松辽盆地肇源—太平川地区白垩系姚家组
一段沉积特征及演化
李占东1, 2，卢双舫2，李军辉3，肖佃师2，陈海峰2，李阳4
(1. 东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆，163318；
2. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆，163318；
3. 大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆，163712；
4. 大庆油田有限责任公司 第一采油厂，黑龙江 大庆，163257)
摘要：以高精度层序地层学理论为指导，通过对岩心、地震、测井、录井以及分析化验等资料的综合研究，建立松辽盆地肇源—太平川地区白垩系姚家组一段层序地层格架。将姚家组一段划分为3个层序，每一层序发育完整，分别由低位、水进和高位3个体系域构成；并在层序格架内进行沉积微相类型及沉积相展布特征研究，确定姚家组一段主要为浅水三角洲沉积体系，识别出三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲3种亚相，以及分流河道、天然堤、决口扇、分流河道间、泛滥平原、水下分流河道、水下分流间湾、水下决口扇、河口坝、远砂坝和席状砂11种微相；三角洲平原、三角洲前缘广泛发育，前三角洲发育较差；三角洲平原分流河道通过填积和频繁的分叉改道，向湖盆中心方向长距离推进，在三角洲前缘的浅水区域发育了大量水下分流河道，分流河道与水下分流河道砂体相互切割、叠加，形成了树枝状砂体，(水下)分流河道砂体构成了油气富集的主要储集体。该区沉积相的精细研究为该区下一步油气的勘探与开发奠定了基础。
关键词：松辽盆地；肇源—太平川；白垩系；姚家组一段；层序地层格架；沉积微相；水下分流河道
中图分类号：P 534.53 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2011)12-3818-09
Sedimentary characteristics and evolution of member 1 of Yaojia Formation of cretaceous in Zhaoyuan-Taipingchuan area
of Songliao Basin
LI Zhan-dong1, 2, LU Shuang-fang2, LI Jun-hui3, XIAO Dian-shi2, CHEN Hai-feng2, LI Yang4
(1. Petroleum Engineering Institute, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China;
2. Earth Sciences Institute, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China;
3. Exploration and Development of Daqing Oilfield Company Ltd., Daqing 163712, China;
4. The First Production Factory of Daqing Oilfield Company Ltd.,Daqing 163257, China)
Abstract: According to the theory of high-resolution sequence stratigraphy, the sequence stratigraphic framework in Member 1 of Yaojia Formation of Zhaoyuan—Taipingchuan area was built up through the comprehensive research on core, seismic, log and analysis assay. Member 1 of Yaojia Formation was divided into three completely-developed sequences which were constituted by three system tracts: low stand systems tract, transgressive systems tract and high stratigraphic framework were also discussed, confirming the shallow water delta sedimentary system in member 1 of stand systems tract. The characteristics of sedimentary micro-facie and distribution were ascertained in the sequence Yaojia Formation in cretaceous. Three sub facies (delta plain, delta front and prodelta), and eleven sedimentary micro-facies (branch channel, natural levee, crevasse splay, distributary interchannel, flood plain, underwater distributary channel and interbay, subaqueous crevasse splay, mouth bar, distal bar and sheet sand) were identified. The delta plain and delta front are widely developed, but the prodelta is poor. By depositing and frequent bifurcation, the branch channels in delta plain are advanced toward the basin center with long-distance, and developed abundant underwater distributary channels in the shallow water area of delta front. Dendrites sand body is formed through the cutting and stacking between distributary channels and sandstone in the underwater distributary channel sand body. In this way, underwater distributary channel sand body constitute the reservoir body of hydrocarbon enrichment. Precise research on the sedimentary facie in this area will establish the foundation for further petroleum exploration and development.
