（矿产普查与勘探专业论文）饶阳凹陷古近系沙河街组层序地层分析及储层特征.pdf

摘要 本文综合利用地震、测井、岩心等多种资料，以层序地层学的基本理论为指导， 把饶阳凹陷中北部古近系沙河街组划分为六个三级层序和十八个体系域，对每个层序 进行典型特征分析，建立了饶阳凹陷中北部古近系沙河街组层序地层格架。并分析了 构造沉降、沉积物供、气候等因素对层序发育的控制作用。然后根据饶阳凹陷构造发 育特点，总结出凹陷内层序主要发育简单箕状斜坡模式；早期简单斜坡，后期凹陷带 隆起模式；早期双箕状断陷，后期简单斜坡模式；早期双断，后期单斜模式及洼槽带 模式等五种层序模式。 在层序格架建立的基础之上，通过岩心观察、岩石薄片鉴定等资料综合分析，识 别出凹陷内沙河街组主要发育冲积扇相、河流相、辫状河三角洲相和湖泊相，局部地 区发育少量扇三角洲相。并系统分析了各种相的沉积背景、相类型及相标志、砂体展 柿规律等。然后以三级层序体系域为单位，详细研究了各体系域时期沉积体系空间展 布特征，认为层序i 时期沉积主体为冲积扇相和河流相；层序i i 、时期沉积主体为 辫状河三角洲相和滨浅湖亚相；层序时期沉积主体为滨浅湖、半深湖亚相和辫状河 三角洲相；层序v 时期沉积主体为河流相和辫状河三角洲相：层序时期沉积主体为 滨浅湖亚相和辫状河三角洲相。最后通过层序地层学原理分析了研究区生储盖组合特 征，指出洼槽带及其附近二级构造带内层序i 、v 、的低位域和高位域地层是 油气勘探的有利区域及层段。 一 关键词：饶阳凹陷，沙河街组，层序地层学，沉积体系，油气藏 a n a l y s i so fs e q u e n c es t r a t i g r a p h ya n dr e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c so f t h e p a l e o g e n es h a h e j i ef o r m a t i o ni nr a o y a n gd e p r e s s i o n w a n gx i p i n g ( m i n e r a lr e s o u r c ep r o s p e c t i n ga n de x p l o r a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f g u oj i n g x i n g ab s t r a e t a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fs e q u e n c es t r a t i g r a p h y , t h es t r a t ao ft h ep a l e o g e n es h a h e j i e f o r m a t i o ni nr a o y a n g d e p r e s s i o nw e r ed i v i d e di n t os i xt h i r d o r d e rs e q u e n c e sa n de i g h t e e n s y s t e mt r a c t sw i t ht h ec o m b i n a t i o no fd a t ao fs e i s m ，w e l l l o g g i n g ，c o r e s ，e x t i n c to r g a n i s m a n ds oo n ，a n df u r t h e r , r e p r e s e n t a t i v ec h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i sw a sd o n et oe v e r ys e q u e n c ea n d t h e nt h es e q u e n c es t r a t i g r a p h yf r a m eo ft h es t r a t ao fs h a h e j i ef o r m a t i o no fp a l a e o g e n ei n r a o y a n gd e p r e s s i o nw a se s t a b l i s h e d t h e nt h i sp a p e ra n a l y z e dt h ec o n t r o l l i n ge f f e c t so f t e c t o n i cs u b s i d e n c e ，s e d i m e n t a r ys u p p l ya n dt h ec l i m a t ef a c t o ro ns e q u e n c ed e v e l o p m e n t b a s e do nt h eb a s i so ft h ef r a m e w o r kc h r o n o s t r a t i g r a p h i cs e q u e n c e ，f i v es e d i m e n t a r y s y s t e m sw e r