沉积学报  2015, Vol. 33 Issue (2): 364-375

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文章信息

吴贤涛, 张国成
WU XianTao, ZHANG GuoCheng
东濮凹陷古近系沙河街组边缘海—浅海相识别与油气储层
Recognition of Marginal to Shallow Marine Deposits in Shahejie Formation (Palaeogene) Dongpu Depression and Its Reservoir Significance
沉积学报, 2015, 33(2): 364-375
ACTA SEDIMENTOLOGICA SINCA, 2015, 33(2): 364-375
10.14027/j.cnki.cjxb.2015.02.016

文章历史

收稿日期:2013-11-14
收修改稿日期:2014-06-12
东濮凹陷古近系沙河街组边缘海—浅海相识别与油气储层
吴贤涛, 张国成    
河南理工大学资源环境学院 河南焦作 454000
摘要:东濮凹陷古近系沙河街组有无海相沉积久争不决。痕迹学、沉积学和古生物学综合研究,识别出那里存在海退与海进层序。海退层序在开31井3 553.30 m和3 552.70 m处分别见到压扁层理、双泥披(double clay drapes)。3 551.70 m处,出现丘状交错层理(表现为洼槽状向上弯曲平行纹理和凸起状向上弯曲平行纹理),显示前滨和临滨环境。3 551.50 m处,代表后滨环境的植物根迹出现,完成一个海退层序。另一个海退层序出现在新胡4井,从见到海相痕迹化石DiplocraterionPalaeophycosTerebellina开始(2 969.10 m;2 966.40 m)到出现植物根迹(2 931.93 m)结束。以上两个海退层序反映东濮凹陷沙四段沉积期,海水影响所及,仅限于边缘海的前滨和临滨深度范围。与海退层序不同,海进层序显示海水显著加深。文72-104井指示三角洲边缘海湾环境的痕迹化石Teichichnus(3 146 m),过渡带痕迹Rhizocoralliun(3 109.28 m)至滨外生物痕迹Zoophycos(3 050.10 m),记录到一次具有滨外环境的海进过程。开34井3 424 m至3 260 m依次出现透镜层理、植物根迹、透镜层理、羽状交错层理,解释为前滨环境。3 267~3 260 m由压扁层理(3 267.00 m)双向前积层理(3 266.81 m)为标志的前滨环境到具有Thalassinoides(3 266.25 m)、Macaronichnos痕迹化石所指示的临滨环境,再到生物扰动达70%并具颗石藻所代表的滨外浅海环境,结束一次海进过程。海进层序被固底底质控制痕迹相所指示的沉积不连续界面所限定,有利于不整合圈闭的形成。
关键词东濮凹陷     沙河街组     痕迹学     海进层序     油气储层    
Effect of Compaction Methods on Performance of ATB-30 Asphalt Mixture
WU XianTao, ZHANG GuoCheng     
Institute of Resources & Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000
Abstract:Marine deposits in Shahejie Formation of Dongpu Depression whether it is true or not remains a question. However, Ichnology integrated with sedimentology and palaeontology could be a useful tool in solving this problem. In Well Kai 31, marine regression records indicated by flaser bedding (Well depth 3 553.30 m) followed by double clay drapes(3 552.70 m) and hummocky cross-bedding as well as plant roots(3 551.50 m) showing the environment from foreshore, shoreface shift to backshore. Another marine regression sequence existed in Well Xinhu 4 where marine trace fossils of Diplocraterion, Palaeophycos, Terebellina (2 969.10 m, 2 966.40 m) are also covered by plant roots(2 931.93 m) indicated the sea level fall. In contrast to marine regression records marine transgression sequence recorded by lenticular bedding, plant roots, horringbone cross bedding from Well Kai 34 are interpreted as foreshore environment. Trace fossils of Thalassinoides, Macaronichnus suggesting a shoreface environment occur. Strong bioturbated beds and body fossils of coccoliths are considered as offshore (shallow marine) environment. Studies show that the environment from backshore to offshore can be recognized by means of ichnology integrated with sedimentology and palaeontology in Dongpu Depression. Studies also show that the discoutinuous surface indicating by firm-ground substrate controlled ichnofacies associated with marine transgression sequence are helpful in forming discordant trap.
Key words: Dongpu depression     Shahejie Formation     ichnology     marine transgression sequence     oil reservoir    
0 引言

