塔南—南贝尔凹陷沉南屯组沉积相特征

单敬福¹，纪友亮²，金利红³，王峰¹，葛黛薇¹，陈欣欣¹

(1. 长江大学 地球科学学院，湖北 武汉，430100；

2. 中国石油大学 资源与信息学院，北京，102249；

3. 大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆，163712)

摘要：在大庆油田外围勘探区块中，塔南—南贝尔凹陷是一个潜在有利勘探区块。石油地质背景复杂，前期资料少，为查明研究区的油气分布，需对研究区的沉积环境、沉积相及其特征进行研究，建立准确的沉积模型。根据岩芯观察，粒度分析、测井相，分析研究区水动力学特征、构建沉积相模式，预测砂体分布范围；利用地震属性分析，预测井间砂体展布范围。综合上述研究成果，对全区南一段和南二段地层单元的沉积相进行预测。研究结果表明：塔南—南贝尔凹陷主要发育冲积扇、扇三角洲、近岸水下扇、湖底扇和湖泊沉积体系，其中扇三角洲和湖泊沉积体系是研究区内最为发育的沉积体系类型。

关键词：塔南-南贝尔凹陷；南屯组；沉积相

中图分类号：P624             文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2013)01-0241-10

Sedimentary facies characteristic of Nantun Formation in Tarnan—Southbell Depression

SHAN Jingfu¹, JI Youliang², JIN Li-hong³, WANG Feng¹, GE Daiwei¹, CHEN Xinxin¹

(1. School of Geoscience, Yangtze University, Wuhan 430100, China;

2. Faculty of Natural Resource & Information, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;

3. Exploration and Development Institute, Daqing Oilfield Company Ltd., Daqing 163712, China)

Abstract: Tarnan—Southbell depression is a potentially lucrative exploration outer block of Daqing Oil Field. As oil geological background is complex with less information, in order to identify the research area of the oil and gas distribution, it is necessary to study area depositional environment, sedimentary study phase and its characteristics, and to establish an accurate model of the deposition. According to the core observation, particle size analysis and log-phase, the hydrodynamic characteristics of the study area was analyzed, sedimentary facies model was built, and the sand-body distribution was predicted. By using the seismic attribute analysis, the inter-well sand-body distribution was forcasted. Based on the above mentioned recognition, the sedimentary facies was predicted in the 1st and 2nd member starta units of Nantun Formation. The results show that the Tarnan—Southbell depression mainly develops alluvial fan, fan delta, nearshore submarine fan, lake floor fan and lacustrine depositional system in which fan-delta system and lacustrine depositional system is the most developed type.

Key words: Tarnan-Southbell depression; Nantun formation; sedimentary facies

塔木察格盆地(位于外蒙部分称为塔木察格盆地，中国部分则为海拉尔盆地，实际上两个盆地同属于一个大地构造背景下的一级构造单元)是大庆油田油气资源的重点战略准备领域之一，塔南—南贝尔凹陷则是该盆地多个次级构造单元中比较有前景的区域之一，勘探开发相对较晚，因此，针对该盆地沉积相研究较少。尽管如此，对于邻近的海拉尔盆地的研究成果相对较为丰富，具有代表性的主要有曹瑞成等^[1]对海拉尔盆地呼和湖凹陷下白垩统南屯组沉积相研究，储呈林等^[2]对海拉尔盆地乌南凹陷南屯组沉积相的研究。研究认为：南屯组划分2个层序单元，下部层序主要发育扇三角洲沉积体系，上部层序发育辫状河三角洲沉积体系。此外，塔南—南贝尔凹陷表现为多物源、近物源、横向相变快、构造复杂等特点，增加对该层段沉积体系认识的难度，制约油气的勘探开发与井位部署。本文作者通过对研究区内部的地震、钻井、测井、岩心等资料的综合研究，根据点—线—面的沉积相研究工作流程与方法，对沉积相类型及分布规律进行预测与描述，认为这一研究成果将对该区油气藏的进一步勘探具有一定的理论和现实意义。

