松辽盆地南部泉四段物源判别与沉积特征

张 鑫

( 中海油研究总院，北京 100027 )

0 引言

松辽盆地以嫩江、松花江为界，分南、北2个部分[1]，南部系指开鲁盆地以北、松花江以南的吉林探区，是我国油气富集区之一[2].松辽盆地发育具有“断”、“拗”双重结构性质的沉积，泉四段是重要含油层位之一，其沉积体系比较复杂.前人研究松辽盆地南部泉四段沉积体系，认为泉四段属于大型河流—湖泊—三角洲沉积体系[3-4].有人认为研究区泉四段为浅水三角洲沉积[5]，但研究区前积反射特征不明显；有人认为泉四段总体为河流沉积体系[6-7].笔者通过岩心观察，结合砂体分布特征，分析松辽盆地南部泉四段物源与沉积体系，认为该区泉四段主要发育河流—末端扇沉积体系.

1 物源分析

1.1 稀土元素

稀土元素模式曲线对物源判别具有重要的意义[8]，相同物源的沉积体稀土元素模式曲线非常相似，所以稀土元素在物源方向判别中得到广泛的应用[9].分析松辽盆地南部泉四段砂岩的稀土元素模式曲线，并应用其特征判别该区物源方向.

研究区泉四段稀土元素模式曲线比较相似，说明物源具有相似性.其中，前48、扶117、让23、查20、孤32、塔7、长13与坨25等井区的稀土元素模式极其相似(见图1)，均表现为Eu的负异常非常明显(见图1(a))，反映这些井区具有相似的物源，推测物源来自南方和东南方.Eu的负异常说明母岩被较多的酸性岩侵入，如花岗岩.随着Eu的增大，母岩中的中性岩含量可能增加，如英云闪长岩和花岗闪长岩[10].红152、方53、海14、英101与乾184等井区的稀土元素模式极其相似，这些井区Eu的负异常不明显或无Eu的负异常，反映该井区具有相似的物源(见图1(b))，推测物源来自西部[11].

1.2 成分成熟度与结构成熟度

松辽盆地南部泉四段砂岩成分成熟度与结构成熟度存在一定差别，平面上查20井、塔7井、让23井、英101与红152井等地区砂岩成分成熟度稍高，在0.4～0.6之间，砂岩分选性好—中等，磨圆度为次棱—次圆状，接触方式为点—线接触，砂岩结构成熟度稍高；海14井、扶117井、前48井、乾184井与方53井等地区成分成熟度中等，在0.3～0.5之间，砂岩分选性好—中等，磨圆度为次棱—棱角状，接触方式为点—线接触，砂岩结构成熟度中等；坨25井、坨24井与安7井等地区成分成熟度较低，砂岩分选性为好—中等，磨圆度为次棱—棱角状，接触方式为点接触，砂岩结构成熟度偏低；成分成熟度和结构成熟度较低反映近物源的沉积特征.

图1 松辽盆地南部泉四段砂岩稀土元素模式曲线

2 沉积环境与沉积相

2.1 沉积环境

沉积岩的颜色分为继承色、原生色和次生色，原生色是沉积环境的重要标志.前人将沉积岩的颜色依其氧化还原的程度进行相应比例的等加计算，即把单井沉积岩各层的厚度乘以相应的颜色指数累计起来，除以该段层总地层厚度，得到该层沉积岩色值，沉积岩色值越大，说明水体氧化程度越强；色值越小，说明还原程度越强[12].研究区泉四段大部分地区沉积岩为紫红色或棕红色(泥岩色值>50%),为强氧化色，反映水上沉积环境；局部地区以灰绿色为主或灰绿色、灰色交互(-50%<泥岩色值<50%)，为弱氧化-弱还原色，反映不稳定水体的特征；极少数地区灰色与灰黑色泥岩交互(泥岩色值<-50%),为强还原色，反映稳定水体的特征.该区以氧化环境为主，缺乏稳定的水体.

2.2 沉积相

岩心的岩性标志及垂向序列组合是沉积相识别的基础[13].松辽盆地南部泉四段沉积类型比较复杂，通过岩心观察，结合各种地质资料与区域地质特征，可识别辫状河沉积、曲流河沉积与末端扇沉积等相类型[11].

2.2.1 辫状河

岩心观察表明，松辽盆地南部泉四段辫状河主要分布在盆地边缘地区，辫状河道在底部发育滞留砾石层，与下覆沉积冲刷接触，滞留砾石层之上依次发育大型槽状交错层理、板状交错层理和平行层理等.该区辫状河向盆地方向岩性变细，砂岩厚度逐渐变薄，砂岩岩性从砾石级至粉砂级，向盆地方向逐渐过渡为曲流河沉积.由于辫状河道的频繁改道，相互切割，河漫滩沉积不太发育.该区辫状河的古流向一般是单向的，砂体呈带状分布.

2.2.2 曲流河

研究区泉四段沉积时期曲流河河床亚相岩性主要为中-细砂岩，河道底部常见粗砂岩，发育大型槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理及平行层理等，底部具明显的冲刷界面，曲流河砂体平面上分布形态多呈弯曲的带状.曲流河堤岸亚相垂向上常发育在河床沉积的上部，包括天然堤和决口扇2个微相[14]，研究区决口扇岩性以细砂岩与粉砂岩为主，岩性比天然堤较粗，沉积层序具有向上变细的特点，层序底部多具有明显的侵蚀面，与下覆的河漫沉积呈突变接触.河漫发育于天然堤的外侧，主要为红色、棕色泥岩夹薄层的平行层理、水流沙纹层理粉-细砂岩.

