古708井部分巖心特征如圖2和圖3所示。

2.1.2 微型斷層

微型斷層代表了地震活動的發生，指的是由于地震振動液化在層內形成的一系列規模較小的階梯狀正斷層。我們在研究區高臺子油層巖心中觀察到了大量微型斷層，微斷層之間的巖層常發生褶曲和揉皺現象，有的斷層沿著斷層面可見砂質充填。在研究觀察了包括其他沉積盆地在內的大量的巖心之后可知，微型斷層不僅僅可以在軟沉積物中發育，還可以在已固結的地層中發育（圖4）。

圖2 巖心中的砂巖震裂脈Fig.2 Seismic crack filling vein in sandstone observed at the core古708井：充填物為粉砂質泥

圖3 巖心中的灰綠色泥巖震裂脈Fig.3 Seismic crack filling vein in grey green mudstone observed at the core古708井：充填物為泥質粉砂

圖4 巖心中的微型斷層Fig.4 Micro-faults observed at the core

2.1.3 地層破碎

在地震活動中，由于地震強度、地層物性、坡度、固結程度等因素的不同，使沉積物地震響應的過程變得復雜，在已固結的巖層中由于地震活動發生的破碎稱為地層破碎。在研究區可見典型的地層破碎。由于鉆井并不能完全鉆遇地下所有的地質現象，因此，此處采用其他區域的巖心圖片來說明。海拉爾盆地霍3井巖心中地震造成的巖層破碎帶（圖5）和巖心360°掃描特征（圖6）。

地震作用在固結巖層中還會形成龜裂式破裂，這種破裂在巖心表面呈現出類似于龜殼的紋理或長頸鹿的斑紋形態。其形成的原理是前期地震活動作用形成了寬約0.5 mm的小裂縫，以此為基礎流體或者氣體充填，并沿著小裂縫浸染兩側巖石，逐漸形成龜裂式形態特征，巖心中的裂縫錯綜交叉，形成了裂縫系統（圖7）。

圖5 地震形成的巖層破碎帶（海拉爾盆地霍3井）Fig.5 Seismic fractural zones

圖7 龜裂式破碎Fig.7 Polygonal fractures

2.2 軟沉積地層中的震積巖特征

沉積物在沉積之后、固結之前由于差異壓實、液化、滑移、滑塌等作用形成的各種變形構造被稱為軟沉積變形，也稱準同生變形。這種變形構造往往與地震作用相關，地震活動使軟沉積物產生不同程度的變形，產生了不同的變形構造。

2.2.1 液化砂巖脈

液化砂巖脈在震積巖中是最為常見的的一種構造類型，形成機理是地震－斷裂活動使軟沉積物液化泄水。砂巖脈指的是發育在砂、泥巖互層沉積物中的砂質巖墻或巖脈，其形態呈不規則狀，并向周圍延伸，切穿圍巖層理。根據砂巖脈刺穿體的巖性差別，將其分為2種類型：

（1）腸狀、串珠狀、蠕蟲狀砂脈。這種砂巖脈常見于暗色泥巖，形狀大多呈腸狀，極易分叉，向不同的方向延伸展布，垂向上切穿巖層，水平方向則是順著巖層發育，且前者較后者發育得粗一些（圖8）。

（2）豎向液化砂脈。此類砂巖脈發育于砂泥巖薄互層中，脈體往往刺穿砂泥質薄層，薄層層理受擠壓往往向上、下兩端發生明顯彎曲，巖脈中間膨大，走向以垂向為主，是一種比較典型的震積巖類型。在金191井中見到一條高度為1.2 m的完整的液化砂脈，巖心恰巧從砂脈中穿過，這是非常罕見的、具有很高的研究價值一組巖心標本（圖9）。

圖8 腸狀、串珠狀、蠕蟲狀砂脈巖心照片Fig.8 Core photo showing ptigmatic，beaded and verm-like sand vein

圖9 垂向液化砂脈巖心照片Fig.9 Core photo showing vertical liquified sand vein

2.2.2 折彎砂脈

原本平直的砂脈發生折彎，從毫米級的砂脈到幾十厘米的砂脈均可以見到折彎，同時也常常與其他震積巖的變形現象如腸狀、串珠狀砂脈、微斷層等共生（圖10）。

圖10 折彎砂脈巖心照片Fig.10 Core photo showing bending of sand vein

2.2.3 絮狀砂脈

主要見于砂泥小互層頻繁混合發育的巖層中，受地震作用的影響，砂質顆粒向下墜入下部的未固結疏松泥巖中，并在自重和橫向振動等作用下發生擺動，形成類似于棉絮狀的下沉砂脈（圖11）。

