宋站地区达深2井区沙河子组层序划分与沉积相分析*

杨 壮 胡明毅 蔡全升

(1.长江大学沉积盆地研究中心 湖北武汉 430100； 2.长江大学非常规油气湖北省协同创新中心 湖北武汉 430100；3.长江大学地球科学学院 湖北武汉 430100； 4.中国地质调查局武汉地质调查中心 湖北武汉 430205)

松辽盆地是我国东部重要的含油气盆地，具有断坳双层结构，目前油气勘探主要集中在浅层坳陷盆地。徐家围子断陷为松辽盆地深部的一个小型断陷湖盆，具有面积小、水体浅、物源近和沉积速率快等特点[1]。最新勘探实践证实，徐家围子断陷宋站地区深部地层具有良好的勘探潜力，可作为深部勘探的备选领域。由于前期徐家围子断陷深层天然气勘探主要以营城组火山岩为研究对象，针对沙河子组层序地层和沉积相的研究较为薄弱，对层序划分方案仍存在争议，如潘春孚、陈贤良 等[2-3]将沙河子组划分为2个三级层序，蔡来星、王晓莲 等[4-5]将沙河子组划分为3个三级层序，刘洋、吕鹏佶 等[6-7]则将沙河子组划分为5个三级层序。此外，各沉积相带的发育规律和展布范围仍不明确，如蔡全升、王志宏 等[1，8]认为扇三角洲在断陷陡坡带和缓坡带都有发育，吕鹏佶 等[7]则认为扇三角洲仅在断陷陡坡带发育。这些问题严重制约了该地区沙河子组天然气的勘探进程。本文以徐家围子断陷北部宋站地区达深2井区沙河子组为研究对象，综合运用7口井的钻井岩心、15口井的测井与录井资料以及约300 km2的三维地震资料，对研究区沙河子组层序地层及沉积相特征进行研究，确立该区三级层序划分方案，分析沙河子组层序格架内沉积相展布规律，明确沉积演化特征，建立沉积演化模式，以期为该地区的油气勘探提供地质依据。

1 区域地质背景

徐家围子断陷为松辽盆地北部深层规模较大的断陷，西侧紧靠中央古隆起，东侧为东部断陷区，面积3 097 km2，近南北向展布[9-10]。研究区位于徐家围子断陷北部宋站地区达深2井区，面积约250 km2(图1)。研究层位为下白垩统沙河子组，其下为上侏罗统火石岭组，其上为下白垩统营城组，其中火石岭组与营城组发育火山岩，沙河子组主要发育碎屑岩沉积[11-12]。

前人研究[9-11]表明徐家围子断陷形成始于上侏罗统火石岭组沉积期，下白垩统沙河子组沉积期是断陷发展阶段，营城组沉积期断陷开始萎缩，并逐渐向坳陷转化[12]，登娄库组沉积期现今构造格局基本形成。

图1 松辽盆地徐家围子断陷及研究区构造单元划分(据文献[1]修改)Fig.1 Xujiaweizi fault depression and division of tectonic units of the study area in Songliao basin(adapted from reference [1])

2 层序地层划分及特征

建立层序地层格架的关键是层序界面的识别及层序级别的划分，首先是根据层序界面标志识别层序界面[13-14]。层序界面标志是上、下地层在岩性组合、地震反射特征及测井曲线等方面的明显反映[15-17]。本文充分利用三维地震资料，结合录井和测井资料，对研究区沙河子组层序界面进行识别，最终建立沙河子组层序划分方案。

2.1 层序界面识别

2.1.1地震识别标志

图2 宋站地区沙河子组层序界面地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of the sequence boundaries of the Shahezi Formation in Songzhan region

2.1.2测井识别标志

2.1.3岩性识别标志

2.2 层序划分方案

图3 宋站地区达深2井区沙河子组测井-岩性层序界面响应Fig.3 Logging-lithologic response of the sequence boundaries of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

图4 宋站地区达深2井区沙河子组层序划分方案(剖面位置见图1)Fig.4 Sequence division plan of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region(see Fig.1 for location)

3 沉积相类型及特征

通过对研究区7口井岩心(图5)的精细观察，并依据测井(图6)和地震响应特征(图7)，确定达深2井区沙河子组发育辫状河三角洲、扇三角洲、湖泊和火山碎屑岩共4种沉积相类型。

(a)杂色中—细砾岩，具定向排列特征，达深6井，3 539.84 m；(b)灰白色粗砂岩，底部见冲刷面，达深15井，3 736 m；(c)灰色中砾岩，砾石以棱角—次棱角状为主，向上砾石粒径变细，达深4井，3 512.59 m；(d)灰色中砾岩，砾石分选差，以次棱角状为主，达深302井，3 448.5 m；(e)黑色泥岩，达深6井，3 841.16 m；(f)深灰色粉砂质泥岩，可见植物碎片炭化，达深6井，3 841.76 m；(g)灰色凝灰岩，见火山角砾，达深3井，3 977.67 m；(h)火山角砾岩，达深3井，3 983.87 m。

