烏爾遜凹陷下白堊統層序地層研究①

秦雁群 鄧宏文 侯秀林 郭 佳 梁 旭 魏海鵬

(1.中國石油勘探開發研究院 北京 100083;2.中國地質大學能源學院 北京 100083)

烏爾遜凹陷下白堊統層序地層研究①

秦雁群1鄧宏文2侯秀林1郭 佳2梁 旭2魏海鵬2

(1.中國石油勘探開發研究院 北京 100083;2.中國地質大學能源學院 北京 100083)

以構造層序地層學分析為主線,從斷陷盆地結構和古地貌的區域變化分析著手,利用地質、地球物理數據對烏爾遜凹陷下白堊統主要含油層段銅缽廟組、南屯組、大一段進行了層序地層研究。在識別了5個等時層序界面及區域鉆井剖面對比基礎之上,建立了該區目的層段層序地層格架。研究結果表明:凹陷沉積充填以及層序形成與構造演化相對應,具有階段性。凹陷結構控制地層充填樣式以及層序地層構型:西部陡坡帶沉積粗粒沖積扇-扇三角洲體系,東部緩坡帶沉積細粒河流三角洲和濱淺湖體系。其中,單斷斷階型結構發育加積型層序組疊置樣式;單斷斷槽型結構發育加積或進積層序組疊置樣式;單斷斷超型結構發育類似被動大陸邊緣緩坡型層序。根據烏北地區構造古地貌及對沉積層序類型控制分析認為,該區主要儲集體是位于大一段層序低位滑塌濁積巖,油藏類型為巖性-構造油藏,而非前人認為南二段頂部構造油藏。

烏爾遜凹陷 層序地層 盆地結構 構造古地貌

烏爾遜凹陷是一發育于古生界基底之上并被中、新生界斷裂復雜化的斷陷型盆地,有關凹陷下白堊統層序地層研究目前多基于原地質分層進行,受地震數據體質量以及認識的差異,層序劃分結果并不一致[1,2]。目前,有關斷陷盆地層序劃分的級次探討及區域可對比性并沒有取得統一的認識[3～6]。所采用的層序地層劃分方法與劃分標準也不盡一致[7]。另外,受其構造活動的復雜性以及沉積相多變性,復雜斷陷盆地層序構型的控制因素也一直存在著爭論[8,9]。本文在分析了烏爾遜凹陷充填演化及各構造單元結構基礎之上,運用構造層序地層“控型”“控源”“控砂”原理[10],綜合利用研究區巖心、鉆/測井、地震資料,巖-電標定、井-震結合,識別以構造沉降速率和沉積物供給速率為主導因素的可容納空間變化與沉積物供給比值(A/S值)變化所導致層序地層疊加樣式的變化規律,以各關鍵層序界面,特別是湖泛面以及區域不整合面約束進行區域層序地層劃分與對比,進而對烏爾遜凹陷下白堊統層序進行了相關研究,以期指導該區下一步油氣勘探方向。

1 區域地質概況

圖1 烏爾遜凹陷區域構造位置與構造單元劃分Fig.1 Tectonic location and division of tectonic units in Wuerxun depression

烏爾遜凹陷位于海拉爾盆地中南部,是一典型的西斷東超箕狀斷陷。北臨新寶力格凹陷,往南與貝爾凹陷被北西向巴彥塔拉走滑構造帶分割,東西被巴彥山隆起與嵯崗隆起圍陷,走向北東東,面積約2 350 km2。凹陷內主要發育近SN向烏西、烏中控陷斷裂,其次發育了NEE向蘇仁諾爾走滑斷裂帶、NE向黃旗廟斷裂帶以及這些主要斷裂帶伴生的次級斷裂等。平面上分布主要受邊界隆起、基底構造、構造應力場以及構造調節帶聯合控制,與南部貝爾凹陷平面組合為“S”型展布[11]。研究區不同級次的斷裂組合形成斷階構造體系、壘塹構造體系以及斷斜坡構造體系,并形成凹陷南北分塊、東西分帶的構造格局(圖1)。

凹陷內主要沉積白堊系,從老到新主要包括裂陷期銅缽廟組、南屯組;斷-拗轉換期大磨拐河組;拗陷期伊敏組、青原崗組。根據區域鉆井資料以及前人研究成果可知,凹陷主要生油巖系為南屯組,儲集層為南屯組二段和大磨拐河組一段(大一段)低位,其次為銅缽廟組,區域性蓋層為大磨拐河組,南屯組和伊敏組一段為局部性蓋層。本次研究的目的層段為銅缽廟組、南屯組、大一段。

