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冀中坳陷“多重防砂”特征

(A)構造帶類型與砂體成因的關系

1.陡坡帶

單斷箕狀斷陷壹般由陡坡帶、緩坡帶和槽帶組成。受構造活動、氣候變化等因素影響,不同構造帶具有不同類型的沈積砂體。

凹陷陡坡帶位於單斷凹陷陡坡翼的邊界斷層下降盤。邊界斷層的下降盤既是沈降中心,也是沈積中心。由於地勢低,沈積速度快,兩個相鄰隆起帶的高度差很大,隆起上的古物源和古水流能在近距離內迅速湧入並聚集在斷層下降盤的根部,形成各種扇體。因此,在陡坡帶發育了大量的近岸水下扇、洪積扇、扇三角洲和辮狀河三角洲。邊界斷層的活動造成斷層根部的負地貌,河流沿斷層根部蔓延,形成被侵蝕的河道砂巖體。可以形成大量的條帶狀砂礫巖體和各種巖性圈閉。

廊固凹陷與霸州凹陷的邊界斷層形成早,陡坡帶靠近外圍隆起帶,地形差異大。主要發育沙三-孔店組的扇三角洲、近岸水下扇砂礫巖(如大興-李斷層下降盤的砂礫巖沈積)和沙二-東營組的洪積礫巖。湖侵時期,還可發育淺湖灘壩砂體和三角洲前緣沈積砂體。而饒陽凹陷邊界斷層形成較晚,表現為壹個平坦的繼承性凹陷。由於馬溪斷層的走滑性質,其上升盤是文安斜坡的延伸。沙至沙三湖侵入期主要形成近岸水下扇砂體(如馬95井沙三段砂體),東營組形成陸相沖蝕河道砂體,如南馬莊斷層下降盤馬35井東營組砂體。辮狀河三角洲砂體(如魯43井沙河街組上段)主要發育在留西斷階帶沙河街組第三段。

2.斜坡地帶

冀中坳陷斜坡帶十分發育,類型多,分布廣。根據沈積特征和構造演化特征,冀中斜坡帶可分為三類:沈積斜坡、構造-沈積斜坡和構造斜坡。

沈積斜坡是指原始地形在沈積時是壹個斜坡,原始坡角較大,地層沿斜坡向上方向逐層重疊或後退,坡頂侵蝕較弱。這種斜坡在箕狀凹陷中分布最廣,是最重要的斜坡類型。文安斜坡和禮縣斜坡是典型的沈積斜坡。主要發育三角洲和淺湖沿岸的灘壩砂體。如禮縣斜坡沙河街組下段的灘壩砂體,文安斜坡沙河街組二、三段的辮狀河三角洲砂體。此外,在湖泊入侵過程中可以形成碳酸鹽淺灘。如澧縣斜坡高3-高30井區由於陸源碎屑補給不足,水體清澈湍急,發育了壹套生物灘沈積。

構造-沈積斜坡是指沈積時地形中存在的斜坡,原始坡角或大或小。沈積過程中,塊體斷層活動明顯,塊體傾斜,坡角逐漸增大;沈積晚期斷裂活動強烈,早中期以疊置沈積為主,晚期以退積沈積為主,頂部剝蝕強烈。這種斜坡主要發育在狹長的窪地。束鹿坡就是這種類型的坡。在束鹿斜坡上,陡峭的地形、充足的碎屑供應和強烈的水動力條件造就了異常發育的扇三角洲相和洪積相礫巖體,它們沿斜坡邊緣呈扇形延伸至東部湖區,與陡峭的礫巖體隔湖相望。

沈積時並不存在構造斜坡,但由於沈積後期地塊的傾斜活動而擡升形成斜坡,沿向上傾斜方向地層趨於變薄,但未見地層的超覆或後退。頂部強烈剝蝕,上覆地層在不同層位呈不整合分布。廊固凹陷牛貝斜坡就是這種斜坡類型,其周緣沙河街組中段發育近岸水下扇沈積。