ef o u n d ：a l l u v i a lf a nf a c i e s ，f l u v i a lf a c i e s ，b r a i d e df i v e rd e l t af a c i e s ，f a nd e l t a f a c i e s ，l a k ef a c i e s ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c s ，m a r k s ，b a c k g r o u n d ，t y p e so fa l ls e d i m e n t a r yf a c i e s w e r er e s e a r c h e ds y s t e m a t i c a l l y b a s e do nt h et h ea n a l y s i so ft h es p a c ea n dt i m ed i s t r i b u t i o n r u l e so fd e p o s i t i o ns y s t e mb yu n i to fs y s t e mt r a c t si nt h et l l i r d o r d e r s e q u e n c e s c r u t i n i z i n g l y t h i sp a p e rp o i n t e do u tt h a tt h em a i ns e d i m e n t a r yf a c i e sw e r ea l l u v i a lf a c i e s a n df l u v i a lf a c i e si nt h es e q u e n c ei ；t h em a i ns e d i m e n t a r yf a c i e sw e r eb r a i d e df i v e rd e l t a f a c i e sa n ds h a l l o wl a k ef a c i e si nt h es e q u e n c ei ia n dl i i ；t h em a i ns e d i m e n t a r yf a c i e sw e r e s h a l l o wl a k e ，d e e pl a k ef a c i e si nt h es e q u e n c ei v ；t h em a i ns e d i m e n t a r yf a c i e sw e r eb r a i d e d r i v e rd e l t af a c i e sa n da l l u v i a lf a c i e si nt h es e q u e n c ev ；t h em a i ns e d i m e n t a r yf a c i e sw e e s h a l l o wl a k ea n db r a i d e df i v e rd e l t af a c i e s i nt h es e q u e n c ev i t h i sp a p e rs t u d i e dt h e c h a r a c t e r i s t i co fs o u r e r e s e r v i o r - m o fr o c ka s s o c i a t i o n si nr a o y a n g d e p r e s s i o na n dp o i n t e d o u tt h a tt h el o w s t a n da n dh i g h s t a n ds y s t e mt r a c t so ft h es e q u e n c ei i i 、i v 、va n d1 1w e e f a v o r a b l ea r e a st oe x p l o r e k e yw o r d s ：r a o y a n gd e p r e s s i o n ，s h a h e j i ef o r m a t i o n ，s e q u e n c e s t r a t i g r a p h y , d e p o s i t i o n a ls y s t e m ，o i la n dg a sa c c u m u l a t i o n 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：至重主 日期：2 0 。? 年弓月z z 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关 部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位 论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：至蟹 指导教师签名：岳孚靶 日期：2 p d 7 年岁月z z 日 日期：扣7 年夕月z 日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章前言 1 1 选题目的和研究意义 饶阳凹陷是属于渤海湾盆地冀中坳陷中的一个次级构造单元，历经二十余年的大 规模油气勘探，取得了巨大的成果。