2 層序地層格架的建立

2.1 層序地層關鍵面的識別

烏爾遜凹陷充填序列所顯示的階段性反映了凹陷形成的幕式變化過程,期間受構造隆升速率、侵蝕速率與沉積速率的差異,凹陷邊緣以及凹陷內隆升部位形成了不同級別的區域不整合面(如:T5、T3、T22、T2)及局部不整合面(如:T23、T21),這些明顯的界面為本區三級層序的劃分與對比提供了依據。

圖2 烏爾遜凹陷下白堊統充填序列與研究層段層序地層劃分Fig.2 Strata filling of Lower Cretaceous and division of sequence stratigraphy in objective formation in Wuerxun depression

表1 烏爾遜凹陷銅缽廟組、南屯組、大一段層序關鍵界面特征Table1 Characters of the key sequence boundaries of K 1 t,K 1 n and K 1 d1 in W uerxun depression

(1)層序界面的識別

斷陷盆地層序界面的識別必須從地震層序地層學分析入手,根據地質事件在地震剖面的響應形成不同的地震反射終止關系:削截、頂超、上超、下超,利用地震剖面系統性、連續性、區域性分布的優勢,識別和對比不同等級的古構造和古沉積間斷面以及其它有區域對比意義的沉積界面;利用鉆/測井剖面上巖-電反映特征,選擇研究區恰當的測井曲線系列,根據曲線基值突變、偏移等特征綜合分析地層巖性組合與沉積地層序列,確定地層層序界面測井曲線特征響應;利用聲波和密度資料進行正演,通過合成地震記錄與井旁地震道的相關性可精確標定地質層位與地震相位對應關系,標準層對比和波組對比并重、相互校正,從而獲得精確時-深關系;通過巖心觀察所反映巖石物理性質的垂向變化、相序和相組合的垂向變化、旋回的疊加樣式和地層幾何結構關系等識別不同級次的基準面旋回界面,并對井、震數據校正。由此,識別了烏爾遜凹陷銅缽廟組、南屯組、大一段5個三級層序邊界,從下往上分別命名為SB1～SB5(圖2),各界面特征見表1、圖2。

(2)湖泛面的識別

斷陷型盆地不僅發育多期不整合,更主要的是斷裂構造運動復雜,后期構造運動破壞明顯,多期斷裂活動和后期構造反轉不僅影響了地震反射資料的品質,而且在某些構造部位改變了原始地層沉積產狀,由此造成地震反射終端性質的改變,如原始地層前積現象可能由于斷裂作用或構造反轉形成上超的假象。然而湖泛面由于穩定湖泛泥巖的存在,地震反射特征明顯,容易識別且區域可對比性強,在層序地層研究過程中必須予以足夠重視。

在對烏爾遜凹陷研究目的層巖、電、震資料綜合分析基礎上,從下往上,識別了4個較大規模的湖泛面F1～F4,多為相對較純的泥巖段,在測井曲線形態上,主要位于向上變細的測井響應與向上變粗的測井響應的轉折處,電測曲線的幅值最低。這些界面處沉積趨勢由退積向進積疊加樣式轉換特征明顯(表1)。

2.2 區域層序地層對比

在單井層序地層學分析的基礎上,結合研究區地震資料、測井資料及地質資料等進行井間層序剖面對比,通過追蹤長期基準面旋回界面完成對全區層序劃分和對比,從而建立該區三級層序骨干剖面。圖3是過烏爾遜凹陷扎和廟洼槽、烏北洼槽和烏南洼槽典型井連井剖面對比。其中,層序SQt以基準面上升半旋回為主,構成“上升不對稱”型旋回結構,底部以低水位期的粗碎屑、快速沉積為特征,在經歷較短高水位期沉積后,整體抬升形成區域不整合面,即層序界面SB2。至層序SQn1、SQn2沉積時期,受前期生長斷層影響,凹陷沉降速率增大,湖泊水體加深,水域面積擴大,形成以灰色、灰黑色泥巖沉積的湖泊環境為主。受局部構造控制,地層沉積厚度變化較大,但基準面旋回的對稱性較SQt時期明顯。SQd1沉積時期,總體地層厚度變化不大,且旋回的對稱性最為明顯,構造因素影響明顯減弱,反映基準面震蕩性下降、湖盆沉積范圍震蕩性萎縮的沉積過程。

