松辽盆地中央坳陷朝84-6井区泉头组四段沉积期双物源体系分析

王朋岩，李耀华

(东北石油大学地球科学学院，黑龙江　大庆　163318)



松辽盆地中央坳陷朝84-6井区泉头组四段沉积期双物源体系分析

王朋岩，李耀华

(东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆163318)

松辽盆地朝84-6井区在白垩系泉头组四段沉积时期位于盆地西南通榆-保康水系和南部长春-怀德水系的交汇处，交汇水系内沉积物来源、古水流走向等仍属未知。通过对岩心、分析化验资料和区域砂体厚度预测结果的综合研究，根据重矿物组合特征、ZTR指数变化特征和地层砂体展布规律，发现研究区的沉积特征具明显物源分带性，将其划分为保康物源体系主控I区、怀德物源体系主控III区和双物源体系混合控制II区。结合研究区沉积相模式研究成果，对比分析各分区的碎屑岩组分、砂岩厚度、岩石粒度和泥岩颜色等沉积特征的相似性和差异性，验证了物源体系主控区域划分的合理性。

松辽盆地；朝84-6井区；泉四段；双物源

引言

朝阳沟油田构造位置位于松辽盆地中央坳陷区内邻近东南隆起带的朝阳沟阶地之上。在泉头组至姚家组沉积期末，以伸展作用为主，地层产状近水平。研究区为朝阳沟油田的朝84-6井区(图1)，在泉四段沉积时期为统一的拗陷区，位于盆地中央拗陷区的汇水中心。继泉三段晚期水进之后，盆地持续拗陷，河流向盆推进，形成面积十分可观的低位三角洲砂体，物源隆升速率减小，各水系向陆退缩，湖盆扩张，沉积物源来自周围的山区。

综合前人研究成果，普遍认为松辽盆地白垩系泉头组有东北、北部、西部、南部、东南等6大物源及绥化、青岗、北安、讷河、齐齐哈尔、英台、白城、通榆、保康、怀德及长春等11支水系(图1a)[1-2]。目前，针对泉四段沉积时期该井区所在区域的物源体系研究甚少，但是前人针对大庆长垣以东、两井东-木头南、扶新隆起带等具有复杂水系沉积特征的地区开展了物源体系分析，这些地区均位于盆地中央坳陷区的汇水中心，对分析研究区物源体系具有一定借鉴意义。其中张雷、卢双舫等[3]对大庆长垣以东地区泉头组三、四段的物源特征及沉积体系进行了分析，指出该地区分南部和北部两大主要物源体系，在泉三段至泉四段沉积时期，北部物源体系控制范围逐渐缩小，南部怀德物源体系相对增强。丛林、马世忠[4]对松辽盆地南部两井东-木头南地区扶余油层的物源体系进行研究，指出该地区存在西南保康沉积体系和南部长春怀德沉积体系，并对每个沉积体系的影响范围和强度变化进行了综合分析和厘定。孙雨、马世忠等[5]分析了松辽盆地扶新隆起带在扶余油层沉积时期的物源特征，提出双源河控浅水三角洲沉积模式，即西南保康物源和东南长春-怀德物源控制下形成枝状高能河控三角洲沉积体系。

由此可见，多物源混合控制沉积模式在松辽盆地较为常见，但是前人针对各井区的物源体系划分依据过于简单，通常局限于岩石重矿物特征、ZTR指数变化趋势和砂体厚度变化趋势这3项指标，未对不同物源的岩石学特性、沉积环境的氧化条件、古水流的水动力条件等沉积学特征的差异性和相似性作进一步讨论。针对位于多水系交汇区域的油田井区，其研究范围相对较小，需要更加精确地了解不同物源水系主控区域范围，进而弄清研究区砂体成因及沉积演化规律。为此本文利用朝84-6井区7口探井(图1b)的重矿物资料和区域砂体综合预测结果，结合前人对松辽盆地物源体系的研究成果，剖析研究区各物源体系主控区分带特征，判定交汇水系内的沉积物来源及古水流走向。同时利用各取心井岩心分析资料及地层砂体厚度定量预测结果，分析对比碎屑岩组分、岩石粒度、泥岩颜色和砂体厚度等沉积特征，进而验证物源体系主控区域划分的合理性。这对研究区沉积相研究具有重要指导作用，同时对临近井区的物源体系认证也有一定借鉴意义。