Key words: Songliao Basin; Zhaoyuan—Taipingchuan; cretaceous; first formation of Yaojia Group; sequence stratigraphic framework; sedimentary micro-facie; underwater distributary channels
运用层序地层学进行油气藏勘探，是目前油气勘探的热门课题和重要的发展方向之一[1]。识别层序边界，划分地层层序，建立等时地层格架，是一切地质研究工作的基础[2-4]。精确建立等时层序地层格架，并在层序格架内进行沉积相划分和沉积体系研究对油田的勘探与开发具有重要的指导意义[5-9]。松辽盆地是一大型陆相含油气盆地，为油田勘探开发、寻找隐蔽油气藏的需要，其层序地层学的研究发展迅速[10]。但目前研究大多集中于超层序或者三级层序的粗略划分与对比，注重于宏观的层序地层格架[11-14]，对于高频层序的研究报道较少，而对于高频层序格架内的沉积体系分布及其演化的研究则更少[15-17]。目前所进行的这种盆地级别的层序地层学研究现已无法满足油田勘探与开发的要求，为此，本文作者以高精度层序地层学理论为指导，通过对岩心、地震、测井、录井以分析化验等资料的综合研究，建立松辽盆地肇源—太平川地区姚家组一段高频层序地层格架，并在层序格架内进行了沉积微相类型及沉积相展布特征研究，以便为该区下一步油气的勘探与开发奠定基础。
1 地质概况
松辽盆地继在大庆长垣等背斜部位发现大规模的石油地质储量之后，在长垣两侧的凹陷区也发现了大规模的石油地质储量，深入认识凹陷区石油地质条件对进一步油气勘探及扩大新探区具有指导作用[18]。肇源—太平川地区跨越了中央坳陷、东南隆起、东北隆起3个一级构造单元，包括三肇凹陷、朝阳沟阶地、长春岭背斜带、宾县—王府凹陷、青山口背斜带及绥化凹陷6个二级构造单元，总体呈现东南高、西北低的构造格局[19]。凹陷面积约为5 000 km2，是松辽盆地最重要的生油、富油凹陷之一。白垩系为盆地主体沉积，从下至上划分为下白垩统的火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组及上统的青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组。上白垩系统姚家组一段葡萄花油层为区内主要储层和含油层位。其厚度分布为0~100 m，一般为20~75m，储集层以粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩为主；葡萄花油层属于浅水湖泊三角洲沉积，沉积主体以三角洲前缘相带 为主[20-21]。
2 高频层序地层格架
以高精度层序地层学理论为指导，通过对岩心、地震、测井、录井以及分析化验等资料的综合研究，建立松辽盆地肇源—太平川地区姚家组一段层序地层格架[16]。将姚家组一段划分为3个层序，每一层序发育完整，分别由低位、水进和高位3个体系域构成 (图1)。以此为基础，开展了层序格架沉积微相类型及沉积相展布特征研究。
图1 肇源—太平川地区姚家组一段层序地层格架
Fig.1 Sequence stratigraphic framework in the first formation of Zaoyuan-Taipingchuan area Yaojia Group
3 沉积相类型及其特征
3.1 三角洲相
姚一段沉积时期松辽盆地整体处于水退过程，是盆地总体坳陷过程中的一个显著充填时期。由于古地形相对平坦且坡度相对较小，气候相对干旱，物源供应充足，湖泊面积较小，造成姚一段沉积时以浅水湖泊三角洲为主[21]。三角洲沉积体系可划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲亚相。
3.1.1 三角洲平原
三角洲平原是三角洲的陆上部分，平面上它从河流大量分叉处到湖岸线。三角洲平原微相类型主要包括分流河道、天然堤、决口扇、分流河道间、泛滥平原5种(图2)。
