松辽盆地东南缘层序地层与沉积充填响应——以梨树断陷西北部沙河子组地层为例

武继跃，卢海娇，李浮萍，赵红格，李文厚，单敬福

(1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065； 2.西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069； 3.中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西西安 710018； 4.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉 430100)

松辽盆地东南缘层序地层与沉积充填响应
——以梨树断陷西北部沙河子组地层为例

武继跃1，卢海娇2，李浮萍3，赵红格2，李文厚2，单敬福4

(1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065； 2.西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069； 3.中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，陕西西安 710018； 4.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉 430100)

为认识松辽盆地梨树断陷沙河子组层序地层与沉积体系充填类型，利用钻井、地震等资料，分析该区东南缘西丁家地区沙河子组三级层序地层划分与沉积充填特征.结果表明：通过SB1、SB2和SB3层序界面识别，沙河子组地层由下至上分为SQ1和SQ2两套三级层序.三级层序内部分为低位、湖侵和高位体系域，低位体系域的堆积方式主要表现为进积，湖侵体系域的堆积方式主要表现为退积，高位体系域的堆积方式主要表现为进积和加积.该区沉积相类型主要包括扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊相，其中扇三角洲、辫状河三角洲相为主要沉积相类型.扇三角洲相发育在陡坡带的下降盘，受强烈沉降作用控制明显；辫状河三角洲相发育在以长轴物源为特征的缓坡带，层序发育、构造演化与沉积充填响应具有同步性.该研究结果为寻找松辽盆地东南缘深层洼陷带隐蔽油气藏、确定有利勘探方向提供依据.

层序地层；层序界面；沉积相；充填响应特征；松辽盆地；西丁家地区；沙河子组

0 引言

松辽盆地横跨辽宁、吉林、黑龙江三省，是在中—新生代断坳构造背景下发育的大型含油气盆地；钻探资料显示，中—新生代沉积多套地层，累积厚度超过15 km.根据湖盆构造发育演化特征，盆地划分为下部断陷演化期和上部坳陷演化期2个演化阶段[1-2]，下部断陷演化期分为侏罗系火石岭组断陷初始期、白垩系沙河子组断陷高峰期、营城组断陷高峰晚期和登娄库组断坳转换期；上部坳陷演化期主要由泉头组—嫩江组中发育的5套地层单元组成.

目前，对该地区层序与沉积的研究主要集中在中浅层，对沙河子组及以下层位的地层层序、沉积类型及沉积相垂向演化模式等方面的研究成果较少[3-5].解习农研究松辽盆地梨树断陷，认为沙河子组划分为两套三级层序，下部层序主要发育河流—冲积体系，上部层序主要发育扇三角洲—湖泊沉积体系[1]；陈新军、邢翔、王晓波等研究认为，松辽盆地东南缘沙河子组发育一套三级层序，陡坡带主要发育扇三角洲—湖泊沉积体系，缓坡带发育辫状河三角洲—湖泊沉积体系[6-8].这些研究结果强调构造对沉积层序发育的控制作用.随着勘探开发的深入，近年在该区深层发现可观的油气资源[9]，勘探结果显示，松辽盆地深部已发现40多个小型断陷[10-11]，其中沙河子组沉积期处在构造断陷高峰期，构造沉降速度快、水体较深，尤其在西丁家地区南部深洼陡坡带，近岸快速堆积产物异常发育；此外，在辫状河三角洲前缘临近的深水区存在二级构造坡折，坡脚处易发育浊积砂体，是形成隐蔽油气藏的有利场所[7].

笔者通过分析岩心、岩性与测井旋回特征，结合地震反射结构中顶超、下超等反射终止类型，识别层序边界(SB)、初始湖泛面(Ffs)和最大湖泛面(Mfs)等关键界面，建立等时地层格架单元，划分研究区沉积体系域；分析研究区岩石粒度、岩心相、测井相和地震相，结合区域湖盆构造背景，构建松辽盆地东南缘沉积层序和沉积发育模式，为后续勘探开发提供依据.

