大庆长垣萨二组重力流沉积特征及沉积模式

刘春杨

(大庆油田勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

引 言

沉积物重力流研究始于19世纪晚期，各国地质学者对重力流沉积进行了长期的研究，建立了浊流理论，总结出鲍玛序列，完善了砂质碎屑流的概念[1-7]。我国内陆湖盆中广泛发育重力流沉积，如鄂尔多斯盆地白豹地区延长组长6层系、歧口凹陷沙一下亚段、济阳坳陷沙河街组三段中亚段，松辽盆地北部青山口组、嫩江组和姚家组中也已发现重力流沉积[8-13]，针对大庆长垣姚家组萨尔图油层的重力流沉积研究却鲜有报道(图1)。前人研究认为萨尔图油层为浅水河流-三角洲沉积，主要发育河道砂、河口坝砂、内前缘席状砂、外前缘席状砂和滨外砂坝[14-15]。笔者对大庆长垣喇萨杏油田姚家组萨二油层组精细储层描述发现，在杏树岗地区南部个别小层发育重力流沉积，并不是前人认识的滨外砂坝沉积，以萨II5小层的重力流沉积最为典型。对其沉积类型、平面展布特征及沉积模式的研究将有助于调整油田开发策略，提高油气采收率。

图1 工区位置Fig.1 Location of the study area

1 沉积相

大庆长垣喇萨杏油田萨二油层组沉积处于松辽盆地北部大型河流-三角洲沉积体系的末端，整体以三角洲前缘和前三角洲沉积为主，喇嘛甸和萨北地区个别时期发育三角洲分流平原和分流间湾亚相。以萨II5小层为例，沉积微相研究中，将三角洲前缘亚相细分为水下分流河道、前缘席状砂和水下分流间湾微相。水下分流河道微相电阻率曲线形态呈箱型或钟形，底部突变接触，横向上砂体不能连续追踪，平面上呈条带状展布。前缘席状砂微相电阻率曲线多呈漏斗形、指状或尖峰状，横向上砂体可以连续追踪，平面上呈坨状或片状展布。分流间湾微相自然电位曲线呈近直线型，电阻率曲线呈齿状或微齿状，平面形态呈孤立状或连片状。萨II5小层水下分流河道自北向南逐渐变得零散，呈断续状分布，道间砂在北部多沿河道附近分布，在南部呈席状特征展布(图2)。根据水下分流河道发育特征及前缘席状砂分布形态认为，三角洲前缘亚相终止于萨南，其南部杏树岗地区应属于前三角洲亚相。但在杏树岗地区却发现有大规模席状砂沉积，砂体宽约13 km，长度约27 km。三角洲前缘亚相内席状砂是河口区砂体受波浪和岸流淘洗与簸选形成的，砂质纯、分选好，并广泛发育交错层理。但在杏树岗地区的席状砂沉积体的岩心上观察不到明显的交错层理，取而代之的是包卷层理、无层理或具递变层理的块状砂岩，滑塌变形构造十分发育。区内泥岩质纯，为深灰色—灰黑色，含黄铁矿、介形虫、双壳类化石及少量植物茎杆，指示半深湖—深湖环境，砂体与泥岩均呈突变接触，事件性沉积特征明显，综合该席状砂所处的相带位置、与围岩的接触关系及沉积构造特征，笔者认为大庆长垣萨二组是重力流沉积砂体，围绕该砂体成因，在岩心观察基础上，结合萨II4和萨II6小层整体沉积相分布、萨II5小层地层厚度、北部萨南地区地层沉积的研究结果，对该砂体成因进行进一步分析。

