黄河口凹陷古近系东营组沉积层序格架与油气聚集＊

傅 强付晓伟夏庆龙周东红李建平

(1.同济大学海洋与地球科学学院; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司; 3.中海石油(中国)有限公司天津分公司勘探开发研究院)

黄河口凹陷古近系东营组沉积层序格架与油气聚集＊

傅 强1付晓伟1夏庆龙2周东红3李建平3

(1.同济大学海洋与地球科学学院; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司; 3.中海石油(中国)有限公司天津分公司勘探开发研究院)

综合利用钻井、测井、岩心资料,在黄河口凹陷古近系东营组中识别出了5个三级层序界面,将东营组划分为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4等4个三级层序,分别对应于东一段、东二上亚段、东二下亚段和东三段。探讨了东营组层序格架内沉积体系展布特征及控制因素,认为SQ4层序主要受构造控制,湖盆边缘富砂,为东营组最有利勘探层位;SQ3层序受气候及湖侵影响,主要为泥质沉积,为区域盖层及烃源岩层之一;SQ1和SQ2层序主要受陆源物质供给影响,发育三角洲相砂体,在一定条件下可以富集油气。

黄河口凹陷 东营组 层序格架 控制因素 油气聚集

黄河口凹陷位于渤海海域东南部,北为渤南凸起,东为庙西凹陷,西南为垦东-青坨子凸起,东南为莱北低凸起,西为埕北凸起,面积约2 000km2(图1)。北东-南西向转换断层将黄河口凹陷分为东西2个次洼,钻探证实该凹陷为渤海海域油气聚集最丰富的凹陷之一。

图1 黄河口凹陷构造简图

渤海湾盆地古近纪发生的裂陷作用具有幕式渐进演化的特征[1],表现在黄河口凹陷的构造演化可进一步划分为4个裂陷伸展期,分别与孔店组、沙四段、沙三段、沙二段—东营组沉积时期相对应。每一裂陷伸展期后,凹陷内普遍经历了短暂的区域隆升,并使部分先期沉积的地层遭受剥蚀,形成了区域范围内可以对比的几个微角度不整合面或平行不整合面,使得每一裂陷期对应一个二级层序[2]。

东营组沉积期渤海湾盆地沉降和沉积速率最大,该时期黄河口凹陷伸展断层发生继承性活动的同时,沉积层中发育大量断层(未切入基底),使内部的沉积-沉降中心发生分散和不规则转移[3-6]。基于孢粉组合、藻类含量等微体古生物资料,结合有机地球化学特征分析,认为东三段及东二下段沉积期为温暖湿润的气候环境,东二上段及东一段沉积期整体为温干气候面貌,其中东二下段沉积期湖水为半咸水—咸水,遭受湖泛,造成湖平面大幅上升;而陆相断陷湖盆中层序边界的形成是由于沉积物表面高出沉积基准面(湖平面)或盆地基准面而发生剥蚀或非沉积作用。因此,黄河口凹陷东营组地层格架发育特征必将受构造活动、气候与水体的变化以及湖水面积的变化等因素的控制[7],而在地层层序格架控制下的沉积体系的发育又成为烃源岩与储层发育的基础。

利用地震剖面可以识别二级层序边界和部分三级层序边界,其它三级层序界面只能通过测井资料进行识别[8],而受地震剖面精度及其他资料的限制,针对东营组层序地层的划分一直存在较大分歧[9-10]。因此,详细划分黄河口凹陷东营组地层层序,探讨东营组地层层序格架下沉积砂体的发育展布规律及控制因素,对于指导该地区东营组进一步的岩性地层油气藏勘探具有十分重要的意义。

1 层序划分及界面特征

通过对地震、钻井、测井、岩心及古生物资料的综合研究,将黄河口凹陷东营组划分为4个三级层序,分别对应于东一段、东二上亚段、东二下亚段、东三段,定名为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。东营组地层内部共识别出2个三级层序界面,连同顶底共5个界面,分别命名为SB1、SB2、SB3、SB4、SB5(图2)。