1 区域地质特征

研究区位于松辽盆地东南缘梨树断陷西北部深凹—皮家斜坡带的二级构造单元，地理上隶属于西丁家窝堡，面积约为250 km2.盆地早期广泛接受沉积，与全球板块大地构造背景演化密切相关，主要包括太平洋板块与欧亚板块碰撞俯冲、弧后引张作用的产物；盆内强烈的火山活动引起的地壳拉伸减薄与火山底劈等作用，是盆内断裂广泛发育的主控因素，梨树断陷是在此演化背景下发育的东高西低的多箕状断陷.受盆地整体构造应力场控制，构造格局由2个正向和2个负向构造单元组成，其中正向构造单元分别为沈洋凸起和雁阵断裂带，负向构造单元分别为桑树台洼陷带和苏家屯次洼带(见图1)[12-13].西丁家地区沙河子组是发育在晚三叠系变质岩基底上的一套厚度巨大的晚侏罗系—白垩系地层，整体表现为断—坳性质的构造叠加型盆地.

图1 研究区地理位置Fig.1 Location map of the studied area

沙河子组为断陷湖盆早期产物，与强烈的盆缘大断裂密切相关.研究区向西部断超终止于桑树台大断裂，向北逐渐超覆于杨大城子凸起带上，且在盆缘遭受强烈剥蚀，岩性表现为多样性，主要为深湖—半深湖特征的灰黑、黑色泥岩，分选稍差的中细、中粗粒度砂岩，间或与砂砾岩互层，地层底部及基底与下伏火石岭组地层多呈高角度不整合接触关系，与上覆营城组地层呈“假整合”接触关系.沙河子组地层内部划分为沙一段(SQ1)和沙二段(SQ2)两套完整地层旋回，两套地层分布范围存在较大差异，SQ1分布局限，SQ2分布相对广泛[14](见图2).

沙一段(SQ1)地层集中分布在桑树台洼陷带，在苏家屯次洼带也有零星展布，平均厚度为150～200 m，其中，桑树台洼陷带南部深陷带一般厚度为500～1 200 m.岩性分布平面分异，陡坡带一侧岩性偏粗，多为中粗、局部含泥砾粗砂岩；缓坡带至洼陷带岩性相对较细，多为中细砂岩向灰黑色泥岩过渡[14].

沙二段(SQ2)地层由早期的孤立分隔向南北连片转变，与沙二段沉积期底层快速断陷作用有关；此外，因构造作用不断强化，沉积中心也由早期的多个向单个转变，形成统一的沉积沉降中心.钻井、地震识别结果表明，北部斜坡带地层平均厚度为200～300 m，桑树台洼陷带平均厚度为600～1 500 m[14].

2 层序地层特征

识别和划分层序的主要方式是建立层序地层格架[15].通常需要根据不同层次级别层序界面的识别标志进行地层对比或关键界面识别，在研究区满覆盖的地震剖面和连井剖面上追踪对比关键层序界面和最大湖泛面，是建立盆地层序地层格架的基础.

通过层序界面识别标志，如单井所揭示的河道底冲刷河床滞留沉积物、旋回样式的转换面和泥岩颜色的突变等，结合盆地演化史、盆地沉降特征等分析，进行井震联合追踪对比，建立等时地层格架[6].沙河子组地层可划分为SQ1和SQ2两套三级层序，每套三级层序内部又可进一步划分为低位体系域(LST)、湖侵体系域(TST)和高位体系域(HST)(见图3).

图3 X8井沙二段地层单元体系域界面特征Fig.3 Characteristics of system tracks boundaries in SQ2 of X8 well

2.1 层序界面特征

三级层序界面的形成与构造运动幕式旋回相关，主要受构造、物源供给、湖平面升降、气候等因素控制[16-17]，且在一定程度上存在发育演化的同步性.西丁家地区沙河子组的两套三级层序分别对应3个层序界面，由下至上为SB1、SB2和SB3(见图3).

