碎屑颗粒粒度分析在东营凹陷辛176块沙四上亚段砂体成因研究中的应用

周 磊, 操应长

中国石油大学(华东)地球资源与信息学院, 山东青岛 266555

碎屑颗粒粒度分析在东营凹陷辛176块沙四上亚段砂体成因研究中的应用

周 磊, 操应长

中国石油大学(华东)地球资源与信息学院, 山东青岛 266555

利用粒度资料进行沉积物的粒度结构分析, 能有效地判定沉积物搬运方式、判别水动力条件、区分沉积环境类型, 研究沉积物的成因机制。本文通过大量粒度频率曲线、概率累计曲线和粒级-标准偏差曲线等图件的分析, 详细研究了沉积物所包含的粒度组分及各自特征, 并提取出对沉积环境变化敏感的粒度组分, 确定了各自组分所对应的沉积水动力类型, 结合沉积相和构造背景研究, 探讨了东营凹陷辛176块沙四上亚段纯上5砂组砂体的成因, 认为辛176块王斜583、辛176斜1井砂体是广饶凸起的碎屑物质在南斜坡形成三角洲后被入湖河流继续搬运、沉积并被波浪改造形成的滩坝砂体; 牛114斜1、王587井砂体为青坨子凸起的碎屑物质以重力流方式搬运并与广饶凸起的物质混合、沉积, 后又被波浪改造而形成; 王 58井砂体为来自青坨子凸起的重力流入湖后发生卸载形成的沟道砂体。

粒度分析; 水动力分析; 砂体成因; 东营凹陷

粒度特征是碎屑沉积物和沉积岩的最重要特征之一, 沉积物的粒度特征研究被广泛用于区分沉积环境、分析粒度趋势, 并且取得巨大的进展(刘万株等, 1996; 孙东怀等, 2000; 丁喜桂等, 2005; 宋子齐等, 2005; 肖尚斌等, 2005; Peng Yan-jia等, 2005)。因此, 通过对沉积物粒度分析可了解沉积物所处的沉积环境, 判定物质运动方式, 判别水动力条件, 确定沉积物的搬运方向, 结合沉积相、物源等研究还可进一步分析沉积物的沉积成因。

近几年, 东营凹陷王58、牛114井相继在沙四上亚段获得高产工业油流, 近期部署的辛 176井也获高产油层, 油层厚度大于10 m, 日产油200吨以上, 反映了该地区较好的勘探潜力。但长期以来研究区沙四段勘探程度较低, 目前仅有学者对王 58、牛 114等井的物源有部分研究, 认为王 58、牛 114井沉积物为青坨子凸起和广饶凸起两个物源体系共同作用的结果(谢风猛等, 2007)。对该区砂体的成因研究较少, 而该区沉积体系多样, 砂体的分布较复杂,对砂体的成因研究就成为影响勘探开发深入的关键。

1 研究区概况

图1 东营凹陷构造单元划分及研究区构造位置图Fig. 1 Structural subdivisions of Dongying Sag and location of the study area

辛 176区块位于东营凹陷牛庄洼陷东北部, 构造上隶属于东营南斜坡东段。区块北部为中央构造带东端部分, 东北方向为青坨子凸起, 南部为紧邻鲁西隆起和广饶凸起的缓坡带, 总体呈向东北方向抬起、向西南方向倾没的斜坡(刘伟等, 2004; 王利等, 2006)。沙四段沉积时期, 东营凹陷盆地演化处于断陷-扩张初期, 湖泊水体范围扩大, 水体加深, 但湖盆边缘地形坡度缓, 水体相对较浅, 受东北和南部的地形及物源控制, 在研究区形成滩坝、三角洲、沟道重力流和滨浅湖等沉积相共生的格局。沙四上亚段为一个完整的三级层序, 自下而上发育从纯上6到纯上1六个砂层组, 其中以纯上5砂组砂体最为发育, 含油性也较好, 其它砂层组砂体发育较差。本文利用粒度分析资料, 对该区纯上 5砂层组砂体的沉积成因进行了初步探讨(文中所有粒度样品均来自纯上 5砂组钻井岩心, 测试结果由中国石化胜利油田地质科学院石油地质测试中心提供)。