2 重力流沉积类型及特征

2.1 滑动-滑塌岩沉积

三角洲前缘堆积的沉积物受重力、沉积物颗粒自重、斜坡角度和滑脱面强度4个因素影响，发生整体滑动并保持内部不发生形变，形成的滑坡堆积物为滑动岩，其最主要特征是围岩为泥岩或泥质粉砂岩，包裹大量保留原岩层理的粉砂岩团块，外来特征明显。研究区内滑动岩的岩心图(图3(a)—(c))显示，保留层理构造的粉砂岩团块孤立地分布在无层理特征的泥质粉砂岩中， 存在一定程度的弹性形变，为塑性变形所产生的滑动变形构造，部分岩块具棱角特征，保留了相对完整的外部形态。在重力流形成过程中，滑动岩会很快转化为滑塌岩。滑塌岩与滑动岩在层理和构造上难以区分，但在流动体制上差别明显，滑塌岩沿滑动面运移过程中会经历旋转变形过程，与原地沉积物共同产生强烈的同沉积变形。研究区内的岩心中常见滑塌变形构造、包卷层理、突变接触面、砂质注入体等识别标志(图3(d)—(f)、图4)，岩性一般为粗砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩。

除上述的岩心资料外，粒度概率累积曲线上表现为“两段式”，由跳跃组分和悬浮组分组成，分选差。C-M图上样点群平行于C-M基线分布，印证了该沉积物为重力流成因(图4)。

图2 喇萨杏油田萨II5小层沉积微相Fig.2 Sedimentary microfacies diagram of SII5 layer in Lasaxing Oilfield

图3 姚家组滑动岩和滑塌岩岩心Fig.3 Sliding rock and slump rock cores in Yaojia formation

图4 X1井综合柱状图Fig.4 Comprehensive histogram of well X1

2.2 碎屑流沉积

以Shanmugam为代表的美国学者通过研究认为，在滑塌与浊流两个阶段之间存在碎屑流的形成阶段，指出碎屑流是一种塑性沉积物流，内部呈线性层流，整体块状固结，根据泥质含量多少分为泥质碎屑流和砂质碎屑流。砂质碎屑流概念更加合理地解释了深水环境中无任何层理构造的块状砂岩成因。研究区碎屑流以砂质碎屑流沉积为主，在萨II5小层的杏树岗全区均有发育。岩心资料显示(图5(a)—(d))，岩性主要为粉砂岩和泥质粉砂岩，偶有细砂岩，含油性多为油浸、油斑和油迹，岩心底部可见剪切带的块状砂岩、发育重荷模构造。块状砂岩中见泥砾和泥岩撕裂屑。粒度概率累积曲线呈“两段式”，指示沉积物以跳跃搬运和悬浮搬运为主(图6)。

2.3 浊流沉积

浊积岩由浊流作用形成。浊流具牛顿流体性质，呈湍流状态，颗粒被湍流支撑且悬浮沉降。通常沉积地质学界利用鲍马层序描述浊积岩，当前流行的浊流理论认为只有呈正递变粒序的砂岩才是真正的浊流沉积，对经典的浊流理论予以修正。实际研究中也发现完整的浊流沉积几乎不存在，多数只发育鲍马序列中1个、2个或者3个相序组合。研究区内浊积岩常见BC、AE和ABC组合(图7(a)—(b))，岩性为粉砂岩和泥质粉砂岩，厚度小于2.0 m，具覆盖面大、期次多的特点。由于粒度细，其正递变层理特征不明显，但通过砂岩的含油性可以看出，底部含油饱满，向上逐渐变差，直至不含油，说明砂岩中泥质含量自下而上逐渐增多，侧面反映浊流沉积物的悬浮沉降特征。岩心分析样点群在C-M图上平行于基线分布，粒度概率累积曲线呈“单段式”特征，证实了该沉积物为浊积岩(图8)。

