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黄骅坳陷孔南地区孔二段沉积体系研究

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黄骅 坳陷孔南 地区 二段 沉积 体系 研究
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分类号 U D C 编 号 硕 士 学 位 论 文 题名和副题名 黄骅坳陷孔南地区孔二段沉积体系研究 作 者 姓 名 韩 冰 指导教师姓名及职称 李 勇 教授 申请学位级别 硕士 专业名称 沉积学 论文提交日期 论文答辩日期 学位授予单位和日期 成 都 理 工 大 学( 年 月) 答辩委员会主席 评阅人 2009 年 5 月 分类号 学校代码: 10616U D C 学号: 200602699 成都理工大学硕士学位论文 黄骅坳陷孔南地区 孔二段沉积体系研究 韩冰 指导教师姓名及职称 李 勇 教授 申请学位级别 硕士 专业名称 沉积学 论文提交日期 论文答辩日期 学位授予单位和日期 成 都 理 工 大 学( 2009 年 6 月) 答辩委员会主席 评阅人 2009 年 5 月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果, 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。 本人授权 成都理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名: 学位论文作者导师签名: 年 月 日 黄骅坳陷孔南地区孔二段沉积体系研究 作者简介:韩冰,男, 1983 年 3 月生,师从成都理工大学李勇教授, 2009年 7 月毕业于成都理工大学沉积学专业,获得理学硕士学位。 摘 要 孔南地区位于渤海湾盆地中部黄骅坳陷的南部, 为孔店凸起至灯明寺的广大坳陷地区,是黄骅坳陷中的第二大富油凹陷。多年油气勘探表明,区内孔店组孔二段具有丰富的油气资源,但前期的研究工作在物源体系、沉积相类型等方面的认识上仍存在分歧。 针对上述研究意义和存在的问题,本论文以黄骅坳陷孔南地区为研究范围,以孔店组孔二段为对象,应用沉积学及陆相层序地层学理论分析其地层格架、沉积体系类型、古物源和古水系以及盆缘类型,进而揭示其沉积体系的空间展布规律及沉积体系充填样式。 利用钻井岩心、测井、录井、地震和室内测试资料,在相标志分析基础上,依据岩石组合、沉积构造、剖面结构等特征,识别出了辫状河三角洲、曲流河三角洲、滩坝、浊积扇、湖泊等 5 种沉积相类型,并建立了区内典型沉积相序列。 采用砾石成分分析、砂岩成分分析和重矿物分析对古物源与古水系进行分析,认为孔南地区孔二段存在四个方向的物源区,即:沧县隆起,徐西凸起 —埕宁隆起、北部物源区和南部物源区;发育短轴辫状河水系和长轴曲流河水系两种水系类型。 在上述分析的基础上,对孔二段开展了沉积体系分析,刻画沉积体系在空间上的展布规律。受控于盆缘类型,总结出了 3 种沉积体系充填样式,分别为辫状河三角洲 —浊积扇 —湖泊沉积体系充填样式、 曲流河三角洲 —滩坝 —湖泊沉积体系充填样式、曲流河三角洲 —远岸浊积扇 —湖泊沉积体系充填样式。 关键词: 沉积体系 孔二段 孔店组 孔南地区 黄骅坳陷 on rn 1983 ,,2006 He 2009. is of As by is of in on at of of on to of it of of to it it of On of on of by of it 目 录 第 1 章 前言......................................................... 1 题依据及研究意义............................................. 题目来源 ................................................... 选题依据及研究意义 .........................................究现状....................................................... 层序地层学研究现状 ......................................... 沉积体系研究现状 ........................................... 存在问题 ...................................................究内容及思路................................................. 研究内容 ................................................... 研究方法和技术路线 .........................................成的主要工作量............................................... 