遼河坳陷西部凹陷XX井單井沉積相分析

劉 寧，代宗仰

(西南石油大學 地球科學與技術學院，四川成都 610500 )

本文通過研究沉積相的標志、沉積相類型分析，對XX井沙河街組四段高升、杜家臺油層進行巖石沉積特征、沉積相組合特征的研究，分析巖性差異原因，得出沙四沉積初期研究區為干旱氣候，水體偏堿性，有利于湖相碳酸鹽的沉積，高升中晚期，湖盆基底沉降十分強烈，出現了顯著的西抬東降、北抬南降的變化，斷裂活動強烈，湖盆擴張，湖盆水體強烈加深，在高升沉積末晚期，湖盆略有萎縮，湖平面開始下降，杜三層沉積時期，發育一個快速湖侵緩慢湖退的沉積旋回，杜二沉積早期，水體較深，發育了湖泊相沉積體系。杜二層中晚期和杜一層沉積時期，扇三角洲相沉積較高升層及杜三層沉積時期發育。

1 研究區地質概況

研究區位于渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷的中北部，東部以臺安-大洼斷裂為界，西至古近系沙四段尖滅線，包括陳家、臺安兩個次級洼陷。渤海灣盆地是在中生界盆地之上發育起來的一個新生代大陸裂谷型盆地，西部凹陷是遼河坳陷內最大的一個次級負向構造單元，總體上呈北東向展布，是一個東斷西超、東陡西緩的狹長箕狀斷陷。研究區斷層在縱向上分布具有鮮明的特點，即除了東部臺安-大洼走滑斷層幾乎斷開從太古界至新生界的地層外，其它地區的地層剖面上存在著上下兩個斷裂系統。

上部斷裂系統主要分布于東營組至沙三段，均為正斷層。下部斷裂系統分布于基底、沙四段至沙三段，主要以不同級別的基地斷裂為主，斷層傾角較陡，斷層面平直，斷距大小不一，斷層為同向或反向正斷層，使凹陷斜坡帶呈現凹隆相間的構造格局。

2 地層劃分與特征

古近系沙河街組四段：頂深2494m，底深2793m。

分層依據：雙側向曲線表現為中低阻值呈指狀和刺刀狀形狀的中高阻值，部分層位呈低阻值的鋸齒狀。

由于研究區已經過多年勘探，對地層層系的命名已經形成一套完整的體系。在對沙河街四段內部各個次級層段劃分和對比時，在堅持等時地層對比原則的基礎上，充分兼顧了生產現場的原有地層名稱。即以五級旋回層序Ⅰ對應高升層(S4g2)，層序II對應杜家臺油層的杜三層(S4d3)，層序Ⅲ和層序Ⅳ的上升半旋回對應于杜家臺油層的杜二層(S4d2)，層序Ⅳ的下降半旋回對應于杜家臺油層的杜一層(S4d1)(見圖1)。

西部凹陷沙四段與上覆沙三段地層在凹陷大部分區域呈整合接觸，兩者在電性以及巖性等方面存在明顯的差異性。

XX井沙四段頂部主要為大套深灰色泥巖，而上覆的沙三段底部則為大套灰色細砂巖夾薄層深灰色泥巖。電性曲線方面沙三段底部GR具有明顯的左偏移，其值在6080API左右，平均約為70API，電阻率曲線具有明顯的右偏移，其值偏高，呈鋸齒狀；沙四段頂部GR具有明顯的右偏移，其值約在80API，電阻率曲線具有明顯的左偏移，呈平坦基形。

圖1 沙四段地層劃分圖-XX井為例

沙四段底部與下伏房身泡組存在不整合面，不整合面上的巖性與電性均具有明顯的差異性。房身泡組的巖性以火山巖為主，GR曲線和電阻率曲線均具有明顯的左偏移，GR值在20～40API之間，平均約為30API，與上覆沙四段底部分界明顯，沙四段底部GR曲線值表現為中高值，在70API-100API之間，約為82API。