根据地震剖面，SB1层序界面上下两套地层地震相差异明显，界面之上地层多表现为前积、楔状地震相，地震同向轴连续性相对较好，振幅强，地层界面较易识别，与下伏的高角度不整合接触关系非常清楚，三级层序SQ1下部地震反射轴波组直接超覆于该界面之上.SB2层序界面多为高连同相轴，振幅强，说明上下两套地层因年代不同，波阻抗存在较大差异，进而形成强反射界面，在靠近盆缘一侧，局部见削截现象.SB3为一区域不整合面，与上覆地层呈“假整合”接触关系，且界面上下的地震相特征差异明显，上部为一套强振、高连、中高频地震反射波组，下部为一套弱振、中低连、中低频地震反射波组，形成沙河子组与营城组两套地层单元的分界面(见图3).

2.2 湖泛面特征

以X8井沙二段(SQ2)地层单元为例，对研究区主要湖泛面进行识别与划分.

2.2.1 初始湖泛面(Ffs)

初始湖泛面(Ffs)是重要的体系域划分界限，是低水位体系域和湖侵体系域的分界，与层序底界(SB2)所限定的地层单元为低位体系域.在地震解释剖面上，利用坡折带与上超点位置确定初始湖泛面位置，初始湖泛面是进积式准层序组向退积式准层序转换的关键界面，常常被上覆湖侵上超[18](见图3(a)). 2.2.2 最大湖泛面(Mfs)

最大湖泛面(Mfs)与层序顶界(SB3)所限定的地层单元为高位体系域，与初始湖泛面(Ffs)所限定的地层单元为湖侵体系域.在地震解释剖面上，体系域的识别主要根据地震反射波组特征与地震反射终端终止类型，结合钻井岩性旋回特征与坡折类型进行综合识别(见图3(a)、(b)).为确定同相轴与湖盆坡折之间的关系，需根据视顶超与下超两种地震反射终端类型确定最大湖泛面位置；最大湖泛面为退积式准层序组向前积与加积式准层序组转变的关键界面，常常被上覆高位下超[18](见图3(a)).

根据各级次层序界面识别标志，考虑构造、湖平面升降等层序发育控制因素，将沙河子组地层划分为SQ1和SQ2两套三级层序，每套三级层序内部对应低位体系域(LST)、湖侵体系域(TST)和高位体系域(HST)，其中低位体系域由多个进积式准层序组组成，整体呈正旋回；湖侵体系域由多个退积式准层组组成，整体呈正旋回；高位体系域由多个进积或加积式准层组组成，整体呈反旋回.三套体系域组成完整的三级层序地层单元(见图3).

3 沉积相类型

根据西丁家地区多口井岩心观察结果，结合粒度分析与区域构造演化背景，将沙河子组沉积相划分为3类相、8类亚相和16类微相(见表1).

表1 研究区沙河子组沉积相类型Table 1 Classification of sedimentary in Shahezi formation of research area

梨树断陷早白垩世经历断陷初始期、断陷高峰期、断坳转换期等构造演化阶段，沙河子组沉积期处于断陷高峰期.利用岩心、测井、录井、地震等资料，结合区域构造演化背景，分析西丁家地区沙河子组沉积相类型，该区主要发育扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊等沉积相类型，其中，扇三角洲和辫状河三角洲相是主要发育的沉积相类型[19].

3.1 扇三角洲

3.1.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原亚相主要发育水上分流河道和水上分流河道间微相.水上分流河道微相岩性主要以灰色粗碎屑为主，多夹砾岩(见图4(c))，一般呈正旋回.岩心观察常见大型槽状与板状交错层理，测井曲线多表现为齿化箱型或钟型(见图4(a)).水上分流河道间微相发育在分流河道之间，多为洪水期河道内部相对较细悬浮物质溢出河床，在河道两侧或之间堆积而成，主要发育紫色或氧化色调为主的泥岩夹粉砂岩和粉细砂岩，常见小型交错层理，亦可见重力流机制引发的滑塌变形构造，测井曲线多表现为微齿化、起伏较小、低平等特征(见图4(a))，含砂率相对低.

