东营凹陷下第三系层序地层研究与隐蔽油气藏预测

文章编号 :100020550 (2004) 0120067206 东营凹陷下第三系层序地层研究与隐蔽油气藏预测① 张德武1 　冯有良1 ,2 　邱以钢1 ,3 　闵　伟1 　郭玉新1 　赵乐强1 　向立宏1 1 (胜利油田地质科学研究院　山东东营　257015) 2 (中国石油勘探开发研究院博士后流动站　北京　100083) 3 (中国地质大学　北京　100083) 摘 　要 　应用层序地层学理论 ,利用地震、测井、岩心和分析化验资料 ,建立了东营凹陷下第三系层序界面识别 , 把东营凹陷下第三系划分为 1 个超层序组 ,4 个超层序 ,10 个层序 ,进行体系域划分 ,建立了东营凹陷下第三系层序地 层格架。构造坡折带是指由同沉积构造长期活动引起的沉积斜坡明显突变的地带 ,对盆地充填的可容纳空间和沉积 作用可产生重要影响。通过层序地层格架与构造坡折带的研究 ,建立东营凹陷层序发育模式。受构造坡折带控制的 层序低位域砂体和湖侵体系域砂体 ,成藏条件良好 ,最有利于形成隐蔽油气藏。 关键词 　东营凹陷 　层序地层 　构造坡折带 　低位域砂体 　隐蔽油气藏 　下第三系 第一作者简介 　张德武 　男 　1972 年 7 月出生 　工程师 　石油地质 中图分类号 　P539. 2 　文献标识码 　A 　　层序地层学理论和分析对含油气盆地油气勘 探的指导作用现日益明显 ,并越来越受到石油勘探 界的重视[1 ] 。国内外均有应用层序地层学的方法进 行油气勘探取得成功的实例[2 ] 。因此应用层序地层 学的方法 ,在已有三十多年勘探历史的东营凹陷进行 层序地层学的研究 ,探索一套适用陆相断陷盆地层序 地层的分析方法 ,用于指导隐蔽油气藏勘探 ,对中国东 部类似盆地隐蔽油气藏的勘探具有现实的指导意义。 东营凹陷是渤海湾裂谷系内大型宽缓的中、新生 代张扭型半地堑伸展盆地。该凹陷位于济阳坳陷东 隅 ,呈北东东走向 ,面积 5 700 km2 。其西以青城凸起、 林樊家构造为界与惠民凹陷毗邻。南与鲁西隆起、广 饶凸起呈超覆关系。东与青东凹陷沟通 ,北以滨县凸 起、陈家庄凸起为界与沾化凹陷为邻。其基本构造格 局为北断南超、北陡南缓。凹陷被北西西向断裂分割 为东西两个部分 ,西部为博兴凹陷、东部又被晚期北东 东向盐膏拱张背斜分割为轴向近北东东向的三个洼陷 (图 1) 。 1 　层序界面识别标志及划分 在层序地层学中 ,层序定义为以不整合面或与不 整合面相对应的整合面为界的一套相对整合的、成因 上相互关联的地层序列[3 ] 。识别层序的关键是建立 层序界面识别标志、识别不同级别的不整合面及与之 对应的整合面。 1. 洼陷 ; 2. 断层 ; 3. 平行不整合 ; 4. 角度不整合 图 1 　东营凹陷区域构造位置图 Fig. 1 　Regional tectonic location of Dongying depression 一般来说一级层序界面为较大规模的不整合面 , 面积超过盆地或占据盆地大部分区域 ;二级层序界面 对应的不整合面分布在盆地边缘 ;三级层序界面对应 的不整合面仅分布于局部地区。这些层序界面可以从 地震剖面上识别。层序界面的地震反射特征为上超、 下超、顶超和削截 (图 2) 。 受东营运动的影响 ,东营凹陷下第三系沉积末期 发生整体抬升 ,湖平面下降 ,沉积物露出水面 ,遭受长 　第 22 卷 　第 1 期2004 年 3 月 沉 积 学 报 ACTA SEDIMEN TOLO GICA SIN ICA Vol. 22 　No11 Mar. 2004 　 ① 本文部分内容为中石化“九五”重点科技项目“济阳坳陷第三系沉积、构造及含油性”课 (编号 :95145)研究成果 收稿日期 :2003201217 　收修改稿日期 :2003205227 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 2 　层序界面的地震反射特征 Fig. 2 　Seismic reflection characteristics of sequence boundaries 时期的风化、剥蚀 ,形成区域大范围的不整合 ,横向上 延伸距离长 ,纵向上持续剥蚀时间久 ,642. 2 测线地震 剖面上 , T1 反射同相轴下可见明显的削蚀现象 ,为一 级层序界面。 二级层序界面 T’6 在 596. 4 地震剖面上可见削截 现象。T’2 在湖盆的边缘地区 ,特别是在远离边界断层 的斜坡地带可见到明显的上超、削蚀等反射终止现象。 在 93. 