松辽盆地徐西北部地区沙河子组细分层序格架下的沉积特征

赵福海 孙国庆 张 野 秦龙卜 杜敬安 姜宝彦

（中国石油大庆油田有限责任公司勘探事业部，黑龙江 大庆 163453）

0 引 言

勘探实践证明，深层致密气已成为非常规天然气的重点勘探领域［1‐2］。多年来，松辽盆地徐西北地区主要围绕徐家围子断陷营城组火山岩开展研究并获得了高产工业气流，成为热点地区［3‐5］。沙河子组碎屑岩储层位于营城组火山岩储层之下，由于岩性致密，以往被认为以发育烃源岩为主而未受到关注。随着勘探成果不断丰富，多口井在沙河子组获得工业气流，证实了深层致密气的勘探潜力及远景［6‐9］。

研究区物源方向以近东西向为主，主要来自西部中央古隆起，以中基性、中酸性火山岩为典型母岩类型，在一定的沉积古地貌背景下，物源综合控制了断陷内的砂体宏观展布规律，进而影响沉积体发育类型［10］。杨壮等［11］将沙河子组划分为4 个三级层序展开研究，但由于陆相沉积具有物源多、岩性差异大、沉降中心多、迁移性强、相带窄、变化快等特点［12］，砂砾岩与泥岩交互频繁，三级层序控制下各层序内部厚度较大造成垂向研究单元较大，难以落实不同期次有利储层发育区带及规模。因此，将沙河子组细分为更高级别的层序，开展徐西北部地区沙河子组细分层序基础上的精细沉积微相分析，是进一步沉积研究的迫切需求。

不同级次的地层层序控制了内部不同的沉积体系，进而控制了内部发育的沉积充填特征及岩性组合，细分层序格架有助于明确各细分层序内部有利储层发育类型及展布规律，为松辽盆地北部深层致密储层有利区预测及勘探部署提供基础。

1 地质概况

徐西北部位于徐家围子断陷徐西凹陷北部，西侧为古中央隆起带，东侧北部为徐中断裂，南侧为朝59 古隆起、万隆古隆起，研究区面积约300 km2（图1）。徐家围子断陷是地壳长期拉张并伴随挤压

图1 研究区位置Fig.1 Location of studied area

作用发展而来，形成与演化复杂，先后经历了先期褶皱、热隆张裂、伸展断陷、热降坳陷、构造反转、隆升剥蚀和差异升降等阶段［13］。研究区地层自下而上发育火石岭组、沙河子组、营城组，沙河子组为盆地断陷期发展的产物，不整合覆于火石岭组之上，地层发育主要受古沉积环境及构造抬升剥蚀的双重影响，整体表现为凹陷南东沉降中心厚，向西部、北部斜坡带减薄的特点，自下而上分为4段，对应于4 个三级层序（图2）。沙河子组发育有断陷期沉积的烃源岩层［14］，生烃指标优越，生气量为1.3×1012m3。西部斜坡是天然气运移的主要方向之一，有利于天然气聚集成藏，产气层段埋深为3 700～4 300 m，地层平缓、连续性好，受火山活动影响较小，后期构造活动少。

图2 研究区地层发育综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of stratigraphic development in studied area

2 层序划分

针对沙河子组内部砂砾岩与泥岩交互频繁的复杂地质背景，采用井震结合的精细层序地层学方法，建立了区域统一精细等时层序地层格架。地震反射界面反映沉积地层的年代界面，不同地震同相轴反射终止类型表明地层不同的尖灭形式。

三级层序界面以不整合及其可追踪对比的整合界面为特征，在盆地边缘和相对隆起区，三级层序界面变化为下切或削蚀不整合面，向洼陷区过渡为整合接触。因此首先在地震剖面中根据区域不整合削截、上超反射特征确定沙河子组底界面T42与顶界面T41，这2 个反射层对应的均是区域不整合面，是可以连续追踪对比的区域地震标志层［15］。根据近物源的坡折带上部地区地震波组表现为削截或冲刷充填、坡折带发育区地震波组表现为上超和视削截、强振幅反射同相轴所示的上下地层差异等标志，在沙河子组内部进一步识别出T41c、T41b、T41a共3 个三级层序界面（图3），将沙河子组划分为Sq1—Sq4 共4 个三级层序，分别对应于沙河子组4个段。