3.1.2 扇三角洲前缘

扇三角洲前缘亚相主要发育水下分流河道、水下分流河道间、河口坝和席状砂等多种微相，水下分流河道是水上分流河道的水下延伸，粒度相对水上部分细一些，但泥质含量进一步减少，由含砾砂岩和中粗砂岩组成，常发育交错层理、波状层理、平行层理、斜层理和脉状层理等.水下分流河道间常处于水下天然堤两侧，多由粒度较细的粉砂、细砂组成.河口坝微相呈反旋回，下细上粗，砂岩普遍分选较好，多为中细砂岩，由于经受一定程度的波浪淘洗作用，砂岩成熟度相对较高.席状砂微相位于扇三角洲前缘的外前缘，粒度较细，主要以粉砂岩为主，成熟度较高.在X6井地震剖面中，可见楔状地震相，地震相多指示高能沉积环境，反映近岸快速沉积特征(见图4(b)).

图4 扇三角洲识别标志Fig.4 Identification mark of fan delta

3.2 辫状河三角洲

辫状河三角洲相是岩石粒度介于扇三角洲与正常三角洲之间的过渡相类型，水动力学机制主要表现为牵引流[20]，粒度累积概率曲线主要表现为河流相的两段式，C—M图常表现为粗端元组分牵引流特征的N—O—P—Q段，缺少R—S段，与辫状河三角洲水动力和水道搬运能力强有关.

3.2.1 辫状河三角洲平原

辫状河三角洲平原亚相可分为辫状河道、辫状河道间和溢岸沉积等微相类型，其中辫状河道微相以河道充填和心滩坝为主，多由垂向的加积和顺物源方向的前积形成，岩性多为浅灰色、灰色中粗砂岩，泥岩以灰、深灰色为主.辫状河道间微相主要发育在相对低洼地区.溢岸沉积微相由洪水期河道内部悬浮细粒物质溢出河床、在两侧低洼地带沉积而成，电测曲线主要表现为齿化箱型或钟型.

3.2.2 辫状河三角洲前缘

辫状河三角洲前缘亚相可分为水下分流河道、水下分流河道间等微相类型.水下分流河道微相沉积物以灰色中粗砂岩为主，电测曲线多表现为齿化箱型、钟型特征.水下分流河道间微相岩性相对较细，多以灰色、深灰色和灰黑色泥岩夹灰色粉砂岩为主，电测曲线多表现为指型、锯齿型特征；细粒部分电测曲线表现为低幅平直、略有齿化特征.如在X9井地震剖面中，可见S型—斜交前积复合地震相，通常反映中—高能环境下三角洲沉积特征(见图5).

3.3 湖泊相

相对上覆营城组地层，沙河子组地层暗色泥岩含量更高，湖泊相是地层发育最为广泛的沉积相类型，可分为深湖—半深湖亚相和滨浅湖亚相.在桑树台深洼中心，深湖—半深湖亚相分布面积较广，常发育浊积体和湖泥等微相类型，滨浅湖亚相常常发育湖泥、滩坝体系等微相类型.如在X7井地震剖面中，可见席状地震相，地震反射轴多为平行—亚平行结构，通常反映弱能环境下的湖相沉积特征(见图6).

图5 X9井辫状河三角洲前缘亚相识别标志Fig.5 Identification mark for braided delta front in X9 well

图6 研究区湖泊相识别标志Fig.6 Identification mark for lake facies inreaearch area

4 沉积体系分布特征

4.1 沉积剖面特征

以研究区北部过X9井和X7井沉积相剖面为例，东西部2个沉降中心活动强弱存在差异：东部桑树台洼陷带由于盆缘断裂活动指数大，提供的可容纳空间多，沉积地层累积厚度大；西部苏家屯次洼带由于边界断层活动指数较弱，提供的可容纳空间较少，沉积地层累积厚度较小.剖面纵向上存在相分异：下部SQ1层序由于物源供给充分，多发育扇三角洲沉积相类型；上部SQ2层序由于物源供给不充分，属饥饿型沉积，湖泥较发育.两套三级层序在构造活动强弱相近的条件下，受物源供给影响，形成不同的层序发育模式(见图7).

