松科1井明水组岩相-旋回沉积序列及其作用过程

松科1井明水组岩相-旋回沉积序列及其作用过程

明水组最初由石油工业部松辽石油调查局综合研究大队命名。命名剖面位于黑龙江省明水县。1961年在泰康召开第一次地层会议上,松辽石油勘探局勘探指挥部将原克山组(现在的明二段)划入明水组1,沿用至今。明水组主要发育在松辽盆地中部和西部,东部缺失。盆地南部厚度大于北部,一般为200～400m,最厚达617m。北部与下伏四方台组呈平行不整合接触,南部呈整合接触;顶部与上覆地层呈角度不整合接触。层型为吉林省前郭县黑2井剖面,其厚为597.5m,下部为灰棕、灰白、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩,上部为灰绿、棕红、灰紫色泥岩、粉砂质泥岩,产介形和双壳类化石。北部参考剖面为黑龙江省杜尔伯特县库3孔,厚378m。该组自下而上分为两段,一段为黑灰色泥岩、灰-浅灰色砂岩、粉砂岩;二段下部为棕红、灰绿色泥岩、灰色细粉砂岩夹黑色泥岩及砂砾岩,上部为棕红色、灰绿色泥岩,夹灰色、灰白色细、粉砂岩、泥质砂岩。该组主要出露在黑龙江省绥化县克音河西岸、明水和克来冲沟。孢粉和轮藻研究把明水组划归马斯特里赫特阶,但不排除明二段为丹尼阶的可能。微体浮游植物研究把明水组划归马斯特里赫特阶。目前油气勘探中,普遍认为明水组沉积期属马斯特里赫特期。松科1井对明水组进行了连续取心,对岩心的生物地层、旋回地层和磁性地层学研究结果显示,明水组沉积时期相当于晚坎潘期—丹尼期2。本文提供迄今最完整和精细的明水组的沉积地质资料,对其地层、沉积相和旋回地层进行了详细划分,为今后的相关研究提供了地质依据。1岩心精细描述松科1井明水组取心井段为210.57～807.12m,总进尺596.55m,岩心累计长558.94m,岩心收获率为93.69%,其中明一段为632.33～807.12m,明二段为210.57～632.33m。以往虽有取心,但从未对整个组段进行长井段的完整连续取心。松科1井较之以往松辽盆地内明水组的取心情况,无论是取心长度还是岩心收获率都是前所未有的。同时,依照科探井对岩心描述的特殊要求,对明水组的岩心精细描述工作都在钻井现场随钻进行,颜色色标和地质描述等均采用国际上通用的科探井描述原则与方法,使得原始资料的精准性和国际可对比程度大大提高。岩心的精细描述主要体现在两个方面,一是千年尺度刻画,即按照本层段沉积速率50～75m/Ma或5～7.5cm/ka计算,一般最小分层厚度为5cm,小于5cm的作夹层,但特殊岩性(如泥质灰岩、火山灰)的最小分层厚度为2cm,小于2cm的作夹层。二是沉积微相内的细微环境变化刻画,如微相内的沉积物特征和结构变化、含有物变化、颜色变化等。明水组精细描述如下:上层：泰康组，角度不集中下伏层：明段的整合与松科1井北孔明水组精细岩心描述对应的综合柱状图见图1。2结构内各层序地层和沉积序列松科1井明水组中共识别出15种岩性以及35种岩石颜色。统计显示(图2),泥岩厚度百分比最大(39.87%),粉砂岩次之(24.00%),其余依次为粉砂质泥岩(11.77%)、细砂岩(7.85%)、泥质粉砂岩(7.76%)和中砂岩(5.12%)。泥岩出现频次最高(304),粉砂岩次之(272),其余依次为粉砂质泥岩(129)、细砂岩(100)、泥质粉砂岩(85)和中砂岩(42)。颜色以中浅灰色(N6)出现频次最高,其次为浅灰色(N7)、绿灰色(5G6/1)和中灰色(N5)。这4种颜色对应的各种岩层累厚中仍然是以中浅灰色类岩层累厚最大,其余3种颜色的岩层累厚基本相当,4种颜色岩层累厚占总厚度的60%。浅-中灰色泥岩、绿灰色泥岩、浅-中灰色粉砂岩、浅-中灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和浅-中灰色细砂岩、中砂岩出现频次最高,它们的互层沉积构成了明水组的背景沉积。明水组岩心中可识别出曲流河、浅湖和滨湖3种亚相,河床滞留(图版Ⅰ-1)、点砂坝(图版Ⅰ-2)、天然堤(图版Ⅰ-3)、决口扇(图版Ⅰ-4)、决口水道(图版Ⅰ-5)、河漫滩(图版Ⅰ-6)、河漫湖(图版Ⅰ-7)、浅湖静水泥(图版Ⅰ-8)、灰泥岩(图版Ⅰ-9)、临滨砂坝(图版Ⅰ-10)、风暴沉积(图版Ⅰ-11)、沙滩(图版Ⅰ-12)、泥滩(图版Ⅰ-13)、浊流(图版Ⅰ-14)、重力流水道(图版Ⅰ-15)共15种沉积微相。