2 章 区域地质背景................................................造特征....................................................... 基本构造格局 ............................................... 构造演化特点 ...............................................层特征....................................................... 10 第 3 章 层序地层...................................................店组层序划分................................................二段层序层序界面............................................ 地震相识别标志 ............................................ 测井相、岩性相识别标志 ....................................序结构样式..................................................缘缓坡区 ................................................ 北缘缓坡区 ................................................ 西缘陡坡区 ................................................ 东缘陡坡区 ................................................ 中央凹陷区 ................................................序地层格架.................................................. 1 井—乌深 1 井—乌 7 井 .................................. 桃 4 井—灯参 1 井—乌 7 井 .................................. 女 89 井—官 158 井—官 181 井 ............................... 枣 32 井—枣 20 井—枣新 58 井—枣 46 井 ...................... 官 989 井—官 998 井—官 197 井 ..............................第 4 章 沉积相特征.................................................性相特征.................................................... 性相类型 ................................................ 岩相组合类型 ..............................................井相特征.................................................... 流河道或水下分流河道 .................................... 分流间湾或水下分流间湾 .................................... 滩坝 ...................................................... 半深湖-深湖 ..............................................震相特征.................................................... 状地震相 ................................................ 前积地震相 ................................................ 充填地震相 ................................................ 透镜状地震相 ..............................................积相类型.................................................... 流河三角洲相 ............................................ 辫状河三角洲相 ............................................ 滩坝相 .................................................... 