2 粒度特征分析

分析沉积物粒度特征是判断沉积作用形式和分析沉积物组分的重要手段之一。粒度分析通常采用两种方法: 一种是绘制频率曲线或概率累计曲线图示说明; 另一种是统计并计算各粒度参数(粒度中值、标准偏差、峰度和偏度等)解释沉积作用。绘制粒度曲线能直观反映出沉积物所包含的粒度组分和粒度分布形态, 统计粒径、标准偏差、峰度和偏度等粒度参数, 计算各粒度组分的相对含量和分布范围, 能准确的反映各组分的粒度特征指标, 便于对不同特征的粒度组分分类和环境敏感粒度组分的提取(蒋庆丰等, 2006; 郑国璋等, 2006)。

2.1 粒度频率曲线分析

对研究区主要井纯上5砂组粒度频率曲线分析发现, 大部分井的样品都具有基本相同的粒度特征:其一是每口井样品的粒度频率曲线均呈现多峰型特征, 且都是主峰明显, 次峰基本不突出; 其二是除王 58井外其它每口井样品的粒度频率曲线均表现出粗粒、细粒两种粒度特征。

总结对比研究区主要井的粒度频率曲线, 所有曲线可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三种类型(图2、表1):Ⅰ型曲线主峰和次峰都比较突出, 其中主峰粒度区间为16~210 μm, 主峰峰值介于31~88 μm之间, 次峰粒度区间小于16 μm, 次峰峰值为4 μm或者更小,该类型曲线反映以沉积细粒物质为主的低能量沉积环境, 该沉积环境中形成两组粒度组分, 即说明存在两种流水作用沉积(蒋庆丰等, 2006), 以百分含量较高、粒度较粗的流水作用占主导; Ⅱ型曲线主峰较突出, 主峰粒度区间为 44~595 μm, 其峰值介于105~210 μm之间, 存在多个次峰但均不突出, 次峰粒度区间小于44 μm, 峰值介于4~31 μm, 此类曲线反映能量较强的沉积环境, 且存在三种流水作用,以百分含量高、粒度粗的流水作用占主导, 其余两种流水作用能量较弱, 沉积影响较小; Ⅲ型曲线主峰突出而次峰更弱, 主峰粒度区间为 16~1682 μm, 主峰峰值介于297~841 μm之间, 次峰的百分含量小于 2%, 该类型曲线则反映了强能量的沉积环境, 虽然存在多种流水作用, 但由于主峰的流水作用占绝对优势, 使得其余两种流水的沉积作用可忽略不计。这三类曲线代表了沉积物中存在的主要三组粒度组分, 将各主要组分所代表的流水作用分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三种类型。

图2 研究区沉积物的粒度频率分布曲线Fig. 2 Grain-size frequency curves of sediments in the study area

王斜583井23个样品中4个为Ⅰ型曲线类型, 19个为Ⅱ型曲线类型, 如图2示, Ⅰ型曲线主峰区间为16~177 μm, 主峰峰值介于31~74 μm之间, 次峰区间小于16 μm, 次峰峰值为4 μm或者更小; Ⅱ型曲线主峰区间44~500 μm, 峰值为105~210 μm, 次峰区间为小于44 μm, 次峰峰值一般为4 μm或者更小。辛176斜1井8个样品中有3个为Ⅰ型曲线, 5个为Ⅱ型曲线, 总体上粒度要比王斜 583井粒度略细, 具体特征见表1。王587井10个样品中4个样品为Ⅱ型曲线, 6个样品表现为Ⅲ型曲线, 其中Ⅱ型曲线主峰区间为44~500 μm, 主峰峰值介于149~177 μm之间, 次峰区间小于44 μm, 峰值为4或者更小值, Ⅲ型曲线主峰范围较广, 为 44~1189 μm, 主峰峰值介于297~500 μm之间, 此类型曲线的次峰均表现不明显, 如图2中王587井3457.10 m, 次峰百分含量相对于主峰含量基本可忽略。牛114斜1井22个样品中7个样品表现为Ⅱ型曲线, 15个样品表现为Ⅲ型曲线, 两种类型曲线主峰的粒度区间和峰值相差较大: Ⅱ型曲线主峰区间为44~420 μm, 主峰峰值125~177 μm, 次峰区间小于44 μm, 峰值为4或者更小值; Ⅲ型曲线主峰区间44~1682 μm, 主峰峰值为297~841 μm, 与王587井类似, 此类型曲线的次峰也表现不明显。王58井20个样品均表现为Ⅱ型一种曲线模式, 主峰区间分布为 44~595 μm, 主峰峰值为149~210 μm, 次峰区间小于44 μm, 次峰峰值8和31 μm。