1  地质概况

利用最新的地球物理勘探技术，结合研究区连片的高分辨率三维地震和钻井资料，为盆地沉积充填和构造演化等研究提供难得的条件。塔南—南贝尔凹陷是由不稳定基底伴生的一系列断块组成的，平面上总体表现为“东断西超”的“复合式半地堑”构造特征^[3-5]，这种构造格局的形成与不稳定基底隆升及北东、北北东向的张性、张扭性大断裂控制有关。在南北向上2个凹陷以潜山披覆带相隔，其中塔南凹陷整体为大型宽缓的东断西超的复式箕状断陷，平面上形成北北东向展布的3个构造带、3个次凹和1个斜坡带，呈现出“三凹三凸，凹隆相间”的构造格局。南贝尔凹陷由于中部存在1个低隆起，造成西部次凹表现为东断西超的简单箕状断陷模式，东部次凹则表现为南北差异断陷模式。东次凹南部大致为双箕(地堑式)断陷，北部为以构造反转为特点的西断东超断陷(单个半地堑式)，中部低隆南侧则全为潜山披覆带，南贝尔中部低隆和北部贝尔凹陷的苏德尔特凸起相连，呈北东向展布，为长期继承性隆起，控制凹陷整体构造格局。中部低隆北部延伸的苏德尔特凸起是断陷期末形成的凸起，将北部贝尔凹陷一分为二，东部与南贝尔东次凹，西部与南贝尔西次凹分别连为一体，呈现出同一个凹陷带不同构造单元的平面展布特点(图1)。构造沉降过程等分析揭示沉积凹陷经历3次沉积速率变化的演化旋回，即3个不同的沉降阶段，分别为早白垩世早期的缓慢加速沉降阶段、早白垩世中期的快速沉降阶段和早白垩世晚期的快速—缓慢沉降阶段，这3个阶段的平均沉降速率分别为160，205和120 m/Ma。规模不等的构造沉降严格控制着砂体分散体系在四维空间的展布^[6]。

图1  研究区位置图

Fig.1  Location of studied area

塔南-南贝尔凹陷下白垩地层发育较厚、沉积厚度大，南屯组是最主要的生烃含烃层系。经过近几年的勘探实践，该凹陷截止到2009年3月，已钻探探井201口，其中取芯井180口，取芯进尺7 288 m。对100余口井进行系统的粒度分析、微量元素分析、黏土矿物分析、生油岩全分析等，探明含油面积和石油地质储量，积累大量的详实的基础资料，以便为在该凹陷进行层序地层综合研究及隐蔽油气藏预测创造条件。

2  地层特征

研究区塔南—南贝尔凹陷是塔木察格盆地主体部分，总面积达6 700 km²(图1)，是塔木察格盆地新近发现的主要油气勘探开发区，其中：塔南凹陷面积为3 200 km²，地震三维覆盖面积为1 424.8 km²；南贝尔凹陷面积为3 500 km²，地震三维覆盖面积已达3 236.4 km²。塔南—南贝尔凹陷综合柱状图如图2所示。塔南—南贝尔凹陷下白垩统自下而上由粗、细、粗3套地层构成一个完整的巨型沉积旋回，内部又可分成多个次一级旋回。下白垩统地层从下到上依次为：查干组、下宗巴音组和上宗巴音组。通过二维地震资料和相关地质资料与相邻的海拉尔盆地进行地层对比后认为依次对应海拉尔盆地铜钵庙组、南屯组和大磨拐河组。本次研究目的层段主要为南屯组，内部又进一步细分为南一段和南二段沿用海拉尔盆地地层命名法^[7-10]。

图2  塔南—南贝尔凹陷综合柱状图

Fig.2  Integrated histogram in Tarnan—Southbell Depression

研究目的层段岩性变化较大，湖盆中心为深灰色砂岩、粉砂岩夹黑色泥灰岩和油页岩，浅处为砂砾岩，盆地东部和北部为含煤沉积，厚0~772 m。可分2段：下段为黑色泥岩为主，或泥岩与白色砂砾岩、灰色砂岩呈不等厚互层，局部夹油页岩，本段可见单束松花粉-双束松花粉组合；上段为粉砂、细砂岩及砂砾岩为主，夹黑色泥岩。

2.1  南屯组一段

南一段形成于构造断陷活动高峰早中期，沉积主要受物源和构造控制，钻井揭示的厚度一般为120~450 m。发育厚层灰色、深灰色乃至黑色泥岩夹粉砂岩和泥质粉砂岩。受构造控制南屯组地层与铜钵庙组地层为角度不整合或平行不整合接触。南屯组地层底界在地震上对应T3反射层。西部斜坡带局部缺失T3，工区其余区域T3均为强振幅同相轴，是强烈的不整合面。