3.低谷區

槽帶壹般是凹陷的沈積中心,構造活動簡單,常以深湖、半深湖相暗色泥巖沈積為主。在凹陷的深部,可以有洪水重力流直接註入深水區或各種沈積體系前緣砂體坍塌而形成的各種湖底扇。如饒陽凹陷河間凹陷顧寧3井沙三段湖相扇砂體。廊固凹陷的槽帶主要指九州-固安構造帶的東部、柳泉-曹家塢構造帶的西部和河西構造帶。該區在沈積早期是湖盆的主體部分,後期由於構造反轉,中部地層發生傾斜,形成壹個大型的塌陷背斜帶。強斷陷期,該區主要發育近岸水下扇的扇-端-湖底扇沈積體系,如柳泉-曹家塢構造帶東部發育湖底扇沈積砂體,河西塢構造帶西部發育遠岸濁積扇沈積砂體。

(2)坡折帶類型及砂體成因和分布

坡折帶是斷陷盆地緩坡區的重要構造地貌特征,控制著地層厚度和沈積相的突變,通常是低位盆底扇和高位三角洲前緣滑塌濁積巖聚集的重要場所。根據坡折帶的成因機制,可分為斷層坡折帶、地形坡折帶、沈積坡折帶和侵蝕坡折帶(王英敏,2004)。不同的構造坡折帶形成不同的水系和沈積體系特征,對不同沈積相的砂體發育和分布起著重要的控制作用。冀中主要凹陷的多種坡折帶發育不同成因類型和形態的砂體。

1.斷層坡折帶

文安斜坡是喜馬拉雅運動後逐漸形成的西部斜坡。斜坡上斷層發育,主要為NE向和NE向。文安斜坡南段在古近紀沈積時期,特別是沙河街組三段時期發育的長豐鎮斷裂、梁召鎮斷裂和馬溪斷裂繼續活動。三條斷層斷面陡峭,呈階梯狀分布,形成文安斜坡南段斷層坡折帶,地形坡折十分清晰(圖6-19)。斷層坡折帶的發育使來自西南和向上斜坡的辮狀三角洲或扇三角洲進入凹陷後易於再次輸導,在斷層坡折帶下部形成三角洲-濁積扇體系,如文37井區沙三段下體系域的扇三角洲體系和前緣滑塌濁積扇。 向上坡折帶發育三角洲平原,中部坡折帶控制三角洲前緣的形成和分布,向下坡折帶發育滑塌濁積扇體(圖6-20)。

圖6-19文安斜坡南段M4井、文37井斷層坡折帶地震剖面特征

裂谷盆地邊界斷層長期活動形成的斷層面的產狀和斷層組合對砂體的形成和分布有重要影響,斷層面的槽位往往是來自隆升源區的入口。例如,馬溪斷裂在南馬莊-後柳古寺壹帶呈溝槽狀。沙河街組下段沈積時期,來自獻縣隆起的物源沿溝槽註入凹陷,形成扇三角洲沈積(圖6-21)。多個風機沿斷層帶沿斷層槽周邊呈裙狀分布。

冀中坳陷繼承性斷層較多,斷層的下降盤根部往往形成負地貌,河流會沿著這種負地貌分布,下切充填後形成條狀的侵蝕河砂體。如饒陽凹陷大王莊東斷層下傾剝蝕河道砂體(圖6-22),馬西斷層下傾剝蝕河道砂體三段(圖6-23),茶西地區牛東斷層下傾剝蝕河道砂體壹段。

2.沈積坡折帶

文安斜坡中段,由於坡度平緩,斜坡主體部分水體較淺,主要為濱海相和淺湖相。上坡發育三角洲平原或沖積平原相沈積,以紅色泥質巖夾薄層砂為特征。三角洲平原的粗粒沈積物大多“路過不走”,向凹陷中心推進,在斜坡中下部形成明顯的沈積坡折帶。坡折帶各層序具有明顯的不對稱結構,表現為低位體系域和湖侵體系域較薄,高位域的辮狀三角洲或三角洲體系發育且較厚。由於明顯的三角洲推進作用,辮狀三角洲或三角洲前緣砂體沈積厚度大,河口壩發育。