从以上统计中发现, 王斜 583井和辛 176斜 1井特征相近, 都具有Ⅰ型和Ⅱ型两种曲线类型, 反映这两口井砂体沉积时均存在Ⅰ型和Ⅱ型两种主要流水作用, 从王斜583井到辛176斜1井, Ⅱ型曲线峰值和区间减小, Ⅰ型曲线峰值和区间增大, 且Ⅱ型水流形成的砂体比重减少, Ⅰ型水流形成的砂体比重增加(表 1), 反映古水流在这个方向上, Ⅱ型水流的主导能力减弱, 沉积贡献减小, Ⅰ型水流的沉积贡献逐渐增大的趋势; 同样, 牛 114斜 1井和王587井砂体沉积则存在Ⅱ型和Ⅲ型两种主要流水作用, 从牛114斜1井到王587井, Ⅲ型曲线峰值和区间减小, Ⅱ型曲线峰值和区间增大, Ⅲ型水流形成的砂体比重减少, Ⅰ型水流形成的砂体比重增加,表明古水流在这个方向上, Ⅲ型水流沉积贡献逐渐减小, Ⅱ型水流沉积贡献逐渐增大的趋势; 王58井仅存在一种曲线类型, 则表明该井砂体可能是以某单一类型的流水作用为主沉积形成。

粒度频率曲线的峰型变化常反映沉积作用形式的变化, 研究区沉积物的多峰分布特征表明它们可能来自同一物源, 但在不同水动力作用下按不同比例沉积而成, 也可能是不同的物源和不同的沉积水动力综合作用的结果(Sun Dong-huai等, 2002; 孙有斌等, 2003)。从上面的分析来看, 研究区砂体成因较复杂, 各井砂体粗、细粒混合, 且粗、细沉积物的含量也存在差异。因此需首先判定这种混合沉积物沉积时的具体水动力环境, 才能进一步剖析砂体的成因。

表1 研究区主要井粒度频率曲线特征表Table 1 Characteristics of grain-size frequency curves of the main wells in the study area

2.2 粒度概率累计曲线分析

不同沉积水动力作用下的沉积物具有不同的粒度概率累积曲线特征, 即使同一微相, 由于水动力条件不同, 其特征也会存在差异, 应用粒度概率累计曲线能准确的区分沉积环境及沉积水动力条件。研究区沉积物粒度概率累计曲线种类较多, 但主要为宽缓上拱式、低斜一跳一悬两段式和两跳一悬三段式等三种类型(袁文芳等, 2005; 王国光等, 2006;袁静等, 2003; 曾兰华等, 2007):

(1) 宽缓上拱式

此类型的粒度概率累积曲线(图3a中3505.27 m和B中3457.1 m)表现为一段宽缓上拱的曲线段, 无明显转折点(袁静等, 2003), 粒度区间为 Φ 值−1～8,粒度较粗, 分选差; 跳跃、滚动总体不发育, 悬浮次总体占绝对优势, 反映典型的重力流沉积特征。图3c中3019.63 m曲线无明显转折点, 与重力流曲线特征相似, 但粒度较细, 表明重力流的水动力能量减弱, 携带的碎屑物质变细。

(2) 低斜两段式

此类型粒度概率累积曲线粒度分布区间为1～8Φ, 跳跃次总体含量75%～85%, 斜率中等, 分选中等-差; 悬浮次总体含量15%～25%, 分选差。两部分次总体的交截点介于Φ值2.5～3(图3c中3023.2 m),与现代河道砂的粒度概率累计曲线特征相似(姜在兴, 2003), 在研究区反映为较强能量牵引流形成的“河道”沉积特征。

(3) 两跳一悬三段式

研究区的两跳一悬三段式粒度概率累计曲线分为低斜三段式和高斜三段式两种类型:

低斜两跳一悬三段式(图3d中3259.40 m、E中3474.15 m)粒度分布区间为Φ值2～8, 跳跃次总体含量 65%～80%, 由粗粒和细粒两部分构成, 粗粒跃次总体含量 20%～30%, 斜率较小, 分选中等; 细粒跳跃次总体含量 40%～50%, 斜率小, 分选差。悬浮次总体含量 20%～35%, 分选较差, 与跳跃次总体交切点为Φ值4.5～5, 与低斜两段式相比, 交切点明显增大, 悬浮次总体的含量也偏高, 说明水动力能量较弱。该类型曲线在研究区中主要出现在滩坝砂体的粉砂岩或泥质粉砂岩中, 表明沉积环境以单向牵引流水动力为主, 波浪作用影响较弱。

高斜两跳一悬三段式(如图3d中3256.0 m和E中3482.2 m)粒度区间从1～7Φ, 粒度较粗, 大于0.25 mm的粒度百分含量占15%～20%, 滚动组分不发育,以跳跃组分为主, 含量达到90%。跳跃组分也由两部分组成, 粗跳跃次总体含量 10%～15%, 斜率较大, 分选较好, 与细跳跃次总体截点介于 Φ 值1.5～2, 细跳跃次总体斜率较小, 分选中等, 含量在75%～80%。跳跃次总体与悬浮次总体截点介于Φ值3～3.5, 悬浮次总体含量小于 10%, 分选差。此类曲线与低斜两跳一悬式相比, 沉积物粒度变粗, 分选变好, 水动力能量明显增强, 冲刷-回流段也较明显,说明波浪簸选作用较强, 沉积环境中以波浪水动力起主导作用。

王斜583、辛176斜1井粒度概率累计曲线主要为高斜两跳一悬式和低斜两跳一悬式, 表明其砂体沉积时主要受到波浪和低能量牵引流水动力作用;王587、牛114斜1井粒度概率曲线主要为宽缓上拱式和高斜两跳一悬式, 其砂体沉积主要受到重力流和波浪水动力作用; 王58井则以缓上拱式和低斜两段式粒度概率曲线为主, 其砂体沉积主要受到较低能量重力流和较高能量牵引流水动力作用。

2.3 环境敏感粒度分析

环境敏感粒度分析近年来多用于黄土、海洋等现代沉积研究, 并取得了重大的成果(孙有斌等, 2003; 肖尚斌等, 2005; 向荣等, 2005; 徐树建等, 2007)。此方法能从多峰的粒度频率分布曲线中分离出单一粒度组分的特征(如众数、不同粒级的体积或质量百分含量)(徐树建等, 2007), 即能从多组分混合沉积物中提取对沉积环境变化敏感的单一组分的粒度数据。具体方法是先利用各粒级的体积百分含量计算其标准偏差 S, 再以粒级对数为横坐标, 以标准偏差值为纵坐标作粒级-标准偏差图。标准偏差是反映数据离散程度的一个重要指标, 标准偏差越大, 说明观测值的离散程度越大, 标准偏差越小,说明观测值的离散程度愈小, 其计算公式为:

这样就可以了解各粒级体积百分含量的离散程度大小, 某一粒级所对应的标准偏差值越大, 说明该粒级沉积物受沉积环境变化影响越大, 沉积环境稍有变化就会导致其沉积物的粒度发生变化, 即该粒级沉积物就可代表与相之对应的沉积环境(向荣等, 2005; 肖尚斌等, 2005; 徐树建等, 2007); 标准偏差值越小, 说明该粒级受沉积环境变化影响越小,也就是说该粒级沉积时沉积环境不稳定, 沉积水动力时常变化。由此可获得不同沉积水动力的环境敏感粒度组分, 结合如概率累计曲线、沉积相等分析便可以确定对应粒级所代表的古环境意义。