(1) 分流河道沉积微相。三角洲平原分流河道砂体构成三角洲平原的格架。中下部岩性以细砂岩和粉砂岩为主，砂岩颜色一般以棕色、紫色、灰色为主(图2(a))。砂岩分选较好、成分成熟度和结构成熟度中等偏低，多数为块状砂岩，平均厚度3.5 m。底部常具冲刷充填构造，也发育交错层理、波状交错层理、平行层理等。粒度概率曲线多为两段式或三段式(图3(a))。以典型牵引流的跳跃搬运总体为主，悬浮总体次之，一般缺乏滚动组分。跳跃总体含量(质量分数)一般为60%~80%，分选较好，直线段斜率可达60°以上，悬浮总体含量为25%~50%，悬浮、跳跃两总体间的交截点Φ在粒径为2.5~3.0 mm处。垂向上表现为粒度向上变细的正旋回，电测曲线呈钟形或箱形组合。
(2) 决口扇微相。决口扇是河水携带沉积物溢出河道，在河道两侧沉积形成的扇形沉积体，由于地势平坦，沉积厚度较薄，粒度较细，规模小，单砂体厚度为1.0 m，平面上多位于分流河道微相侧翼，延伸不远，沉积特征与分流河道相似。常见沙纹层理、块状层理，分选差。电测曲线呈孤立尖峰状或漏斗状 (图2(b))。
(3) 天然堤微相。垂向上一般位于分流河道微相上部，平面上位于分流河道的两侧，由灰绿色泥质粉砂岩、泥岩和粉砂质泥岩组成。自然电位曲线低平，电测曲线幅度较低，多呈锯齿状形态(图2(c))。
图2 肇源—太平川地区姚家组沉积微相类型及沉积特征
Fig.2 Sedimentary micro-facie type and characteristics of Zaoyuan-Taipingchuan area Yaojia Group
(4) 分流河道间。以灰色、灰绿色块状泥岩夹杂色、灰黑色泥岩为主。发育水平层理、块状层理，常见钙质结核和植物茎叶等。电测曲线起伏小，幅值低(图2(d))。
(5) 泛滥平原相。泛滥平原沉积物以灰色、灰绿色泥岩为主，局部夹紫红色和杂色泥岩，主要是从洪水越岸搬运的悬浮质中沉积下来的细碎屑沉积物。层内含有丰富的植物根系和分散的钙质结核，介形虫化石相对较少(图2(e))。
3.1.2 三角洲前缘
三角洲前缘亚相位于三角洲平原的外侧(向湖一侧)，长期位于湖平面以下，为河流与湖水交接带，沉积作用活跃，是三角洲砂体的主体发育区。可以进一步细分为水下分流河道、水下分流间湾、河口坝、远砂坝和席状砂等微相。
(1) 水下分流河道微相。三角洲前缘水下分流河道沉积与三角洲平原分流河道沉积相似，自下而上完整的沉积序列为冲刷面-中细砂岩-粉砂岩-泥质粉砂岩-粉砂质泥岩-泥岩组成，由于分流河道的多期叠置、侧向迁移导致沉积序列发育不完整，只发育中间的某一部分序列，多数为块状砂岩，粒序具有下粗上细的正韵律特征。发育槽状交错层理、平行层理，底部可见冲刷或突变面。粒度概率累积曲线大多数为三段型，也见两段型(图3(b))。两段型以跳跃搬运总体为主，悬浮总体次之，缺乏滚动组分，跳跃次总体含量占70%左右，交截点Φ在粒径为2.0~3.0 mm处。三段型由跳跃次总体和悬浮次总体组成，其中跳跃次总体发育2个粒度次总体。第一跳跃次总体含量占50% ~65%，直线段倾角为50°~75°；第二跳跃次总体含量占20%~30%，直线段倾角30°左右，与第一跳跃次总体的交截点Φ在粒径为2.5~3.0 mm处。悬浮次总体与跳跃次总体交截点Φ在粒径为3.5~4.5 mm处，直线段倾角15°~20°，其质量分数占20% ~30%，比三角洲平原分流河道悬浮次总体含量偏小。测井曲线上表现为(微)齿化钟形或箱形特征(图2(f))。
图3 肇源—太平川地区不同类型沉积微相粒度特征
Fig.3 Grain size characteristics of various sedimentary micro-facie type in Zaoyuan-Taipingchuan area
(2) 水下分流间湾微相。分流间湾以粘土沉积为主，含少量粉砂和泥质粉砂。具有水平层理和透镜状层理，生物扰动构造、虫孔、虫迹构造等发育，常见植物碎屑等。自然电位和自然伽马曲线形态呈低幅度微齿状或平直状(图2(g))。