2.2.4 振動液化卷曲變形構造

圖11 絮狀砂脈巖心照片Fig.11 Core photo showing flocculent sand vein

振動液化卷曲變形是在地震活動時液化作用形成的一種變形構造［14］，典型特征是薄層的砂巖在一特定層內發生的揉皺變形。由于地震波的作用，使得原先作用于顆粒支撐沉積物上的有效壓力被作用到了孔隙流體中，造成孔隙中超高的壓力，導致顆粒間摩擦力減小而發生液化，沉積物亦可以在較小的作用力下產生流動，在層內出現揉皺變形，形成各種形態迥異的小型緊閉褶曲，這一類小揉皺的卷曲變形構造相互連接、各不相同，構造的褶曲面沒有規律，以此區別于層間由于構造活動產生的褶皺構造和沉積物沿滑坡滑動產生的變形構造［15］。

2.2.5 震積砂枕及其伴生構造

這種構造形成于地震液化結束之后，由于上覆和下伏沉積物之間存在密度差會使得沉積物的體積收縮，導致地面的下沉，在振動和重力雙重的作用下，上覆的砂巖層發生斷裂，解體成形狀、大小不同的砂塊，沉陷于下伏的泥質沉積物中。砂塊的級別從幾厘米到幾毫米不等，在向下伏泥質沉積物沉陷的過程中，由于粒度較細并富含水，砂塊發生塑性變形，呈球狀、枕狀、不規則碎塊狀、拖曳拉長狀等不同形態，這樣就形成了Rope等所謂的枕狀層（圖12）。

圖12 眼球、蝌蚪及丘形微隆起構造巖心照片Fig.12 Core photo showing eye ball，tadpole and dome structure

同沉積變形構造是指沉積物在沉積之后、固結之前所產生的變形構造，包括枕狀構造、球狀構造、負荷構造、泄水構造、包卷層理構造等。沉積物液化、顫動、沿著裂隙泄水與這些變形構造的形成息息相關。雖然不能肯定這些構造的形成是否還與非地震因素有關，但是在地震活動中可以形成這些變形構造，如與包卷層理和火焰構造很相近的砂泥交互變形（圖13）。

圖13 火焰構造巖心照片Fig.13 Core photo showing flame structure

3 震積巖垂向序列

沉積單元中有規律的沉積組合稱為沉積序列。沉積序列能夠反映出沉積環境的變化規律和沉積作用的過程［14，16］。在地震作用下形成的沉積序列為地震沉積序列，這種沉積序列能夠指示地震沉積作用的過程。在塔拉哈—齊家地區發現了震積巖的垂向序列［17－19］，從下到上可以分為7層（圖14）：

圖14 震積巖垂向沉積序列Fig.14 Core photo showing verticalsequence of seismite

（1）下伏未震層。這一層段未受到地震活動的影響，主要發育湖相深灰色泥巖夾有薄層的砂巖，發育的沉積構造為原生的水平層理和小型交錯層理。

（2）階梯狀斷層。常常在砂質、灰質等脆性較大的沉積物含量較高的情況下發育，往往伴有重荷模、火焰構造及微褶皺等，垂向上斷層主要發育在上部，向下逐漸變疏變少，組合方式表現為小型地塹，最后漸變為未受到振動的地層。

（3）軟沉積物震動液化卷曲變形層。主要發育在泥巖和砂質泥巖中，這些巖層發生顯著的褶曲變形，從而在層內產生揉皺，形成各種形態迥異的小型緊閉褶曲，這類小揉皺的卷曲變形構造相互連接、各不相同，往往還發育有微同沉積斷層。

（4）液化砂巖墻（脈）層。在剖面上可見砂巖脈分布不規律，平面上走向也不一致，砂巖脈的周緣可見撕裂現象。砂巖脈是由于多層薄砂層同時被液化所致。根據前人研究結果，震級高于5級的地震才可能產生噴砂冒水的現象［5］，故此可知砂泥液化是強地震活動的結果。

（5）震積砂巖及其伴生構造層。在研究區部分井段可見，碎裂的巖石主要呈多種形狀的砂球、砂枕，垂向上碎塊依著形狀大小排列分布，在某些巖塊中還可以觀察到彎曲層理。研究表明這些巖塊在地震作用中只是發生了破碎而沒有被液化的跡象，上部緊鄰發育液化均一層。泥巖撕裂屑也常見，有時相鄰泥巖可以對接，甚至可見到彎曲層理。

（6）液化均一層。這一層段與下伏震積砂枕及伴生構造層段呈過渡關系，是由于細粒沉積物在振動、晃蕩的過程中被稀釋液化，使得層段的性質趨于均一。層段主要是砂巖或者粉砂質泥巖層段，未發育層理等沉積構造，結構較為均一。

（7）上覆未震層。形成于地震結束后，屬于正常的沉積，向下突變為液化均一層。是原始沉積作用的結果，不具備震積巖的特點。

4 震積巖的油氣儲集問題

迄今為止，國內對震積巖的研究主要集中在震積巖的成因、變形過程及機制、構造變形形態等方面，很少見及震積巖油氣儲集問題方面的研究。在大量研究觀察基礎上，我們首次在巖心中發現了有油氣顯示的震積巖層段。這一發現給震積巖的儲層研究提出了新的方向和目標，同時對整個長垣以西水下沉積成因儲層的研究具有積極意義［20－23］。