明一段底部为曲流河相,中—上部为浅湖相;明水组二段下部为以河道和堤岸沉积为主的曲流河相,中部为浅湖相,上部是以河漫沉积为主的曲流河相,顶部又为浅湖相。明水组沉积环境的基本特征是以曲流河为主,伴有浅水湖泊的形成与消亡。明水组沉积序列展现出不同级别的岩性-岩相旋回。可识别出正粒序型、反粒序型和非粒序型3大类共20种不同类型的米级旋回。正粒序型包括河道滞留沉积-点砂坝、河道滞留沉积-点砂坝-天然堤、点砂坝-天然堤、点砂坝-天然堤-河漫湖、决口扇-河漫湖、决口扇-河漫滩、决口扇-河漫滩-河漫湖、决口水道-决口扇-河漫湖、决口水道-河漫滩、河漫滩-河漫湖、沙滩-泥滩、上临滨砂坝、沙滩型、风暴岩型共14种;反粒序型包括静水泥-浊流、静水泥-重力水道、中临滨砂坝和下临滨砂坝型共4种;非粒序型有泥灰岩-静水泥、颜色型2种。明水组中共识别出361个米级旋回、109个五级旋回、29个四级旋回和3个三级旋回。3～4个米级旋回叠加成1个五级旋回,3～4个五级旋回叠加成1个四级旋回。3讨论和结论3.1曲流河沉积相明水组一段底部为一套二元结构明显的曲流河沉积,向上河漫沉积逐渐增加;中—上部发育浅湖和滨湖沉积,其中又以浅湖沉积为主。明水组二段下部是一套以河道和堤岸沉积为主中—粗粒曲流河沉积;中部发育以绿灰色泥岩和粉砂质泥岩为主的浅水湖沉积,其内发育3套厚度在10m左右的临滨沙坝沉积;上部又演变为曲流河-泛滥盆地沉积,向上泛滥盆地沉积所占比重增大;顶部在下伏河漫湖的基础上演变为浅湖。明水组一段发育的大套厚层湖相灰色、深灰色泥岩表明该时期发生了显著的湖盆扩张,进入明二段沉积时期,曲流河和浅湖的交互发育显示坳陷湖盆萎缩阶段湖盆存在明显的间歇性扩张。3.2曲流河畅沉积相红层明水组的红层沉积主要分布在271.25～303.75m和323.43～342.52m两个井段,厚度分别为32.5m和19.09m。红层以中红棕色(10R4/6)泥岩为主,属曲流河河漫沉积。同时代形成于冲积平原环境的大套陆相红层在秘鲁中部和北部发育,古新世早期的海相红层在中国藏南札达地区发育。作为该时期已被揭示的全球为数不多的陆相红层之一,厘米级刻画的明水组陆相红层为全球古新统富氧事件研究提供了可能的立典剖面。3.3松辽盆地白垩系和古近系的界线松辽盆地作为大型陆相含油气盆地,经历了半个多世纪的勘探历史。长期以来由于以含油气层位作为重点勘探目标,因而对油气显示不好的上部四方台组和明水组的研究程度相对较低。到目前为止,在油气勘探中仍然普遍认为松辽盆地白垩系和古近系界线位于明水组顶部。同时由于明水组顶部发育区域角度不整合,故而长期以来认为在松辽盆地可能没有保存K/Pg界线沉积。在松科1井地质选址和钻井设计时通过将松辽盆地与嘉荫盆地在盆地演化、古气候变迁和地层的发育与保存条件方面的对比,认为在松辽盆地内部K/Pg界线很有可能存在于明二段内部。对松科1井明水组地层的生物地层、磁性地层和旋回地层研究的初步结果显示松辽盆地白垩系和古近系的界线位于明水组二段上部。由于这一界线保存于明水组二段内部的连续沉积内,因此松辽盆地可能保存有K/Pg界线沉积。3.4明水组中段挤压作用在松科1井明水组岩心中,明水组一段底部发育小型同沉积正断层,显示出拉张应力场特征。早期拉张导致的沉降作用使明一段湖盆面积扩大,沉积环境由底部曲流河演变为浅湖,一直持续到明水组一段结束。明水组二段底部发育同沉积正断层,下部发育由同沉积正断层反转形成的逆断层-正反转断层,中部多发育逆断层。这显示从明二段早期开始,盆地间歇性地受到挤压应力场的作用,而且作用逐渐加强。逆断层一种是发育在大套的曲流河河道砂体内,显示为低可容纳空间阶段,另外一种发育在浅湖向曲流河转变的位置,对应可容纳空间减小阶段。因此,来自侧向的挤压作用减小了挤压应力来源方向上盆地的可容纳空间,导致盆地沉积中心向远离挤压的方向迁移。明二段曲流河亚相与浅湖亚相交替出现,反映了间歇性挤压应力在横向上对沉积相带迁移和沉积中心转移的控制作用。3.5油气环境地质明一段内部发育2套暗色泥岩,分别是721.46～748.51m和643.65～660.07m,厚度