圖3 烏爾遜凹陷鉆井剖面對比Fig 3 Correlation of drilling holes profile in Wuerxun depression

2.3 構造演化與層序地層的形成

烏爾遜凹陷是疊置于內蒙-大興安嶺古生代碰撞造山帶之上的中-新生代伸展型斷陷-拗陷盆地[11]。其形成發育具有典型的裂谷盆地幕式演化特征,可以劃分為四個階段,受不同演化階段凹陷結構的控制,各沉積-構造演化期層序地層充填特征迥異(圖2、圖4)。

(1)強烈拉張期(135～132.9 Ma):大致相當于銅缽廟組沉積時期,為一套雜色砂礫巖夾薄層泥巖組成的沖積扇、濱淺湖以及淺水三角洲與河流相沉積體系,厚度約500～800 m,是本區一套重要的烴源層。盆地沉降速率約為150 m/Ma,沉降曲線表現為陡傾的斜線段,總沉降量大,超過1 800 m。頂底界均為區域性角度不整合面,可以劃分為一個三級層序SQt。這一時期古地形差異大,凹陷西部邊緣烏西、烏中斷裂組合控制其呈不對稱半地塹式箕狀發育。不同構造位置基準面旋回對稱性相差較大,主要以基準面上升期發育為主。

(2)快速沉降期(132.9～129.8 Ma):大致相當于南屯組沉積時期,沉降史分析顯示,沉降速率約130～170 m/Ma,總沉積厚度約為250～600 m,沉積物巖性以灰黑色泥巖夾粉砂、砂巖組合為主,局部發育油頁巖、煤層。西部陡坡以扇三角洲沉積作用為主,烏東斜坡帶以及北東部緩坡主要發育辮狀河三角洲沉積體系。初期沉降中心主要由SQt期控陷斷層邊界向凹陷中心遷移,后期向西北方向遷移。其中南一段頂部為一局部角度不整合面,與地震反射層T23相當,因此將這一時期的沉積地層劃分為兩個三級層序SQn1、SQn2,在層序SQn2沉積后期,構造活動增強,地殼抬升剝蝕,與上部大磨拐河組呈平行不整合或角度不整合接觸關系。

(3)斷-拗轉換期(129.8～122.3 Ma):相當于大磨拐河組沉積時期,該時期凹陷結構基本定型,它代表了現今凹陷結構形態?？傮w沉積量較大,但沉積速率明顯減小,小于100 m/Ma,基本為一穩定沉降過程,構造因素影響逐漸減弱,凹陷表現為向拗陷轉換的特征。沉積物以灰、灰黑色泥巖夾泥質粉砂巖、中薄層砂巖,厚度約500～900 m,沉積體系以辮狀三角洲、深湖-半深湖為主。本次研究目的層段包括大一段地層(SQd1),其頂部表現為一微角度不整合或整合接觸,可以確定為一三級層序界面。

(4)拗陷期(122.3～83 Ma):大體相當于伊敏組沉積期,代表裂后拗陷早期階段沉積特征,主要發育沖積-河流相、湖沼相沉積,巖性為灰色泥巖與粉砂、砂巖不等厚互層夾煤層,厚度變化相對較大,一般在500～1 000 m左右,沉降速率明顯減小,約為30 m/Ma。后期受EW向壓扭構造作用發生反轉,發育規模不大,湖盆顯著萎縮。

3 盆地結構對層序構型控制作用分析

受控凹斷裂性質、活動時間、活動強度控制,盆地內各負向構造單元結構、基底沉降幅度和破壞程度不同,由此造成地層原始沉積厚度和保存程度的明顯差異性,沉積特征也有顯著區別。從而決定了凹陷沉降中心和沉積中心分布,并控制層序地層結構,包括層序界面性質、分布范圍、地層厚度與充填樣式的變化。因而斷陷盆地區域層序地層研究必須考慮盆地內各次級構造單元的結構,特別是凹陷內各洼槽結構特征對層序構型的控制作用。