统计对比发现, 研究区的粒级-标准偏差曲线均存在3个或4个峰, 其中以粗粒级的两个峰较突出,如王587井(图4c)存在4个峰, 峰值分别为420 μm, 149 μm, 31 μm和4 μm, 3个标准偏差低值将曲线分为四组环境敏感粒度组分, 各组粒度区间分别为1682~250 μm, 250~44 μm, 44~16 μm和小于16 μm,各峰值大小指示该粒径的沉积物对该种类型水动力的变化最为敏感, 表明该类型水动力条件下最适合沉积的沉积物粒径, 各区间则对应着该类型水动力所能影响的沉积物粒径范围。可以发现第一组和第二组的标准偏差值较大, 粒度较粗, 第三、第四组标准偏差值较小, 粒度也较细, 由此可确定王 587井纯上 5砂组沉积时共有 4种类型水动力参与作用,其中第一组和第二组所代表的水动力能量较强, 第三组和第四组所代表的水动力较弱, 且很不稳定。从表2中不难发现, 辛176斜1井和王斜583井环境敏感组分的特征相近, 且粒度较细; 牛114斜1井和王 587井环境敏感组分的特征也相近, 但粒度整体偏粗; 王58井环境敏感组分的粒度介于以上两者之间, 但第一组和第二组的标准偏差值相对于其它井较小, 也表明其代表的水动力能量相对不稳定。

图4 研究区主要井粒级-标准偏差曲线图Fig. 4 Grain size-standard deviation curves of the main wells in the study area

表2 研究区主要井环境敏感粒度组分统计表Table 2 Environmentally sensitive grain-size population of the main wells in the study area

从表 2中可以看出, 王斜583井与辛176斜 1井的粒度特征非常相似, 两者都含有三组环境敏感粒度组分, 并且各组的粒度区间、粒度峰值及平均粒度也很相近, 但辛 176斜 1井第一组平均含量比前者的第一组含量低, 而第二组含量则比前者高,且粒度也稍粗, 从王斜583到辛176斜1井的方向上, 第一组含量的减少和第二组含量的增加, 说明第一组代表的水动力沉积贡献的降低与第二组代表的水动力沉积贡献的增大, 这一特征与粒度频率曲线分析的结果相吻合; 王587井和牛114斜1井也具有相同的变化特征, 从牛114斜1井到王587井,第一组含量较少, 粒度明显变细, 第二组含量小幅增加, 粒度稍微变粗, 表明第一组代表的水动力能量的明显减弱、沉积贡献降低和第二组代表的水动力沉积贡献的增加。此外, 王斜583、辛176斜1井第三组与牛114斜1、王587井、王58井第四组的粒度特征完全相同, 王587、牛114斜1和王58井的第三组的特征也完全相同, 这两大类粒度组分无疑都代表着两种相同类型的水动力; 而且王斜583、辛176斜1井第一组与牛114斜1、王587井第二组的峰值和平均粒度相近, 粒度区间也具有相同的部分, 有可能也是同一类型水动力的敏感组分。综合上述分析, 研究区纯上 5砂体中共存在 7组不同特征的环境敏感组分(图4), 表明其沉积时可能共存在7种水动力类型, 而且将王斜583井和辛176斜井归为一类, 王587和牛114斜1井归为一类, 分别代表着两类不同的沉积水动力组合, 而王58井第一组和第二组的敏感粒度特征与这两大类的均不相同, 表明还存在第三类沉积水动力组合, 即说明研究区内砂体存在三种类型的成因。还可以发现, 以上井中第一组和第二组含量总和均接近或超过 90%, 第三组和第四组的含量仅 10%左右, 表明第一组和第二组所代表的水动力在各井砂体成因中起主控作用。

3 水动力类型分析

通过以上的环境敏感粒度分析, 可知研究区存在7种类型水动力, 分别形成了三种成因类型的砂体,且不同类型砂体的水动力组合和水动力类型存在明显差异。通过结合反映水动力组合特征的粒级-标准偏差图和反映水动力环境的粒度概率图, 对各环境敏感粒度组分所代表的水动力类型进行综合分析。

对比三种类型的粒度曲线后发现, 同一口井的粒度频率曲线与粒级-标准偏差曲线具有良好的对应关系。王斜 583井沉积物中存在三组环境敏感粒度组分: 以第一组含量占优势, 平均含量达到62.85%, 粒度区间为88~500 μm(表2), 对应Ⅱ型粒度频率曲线的主峰(图 5a); 第二组含量为 24.77%,粒度区间为16~88 μm, 对应Ⅰ型粒度频率曲线的主峰; 第三组含量为12.38%, 粒度区间为小于16 μm,分别与Ⅱ型和Ⅰ型曲线的次峰对应。该井粒度概率曲线主要有高斜两跳一悬三段式、低斜两跳一悬三段式两种类型(图 3e), 分别代表了以波浪水动力为主和以单向牵引流水动力为主的沉积环境。而Ⅱ型频率曲线在概率累计曲线上表现为高斜三段式, Ⅲ型频率曲线则为低斜三段式, 所以第一组的粒度区间又对应着高斜三段式的跳跃次总体(冲刷-回流段)和悬浮次总体较粗部分, 第二组的粒度区间对应低斜三段式的跳跃次总体较细部分和悬浮次总体较粗部分, 第三组则均对应着两类曲线的悬浮次总体较细部分。因此可知, 王斜 583井第一组分为波浪水动力的敏感粒度组分, 第二组分为单向牵引流的水动力敏感粒度组分, 第三组分为弱能量的悬浮水动力敏感粒度组分。辛176斜1井也存在三组环境敏感粒度组分, 且都与王斜583井粒度特征十分接近,因此也分别代表了相同的水动力类型。

