基于粒度概率曲线的古近系沉积环境分析

基于粒度概率曲线的古近系沉积环境分析

深入研究和详细分解沉积相是成功勘探岩性油气藏的关键。碎屑岩的粒度分布及分选性是搬运营力和搬运能力的度量尺度,是判别沉积环境及水动力条件的良好标志,而且碎屑岩的物性也与其粒度密切相关,因此粒度分析是研究碎屑岩岩相的重要手段。应用粒度概率曲线图建立沉积环境的典型模式,已成为环境和相分析中重要的方法和手段。笔者以济阳坳陷惠民凹陷沙三段—东营组的碎屑岩为研究对象,在岩心观察的基础上,绘制了600余幅岩心样品粒度概率累积曲线图,总结了三角洲、扇三角洲、湖泊滩坝、风暴岩和湖底扇等主要陆源碎屑沉积相(环境)的粒度概率累积曲线图的某些规律性特征[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。1三角洲相1.1稳定牵引流沉积物粒度特征图1a为三角洲平原亚相水上分流河道沉积物的粒度概率图,为典型的两段式或三段式。其特点是:滚动总体小于5%或不发育;以跳跃总体和悬浮总体为主,跳跃总体含量一般为50%～70%,分选较好,直线段斜率可达70°以上,悬浮总体含量为30%～50%,悬浮、跳跃两总体间的交切点Φ值为2.75～3.0。曲线反映出强度中等的稳定牵引流沉积物的粒度特点,与现代鄱阳湖三角洲平原分流河道的沉积物搬运特点类似(朱海虹等,1994)。跳跃组分较粗且含量较高者往往对应发育平行层理的厚层砂岩,反映规模较大、水动力条件较强的分流河道和分流河道下部的沉积特征;跳跃组分偏细且含量较低者与波状层理的薄砂层对应,代表小型分流河道或分流河道上部层序的沉积特征。1.2枯平水期流变学特征该微相是三角洲平原亚相水上分流河道微相向湖心方向的水下延伸部分,粒度概率图有2种主要类型。一类是“一跳一悬夹过渡”式,具有跳跃和悬浮总体间过渡段的两段式。如图1b的曲线由跳跃总体、悬浮总体及两者间过渡段组成,跳跃总体含量30%～50%,粒度区间Φ值1.75～2.75,斜率60～70°;过渡段含量20%～40%,斜率40～55°,与跳跃总体间的交切点Φ值为2.25～2.75,与悬浮总体交切点Φ值为3～3.5;悬浮总体含量低于30%,反映枯(平)水期稳定水流进入湖盆后能量降低的水动力特征。另一类是“低斜多段”式,为总体斜率较低的多段式(见图1c),其粒度累积曲线表现为粗细颗粒全部悬浮,由多个折线组成上凸拱形,斜率10～30°;粒度范围较宽,组分多,分选差,粒度频率直方图显示为多众数,反映洪水期能量较强的不稳定动荡水流入湖,流体密度大,堆积快,与现代沮漳河沉积物搬运特征有相似之处。1.3浮标浮提取型河口坝位于水下分流河道的河口处,其粒度概率图也有2种类型。一类是“高斜两跳一悬夹过渡”式,包括2个斜率较高的跳跃次总体、一个悬浮总体和一个过渡段,跳跃和悬浮总体交切点Φ值为3～3.5。该类的2个跳跃次总体斜率相近且较高,一般为60～80°(见图2中商13-107井2350.20m),反映在河流携带与湖浪冲刷的综合作用下,跳跃组分的分选性较好;悬浮总体含量为30%～50%。另一类是“一跳一悬夹过渡”式,粒度概率曲线由跳跃、悬浮两个总体和二者之间的过渡段组成。如图2中临10-1井3202.72m,跳跃总体含量30%～40%,分选好,直线段斜率大于70°,粒度区间Φ值2.25～3;过渡段的含量20%～30%,斜率50～60°,与跳跃总体交切点Φ值为2.75～3,与悬浮总体交切点Φ值为3.5～3.75;悬浮总体含量20%～40%,斜率低。这2种曲线类型反映河口区坡度大、沉积速率高、受多组水流影响的环境特点,是平水期河流入湖形成的河口坝沉积的重要特征。2扇三角洲相2.1扇三角洲是平原的亚相扇三角洲平原亚相沉积即未入水的冲积扇,其主要的沉积作用包括泥石流、碎屑流、漫流与河道牵引流,沉积物粒度概率曲线有如下几种类型。2.1.1整体和缓冲带过渡结构此类粒度概率曲线图的特点是悬浮总体含量高,达50%以上,分选差;跳跃总体分选相对较好。跳跃总体和悬浮总体缓慢过渡而无明显转折点,整体呈圆缓上拱的弧形,如禹9井2573.56m(见图3a)。该类粒度概率曲线与浊流沉积物粒度概率曲线有很好的相似性,主要反映泥石流和碎屑流沉积物的粒度特点。2.1.2扇三角洲沉积特点表3此类曲线(见图3a禹9井2565.91m)包括含量很低的滚动组分(低于5%)、斜率较高(50～60°)的跳跃组分和比较发育的悬浮总体(大于40%),二者交切点Φ值为3～3.5,有时存在较短的过渡段,为较典型的扇三角洲平原辫状河道沉积特点,与大石河等现代辫状河沉积物的实地观测结果吻合较好。