图1松辽盆地泉四段沉积体系图及工区位置示意图(据大庆油田勘探开发研究院)

Fig.1Sketch to show the distribulion of the depositional systems and location of the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

1　重矿物组分

重矿物是碎屑岩中相对密度大于2.86g/cm3的矿物，在碎屑岩中的含量极少，总量不超过1%，但具重大意义。不同类型母岩的重矿物组分不同，经风化搬运后会产生不同的重矿物组合，因此，可以利用重矿物组合来判别母岩的性质和来源[6]。

朝84-6区块7口探井(朝6、朝61、朝62、朝63、朝65、朝69、朝631)共288个样品的重矿物相对含量数据统计表明，研究区发育的陆源重矿物类型主要有锆石、白钛石、磁铁矿、磷灰石、绿帘石、绿泥石、石榴子石、黑云母、电气石、锡石和榍石等。其中，锆石的相对含量分布范围为4.1%～72%，平均值33%，相对含量分布在27%～62%的可达84%左右；白钛石为0.9%～31.1%，平均值为11%，相对含量分布在11%～16%的约占64%；磁铁矿为0.6%～78.5%，平均值16%，一般相对含量14%～27%的可达79%以上；磷灰石为0.9%～16.2%，平均值为6%，相对含量3%～10%可达87%左右；绿帘石为0.7%～9.5%，平均值为4%，相对含量在2%～8%的可达91%左右；绿泥石为0.2%～2.2%，平均值为0.7%，相对含量在1%以下的可达78%以上；石榴子石为6.8%～44.2%，平均值为27%，相对含量在13%～38%的可达89%左右；黑云母为0.3%～9%，平均值为1%，相对含量在1%～3%的可达70%左右；电气石为0.3%～11.5%，平均值为2%，相对含量在2%～4%的可达79%左右；其它陆源重矿物含量极微忽略不计。根据上述矿物的平均含量，划分为主要重矿物、次要重矿物、少量重矿物、微量重矿物4类，统计结果见表1。

表1　朝84-6井区重矿物相对平均百分含量组合表

上述统计分析表明，研究区主要陆源重矿物组合为锆石-石榴子石-磁铁矿组合，母岩主要为酸性喷发岩，极少含变质岩和沉积岩。参考研究区区域地质资料发现，母岩类型与松辽盆地南部物源怀德体系和西南物源保康体系相一致，二者具有相似性，又有一定的差别。《中国石油地质志·卷二》给出松辽盆地保康和怀德物源体系的重矿物划分依据，怀德物源以石榴子石和锆石为主，保康物源以锆石和磁铁矿为主，怀德物源锆石/石榴子石一般大于1，而保康物源锆石/石榴子石小于1[7]。

根据各探井重矿物组合平面分布图(图2)，朝6和朝65井的重矿物组分较一致，朝63和朝61井重矿物组分较一致，朝62、朝631和朝69井规律性较差。比较研究区东西侧主要和次要重矿物相对百分含量(表2、表3)，西侧朝6、朝65井磁铁矿相对含量均大于10%，东侧朝61和朝63井磁铁矿相对含量较低，均在5%左右。东侧朝61和朝63井的锆石+石榴子石相对含量较高，均在70%以上，锆石与石榴子石的比值均大于1，而西侧朝6、朝65井锆石+石榴子石相对含量低于东侧，普遍在55%以下，锆石与石榴子石的比值均小于1。对于研究区域中央部位的朝62井、朝631和朝69井，磁铁矿含量、锆石+石榴子石含量和锆石与石榴子石含量比值等能够区分怀德和保康物源的重矿物特征，均无明显规律性，可以看做兼具双物源特征。基于以上分析，推测工区东侧沉积体系主要受松辽盆地南部东侧怀德体系物源控制，西侧主要受松辽盆地南部西侧保康体系控制，中部朝62井、朝631和朝69井所在区域受双物源共同控制。