(3) 席状砂微相。河口坝砂受波浪的淘洗和筛选，发生侧向迁移，使之呈席状或带状广泛分布于三角洲前缘，形成三角洲前缘席状砂体。席状砂的沉积特征与河口坝差异明显，颗粒变细，砂层减薄，大型交错层理少见，主要由浪成波状交错层理砂岩夹灰绿色泥岩组成，单砂层厚度一般为0.3~0.8 m。测井曲线呈齿状、指状(图2(h))。
(4) 河口坝微相。河口坝是河流带来的砂泥物质在河口处因流速降低堆积而成，平面上位于前缘分流河道分叉处或河口处；呈下细上粗的反韵律或复合韵律(多期河口坝叠置)。顶部为突变或截切接触关系，底部为渐变接触关系。发育波状层理、滑塌变形层理或搅混构造。粒度概率累积曲线呈现两段型，由跳跃总体和悬浮总体组成，且以跳跃总体为主。跳跃次总体含量变化较大，在35% ~75%之间，交截点Φ在粒径为2.0~3.0 mm处，直线段倾角70°~80°。悬浮次总体和跳跃次总体的交截点Φ在粒径为3.0 mm处，直线段倾角30°~55°(图3(c))。自然电位曲线幅值较高，电性曲线呈明显的漏斗形(图2(i))。
(5) 水下决口扇。水下决口扇它是水下分流河道决口在水下分流间湾形成的沉积体，其特征与三角洲平原决口扇相似，只是一般夹在灰色的分流间湾泥质沉积物中(图2(j))。
(6) 远砂坝微相。位于河口前方较远部位，又称为末端砂坝。沉积物较河口坝细，主要为粉砂岩，并有少量粘土和泥质粉砂岩。可发育有槽状交错层理、旋卷层理、水流波痕和浪成波痕以及冲刷充填构造等。远砂坝化石不多，仅见零星的生物介壳，可见虫孔。自然电位曲线幅值较低，电性曲线呈漏斗状或指状 (图2(k))。
3.1.3 前三角洲
前三角洲以深灰色—灰色、黑色泥岩为主，具水平纹层、透镜状层理和块状层理，潜穴构造发育。姚一段沉积时期，由于地形较缓、水体较浅，前三角洲亚相与半深湖-深湖亚相沉积区域重叠，两者交互沉积，因此，前三角洲亚相沉积与半深湖-深湖亚相沉积区分不明显，都是以深灰色泥岩为主。
3.2 平原淤积相
平原淤积相为一套厚度较大的红色岩层，由块状或似角砾状构造的红色泥岩组成，间夹灰绿色泥岩及少量薄层粉砂岩，灰绿色泥岩具水平层理，红色泥岩常为断续水平层理，灰绿色泥岩中含部分生物化石[22]。测井曲线响应与分流间湾及滨浅湖泥微相相似，电测曲线低平，自然伽马幅值中高(图2(l))。
3.3 湖泊相
湖泊相与三角洲相比，岩性偏细，砂岩质量分数低。由滨浅湖亚相和深湖-半深湖亚相组成，分布于三角洲的远端。
3.3.1 滨浅湖亚相
滨浅湖相是指最高水位面以下与浪基面之上的浅水沉积，岩性主要为深灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、暗紫色粉砂质泥岩和暗色泥岩，常发育波状层理和水平层理。可见生物扰动构造以及植物根茎等化石碎片。自然电位曲线呈低幅线状，电阻率曲线变化幅度不大。
3.3.2 深湖-半深湖亚相
深湖-半深湖亚相位于正常浪基面以下到湖盆中水体最深的部位，处于缺氧的弱还原-还原环境。以灰黑、深灰泥页岩为主，以发育大面积的泥灰岩为特征。发育水平层理及细波状层理。化石丰富，浮游生物为主，含自生黄铁矿。
4 高频层序格架内沉积体系分布及演化
4.1 C1层序的沉积体系分布及演化
C1层序是姚家组一段的主要沉积期，也是三角洲沉积体系发育规模最大，沉积物快速沉积时期，C1主要包括LST1，TST1和HST1 3个体系域，其沉积旋回性、沉积相带的分布特征在纵向上具规律性的演变特征(图4(a1)~(a3))。
LST1沉积时期，气候干旱，水平面快速下降，湖泊大面积收缩。三角洲前缘亚相为主体沉积，平原淤积相紧发育在工区东南部，面积较小。物源供应充足，分流河道发育、宽度较大，向湖盆内进积距离较远，东部三角洲分流河道向西延伸至四站地区，北部三角洲分流河道向南延伸至丰乐、肇州和永乐地区。因湖面频繁波动分流河道易改道或分叉，同时湖浪、冲刷-回流和沿岸流对分流河道砂体和河口坝砂体改造作用强，在三角洲前缘区发育了大面积的席状砂，在分流河道末端形成大面积远砂坝沉积(图4(a1))。