图3 沙河子组三级层序界面地震响应特征Fig.3 Seismic response of third-order sequence boundary of Shahezi Formation

四级层序界面主要应用已钻井的测井资料，依据测井曲线变化特征所反映的地层岩性及叠置样式的转变，在三级层序内部进一步识别出5 个四级层序界面，从而将4 个三级层序细分为9 个四级层序。Mf1 界面之下为层序Sq1−1，界面之上为层序Sq1−2，之下自然伽马曲线为低值钟形，之上为高值平缓齿形，电阻率由高值向低值转变；Mf2 界面之下为层序Sq2−1，界面之上为层序Sq2−2，之下自然伽马曲线为低值尖峰状，之上为高值漏斗形，电阻率由高值向低值转变；Mf3 界面之下为层序Sq3−1，界面之上为层序Sq3−2，之下自然伽马曲线为低值尖峰状，之上为高值漏斗形，电阻率由高值向低值转变；Mf4 界面之下为层序Sq4−1，界面之上为层序Sq4−2，之下自然伽马曲线为中高值平缓线形，之上为低值漏斗形，电阻率由低值向高值转变；Mf5 界面之下为层序Sq4−2，界面之上为层序Sq4−3，之下自然伽马曲线为高值线形，之上为高值箱形，电阻率由低值向高值转变。

3 沉积相标志

3.1 岩石学

通过岩心资料观察分析，确定研究区沙河子组主要发育砾岩、砂岩、粉砂岩以及泥岩4类岩石类型。

砾岩、砂岩在研究区普遍发育，该类型岩石一般形成于强水动力较远距离搬运的沉积过程。依据沉积体系类型细分为辫状河三角洲、扇三角洲砾岩、砂岩（图4）。辫状河三角洲砾岩、砂岩磨圆中等，多呈次棱角状—次圆状，少量表现为棱角状，分选较差，颜色多表现为杂色、浅灰色和深灰色等，个别具定向排列特征，其杂基颜色复杂，整体以浅色（如浅灰色、灰色等）为主，岩心观察发育块状层理、递变层理；扇三角洲砾岩、砂岩磨圆较差，一般以棱角状—次棱角状为主，仅少量表现为次圆状，分选较差，杂基含量普遍偏高，成分成熟度与结构成熟度均较低，岩心观察显示无明显的定向排列特征和粒序特征，块状层理为主，反映其距物源较近、搬运距离短、沉积迅速的特点，颜色多表现为杂色、浅灰色、深灰色等。

图4 沙河子组主要岩石类型岩心照片Fig.4 Core photos of main rock types of Shahezi Formation

粉砂岩、泥岩多为经过较长距离搬运，稳定水动力条件下缓慢沉降形成，粗细混杂物质不断分异，粉砂颗粒相对集中，一般来说，该岩石类型分选较好，结构成熟度和成分成熟度较高。工区内粉砂岩沉积相对发育局限，沉积物颜色以灰色、深灰色、灰黑色为主，单层粉砂岩沉积厚度较薄，与泥岩多呈互层状，发育水平层理及波状层理，该岩石类型在分流河道间、席状砂、湖泥等微相均可见。

3.2 测井相

测井相分析是沉积相研究的一种重要手段。依据钻井取心、地质录井等资料建立岩性剖面，结合测井曲线形态及其叠加样式，开展测井相分析（图5）。

（1）箱形—钟形（图5（a））。厚层沉积的砾岩、砂岩中常见，广泛发育于沙河子组各层序内，岩性由粗变细，以早期强水动力沉积条件，晚期沉积水动力减弱为特点，因此下段表现为箱形，上段逐渐向钟形渐变，对应辫状河三角洲及扇三角洲平原及前缘的辫状河道、水下分流河道微相。

（2）漏斗形（图5（b））。水动力条件与钟形相反，以早期弱水动力，晚期渐变为强水动力为特点，对应岩性下部较细，上部变粗，发育于辫状河三角洲及扇三角洲前缘的河口坝或滨浅湖的砂坝。