图2重矿物组合平面分布图

Fig.2Planar distribution of heavy minerals from the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

2　ZTR指数分布

重矿物种类很多，不同类型的母岩其重矿物组分不同，经风化破坏后会产生不同的重矿物组合。根据重矿物的风化稳定性可将其划分为稳定和不稳定的两类，前者抗风化能力强，分布广泛，在远离母岩区的沉积岩中，其百分含量相对增高；后者抗风化能力弱，分布不广，离母岩越远，其相对含量越少。在重矿物中，锆石、电气石、金红石最稳定，这3种矿物在重矿物中所占的比例称为ZTR指数。离物源区越远，ZTR指数越大，这也是判断物源方向的重要指标[8-10]。图3是根据研究区各探井的锆石、电气石、金红石在重矿物组分中的相对含量作出的ZTR指数平面分布图。观察ZTR指数变化趋势，整体从西南向东北方向逐渐升高，由此判断古水流走向主要为SW-NE方向(见图3中红色和蓝色箭头)。但是在朝62井和朝631井位处，ZTR指数变化趋势出现异常(见图3中绿色箭头)，推测该两井所在区域怀德水系和保康水系交汇程度较高，造成其ZTR指数变化趋势指向性差异。

表2　朝84-6井区各探井重矿物相对含量组合表

表3　朝84-6井区各探井特征重矿物统计表

3　砂体展布

观察FI+FII砂组(扶余油层中上部，相当于白垩系泉四段沉积地层)砂岩厚度反演综合预测等值线图(图4)，发现研究区FI+FII砂组有两个部位的累积厚度超过30m，主要位于西北侧的朝65井和东南侧的朝61井位处。比较这两处砂体展布及砂体厚度变化趋势，不难发现整体沿SW-NE方向变薄，且东南侧砂体的变化趋势(图4中红色箭头指示方向)偏向SSW-NNE方向，西北侧的砂体厚度变化趋势(图4中蓝色箭头指示方向)更偏向于SW-NE方向，中间过渡带砂体展布无明显方向性，推测其受双物源主干水系的分支河道共同控制。在该区域内不同水系会因频繁发生河流分叉、改道和汇聚作用使其沉积体系的双物源特征更加明显。

4　双物源体系验证

综合重矿物组分、砂体厚度和ZTR指数分析，将FI+FII砂组预测砂岩厚度作为背景，叠加7口探井的ZTR指数等值线和重矿物组分饼状图，能更清晰观察研究区双物源体系的分带性(图5)，进而将研究区分为3个区块，I区为SW-NE方向的保康体系主控区，III区为S-N方向怀德体系物源主控区，II区为双物源共同控制区。统计I、II、III区的沉积特征要素，图6中由上至下分别为各分区相对应的碎屑岩分类图、砂体厚度频率分布图、典型分流河道砂体的粒度曲线图、粒度曲线图、C-M散点图和泥岩颜色统计图，可以看出这3类分区不同沉积特征具有一定差异性和相似性。

图3ZTR指数平面分布图

Fig.3Planar distribution of ZTR index for the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

