大庆长垣扶余油层曲流河沉积等时对比研究

张聪, 童川川

中国地质调查局油气资源调查中心中国地质调查局非常规油气地质重点实验室，北京 100083

潘涛

(中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083)

郑文波

(中石化石油勘探开发研究院天然气所，北京 100083)

河流-冲积平原相地层广泛分布在断陷湖盆发育的拗陷时期或断-拗转换时期以及大型陆内拗陷湖盆晚期，上述时期盆地基底沉降速率较慢，海(湖)平面升降对地层层序的形成和发育控制作用小[1]。长垣地形坡降平缓，经典的Exxon层序地层模式是需要依据地震反射的终止类型以及几何形态来进行划分与对比的，显然不适用于扶余油层这种具水平或近于平行强弱振幅反射特征的层序研究。大庆长垣的勘探至今已有50多年的历史，虽然中部组合萨尔图、葡萄花、高台子油层作为大庆的主力油层已于20世纪60年代投入开发，但对扶余油层的认识和勘探程度相对较低[2]。白云风等[3]针对扶余油层层序与沉积充填模式开展研究；张庆国等[4]对扶余油层储层单砂体成因与划分方案进行了分析与总结；陈方文等[5]在扶余油层王府凹陷地区开展了高分辨率层序与沉积研究；张世广等[6]总结了扶余油层朝阳沟油区的高分辨率层序地层研究应用。上述研究多数是针对局部区块，而关于整个长垣地区扶余油层的层序地层和沉积体系研究较少，加上所用方法和研究思路不同，至今尚未形成统一的层序划分方案，阻碍了长垣地区整体的油气勘探开发。笔者运用以基准面旋回为参照面的分析方法，在观察岩心、分析岩-电对比图、重点探井的测井曲线以及关键井井-震标定的基础上，通过A/S(可容纳空间与沉积物供给速率比)变化过程中河道不同结构单元的相应特征识别沉积旋回界面，并划分层序单元[7]，选取等时对比标志层，开展曲流河道等时划分与对比研究，提出长垣地区扶余油层河流相内部“曲流河道-决口扇-泛滥平原”间的层序地层等时对比技术，形成曲流河相地层等时对比方法，建立区域的层序地层格架，优化油气田开发精细地层划分对比实践。

1 地质背景

大庆长垣地区位于松辽盆地中央坳陷区，东部三肇凹陷和西部齐家古隆凹陷之间，是松辽盆地内正向圈闭构造，总体展布呈北北东向(图1)。古松嫩平原是由多条水系向三肇地区和古龙汇集而成的，再通过宾县地堑外泄，因此其中河流相和湖泛平原相尤为发育。区内自下而上发育侏罗系以及下白垩统登娄库组、泉头组，上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组和第四系。以往研究表明，登娄库组与上覆泉头组呈整合-假整合接触。扶余油层隶属于泉头组上部的泉三段和泉四段，该时期气候较干旱，是松辽盆地大型拗陷前期的一套水进沉积，总体呈退积式沉积[8]，整合过渡到青山口组。扶余油层沉积时期地形相对平缓，盆地构造沉降较稳定，盆地周缘大型河流十分发育[9]，属于典型的陆内河流沉积。

图1 大庆长垣地区位置与井位

研究区扶余油层曲流河距离物源较远，河流能量弱，发育沉积微相类型包括曲流河道、决口扇、决口河道(图2)和泛滥平原。曲流河道岩性以细砂岩-粉细砂岩为主，具明显正韵律的“二元结构”特征，侧向加积作用强，底部发育槽状交错层理，纵向上与泛滥平原组合，自然伽马曲线呈现中-高幅钟形。决口扇岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，发育波状层理、块状层理，纵向上与决口河道、泛滥平原以及曲流河道交互沉积，自然伽马曲线呈低幅漏斗形。决口河道常发育于决口扇复合体之上，岩性以粉砂岩、粉细砂岩为主，主要层理类型为小型交错层理、波状层理，源于决口扇复合体之上发育的小型泄洪分流水道。泛滥平面发育于河道间或远源决口扇部位，岩性主要由泥岩、粉砂质泥岩组成，暴露型泛滥平原含钙屑或发育钙质结核，潮湿型泛滥平原偶见植根或根结核[10]。

图2 沉积微相岩心照片

2 河流基准面旋回识别与划分

高分辨率层序地层学定义基准面为一个势能面，其势能反映起伏地表面与力求其平衡地表过程间的不平衡程度。基准面的上升和下降构成一个基准面旋回[11]。

曲流河层序界面多表现为河道砂体底部的冲刷侵蚀面或者出现钙质结核、古红壤层等[11]。在河流体系发育和形成过程中，可通过溢岸沉积的发育、河型的改变、冲积平原古土壤发育等分析基准面的变化；孤立的、被冲积平原泥岩包围的、各相渐变的河道砂岩通常是在高A/S条件下产生的；相互叠置、彼此切割的河道砂岩通常是在低A/S条件下形成的[12～16]。