图5宋站地区达深2井区沙河子组典型岩心照片
Fig.5TypicalcoresofShaheziFormationintheDashen2wellblockofSongzhanregion

图6 宋站地区达深2井区沙河子组不同沉积相类型典型测井响应Fig.6 Typical logging response of different sedimentary facies of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

图7 宋站地区达深2井区沙河子组典型沉积相地震响应特征Fig.7 Seismic response characteristics of typical sedimentary facies of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

3.1 辫状河三角洲

3.1.1辫状河三角洲平原

辫状河三角洲平原亚相在岩性上以杂色或灰色中—细砾岩或粗砂岩与泥岩沉积为主，夹煤层，可见大型交错层理，底部通常可见冲刷面；砾岩具定向排列特征，砾石整体分选较好，磨圆一般，以次棱角—次圆状为主，且砾石间多充填砂质(图5a)；常规测井曲线上表现为较宽幅的箱形和钟形(图6a)；地震剖面上主要表现为板状前积或楔状前积(图7a)。

3.1.2辫状河三角洲前缘

辫状河三角洲前缘亚相在岩性上以砂质细砾岩、含砾砂岩、粉细砂岩和深灰色泥岩、粉砂质泥岩及灰色泥质粉砂岩为主，灰黑色泥岩夹层较多；分选偏差，磨圆中等，以次棱状—次圆状为主，可见小型交错层理和平行层理，泥质含量较平原明显减少(图5b)；常规测井曲线上表现为典型的箱形和钟形(图6a)，其规模相对辫状河三角洲平原较小。

3.2 扇三角洲

3.2.1扇三角洲平原

扇三角洲平原亚相在岩性上以杂色砾岩、砂砾岩、砂岩和灰色、灰绿色泥岩为主，煤层不发育；砾岩分选差，从细砾到粗砾均有，内部杂基含量高，多以杂基支撑为主。砾岩中砾石磨圆差，多以棱角状—次棱角状为主(图5c)，底部发育冲刷面，多见大—中型交错层理；常规测井曲线上表现为宽幅的箱形和钟形组合，并且测井曲线齿化特征明显(图6b)；地震剖面上以典型杂乱反射为特征(图7b)。

3.2.2扇三角洲前缘

扇三角洲前缘亚相在岩性上主要为砂砾岩、含砾砂岩，夹深灰色、灰黑色泥岩，呈不等厚互层；砂砾岩单层厚度最大10 m，通常在1～3 m，分选中等，整体表现为下粗上细的正韵律(图5d)；砂岩以发育中型槽状、板状交错层理和平行层理为特征；常规测井曲线上密度曲线低值响应较少(图6b)。

3.3 湖泊

研究区达深2井区沙河子组沉积期湖泊相分布范围较大，且多以滨浅湖沉积为主，包括砂坝微相和滨浅湖泥微相，其中在滨浅湖泥沉积中煤层相对发育。湖区沉积环境复杂，主要接受来自湖岸的粗碎屑沉积，其沉积物岩性主要由黑色、灰黑色、暗紫色块状泥岩夹薄层砂岩构成(图5e、f)。砂坝微相岩性主要特征为纯净的细砂岩、粉砂岩夹薄层灰色泥岩，多发育小型交错层理、波状交错层理等；常规测井曲线上表现为漏斗状(图6c)。滨浅湖泥微相则以大套黑色、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩夹薄层粉砂岩沉积为主，生物扰动强烈，主要发育水平层理、波状层理、变形层理等；常规测井曲线上多表现为低幅齿状线形，地震剖面上主要表现为席状平行或席状披盖反射等特征(图7c)。

3.4 火山碎屑岩

研究区沙河子组火山碎屑岩相分布范围较为局限，主要分布在研究区西北部，层序上主要分布在Sq3沉积末期和Sq4沉积初期，主要岩性包括凝灰岩和火山角砾岩(图5g、h)。火山角砾直径多小于1 cm，以次棱角状—棱角状为主，角砾之间多为凝灰质充填；凝灰岩中见火山角砾或火山屑，上下多与灰白色粉—细砂岩接触。在常规测井曲线上，火山岩相具有典型的异常响应特征，整体表现为GR测井曲线的异常低值响应，明显区别于上下地层的响应特征(图6c)。在地震剖面上，火山岩与周围碎屑岩地层存在明显差异，通常具有锥状杂乱强反射或条带状平行强反射特征(图7d)。

4 沉积相模式

基于有限的钻井资料，综合分析单井沉积相、连井沉积相以及地震相平面分布图，以砂砾岩厚度、砂地比等地质资料为约束，结合区域构造背景及演化特征[7-9]，利用多因素成图方法[21-24]编制了宋站地区达深2井区沙河子组三级层序下沉积相展布图，分析了沉积相平面展布特征和纵向演化规律，由此建立了沉积相模式。