地震作用往往從以下3方面改變原有地層的油氣成藏條件。

（1）儲層物性方面。未固結的疏松、飽含水的非膠性沉積物在地震過程中發生了液化作用，對于含油儲層而言，水下的砂泥質沉積物在地震過程中更為緊密結實，經歷成巖固結作用后孔滲性較差，不利于油氣的儲集、連通，由此可知地震活動使儲層物性發生了改變，儲層的滲透率和孔隙度有所降低，極易形成低孔隙度、低滲透率的儲層。

（2）運移方面。地震活動不僅對未固結的沉積物進行改造，對已固結的地層同樣具有改造作用，地震活動使巖層產生裂縫或者發生破碎，而這些裂縫在油氣的運移、聚集方面發揮著不可小覷的作用。

（3）蓋層方面。由于地震震級的不同對巖層產生的影響也不相同，在強烈的地震作用下泥巖和砂巖均會發生破裂，破裂改善了砂巖的儲集性能，而有可能導致良好的蓋層被破壞，作為蓋層的泥巖遭受地震產生裂縫，之后被砂質沉積物充填，使得蓋層的隔擋性減弱，如果發育有大量的地震裂縫很可能加速油氣的散失，不利于油氣成藏，故地震活動對油氣成藏的影響是我們在研究中不能忽視的課題。

在研究區內，尤其是在高臺子油層的巖心中見到了廣泛發育的震積巖，這對本區以致整個長垣以西地區的基礎地質研究和油氣成藏研究都具有重要意義。

［1］ Seilacher A.Fault-graded bed interpreted as seismites［J］.Sedimen-tology，1969，13（1-2）：155-159.

［2］ 魏垂高，張世奇，姜在興，等.東營凹陷現河地區沙三段震積巖特征及其意義［J］.沉積學報，2006，24（6）：798-805.

［3］ 魏垂高，張世奇，姜在興，等.塔里木盆地志留系震積巖特征及其意義［J］.地質學報，2007，81（6）：827-833.

［4］ 楊劍萍，王輝，陳世悅，等.濟陽坳陷古近系震積巖特征［J］.沉積學報，2004，22（2）：281-286.

［5］ 陳世悅，袁文芳，鄢繼華.濟陽坳陷早第三紀震積巖的發現及其意義［J］.地質科學，2003，38（3）：413-424.

［6］ 袁靜.山東惠民凹陷古近紀震積巖特征及其地質意義［J］.沉積學報，2004，22（1）：41-46.

［7］ 付文利，王艷琴，楊光，等.東營凹陷沙三段、沙四段震積巖研究［J］.油氣地質與采收率，2004，11（2）：6-8.

［8］ 王化愛，鐘建華，陳鑫，等.蒙古塔木察格坳陷白堊系震積巖特征及其地質意義［J］.地質學報，2008，82（8）：1088-1094.

［9］ 王化愛，鐘建華，隆鋒.蒙古南貝爾凹陷白堊紀地震作用的證據［J］.沉積學報，2008，26（6）：975-981.

［10］ 楊玉芳，鐘建華，王海僑，等.松遼盆地青山口組震積巖特征及油氣地質意義［J］.西南石油大學學報（自然科學版），2010，32（3）：41-49.

［11］ 趙衛衛，查明，楊劍萍.中國震積巖研究綜述［J］.地層學雜志，2006，30（2）：172-176.

［12］ 王大洋.震積巖的特征及識別標志研究［J］.勝利油田職工大學學報，2009，23（6）：34-35.

［13］ 李元昊，劉池洋，王秀娟.鄂爾多斯盆地三疊系延長組震積巖特征研究［J］.沉積學報，2008，26（5）：772-779.

［14］ 周曉東，陳躍軍.吉南地區晚震旦世震積巖特征［J］.吉林地質，1998，17（4）：24-29.

［15］ 劉鵬舉.河北平泉中元古代高于莊組震積巖及地震節律［J］.現代地質，2001，15（3）：266-268.

［16］ 杜遠生，韓欣.論震積作用和震積巖［J］.地球科學進展，2000，15（4）：389-394.

［17］ 李元昊，劉池洋，王秀娟.鄂爾多斯盆地三疊系延長組震積巖特征研究［J］.沉積學報，2008（5）：1-8.

［18］ 王化愛，鐘建華，隆鋒.蒙古南貝爾凹陷白堊紀地震作用的證據［J］.沉積學報，2008（6）：1-7.

［19］ 楊仕維，李建明.震積巖特征綜述及地質意義［J］.巖性油氣藏，2008（1）：1-6.

［20］ 王昌勇，鄭榮才，高振中.準噶爾盆地下侏羅統八道灣組震積巖的發現及其研究意義［J］.地質論評，2008，54（6）：821-826.

［21］ 王克，劉顯陽，趙衛衛，等.濟陽坳陷陽信洼陷古近紀震積巖特征及其地質意義［J］.巖性油氣藏，2008，20（2）：54-59.

［22］ 田敏.汶川地震“震積體”形成模式研究［D］.成都：西南石油大學，2010.

［23］ 王威.龍門山謝家店震積體發育特征及其控制因素分析［D］.成都：西南石油大學，2010.