图5 姚家组碎屑流沉积岩心Fig.5 Debris flow deposition cores in Yaojia formation

图6 X2井综合柱状图Fig.6 Comprehensive histogram of well X2

图7 姚家组浊积岩岩心Fig.7 Turbidite cores in Yaojia formation

图8 X3井综合柱状图Fig.8 Comprehensive histogram of well X3

3 成因分析

重力流沉积物的搬运主要依靠重力，有充足物源的条件下，在一定深度的水体内，湖盆中有一定坡度的湖岸处的不稳定沉积物受洪水、巨浪、地震等阵发性因素的诱发会形成沉积物重力流。考察研究区的砂体是否是重力流沉积物，除岩心观察外，还需要研究是否具备地形条件及诱发因素。

3.1 形成重力流沉积的触发因素

姚家组沉积初期与中生代期间欧亚板块和太平洋板块间一次重大的板块构造运动学重组事件发生时间一致，盆地处于裂后热沉降期内的构造挤压应力背景下[16-20]。该时期松辽盆地整体处于一个相对抬升阶段，盆地由青山口组的高位体系域转为姚家组的低位体系域沉积阶段。在长垣西部古龙凹陷内姚家组一段地层中发现大量震积岩记录，如液化砂岩脉、震裂缝、微断层、不协调岩块、重荷模、似眼球状构造[21-23]，在长垣东部三肇凹陷内以及长垣上姚家组地层中也发现大量与地震活动有关的震积岩，并且在单井岩心中，震积岩多次重复出现，除文献报道的震积岩记录外，在研究区萨II5层段的岩心中也见到大量震积岩，如：H1井968.26～968.46 m处出现的假结核构造、H2井在968.76 m处发育的液化砂岩脉，这些记录说明在萨II5沉积时期，盆地受挤压应力作用，在构造抬升阶段地震活动频发，并具周期性与间歇性特征。频繁的地震活动为湖盆斜坡处堆积的不稳定沉积物向湖盆深处运移提供了有利条件。

3.2 形成重力流沉积的地形条件

在萨II5小层的地层等厚图(图9)上，萨南地区的地层厚度较南北相邻地区都要薄很多，北部物源向南进积过程中，如果地形没有明显起伏变化，地层连续沉积的情况下， 这种情况不符合正常的沉积规律。通过岩心和测井资料的分析发现，该地区以泥岩和钙质砂岩沉积为主，泥岩中普遍钙质含量较高，滴酸后能发生剧烈反应。为何会在地层减薄处出现大量的钙质层沉积？

钙质岩层可形成于成岩早期和成岩中期，在成岩早期是由于水体浅、能量弱、水体交换不畅，蒸发作用强，富含钙的地下水在地表处形成碳酸钙沉淀，此类钙质层空间分布上常具有区域性，呈层状分布，纵向没有穿时性，在电阻率曲线上为尖刺刀状。成岩中期形成的钙质层是由于泥岩和孔隙流体相互作用形成的有机酸和各种离子溶蚀泥岩中的碳酸盐、长石、岩屑等微小碎屑，形成富Ca2+、Mg2+、HCO3-流体，该流体进入临近砂岩，在砂泥界面处发生CaCO3沉淀，形成钙质夹层[24-28]，该类钙质层具有局部性，与构造位置、断层发育程度等影响酸性水活跃度的因素有关，常发育在厚砂岩层的顶部或底部与泥岩接触的位置。萨II5小层的钙质层在萨II4和萨II6小层中同一位置均未出现(图10和图11)，说明该钙质层成层性好，在电阻率曲线上均呈明显的刺刀状(图12)，并且其上下没有厚砂岩层。综合分析认为萨II5小层出现的席状钙质层是在成岩早期形成的。因此，有理由推断萨II5沉积时期，在区域挤压应力背景下，在不均衡的挤压应力作用下，萨南地区抬升更明显，幅度更大，与南北相邻地区相比，呈微隆起状态，导致水体变浅，由于处于三角洲外前缘与前三角洲过渡地带，远离河口，少有新鲜水体注入时，这里就变成了滞水蒸发环境，为钙质层沉积提供了条件。从萨II5小层北部的三角洲前缘砂体分布特征看，砂体未被移成连片的席状砂，而是仍然围绕河道附近呈破席状分布，说明该时期水体较浅，湖水能量不强，因此，如果萨南在微隆起的状态下，这里的水体应该更浅，侧面印证了上述推断的合理性。萨南地区与杏树岗地区的地形高差大，坡度陡，沉积于此的沉积物在地震等诱发因素作用下就会滑向湖盆深处，导致沉积物在此更多的是短暂停留。