渤海湾盆地是克拉通[1]近海型盆地[2],克拉通近海型盆地无论现代和古代,都易受海面变化影响,其沉积体系都与海面变化有关[3],少有争议。但渤海湾盆地古近系有无海相沉积、与海面变化是否相关、如何相关,争议不断[4, 5]。本文拟以盆地南端的东濮凹陷为例,一探究竟。

与华北克拉通上古近系具有丰富油气一样,在太平洋彼岸北美克拉通近海型盆地内,白垩系丰富的油气资源,早为世人瞩目。基底(克拉通)相同,构造影响(环太平洋带)相若,地层时代(白垩,古近)相近,在受全球海面变化影响下,出现相同或相近沉积记录,并非异想。作者数年前,提出长江辽河间的“第二沉降带”这一南北区间,存在一条与北美白垩纪海水通道类似的古近纪海水通道,并作了比较研究[6],是这一认识的开始。

本文记录到的边缘海—浅海相沉积层位,就是对上述研究和认识的进一步补充,旨在引起对储层砂体沉积环境的新思考,为寻找新类型储层,拓宽思路。

1 边缘海—浅海沉积记录识别标志

现代和古代边缘海、浅海环境研究显示,在海退的低位期,除远离海岸的陆棚外,近岸还常出现以三角洲为主,兼有潮坪、滨岸平原等亚环境;在海进的高位期,远离海岸的陆棚环境差异不大,但近岸的边缘海海区,则变化很大,此时河口湾、澙湖、边缘海湾等具有咸水特征的亚环境,占了主导。从而突出了其在沉积学、痕迹学和古生物学记录上与低位期的差别(后者曾长期困扰古生物学者在渤海湾盆地古近系研究中的海陆之争)。特别是痕迹学在研究边缘海区咸水环境的重要成果[7, 8, 9]为盆地地下地质研究提供了理论和判别依据。

位于北美克拉通之上的诸多白垩纪油气盆地通过大量岩芯和边缘露头资料研究,识别出区分高位期和低位期标志[3],本文作为借鉴,具体如下:

(1) 低位期标志

① 低位期侵蚀面与古土壤或植物根迹化石,覆盖在海相页岩或河谷的充填底面;

② 因控制沉积的基底下降,河流侵蚀深度在大范围内大体一致;

③ 高位期时岸线向陆方推进,大面积沉积的海相砂,被低位期时下切河流的淡水和咸水的沉积物充填;

④ 广布的高位期潮下碳酸盐岩,在低位期时发育成古喀斯特。

(2) 高位期标志

① 具有下列因素之一或者以上,即可确认属海相层序;它们是:化石带缺失;具磷酸盐结核或海绿石;重结晶的介壳碎屑,形成扁豆状薄层灰岩(浓缩层),牙齿或骨骼碎屑以及燧石卵石富集。

② 广布的煤层覆于海退三角洲前缘砂岩之上。

上述有利于区分太平洋彼岸北美克拉通盆地海退海进的识别标志,亦有助于查清太平洋西侧华北克拉通盆地古近纪海水进退记录是否存在。

2 沙河街组海退层序记录 2.1 研究区地质简况

东濮凹陷位于渤海湾盆地南端,地跨鲁豫两省。北以马陵断层与莘县凹陷相连,南与兰考凸起、中牟凹陷相邻,东以兰聊大断裂与鲁西隆起为界,西与内黄隆起呈超覆接触。整体呈一北北东向狭长凹陷。凹陷内古近系东厚西薄,北厚南薄,最厚可达6 000 m,自下而上分为沙河街组、东营组(图 1)。沙河街组下部发育一段缺乏化石、电阻率曲线急剧升高的红层,俗称“高阻红层”。1983年华北石油局将其归入三叠系/二层系。赵澂林等(1988)和赵志清等(1990)认为属孔店组。2006年蒋飞虎等对穿过“高阻红层”各钻井岩芯样品、地层产状、同位素年龄进行了深入综合研究,确认沙河街组下伏的“高阻红层”并非孔店组,其形成时代应为早三叠世[10],本文采用后一种划分方案(图 1)。