4.1沉积特征差异性

I、II、III区的沉积特征差异性主要体现在母岩成分、河流搬运距离和水动力条件方面的区别。通过观察对比图6中碎屑岩组分三角图，发现I区岩石碎屑含量较高，多为岩屑砂岩，III区主要为长石质岩屑砂岩，II区兼有两者岩性特征，这说明因主控物源及河流搬运距离不同，岩石组分和成分成熟度具有一定差异性，分析结果符合《松辽盆地南部岩性油藏的形成与分布》所述：“松辽盆地白垩纪泉头组的保康沉积体系岩石类型主要为长石岩屑细砂岩，怀德体系主要为中、细粒长石岩屑砂岩”[15]。通过对比分析砂体厚度定量预测结果并统计各分区的砂体厚度频率分布特征，发现3个分区的砂体累积厚度均以10～15m为主，I区和III区大于20m的砂体累积厚度的比例超过20%，II区大于20m的砂体厚度非常少见，推测其原因为II区的河道形式主要为双物源水系主水道的分支河道，河流流量不稳定，河道频繁分流和汇聚会降低水动力能量，减弱河道规模，从而影响砂体发育。通过对比典型分流河道砂体的粒度曲线图，发现I区和III区的粒度频率曲线(粉色线)均为单偏态，具有典型三角洲平原分流河道砂体粒度特征。粒度概率累积曲线(黑色线)主要发育两个次总体，代表了悬浮搬运和跳跃搬运两种基本搬运方式[16-19]。其中I区的粒度概率累积曲线S截点对应的粒径值(表示能悬浮的最粗颗粒)略高于III区，粒度频率曲线的离散程度(主要反映颗粒的分散和集中状态)略低于III区，表明I区的水动力条件略强，沉积物分选性略低，进一步说明两者的沉积物搬运距离有一定差异[20-22]。对于II区，最明显区别于I区和III区的是河道砂体的粒度概率累积曲线的跳跃段普遍发育两个次总体(交汇点通常代表冲刷-回流分界点)。这是因为作为双物源水系交汇区，由于水道的频繁改道、分流、汇聚等作用，在河道内易出现冲蚀流、回流和沿岸流等异常水体作用[23]，造成粒度分布概率累积曲线跳跃段出现两个次总体。

图4FI+FII砂组预测砂体厚度等值线图

Fig.4Isopach map for the sandstone thickness in FI+FII sand sets

图5物源主控区分带图

Fig.5Diagram showing the zonation of the provenances in the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

4.2沉积特征相似性

观察图6泥岩颜色统计图和粒度参数C-M散点图，发现各分区泥岩颜色和粒度分布较为一致，其中泥岩颜色均以红色和紫红色为主，代表水上或水体很浅的沉积环境产物[24-26]。C-M参数均投点于RS(均匀悬浮)段和QR(递变悬浮)段。均匀悬浮是上层水流的搬运形式，不受底流分选；递变悬浮一般位于水流下部，主要是由各种升举力引起的颗粒跳跃高度不同引起[27]。研究区主要水动力状态为沉积平稳流(对应CM图中的RS段)和沉积递变流(对应CM图中的QR段)。

根据沉积模式研究成果，在泉四段沉积时期，研究区属于缓坡浅水枝状三角洲沉积体系，沉积物源来自盆周山区。保康和怀德体系沉积模式较为相似，河道斜交盆轴，基底呈缓坡状，河流水动力较强，主要发育三角洲平原亚相，对应图7中湖盆最高潮水线(对应图中洪泛面)和最低潮水线(对应图中枯水面)之间，实际上主要是指主河道开始分叉至分流河道消失或席状砂形成为止。图7中绿框对应双物源控制II区，红框和蓝筐分别对应怀德物源和保康物源主控的I区和III区。研究区泉四段沉积时期主要水动力状态为沉积平稳流(对应CM图中的RS段)和沉积递变流(对应CM图中的QR段)。双物源水系进入下三角洲平原，混合而成低能量漫流的沉积平稳流。沉积平稳流经自身扩散并与湖水充分混合形成大面积分流河道间漫岸沉积，这是研究区三个物源分区泥岩颜色和粒度参数C-M图具有较高一致性的原因。对于不同水系之间单向流动的沉积递变流所形成的分流河道，除了重矿物组分、ZTR指数和砂岩厚度变化趋势等常规参数能够识别物源体系外，一些重要沉积特征由于水系沉积物来源、搬运距离和水动力条件不同而产生一定差异性，可用来验证研究区不同物源体系主控区划分是否准确，如上文利用岩石组构特征、砂体累积厚度频率分布特征、河道砂体的粒度分布特征的差异性验证研究区物源分区的合理性。

图6I、II、III区沉积特征对比图

Fig.6Correlation of depositional characteristics of the provenances I, II and III

图7朝84-6井区扶余油层双物源沉积模式图

Fig.7Sedimentary model showing the multiple provenances in the Chao 84-6 well area, Songliao Basin