图9 萨II5地层等厚图Fig.9 Isopach map of layer SII5

图10 萨II4沉积微相Fig.10 Sedimentary microfacies map of layer SII4

图11 萨II6沉积微相Fig.11 Sedimentary microfacies map of layer SII6

图12 萨南萨II5小层钙质层沉积区测井曲线及岩心滴酸反应照片Fig.12 Logging curves and core acid dropping reaction photo of calcareous sedimentary area of layer SII5 in Sanan

4 沉积模式

姚家组地层在松辽盆地低位体系域沉积阶段形成，为大型陆相湖盆浅水河流-三角洲沉积，萨II5沉积时期，湖水范围在萨II6基础上继续扩大，湖岸线向北推进到喇嘛甸以北地区，但从三角洲前缘席状砂的分布特征看，尽管水体范围较大，但水深有限，湖水能量较弱，并未对河流带来的砂体进行很好地改造迁移。在盆地整体受挤压的背景下，长垣中部萨南地区出现微幅度隆起，使该地区水体深度进一步变浅，由于远离河口区，与新鲜水体交换不畅，加之此时古气候环境以干热为主，所以形成了滞水蒸发环境，导致钙质层沉积，受隆起地形条件的影响，钙质层沉积区与南部杏树岗地区地形高差较大(图13)，来自北部物源的碎屑沉积物多在此短暂停留，形成不稳定的松散沉积物，在地震等外力的诱因下，受重力作用影响，沉积物向湖盆中心方向的杏树岗地区滑去(图14)。至萨II4沉积时期，南部杏树岗地区已经形成了一定厚度的重力流沉积物，此时，萨南钙质层沉积区与杏树岗地区地形相比，高差优势已不明显，此地逐渐成为沉积物的主要卸载区，从萨II4的沉积微相图看，此时的砂体更多的止步于萨南，向南滑动进入杏树岗地区的重力流沉积物与萨II5沉积时期相比范围明显变小，沉积物的“填平补齐”特征明显(图10)。

图13 萨II6—萨II4沉积时期地形演化剖面模式Fig.13 Topographic evolution profile mode from SII6 to SII4 sedimentary period

图14 萨II5小层沉积模式Fig.14 Sedimentary mode of layer SII5

5 结论及建议

(1)大庆长垣萨II5小层沉积时期，杏树岗地区的连片席状砂不发育三角洲前缘砂体的层理特征，砂体与泥岩均呈突变接触，事件性沉积特征明显，岩心资料显示，砂体多呈块状构造或滑塌变形构造，C-M图上样点群平行于C-M基线分布，粒度概率累积曲线呈单段式或两段式特征，综合分析认为它是重力流沉积砂体，并识别出滑动-滑塌岩、碎屑流和浊积岩等重力流沉积物。

(2)萨南微隆起的地形使得萨II5沉积时期的沉积物呈不稳定状态，在频繁的地震活动诱因下，沉积物向南滑动进入杏树岗地区形成大面积的重力流沉积体。

(3)由于重力流砂体横向变化大，储层非均质性强，未来应进一步对杏树岗地区的重力流砂体形成期次进行描述，明确不同期次重力流砂体的范围，为更好地寻找剩余油位置提供地质指导。

致谢：本文萨II组沉积微相研究部分是在大庆油田勘探开发研究院赵翰卿老总的热情帮助和悉心指导下以及大庆油田第一期精细油藏描述培训班全体师生的共同努力下完成的，在此表示诚挚感谢！