地層巖性特征：上部主要為泥巖、細砂巖與油頁巖的不等厚互層為主，泥巖發育厚度較大，中部發育白云質灰巖、灰質泥巖、泥巖的不等厚互層，白云質灰巖為中部的主要發育巖性，下部發育泥巖夾油頁巖、泥質灰巖的不等厚互層，底部發育灰質白云巖夾泥巖。

3 沉積相標志

通過巖心觀察、薄片鑒定，發現，XX井沙四段主要以細粒沉積為主，并將XX沙河街組沙四段巖石類型劃分為碎屑巖類、碳酸鹽巖類、以及混合沉積巖類三大類，各類又可進一步劃分為若干巖石類型，它們各自特征如下：

3.1 碎屑類

3.1.1 泥巖

泥巖以灰色和深灰色為主，顏色均勻，質地不純硬度稍大，成巖性良。該井還發育灰質泥巖，含量較少，主要發育在沙四段的中下部。

3.1.2 砂巖

該井主要在沙四段的杜一層發育淺灰色中至厚層狀細砂巖和中層狀含礫中砂巖，硬度較大。

3.2 碳酸鹽巖類

碳酸鹽巖類是沙四段巖石學類型的重要組成部分，沙四段碳酸鹽巖類主要有三種巖性，分別為泥質灰巖、泥質白云巖和白云質灰巖。

3.2.1 泥質灰巖

XX井沙四段泥質灰巖多為深灰色和灰黃色兩種顏色，反應的沉積環境不同，深灰色較灰黃色水體深，一般泥質灰巖多發育溶蝕孔隙，裂縫欠發育，裂縫多被方解石或方沸石充填。

3.2.2 泥質白云巖

該巖性是該井沙四段杜家臺三層最為發育的巖石類型，其顏色一般為灰黃色。白云石含量一般較高，泥質含量較低，常見紋層構造和揉皺變形構造。泥質白云巖的儲集空間一般為微裂縫-微孔隙為主，裂縫多為構造縫，偶見被方沸石充填的裂縫，一般這種裂縫充填的方沸石硬度大。

3.2.3 白云質灰巖

雷15井白云質灰巖多為灰色，偶見灰黃色，主要成分是泥晶方解石。

3.3 混合沉積巖類

沙四段的巖性劃分除了為碎屑巖和碳酸鹽巖兩大類，還有它們之間的混合沉積巖類，且混合沉積巖類占沙四段巖石學類型的主要部分。該區的混合沉積巖主要由碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積,其類型較多，結構比較復雜。

3.3.1 結構混合沉積巖

此類巖石類型在沙四段分布較為常見，其中包括泥質白云巖、泥質灰巖、灰質泥巖和白云質泥巖等多種類型。

3.3.1．1 泥質碳酸鹽巖

泥質碳酸鹽巖是雷家西部凹陷沙四段主要的沉積產物。巖性主要以灰黃色、褐黃色泥質灰巖或泥質云巖為主。一般發育在水動力較弱的環境下。

3.3.1．2 灰質泥巖或云質泥巖

灰(云)質泥巖在全區均有發育，特別是在沙四段杜二層、杜三層以及高升層較為發育，顏色以深灰色為主，多發育在深部凈水環境中，常見水平紋層。以雷15井為例，灰(云)質泥巖主要發育在沙四段杜三層和高升層，是陸源碎屑與碳酸鹽巖混合沉積的產物，具水平穩層。

3.3.2 互層混合沉積巖

3.3.2． 1 泥巖與碳酸鹽巖交互沉積

由XX井沉積儲層綜合柱狀圖可以明顯看出，在沙四段杜二層至沙四底部發育明顯的泥質碳酸鹽巖與泥巖的交互不等厚成層，紋層構造較為發育，薄片鑒定結果顯示紋層類型主要為富方沸石紋層和富白云石紋層。亮色紋層是富白云石、富方沸石紋層，由較純凈的的微晶白云石或方沸石與陸源碎屑長石、石英組成，富方沸石紋層一般硬度較大，巖心顯示多為白色。