2.2.3 末端扇

末端扇是曲流河流入不稳定水体形成的扇体[15]，发育于干旱-半干旱沉积环境，研究区末端扇岩性以红色、灰绿色与棕色泥岩夹细砂岩、粉砂岩为主.末端扇与曲流河相比，平行层理比较发育，且几何形态与曲流河不同，曲流河的古流向一般是单向的，而发育于末端扇上的古水流呈扇形发散，砂体形态呈扇形或朵状.

2.2.3.1 近端亚相

近端亚相位于曲流河大量分叉处，主要由补给河道和河道间组成，碎屑颗粒粒度是末端扇沉积体系中最粗的.研究区补给河道通常由数个单河道叠置组成(见图2，其中φ为粒度中值，φ=-lg(2D)，D为粒径)，岩性主要是中-粗砂岩，分选性一般较差，泥质含量高，粒度曲线多为三段式，发育大型槽状交错层理含砾中粗砂岩、中小型交错层理粉细砂岩、平行层理粉细砂岩和粉砂岩.

图2 松辽盆地南部泉四段坨24井末端扇近端亚相沉积层序

2.2.3.2 中部亚相

中部亚相是末端扇砂体的主要发育部位，砂岩含量高，沉积微相包括分流河道、河道漫溢及泥滩，河道漫溢又分为近河道漫溢与远河道漫溢[15].研究区末端扇中部亚相分河道显示较好的向上变细的层序，粒度曲线为两段式，缺乏滚动总体，平行层理比较发育(见图3).河道漫溢微相为洪水期分流河道水流溢出形成的沉积物，多以薄层的粉砂岩和细砂岩组成，泥质含量较高，内部多发育平行层理和波纹层理.泥滩主要发育在中部亚相分流河道之间，表现为棕色、灰绿色泥岩夹平行层理或水流沙纹层理泥质粉砂岩、粉砂质泥岩.

2.2.3.3 远端盆地

远端盆地位于中部亚相的前方，研究区泉四段远端盆地亚相沉积岩性主要为灰绿色、浅棕色泥岩夹薄层的泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，水平层理比较发育.

3 沉积相分布特征

松辽盆地南部泉四段沉积时期气候干燥，主要表现为强氧化—弱氧化沉积环境.通过岩心观察、砂体分布形态及综合地质研究，认为研究区主要发育河流—末端扇沉积体系，河流相主要为辫状河与曲流河，辫状河分布在盆地边缘地区，向盆地方向逐渐演化为曲流河沉积.辫状河沉积河道宽而浅、弯曲度小，平面上，河道横向不稳定，频繁迁移，辫状河沉积砂体展布范围宽，形成大面积分布的复合储集体.曲流河平面上呈条带状分布，弯曲度比较大，其上游多为辫状河流，下游向末端扇沉积过渡.

图3 松辽盆地南部泉四段塔7井末端扇中部亚相沉积层序

末端扇处于干旱—半干旱环境下的河流末端，水流强度不大，沉积物大多暴露在地表，部分处于湖水面以下的远源溢岸沉积，由于受到不同程度的氧化作用，该区末端扇沉积物多以细粒砂岩沉积为主，砂岩颜色以浅棕色为主，泥岩沉积多为浅棕色、灰绿色，缺乏暗色泥岩沉积物.

松辽盆地南部泉四段沉积时期总的沉积特征表现为辫状河、曲流河与末端扇分流河道大面积发育且相互切割、叠加，河流相沉积砂体基本呈带状展布，末端扇沉积砂体呈扇状分布.根据研究区砂岩等厚图、砂地比等值线图等综合分析,研究区泉四段发育5个主要的物源和7条主要的水系[11]，形成“满盆含砂”的沉积模式(见图4).该区泉四段辫状河道与曲流河非常发育，沿物源方向，单层河道砂体有变薄变细的趋势.末端扇沉积分流河道砂体非常发育，向盆地方向，单层分流河道砂体厚度逐渐减薄，砂岩岩性逐渐变细.

图4 松辽盆地南部泉四段沉积相平面分布

4 结论

(1)松辽盆地南部泉四段沉积时期，气候比较干燥，全区没有统一的汇水中心.大部分地区泥岩为紫红色或棕红色,为强氧化沉积环境，反映陆上沉积环境；局部地区以灰绿色为主或灰绿色、灰色交互发育，为弱还原—弱氧化沉积环境，反映不稳定水体的特征；盆地局部地区灰色与灰黑色泥岩发育,为强还原沉积环境，反映稳定水体的特征.

(2)松辽盆地南部泉四段沉积时期主要发育河流—末端扇沉积体系，靠近盆地边缘地带发育辫状河，向盆地方向逐渐过渡为曲流河.随着向盆地方向地形坡度逐渐变缓，曲流河末端流量消减，河道呈分散状大量分叉，砂体厚度变薄，砂体形态变为扇形，形成末端扇沉积.研究区泉四段发育5个主要的物源和7条主要的水系，形成了“满盆含砂”的沉积模式.

(3)研究区末端扇沉积分为近端亚相、中部亚相和远端盆地.近端亚相沉积微相包括补给河道与河道间，中部亚相沉积微相包括分流河道、河道漫溢与泥滩.末端扇沉积层序与曲流河难以区分，但末端扇平行层理非常发育，且末端扇平面几何形态与曲流河不同，曲流河的古流向一般是单向的，而末端扇古水流呈扇形发散，砂体形态呈扇形或朵状.