圖6-20文安斜坡南段沙河街組下段沈積體系疊加圖及斷層坡折帶

圖6-21饒陽凹陷馬西地區沙河街組下段沈積相

圖6-22大王莊東營組河流相沈積模式圖

圖6-23馬溪洞組三段侵蝕河道砂體圖

澧縣斜坡是壹個經過長期開發的沈積斜坡。在斜坡中部,從寧44-寧52-劉溪7-劉溪3明顯存在壹個坡折帶。坡折帶傾角約5° ~ 6°,坡頂和坡底傾角約2° ~ 3°。平面上地層等值線明顯密集,與東西兩側明顯不同。由於地形坡度的變化,坡折帶沈積物的沈積受到影響,砂體的沈積在此變弱。穿過坡折帶後,砂體開始恢復沈積,形成三角洲前緣、淺湖灘壩等沈積砂體(圖6-24)。

圖6-24澧縣斜坡趙黃莊地區坡折帶防砂模式圖

(3)砂體的體系域類型和成因類型

裂谷盆地和海相盆地的層序地層組成既有共性,又有顯著的特殊性。強烈而復雜的構造運動、強烈的基底分割、近物源短物源特征的沈積體系以及受氣候的巨大影響是裂谷盆地與海相盆地層序地層差異的諸多原因。在裂谷盆地層序發育的早期,即低位域形成時期,低位扇的存在、規模和分布位置與盆地的基底結構和古構造-古地貌特征密切相關。在氣候幹燥的中小型湖盆中,紅色陸源碎屑沈積可能是低位沈積的主體,水域面積小,水體淺,扇三角洲發育,不利於大型盆底扇的形成。此外,低位深水濁積扇體系可包括多種類型的沈積體,如盆底扇、斜坡扇、濁水河道等。

對冀中地區而言,多期幕式構造運動導致多期不整合、多期和多期斷裂發育、嚴重剝蝕、地層破碎、火山巖發育、後期構造反轉和氣候變化,進而導致沈積儲層的多樣性。不同的凹陷和構造帶發育不同類型的沈積體系砂體。

1.霸州凹陷

(1)低位體系域:壹般認為低位體系域形成的盆底扇是最有利的儲集相帶。從霸州斷陷擴張期層序(沙三層序)和斷陷擴張期層序(沙壹層序)的組成可以看出,斷陷早期擴張期沙三層序下域形成過程中,在海槽帶發育深水湖相,在牛東斷層附近的海槽帶發育少量近岸水下扇。緩坡帶以扇三角洲、辮狀三角洲和河漫灘為主。

此外,湖盆最大擴張期沙河街組層序形成時,湖深湖盆大,在中斜坡前緣也可能發育湖底扇。沙河街組三段層序發育早期沿牛東斷層中段下降盤發育壹系列近岸水下扇沈積,但規模不大,影響範圍僅在坳陷帶西側。東西向分布的牛東斷裂南段橫向調整帶為物源系統從西南進入盆地提供了通道,湖盆中心形成類似“低位扇”的湖底扇,分布在槽帶南部。與典型的海相盆地層序地層模式不同,湖底扇的形成持續時間較長,從“低位域”發展到“湖侵域”,與湖侵泥巖形成互層沈積。

(2)湖侵體系域:霸州凹陷湖侵時期發育的辮狀三角洲或扇三角洲前緣的濁積扇多與上述原因有關。如沙河街三段層序和沙河街三段層序的湖侵體系域發育的濁積扇,主要分布在文安斜坡南段陡坡的扇三角洲和辮狀三角洲體系前緣,形成於扇三角洲或辮狀三角洲前緣砂體的滑塌或水下分支砂體的快速堆積,與油頁巖伴生。在斷陷擴張層序(沙壹層序)的湖侵體系域發育時期,雖然水體較沙三中、下段淺,但深水湖區也發育有小型濁積巖,主要由薄粉砂質砂巖組成,夾深灰色泥巖和油頁巖,也與陡坡帶邊緣扇的滑塌有關。

此外,灘壩體系也是湖侵體系域的重要組成部分,主要分布在辮狀三角洲之間和辮狀三角洲的側翼。

(3)高位體系域:受凹陷基底構造控制,巴州凹陷擴張期,由於安新橫向構造帶和文安斜坡的存在,各層序高位體系域的形成期主要受西南近長軸方向和文安斜坡短軸方向物源體系的影響,辮狀三角洲以進積疊加的形式向盆地推進,物源方向具有高度的繼承性。霸州凹陷古近系斷陷擴張期三級層序組成模式見圖6-25。