图2 黄河口地区东营组层序地层综合图

(1)SB5层序界面 黄河口凹陷周边凸起(莱北低凸起、渤南凸起等)部位均缺失东三段,形成分布广泛的不整合面,因此,SB5层序界面是东营组与下伏沙河街组之间的天然层序界面,其界面特征为:在控边断层附近,界面之上为一套深湖环境的油页岩,界面之下为反映半咸水—咸水浅湖环境的白云岩、泥岩及油页岩沉积(图3-①);在斜坡带附近,界面之上为三角洲前缘沉积,单层砂体变厚,呈反旋回,显示进积特征,界面之下为浅湖相泥岩夹滩坝砂岩及鲕状灰岩(图3-②)。

(2)SB4层序界面 东二下段沉积时期黄河口凹陷与渤中凹陷连为一体,沉积物超覆于凹陷周边凸起之上,因此,SB4层序界面特征为:在斜坡带如 KL3-2-1井区,界面之上为辫状河三角洲水下分流河道含砾细砂岩沉积,界面之下为浅湖相泥岩局部夹滩坝砂体(图3-③);在陡坡及凸起带上,湖相泥岩直接覆于沙一段甚至基岩之上,测井曲线大幅阶跃(图3-④)。

(3)SB3层序界面 SB3层序界面上下凹陷湖盆物源供给性质发生了巨大变化,界面之上前三角洲沉积的绿色、灰色泥岩、泥质粉砂岩直接覆于半深湖—深湖相黑色泥岩之上,且界面上部出现厚层砂体,砂体或呈加积方式或呈反旋回的进积方式,显示陆源碎屑物质大规模供给,自然伽马及电阻率曲线均降低(图3-⑤及3-⑥)。

(4)SB2层序界面 SB2层序界面之上多为含砾砂岩、含砾不等粒砂岩,厚层砂岩夹泥岩,测井曲线呈高幅齿状箱型,为辫状河三角洲前缘水道沉积;界面之下砂岩多不含砾,泥岩含量较大,测井曲线为幅值较大的漏斗型或齿状漏斗型(图3-⑦)。

(5)SB1层序界面 SB1层序界面对应渤海湾盆地区域不整合界面,是黄河口凹陷整体由断陷转为拗陷的分界。界面附近岩心常见红层、古土壤层、底砾岩(图4),界面上下测井曲线基值阶跃,重矿物及其组合类型发生明显变化,古生物种类和数量存在明显差异。

2 层序体系域特征

体系域为同期沉积体系的组合,每个层序可划分为位于层序底界面与初始湖泛面之间的低位体系域、位于初泛面与最大湖泛面之间的湖侵体系域和最大湖泛面与层序顶界面之间的高位体系域。根据初始湖泛面和最大湖泛面对黄河口凹陷东营组三级层序进行了体系域的划分(图5),但由于SB1界面形成期渤海湾盆地发生构造反转,该区发生大范围剥蚀,部分区域只残余LST、TST,如BZ34-7-1井区。

3 层序沉积体系展布特征

每个层序在形成过程中均受到构造运动的剧烈程度、古气候的变化、地质周期的长短、湖平面相对升降幅度以及沉积物供给多少等因素的控制,从而造成各层序在地层分布、层序厚度、沉积体系特征及沉积速率等方面存在明显差异。黄河口凹陷东营组各个层序沉积展布比渤海湾盆地陆上大部分凹陷更为发育,表现出沉降中心向渤中地区转移的演化特征,同时在其发育过程中除SQ4层序在黄河口凹陷内发育外,其他各层序沉积展布均表现为与渤中凹陷层序沉积连为一体的特征。

(1)SQ4层序 SQ4层序发育时,渤海海域左行走滑-伸展应力场再次增强,地幔快速隆升,裂陷作用显著加大[1],控制盆地发育的早期构造断裂重新剧烈活动,黄河口凹陷湖盆大幅沉降。控边断层在重力作用下滑落时,断层面引起的瞬时卸载导致渤南低凸起及莱北低凸起均衡上升。虽然此时气候湿润,但由于可容纳空间的增加,周边凸起大幅隆起而处于剥蚀状态,湖盆面积较前期沙一、沙二期大幅减小,黄河口凹陷构成了独立的深水凹陷湖盆(图6a)。