图7 沉积相剖面特征Fig.7 Characteristics of deposition section

4.2 平面展布特征

综合多种相标志，进行单井相、连井相和点—线—面分析，结合物源分析结果等划分层序单元，采取优势相原则[21]对研究区平面相成图(见图8、图9).由图8、图9可见，营城组与沙河子组沉积特征不同，沙河子组表现为深水沉积特征，营城组表现为浅水沉积特征，原因是两套地层发育所处沉积构造演化阶段与期次不同，前者处于断陷高峰期，快速的构造沉降形成局部的高可容纳空间，并使其长期处于深水环境；后者处于断陷高峰晚期，同时向断坳转换期转变，构造作用相对减弱，在北部缓坡带，易发育以长轴物源为特征的辫状河三角洲，其前缘砂体广泛发育，形成巨厚砂体堆积[15].

沙河子组沉积期，上下叠置的两套层序发育演化史具有一定继承性，根据湖平面升降旋回，湖平面逐渐上升.在SQ1层序发育期，沈洋凸起将梨树断陷西北部分为彼此孤立的两个构造单元，它们分别进行各自有限湖盆的沉积演化，但构造样式存在差异，苏家屯次洼带表现为双断凹陷模式，桑树台洼陷带表现为单断模式.平面上，苏家屯次洼带为双向物源体系，桑树台洼陷带为单向物源体系，从而形成不同层序沉积样式(见图8(a)、图9(a)).在SQ2层序发育期，由于控陷断裂的活动性增强，苏家屯次洼带与桑树台洼陷带南北沟通，形成具有统一沉积沉降中心的洼陷带，表现为北高南低的构造展布格局，北部为缓坡带，南部为陡坡带(见图8(b)、图9(b)).

图8 梨树断陷西北部沉积相平面展布Fig.8 Sedimentary facies maps of SQ1 and SQ2 in northwest Lishu fault depression

图9 梨树断陷西北部沉积相模式Fig.9 Sedimentary facies model maps of SQ1 and SQ2 in northwest Lishu fault depression

5 沉积充填演化分析

断陷湖盆发育早期属侏罗纪火石岭组沉积期，梨树断陷主体桑树台洼陷带已基本定型，西侧沈洋凸起为一个古隆起，在桑树台洼陷带定型前便已存在，持续为盆地沉积沉降中心提供物源.

沙一段(SQ1)层序发育期，西丁家地区处于断陷高峰早期，受明显断裂控制作用，被多组正向和反向断裂分别分割为苏家屯次洼带(1个地堑)和桑树台洼陷带(1.5个地堑)(见图1).这两个地堑、半地堑的形成演化受断陷期拉张强度控制，东部桑树台洼陷带沙河子组最大沉积累积厚度大于1 200 m.陡坡带桑树台大断裂的强烈活动提供高可容纳空间，使扇三角洲扇体快速入湖，形成规模较大的近岸扇体堆积，在地震剖面上表现为明显、易识别的楔状地震反射结构，在层序堆积样式上表现为前积—退积为特征的地震反射结构，反映高能环境下粗粒、分选差、快速堆积等近岸充填扇三角洲沉积特征.该时期湖盆持续加速沉降，可容纳空间增长速率(A)远大于沉积物供给速率(S)，表现为A/S＞1，常发育欠补偿类型的沉积层序，因此在沉积中心部位发育巨厚的泥岩沉积.在深湖—半深湖区，由于水体深，水下多断阶形成断裂坡折，有利于重力流成因的浊积砂体发育，在平面上广泛分布，此类砂体是未来油气勘探的重要方向.