圖6-25霸州凹陷古近系沙河街組三段層序地層模式

2.廊固凹陷

根據反映湖泊水位變化的初始洪泛面和最大洪泛面,可劃分出低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。由於廊固凹陷上部層序的侵蝕,高位體系域往往不完整或缺失(圖6-26)。

(1)低位體系域:低位體系域時期,湖泊水位低,湖泊面積小。孔店-沙四層序和沙二-東營層序以淺湖沈積為主,沙三層序為深湖沈積,散布湖底扇沈積。凹陷邊緣的辮狀河三角洲、扇三角洲和近岸水下扇沈積向湖區推進,有時邊緣可出現沖積扇沈積。凹陷西北部形成沖積扇-近岸水下扇-湖泊沈積體系、沖積扇-扇三角洲-湖泊沈積體系或沖積扇-辮狀河三角洲-湖泊沈積體系。凹陷東南部形成辮狀河(大部分未保留)-辮狀河三角洲-湖泊沈積體系(圖6-27)。

(2)湖侵體系域:湖侵體系域時期,湖泊水位上升,湖泊面積擴大。孔店-沙四層序和沙二-東營層序為淺水湖泊,而沙二-3層序為深水湖泊。凹陷邊緣的辮狀河三角洲和近岸水下扇沈積退至物源。凹陷西北部近岸水下扇分布面積很小,僅保留扇體中端。辮狀河三角洲在凹陷東北部的分布也很有限(圖6-28)。

(3)高位體系域:高位體系域僅出現在沙河街組的中層序。隨著湖泊水位的降低,湖泊面積縮小,凹陷邊緣的扇三角洲沈積體向湖泊地區推進。凹陷西北部形成扇三角洲-湖泊沈積體系,物源來自凹陷西北緣的太行山系。

3.饒陽凹陷

(1)緩坡帶:小型低位三角洲主要發育在低位體系域,以三角洲平原為主,下部有少量濱淺湖泥巖沈積;湖侵體系域時期,暗色泥巖夾油頁巖主要沈積於淺水湖泊,高部位發育辮狀河三角洲和少量河流相沈積;早期高位體系域以濱淺湖環境為主,後期形成大型辮狀河三角洲體系(圖6-29a)。

圖6-26廊固凹陷不同構造階段層序沈積體系域演化圖

(2)陡坡帶:陡坡帶以扇三角洲體系為主,也發育辮狀河三角洲沈積。低體系域以小型辮狀河三角洲沈積為主,分布範圍有限,陡坡部位不發育;湖侵體系域以濱淺湖-半深湖沈積為主;高水位體系域發育辮狀河三角洲或扇三角洲沈積體系(圖6-29b)。

(3)海槽帶:低位體系域以濱淺湖沈積為主,兩側發育辮狀河三角洲;湖侵體系域主要為半深湖,兩側超出盆地邊緣,水體為還原環境,是湖盆烴源巖系的主要來源。高位體系域的進積為濱淺湖亞相,沈積加積型準層序組;後期辮狀河三角洲為進積型,湖盆深處可發育三角洲砂體崩塌形成的重力流沈積(圖6-29c)。

圖6-27廊固凹陷古近系下體系域沈積模式

圖6-28廊固凹陷古近系湖侵體系域沈積模式

(4)隆起帶:中央隆起帶主要位於任丘潛山南延伸部和柳溪大王莊地區。鄢陵-任丘-南馬莊地區,在層序I、II、III、IV(孔店-沙三中層序)發育時期,由於任丘潛山的存在,將凹陷劃分為任茜和任棟兩個不對稱的單斷凹陷,每個單斷凹陷的層序發育特征類似於簡單的箕狀斜坡模式。在層序ⅴ、ⅵ、ⅶ、ⅷ、ⅸ和ⅹ(Es3-東1上層序)發育時期,任丘潛山逐漸被埋藏,形成簡單斜坡盆地。緩坡區發育低位、湖侵和高位體系域,主要為三角洲和淺湖相沈積。在盆地陡坡帶,發育低位、湖侵和高位體系域,發育湖底扇和三角洲前緣相。在高體系域的頂部,發育三角洲前緣相和平原相(圖6-30)。