6 测线地震剖面上 ,西部 T4 反射同相轴之 下可见小型下切水道特征。它产生的原因为 :在层序 低位域的早期 ,湖平面快速下降 ,河流下切 ,原始地层 表面受到冲刷、侵蚀造成的 ,为三级层序界面。在东部 97. 5 测线地震剖面上 , T4 轴下还可见到顶超现象。 由于不同期次的三角洲沉积体系沉积的时间相差较 大 ,具有较强的波阻抗差 ,表现在 97. 5 测线地震剖面 上为较强的前积反射 ,如图中的 ①、②、③等 ,我们可以 据此划分四级层序。 在测井曲线上 ,层序界面附近自然电位曲线基线 明显偏移 ,自然伽马能谱测井 Th/ U 剧增 ,有若干明显 的峰值 ,视电阻率值突增或突减。在岩相上 ,层序界面 附近 ,出现反映有沉积间断特征的岩性组合 ,如反映地 表暴露的土壤或根土层。特别在盆地边缘 ,岩性组合 表现为明显的差异性 ,垂向相分析中会发现上下相序 不连续 ,不符合沃尔索相率 ,穿过此界面沉积相带向盆 地移动显著 ,反映湖平面快速下降。在古生物组合特 征上 ,层序界面上下古生物组合具有明显的变化 ,甚至 在局部地区存在化石带的缺失。根据上述层序界面识 别标志 ,把东营凹陷下第三系划分为以下三个层序级 别 : (1)超层序组 (SSQS ,一级层序) 东营凹陷下第三系为一个超层序组 (表 1) ,对应 构造运动的裂陷期。其顶、底界面分别为上第三系与 下第三系之间的界面和下第三系与中生界之间的界 面 ,地震剖面上分别对应着 T1、Tr。 (2)超层序 (SSQ ,二级层序) 东营凹陷下第三系有四个超层序∶SSQ1 (孔店 组) ; SSQ2 (沙四段) ; SSQ3 (沙三下 - 沙二下) ; SSQ4 (沙二上 - 东营组) 。SSQ3 对应裂陷期的裂陷幕 ,地 震剖面上以斜交前积反射为主 ,是由于湖盆断陷下沉 , 河流携带大量泥沙流入湖盆 ,三角洲沉积活跃。SSQ4 对应裂陷期的收敛幕 ,地震剖面上以平行、亚平行为 主 ,说明湖盆沉积环境比较稳定 ,构造活动相对较弱。 (3)层序 (SQ ,三级层序) 各超层序内据层序界面的发育特征及湖平面的旋 回可划分出不同的层序。SSQ1 超层序可划分出 3 个、SSQ2 超层序可划分出 2 个、SSQ3 超层序可划分 出 3 个、SSQ4 超层序可划分出 2 个层序共 10 个三级 层序。三级层序界面在地震剖面上反射特征较明显的 有 :SQ10 底 T’1 ,SQ8 底界 T4 ,SQ7 底界 T6。 (4)体系域 体系域是同期沉积体系的组合。层序可划分为不 同的体系域 : 包括低位体系域 (L ST) 、湖侵体系域 ( TST)和高位体系域 ( HST) 。首次湖泛面与最大湖泛 面是将各体系域分开的界面。 初始湖泛面的识别 :湖平面下降到最低点 ,相对稳 86 　沉 　积 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　第 22 卷 　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 表 1 　东营凹陷下第三系层序地层划分表 Table 1 　The classif ication of Lower Tertiary sequence stratigraphy in Dongying depression 地 层 系 统 界 系 组 段 亚段 综合年龄 / Ma 层序级别 一级 二级 三级 地震 界面 地震反射 终止类型 内　部　结　构 构造运动 新 　 　 　 　 生 　 　 　 　 界 　 下 　 　 第 　 　 三 　 　 系 馆 陶 组 东 营 组 沙 　 河 　 街 　 组 孔 店 组 　 沙一段 沙二段 沙三段 沙四段 孔一段 孔二段 孔三段 　 　 　 上亚段 下亚段 上亚段 中亚段 下亚段 上亚段 下亚段 24. 6 32. 8 37. 0 42. 0 50. 5 54. 9 65. 0 　 SSQS 　 SSQ4 SSQ3 SSQ2 SSQ1 　 SQ10 SQ9 SQ8 SQ7 SQ6 SQ5 SQ4 SQ3 SQ2 SQ1 T1 T’1 T2 T2’ T3 T4 T6 T6’ T7 Tr 上超/ 削蚀 顶超/ 削蚀 上超/ 削蚀 下超/ 顶超 下超/ 顶超 下超/ 削蚀 削蚀 削蚀 削蚀 平行、亚平行 前积反射、亚平行 平行、亚平行 亚平行反射、斜交前积 反射、S 型斜交前积反射 斜交前积反射 东部为斜交前积反射、 西部为平行反射 斜交前积反射 斜交前积反射 斜交前积反射 坳陷期 收 　 敛 　 幕 裂 　 陷 　 幕 初 始 裂 陷 幕 裂 　 　 　 陷 　 　 　 期 定之后 ,缓慢上升 ,由于构造、气候、海侵等因素的影 响 ,使湖平面开始快速上升时的位置。