（3）漏斗—钟形复合形（图5（c））。此类型相对少见，为复合水动力条件下的产物，以早期弱、中期较强、晚期弱为特点。早期发育河口坝或滨浅湖砂坝沉积，后期发育水下分流河道沉积。

图5 沙河子组典型单井测井相Fig.5 Typical logging facies of Shahezi Formation for individual wells

（4）高频齿形（图5（d））。对应水动力条件为强弱交替，发育于辫状河三角洲或扇三角洲前缘的席状砂以及滨浅湖的席状砂沉积。

（5）齿化—平直形（图5（e））。响应水动力条件整体较弱，局部出现强水动力，发育于辫状河三角洲、扇三角洲平原或前缘的分流河道间沉积，以及滨浅湖—浅湖的沉积，对应沉积物主要以泥质为主，局部可夹薄层砂岩。

（6）平直形（图5（f））。响应厚层泥岩的测井特征，水动力条件整体较弱，发育于半深湖沉积。

3.3 地震相

地震相指地震剖面上具有相似沉积相类型所对应的地震反射特征，不同沉积相对应不同的地震反射结构、连续性、频率及振幅，可作为识别划分沉积相的依据［16‐18］。研究区扇三角洲发育于断陷陡坡带，典型的地震反射主要为楔形杂乱反射，平行—亚平行特征，连续性较差，中—强振幅，厚度大，具前积结构。由于临近物源，前积结构延伸不远，底界面多为强振幅，与下伏地层常为下超接触，与上覆地层常为削截或上超接触。辫状河三角洲发育于断陷缓坡带，主要为楔形反射，前积结构明显，内部结构为平行—亚平行特征，中—高频，连续性好，较扇三角洲延伸距离远，中―强振幅，与下伏地层常为下超接触，与上覆地层常为削截或上超接触。湖泊相发育于盆地中心，由于岩性较细，稳定沉积，地震相具有平行反射特征，中等频率，代表岩性较为均一稳定，振幅强度中等，连续性好。

4 沉积相特征

4.1 沉积相类型

4.1.1 沉积相

根据钻测井及地震相标志，结合典型单井相划分，确定研究区沙河子组发育扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3种沉积相类型，进一步细分为6种亚相及8 种微相（表1）。不同沉积类型的分布位置及对应的砂体发育规模差异较大，研究区控陷断裂附近发育扇三角洲沉积，地形高差起伏大，沉积物厚度大，粒度粗，分选磨圆均不好，成分及结构成熟度低，可细分为扇三角洲平原及扇三角洲前缘亚相［19］。断陷缓坡一侧发育辫状河三角洲沉积，受近物源沉积影响，沉积岩性粗，多为砾岩及砂砾岩，其次为粗砂岩、中砂岩及细砂岩，可细分出辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘亚相。湖泊相主要发育于断陷中部凹陷内，暗色泥岩较发育，且规模较大，其亚相可划分为滨浅湖和半深湖—深湖亚相［20］。

表1 沙河子组沉积相类型Table 1 Sedimentary facies types of Shahezi Formation

4.1.2 沉积亚相

扇三角洲平原的岩电组合具有加积叠加特征，大多数地区由于受到构造抬升以及沉积物多期冲刷而缺失。强水动力条件影响下，河道不具备典型的二元结构，顶部细粒成分被冲蚀，沉积微相类型主要为辫状河道和分流河道间［21］。

扇三角洲前缘为平原过渡到水下的部分，沉积水体交汇，是沉积过程最为活跃的地带，岩性主要为成分复杂的砂砾岩，同时夹杂暗色泥岩，主要发育水下分流河道、河口坝、席状砂、水下分流河道间微相。

辫状河三角洲平原沉积广泛发育，表现为加积特征的岩电组合，常伴生煤线及炭屑，沉积微相类型主要为辫状河道、分流河道间［22］。

辫状三角洲前缘是辫状河三角洲平原的水下延伸部分，主要发育水下分流河道、河口坝、席状砂、水下分流河道间微相。

滨浅湖大面积分布，为枯水期最高水位线至浪基面之间的区域，微相类型主要为滨浅湖砂坝、席状砂及滨浅湖泥。

半深—深湖相发育于浪基面以下，水体条件安静，为弱还原—还原环境，对应沉积构造比较单一，主要以块状层理、水平层理及差异压实形成的变形层理为特点。主要岩性为灰黑色的泥岩及页岩，偶见泥质粉砂岩、粉砂岩或细砂岩薄夹层，微相类型主要为湖泥。