烏爾遜凹陷下白堊統沉積時期,雖然總體上表現為西斷東超的格局,但凹陷內各洼槽結構差異較大,北部扎和廟洼槽受黃旗廟斷裂帶控制形成單斷斷階式結構,自西向東依次為斷階帶-洼槽帶-斜坡帶。從銅缽廟組層序(SQt)到大一段層序(SQd1)時期,洼槽沉降中心由初期的洼槽中部逐漸向NW遷移后又向SE向遷移,反映洼槽由擴展到萎縮整個變化過程。其中南一段層序(SQn1)沉積期斷階帶斷裂活動加強,造成地層充填楔狀明顯,而南二段層序(SQn2)沉積期由于沉積物供給充分,洼槽充填地層厚度最厚,之后斷裂活動減弱,SQd1期地層充填最薄,湖盆逐漸過渡為拗陷特征,基本不受斷裂影響(圖4A)。剖面層序樣式明顯受盆緣主控斷裂以及斷階帶處斷裂控制,在斷階帶,層序砂質沉積明顯加厚。疊置的次級層序高位域以扇三角洲沉積為主,低位域主要沉積了沖積扇-扇三角洲體系,總體以加積型層序組疊置樣式為特征(圖4A')。

圖4 洼槽結構對地層充填構型的影響(A。扎和廟洼槽;B。烏北洼槽;C。烏南洼槽)(剖面位置見圖1)Fig.4 Controlling on stratigraphic configuration by architecture of different sags (A Zha Hemiao sag;B Northern Wuerxun sag;C Southern Wuerxun sag)

烏北洼槽在烏西斷裂與蘇仁諾爾走滑斷裂帶聯合控制下形成了單斷斷槽式結構,自西而東分布有斷階帶-洼槽帶-斷鼻帶-斜坡帶。洼槽充填地層在SQt時期最厚,其后地層充填都較薄。沉降中心隨著烏西斷裂的不斷活動逐漸向NW遷移,受烏西斷裂在該地區傾角較緩的影響,斷裂傾向牽引作用較弱, SQn1～SQd1時期的地層充填橫向厚度變化也小,并穩定向烏東斜坡帶逐漸超覆,是整個凹陷各沉積時期斷裂控制地層發育作用最弱的洼槽(圖4B)。這種結構陡坡帶仍以扇三角洲高位域沉積以及沖積扇-扇三角洲低位域沉積為主,洼槽沉積中心總體偏向陡坡帶。東部緩坡帶河流-三角洲體系受斷槽反向同生斷裂控制,斷坡處發育加積或進積層序組疊置樣式,低位扇體較發育(圖4B')。

烏南洼槽的發育主要受烏西斷裂的控制,形成了由西向東呈斷裂帶-洼槽帶-超覆帶分布的單斷斷超式結構。由于烏西斷裂在該地區傾角大且處于長期活動狀態,受其影響洼槽沉降中心逐漸向西遷移,沉積地層厚度在各時期變化都較大,均表現為楔狀。洼槽內物源主要來自烏東斜坡帶,受河道下切以及調節斷裂的發育,烏東斜坡帶發育了較多大小不一的地形坡折和斷裂坡折,控制洼槽的物源供給以及砂體展布(圖4C)。這種結構的洼槽剖面層序樣式主要受盆緣主控斷裂控制,自陡坡帶向緩坡帶沉積層序逐漸超覆、減薄、尖滅,早期層序被下切(圖4C')。

4 基于古構造-地貌的層序構成分析

斷陷盆地內的斷層、斷鼻、凸起(或地壘)、向斜可構成盆地內主要的古地貌單元,一般都具有同沉積特征,對洼陷內沉積體系的發育及分布有不同程度的影響?；诠艠嬙?地貌分析有助于沉積體系類型與分布的預測。下面僅以烏北地區為例說明古構造與古地貌對層序地層低位域形成、沉積類型與分布的控制作用。

圖5 烏爾遜凹陷北部層序SQd1低位體系域晚期構造古地貌與沉積體系分布模式Fig.5 Distribution of structural paleogeomorphologic and deposition system of late lowstand systems tract of sequence SQd1 in the northern Wuerxun depression

通過研究區層序關鍵界面的識別以及區域層序地層對比,建立了烏北地區區域層序地層格架,結合凹陷構造演化特征以及洼槽結構分析,在對研究區密集鉆井以及地震剖面解釋基礎上,通過地層壓實恢復、剝蝕厚度恢復等方法編制了烏北地區層序SQd1低位體系域晚期古構造地貌、同沉積斷裂以及沉積體系分布模式圖(圖5)。在沉積物供給充分的地區,如各洼槽的陡坡帶(圖5,位置1),層序體系域以加積型疊置為主;緩坡斷坡帶是緩坡帶可容納空間較大的位置,多形成有完整的體系域構成的Ⅰ型層序(圖5,位置2);在物源入洼主要通道的構造調節帶部位,低速沉降對可容納空間變化控制較弱,這些部位以加積或進積型疊置樣式為主,體系域發育也較為完整(圖5,位置3)。