但是，就饶阳凹陷中北部而言，勘探、开发至今， 仍存在如下几个急待解决或有待深入认识的问题：全区的精细地层划分与对比问 题；各个时期物源方向、沉积体系及展布问题：构造演化对沉积演化的控制作用 问题：地层岩性圈闭发育的有利区带及勘探方向问题；缺少大比例尺高精度沉积、 构造、构造岩相带及含油气综合评价等图件。这些问题的存在直接导致该区勘探与开 发目标不够明确或准确，整体工作效率低下。 因此，急需引入层序地层学等新理论、新方法，充分利用丰富的三维地震、钻井、 测井等资料，系统开展精细层序地层学研究，通过层序、体系域划分及横向对比，建 立各层序地层单元的等时地层格架。同时，传统技术方法与新技术新方法综合运用， 结合目前油气勘探的最新进展，针对凹陷开展系统配套的沉积环境与沉积相研究工 作，搞清各目的层段沉积体系与各类砂体的分布格局，为本区隐蔽油气藏勘探指出方 向并奠定坚实的理论与资料基础。 1 2 国内外研究现状分析 l 。2 1 层序地层学研究现状 层序地层学是根据地震、钻井及露头资料，结合有关的沉积环境及岩相古地理解 释，研究一套由不整合面及其相应的整合面为边界的、具有成因联系的年代地层格架 内岩层问相互关系的一门学科。层序地层学的前身是地震地层学，它同时也受益于生 物地层学、年代地层学和沉积学。自二十世纪八十年代末p r v a i l 正式提出层序地层 学概念丌始【l 】，十几年来经过国内外学者和专家的理论研究和广泛实践，这门学科得 到了进一步的发展。 层序地层学可以说是在经过几个世纪的地质研究之后的一个必然结果，其理论源 于旋回沉积作用的成因研究、全球海平面升降研究、构造运动控制海平面变化研究、 地层层序的概念、年代地层学研究。然而，其具有里程碑意义的研究是地震地层学的 出现，现在通常认为层序地层学是从地震地层学发展而来的，而其重要突破则是 s e p m 第4 2 期特刊海平面变化一种综合研究方法的出版【2 1 ，这本书系统介 绍了层序地层学的基本理论：盆地构造沉降、全球海平面波动、物源供给变化和古 第一章前言 气候变迁是层序形成的基本控制因素；层序是层序地层学的基本单元，是一个完整 的全球海平面变化旋回周期内的沉积产物；强调以不整合面及其相应的整合面作为 划分层序的依据；注重不同级别等时地层单元与地层格架的建立；把地震、测井、 岩心和露头等资料都作为基础资料，并结合生物地层学等资料进行综合分析；注重 对体系域的组成及沉积组合体的三维分布的研究。 针对这一论点从上世纪八十年代晚期到九十年代的十几年里，发表了很多层序地 脎学论文，有些是不加鉴别地应用了这种方法和技术；有些是过于吹毛求疵；有些是 对以h a q 曲线【列为基础进行盆地问题对比的有效性提出质疑：有些则对s e m 第4 2 期中提供的层序地层学模式的某些方面的正确性怀有疑问，如m i a l l 4 k 匕和s c h l a g e r 5 1 。 g a l l o w a y 6 】提出了沉积地层的成因地层单元发育的另一种模式，以最大海泛面而不是 以不整合面为界。p i t m a n 认为层序的成因和上超方式能够用大陆边缘沉降速度变化来 解释【川。 正因为如此，长期而全方位的研究使层序地层学得到了快速而广泛的发展，使源 于被动大陆边缘的层序地层学理论，现己逐渐扩展到各种类型的盆地和环境。这些盆 地包括被动大陆边缘瓮地，也包括活动大陆边缘盆地；从伸展型盆地，到挠曲型盆地， 甚至造山带；从海相沉积盒地扩展到陆相湖泊盆地和河流相地层，并对下切谷的形成 平i j 演化做了比较深入的研究。另外，对碳酸盐岩层序也提出了比较完整的解释。层序 地层学最新发展是高分辨率层序地层学和沉积充填物的计算机模拟。v a nw a g o n e r 【8 l 、 p o s a m e n t i e r 和w 色i m e r 【9 】等人率先利用露头、钻井和岩心资料进行了米级旋回的高分 辨率层序地层学研究。而自从以c r o s s t l 为代表的美国科罗拉多矿业学院成因地层研 究小组提出的高分辨率层序地层学问世以来，其全新的理论、概念、技术方法和显著 的实际应用效果，已引起国内外广大石油地质学、沉积学、层序地层学等地质工作者 的高度重视。该研究小组认为：受海平面( 或湖平面) 、构造沉降、沉积负荷补偿、沉 积物补给、沉积地形等综合因素制约的地层基准面，是理解地层层序成因并进行层序 划分的主要依据。 国外对于非海相层序地层学研究最早的是s c h o l z 【1 1 1 ，他提出了浊流沉积出现在高 水位早期。之后l i r o 通过对f o r t u n i o 组的研究，提出了r i m o u n d 、n e w a r k 、f u n d y 型的陆相体系域类型。g d w i l l i a m s 、a d o b b 和s p r o s s e r 等则结合构造运动研究了 自，j 陆瓮地和裂谷盆地的层序地层，后者对陆相断陷盆地层序地层研究具有极大的借鉴 作用，其中提出了裂陷初期、裂陷复合期、裂陷后早期、裂陷后晚期的盆地发育阶段 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 和各阶段的地震反射特征、可容空间变化以及各阶段的体系域和沉积体系模式。 