2.1.3压力大、组细细扇三角洲平原亚相洪泛沉积粒度概率曲线图特点为粒度细(Φ值小于3)、悬浮组分高(70%～90%),一般具有明显的过渡段(达20%)(见图3b),反映洪水期流体越岸后能量骤减的动荡环境特点。2.2扇三角洲前的亚相2.2.1重力流沉积相该微相是水上辫状河道入湖后向湖盆中央延伸的部分,除具有水上辫状河道特点外,由于入湖后能量有所降低,所携带的沉积物受多组水流的作用,因此沉积物粒度概率曲线除反映重力流沉积特征的一段式、多段式(见图4a曲10井1492.92m)和反映典型河流沉积的两段式、三段式以外,还有跳跃总体由2个次总体组成的复杂两段式和三段式(见图4a曲10井1496.55m、1474.47m),跳跃和悬浮总体交切点Φ值为2.5～2.75,悬浮总体含量为30%～40%。这正是能量高、迁移快的扇三角洲水下辫状河道所携沉积物同时受湖盆多向、多组水流影响的具体表现,也是扇三角洲水下辫状河道有别于稳定的三角洲水下分支河道的重要沉积特征。2.2.2高斜多跳一悬结构岩坝沉积相扇三角洲河口坝的形成要求河道相对稳定和湖水能量相对较弱。研究区扇三角洲河口坝沉积物的粒度概率曲线有3种类型。第一类是“低斜三段”式,即曲线斜率较低的三段式(见图4b曲10井1508.40m),包括:斜率低(3～10°)、含量低(低于5%)的滚动总体,斜率较高(约60°)的跳跃总体和含量较高(高于60%)的悬浮总体;其中滚动总体和跳跃总体的交切点Φ值为2.75～3。此类曲线反映沉积物在湖水能量相对很低的河口区快速堆积。第二类是“高斜多跳一悬”式(见图4b曲10井1489.91m),跳跃组分由2～3个次总体组成,斜率50～80°,含量约50%,跳跃组分与悬浮组分交切点Φ值为3.5～3.75,是枯(平)水期辫状河入湖的河口坝沉积物典型粒度特点。第三类是“高斜一跳一悬夹过渡”式(如禹9井2560.50m),包括分选较好、斜率较高(大于70°)的跳跃总体,分选中等、含量30%～40%的过渡带和分选差、含量30%～40%的悬浮总体,过渡带粒度区间Φ值为3～3.75,反映其沉积于河口区中等能量的动荡水流环境。进一步分析发现,滩坝发育早中期的沉积物跳跃总体含量较高(见图5a),一般在50%以上,有3个次总体,斜率50～70°;滩坝发育晚期沉积物的跳跃总体含量降低,只有10%～20%,斜率40°,悬浮总体含量升至80%～90%,斜率约70°,反映伴随滩坝沉积增多,湖水能量不断降低的砂进湖退过程。这一特点在商67井1925.20～1929.21m井段表现得最为显著(见图5b)。3主被动流类型风暴岩指风暴流作用下形成的一系列沉积物(岩)。风暴流以牵引流为主,兼具重力流特点,因此其沉积物粒度概率曲线图有反映牵引流和重力流成因的多种类型。第一种是“高斜多跳一悬”式,曲线由多个(2～3个)跳跃次总体和一个悬浮总体组成,斜率均较高,反映多组水流影响和分选较好,如图6a所示商67井2355.15～2357.30m、田5-5井2950.50m跳跃总体两分,含量为10%～30%,斜率40～55°;悬浮总体含量60%～90%,斜率50～70°;跳跃和悬浮总体交切点Φ值约为3.5。此种类型曲线反映风暴衰退时能量较弱的牵引流性质。第二种是多段式,曲线有多个交切点,由多个次总体组成的跳跃总体粒度区间跨度较大(Φ值为1.5～3.5),斜率较低(10～50°),分段不明显,悬浮总体含量较高(可达90%),反映小型风暴强盛期的重力流特点(如图6b商67井2371.68m)。第三种是“高斜一段”式,其特征是基本由一条斜率较高(60～70°)的直线段组成(即使有分段,各段斜率相似而且均较高),以悬浮沉积特征区别于牵引流,以高斜率、分选好而有别于一般重力流,是风暴流沉积的典型特点(如图6b商67井2355.47m)。4重力流沉积相特征湖底扇为扇形的浊积岩体,2种类型中扇辫状沟道粒度概率累积曲线均反映了典型的重力流沉积特征(见图7)。一类是“低斜一段”式或“宽缓上拱形”,即粒度曲线是一条低斜率直线段或宽缓上拱的曲线段,粒度区间跨度大(Φ值为0～4.5),跳跃和滚动总体不发育,悬浮总体占绝对优势,是重力流尤其是浊流沉积的典型特点,如田5-7井2959.60m的杂基支撑含砾砂岩。第二类是“低斜多段”式,即粒度概率曲线由多条低斜率的较短直线段组成,粒度区间跨度可大可小,反映动荡环境中能量不稳定的重力流特点。同时,沟道顶部(即重力流尾部)沉积物的曲线斜率大于底部(或重力流头部)的曲线斜率,且跳跃总体含量增加,反映重力流能量后期衰减并向牵引流转化、沉积物分选逐渐变好等特点。图7所示商13-107井2433.68m、2424.36m分别为浊积岩鲍马序列A段的块状砂岩和B段的断续平行层理砂岩的粒度概率曲线图,即反映了上述重力流变化过程。5沉积相分析及结论粒度概率曲线图是解释碎