2.2  南屯组二段

南二段形成于构造断陷晚期，钻井揭示厚度100~300 m。发育灰色、深灰色泥岩，底界在地震上对应T23反射层。该反射轴为强震高连同向轴。

3  岩石学特征

通过岩心的观察描述，塔21-25井和塔21-56井南屯组南一、南二段主要为块状、脉状层理类型为主，岩性以灰色、灰黄色、灰白色中细砂岩、砾岩为主，砾石一般多以叠瓦状排列，凝灰质含量高。塔21-25井岩心隐见平行层理，砾石呈叠瓦状，辅以层理类型判断为牵引流机制形成的水下辫状河道砂体堆积见图3。

以东西2次凹井区为例，根据不同构造单元的C-M图分析(其中，C是累积曲线上质量分数为1%处对应的粒度(最粗颗粒粒度)；M是质量分数为50%处对应的粒度(粒度中值)，见图4)，大部分以重力流沉积和以牵引流过渡方式为主，代表近岸快速堆积。

图3  塔南—南贝尔凹陷南屯组岩心图版

Fig.3  Core plate from No.2 member of Nantun Formation in Tarnan—Southbell Depression

图4  塔南—南贝尔凹陷南屯组C-M图

Fig.4  Cumulative probability curves of Nantun Formation in Tarnan—Southbell Depression

4  测井相特征

水上分流河道的自然电位曲线为中高幅、顶底突变的箱形或钟形。水下分流河道间的自然电位曲线特征为中低幅齿化曲线。前缘席状砂的自然电位曲线形态为不规则钟形、指状和漏斗状负异常组合。前三角洲的自然电位曲线为平直的基线(图5)。

5  地震属性特征

地震属性在沉积相解释中已被广泛应用。振幅属性最能直接反映反射系数(速度、密度)和储层孔隙中流体的变化。振幅是可以用于直接描述储层变化的十分重要的地震属性之一，现以南贝尔凹陷南一段为例，探讨利用地震属性对沉积相进行初步预测。在叠后提取的振幅属性种类很多，其中有均方根振幅、平均振幅、绝对振幅、峰值振幅、反射能量等。这些振幅属性的宏观特征基本相同，但在实际应用中存在着一定的差异。在应用振幅属性前，应先对不同的振幅属性对砂体的敏感性进行分析，具体操作步骤是用已知井点同层位的砂岩值(砂岩用累计厚度)与该井点处的属性值进行回归拟合，优选与砂岩拟合程度高、敏感、稳定的属性(图6(a))。通过上述步骤，最终确定把平均绝对振幅属性应用于本次研究^[11]。图6(b)所示为沿层25 ms时窗计算的平均振幅属性，从平均绝对振幅切片可以看出图中存在若干强能量区，或者称之为若干岩性异常体，这些岩性异常体可以近似看作不同物源方向的砂体堆积，可能与近岸扇体(如扇三角洲等)存在某种必然联系。综合湖盆的发育的期次及特点，认为这些岩性异常体发育区为扇三角洲沉积；低能量区为湖泊相发育区；低能量区内部包夹的局部高值区，根据相模式，初步推断为湖底扇沉积。这些不同的砂体集中发育区反映受控于不同物源方向扇体堆积。平均绝对振幅属性能够较敏感地反映岩性(波阻抗)的空间变化，特别是较清晰地刻画出不同物源方向的扇体沉积和二维空间配置关系，这对于沉积相的预测提供十分重要的信息。

图5  典型不同微相测井相特征

Fig.5  Typical characteristics of different micro-facies

6  剖面展布特征

铜钵庙组沉积期，2大构造单元的洼槽彼此仍然呈现分隔状态，这在近南北向的常规地震解释剖面中，这种结构尤为清晰(图7(a))。中部的古潜山为断块山，分别向2凹陷的次级洼槽提供物源，在塔南一侧早期沉积冲积-河流体系，在南贝尔一侧发育一套湖泊-扇三角洲沉积体系，明显南贝尔西次凹南洼槽水体偏深。