4.1 沉积相平面展布特征

1) Sq1沉积时期，徐西断裂持续活动，断陷范围不断扩大。在断陷西部，边界坡度整体偏陡，沉积物就近搬运，发育扇三角洲沉积，其中扇三角洲平原展布范围较小；在断陷东部，坡度较缓，沉积物搬运距离较远，辫状河三角洲大规模发育，以辫状河三角洲前缘沉积为主。浅湖沉积发育位置为近陡坡带，在研究区西北部和南部均有发育(图8a)。

2) Sq2沉积时期，受徐西控凹断裂作用较强，沙河子组沉积范围进一步扩大。在西部陡坡带，沙河子组沉积向徐西断裂附近推进，扇三角洲沉积范围明显扩大，扇三角洲前缘沉积沿盆地西部边界连续展布；在东部缓坡带，辫状河三角洲沉积广泛发育，辫状河三角洲平原沉积有所收缩，沿东部边界断续展布。浅湖沉积范围有所扩大，较Sq1沉积时期整体向东推进(图8b)。

图8 宋站地区达深2井区沙河子组三级层序下沉积相展布Fig.8 Distribution of sedimentary facies within three-order sequence of the Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

3) Sq3沉积时期，沉积相带分布较Sq2沉积时期变化不大。西部陡坡带为扇三角洲沉积，东部缓坡带为辫状河三角洲沉积，浅湖沉积在盆地中心分布，沉积范围明显扩大。该时期在研究区北部首次出现火山岩，但分布规模不大(图8c)。

4) Sq4沉积时期，研究区火山喷发活动仍然较为活跃，在北部可见火山扰动区，局部发育火山碎屑岩分布区，主要为火山喷发的凝灰岩。受构造活动影响，沙河子组沉积向东西两侧推进，西部陡坡带受到徐西控陷断裂作用的影响，仍然发育一套扇三角洲沉积；东部缓坡带距离徐西断裂较远，主要为一套辫状河三角洲沉积。浅湖沉积范围相对Sq3沉积时期进一步扩大，且向北迁移，自南向北呈长条状连续展布(图8d)。

4.2 沉积相模式

沙河子组沉积早期，研究区主要为一套辫状河三角洲和扇三角洲沉积，滨浅湖沉积局部发育，平面上沉积相带东西分异明显。在西部陡坡带，由于受到徐西断裂的强烈影响，该地区广泛发育扇三角洲沉积，该类型沉积一般向中部深凹带延伸不远，反映沉积物为近距离搬运后堆积而成。辫状河三角洲主要发育在东部缓坡带，受徐西断裂作用较弱，古地形平坦，该类型沉积一般向中部深凹带延伸较远，反映沉积物为较远距离搬运后堆积而成。该时期辫状河三角洲平原沉积范围较大，反映沉积水体相对较浅的沉积环境。浅湖沉积在该时期发育较为局限，仅在南部断陷深凹和北部局部地区少量发育。

沙河子组沉积中晚期，研究区主要发育一套辫状河三角洲和浅湖沉积，由于该时期徐西断裂作用减弱，西部陡坡带受断裂作用影响较弱，扇三角洲沉积范围迅速收缩，在南北向上多呈长条状断续展布，分布比较分散，仅中部地区相对较为发育。而东部缓坡带由于受徐西断裂作用的影响极其微弱，古地形依然保持平缓，主要为一套辫状河三角洲沉积(图9)。从区域上看，辫状河三角洲平原亚相沉积范围迅速向凹陷东部边界收缩，而三角洲前缘亚相沉积范围向中央深凹方向迅速扩张，延伸较远，局部地区甚至延伸至西部陡坡。此外，在沙河子组沉积中晚期，研究区西部至中部深凹广泛发育滨浅湖沉积，区域上显示沉积水体相对变深的沉积环境。

图9 宋站地区达深2井区沙河子组沉积中晚期沉积相模式Fig.9 Sedimentary model of the middle-late Shahezi Formation in Dashen2 well block of Songzhan region

5 结论

1) 宋站地区达深2井区沙河子组可划分为1个二级层序和4个三级层序，由此确立了研究区沙河子组层序划分方案。

2) 宋站地区达深2井区沙河子组发育辫状河三角洲、扇三角洲、湖泊和火山碎屑岩等4种沉积相类型，沉积相带东西分异明显，即在断陷东部发育辫状河三角洲沉积，在断陷西部发育扇三角洲沉积，浅湖沉积发育于断陷中部，火山碎屑岩沉积分布局限。

3) 宋站地区达深2井区沙河子组沉积过程受到盆地边界断裂的控制，在徐西控陷断裂的持续活动下沉积范围不断扩大，扇三角洲向徐西断裂带迁移，辫状河三角洲向断陷东部扩展，浅湖沉积在Sq4时期范围达到最大，表明沙河子组具有典型的断陷湖盆沉积特征。