3.3.2．2 油頁巖

本井段油頁巖顏色為深褐色，反映缺氧的還原環境，油頁巖常與泥質白云巖、泥巖互層出現，是弱水動力條件下的產物。

4 沉積相類型

在區域地質資料及前人研究成果收集和整理分析的基礎上，采用相標志結合鉆井巖心的精細觀察與描述，結合錄井測井等資料的綜合分析，對XX井剖面可分為湖泊相和扇三角洲相兩種類型，又可進一步劃分為前三角洲、扇三角洲前緣、半深湖-深湖三種亞相以及前三角洲泥、遠砂壩、河口沙壩、水下分流河道、灰泥質湖底、泥質湖底等多種微相(表1)。

表1 西部凹陷XX井沙四段沉積相分類簡表

4.1 扇三角洲相

XX井沙四段杜一層和杜二層的下降半旋回為扇三角洲相的典型代表(圖)，深度在2493～561m之間，主要為深灰色泥巖，夾少量淺灰色砂巖，儲層的物性較差，可見油氣顯示。根據巖性可進一步劃分為前扇三角洲和扇三角洲前緣兩個亞相。

4.1.1 前扇三角洲亞相

前扇三角洲泥微相(圖2)

前扇三角洲泥微相：巖性主要以厚層狀泥巖為主，泥巖厚度可達20m左右，顏色主要為深灰色，在電性方面，自然伽馬表現為低幅度的鋸齒狀；電阻率曲線表現為平坦基形，反映水體較為平穩，沉積巖性單一。

圖2 XX井前扇三角洲泥和扇三角洲前緣遠砂壩微相

4.1.2 扇三角洲前緣亞相

可分為河口沙壩和遠砂壩兩種沉積微相(圖2、3)

圖3 XX井扇三角洲前緣河口沙壩微相

圖4 XX井泥灰質湖底電性曲線特征

河口沙壩微相：位于水下分流河道的河口處，是河水與湖水劇烈交鋒區，沉積速率較高，沉積物主要以分選好的細砂巖和粉砂巖組成，成層厚度為中至厚層狀，以發育向上變粗的沉積序列為特征。XX井沙四段上部發育一套扇三角洲前緣河口沙壩微相(圖)，巖性下部為淺灰色細砂巖、上部為含礫細砂巖。電測曲線表現為中、低幅度的漏斗形。

遠砂壩微相：位于河口沙壩前方較遠位置，又稱末端沙壩。XX井沙四段杜一層中部發育遠砂壩微相，巖性主要為淺灰色細砂巖。

4.2 湖泊相

湖泊相沉積是沙四段最主要的沉積類型，具有厚度大、范圍廣的沉積特點。沙四段沉積初始時期,湖盆范圍相對較小,基底塊斷作用以及房身泡期的巖漿活動形成了多個水下低隆及高出湖面的水上隆起區,在隆凹相間的古地理格局中,水上隆起區主要處于無沉積的侵蝕狀態,水下低隆起區由于多處于湖盆浪基面之上而發育淺湖亞相碳酸鹽粒屑灘沉積,其它淺洼區主體以接受淺湖亞相泥巖為主,深洼區主要發育半深湖-深湖亞相泥質碳酸鹽巖或泥巖；至沙四段沉積的中晚時期,由于基底的不斷沉降,湖盆范圍逐漸擴大,早期隆凹相間的古地貌特征也由于沉積充填作用而變得不明顯,主體以湖相泥頁巖和含灰(云)質泥巖為主,碳酸鹽沉積不如早期發育;沙四末期,湖盆范圍有一定的收縮,在湖盆邊緣的陸源碎屑沉積相對增多。

