裂谷盆地储层沉积的断—坳分异

第１０卷第６期２００８年１２月资源与产业ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ＆ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳＶｏｌ１０Ｎｏ６Ｄｅｃ２００８收稿日期：２００８－０７－１２；修订日期：２００８－１０－２４；责任编辑：段丽萍。第一作者简介：李树晶（１９７６—　），男，学士、工程师，主要从事油田地质测井技术服务工作。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｓｈｕｊｉｎｇ＠ｃｎｌｃｃｎ；ｓｈｕｊｉｎｇ＠ｆｏｘｍａｉｌｃｏｍ资源环境裂谷盆地储层沉积的断—坳分异李树晶１，钟建文１，肖福平１，董旭峰１，刘明波１，陈　广１，欧阳文生２（１中油测井技术服务有限责任公司，北京　１００１０１；２中国石油天然气勘探开发公司，北京　１０００８３）摘　要：裂谷盆地的储层沉积模式主要分为断陷式和坳陷式，他们的沉积分异无论是在主动裂谷或是被动裂谷中都有充分体现，区别只在于沉积旋回上的差异，主动裂谷储层沉积为双模式单旋回；被动裂谷储层沉积为双模式多旋回。并且，储集层的岩石学结构和储集物性与裂谷盆地的断—坳分异也有很好的对应关系，断陷期发育储集物性差的局部性储层，坳陷期发育储集物性好的区域性储层。关键词：断陷；坳陷；主动裂谷；被动裂谷；储层沉积；裂谷盆地中图分类号：ＴＥ１２１３　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１６７３－２４６４（２００８）０６－００８７－０５ＲＩＦＴＳＡＧＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＴＩＯＮＤＵＲＩＮＧＲＥＳＥＲＶＯＩＲＳＥＤＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮＩＮＲＩＦＴＢＡＳＩＮＳＬＩＳｈｕｊｉｎｇ１，ＺＨＯＮＧＪｉａｎｗｅｎ１，ＸＩＡＯＦｕｐｉｎｇ１，ＤＯＮＧＸｕｆｅｎｇ１，ＬＩＵＭｉｎｇｂｏ１，ＣＨＥＮＧｕａｎｇ１，ＯＵＹＡＮＧＷｅｎｓｈｅｎｇ２（１．ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＬｏｇｇｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＣＮＬＣ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＯｉｌａｎｄＧａｓＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓａｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｉｎｔｏｒｉｆｔｍｏｄｅｌａｎｄｓａｇｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈａｒｅｆｕｌｌｙｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｒｉｆｔｓａｎｄａｃｔｉｖｅｒｉｆｔｓ，ｏｎｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｃｙｃｌｅｓｔｈａｔｔｈｅａｃｔｉｖｅｒｉｆｔｉｓｂｉｍｏｄｅｌｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｃｙｃｌｅａｎｄｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｒｉｆｔｉｓｂｉｍｏｄｅｌｗｉｔｈｍｕｌｔｉｃｙｃｌｅ．Ｔｈｅｌｉｔｈｏｌｏｇｉｃａｌｔｅｘｔｕｒｅａｎｄｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒｈａｓａｇｏｏｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｔｏｒｉｆｔｓａｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｌｏｃａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗｉｔｈｐｏｏｒｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｄｕｒｉｎｇｒｉｆｔａｎｄｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗｉｔｈｇｏｏｄｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｓａｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｆｔ；ｓａｇ；ａｃｔｉｖｅｒｉｆｔ；ｐａｓｓｉｖｅｒｉｆｔ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｒｉｆｔｂａｓｉｎ　　裂谷盆地发育的储层有多种形式，但从沉积模式上总体可分为断陷式和坳陷式，即裂谷期和后裂谷期两类。并且，这两种构造格局下的沉积模式深深地镌刻在储层的岩石学结构和储集物性中。１　裂谷盆地的断—坳分异作为大陆伸展构造的一种主要类型，裂陷盆地的成因直接起因于地壳的拉张断裂［１－３］。类似于盆地分类，裂陷盆地的分类也众说纷纭［４－５］。综合各家观点，本文认为，从根本上考虑盆地构造动力机制的动力机理分类方法，对盆地发育演化的解释更加具有构造上的逻辑性和沉积上的系统性。动力机理分类中的两个极端就是主动裂谷和被动裂谷。虽然在一定的地质历史时期、一定的空间范围内，各种因素以各种特定的方式与方向相互作用、互相制约、相互叠加，形成应力场的多次转化，造成并非所有的裂谷盆地都能发育演化成主动裂谷或被动裂谷两种极端的理想模型。但无论是什么类型的裂谷盆地，储层沉积在裂谷期（断陷期）和后裂谷期（坳陷期）的沉积模式差异都在一定程度上得到储层岩石学结构和储层储集物性的体现。不论是在主动裂谷还是被动裂谷中，裂谷盆地储层沉积上的断—坳分异（本文定义为断陷期与凹陷期沉积物粒度的比例差）都始终存在，区别只在于分异幅度的大小（即差异大小）和旋回期次的多少。２　裂谷盆地的构造机制主动裂谷和被动裂谷构造模式的区别缘于裂谷形资源与产业２００８年成的动力机制。２１　主动裂谷的构造机制板块俯冲引起地幔底辟上隆，上隆作用将热能传递给隆起区，同时，由于隆起区的密度差，使之在临图１　渤海湾盆地（新生界）构造运动模式图界面上产生张应力，引起岩石圈伸展。图１所示的构造发育过程就是作为主动裂谷的渤海湾盆地（新生界）的构造模式。其演化序列为：１）前第三系的渤海湾盆地。２）太平洋板块的向西俯冲，地幔热流上隆，地壳岩石圈开始伸展减薄，盆地出现张裂下陷，局部薄弱区域出现小规模的火山喷溢（相当于孔店组时期的沉积建造）。３）盆地大幅度裂陷，发育区域性张性正断层，各凹陷都表现出充填式沉积，火成岩活动剧烈。因此，拉张裂陷和火山活动一直伴随在渤海湾盆地的古新世（相当于沙河街组和东营组的裂谷期沉积建造）。４）张裂溢陷，热量散失殆尽，区域拉张变缓，裂陷和充填趋于平衡和稳定，盆地进入坳陷期（相当于新近系馆陶组到平原组的沉积建造）。可见，在主动裂谷盆地中，地幔上隆和火山作用是盆地形成的第一阶段（图１（Ⅱ）），岩石圈伸展减薄和均衡上隆是第二阶段（图１（Ⅲ））。２２　被动裂谷的构造模式苏丹的Ｍｕｇｌａｄ盆地具有比较明显的被动裂谷盆地的主要特征，构造演化模式是张裂下陷为第一阶段，火山作用为第二阶段。中生代末期，非洲大陆和美洲大陆开始解体，其间的“三叉裂谷”中两个主支由于大西洋的裂陷扩张，能量急剧释放，形成大西洋；而向东的一支，则由于前两支的扩张泄能而夭折，最终演变成了长达２０００多ｋｍ、控制整个非洲中部张性应力场的“中非剪切带”（图２）。因此，Ｍｕｇｌａｄ盆地的形成是中生界大西洋三叉裂谷东支夭折的直接结果（图３）。图２　Ｍｕｇｌａｄ盆地区域构造位置图图３　大西洋张裂和中非剪切带（夭折裂谷）构造模式图８８第６期李树晶等：裂谷盆地储层沉积的断—坳分异３　裂谷盆地的储层沉积模式裂谷盆地的储层沉积直接受控于盆地的构造运动模式［６－８］。主动裂谷和被动裂谷的沉积区别还表现在盆地沉积演化的旋回性上：主动裂谷一般只发育单旋回（如渤海湾盆地的一断一坳），而被动裂谷则可以发育多旋回（如Ｍｕｇｌａｄ盆地的三断三坳）。３１　主动裂谷的储层沉积模式古近系与新近系之间的界面是渤海湾盆地沉积建造的分异界面。古近系发育丰富的裂陷沉积体系，在储层沉积上，不同凹陷（乃至坳陷）之间缺乏可比性；新近系则发育单一的后裂谷沉积体系，表现在地层记录上为大规模的坳陷式河流相砂岩沉积，盆地内地层可比性较强。渤海湾盆地的第三系沉积建造是裂谷（裂陷）和后裂谷（坳陷）两种模式（图４）。图４　主动裂谷盆地储层沉积模式图Ａ、Ａ′为断陷期储层沉积模式；Ｂ为坳陷期储层沉积模式３１１　渤海湾盆地断陷期储层沉积模式１）孔店组。