層序ⅳ(沙河街組中層序)時期,下體系域水位低,有河流相沈積和辮狀河三角洲,沈積幅度小。湖侵體系域時期,兩側地層疊置,以辮狀河三角洲沈積為主,下部有少量湖相沈積。高位域期間水體未能淹沒任丘潛山,因此隆起只接受剝蝕,起到提供物源的作用,三個體系域均未發育(附圖6-31)。

圖6-29饒陽凹陷緩坡帶體系域發育模式

圖6-30饒陽凹陷隆起帶層序疊加樣式

圖6-31饒陽凹陷北部早期雙箕狀斷陷體系域發育模式

(4)沈積相類型和砂體特征

冀中坳陷古近系湖盆大致經歷了從斷陷分割充填→斷陷擴張深凹→斷陷隆起→斷陷擴張→斷陷隆起消亡的演化歷史。其地形由高差大變為平緩;湖盆小而散→統壹;水體由淺入深再由淺入深再由淺入深的變化規律;此外,不同時期沈積分帶和分帶的情況最終決定了砂體大小、砂體成因、儲層性能和生儲蓋組合在不同組別和地區的分布規律。研究表明,冀中坳陷古近系發育沖積扇、河流、扇三角洲、辮狀河三角洲、近岸水下扇、湖底扇和湖濱灘壩7種類型的砂體,由於所處的空間位置不同,其含油性也有很大差異。

1.沖積相

沖(沖積)相主要分布在中部和南部的沈降中心,以湖盆陡坡岸為主,緩坡岸次之,發育於古近系孔店組和沙河街組四段。這種砂體具有厚度大、巖性巖相變化快、面積大等特點。,為紅色厚層,靠近震源處沈積迅速。砂巖的成分成熟度、結構成熟度和礦物成熟度低,儲層物性差。此外,其分布位置遠離生油區,含油性差。目前,沖積扇礫巖油藏僅在鄢陵地區和束鹿凹陷西斜坡發現。

2.河流相

饒陽凹陷辮狀河亞相的辮狀河砂體是主要的河流相,主要分布在東營組,其次是沙河街組和孔店組。砂體面積大,壹般180 ~ 370km2,厚度100~350m ~ 350m,最大厚度500m。研究表明,河流相具有良好的儲層特征和儲集性能,尤其是辮狀河砂礫巖儲層物性最好,孔隙度為16% ~ 26%,少數為26% ~ 32%,滲透率為(70 ~ 260) × 10-3 μ m2,少數為100 μm 2。此外,沙河街組上亞段和三段的河流相儲層、沙河街組上二段的泥巖(區域性蓋層)和其中的泥巖層,以及沙河街組下下段下部的烴源巖,形成了多套上下儲層的含油組合。目前已在岔河集、深南、河間、留楚、大王莊、武強、文安斜坡的東三段和沙河街組上段發現河流相砂巖儲層,是冀中坳陷碎屑巖儲層的主要組成部分。

3.扇三角洲相

扇三角洲是直接進入湖盆的沖積扇,壹部分位於水上,壹部分位於水下。扇三角洲砂礫巖主要分布在同沈積斷層的下降盤,發育於孔店組、沙四段和沙三段。砂體平面呈扇形、裙狀,剖面呈楔形。面積120 ~ 200km2,少數270~360km2,最大500km2。儲層厚度壹般為100 ~ 300米。由於扇三角洲屬於物源附近快速沈積的粗碎屑巖,其砂礫巖成分成熟度和結構成熟度低,儲層非均質性強,物性普遍較差。只有扇內分流河道砂巖物性較好,孔隙度壹般在14% ~ 19%之間,少數高達25% ~ 30%,滲透率壹般在30 ~ 65438+之間。而在埋藏較淺的沙河街組上段(1000 ~ 1500米),砂巖平均孔隙度為28%,最大為34.5%,滲透率為(154 ~ 824) × 10-3 μ m2,最大為5628 × 660-3 μ m2。扇三角洲前緣楔形砂體儲集條件差,孔隙度10% ~ 14%,最高20%,滲透率(1 ~ 30) × 10-3 μ m2。與扇三角洲油氣藏相關的油氣藏很少,這主要與其分布位置有關。目前,僅在束鹿凹陷發現了靜丘油藏,在錦州凹陷發現了趙縣、南古莊和高村油藏,在廊固凹陷沙河街組上三段見到了良好的油氣顯示,表明扇三角洲具有良好的含油性,是錦州、束鹿等長斷陷的重要油藏類型。