5　认识与讨论

综上所述，朝84-6井区泉头组沉积时期主要存在SW-NE方向的保康物源体系和S-N方向的怀德物源体系，依据研究区物源分带特征划分为I、II、III区。其中I区为保康物源主控区，主要受西南保康水系控制，重矿物组分中磁铁矿含量相对较高，普遍大于10%，锆石+石榴子石含量高于70%，锆石与石榴子石含量的比值大于1，ZTR指数变化趋势与砂体展布均为SW-NE方向；III区为怀德物源主控区，主要受南部怀德水系控制。重矿物组分中磁铁矿含量相对较低，均在5%左右，锆石+石榴子石含量低于45%，锆石与石榴子石含量的比值小于1，ZTR指数变化趋势与砂体展布均为SSW-NNE方向；II区受双物源水系共同控制。重矿物组分兼具双物源特征，ZTR指数和砂体展布均无明显方向性，受双物源主干水系的分支河道共同控制。在该区域内，不同水系频繁发生河流分叉、改道和汇聚作用，使其沉积体系的双物源特征更加明显。

各分区的沉积特征具有一定相似性和差异性。相似性是由于双物源水系进入下三角洲平原，混合而成低能量漫流的沉积平稳流。沉积平稳流经自身扩散并与湖水的充分混合形成大面积分流河道间漫岸沉积，主要体现在泥岩颜色和粒度参数C-M散点图较为一致；差异性是由于沉积物来源、河流搬运距离和水动力条件的差异导致不同水系之间单向流动的沉积递变流形成沉积特征不同的分流河道，其沉积岩石组分、砂体厚度频率分布和河道砂体的粒度分布曲线均有所不同。具体表现为：在碎屑岩组分方面，I区主要发育岩屑砂岩，III区主要发育长石质岩屑砂岩，而II区兼有二者岩性特征；在粒度特征方面，I区和III区的粒度概率累积曲线均为单偏态二段式。I区粒度概率累积曲线S截点对应的粒径值略高于III区，粒度频率曲线的离散程度略低于III区。II区由于水道的频繁改道、分流和汇聚，在河道内易出现冲蚀流、回流和沿岸流等异常水体作用，导致粒度分布概率累积曲线的跳跃段普遍发育双次总体。在砂体厚度特征方面，由于河流流量稳定性差异，导致I区和III区20m以上的砂体累积厚度比例均超过20%，而II区超过20m的砂体累积厚度非常少见。

值得说明的是，研究区物源控制区的划分并非是绝对的，物源主控因素只是一个相对概念。本文定义I区为保康物源体系主控区，旨在说明该区域以通榆-保康水系的沉积作用为主，也有可能因为长春-怀德水系分支河道的单向延伸而具有一定怀德物源体系的沉积特征，只是其影响较小，故而划分为保康物源主控区。由此可见，对于混合物源区域，尚存在“拟合多物源体系评价指数”、“定量评价不同物源体系对区域沉积的影响程度”、“精细刻画物源分区边界”等问题需进一步解决。

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Multiple provenance analysis of the Chao 84-6 well area during the deposition of the 4th member of the Quantou Formation in the Central depression, Songliao Basin

WANG Peng-yan, LI Yao-hua

(SchoolofEarthSciences,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,Heilongjiang,China)

The Chao 84-6 well area was located in the intersection of the Tongyu-Baokang drainage system in the southwest and Changchun-Huaide drainage system in the south of the Songliao Basin during the deposition of the 4th member of the Cretaceous Quantou Formation in the Central depression, Songliao Basin. Due to complex convergence of multiple sources of the drainage systems, the sediment sources and palaeocurrent directions remain uncertain up to now. In the light of heavy mineral assemblages, ZTR indices and sandstone distribution, the authors in this paper contend that the sediment sources may be composed of the provenance I controlled by the Baokang drainage system in the southwest, provenance III controlled by the Huaide drainage system in the south, and provenance II controlled by the double drainage systems.

Songliao Basin; Chao 84-6 well area; 4th member of the Cretaceous Quantou Formation; multiple provenances

1009-3850(2016)01-0090-08

2015-05-25； 改回日期： 2015-08-07

王朋岩(1970-)，男，教授，博士。研究方向：石油天然气地质。E-mail：majing06@126.com

国家科技重大专项(编号2011ZX05028002)；黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项目(编号1155G03)资助

P512

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