盆地首次裂陷下沉，以粒度粗、颜色红的碎屑岩建造为盆地性的主要沉积特征，只在局部地区出现还原环境沉积建造。２）沙河街组。盆地古近系沉积的主体，表现为沉积范围广、沉积地层厚、砂体类型多。３）东营期。渤海湾盆地裂陷晚期，伸展活动减弱，走滑活动加强。沉积环境从还原环境开始向氧化环境转化。砂体沉积也以低位域体系为主要特征。３１２　渤海湾盆地坳陷期储层沉积模式新近系是盆地的后裂谷期，渤海湾盆地由于热沉降整体坳陷，形成统一的盆地。储层沉积类型单一、覆盖面广，区域性（盆地性）的新近系河流相沉积储层几乎贯穿于整个盆地，Ｎｇ底的底砾岩是整个渤海湾盆地新生界内部的一级地层对比标志层（图４），而且这套后裂谷期沉积储层的规模、幅度、物性乃至岩石学性质也类似于被动裂谷盆地的坳陷期沉积储层。３２　被动裂谷的储层沉积模式与主动裂谷相比，被动裂谷储层沉积具有断—坳分异幅度大与断—坳旋回期次多的特点。３２１　盆地初始化裂陷阶段———第一裂陷沉积（ＡｂｕＧａｂｒａ组）在前寒武纪稳定的变质岩系地台上，受中非剪切带的右旋推挤，剪切带以南地区在张性撕裂的区域应力背景下，盆地开始第一套湖相沉积［９－１０］。３２２　盆地统一后的热沉降阶段———第一坳陷期储层沉积（Ｂｅｎｔｉｕ组）初始裂陷期沉积后，盆地整体抬升，出现全盆地的第一次长时期准平原化，沉积了盆地的第一套区域性储层。该套储层表现为盆地内低沉降速率的坳陷式充填沉积，岩性为大套块状河流相砂岩，沉积范围广。３２３　盆地第二期裂陷活动阶段———第二裂陷期（Ｄａｒｆｕｒ群）第一套储层沉积后，盆地再次抬升遭受剥蚀，形成盆地的第一个区域性不整合面。盆地再次断陷下沉，接受第二套断陷湖盆沉积。３２４　盆地第二期热沉降阶段———第二坳陷期储层沉积（Ａｍａｌ组）第二套断陷湖盆沉积后，盆地又抬升遭受剥蚀，再次下沉时，盆地进入第二次坳陷期。与第一次坳陷期类似，在长时期准平原化的背景上，发育第二套区域性储层沉积。３２５　盆地第三期裂陷活动阶段———第三裂陷期（Ｎａｙｉｌ组和Ｔｅｎｄｉ组）在古近系，随着红海裂谷的裂开，中非剪切带开始由右旋转为左旋，盆地发生第三次裂陷，沉积了盆地的最后一套裂陷式砂泥岩互层。３２６　盆地第三期热沉降阶段———第三坳陷期储层沉积（Ａｄｏｋ组和Ｚｅｒａｆ组）在新近系，区域性的张扭幅度逐渐变小，盆地基底更加趋于稳定，沉积水体日益变浅，最终汇集于古尼罗河，盆地彻底填平消失（图５）。４　裂谷盆地储层的断—坳分异断陷期和坳陷期的储层沉积分异在主动裂谷和被动裂谷中都有充分的体现，区别只是在于分异幅度的大小。４１　断陷期的储层特征不论是主动裂谷还是被动裂谷，断陷期的储层沉积都表现为近物源、差分选、低孔渗的储层特征。如渤海湾盆地古近系储层砂岩成分成熟度相对较低，石英含量平均为２５％；孔隙度一般集中在１０％～２５％，只有极少数大于２５％。Ｍｕｇｌａｄ盆地在三次断陷期也发育局部储层沉积，但普遍储集物性较差。９８资源与产业２００８年４２　坳陷期的储层特征坳陷期也就是裂谷盆地的后裂谷期，随着地幔及岩石圈热衰减逐步趋于平衡，火山喷溢导致外泄能量消失殆尽，基底趋于准“死寂”萎缩，最终盆地趋于稳定，结束断陷发育，进入坳陷阶段。在稳定的准平原地貌平台上，出现区域性的河流沉积，最终形成坳陷期的区域性石英砂岩储层。渤海湾盆地为单旋回（一断一坳）盆地，坳陷式沉积就是新近系的河流相砂体（图４），岩石成分成熟度较高，石英含量平均可达到４５％，砂岩孔隙度一般在２０％～３０％之间，个别点甚至可达３５％。Ｍｕｇｌａｄ盆地为多旋回（三断三坳）盆地，盆地在三次坳陷期均发育区域性的河流相储层沉积（图５），尤其是前两次坳陷期沉积的储层，石英含量一般都大于７０％，个别点可高达到９７％（平均７４％）（图６）。根据数百个常规岩心样品的分析结果，结合研究区实际产层的统计数据，储层的总孔隙度为１２６％～３５２％（平均２４％）；岩芯分析渗透率为２０～１０９００毫达西（平均１５８４８毫达西），试井测取的渗透率数据均在１０００毫达西以上，最大可达８０００毫达西。图５　被动裂谷盆地储层沉积模式图Ａ、Ｃ、Ｅ—断陷期储层沉积模式；Ｂ、Ｄ、Ｆ—坳陷期储层沉积模式图６　砂岩成分三角图０９第６期李树晶等：裂谷盆地储层沉积的断—坳分异５　结　论沉积与构造间的连带关系是一个经久不衰的研究主题，储层沉积又是盆地充填的核心内容之一［１１－１３］。不论是主动裂谷还是被动裂谷，裂谷盆地中储层沉积都可以分为断陷式和坳陷式２种方式。沉积模式中，纵向结构上，储层沉积中表现出明显的断—坳分异，即断陷期沉积局部性的储层，坳陷期则在准平原的沉积背景下形成盆地式的储层沉积；横向对比上