地震剖面上 ,对 应了最低的湖岸上超点。首泛面之上 ,地震相为平行、 亚平行反射 ,连续性中等偏好 ;首泛面之下 ,地震相多 为杂乱或空白反射。 最大湖泛面的识别 :最大湖泛面是在湖平面快速 上升 ,岸线不断向陆迁移至最大限度时湖平面所处的 位置。该时期由于湖盆可容空间增加速率远大于沉积 物供给速率 ,盆地中心处于沉积饥饿状态 ,接受了细粒 薄层的“密集段”沉积。密集段在地震剖面上表现为强 振幅、高连续反射同相轴 ,与最远的湖岸上超点对应 , 东营凹陷 T2 反射层为 2～3 个相位的强振幅、连续性 好、中频率的反射 ,全区分布稳定 ,易于追踪对比。 图 3 为 SQ8 的单井体系域划分。低位域为一套浊 积砂体 ,其特点为 :厚层碎屑岩夹泥岩、灰质砂岩 ,SP 曲 线呈箱状 ,具有完整的沉积旋回和正韵律的特点。湖侵 体系域为薄层灰色灰质粉砂岩与深灰色泥岩及灰质泥 岩、灰质白云岩互层。前三角洲相的厚层块状泥岩的出 现标志着高水位域的开始。再向上则为三角洲平原相 的灰色粉细砂岩、中砂岩夹薄层深灰色泥岩。 2 　层序格架特征 以上述层序界面识别标志和层序划分序列为基 础 ,对东营凹陷主要探井进行层序划分与对比 ,对二 维、三维地震剖面进行层序解释 ,两者结合就可以建立 该区以三级层序为基础的层序地层格架。东营凹陷轴 向沉积体系发育 ,形成了大型三角洲进积充填 ,东西向 图 3 　东营凹陷 SQ8 单井体系域分析 Fig. 3 　System tract division of SQ8 in Dongying depression 104. 6 测线的层序格架剖面能较好反映东营凹陷下第 三系层序格架和地层的发育特征 (图 4) 。 　　从该层序剖面上我们可以看出 ,SQ6、SQ7、SQ8由 96　第 1 期 　　　　　　　　　　　张德武等 :东营凹陷下第三系层序地层研究与隐蔽油气藏预测 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 4 　东营凹陷东西向 104. 6 测线层序格架剖面 Fig. 4 　Sequence stratigraphy profile of E - W trending line 104. 6 in Dongying depression 于受构造运动的影响 ,沉积中心向西部转移 ,每一个三 级层序均表现为河流 - 三角洲的从东向西的进积作 用 ,具有很强的相似性。每一个三角洲的进积旋回就 代表了一个层序。因此沙三段可划分为三个层序。每 一个层序的体系域构成并不十分完整。只有在个别地 区如 SQ6 层序 L102 井 ,SQ7 层序 X133 井 ,SQ8 层序 H3 井 ,层序体系域构成才较为完整。因为在这些井附 近发育有低位体系域的沉积物 ,而其它地区缺失低位 域。从 SQ6 至 SQ8 ,三角洲逐渐向湖盆内部推进 ,SQ8 沉积末期 ,湖盆已经基本被填平 ,为河流相沉积物。沙 一段以浅湖相的灰色、深灰色泥岩夹生物灰岩、油页岩 为特征 ,分布范围广泛 ,全盆地容易追踪对比 ,说明此 时湖盆较为宽阔。就二级层序而言 ,由 SSQ Ⅱ至 SSQ Ⅲ,湖盆范围经历了由大变小再扩大的过程。 3 　构造坡折带 构造坡折带是指由同沉积构造长期活动引起的沉 积斜坡明显突变的地带[4 ,5 ,6 ] 。由于同沉积构造的长 期活动 ,构造坡折带对盆地充填的可容纳空间和沉积 作用可产生重要影响 ,制约着盆地沉积相域的空间展 布。对一个三级层序而言 ,构造坡折带控制了层序的 发育及其体系域的构成。 东营凹陷构造坡折带按其发育部位可划分为缓坡 和陡坡两种类型。 缓坡构造坡折带由一系列断阶状排列的生长断层 组成 ,其中心部位断距大、断面陡 ,两侧断距小、断面 缓。沉积基准面升降变化对该构造坡折带的沉积环境 和沉积作用影响较大 ,当沉积基准面快速下降 ,在构造 坡折带以上形成陆上暴露 ,发育下切水道。构造坡折 带之下为浅湖环境 ,沉积水下冲积扇砂体。随着沉积 基准面缓慢上升 ,在构造坡折带以上形成下切水道充 填 ,之下进一步发育水下冲积扇砂体和浊积扇砂体 ,它 们构成了层序低位体系域。当沉积基准面快速上升 , 发育一套深湖白云岩、油页岩、泥岩为主的沉积 ,构成 湖侵体系域。当湖平面达到最高并开始缓慢下降 ,则 发育了一套以辫状三角洲及河控型三角洲复合体为主 的高位体系域。 梁家楼构造坡折带属缓坡构造坡折带 ,通过对东 营凹陷纯化三维进行精细解释 ,利用三维可视化软件 可直观反映其空间形态 (图 5) 。