图 1 研究区地理位置图及地层简表 Fig. 1 Geographic and stratigraphic position of the study area and stratigraphic profile
2.2 开31井沙三段下临滨—后滨海退记录(开31井3 553.60~3 547.44 m)

(1) 压扁层理与双泥披

开31井位于东濮凹陷中部桥口附近。井深4 521 m,沙四段井深介于4 434~3 845 m,厚589 m。沙三段井深介于3 845~2 992 m,厚853 m。沙二段厚536 m,沙一段厚199 m。本文研究的取芯段,在井深3 547~3 553 m处,厚度约6 m。在 3 552.70~3 553.60 m处,依次观察到板状层理、双泥披(3 552.70 m)、压扁层理(3 553.30 m)和又一层双泥披(3 553.60 m)(图 2)。上述层理都见于粉砂岩中(图 3A,B)。

图 2 开31井沙三段海退层序沉积与痕迹记录 Fig. 2 Sedimentological and ichnological records of marine regression sequence in Es3 of Well Kai 31
图 3 开31井海退层序沉积痕迹记录 A.压扁层理(3 553.30 m) B.板状层理及双泥披(3 552.70 m);C.丘状交错层理,表现为洼槽状向下弯曲平行纹理(concave upward curved parallel laminae);D.凸起状向上弯曲平行纹理(convex upward curved parallel laminae)(3 551.70 m) E.植物根迹(3 551.50 m)。 Fig. 3 Ichnologic and sedimentologic records of marine regression sequence in Well Kai 31

Reineck[11]根据悬浮泥质在砂层中聚积的形态,将压扁层理分为:简单压扁层理、分叉压扁层理和分叉波形压扁层理。开31井所见,属分叉形压扁层理,即先一轮悬浮泥聚积,部分暴露,与后一轮悬浮泥直接接触所形成。反映两者之间存在间歇性波浪改造过程,因此Reineck认为压扁层理形成,需要水流或波浪作用来沉积砂,同时需要滞留水体来沉积泥。这样的条件,他认为主要存在于潮下带[12]。这一认识被后来的研究者在北海嘉德湾(Jade Bay,North Sea)的考察所证实[13]

属于潮汐沉积标志的双泥披,分别见于具压扁层理层位下30 cm和上40 cm处,反映其时沉积环境在潮间和潮下,来回波动。但到3 552.50 m和3 551.70 m处,丘状交错层理出现时(图 3C,D),指示当时水深处在正常天气浪基面之上的下临滨环境。但下临滨环境沉积厚度很薄,仅2.0 cm,到3 551.50 m处,岩芯剖面相继出现植物根迹化石(3 551.50 m)菱铁矿和炭化植物碎屑,以及槽状交错层理(3 547.44 m)。

(2) 植物根迹化石与后滨

开31井3 551.50 m所见植物根迹,直径小于2 mm,分布密集,分叉,与层面斜交或顺层分布。植物体未被完全氧化形成碳质薄层(图 3E)。

此类植物根迹在土壤分类中,属粗骨古土壤(Fragmental soil)。以灰白色粉砂、粗粉砂为主,黏粒成分较少,不含原生冲积泥砾,土壤的成壤发育差,除见有植物根迹层及去层理化作用(原生沉积构造遭受风化破坏)外,几乎没有其他成壤特征。这说明成壤作用时间短,成壤进程被变化的环境(如覆水)所打断。从岩性分析看,成壤母质经历了较长时期的反复冲洗作用,故土壤中缺乏具有矿物养分的黏粒成分。可以认为,这种古土壤(根迹层)形成环境,是时而被水覆盖,处于弱还原环境的后滨(backshore)地带。炭化植物碎屑和菱铁矿的出现,支持这一认识。

在后一层植物根迹(3 548.29 m)顶部,记录到含泥砾粗砂岩及槽状交错层理,这说明后滨环境已被纯陆相的分流河道所代替。至此,在一段不足7 m的岩芯中,记录到沉积环境由前滨—临滨—后滨—分流河道这一海退层序(图 2)。

2.3 新胡4井沙四段海退层序

(1) TerebellinaPalaeophycos

新胡4井深2 930~2970 m之40 m岩芯段中,在2 969.10 m泥岩与粉砂岩互层处,见到丰富的痕迹化石TerebellinaPalaeophycos(图 4)