2.1 基准面下降到上升

基准面下降-上升的转换是时间过程段，在基准面下降过程中，A/S趋于变化到最小。在曲流河沉积过程中表现为基准面下降导致一定范围内河道化作用明显，曲流河道迁移。沉积剖面中可出现点砂坝或河道相互叠置，为曲流河道侧向迁移和垂相叠加的综合作用结果，可以作为识别基准面下降的重要标志。同时，该时期伴随河流决口作用频率降低，泛滥平原泥岩薄而广泛，长期的暴露、土壤化作用明显，成熟的古土壤发育，土壤一般呈棕色、棕红色，富含钙质结核[17]。

综上所述，根据野外露头及现场岩心观察，利用测井曲线追踪、对比河道砂体，总结出曲流河相地层内基准面由下降至上升的识别标志：①具有地层意义、控制地层叠加样式的河道底部冲刷面；②叠置河道发育和溢岸沉积不发育层段；③区域广泛发育的成熟古土壤层；④在一定范围内可对比的较大河道底界面(图3)。

图3 扶余油层典型井基准面下降至上升转换面识别

2.2 基准面上升到下降

基准面上升、下降位置常形成洪(湖)泛面，代表基准面上升到最大位置，此时可容纳空间也最大。在河流相地层特别是陆内河流地层中，洪(湖)泛面的识别是划分基准面旋回的重要参考[18]。在远离湖盆、海的冲积平原中，基准面的上升常代表着地下水面上升，形成河间湖泊，以暗色泥质岩、碳质泥岩、煤层发育为特征[19]。研究区的沉积剖面具有一定厚度及沉积稳定性，在一定范围内发育的泛滥平原相及湖相泥岩常常可以作为洪(湖)泛面，是基准面上升到下降转换面的响应；而在湖相泥岩或泛滥平原不发育或少发育的井位，亦可依据纵向上决口扇发育的相对厚度来判断可容纳空间的变化(图4)。高可容纳空间下形成的天然堤相对较高，与冲积平原或河间地区产生明显的地形高差，为高角度进积决口扇的形成提供较大的可容纳空间，由此可以形成厚度相对较大的决口扇。

图4 可容纳空间变化与决口扇厚度变化关系

图5 萨52井扶余油层层序划分方案

测井曲线在层序界面附近突变为箱状、指状或钟形等[12]，岩心上表现为河道底部的冲刷面或古土壤层出现。按照高分辨率层序地层学理论，在不同级次基准面旋回识别的基础上，进行等时连井层序对比，最终划分泉四段和泉三段上部地层为2个中期旋回(相当于三级层序)和6个短期旋回(相当于四级层序)(图5)，泉三段顶部为一不整合界面。6个短期旋回界面，分别是F1.1，F1.2，F1.3，F2.1，F2.2，F3。从全区看，F2.2、F2.1和F1.3界面附近的河道发育得更好，规模较大且分布较广泛，河道下切作用明显，河道砂岩底部冲刷作用明显。F1.1接近青山口组，可容纳空间明显增大，河道规模较小；F1.2处于中期基准面上升旋回的上部，可容纳空间较大，河道的横向可追踪性较差。

3 河流相层序地层对比方法

如何将河流的不同微相(河道、决口河道、决口扇以及泛滥平原)在层序地层对比剖面上建立等时的地层关系，是河流相层序地层对比中的重点与难点。结合河流现代沉积特征与高分辨率层序地层学，提出如下河流相层序地层对比方法。

3.1 标志层的选择

河流相地层通常难以找到区域可对比的稳定泥质标志层。在大庆长垣地区，与泉头组整合接触的青山口组底部湖相地层依次发育2套油页岩段(浅湖-深湖)，自然伽马和电阻率明显变大，在地震剖面上形成强反射标志层。由于地形高差的存在，青山口组沉积早期湖泛期形成的油页岩向斜坡超覆的过程中，在研究区边缘地带已经逐渐变为薄层砂泥互层，故选择全区发育并且测井响应在稳定的青山口组底部第2套油页岩(图5虚线处)作为全区对比的标志层。

3.2 曲流河道与决口扇、泛滥平原的等时对比关系分析与实例

从洪峰开始到退去的一次洪水事件所形成的侧向加积沉积物单元体即为侧积体，而曲流河侧向迁移过程中形成的侧积体再侧向叠加组合会形成单一曲流河点砂坝[13]。点砂坝的存在是曲流河区别于其他类型河流的重要特征。现代河流沉积特征反映，河道侧迁是沉积物侧向加积、河床侧向侵蚀的结果，单个河道底部形成所经历的时间是多次河道侧迁时间的叠加，等于形成一个完整点砂坝所需要的时间。将河道沉积分成单期和多期来看，单一河道的侧向迁移与形成，伴随的是与之对应决口扇的形成，因此两者可以被认为是同期的；而多期河道叠加沉积的时间等同于多期河道侧迁的时间，即最终河道底部和决口扇形成所经历的时间。基于上述原因，可划分河道底部冲刷面与决口扇的顶部为等时沉积面。