在纯北断层与梁 28 南断层之间发育有下切水道 ,梁家楼低位浊积扇体[7 ] 在梁 28 南断层下降盘撒开 ,其下的断层还对扇体的沉 积厚度有控制作用。 陡坡构造坡折带分布在盆地边界断层的下降盘 , 同生断层落差大 ,断层面陡。构造坡折带之上和之下 图 5 　梁家楼地区 SQ8 底界三维可视化 Fig. 5 　Three2demensional image of SQ8 boundary in Liangjialou district 07 　沉 　积 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　第 22 卷 　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 沉积环境变化快 ,其低位体系域砂体发育粗粒的冲积 扇 - 扇三角洲沉积体系及浊积扇体系。湖侵体系域主 要由深湖泥岩、油页岩及浅湖沉积体系组成。高位体 系域主要由河控三角洲沉积体系组成。 4 　层序模式与隐蔽油气藏预测 东营凹陷为陆相断陷湖盆 ,构造运动产生断裂坡 折带 ,造成基准面下降。产生陆上暴露剥蚀、下切水 道、水下冲积扇 ,如梁家楼低位扇体。构造宁静期 , 湖 平面升高 ,湖侵体系域主要为油页岩、灰质泥岩等 ,但 也发育有浊积扇体 , 同时在远离构造坡折带的盆地边 缘 ,小型三角洲或三角洲受到湖侵破坏 ,产生由沿岸砂 坝和砂滩组成的滨浅湖体系。当湖平面达到最高并趋 于稳定 ,大量碎屑物入湖形成以三角洲进积体为主的 高位体系域[8 ] (图 6) 。 　　东营凹陷隐蔽油气藏往往与岩性有关 ,难以直接 图 6 　东营凹陷下第三系层序模式 (据冯有良 ,2000) Fig. 6 　Sequence stratigraphy model of Lower Tertiary in Dongying depression 从地震资料中识别 ,但仍存在一定的规律性。利用层 序地层学理论 ,划分地层层序 ,进行沉积体系分析 ,研 究不同体系域的交替变化 ,确定岩性油藏的有利发育 部位 ,可以有效的指导隐蔽油气藏勘探。 发育在层序低位域和湖侵体系域的各类砂体 ,对 形成隐蔽油气藏最为有利。这类砂体均分布在油页 岩、深湖相泥岩组成的湖侵体系域上下 ,构造坡折带及 其以下地区。这就使得低位域砂体和湖侵体系域砂体 具有良好的成藏条件。首先 ,油页岩、深湖相泥岩是优 质烃源岩 ,油源条件良好。其次 ,下切水道充填、水下 冲积扇、浊积扇、低位三角洲和扇三角洲前缘砂体 ,据 岩芯观察和测试均是良好的油气储层。第三 ,与低位 砂体和湖侵体系域的砂体配套的构造坡折带不但能形 成构造 - 岩性圈闭 ,而且构造坡折带本身能在构造活 动期作为油气运移的输导体系 ,在构造活动的宁静期 作为封堵断层。据研究这些构造坡折带和低位砂体大 部分均处于超压体系 ,该体系生长断层具有的“幕式排 烃”[9 ]和“单向阀聚油”[10 ,11 ]特征非常有利于该类砂体 形成隐蔽油气藏。 上述低位域砂体和湖侵体系域砂体成藏的有利条 件 ,以及砂体分布在湖侵体系域上下、构造坡折带及其 下方的特点 ,为东营凹陷乃至济阳坳陷寻找低位域砂 体油藏提供了全新的思路和方法。通过在地震剖面上 划分层序 ,研究层序体系域的地震反射 ,就可以识别和 预测隐蔽油气藏。 在盆地陡坡带 ,由扇三角洲和浊积扇砂体构成的 低位楔和低位扇砂体一般发育在构造坡折带下部、代 表湖侵体系域连续反射强同相轴之下 ,为楔状反射或 丘状反射[12 ] 。如发育在沙三下层序低位域的东营凹 陷坨 719、永安镇扇三角洲含油砂体、广利水下扇含油 砂体。在盆地缓坡带 ,下切水道充填砂体发育在构造 坡折带之上由连续反射同相轴所代表的湖侵体系域之 下 ,具有顶平底凸形态的地震反射特征。水下扇砂体 和小型三角洲砂体构成的低位域砂体一般发育在构造 坡折带下部 ,代表湖侵体系域的连续强反射同相轴之 下 ,为断续状弱反射。如发育在东营凹陷南坡的沙三 上层序梁家楼下切水道 - 水下扇含油砂体。 湖侵体系域砂体 ,不论是在陡坡还是缓坡均发育 在构造坡折带的低部位、湖侵体系域泥岩之上。如发 育在东营凹陷沙三中层序湖侵体系域的牛庄 - 现河含 17　第 1 期 　　　　　　　　　　　张德武等 :东营凹陷下第三系层序地层研究与隐蔽油气藏预测 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 油浊积砂体等。 5 　结论 通过上述研究本文得出以下结论 : (1)东营凹陷下第三系为一个一级层序 ,即超层序 组 (SSQS) ,对应盆地构造运动的裂陷期 ;内部可以划 分为出四个二级层序即层序组 ( SSQ) 。