王 587井存在四组环境敏感粒度组分: 第一组粒度区间为 250~1682 μm, 粒度覆盖范围广, 平均含量为 52.78%, 对应Ⅲ型粒度频率曲线的主峰和宽缓上拱式粒度概率曲线; 第二组粒度区间为 44~250 μm, 含量次之为37.73%, 对应Ⅱ型粒度频率曲线的主峰和高斜三段式的跳跃次总体较细部分和悬浮次总体较粗部分; 第三组和第四组粒度区间分别为16~44 μm、小于16 μm, 这两组组分的标准偏差值较小, 且含量也较低, 仅占 3.7%和 5.8%, 所对应的粒度频率曲线次峰不突出, 在粒度概率曲线上均对应为悬浮次总体较细的两部分。而宽缓上拱式粒度概率曲线为重力流的典型特征, 高斜三段式反映以波浪水动力为主导的沉积环境, 因此可知, 王 587井第一组分为重力流水动力的敏感粒度, 第二组分为波浪水动力的敏感粒度, 第三、四组分均为悬浮水动力的敏感粒度。同样, 牛 114斜 1井四组组分与王 587井各组分粒度特征也十分相近, 所代表的水动力类型也相同。

王 58井也含有四组环境敏感粒度组分: 第一组粒度区间为149~500 μm, 平均含量为52.84%; 第二组粒度区间为 44~149 μm, 平均含量为 31.49%; 第三、四组粒度区间分别为16~44 μm、小于16 μm, 平均含量相对较少, 分别为6.65%和9.02%。该井的粒度概率累计曲线有宽缓上拱式和低斜两段式两种类型, 第一组对应宽缓上拱式较粗部分和低斜两段式跳跃次总体较粗部分, 第二组对应跳跃次总体较细部分和悬浮次总体较粗部分, 第三组和第四组均对应为悬浮次总体较细的两部分, 分别代表重力流、牵引流和悬浮三种水动力类型; 粒度频率曲线仅表现为Ⅱ型曲线一种模式, 且第一组分和第二组分共同对应着该类型曲线的主峰区间(图5e), 表明一种流水作用存在两种水动力类型, 说明该水流在搬运碎屑物质过程中能量发生迅速变化形成两种水动力, 即重力流和牵引流。所以, 第一组为重力流水动力的敏感组分, 粒度和标准偏差值相对王587、牛114斜1等井要小, 水动力能量较弱且不稳定; 第二组为牵引流水动力的敏感组分, 粒度比王斜 583、辛 176斜 1井要粗, 但标准偏差值明显变小, 说明受到重力流影响, 牵引流水动力能量较强但衰减较快; 第三、四组为悬浮水动力的敏感粒度, 含量低, 能量弱, 影响小。

综上所述, 在研究区砂体沉积过程中共有七种类型水动力参与作用(图4), 分别是组分①代表的重力流水动力, 组分②代表的波浪水动力, 组分③代表的河流入湖后的牵引流水动力, 组分④代表的较低能量的重力流, 组分⑤代表的较高能量但不稳定的牵引流水动力, 组分⑥、⑦代表的均是悬浮水动力, 这几种水动力中对研究区砂体形成有影响的主要是前五种水动力类型。

图5 研究区不同类型粒度曲线叠合图(图中上方曲线为粒度概率累计曲线, 中间为粒度频率曲线, 下方为粒径-标准偏差曲线)Fig. 5 Congruent diagrams of different types of grain-size curves in the study area (The upper curve is grain size probability curve, the middle curve is grain-size frequency curves, and the lower curve is grain size-standard deviation curve.)