在層序SQd1沉積時期,烏北洼槽深湖沉積范圍以及扎和廟洼槽淺湖-半深湖沉積范圍明顯受烏西斷階帶以及蘇仁諾爾走滑構造帶等構造古地貌限制。物源供給主要經斷裂坡折或斷裂組合形成的構造調節帶處從不同方向注入盆地,發育了不同規模大小的扇三角洲以及斷裂坡折處的滑塌濁積扇沉積。其中,烏北地區蘇131塊、蘇102塊油藏儲層即為來自于北東向三角洲物源體系在經蘇仁諾爾斷裂帶北部斷裂坡折帶處滑塌作用形成低位域濁積扇體。這套透鏡狀低位濁積砂體在烏北地區廣泛發育,并位于SQd1層序底部區域性不整合面之上,受上部大一段泥巖層的有效封堵,不僅可以形成斷塊圈閉,還可以形成砂巖透鏡體和砂巖上傾尖滅等巖性圈閉。這一認識為烏北地區油氣勘探提供了依據。

5 結論

(1)盆地結構控制地層充填樣式以及層序地層構型:烏爾遜凹陷西部陡坡帶以粗粒沖積扇-扇三角洲體系沉積為主,東部緩坡帶以細粒河流三角洲和濱淺湖沉積體系為主。其中,扎和廟洼槽為單斷斷階型結構,斷階帶以加積型層序組疊置樣式為特征;烏北洼槽為單斷斷槽型結構,緩坡帶斷坡位置層序以加積或進積層序組疊置樣式為主,體系域發育較為完整;烏南洼槽為單斷斷超型結構,緩坡層序發育類似于被動大陸邊緣緩坡型層序,表現為向盆緣尖滅、超覆,其中早期形成的層序被下切。

(2)烏爾遜凹陷銅缽廟組、南屯組、大一段可以劃分為4個三級層序,5個層序邊界以及4個湖泛面,通過這些層序關鍵界面以及區域可識別的標志層面約束,以沉積物體積分配原理為指導,通過判別A/ S值變化規律進行了烏爾遜凹陷區域層序地層對比,建立了該區層序地層格架。研究表明,烏北地區主要儲集體是位于大一段層序低位滑塌濁積巖,物源來自北東構造調節帶處,其形成主要與區域構造古地貌和蘇仁諾爾斷裂北部斷裂坡折有關,油藏類型為巖性-構造油藏。

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Sequence Stratigraphy of Low Cretaceous in the Wuerxun Depression

QIN Yan-qun1DENG Hong-wen2HOU Xiu-ling1GUO Jia2LIANG Xu2WEIHai-peng2
(1.Research Institute of Petroleum Exp loration and Development,PetroChina,Beijing 100083; 2.China University of Geosciences,Beijing 100083)

Taking the structural sequence stratigraphic analysis as the thread,through the study of architecture of faulted basin and regional paleogeomorphology change analysis,based on the geological and geophysical data,this paper analyses sequence stratigraphy of themain oil formation K1t,K1n and K1d1of Low Cretaceous in Wuerxun Depression.Five isochronous sequence boundaries are identified by which regionalwell profiles are correlated,then the purpose layer sequence stratigraphic framework has been established.This study suggests that the sedimentary history ofWuerxun Depression includes a few stages corresponding with structural evolution.The pattern of strata filling and the structural of sequence are controlled by sag structure.Western steep slope of the depression,alluvial fan and fan delta are developed.But fine depositional system of fluvial delta and coastal shallow lake are developed in the eastern gentle slope of the depression.Among them,single fault bench type is developed as aggradational sequence sets pattern,single fault trough type is developed as aggradational or progradational sequence sets pattern,and single fault overlap type is similar developed as passive continentalmargin slope type sequences.Based on the tectonic paleogeomorphology and the sequence constitute analysis.Slump turbidities rock located in lowstand system tract of SQd1 is themain reservoir of northern Wuerxun Depression.It is lithologic-structural oil reservoir,rather than structural oil reservoir which at the top of K1n2 of predecessors.

Wuerxun Depression;sequence stratigraphy;basin architecture;tectonic paleogeomorphology

秦雁群 男 1982年出生 博士 構造地質學與層序地層學 E-mail:yqqin2003@163。com

P539.2

A

1000-0550(2011)06-1130-08

①國家科技重大專項(編號:2009ZX05009-002)資助。

2010-11-20;收修改稿日期:2011-01-19