j a h o w e l l 和j e a t i k e n 等【1 2 】研究了一系列陆相( 冲积环境) 层序地层、扩张型盆地层序 地层、用于储层建模的高分辨率层序地层和碳氧同位素的最新分析成果，提出了用基 准平衡剖面( b a s ep r c f n l e ) 或相对递降剖面( r e l a t i v eg r a d e dp r o f i l e ) 来衡量滨线之 上陆上可容空间的变化，而用基准面( b a s el e v e l ) 或相对海平面来衡量海上可容空 j 白j 的变化，并创立了箕状断陷盆地不同位置上可容空间变化模型，从理论上有了很大 的提高。 在层序地层理论引入我国之后，国内的油气地质专家和沉积学专家们利用中国大 多数含油气毓地是陆相盆地的地理条件，结合各自的认识和实践，对层序地层学在陆 相沉积中的应用提出了多种不同观点和看法，大大发展了陆相层序地层学，将中国陆 相层序地层学研究推向一个新高潮，使我国陆相层序地层学研究处于国际领先地位。 总结国内外学者对陆相湖盆层序发育控制因素的看法，可以分成两大类七小类。 ( 1 ) 海外研究学派 e x x o n 公司以及p r v a i l 等人根据海平面升降持续的时间周期将海平面升降的级 别分为4 个级别【13 1 ，频率范围为9 , - 一1 0 m a ，1 2 m a ，o 1 - - - 0 2 m a ，0 0 1 一0 0 2 m a ，对应 层序组、准层序、岩层组、岩层、纹层组和纹层。上述划分方案中在三级层序级别内 划分的层序均属于高频层序。在三级层序内部进行高频层序划分时，受勘探程度、资 料分辨率和研究对象的限制，多数仅划至准层序组、准层序的级别，即四级和五级层 序。结合陆相瓮地构造、沉积特点，将陆相层序划分为五级，各级层序特征如( 表 1 1 ) 所示。 g a l l o w a y ( 1 9 8 9 ) 论证了沉积幕和成因地层层序的概念，形成了以海泛面为界的成 因地层学派。他指出，成因层序地层单元以区域海泛事件为结束标志，成因地层层序 由三部分组成：退覆部分、上超海进部分和代表最大海泛的界面。运用g a l l o w a y 成 因层序概念进行高精度层序地层划分时不必像e x x o n 研究组定义的层序所需要的那 样，依据陆上广泛分布的不整合的存在识别层序。以海泛面为界的成因层序能对进积 碎屑俞地充填阶段形成的地层单元进行层序的细分。h e w h e e l e r ( 1 9 6 4 ) 提出了基准 面旋回的概念，t a c r o s s 及其成因地层小组继承和发展了基准面旋回原理，并提出 了以多级次基准面旋回为参照面的层序地层学理论与研究方法，创建了高分辨率层序 地层学。运用高分辨率层序地层分析方法识别高频基准面旋回，就可以进行高精度的 层序地层划分与对比，并在高频层序地层格架内开展精细的地层预测。 第一章前言 ( 2 ) 国内研究学派 巾国足陆相沉积大国，这就决定了中国的地质学家注定要采用层序地层学先进理 论来解决中国陆相问题，也必然成为中国地学界研究的热门课题。自徐怀大教授等将 层序地层学引人中国以来，中国学者致力于陆相层序地层学研究，建立起了真正理论 意义上的陆相层序地层学，由此引发出多姿多彩的观点和看法，出现了百家争鸣的局 面，归纳起来大致有四大不同的学派。 “类海相”派 “类海相”派学者们认为，湖泊与海洋类似，是陆相沉积盆地中的主导沉积控制体， 它不仅控制着自身的沉积发育，也控制着毗邻的河流及风成沉积，湖平面变化以类似 于海平面变化的作用控制着整个盆地的沉积发育，因而他们认为只需稍加修正，即可 把海相层序地层学模式直接应用到陆相沉积盆地中。该学派学者们对海、陆相之间的 差异认识不足，过于简化了陆相沉积。他们所提出的陆相层序地层模式难以适应复杂 的陆相沉积。 单一派河流相层序地层学 该派根据分析基准面变化对河流沉积作用方式的影响而提出：低位体系域主要由 垂向上互相叠置的、横向上成片分布的辫状河流的砂砾质沉积物组成、低位体系域后 期可能出现曲流河沉积；水进体系域有利于网状河流沉积。该派淡化构造因素、气候 因素，而将沉积物供给速度和河流作用相等同：将湖相或海相沉积归为夹层，河流为 主控因素，将单一的沉积体系和一系列成因上有联系的同时代沉积体系等同，同样也 刁i 能将各种因素的综合影响考虑进来；实际不可能在同一地区出现一系列的河流相结 合或仅由单纯的河流相组成的包括各种体系域的地层层序。 构造派 池英柳等人认为“陆相湖盆中的一个层序是受一个二级构造旋回控制发育的一套 地层”。解习农也认为“陆相盆地层序的形成与演化，主要受控于盆地构造格架及同期 构造运动”。 解习农【1 等把构造因素放到了第一位，认为陆相沉积层序的形成受控于构造作 用，摆脱了国外海相层序地层学模式的束缚，但内陆环境是复杂多变的，构造因素只 为沉积提供了一种前提条件，层序的形成还受到其它多种因素的控制，应全面予以考 虑。 综合派 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 由于内陆环境复杂多变，陆相层序的形成受比海相更难把握的多因素控制。