4.1.3 沉积微相

辫状河道微相以杂色的砾岩、含砾粗砂岩及细砂岩为特点，底部以冲刷面接触，单砂体具明显的正韵律，呈多个韵律层叠置，测井曲线为箱形—钟形组合，底面多为突变接触，主要发育块状层理、交错层理、递变层理以及平行层理构造。

分流河道间微相主要为深灰色—灰黑色泥岩、薄层煤层夹薄层灰色泥质粉砂岩或灰色细砂岩，多见炭屑或植物根系，发育煤层或煤线，电测曲线特在主要为齿形—指形，局部显平直形。

水下分流河道微相主要发育含砾砂岩、粗砂岩及细砂岩，常与黑色、深灰色、灰色的泥岩互层发育，局部可夹杂泥质粉砂岩。具有多个正韵律的多期叠置特征，底部具有冲刷面，发育块状层理、粒序层理，测井曲线呈箱形—钟形。

水下分流河道间微相多发育细粒沉积，主要表现为灰黑色—灰色泥岩、粉砂质泥岩以及泥质粉砂岩，局部可见薄层发育的灰色粉砂岩及细砂岩，测井曲线表现为齿化—平直形或局部呈短指状，主要发育块状层理、波状交错层理及水平层理，局部可见变形构造。

河口坝微相以反韵律为特点，测井曲线特征明显，反映水动力条件由弱变强，岩性以粒度较粗的砂砾岩、含砾砂岩为特点，其次为细砂岩。

席状砂微相是近平行于岸线展布的薄层砂层，面积分布广，主要岩性以细砂、粉砂及泥质粉砂岩为特点，层理类型主要为波状层理，电测曲线特征多表现为齿状、短指状。

砂坝微相内部岩性组合多为中砂岩、细砂岩及含砾细砂岩，受波浪作用，典型沉积构造为浪成冲洗层理，其次为波状交错层理及平行层理，以箱形—复合韵律及反韵律电性组合为特点。

湖泥微相表现为黑色—深灰色泥岩互层沉积，以平直形测井相为特点，主要沉积构造为块状层理、水平层理、波状层理。

4.2 沉积相分布

研究区沉积相类型多、相带纵横向变化快，不同构造位置具有不同的分布特点和演化规律，以沉积相类型分析为基础，采用“点—线—面”的研究思路，开展连井沉积相对比及沉积相平面展布分析，准确揭示了沙河子组垂向和平面上的沉积相展布规律及其演化特征。

4.2.1 垂向分布

（1）南部Fsh701―Xsh606―Xsh6―Xsh1 连井沉积相。

该连井剖面位于徐西北部南侧，为东西向剖面。西侧发育扇三角洲相，物源能量较弱，Fsh701井发育薄层砂砾岩，为扇三角洲前缘亚相沉积；东侧发育辫状河三角洲沉积，物源能量较强，Xsh6井砂砾岩发育，为辫状河三角洲前缘沉积，Xsh1井揭示沙河子组地层厚度较大，砂砾岩较发育，为辫状河三角洲平原沉积；中部Xsh606 井揭示沙河子组厚度较薄，从地震反射特征上看，以湖相沉积为主， 砂砾岩较少发育， 发育湖相沉积（图6（a））。

垂向上，从早期层序到晚期层序，西侧扇三角洲沉积逐渐退积，表现为湖平面逐渐扩大、物源供应不足的沉积过程，东侧辫状河三角洲砂体整体向湖盆中部进积，表现为湖平面逐渐缩小、物源供应充足的沉积过程，受后期抬升剥蚀影响，Xsh1 井晚期层序不发育，在层序1 时期发育火山岩相（图6（a））。