4.辮狀河三角洲相

是指辮狀河進入穩定水體的三角洲,多分布於湖盆緩坡,主要發育於沙河街組,其次為孔店組。砂體平面呈樹枝狀、舌狀、扇形;該段厚度壹般為150 ~ 300m,最大厚度為800m。礫石單層厚度大,占層百分比高(30% ~ 70%)。由於碎屑物質的長距離搬運,其結構成熟度和成分成熟度較高。特別是平原辮狀河、前分流河道和分支河口壩亞相巖性粗,水動力條件強,分選性和圓度好,儲集性能好。目前已在辮狀河三角洲前緣分流河道楔形砂、文安斜坡沙二、沙三段、馬西沙沙二、沙三段、王莊沙三段、柳西、錦州凹陷西斜坡沙三段發現辮狀河三角洲砂巖儲層。可以預見,隨著油氣勘探的不斷深入,辮狀河三角洲砂礫巖將展現出良好的油氣勘探前景。

5.近岸水下扇相

近岸水下扇是指全部進入較深湖盆的沖積扇,仍屬於在物源附近快速沈積的粗碎屑巖。砂體平面呈扇形,剖面呈楔形,具牽引流沈積構造特征。主要分布在廊固凹陷北部大興斷層下降盤和牛貝斜坡背斜帶,發育在沙河街組中段,其次是河間-馬西斷層下降盤,其儲集條件和含油性在扇內通道中最好。孔隙度壹般為17% ~ 25%;滲透率為(15 ~ 300) × 10-3μ m2。目前,柳泉和曹家塢構造帶已發現油藏,仍將是今後油氣勘探的主要方向。扇端儲層條件較差,孔隙度壹般為14% ~ 32.7%;滲透率壹般為(10 ~ 255) × 10-3μ m2,是本區有利的儲層發育區、有利沈積相帶和主要勘探目的層系。扇根水庫條件最差。

6.湖底扇相

湖底扇是陸源粗碎屑沈積物在地震、斷層、季節性洪水等地質力的作用下,從近高地不經分選迅速崩塌,進入勘探湖盆的扇形體。分布於斷陷湖盆的深擴張期()。以砂礫巖分選性和圓度最差為特征,以重力流沈積構造和濁積巖序列為標誌。目前只有廊固凹陷大興斷層下降盤和牛貝斜坡沙河街組下段發育湖相扇相,古15、古16、泉81井有油氣顯示。由於埋藏深、沈積快、結構成熟度低,其物理條件很差。根據古15等4口井59個區塊的物性分析資料,平均孔隙度為7.5%,最高孔隙度為9.8%。滲透率最高為3.85×10-3μm2,大部分小於0.1×10-3μm2。說明這種砂體儲集性能差,不利於油氣儲存。

7.濱淺湖沙灘沙壩

灘壩砂是指在海岸下沈或湖浪往復沖刷淘析作用下,沿湖盆岸線形成的不規則橢圓形砂體或鮞灘群。主要分布在湖盆緩坡,或地形寬闊平緩,斷陷期發育於沙河街組壹段,其次為沙河街組三段。如文安坡、禮縣坡、饒南地區。巖性組合有兩種,壹種是砂泥巖互層的剖面型,另壹種是泥晶碳酸鹽與深灰色泥巖互層,夾少量灰色細砂巖、粉砂巖和油頁巖。砂巖單層厚度較小,壹般2 ~ 5m;泥巖和泥晶碳酸鹽厚度較大,前者壹般為4 ~ 10m,最厚26m,後者為2 ~ 13m。油頁巖單層厚度壹般為2m。砂地比小於45%。

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