TST1沉积时期，水平面缓慢上升，湖泊面积有所扩大，但幅度有限。物源主要来自北部和东北部，东部物源变小。东南部发育大面积平原淤积相；北部沉积体系物源供应较为充足，三角洲面积有所扩大，三角洲平原分流河道发育，河道宽度大，入湖后河道分叉增多，河道宽度迅速变小，向前延伸距离较短，但存在个别河道分支向前延伸较远。由于长期受大幅度季节性、周期性湖面波动引起的河流、湖浪、冲刷-回流及沿岸流强烈的改造，三角洲前缘席状砂发育，呈坨状或席状分布于分流河道两侧或分流间湾中。在分流河道末端发育小面积的远砂坝沉积(图4(a2))。
至HST1沉积时期，水平面继续上升，水域面积扩大，河道规模进一步缩小，东部物源的河流沉积向东退积。沉积相带的变化较TST1而言，也有向北退积的趋势，三角洲平原分流河道较发育，河道宽度大，入湖后河道分叉增多，河道宽度变小，向前延伸距离较短，三角洲前缘席状砂发育较小，呈坨状分布于分流河道两侧。在分流河道末端发育小面积的远砂坝沉积(图4(a3))。
4.2 C2层序的沉积体系分布及演化
LST2沉积时期，水平面开始下降，湖泊面积收缩，呈长条形展布。南部也发育一套三角洲沉积体系，其中东部和南部三角洲沉积体系面积较小，北部三角洲向湖延伸距离较远，与南部沉积体系的三角洲前缘相连。分流河道规模较大，分叉较多，河道两侧以分流间湾和席状砂为主，席状砂呈片状分布，而在工区东南部和东部发育大面积平原淤积相(图4(b1))。
TST2沉积时期，水平面有所上升，湖相面积扩大。发育北部和东北部三角洲沉积体系，分布面积较低位域时期缩小；分流河道多呈枝状展布，分流河道间及分流间湾发育，河口坝不发育，湖浪及湖面波动等改造作用中等，仅在三角洲前缘外侧发育小面积条带状席状砂，在分流河道末端发育大面积远砂坝微相沉积。平原淤积相较发育，在工区南部和东部及北部宋站油田东侧地区发育大面积平原淤泥相(图4(b2))。
HST2沉积时期，水平面继续上升，湖域面积达到扩大。沉积相带的变化较TST1而言，也有向北退积的趋势，三角洲前缘亚相面积缩小，水下分流河道延伸距离较短，呈枝状分布。而在工区南部和东部及北部宋站油田东侧地区发育大面积平原淤泥相(图4(b3))。
图4 肇源—太平川地区不同层序不同体系域沉积相平面分布
Fig.4 Plain distribution of sedimentary phase in different sequence and system tract in Zaoyuan-Taipingchuan area
4.3 C3层序的沉积体系分布及演化
C3层序形成时，古地貌进一步平缓，湖面变化总体相对稳定，三角洲沉积体和分流河道规模总体较C1和C2时期要小(图4(c1)~(c2))。
LST3沉积时期，水平面整体缓慢上升，湖相面积扩大，头台、永乐、丰乐、肇州、肇源地区进入湖相沉积。三角洲前缘面积缩小，分流河道分叉较多，延伸距离较短，在三角洲前缘外侧发育小面积朵状席状砂，在分流河道末端发育大面积远砂坝微相。而在南部和东部发育大面积平原淤积相(图4(c1))。
TST3和HST3沉积时期，水平面急剧上升，湖相面积变大。三角洲面积更小，分流河道较窄、延伸距离较短，呈枝状展布，在三角前缘区形成片状分布的席状砂，河道末端远砂坝较发育。而在东部和南部发育大面积的平原淤积相(图4(c2))。
5 结论
(1) 以高精度层序地层学理论为指导，通过对岩心、地震、测井、录井以及分析化验等资料的综合研究，将松辽盆地肇源—太平川地区姚家组一段划分为3个层序、9个体系域。
(2) 确定研究区姚家组一段为浅水三角洲沉积，其中三角洲平原、三角洲前缘广泛发育，前三角洲不发育。进一步分出分流河道、天然堤、决口扇、分流河道间、泛滥平原、水下分流河道、水下分流间湾、水下决口扇、河口坝、远砂坝和席状砂11种沉积微相。
(3) 发育的三角洲平原分流河道与三角洲前缘分流河道砂体相互切割、叠加，形成了树枝状砂体，构成了油气富集的主要储集体，是该区油气勘探的有利区带。
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(编辑 赵俊)
收稿日期：2011-02-12；修回日期：2011-05-10
基金项目：教育部博士点基金资助项目(20050220001)
通信作者：李占东(1979-)，男，吉林公主岭人，博士，主要从事沉积、储层等研究；电话：13644593771；E-mail：13644593771@163.com