在南屯组地层发育期，随着塔19~81井附近的同沉积大断裂的进入活跃期，下盘的沉降量开始增大，这与大的构造背景湖盆整体进入坳陷期有关，水体的变深及可容纳空间的增大，使塔19~83井区附近沉积1 000多m厚的黑色泥岩夹灰色砂砾岩的近岸水下扇体堆积，从整个沉积剖面对比来看(图7(b))，南贝尔为此时的局部沉积沉降中心，为近岸水下扇—深水湖泊—扇三角洲沉积体系组合。塔南西次凹北洼槽的水体相对要浅得多，以浅水湖泊沉积体系发育为主。

在大磨拐河组沉积期，在沉降量巨大的南贝尔一侧下盘，沉积巨厚的三角洲前缘砂体，形成3套为下细上粗的反旋回前积体组合，这是由三角洲强烈前积造成的。在南贝尔凹陷东部沉积沉降中心，发育厚度较大的深湖半深湖—湖底扇沉积体系组合。塔南依然为继承性的浅水环境，发育湖泊—三角洲沉积体系组合。

图6  利用平均振幅属性对塔南—南贝尔凹陷南一段地层沉积相的初步预测(南贝尔凹陷南一段)

Fig.6  Preliminary prediction by average absolute amplitude attribute in Tarnan—Southbell Depression (Nantun Formation 1st member in Southbell Depression)

图7  塔南—南贝尔凹陷常规解释剖面与对应的沉积相剖面

Fig.7  Characteristics of seismic regular interpretation and corresponding sedimentary section in Tarnan—Southbell Depression

综上所述，在从铜钵庙组→南屯组一段沉积期，南贝尔与塔南凹陷彼此分隔独立，中间以古潜山分隔，直到南二段地层发育期南贝尔与塔南西次凹才连通为一体，与区域右旋应力场的作用及区域整体沉降背景有关，正是在这种区域构造背景下，为形成统一的凹陷创造条件，一起开始南二段及大磨拐河组及其后期地层的沉积发育史。南贝尔、塔南作为塔木察格盆地的次级构造单元，与周缘凹陷有着相似的构造发育史，在铜钵庙组→南屯组发育期，各凹陷在同生大断裂强烈活动、湖盆整体处于断陷高峰期，湖盆形成多个沉积沉降中心，从而造成局部有巨厚的近岸水下扇体沉积，这是局部断裂生长系数高的最明显证据。海拉尔—塔木察格盆地各个湖盆地层累积厚度也存在明显的差异，这可能与各个凹陷的构造活动的期次、强弱存在差异性有关。

7  砂体平面展布特征分析

根据岩心观察描述、测井、录井、地震相及地震属性综合分析，认为扇三角洲沉积相与铜钵庙组地层相比，其在本套地层中分布范围变小，主要集中在塔21-17井区的东次凹南洼槽、东部断阶带上以及西次凹中洼槽零星分布，因此，与其对应的砂体分布也同时受其影响，而该类相控砂体分布范围变小。砂体的展布不仅与控陷断层持续活动有关，也与内部多级次、多期次的调节断层有着密切的联系，控陷断层控制了扇体分布的大致走向，而内部的同生断裂系统对其砂体起到再次的调节分配作用，使砂体的空间展布格局因该类断裂系统的存在而在次级同生断层根部分布，真正体现“断坡控砂、沟谷控源”的沉积理念。在塔21-54井和塔21-56井之间存在2个“对掉”断层，使砂体在该断层活动时期(南屯组早期)持续活动中，改造早期扇三角洲前缘砂体使其砂体沿“对掉”断层之间的小型地堑进行卸载，从而使砂体得以在同生次级断层的根部重新展布，与此类似的沉积在其他局部构造都有所展布。

进入南屯组南二段沉积期，湖盆为一造断-拗转换期，构造沉降速度由快速向低速转变，盆缘断裂由强变弱，结果使湖盆开始变得宽缓，体现着“宽盆浅水”的特色沉积古环境^[12-15]。扇三角洲的规模变得很小，分布很局限，除在东次凹南洼槽及东部断阶带继承性发育之外、其他各级构造带上的扇三角洲规模都有所改变，如在西次凹中洼槽的扇三角洲展布的规模要比南屯组早期大，在东次凹北洼槽开始由南屯组早期的近岸水下扇沉积转变为扇三角洲沉积，但其控陷断裂根部的扇三角洲扇体朵叶展布规模却变小，分布也很局限，只局限在塔21-25井区附近分布(图8)，所以与之对应的砂体的展布特点与其相似。这个时期的调节断层由于厚层泥岩的存在，致使南屯组早期的同生断裂系统受塑性泥岩盖层的缓冲作用，断层难于断穿该套地层，由此，断层对砂体重新分配作用也就不再是主要因素。