纪友 亮i 哺1 魏魁生【1 7 1 等分别对济阳坳陷下第三系和松辽盆地白垩系进行层序地层学研究 时，认真分析了海平面变化、湖平面变化、沉积物供给、构造运动及气候等陆相沉积 层序的影响，提出了一些新的思路和观点。顾家裕教授【1 8 】对陆相层序地层学在油气勘 探应用中的关键问题提出了科学合理的定论和设想。 邓宏文教授【1 9 】首先及时将高分辨率层序地层学引入到中国来，使其在国内得到了 广泛的研究与应用。 总的来看，层序地层学十几年来的发展主要表现在：应用范围由地质构造简单 的大的沉积盆地发展到地质构造复杂的地区；由海相沉积盆地向陆相湖盆探索，并 与生物地层学结合提出高分辨率层序地层学；宏观与微观结合，既划分高水位、低 水位、水进体系域，又确定沉积体系与沉积相，进行多层次预测、评价；由全球统 一海平嘶变化认识，延伸到湖平面变化受降雨、碎屑物补给、地壳运动等多种因素的 影响：把地层学与沉积学完美地结合在一起，从时空四维空间动态地解释沉积地层 的发生、发展过程，为寻找与沉积有关的矿藏提供了科学的指导思想和技术手段，尤 其在油气勘探开发中发挥了重要的作用。 1 2 2 饶阳凹陷层序地层学研究现状 饶阳凹陷古近系沙河街组沉积环境和沉积相研究始于八十年代中后期，华北油田 内外的专家们做了大量深入细致的研究工作，从不同角度阐述了饶阳凹陷沙河街组的 沉积环境、沉积演化与储层特征，指出了有利岩相带和储层发育带，对凹陷油气勘探 和丌发起到了重要的指导作用。 但受当时研究资料和技术方法所限，这些成果多限于局部有利区带或作为冀中坳 陷的一部分进行的根放型模式性研究，缺乏针对整个凹陷的系统配套性研究，已无法 满足目i 玎精细构造油气藏勘探和隐蔽油气藏勘探的需要。随着勘探程度的不断提高和 勘探技术方法的不断进步，各种地震、钻井、测井资料目趋丰富，对饶阳凹陷的沉积 环境与沉积相开展系统配套研究和重新认识的时机已基本成熟。 1 ，3 研究思路与技术路线 本文以经典层序地层学、陆相湖盆层序地层学及陆相断陷湖盆层序地层学理论为 指导，以钻井、测井、地震资料为基础，建立饶阳凹陷中北部古近系沙河街组三级层 序地层格架。在三级层序体系域控制的等时地层格架内，分析凹陷内沉积体系的类型 5 第一章前言 及沉积体系的空间展布规律，根据沉积演化决定生储盖组合并影响油气运移聚集，分 析有利的储集砂体和有利生储盖组合，对下一步油气勘探的有利区域作出预测。本文 分为三个部分，一个是层序地层学研究；一个是层序地层格架内的沉积体系研究；另 一个是储层特征研究。其中，前两部分是本文的主要研究内容。本文研究的技术路线 如下( 图卜1 ) 。 图1 1 技术路线图 1 4 研究内容 ( 1 ) 典型井单井层序地层综合分析 结合钻井、测井、地震等资料对骨干井进行综合分析，划分出层序、体系域、准 层序组，建立区域标准井的综合剖面柱状图，并进行沉积相的分析。 ( 2 ) 建立全区层序地层等时格架 通过主要构造单元并且能够揭示不同凹陷沉积面貌的地震剖面，作为建立地震层 序格架的基础剖面。在区域上以i i i 级层序( 相当于段的级别) 为基本单元，确定地 震层序划分方案，并通过三级层序的组合规律，确定二级( 或一级) 层序单元，在凹陷 内进行层序地层对比，建立全区地层等时格架。 ( 3 ) 层序发育模式与层序控制因素分析 总结饶阳凹陷断陷湖盆不同层段和不同构造单元的层序地层模式、特点及其控 制冈素( 构造沉降、沉积物供给和气候因素) ，揭示层序以及体系域的发育和演化规 律，建立符合饶阳凹陷实际情况的层序发育模式。 ( 4 ) 相标志研究 在层序格架内系统研究岩性、粒度、沉积构造、地球化学、古生物及遗迹化石等 方面的典型相标志，分析不同相标志的指相意义，总结不同环境中所形成的岩石记录 的沉积特征以及各类沉积单元在测井曲线、地震反射上的特殊响应。识别饶阳凹陷主 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 要发育的沉积相类型。 ( 5 ) 沉积相平面展布研究 在层序地层框架内，以三级层序体系域为基本单元，根据地层厚度、砂砾岩厚度、 砂砾岩百分含量、泥岩厚度、砂泥岩比值，以及泥岩颜色等基础资料，研究沉积体系 的空间展布特征、时空配置关系及其演化规律，恢复饶阳凹陷古近系沙河街组不同时 期的岩相古地理特征。 ( 6 ) 储层研究 存层序地层和沉积体系研究的基础上，研究砂体成因类型和储层性质，分析有利 生储盖组合规律，探讨不同层序阶段对油气的控制作用，并预测有利勘探区域。 1 5 完成的主要工作量 ( 1 ) 在研究区内进行了2 8 口井的岩心观察与描述，收集整理2 5 口井的粒度、薄 片、古生物等资料。 ( 2 ) 对研究区2 8 5 口井进行了层序地层划分对比，确定层序界面的岩性、电性、 地震反射等特征。 ( 3 ) 应用g e o f r a m e 4 2 软件对研究区重点井进行精细合成地震标定，进行全区层 序地层解释，并完成地震层序对比剖面图1 0 张。 ( 4 ) 编制单井层序地层及沉积相综合分析图1 8 张。 ( 5 ) 编制多井层序地层及沉积相对比图1 0 张。 ( 6 ) 编制构造演化史图3 张。 ( 7 ) 编制全区三级层序体系域地层厚度分布图1 4 张。 ( 8 ) 编制全区三级层序体系域砂岩厚度分布图1 4 张。 ( 9 ) 编制全区三级层序体系域砂岩百分比含量分布图1 4 张。 ( 1 0 ) 编制全区三级层序体系域沉积相分布图1 4 张。 7 第= 章区域地质概况 第二章区域地质概况 2 l 区域地理位置 饶阳凹陷属于冀中坳陷中一个次级构造单元，它位于冀中坳陷中部，是冀中坳陷 t 1 峨大的凹陷，也是冀中坳陷油气最富集、勘探成效最高的凹陷【埘。本文研究区域为 饶阳凹陷中北部，其北接霸县凹陷，南临深泽低凸起，东面与献县凸起相临，西到高 阳低凸起( 图2 - 1 ) ，面积约3 6 0 0 k m 2 。主要包括任丘、马西、南马庄、河间、肃宁、 留西、留楚、大王庄、元昌楼、蠡县、郭州及雁翎等地区。 图2 - 1饶阳凹陷中北部构造单元划分硬研究区位置图 22 区域构造发育史 饶阳凹陷为典型的单断凹陷结构，可分为四种类型的构造带：缓坡带、陡坡带、 隆起带和律槽带。蠡县斜坡是典型的缓坡带；陡坡带主要发育在马西断裂带和河间断 裂带：任丘潜山向南部延伸与留西大王庄地区构成了中央隆起带：而主要洼槽有河问 沣槽和马西沣槽，次沣槽主要有肃宁洼槽、任西洼槽、大王庄洼槽和留西洼槽等。 饶阳凹陷总体为东断西超的非对称箕状结构。古近系沙河街组沉积时期大体经历 了3 个演化阶段、每个演化阶段都经历了由扩张到收缩的过程( 图2 - 2 ) 。不同演化阶 段的地形特征、地层发育情况、砂体成因、沉积环境、相带展柿和含油性都有着明显 的变化。 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 今构造 东营组沉积前 第层序沉积前 第v 层序沉积前 第1 层序沉积前 第1 i 层序沉积前 臣召圉 断层层序边界 图2 2 饶阳凹陷古近系沙河街组构造发育史图 9 j叫j叫jj叫j叫i j j 叫 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 1 ) 第一演化阶段( 层序i ：e s 4 ) 沙四段属于断陷分割充填期，是下覆孔店组沉积的继续。受喜玛拉雅运动的影响， 大大小小的张性断裂形成，形成了东断西超的雏型。当时，气候干热，断陷内部的沉 积厚度变化大，严格受断层延伸方向和地形高差控制。其地形较孔店组略有变缓，沉 积厚度明显减薄，沉积类型与孔店组有较好的继承性，形成了多物源、近物源、多中 心、湖域小、水体浅、水质咸、连通差和南北分区的沉积局面，体现了湖盆发育早期 断陷分割、陆上沉积广布的快速充填沉积特点。 ( 2 ) 第二演化阶段( 层序i i 层序v ：e s 3 下e s 2 ) 沙三早期，为该阶段扩张的开始，饶阳凹陷绝大部分地区未接受沉积。沙三中期， 边界同沉积断层强烈活动，各湖盆快速下陷，可容沉积空间增大，气候温暖凉爽，在 东断西超和山高湖深的地貌特征下，形成了广湖盆、深水体、东西分带和南北分区的 沉积局面，沉积相以大型辫状河三角洲相、浅湖、较深湖亚相亚相为主，具有湖域较 大、水体浅、岩性粗的特征。 沙三晚期，拉张断陷活动达到最大。大量钻井剖面和沉积相研究表明，沙三上亚 段沉积厚度较大。该段时期是古近系沉积范围最广、水体最深的时期，以湖底扇相和 较深湖亚相为特色，主要特点是发育了分布范围广、厚度大的一套特殊岩性段( 油页 岩或密集段) ，从而形成本区一套主力烃源层系，是饶阳凹陷最重要的烃源岩之一。 沙三上亚段沉积末期，湖泊萎缩，并以湖退时期的块状砂砾岩夹灰、灰绿、红色泥岩 为特征。 进入沙二期，区域抬升构造活动继续加强，导致沙二段在区内均以冲积扇相和辫 状河三角洲相为主导地位，局部残留滨浅湖亚相和膏盐湖亚相。反映了断陷萎缩期的 水退式沉积特点。该段时期总体特点为发育大面积辫状河三角洲相为主的粗碎屑岩， 局部为湖相泥质岩。 ( 3 ) 第三演化阶段( 层序v i ：e s l ) 该阶段为凹陷的再次扩展期，沙一段下亚段是在早期断陷抬升、剥蚀夷平的背景 上接受沉积的。当时，在温暖湿润的气候环境下，饶阳凹陷又复下沉且速度较快。由 此迎来了古近系以来最大的湖侵。但该次湖侵持续时间较短，水体较浅，沉积了一套 厚度为5 0 一, 2 5 0 m 的滨浅湖亚相深灰色泥岩、油页岩、夹浅水生物鲕灰岩、钙质砂岩、 泥质灰岩和泥质云岩。沉积中心在饶阳凹陷北部地区，形成了凹陷内第二套主力烃源 层系，也是区内的主要生储油层系。而西部以大面积的辫状河三角洲相粗碎屑岩为主， 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 仅局部分布有滨浅湖亚相。 沙一晚期，区域抬升构造作用明显增强，湖盆开始萎缩，大型辫状河三角洲体系 南部、北部向湖区快速推进，致使湖区范围急剧缩小到任丘一南马庄一带，其水体 更浅。 2 3 区域地层发育特征 饶阳凹陷古近系沙河街组自下而上由粗、细、粗三套地层构成一个完整的巨型沉 积旋回，内部又可分为多个次一级旋回，沉积总厚度可达3 5 0 0 m ，其发育阶段达3 2 m a 。 全区钻遇沙河街组地层从下到上依次为： ( 1 ) 沙河街组四段( e s 4 ) 形成于断陷分割充填早期，可容沉积空间较小。具有下粗( 块状砂砾岩夹紫红、 狄色泥岩、火山岩) 上细( 大段灰色泥岩夹褐色泥岩及砂岩) 的两个三级正旋回层和 两个储层发育带。