以黄河口凹陷中央水下低凸起为界,两侧次洼靠近北部凸起同生断层处水体最深,主要沉积深湖相黑色泥岩、油页岩,局部发育扇三角洲及湖底扇沉积;受南部凸起陆源碎屑物质供应的影响,中央低凸起南部主要发育三角洲沉积体系,由于断层较多,湖盆底形复杂,使得该区域砂体的分布很不均衡;凸起带中部西侧的BZ33-1区受湖底断层及南部三角洲物质供给的影响,发育了大规模的湖底扇沉积,仅BZ33-1-1井砂体沉积厚度就达到了100m以上。因此,本期层序发育时黄河口凹陷东部次洼碎屑物质供给充足富砂,西部次洼富泥。

(2)SQ3层序 SQ3层序发育时,黄河口凹陷沉积整体表现为在SQ4层序之上大范围的超覆,斜坡带局部见辫状河水下分流河道沉积,凹陷中湖盆断陷活动不剧烈;同时,受SQ4层序沉积物沉积填平补齐作用的影响,凹陷湖盆底形较平缓,气候温暖湿润,发生了大规模的湖泛,湖泊范围急剧增加,渤南低凸起、莱北低凸起几乎都成为水下低凸起。该时期黄河口凹陷主要发育了湖泊相泥岩(图6b),部分区域湖相泥岩直接超覆于凸起基岩之上,东北部同生断裂附近局部发育湖底扇沉积;中央低凸起南部缓坡带发育三角洲沉积体系,砂体含量较少,富泥;湖盆局部靠近水下断层附近发育小规模湖底扇。

(3)SQ2层序 SQ2层序发育时,受SQ3层序沉积物填平补齐作用及水退的影响,以及渤中凹陷方向碎屑物质供给和周边部分凸起高部位的影响,黄河口凹陷主要发育三角洲沉积体系(图6c)。三角洲前缘沉积体系分布于西次洼北部和东北部BZ25及BZ28构造一带、BZ34构造及整个东次洼,其中西次洼北部主要受来自渤中凹陷方向的物源控制,受断层的影响,断层附近发育较厚的砂体;而东次洼物源主要来自渤南低凸起东部构造高部位,碎屑物质供给量大,加上该沉积期黄河口凹陷东北部控边断层活动较弱,东次洼底形平坦,使得整个东次洼均为三角洲前缘沉积。中央低凸起南部物源来自莱北低凸起,三角洲主要沿凹陷中部的BZ34构造带发育,向西逐渐过渡为湖泊沉积体系,主要分布在西次洼的西半部。

(4)SQ1层序 SQ1层序沉积时,黄河口凹陷基本继承了东二上段沉积时的构造格局,断层活动很微弱,盆地整体缓慢稳定沉降,由于受东营组沉积末期渤海湾盆地构造反转的影响,盆地东部大范围抬升、剥蚀,地层分布范围与东二段相比大幅减小;湖盆水体退去基本与渤中凹陷成为一体,来自渤中凹陷方向的物源使得黄河口凹陷绝大部分被三角洲沉积覆盖(图6d)。

图6 黄河口凹陷东营组各层序沉积体系分布

4 层序格架与油气聚集

生、储、盖组合主要受层序格架控制,储集条件则受控于沉积体系平面分布。

SQ4层序沉积时期,黄河口凹陷周边发育较大规模的三角洲、扇三角洲及浊积砂体,砂体直接与有机质含量高的深湖泥岩侧变、互层组合,或直接覆于主力烃源岩沙一段泥岩之上。因此,该层序格架内发育的三角洲前缘水下分流河道砂体是本区东营组油气聚集的重要场所。