8  沉积相平面展布特征

根据单井沉积相，连井沉积相分析、地震剖面反射特征、地震地质解释剖面相模式和地震反演及砂岩预测和砂地比图综合分析研究，确定各地层沉积相的平面展布。

南屯组一段沉积时期控陷断层活动进一步加剧，东部次凹西部的深控大断裂，控制沉积尤其明显，在物源供给充分的条件下，扇体群沿深大断裂根部呈北东向展布，扇体有的延伸到塔21-37井区。物源以近北西西向，而东部靠近塔21-19井区，主体物源大体呈北东向展布，并以塔21-17井为中心，分支成2个物源，并在塔21-45井前端滑塌为湖底扇相沉积。而另一分支物源则向前伸展到塔21-9井区，中间经过2个三级断裂的调节作用。该分支物源在塔21-40井区顺北东东向断裂根部沉积了一套红色泥岩夹大套杂色砂砾岩，砾石磨圆度很好，且见定向排列现象，说明该套砾岩经过一定的搬运，而且离物源近，就近堆积的产物。而南部潜山披覆带未见南一段沉积。南贝尔凹陷东次凹南一段总体为一双断凹陷，地层展布为东部薄西部厚，北部厚南部薄(图9(a))。

图8  塔南—南贝尔凹陷砂南屯组砂地比平面展布图

Fig.8  Sandstone and strata thickness ratio and sandbody distribution map of Nantun Formation in Tarnan—Southbell Depression

图9  塔南—南贝尔凹陷南屯组沉积相平面展布图

Fig.9  Sedimentary facies map of Nantun Formation in Tarnan—Southbell Depression

南屯组二段沉积时期控陷断层进一步活动沉积一套较厚的泥岩、泥质粉砂岩局部夹砂砾岩的地层，地层的展布整体上还是向东侧、南侧隆起区逐渐减薄。南二段末期为一次较明显的构造运动，由于控陷断层拉伸走滑使得南二段地层在东次凹西侧、西部南次凹地层增厚，西北侧地层翘倾遭受剥蚀，南二段沉积时期物源方向依然主要来自中部隆起带及凹陷两侧的隆起区，该时期湖体面积广大，水体深，深水重力流沉积分布面积较大，沉积中心位于东次凹(图9(b))^[16-18]。至此，南屯组的物源分布也相对稳定下来，综合分析结果，总共有6大物源，分别是：西次凹为来自于东部和西部的物源；东次凹北洼槽为来自于西部、东部和北部贝中凸起上的物源；东次凹南洼槽为来自于东部断阶贝尔布伊诺尔隆起带上的物源。

9  结论

(1) 塔南—南贝尔凹陷南屯组主要发育冲积扇、扇三角洲、近岸水下扇、三角洲和湖相5类沉积相，其中近岸水下扇、扇三角洲沉积体系和湖泊沉积体系是研究区内最为发育的沉积体系，扇三角洲沉积体系可以划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲等3个亚相单元；扇三角洲前缘是工区内最为发育的亚相单元，可进一步划分为分流河道、分流河道间、河口坝属于扇三角洲内前缘，席状砂、湖泥等微相类型，湖盆为广盆浅水类型。

(2) 塔南—南贝尔凹陷有6大物源方向：西次凹为来自于东部和西部的物源；东次凹北洼槽为来自于西部、东部和北部贝中凸起上的物源；东次凹南洼槽为来自于东部断阶贝尔布伊诺尔隆起带上。

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(编辑  邓履翔)

收稿日期：2011-08-12；修回日期：2011-11-05

基金项目：国家重大科技专项(ZX05009)

通信作者：单敬福(1977-)，男，黑龙江肇东市人，副教授，从事层序、沉积与储层地质学研究；电话：13972102588；E-mail: shanjingfu2003@163.com