圖5 XX井泥質湖底電性曲線特征

4.2.1 半深湖-深湖亞相

半深湖-深湖亞相是浪基面下的相帶，浪基面與氧化界面之間的部分稱為半深湖亞相，氧化界面下的部分稱為深湖亞相，由于該井的兩個亞相很難明顯的區分開，所以稱之為半深湖-深湖亞相。沙四段沉積時期主要為半深湖-深湖亞相沉積,其巖石類型主要為泥巖、油頁巖及泥質碳酸鹽巖。通過分析將該井的半深湖-深湖亞相分為泥質湖底微相、泥灰質湖底微相、云泥質湖底微相、灰泥質湖底微相這四個微相。

4.2.1.1 泥灰質湖底微相(圖4)

泥灰質湖底微相的巖性主要是灰黃色白云質灰巖，同時也可見層狀灰質泥巖，如2626～2679m。白云質灰巖發育紋層構造，由于發育方沸石巖性，使得該微相的電性曲線在部分層位存在異常，自然伽馬值約在40～120API，電阻率值較高，達到上百Ω·m。

4.2.1.2 泥質湖底微相(圖5)

泥質湖底微相的巖性主要為深灰色泥巖夾薄層油頁巖，如XX井2700～2743m。泥巖常發育紋層構造，自然伽瑪值約在60～80API，電阻率值較低約在1～10Ω·m。

4.2.1.3 云泥質湖底微相(圖6)

該微相的巖性主要以云質泥巖為主，另外常見與泥巖或泥質白云巖互層沉積，見XX井2778～2793m。云質泥巖發育紋層構造，常具水平層理。自然伽瑪值較高，在60～110API左右；電阻率曲線值在1～40Ω·m。

4.2.1.4 灰泥質湖底微相(圖7)

該微相巖性主要以深灰色灰質泥巖、灰黃色泥質灰巖為主，夾薄至中層狀深灰色泥巖，見XX井2680～2698m、2743～2793m。灰質泥巖發育水平層理，自然伽瑪值在45～85API之間，電阻率曲線值在5～20Ω·m之間。泥質灰巖紋層發生變形，多發育微裂縫，自然伽瑪值約在57～82API之間，電阻率曲線值在10～110Ω·m。

5 結論

通過對西部凹陷雷家地區XX井單井沉積相和沉積體系的研究，得到以下幾點認識,見圖8。

圖8 XX井沉積儲層綜合柱狀圖

(1)古近系沙河街組四段：頂深2494m，底深2793m。通過巖心觀察、薄片鑒定，將XX井沙河街組沙四段巖石類型劃分為碎屑巖、碳酸鹽巖以及混合沉積巖類三大類，各類又可進一步劃分為若干巖石類型。其中碎屑巖為泥巖和砂巖類，泥巖類包括泥巖、灰質泥巖、云質泥巖等，砂巖類包括含礫細砂巖和細砂巖；碳酸鹽巖類主要包括泥質云巖和泥質灰巖；混合沉積巖類包括結構混合沉積巖和互層混合沉積巖。

(2)沙四段沉積時期主要為湖泊相沉積，沙四段上部沉積扇三角洲相沉積，通過相標志研究，可將湖泊相分為半深湖-深湖亞相沉積，進一步分為泥質湖底、云泥質湖底、灰泥質湖底和泥灰質湖底等微相；扇三角洲相可分為前扇三角洲和扇三角洲前緣亞相，進一步分為前扇三角洲泥、河口沙壩和遠砂壩等微相。

(3)研究發現XX井沙四段存在多個沉積旋回，反映了多期次水體變化，第一旋回上部主要為灰質泥巖和泥巖，夾油頁巖下部主要為泥質灰巖夾泥巖，底部主要為含砂云巖和泥巖；第二旋回上部主要為泥質灰巖、灰質泥巖，含少量云質灰巖、油頁巖和砂巖，中部和下部主要為云質灰巖；第三旋回上部主要為砂巖與泥巖，中部為泥巖和云質灰巖、砂巖、含砂云巖互層，下部為灰質泥巖、云質灰巖和泥巖互層。