4 砂体成因机制探讨

东营凹陷沙四段沉积时期, 盆地演化处于断陷-扩张初期, 构造活动强度相对较弱, 湖泊水体范围缓慢扩大, 湖盆边缘特别是斜坡带地形坡度缓, 水体相对较浅为滨浅湖环境。研究区东北部紧邻青坨子凸起和广利构造, 地形相对较陡, 其中广利构造为一个向南倾斜的鼻状构造, 发育北东、北西及近东西向的断裂系统, 主要断层为北东向和北西向;南部为广饶凸起和南部斜坡带, 地形平缓。青坨子凸起物源的碎屑物质以重力流方式沿北东向断槽搬运, 形成沟道重力流沉积; 南部广饶凸起物源的碎屑物质沿斜坡带形成三角洲沉积, 由于地形平缓,三角洲砂体在湖浪、入湖河流等的作用下又向西北方向延伸, 形成分流河道和指状砂坝等沉积, 在纯上5砂组沉积时期, 两组沉积体系在牛114斜1井附近交汇。如图 6示, 研究区东南部发育向北延伸的三角洲沉积, 并在三角洲前方形成滩坝沉积, 东北方向上发育重力流沟道沉积, 分别沿莱60-牛114斜1-王587方向和莱110-王58方向, 在沟道两则的辛176斜1井和王斜583井附近发育有滩坝沉积, 在湖水较深处还零星发育有浊积扇沉积, 形成研究区南、北砂体粒度细, 而中部砂体粒度粗, 重力流沉积构造与牵引流沉积构造共生(图版1)的沉积格局。该时期的物源研究表明, 王斜 583井和王 126井及其以南地区为南部物源体系沉积, 王58井为东北部物源体系沉积, 中部牛 114斜 1井附近为两个物源体系的混源沉积(操应长等, 2007)。

综合前文分析, 王斜583井、辛176斜1井沉积物受波浪、牵引流和悬浮水动力作用, 且沉积物来自南部物源体系, 与王126井具有相同物质来源,所以这两口井砂体成因应该是: 广饶凸起的碎屑物质在南斜坡形成三角洲砂体后被入湖河流或波浪继续搬运、沉积并被改造形成的滩坝砂体, 之后被重力流沟道分割成两部分; 牛114斜1井、王587井砂体中有重力流、波浪和两组悬浮四组组分, 重力流组分代表重力流沟道的沉积作用, 波浪组分与王斜583井、辛176斜1井的波浪组分相同, 代表波浪水动力的作用, 而沉积物则是来自广饶和青坨子两个物源体系, 所以这两口井的砂体成因是: 青坨子凸起的碎屑物质以重力流形式搬运沉积, 于牛114斜 1井附近与南部的滩坝砂体发生混合并在惯性水流作用下继续向前延伸, 之后又受到波浪改造形成的混合砂体, 如王 587井波浪沉积构造和重力流的沉积构造的上下共生关系(图版 1); 王 58井虽然有重力流、牵引流和悬浮三个组分, 但沉积物为青坨子凸起的重力流搬运沉积, 可能由于地形平坦或断槽规模小等原因, 重力流能量弱且不稳定而迅速衰减, 导致重力流向牵引流转变, 从而又形成了牵引流的环境敏感组分, 属重力流向牵引流演变的过渡流体(李顺明, 2005)。所以, 王58井砂体是青坨子凸起的碎屑物质被不稳定重力流搬运入湖, 能量迅速减弱发生卸载形成。

图6 东营凹陷辛176区沙四上Cs5砂组沉积体系分布图Fig. 6 Depositional system map of the Cs5 sand group of Upper Es4 submember in Xin176 area of Dongying sag

在所有类型水动力中, 组分⑥、⑦均代表悬浮水动力, 但组分⑦在研究区不同类型砂体中均存在,且反映悬浮水动力, 其代表的水动力应是湖泊水体中的悬浮水动力; 组分⑥仅在发育重力流沉积的砂体中存在, 推测应是由于沟道重力流水动力能量较强, 入湖后继续向前流动, 水流扩散较少, 形成的入湖河水的惯性流水动力组分。但这两组组分粒度细, 含量少, 对研究区砂体的成因影响不大。