它与上覆沙三段以岩性突变、跳相接触处和电性拐点处分界，二者 在区域上为超覆不整合接触。视厚度1 0 0 - - 一6 0 0 m 。 ( 2 ) 沙河街组三段( e s 3 ) 沙三中、下段形成于湖盆断陷扩张深陷期，可容沉积空间最大。下部为一套稳定 的较深湖亚相环境，深灰、黑灰色泥岩、页岩层：上部形成两个下粗( 沙砾岩与灰色 泥页岩) 上细( 灰色泥岩、页岩) 的正旋回层、两个储集集中带、两个含油气层、一 套主力烃源层和一套次要烃源层。沉积厚度减薄，以至缺失，水体变浅，以滨浅湖亚 相为主。该层在电测曲线拐点处和岩性突变处与沙三上亚段分界，与上覆地层为低角 度不整合接触关系。视厚度6 0 0 l1 0 0 m 。 沙三上段形成于断陷抬升期，可容沉积空间较大。自下而上是由一套辫状河三角 洲十| i 料碎屑岩央灰色泥岩、红色泥岩演化为滨浅湖亚相灰色泥岩沉积，构成了一套下 料上细的水进沉积旋回，最终形成了一套良好的区域性储层发育段、一个密集段和一 个全区性含油气层。该套地层具有南薄北厚、南红北灰的特征。它以“泥岩脖子”标志 段与上覆沙二段“底砾岩”标志层以及电测曲线拐点处分界，即地层反射层“t 5 ”构造层 为界，二者为角度不整合接触关系。视厚度3 0 0 - - 一5 0 0 m 。 ( 3 ) 沙河街组二段( e s 2 ) 形成于干热条件下和湖盆断陷抬升晚期阶段，可容空间急剧减小。自下而上是由 河流体系域的粗碎屑岩夹红色泥岩和水进体系域条件下的浅灰、绿灰色泥岩和红色泥 第二章区域地质概况 岩，构造成下粗上细的正旋回。顶部以膏泥岩、红的泥岩与沙一段底砾岩，以及电测 曲线拐点处与沙一段分界，二者地震层面为“t 4 ”层，并为区域超覆不整合接触关系。 视厚度为1 0 0 3 0 0 m ，最厚可达5 0 0 m 。 ( d ) 沙河街组一段( e s l ) 丰见厚度为2 5 0 - - 7 0 0 m ，最厚可达9 0 0 m 。依据岩性组合和生物地层特征划分为两 个亚层单元。沙一段下亚段，视厚度为5 0 - 、, 3 5 0 m ，最大厚度为6 0 0 m ，它位于湖盆演 化阶段的断坳扩展沉积期。当时，可容沉积空间迅速增大，接受了厚度不大的、水进 体系域下的滨浅湖亚相粗碎屑岩和灰色泥岩、油页岩、生物灰岩和砂岩沉积。纵向上 略显下粗上细的正旋回。其湖域面积最广，但水体浅、时限短，而后很快抬升，湖域 - q 占d , ，进入了断坳回返消亡的早期阶段，致使区内沉积了一套厚度为2 0 0 - - 一4 0 0 m 的 高位体系域下的辫状河三角洲相粗碎屑岩，夹碳质泥岩，顶部为水进体系域下的灰色 泥岩，形成了一套水进沉积旋回，属中部地区良好的储层发育段和含油气层。它与上 覆东三段以电测曲线拐点处分界，二者为角度不整合接触关系，与下伏地层沙二段为 连续沉积。 饶阳凹陷古近系沙河街组的优缺点明显：优点是沉积面积大，沉积类型多样，地 层全而稳定，形成了沙三上、沙一下段两个主要成湖期，也是烃源岩的主要生成期。 同时埋藏深度适中，对油气生成很有利。不足之处是缺乏大幅度沉陷期和大面积较深 湖、深湖相灰色泥岩，早期( e s 4 、e s 3 ) 地层厚度较薄。生油研究表明，湖盆内主要发 育沙三上段和沙一段2 套生油岩，成熟烃源岩面积为1 0 0 0 , - 一1 5 0 0 k m 2 ，厚度为6 0 0 11 0 0 m ，总生烃量为4 4 6 x 1 0 9 t ，聚油量为l x l 0 9 1 1 6 x 1 0 9 t 。目前已找到约5 x 1 0 8 t 探 明石油地质储量，说明饶阳凹陷是成油条件良好，勘探成效高的一类湖盆【2 2 1 。 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第三章饶阳凹陷古近系沙河街组层序地层研究 3 1 层序地层格架的建立 层序地层学是1 9 7 7 年由美国r i c e 大学p r v a i l 教授及休斯顿e x x o n 公司的同行 们在地震地层学理论基础上提出，经c k 威尔格斯等编著的( ( s e al e v e lc h a n g e ：a n i n t e g r a t e da p p r o a c h ) ) 完善而形成的一门新学科，被誉为当代地球科学领域里的一场 ”命。幽内在王鸿祯、刘宝裙、曾允孚、徐怀大等老一辈著名地质学家的主持和推动 卜，层序地层学研究及其应用发展迅速。层序地层学应运油气勘探发展的需求而生， 并己成为地层学、沉积学、油气地质学领域的重要进展，在指导全球沉积学研究、地 层对比、油气和其它沉积层控矿床的勘探和开发方面发挥了重要作用，与油藏地球化 学( 储层地球化学) 、含油气系统理论( 成藏动力学理论) 合称为当代指导油气勘探开发 的三大新理论和新技术。 层序地层格架分析是层序地层学研究的关键，在层序地层格架的建立方面，目前 彳i 油地质界广泛接受并运用的是以e x x o n 公司v a i l 等人为代表的、以地震地层学为 恭础、以海平面升降为主控因素的经典层序地层学理论及分析方法。以三级“层序” 即以不整合面或与其可对比的整合面为界的，相对整合的，彼此成因上有联系的一套 地层为基本研究对象，因而特别强调不整合面在层序划分中的作用。 