沙二段(SQ2)层序发育期，西丁家地区处于断陷高峰中期，断陷作用持续加强，使多个孤立分割的地堑—半地堑联合，形成具有统一沉降中心的半地堑.西部盆地边缘受梨树大断裂控制，形成陡坡带，靠近陡坡带的梨树大断裂沉降速率进一步加快，提供高可容纳空间，使陡坡带充填具有近岸快速堆积的扇三角洲沉积.靠近缓坡带一侧的雁阵断裂带，发育以长轴物源为特征的辫状河三角洲沉积，地震相多表现为S型—斜交前积复合型特征(见图5(b))，反映缓坡带一侧有辫状河三角洲沉积充填.

北部缓坡带为具有长轴物源特征的辫状河三角洲的发育创造了古地貌条件，形成入湖较远的辫状河三角洲相沉积，略呈“朵叶状”展布；扇三角洲较近快速堆积，主要局限在陡坡带一侧，呈“扇形”展布.两种沉积相类型平面分布特征差异明显，主要原因为：(1)两种相类型发育位置不同，扇三角洲发育在陡坡带一侧，地势较陡，河流携带粗碎屑物质在入湖时，重力突然卸载，使沉积物快速堆积，从而使河流失去进一步前进的动力；辫状河三角洲位于地势相对平缓的缓坡带一侧，重力卸载相对较慢，河流携带碎屑物质可以沿着地势平缓的湖底向前“滑行”更远.(2)两种扇体堆积水动力学机制存在差异，扇三角洲重力流机制占主导地位，在岩心上常见因垮塌等作用形成的磨圆度较差、呈棱角状的泥砾、泥岩撕裂屑等(见图4(c))；辫状河三角洲牵引流占主导地位，岩心上常见多种层理类型，如平行层理和脉状层理等，颗粒磨圆度也比扇三角洲的好(见图5(c)).

北部缓坡带辫状河三角洲成因砂体规模大、分选较好、横向延展性好，上覆营城组一段深湖—半深湖暗色泥岩具有遮挡作用，既可形成区域性优质盖层，也可形成区域性烃源岩，形成较好的上生中储上盖式成藏组合，使该区域成为下一步勘探重点有利方向.

6 结论

(1)松辽盆地梨树断陷西北部沙河子组地层主要发育扇三角洲相、辫状河三角洲相和湖泊相等沉积相类型，其中扇三角洲相和辫状河三角洲相为研究区主要油储集空间.辫状河三角洲相可进一步细分为辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘及前辫状河三角洲等亚相类型；辫状河三角洲前缘可分为水下分流河道、水下分流河道间和河口坝等微相类型.

(2)扇三角洲相多发育于陡坡带一侧，延伸方向平行于湖盆的短轴方向，碎屑沉积物快速卸载堆积，重力流机制占主导地位，扇形较短；辫状河三角洲相多发育于缓坡带一侧，延伸方向平行于湖盆的长轴方向，牵引流占主导地位，扇形较长，多呈朵叶状.不同沉积条件形成研究区“陡坡扇形，缓坡朵叶”的三角洲扇体整体堆积模式.

(3)在沙河子组沉积期，沙一段(SQ1)和沙二段(SQ2)层序发育演化期湖盆类型不同，SQ1层序属于“窄盆深水”类型，SQ2层序属于“广盆深水”类型.研究区主要发育以长轴物源为特征的辫状河三角洲沉积，沉积砂体规模大.纵向上，辫状河三角洲砂体厚度大，上覆营城组一段地层同时作为优质烃源岩与盖层，可形成上生中储上盖式的成藏组合，使梨树断陷西北地区北部斜坡带成为下一步勘探开发重点目标.

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TE122.1

A

2095-4107(2014)05-0040-11

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.05.006

2014-05-27；编辑朱秀杰

国家自然科学基金项目(41372125)；湖北省教育厅基金项目(Q20121210)；中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室开放基金项目(TPR-2012-23)

武继跃(1987-)，男，硕士，主要从事石油地质、油气田开发和提高采收率方面的研究.

单敬福，E-mail：shanjingfu2003@163.com