图 4 新胡4井沙四段海退层序沉积痕迹记录 Fig. 4 Sedimentological and ichnological records of marine regression sequence in Es4 of Well Xinhu 4

Terebellina为半椭圆弯曲潜穴,潜穴具清晰的壁衬,由碳酸钙或粉砂颗粒构成,直径在1.5~5 mm之间,与围岩和潜穴内充填物比较,抗风化能力更强,充填物成分与围岩相同。Terebellina最初被认为是多毛虫类实体化石,后因保存下来的多为生物建造的管状潜穴,故被归类为痕迹化石。根据形态特征,Terebellina被解释为食悬浮沉积物的居住潜穴,常见于远端Cruziana痕迹相沉积中,属于典型的滨外浅海环境产物[14]

Palaeophycos为圆柱状水平或倾斜潜穴,潜穴壁衬清晰,潜穴充填物与围岩岩性和结构相同。潜穴壁较薄,但亦有相对较厚者,直径在3~8 mm之间。

Palaeophycos在形态上与Planolites相似,两者区别是后者潜穴无壁衬,且潜穴内充填物与围岩成分、结构、颜色均不同,因而易于区分。

Palaeophycos痕迹化石形态简单,环境分布亦广,但主要见于海洋和咸水环境,即中临滨—前滨的Skolithos痕迹相带[14]。综合对痕迹化石TerebellinaPalaeophycos的成因研究,认为其产出层段,即新胡4井深2 969.10 m处,为中临滨—滨外环境。

(2) DiplocraterionSyneresis

Diplocraterion为U形垂直潜穴,潜穴内具螺形迹。潜穴开口处为圆柱状或烟囱状。U形潜穴的两翼相互平行,纵切面上,呈垂直状迭置。岩芯中,Diplocraterion在层面顶部呈哑铃形(图 5B)。根据形态特征分析,Diplocraterion被解释为食悬浮沉积物的居住潜穴,造迹生物可能为多毛虫或其他蠕虫类生物以及两栖甲壳动物。常见于Skolithos痕迹相的远端部位,即中临滨环境。也常见于砂质潮坪以及河口湾水道沉积。

图 5 新胡4井海退层序痕迹学沉积学记录 A.Palaeophycos Terebellina(2 969.10 m);B. Diplocraterion(2 966.40 m);C. Syneresis(水下收缩裂隙2 958.45 m);D. 植物根迹(2 931.93 m)。 Fig. 5 Ichnologic and sedimentologic records of marine regression sequence in Well Xinhu 4

Syneresis(水下收缩裂隙),据Pummer和Gostin[15]研究,可在水下的底层内或水和沉积物界面处形成。在水下底层内形成的收缩裂隙,是因上覆沉积物载荷,导致脱水收缩,形成裂隙,这类水下收缩裂隙,不一定与海水影响有关。但是,在沉积物与水的界面处形成的收缩裂隙,是因为泥质岩中只要有2%的膨胀黏土,在水体盐度有较大波动情况下,即在海水灌入的情况下,就能使膨胀性黏土的晶格,发生收缩,从而产生裂隙。

新胡4井深2 958.45 m处,见到的水下收缩裂隙(图 5C),特征是裂隙极不规则,宽窄不一,无干裂隙那种V字型标志,但却显示细微褶皱状外形,且其上下层位,都未见重荷模,排除了前述第一种成因的可能,说明其成因属于Pummer和Gostin解释的第二种成因,即与盐度波动大的潮间带有关。

(3) 植物根迹

新胡4井深2 931.93 m处,见有植物根迹(图 5D)。产于粉砂岩中,为未分叉的单枝根迹,直径小于2 mm,垂直或斜交层面及侵蚀间断面,此侵蚀间断面起伏不平,上下岩层颜色亦有显著差异。植物遗体全遭氧化,所留空间被泥质、粉砂质充填。

2 931.93 m处之植物根迹特征表明,它们属喜盐植物遗体,为咸水环境下的产物。这里解释为最大高潮期可覆盖的后滨环境留下的植物痕迹(图 4)。

3 沙河街组海进层序记录 3.1 文72-104井海进层序记录(图 6)