5 结论

本文通过沉积砂体的粒度综合分析, 确定了研究区滨浅湖沉积环境中的波浪、河流及重力流等主要流水作用类型, 并通过敏感粒度分析提取了沉积物中各组分所代表的沉积水动力条件, 结合物源、沉积相发育及构造背景特征, 对辛 176区块纯上 5砂组砂体的成因进行了详细剖析, 认为该区王斜583、辛176斜1井砂体是广饶凸起的碎屑物质在南斜坡形成三角洲后被入湖河流或波浪继续搬运、沉积并被改造形成的滩坝砂体; 牛114斜1、王587井砂体为青坨子凸起的碎屑物质以重力流搬运与广饶凸起的物质混合后被波浪改造形成的砂体; 王58井砂体为重力流携带青坨子凸起的碎屑物质入湖后发生卸载而形成的沟道砂体。

因此, 对沉积物粒度资料的综合利用能提取沉积物包含的不同粒度组分, 并能区分不同粒度组分代表的沉积水动力, 对研究复杂环境下沉积物的沉积成因有较好的适用性。但由于粒度分析往往具有多解性, 因此还需利用物源、沉积相类型及构造背景等资料加以佐证。

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图版说明

图版Ⅰ PlateⅠ

1. 牛114斜1井, 3506.50 m, 递变层理砾岩

2. 王587井, 3457.0 m, 逆粒序层理砂砾岩

3. 辛176斜1井, 3257.7 m, 平行层理

4. 王587井, 3458.0 m, 浪成沙纹交错层理

5. 辛176斜1井, 3257.4 m, 沙纹交错层理

6. 王斜583井, 3468.9 m, 生物钻孔

7. 王58井, 3023.0 m, 冲刷面、泥砾

1. Niu114- NO.1 Incline well, 3506.50 m, graded bedding conglomerate

2. Wang587 well, 3457.0 m, reverse graded bedding glutenite

3. Xin176-NO.1 Incline well, 3257.7 m, parallel bedding

4. Wang587 well, 3458.0 m, wave-ripple cross-bedding

5. Xin176-NO.1 Incline well, 3257.40 m, ripple cross-bedding

6. Incline well of Wang587, 3468.90 m, boring pore

7. Wang58 well, 3023.0 m, scouring surface、mud pebble

The Application of Clastic Grain-size Analysis to the Genetic Study of Sand Bodies in Upper Es4 Submember of Xin176 Area in Dongying Sag

ZHOU Lei, CAO Ying-chang
College of Geo-Resources and Information, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266555

The utilization of grain-size data to analyze the structure characteristics of the sediment grains can effectively determine the transport mode of sediments, judge the hydrodynamic conditions, distinguish the sedimentary environments, and analyze the genetic mechanism of sediments. Based on a large number of grain-size frequency curves, probability cumulative grain-size curves and grain size-standard deviation curves, the authors studied in detail grain-size components in sediments and characteristics of these components, extracted the grain components sensitive to the change of environment, and determined the corresponding hydrodynamic conditions. In combination with the sedimentary facies and structural setting, the genesis of sand bodies in the Cs5 sand group within Upper Es4 submember of Xin176 block was discussed. The result shows that the sand bodies in wx583 and x176x1 of Xin176 area are beach-bar sand bodies transported from Guangrao Salient and formed by fluvial and wave, whereas the sand bodies in n114x1 and w587 were transported from the Qingtuozi Salient in the form of gravity flow and mixed with clastic materials transported from Guangrao Salient, and then transformed by wave after the deposition of mixed sediments. The sand body in w58 is a channel sand body transported from Qingtuozi Salient in the form of gravity flow.

grain-size analysis; hydrodynamic conditions; genesis of sand body; Dongying sag

图版Ⅰ PlateⅠ

TE121.14; TE121.31

A

1006-3021(2010)04-563-11

本文由教育部新世纪优秀人才支持计划项目(编号: NECT-06-0604)和国家油气重大专项项目(编号: 2008ZX05051-02-01)联合资助。

2010-03-11; 改回日期: 2010-05-03。

周磊, 男, 1985年生。在读硕士研究生。通讯地址: 266555, 山东省青岛经济技术开发区长江西路66号, 中国石油大学(华东)地球资源与信息学院。E-mail: zhouleiupc@163.com。