浊积扇相 .................................................. 湖泊相 .................................................... 5 章 物源体系与古水系分析.......................................骅坳陷物源区概况............................................ 黄骅坳陷物源区分布 ........................................ 重力异常与古隆起地貌关系 ..................................二段层序物源区分析.......................................... 矿物成分特征分析 .......................................... 砂体分散体系分析 .......................................... 古流向与水系类型 .......................................... 6 章 沉积体系空间展布与充填样式.................................井沉积体系对比.............................................. 灯 1 井—乌深 1 井—乌 7 井 .................................. 桃 4 井—灯参 1 井—乌 7 井 .................................. 女 89 井—官 158 井—官 181 井 ............................... 枣 32 井—枣 20 井—枣新 58 井—枣 46 井 ...................... 官 989 井—官 998 井—官 197 井 ..............................积体系平面展布.............................................. 南部沉积体系组 ............................................部沉积体系组 ............................................ 北部沉积体系组 ............................................ 东部沉积体系组 ............................................积体系充填样式.............................................. 西部陡坡型盆缘 ............................................ 东部陡坡型盆缘 ............................................ 南部缓坡型盆缘 ............................................ 北部缓坡型盆缘 ............................................ 论 致 谢 参考文献 图版及说明 攻读学位期间取得学术成果 1第 1 章 前言 题依据及研究意义 目来源 本论文所依托的课题系中国石油大港油田分公司委托项目 《黄骅坳陷孔店南部孔店组湖盆演化与沉积体系研究》之部分研究内容。 题依据及研究意义 源于被动大陆边缘的 典层序地层学理论应用于海相地层研究, 可有效地提高地层对比及砂体几何形态和展布规律的描述精度, 从而提高各类储集砂体的预测成功率。然而陆相沉积层序不同于海相,陆相沉积以物源近、多物源、粒级粗、相变快,结构和矿物成熟度低为特征。因此,陆相沉积在很大程度上取决于构造的抬升和沉降、物源的供给、气候和湖平面的变化,且引起基准面变化的地区性因素众多, 包括局部构造、 沉积物供给状况、 气候条件和地形地貌等因素。针对我国广泛分布的陆相含油气盆地, 一般以更适合于陆相地层层序分析和油气田勘探的高分辨率层序地层学理论及其技术方法为指导思想, 同时借鉴 典层序地层学理论中相关的概念,对陆相含油气盆地进行精细的层序地层学分析。 大港油田孔南地区是渤海湾盆地内黄骅坳陷油气资源探明程度不高的领域,并非大港油田的勘探热点,但该区将是大港油田的后继战场。目前,该区已完成地震资料满覆盖面积为 1950探程度低,探井成功率为 40%,前期研究工作取得的地质认识有效地指导了该区的勘探部署,但随着勘探工作的不断深入,目前的地质认识已不能满足本区进一步的勘探部署与优化, 特别是沉积体系研究工作需要加强,而古近纪孔店组孔二段又是孔 南地区最重要的勘探目的层系之一,进一步明确主力目的层系地层展布、砂体分布,为该区下步勘探部署奠定基础。 本文的选题就是鉴于上述目标而展开,在导师李勇教授的指导下,结合承担的研究课题,选择大港孔南地区作为研究范围,以古近纪孔店组孔二段为研究对象,研究其等时地层格架、沉积相特征、古物源和古水系演化,进而揭示其沉积体系和砂体空间展布规律, 为孔南地区古近纪孔店组孔二段砂体隐蔽油气藏勘探提供科学依据。 