泛滥平原和河道的对比呈现2种情况：一是没有决口扇的形成，即不考虑加积作用的河道侧迁；二是有加积作用存在(图6)。不考虑加积作用时，河道侧迁并不能抬高河床形成天然堤，即不存在决口扇发育的空间，河道砂垂直厚度等于河道的深度，满岸时同点砂坝顶部等高的泛滥平原与河道底部经历的时间一致。决口扇发育即代表有加积作用。决口扇顶部与河道底部所经历的时间是等时的，但实际情况是测井曲线上的决口扇顶部原始沉积界面很难追踪，通常都有周围泛滥平原的沉积上超，所以只能在实际对比过程中，将河道底部与上超至决口扇顶部的泛滥平原泥岩段视作等时的。

图6 河道与泛滥平原对比方法

图7 扶余油层地层格架下河道、决口扇与泛滥平原对比实例

图8 河道砂体期次对比示意图

图9 扶余油层地层格架下不同期河道砂岩对比实例

垂直河道延伸方向的茂203井-台2井-茂405井-茂404井-茂501井连井剖面(图7)中，可见上述河道与泛滥平原、河道与决口扇对比的实例。存在加积情况时，如F1.1层序界面和F2.1层序界面附近的茂404井河道底部与茂501井的决口扇顶部都体现出等时性；F2.1层序界面之下的茂501井河道底部与茂404井决口扇顶部泛滥平原泥岩也呈等时性；而无加积情况存在时，如F1.3界面之上的茂203井，其河道底部及其西侧与河道顶部等高的泛滥平原等时。

3.3 同期曲流河道砂体对比

在地质历史中，河流体系由于截弯取直作用或受局部地貌的影响经常发生摆动迁移，同一条河流可以形成多期河道。在河流相对比过程中，识别河道的期次，对于河道砂岩等时对比十分重要。基于高分辨率层序地层分析，在扶余油层的层序地层对比格架下，采用等高程法进行河道砂体对比。高程法对比原则依据现代河流沉积露头研究，典型陆内河流相地层沉积总是遵循原始地貌梯度以近乎平行于原始沉积地貌的趋势沉积。研究区大庆长垣整体为一大型宽缓斜坡，地貌梯度小于1°，适用于高程法对比。即如果两个河道的高程差在一个标准河道厚度范围内，可以认为是同期发育河道，可在平面上进行追踪，高程差超过一个标准河道砂岩厚度的则平面上不可追踪，视为不同期河道(图8)。

3.4 扶余油层河流相层序与砂体综合对比实例

选取扶余油层顶部青山口组下部稳定油页岩段为对比标志层，经地层厚度校正后，采用等高程法河道分期原则以及河道、决口扇和泛滥平原沉积单元的等时对比关系，在层序格架下开展河流地层单元追踪与对比(图9)。平行河道延伸方向的古708井-杏76井-葡42井-葡54井剖面中，反映基准面逐渐上升的沉积趋势背景，扶余油层上部自下而上发育的曲流河道呈现出“低厚度、不同期河道叠置发育”至“高厚度、单个河道孤立发育”的沉积特征。同时在F1.1层序界面上，运用等高程法对比原则，清晰地划分出相邻2口井——杏76井与葡42井发育的河道为不同期次，有效避免了河道砂体追踪的穿时问题。

4 结论

1)青山口组厚层油页岩是大庆长垣地区对比标志层，另外河流相内部钙质结核层段、土壤淋滤面、古土壤成熟度指标面在满足局部稳定发育且可追踪的前提下，也有潜力成为局部对比标志层。

2)基准面从下降到上升的转换面，A/S达到最小，反映沉积可容纳空间相对最小时期，常见于大型河道下切面、多期河道叠置发育面、决口扇发育厚度最小面或成熟古土壤暴露面；基准面从上升到下降的转换面，A/S达到最大，反映沉积可容纳空间相对最大时期，常见于河流相地层内部洪泛面，岩相以区域分布的潮湿型暗色泥岩为代表，河道呈退积叠加样式和进积叠加样式的转换面，位于决口扇厚度较大处。

3)等高程法曲流河等时对比研究适用于宽缓或低角度地貌梯度冲积平原背景下的河流相地层。发育于高地貌梯度背景下，如冲积扇、扇三角洲、三角洲内的河流相地层，河道砂体在堆积沉积过程中受地貌控制作用明显，影响了A/S控制下的沉积物体积分配，需要进一步研究探讨。