3 1 1 层序划分的原则 层序地层分析是以沉积层序组合时间单元为研究对象，考虑到层序的同期沉积特 点，进行层序单元划分和对比应遵循如下原则：等时性原则：所划分和对比的各级 层序为同期沉积，为同一期幕式构造旋回形成的地质单元。为了确保等时性，层序划 分和对比需按由大到小的顺序逐级进行，充分考虑各级层序展布规律；最大间断原 则：应首先选择规模最大、间断持续时间最长的层序界面进行追踪对比。通常选择不 整合面以及与之相对应的整合面；统一性原则：对已确定的层序级别和类型进行横 向追踪时，应考虑界面展布的统一性，超层序可在全盆地范围内统一，层序应在一个 圳褊内统一，准层序组单元应在统一的构造带内统一；沉积旋回规模一致性原则：。 在同一体系域内，沉积旋回类型及分布是基本一致的。通过不同尺度的沉积旋回体划 分和对比，进行目的层的高分辨率层序格架体系划分。 3 1 2 层序界面的识别方法 层序边界的形成代表了在某一时间段内，控制层序发育的基本因素对层序地层单 1 3 第三章饶阳凹陷古近系沙河街组层序地层研究 元和地层叠加样式的综合影响发生突变。这种突变在沉积与地层特征上可以概括为： 单一相物理性质的垂向变化( 如岩性的突变面) ：相序与相组合的垂向变化( 如岩相 乖向i ：的突变面) ；旋回叠加样式的改变；地层几何形态与接触关系；旋回对 称。h ：的变化。 这些特征均反映着可容空间和沉积物供应量比值的变化；在层序界面上表现为沉 积突变或沉积间断。层序边界上下沉积岩层在岩性、沉积相组合、地震反射特征、电 测曲线上等都会产生一些特殊的响应，这些响应可以独立或多个一起作为识别层序边 界的良好标志。利用这些特殊响应可以识别层序边界，划分地层层序，建立层序地层 格架【2 3 】。 ( 1 ) 岩相识别法 根掘w a l t h e r k h 律，在整合的沉积序 列中只有在横向上紧密相邻出现的相才 能在垂向层序中连续叠加而没有间断。 所以说横向上相距较远的相类型在垂向 ：相邻出现，意味着地层之间存在有沉 积问断，在层序边界上下地层表现为岩 性、颜色等特征的突变；相反的，在每 个层序内部，地层连续沉积，沉积相类 型连续出现，岩性、颜色等为渐变特征， 地层厚度的变化也表现为韵律性变化特 征。这些都是可以作为层序地层单元分 地 自然电位 深度 颜 岩性剖面 电阻率 层 色 1 4已 乏 3 1 0 也一i 沙 1 0 l 3：l 一 = 9 一l l _ j 夕 。i 上 1 4 i 段 1 3 t_ 9 孓 3 l5 q _ 护 (二 k ， 下 一l 古 1 4 l 生了 之 - r _ u i il 界 p 馆 弋 2 2 0 0 陶 一l 缬l 15 o oo 】 l o 1 5 ooo c 0 3 沙 2 3 0 0 r 4 t 段 i 值，为齿化漏斗型和箱行的叠加，而 图3 - 5 第层序顶界面岩电性特征( 高7 井) 界面之下自然曲线低幅值，曲线整体微齿化平直，电阻率曲线在沙一段顶界面之上中 高幅值，界面之下为低幅值。 ( 4 ) 古生物识别法 生物的生长或栖息受沉积环境的支配，因此根据古生物的门类组合、生态及其埋 减条件来判断、恢复古环境有其决定意义【2 6 1 。饶阳凹陷的生物群类别主要有介形虫、 覆足类、藻类、轮藻、孢粉和有孔虫等；其中尤以孢粉最为丰富，它们在地层中的数 量的变化、种属的变化等都能指示出不同时期的气候条件下的沉积背景，从而为层序 划分提供依据( 表3 2 ) 。 1 7 第三章饶阳凹陷古近系沙河街组层序地层研究 同时由于不同的藻类发育的水体深度不同，所以可以根据藻类的类型及丰度识别 湖泛面和最大湖泛面。 表3 2 饶阳凹陷各三级层序孢粉组合特点表( 留古1 井) 二级层序对应地层层位孢粉组合特点 s q v i 沙一段e s t松粉属一小亨氏粉属一谏粉属一柳粉一栎粉一波形粉属 s qv 沙一二段e s 2麻黄粉属一芸香粉属一漆树粉属一谏粉属一紫萁孢属 s q i ve s 3 上三角孢属一卵形孢属一杉粉属 s q i i i 沙三段e s 3 中小亨氏粉属一小栎属一风尾蕨孢属一三角孢属 s q i ie s 3 下松粉属一桦粉属一湖桃粉属一三角孢属 s qi 沙四段e s 4杉粉属一三唇孔粉属一希指孢属一漆树粉属 ( 5 ) 综合分析法 d ，j 面讨论了各种资料在层序边界识别中的方法。事实上，对同一边界，不同资料 j j 会i 司时都有一定的响应，只是随着地质环境的差异，同种资料的反映强度差别很大。 层序边界的识别是层序地层学研究的基础，只有将层序边界找准，后面所做的层序对 比、层序内部细分及层序演化特征等的研究才可靠。有些地质地球物理信息，由于受 外界条件的干扰，在不是层序边界的地方也有可能出现一定的异常而造成层序边界存 在的假象。这些标志是层序边界存在的必要条件而不是充分条件，进一步说明在判断 层序边界时，不能单纯地根据某一信息的异常化，而要同时在地震剖面上、测井曲线 上、露头剖面上和钻井剖面中的岩性、岩相特征上、古生物组合上等找尽量多的证据， 以期划分准确【1 6 l 。 3 1 3 体系域的划分 存层序内部最大湖泛面是指可容纳空间与沉积物供给量比值( a s ) 由快速增大 至0 人敛保持动态平衡时形成的湖泛面，对应着沉积的密集段或地震反射的下超面，为 湖侵体系域与