究现状 序地层学研究现状 层序地层学是 20 世纪 80 年代形成的融地层学、 沉积学和地震地质学为一体的综合学科( , 1977) 。在理论上,层序地层学特别重视海平面升降周期对地层层序形成的重要影响;在实践上,通过年代地层格架的建立,层序地层学为含油气盆地的地层分析和盆地规模的储层预 测提供了坚实的理论基础和油气勘探的有效手段,并有力地推动了石油地质学的发展。 纵观目前国内外层序地层学的主流思想,大体上可归为海相学、陆相学和高分辨率层序地层学 3 大主流学派,其中海相学派以国外学者为主,陆相学派以国内学者为主, 高分辨率层序地层学派以美国科罗拉多矿业学院的 ① 海相学派 该学派特别重视海平面升降周期对地层层序形成的重要影响, 根据其层序划分方案又可将各家研究者分为 3 个派别: ( 1)以 司为代表的 1977)派别,将地表不整合面或与此不整合面可以对比的整合面作为划分层序的边界; ( 2)以 1989)为代表的派别,采用最大洪泛面作为层序边界; ( 3) 强调的层序( 1985) ,是以地表不整合或海进冲刷不整合为边界的海进 —海退旋回沉积层序。 虽然上述划分层序类型的 3 种方法各不相同, 但均强调海平面变化是控制层序成因和相分布的内在机制,可用于全球范围内的地层对比。 ② 陆相学派 由于我国的油气资源主要分布于中、东部和西部地区的中、新生代陆相含油气盆地之中,在引进和应用层序地层学的过程之中,我国学者非常重视陆相层序地层学的研究,重点探索了陆相层序和层序边界的定义、划分和识别标志,以及层序内部的沉积体系域和准层序的构成等问题。按层序形成时的控制因素不同,其可以分为 4 个派别: ( 1) “类海相 ”派,认为湖泊和海洋类似,是陆相沉积的主导控制体,其不仅控制自身的沉积发展,也控制毗邻的河流及风成沉积,湖平面的变化类似海平面的变化,控制整个盆地发育; ( 2) “单一 ”成因派,主要针对河流相地层进行层序地层研究(张周良, 1996) ,提出低位体系域主要由辫状河的砂砾质沉积物组成,后期可能出现曲流河沉积,水进体系域有利于网状河沉积,高位体系域主要是由曲流河沉积组成,也可能发育网状河沉积; ( 3) “构造 ”派,认为构造活动在陆相盆地发育及演化历史中占 有最重要的支配地位(李思田,1992;李勇等, 1994, 1995;解习农, 1996) ,构造旋回就是层序的基本成因,主张层序分析是把相、沉积体系放在盆地的整体地层格架中进行研究; ( 4)综合派,认为陆相盆地层序的形成及特征受构造运动、气候变化、沉积物供给和湖平 3面变化的控制,以前两者为主导因 素,后两者为影响因素(纪友亮, 1996) ,并明确指出气候的变化只对闭流湖盆产生影响, 而闭流湖盆的湖平面不受盆地基底整体构造沉降因素的影响。 ③ 高分辨率层序地层学派 以 首的美国科罗拉多矿业学院成因地层研究小组( 1994)在对浅海环境沉积层序进行分析研究的基础上, 首次提出利用基准面旋回和可容纳空间与沉积物供给量比值( A/S)进行层序地层划分的方法,即高分辨率层序地层学( 。认为在基准面旋回的升降过程中,由于可容纳空间和沉积物供给量比值的变化,可以导致沉积物的保存程度、地层堆积方式、相序、相类型及岩石结构发生变化,这些变化是基准面旋回过程中所处位置的可容纳空间与沉积物供给量比值的函数, 因而由基准面所控制的等时地层单元在三维空间中的保存程度、堆积样式、沉积相类型和演化序列不仅是有规律可循,而且是可以预测的。 积体系研究现状 沉积体系分析法的基础是瓦尔特相律和相模式概念在大型沉积区乃至整个盆地中的应用,研究方法基本上是成因地层学,亦即沉积地质学研究中的成因分析法。其中的分析重点集中在解释大型沉积体的相互关系上,亦即沉积盆地的大型充填型式或沉积构型。因此,沉积体系研究除了建立在沉积相及相模式基础上之外,通常借助于地震地层学或地震资料,尤其是将沉积体系分析法应用于新盆地研究时,因为通过地震资料,可以 “看见 ”大规模的地层几何形态。 由于我国的油气资源主要分布于中、东部和西部地区的中、新生代陆相含油气盆地之中,在引进和应用沉积体系分析法的过程之中,我国学者非常重视陆相盆地沉积体系的研究,重点探索了陆相沉积体系的定义、划分和识别标志,以及内部的沉积相的构成等问题。 目前沉积体系分析法已被普遍应用于各种陆相盆地分析之中,并与层序地层学有很好的结合,强调在层序地层格架中研究沉积体系的空间展布和相构型变化及其组合特征,并以此说明在冲积扇、河流、三角洲或扇三角洲、湖泊和湖底扇等沉积体系中各类砂体的时空展布和演化规律,这种研究思路和方法已成为当前盆地研究和岩性油气藏勘探的主流方法。 在问题 大港油田勘探开发研究院与中国地质大学于 1990 年开展了枣园油田孔二段油藏特征研究和孔南地区孔二段砂岩成岩作用及储层评价, 认为孔二段沉积中心与沉降中心的部位基本一致,陆源碎屑来自周边古陆,以北东和南西两端为主。其中北东端为枣园 —风化店近岸水下扇砂体,其物源来自于孔店凸起,南西端为 4舍女寺近岸扇砂体,其物源来自于沧县古隆起,盆地的东部及南部为滩坝席状砂体。并认为该区具有浊积扇和滩坝相沉积特点,孔二段由四种砂体构成,包括近岸水下扇砂体、近岸扇砂体、滩坝砂体、深水密度流砂体。 