（2）北部Fsh801―Fsh10―Ssh5 连井沉积相。

该连井剖面位于研究区最北端，为东西向剖面。西侧发育扇三角洲相，Fsh801 井砂砾岩发育，为扇三角洲前缘亚相沉积，西部物源较弱，砂砾岩厚度、规模较小；东侧发育辫状河三角洲相，且物源较强，砂砾岩发育厚度、规模较大，Ssh5 井发育辫状河三角洲前缘亚相沉积；Fsh801 井与Ssh5井之间发育湖相沉积，Fsh10 井整体上砂砾岩不发育，以泥岩沉积为特点（图6（b））。

垂向上，Sq1−1—Sq1−2 沉积时期，研究区东部辫状河三角洲前缘沉积向湖盆延伸范围广，沉积规模大，而西部扇三角洲前缘沉积规模较小；在Sq2−1—Sq2−2 沉积时期，辫状河三角洲前缘沉积继续向西推进，西部扇三角洲退积，规模较小，纵向上浅湖沉积范围不断扩大，沉积水体继续变深；Sq3−1、Sq3−2 沉积时期东侧辫状河三角洲砂体继续向西进积，局部伸展至湖盆中部，西部扇三角洲呈现小型退积，沉积范围继续变小，此时湖盆规模相对较大；Sq4−1—Sq4−3 沉积时期，早期地层范围较大，两侧三角洲砂体均向湖盆进积，砂体规模变大，湖盆面积缩小，晚期层序受构造抬升剥蚀影响，地层范围较大（图6（b））。

图6 研究区南部、北部连井沉积相剖面Fig.6 Well-tie sedimentary facies sections in south and north of studied area

4.2.2 平面分布

研究区沙河子组广泛发育的扇三角洲相及辫状河三角洲相砂砾岩为最有利储层，来自东西2 个物源方向的砂砾岩储层处于主力烃源岩内，与湖相沉积的泥岩呈指状接触，近源聚集，源储叠置，因此只要有砂砾岩储层即形成砂砾岩岩性气藏，其上覆和周边较致密的泥岩即为盖层，具有形成自生自储岩性气藏的有利成藏条件。依据有利沉积相带分布特征及砂砾岩发育情况，对四级层序内沉积微相展布特征进行了分析阐述，确定了砂砾岩储层发育的有利相带平面展布特征及演化规律，为后期目标优选及井位部署提供有利支撑。

Sq1 为徐家围子断陷沉积早期，拉张阶段影响下沉积水体较浅，主要发育扇三角洲、辫状河三角洲及滨浅湖相。地貌高差及距离沉积物源远近综合影响了该期沉积体系类型，表现为西部陡坡带发育扇三角洲，而南部东部的缓坡带及北部轴向一侧主要以辫状河三角洲相为特点，凹陷区主要发育滨浅湖（图7）。

Sq1−1 沉积时期，断陷西侧发育扇三角洲前缘亚相，在Ssh5 井区、Fsh11 井区等位置发育规模较大的砂砾岩体。东部Xsh6‐305、Xsh1 井区发育辫状河三角洲平原、前缘亚相（图7（a））。

Sq1−2 沉积时期，砂砾岩体发育与Sq1−1 具有一定继承性，此时湖盆面积略有扩大，砂砾岩体范围略小，西侧发育扇三角洲，在Fsh801 井区及南侧、Xsh606 井区发育扇三角洲前缘沉积，东侧发育辫状河三角洲，在Ssh5 井区、Xsh1 井区发育辫状河三角洲前缘沉积（图7（b））。

图7 沙河子组Sq1沉积相Fig.7 Sedimentary facies of Sq1 in Shahezi Formation

Sq2 沉积时期湖泊范围进一步扩大，徐西地区发生快速沉降，该层序主要发育扇三角洲、辫状河三角洲及滨浅湖相。西部陡坡带发育扇三角洲相，而南部东部缓坡带及北部轴向一侧以辫状河三角洲相为特点，凹陷中央带发育浅湖相（图8）。

Sq2−1 沉积时期，断陷西侧发育扇三角洲前缘亚相，在Fsh801 井区、Fsh11 井区北侧、Xsh606井区等位置发育规模较大的砂砾岩体。东侧发育辫状河三角洲，北部Xsh603 井区发育辫状河三角洲平原、前缘亚相（图8（a））。