它们是孔店 组、沙四段、沙三下 - 沙二下、沙二上 - 东营组超层序 , 分别对应了盆地的裂陷幕 ,它们是构造层序 ;整个下第 三系超层序组可进一步划分为十个三级层序。 (2)东营凹陷下第三系层序地层格架和层序模式 表明 :受构造坡折带控制的低位域和湖侵体系域的砂 体是隐蔽油气藏发育最为有利的部位。 参考文献( References) 1 　徐强 ,姜烨 ,董伟良 ,等. 中国层序地层研究现状和发展方向. 沉积学 报 ,2003 ,21 (1) :155～167 [ Xu Qiang , Jiang Ye , Dong Liangwei , et al . Research status and development direction of sequence stratigraphy in China. Acta Sedimentologica Sinica ,2003 ,21 (1) :155～167 ] 2 　Brown L F , J r Benson J M , et al . Sequence stratigraphy in offshore South African divergent basins - an atlas on exploration for Cretaceous lowstand traps. AAPG Studies in Geology 41. Tulsa , Oklahoma , U. S. A : Published by AAPG , 1995. 1～182. 3 　纪有亮 ,张世奇 ,等. 陆相断陷湖盆层序地层学. 北京 :石油工业出版 社 ,1996. 1～75 [Ji Youliang , Zhang Shiqi , et al . Sequence stratigra2 phy in continental faulted lake - basin. 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The structural slope2break zone , resulting in the abrupt change of the depositional slope , is initiated by the long2term activity of syndepositional st ructure. Structural slope2break zone in the fault subsidence lacustrine basin constrained the change in the accommodation space of the basins , controlling the development of the deposi2 tional sequence and the dist ribution of the depositional system tracts and the sand bodies. By means of establishing lower Tertiary equence stratigraphic framework and sequence system tract model of Dongying depression , this pa2 per puts forward that lowstand sand bodies controlled by structural slope2break zones are favorable for forming sub2 tle reservoirs. Key words 　Dongying depression , sequence stratigraphy , tectonic slope - break zone , Lowstand sand bodies , sub2 tle reservoir exploration , Lower Tertiary 27 　沉 　积 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　第 22 卷 　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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