通过近三十年来的研究,业已在孔店组孔二段中识别出湖泊、三角洲相、水下扇相、 浊积扇和滩坝相等沉积相类型。 但是尚对孔南地区孔店组孔二段沉积相、沉积体系划分仍存在许多争议和分歧,主要表现在: 前人对孔店组孔二段沉积体系类型的划分已做了大量的工作, 概括起来有以下几类: ( 1)湖泊三角洲沉积体系、湖泊沉积体系(北京瑞博盛达科技有限公司,2005) ; ( 2)辫状河三角洲沉积体系、湖泊沉积体系(苏俊青等, 2006;刘子藏等, 2006) ; ( 3)三角洲沉积体系,冲积扇 —泛滥平原沉积体系(薛林福, 2006;王娜, 2007) ; ( 4)辫状河三角洲沉积体系, 冲积沉积体系,浊积扇沉积体系,湖泊沉积体系(李勇, 2006) 。 但对湖泊相而言,需考虑进一步划分干盐湖或淡水湖;对三角洲相而言,需考虑划分扇三角洲相、辫状河三角洲相、曲流河三角洲相等。 目前在孔南地区尚未开展不同盆缘类型与沉积体系模式关系的研究,如:沧县断裂所控制的陡坡型沉积体系充填样式、 徐黑断裂所控制的陡坡型沉积体系充填样式、孔店凸起所控制的缓坡型沉积体系充填样式、南部凸起所控制的缓坡型沉积体系充填样式等。 目前对孔南地区孔店期不同物源体系与水系类型的关系尚缺乏共识, 从而影响了沉积体系在平面上的延伸方向的确定。从已有资料分析,该区应存在四个物源区和两种水系类型,其中四个物源区包括沧县隆起、徐黑凸起、孔店凸起和南部凸起;两种水系类型包括横向水系和纵向水系,其中横向水系包括沧县隆起所控制的横向水系和徐黑凸起所控制的横向水系; 其中纵向水系包括孔店凸起所控制的纵向水系和南部凸起所控制的纵向水系。 究内容及思路 究内容 比及建立等时地层格架 在前人地层划分方案基础上,综合分析三维地震、测井、钻井岩心资料,引入湖相层序地层学理论及其技术方法,开展湖相层序地层划分和旋回等时对比,选择最具等时对比意义的三级层序界面和湖泛 面作为年代地层框架确立的等时 5性界面,建立本区古近纪孔店组孔二段层序地层格架,核心问题和难点是对孔二段内部不整合面、湖泛面的识别和标定。 相及微相分析 在已确定层序地层格架内对沉积体系配置关系和展布规律相对了解的前提下, 选择具体表性的钻井岩心和测井剖面, 结合区域地震剖面, 研究沉积相类型,岩石成分、结构、沉积构造等,分析沉积相、亚相及微相,建立本区沉积相典型相序。 结合本区古地貌与古气候特征,综合利用岩石薄片鉴定、重矿物等测试资料以及重力异常、地震属性等物探资料,综合分析本区古物源及古水系特征。 在层序地层格架的基础上,结合区域地质资料、岩矿分析和重力等资料,在等时性地层单元内建立沉积体系划分和对比关系,结合测井、地震资料和在钻井岩心观察至的岩石特征、沉积构造、岩相组合特征等的基础上,以分析准层序组(中期旋回) 、层序(长期旋回)中具等时对 比意义的沉积体系时空展布规律为重点,编制地层等时格架图和沉积体系平面分布图,以此刻画孔南地区古近系孔店组孔二段各种沉积体系的分布规律。 在沉积体系空间展布的基础上, 探讨盆缘类型控制下的孔南地区店组孔二段沉积体系充填样式,为本区油气勘探开发提供一套新的研究与预测方法。 图 1术路线框图 究方法和技术路线 本文采用 典层序地层学和 分辨率层序地层学理论作为指导思想,充分考虑孔南地区区域地质背景,利用已有的地震剖面、测井剖面和钻井岩心资料,开展地震相、测井相、沉积相三项联合分析。首先建立地震 —测井 —岩心响应模式, 开展井 —震对比, 运用基准面旋回理论识别层序地层界面,建立层序地层格架;综合分析沉积相、亚相、微相,根据测试资料确定古物源与古水系特征,在层序地层格架基础上,研究孔店组孔二段沉积体系展布规律,进而探讨孔南地区孔店组孔二段沉积体系充填样式(图 1。 图 1南地区井位分布及所用测线位置图(据大港油田) 成的主要工作量 通过数次赴大港勘探开发研究院收集地震资料、测井资料、重矿物资料以及岩石鉴定资料等,进行现场岩心观察,并对地震资料进行解释分析、录井及测井资料进行数据统计等综合研究工作(图 1,具体完成工作量如表 1示。 表 1文过程中完成的主要工作量 序号 工作内容 数量 1 收集和查阅相关论文、专著及报告 30 余篇 2 古近纪孔店组孔二段岩心观察 21 口钻井(心长 拍摄岩心照片及岩石薄片 100 余张 4 岩心沉积相综合柱状图 21 幅 5 其他采集测试样品(包括粒度曲线、矿物鉴定等) 50 件 6 单井层序柱状图 8幅 7 联井沉积体系对比图 5幅 8 砂岩成分及重矿物特征分布图 4幅 9 砂岩厚度图及砂岩百分含量图 2幅 10 沉积体系平面展布图 1幅 8第 2 章 区域地质背景 造特征 本构造格局 研究区位于渤海湾盆地中部黄骅坳陷的南部, 为孔店凸起至灯明寺的广大坳陷地区,是黄骅坳陷中的第二大富油凹陷,勘探面积为 4700 2。其北以羊三木断层为界,南到吴桥凹陷,其西以沧东断层为界、东以徐黑断裂为界;主要构造单元包括两个凹陷(即:沧东凹陷和南皮凹陷)和 6 个二级构造带(包括孔店、徐杨桥 市、东光三个鼻状构造带以及小集—段六拨、灯明寺两个断裂构造带) (图 2。 孔南地区的主干边界断
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