Sq2−2 沉积时期，沉积范围进一步扩大，但砂砾岩体规模变化不大，与Sq2−1 具有一定继承性，西侧发育扇三角洲，在Fsh801、Fsh11 井区发育扇三角洲前缘沉积，东侧发育辫状河三角洲，在Ssh5井区西侧、Xsh601、Xsh6 井区、Xsh1 井区东南侧发育辫状河三角洲前缘沉积（图8（b））。

图8 沙河子组Sq2沉积相Fig.8 Sedimentary facies of Sq2 in Shahezi Formation

Sq3 沉积时期湖盆范围进一步扩大，发育扇三角洲、辫状三角洲及滨浅湖相。与Sq2 相比，沉积相带的分布总体具有一定继承性，浅湖分布范围变小（图9）。

Sq3−1 沉积时期，断陷西侧发育扇三角洲前缘亚相，Fsh8 井区发育规模较大的砂砾岩体。东侧Xsh605 井区发育辫状河三角洲，北部Ssh5 井区发育辫状河三角洲平原、前缘亚相（图9（a））。

Sq3−2 沉积时期，砂砾岩体规模变大，两侧有利相体向湖盆延伸较远，西侧发育扇三角洲，在Fsh801 井区、Fsh7 井区发育扇三角洲前缘沉积，东侧发育辫状河三角洲，在Ssh5 井区西侧、Xsh601、Xsh6 井区发育辫状河三角洲前缘沉积（图9（b））。

图9 沙河子组Sq3沉积相Fig.9 Sedimentary facies of Sq3 in Shahezi Formation

Sq4沉积时期处于沙河子组沉积末期，湖盆范围缩小，水体变浅，砂岩较为发育（图10）。沙河子组由于构造抬升，地层遭受剥蚀，形成南北2个独立沉积分布区，主要沉积扇三角洲、辫状河三角洲及滨浅湖相。扇三角洲相分布于西部地区，北部轴向一侧发育辫状河三角洲相。凹陷区发育滨浅湖相。

图10 沙河子组Sq4沉积相Fig.10 Sedimentary facies of Sq4 in Shahezi Formation

Sq4−1 沉积时期，受构造抬升剥蚀影响，沉积范围较小，断陷西侧发育扇三角洲前缘亚相，在Fsh801、Fsh8、Fsh11、Fsh9 井区发育规模较大的砂砾岩体。东侧发育辫状河三角洲，北部Ssh5 井区西侧、Xsh605、Xsh602 井区发育辫状河三角洲前缘亚相（图10（a））。

Sq4−2 沉积时期，随着地层超覆，沉积范围扩大，仍分为南北2 个独立洼陷，砂体规模略变小，西侧发育扇三角洲沉积，在Fsh8、Fsh7、Fsh701井区、Fsh9 井区东侧发育扇三角洲前缘沉积，东侧发育辫状河三角洲，在Fsh11 井区东北侧、Xsh606 井区、Xsh6 井区西侧发育辫状河三角洲前缘沉积（图10（b））。

Sq4−3 沉积时期，地层继续超覆，沉积范围进一步扩大，南北成为1 个洼陷，砂体规模略变小，西侧发育扇三角洲，在Fsh7 井区东侧、Fsh701 井区、Fsh9 井区东侧发育扇三角洲前缘相沉积，东侧发育辫状河三角洲相规模较小，在Fsh8 井区东侧、Fsh11 井区东侧、Xsh6 井区西侧发育辫状河三角洲前缘相沉积（图10（c））。

5 结 论

（1）沙河子组纵向发育4 个三级层序及9 个四级层序，整体发育扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3 种沉积相类型。扇三角洲、辫状河三角洲相分别进一步细分为扇三角洲、辫状河三角洲平原及扇三角洲、辫状河三角洲前缘亚相；湖泊相可划分为滨浅湖和半深—深湖亚相。

（2）沙河子组Sq1、Sq2、Sq3 层序沉积时期盆地处于拉张阶段，可容纳空间大，受地貌高差和沉积物源相对远近影响，断陷西侧陡坡带扇三角洲发育，断陷缓坡带辫状河三角洲发育，断陷中部凹陷内湖泊相发育，且暗色泥岩较发育。Sq4 沉积时期受区域构造挤压隆升的影响，湖盆发生强烈萎缩，可容纳空间减小，沉积体向凹陷中央推进。