SQ3层序沉积时期为黄河口凹陷最大湖泛期,湖相泥岩分布范围广、厚度大,可作为下伏岩层的区域性盖层。此外,通过古气候、古生产力、古生物、成熟度及地化指标分析,SQ3层序暗色泥岩 TOC在0.5%～1.5%之间,生烃潜力(即S1+S2)可达6.13 mg/g,镜煤反射率Ro可达0.59%,反映泥岩中有机质已经成熟生烃。因此,该层序格架内沉积的暗色泥岩是本凹陷重要烃源岩层之一。

SQ2与SQ1层序沉积时期,黄河口凹陷水体较浅,大规模的三角洲沉积覆盖凹陷大部分区域,砂体横向分布稳定,垂向叠置,同时泥岩隔层也比较发育,在有断层沟通的情况下,下部烃源岩中的油气可以运移进入砂体。因此,在封盖与遮挡条件成熟的情况下,这两套层序格架内发育的三角洲前缘水下分流河道砂体容易形成岩性地层油气藏。

5 结论

(1)建立了黄河口凹陷东营组层序地层格架,识别出了SB1、SB2、SB3、SB4、SB5等5个层序界面,将东营组划分为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4等4个三级层序,分别对应东一段、东二上亚段、东二下亚段、东三段。

(2)在层序地层格架约束下,对各个层序沉积体系展布特征进行了分析。SQ4层序沉积期,断陷发育,凹陷边缘主要为三角洲及扇三角洲沉积,储层发育;SQ3层序沉积期,湖水范围最广,凹陷整体为湖相泥岩沉积覆盖,形成了区域盖层及较好的烃源岩层;SQ2及SQ1层序沉积期,受来自渤中凹陷周边凸起碎屑物质供给的影响,凹陷内主要发育三角洲沉积体系,形成了良好的储层。

(3)黄河口凹陷东营组各层序发育是构造、气候、海平面变化及物源供给等因素共同作用的结果,其中SQ4层序主要受构造控制,SQ3层序受气候及海泛控制,SQ2及SQ1层序受周边物源供给的影响。

(4)SQ4层序为黄河口凹陷东营组最有潜力的勘探层位;SQ3层序为该凹陷区域性盖层及重要烃源岩层;SQ2及SQ1层序储集砂体最为发育,一定条件下三角洲前缘水下分流河道砂体容易形成岩性地层油气藏。

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(编辑:崔护社)

Abstract:By comprehensively using the drilling, logging and core data,five sequence boundaries are recognized in Paleogene Dongying Formation (E3d,),Huanghekou sag,and therefore this Formation can be divided into four third-order sequences,i.e.SQ1,SQ2,SQ3and SQ4,corresponding to the interval E3d1,E3d2L,E3d2Uand E3d3respectively.The distribution of sedimentary systems and its controls are discussed within the sequence framework of Dongying Formation,by which it has been considered that the sequences SQ1,controlled mainly by structure,may be the most favourable interval for exploration due to its high sand content along the lake margin.The sequence SQ3is dominated by argillaceous sediments due to the climate and lake transgression,and may serve as one of the regional source rocks and seals. The main control on SQ1and SQ2may be the supply of terrigenous sediments,and they can contain hydrocarbon accumulations under some conditions, due to their development of deltaic sandbodies.

Key words:Huanghekou sag;Dongying Formation;sequence framework;controlling factor;hydrocarbon accumulation

Sedimentary sequence framework and hydrocarbon accumulation in Paleogene Dongying Formation, Huanghekou sag

Fu Qiang1Fu Xiaowei1Xia Qinglong2Zhou Donghong3Li Jianping3
(1.School of Marine and Geoscience,Tongji University, Shanghai,200092;2.Tianjin B ranch of CNOOC Ltd., Tianjin,300452;3.E.&D.Institute,Tianjin B ranch of CNOOC L td,Tianjin,300452)

2010-01-21 改回日期:2010-05-18

＊国家重大专项“近海富烃凹陷资源潜力再评价和新区、新领域勘探方向”(项目编号:2008ZX05023)部分研究成果。

傅强,男,教授,博士生导师,主要从事石油地质、储层地质研究。地址:上海市四平路1239号同济大学海洋与地球科学学院(邮编:200092)。E-mail:fuqiang@tongji.edu.cn。