(1) TerebellinaTeichichnus与边缘海湾相

图 6 文72-104井沙三段海进层序沉积痕迹记录 Fig. 6 Sedimentological and ichnological records of marine transgrassion in Es3 of Well Wen 72-104

此痕迹相由TeichichnusTerebellina两种痕迹化石组成,皆见于文72-104井3 146.00 m处之深灰色泥质粉砂岩中(图 8)。痕迹化石层位下伏10 m厚的浅灰色泥岩,上覆4.5 m厚褐色泥岩。Teichichnus是食沉积物生物的进食和居住潜穴。造迹生物推测 为环节动物或蠕虫类生物。其螺形穴(spreites)是造迹生物在沉积物与水界面以下掘穴时,为保持最佳平衡位置,上下迁移形成的。Teichichnus为沿海水下环境Cruziana痕迹相的重要份子。常见于咸水环境的澙湖或海湾[14]Terebellina则是悬浮进食生物的潜穴,造迹生物推测为多毛虫类,常见于Cruziana痕迹相,在泥质海底底质环境下,能建造开口的水平管道,用以进食,是滨外海相环境特征性生物痕迹之一。

文72-104井3 146.00 m处所见之痕迹化石,以Teichichnus占主导。所产层位上下都为灰色或褐色泥岩,显示水流不畅的闭塞环境。故被解释为三角洲边缘海湾产物。文72-104井西北侧见有沙三段沉积期形成的北东、南西向前积砂体,环绕其间,支持这一解释。同时,生物痕迹Terebellina(图 8A)个体既小,丰度又低,也说明他们生存的环境是水流不正常、海水盐度亦不正常的闭塞海湾环境。

(2) HelminthopsisRhizocorallium与滨外浅海相

此痕迹相在本研究区有两个重要代表,分别是HelminthopsisRhizocorallium。在含TeichichnusTerebellina 的泥质粉砂岩之上近10 m处的浅灰色泥岩中(文72-104井,3 137.90及3 135.26 m处),见有痕迹化石Helminthopsis(图 7D)。Helminthopsis的特征是不规则弯曲、壁衬光滑的潜穴,不分叉,亦不相 互切割穿插,剖面上,潜穴呈椭圆形或半圆形,一般呈水平状,潜穴充填物与围岩基质不同。单个潜穴很小,平均1~3 mm。岩芯观察中,Helminthopsis横切面上为小黑点(图 7D),纵切面上呈暗色线条。

图 7 东濮凹陷古近系沙河街组三段上部沉积痕迹特征与国外同类记录比较及环境解释 (1)据Howard,Frey and Reineck,1972;(2)据MacEachern,2005;Pemberton et al.,1992. Fig. 7 Ichnological and sedimentological features and interpretations of Es3,Dongpu Depression as well as comparison with similar rock records from abroad
图 8 文72-104井沙三段海进层序痕迹化石 A.Teichichnus(左上箭头处)Terebellina(中上黑箭头处); B. Rhizocorallium(中)注意潜穴右侧显露的螺形穴;

C. Zoophycos; D. Helminthopsis箭头指处为潜穴在纵切面上显示的线条状和点状形态。
Fig. 8 Trace fossils in marine transgression in Es3 of Well 72-104

Helminthopsis被认为是牧食的多毛虫或其他蠕虫类生物在层内牧食时,形成的生物成因构造[14]。是远端Cruziana痕迹相的常见成员,发育于正常海的浅海陆棚(滨外下部到内陆棚)[16]

远端Cruziana痕迹相的一个重要代表Rhizocorallium见于上述Helminthopsis层位之上约28 m,即文72-104井3 109.28 m和3 093.80 m处。痕迹为斜插层面的弯曲形,其右侧可见清晰的U形螺形穴(图 7B)。岩芯中,Rhizocorallium的鉴别特征是具两个圆环形潜穴,一个是潜穴的圆环形管臂,另一个是管臂内的圆环形或U形条带,即sprite(螺形穴)。

Rhizocorallium被解释为食沉积物生物的进食构造,其造迹生物可能是甲壳动物,因为在不少研究实例中,见其潜穴壁有抓痕存在。Rhizocorallium形成于滨外浅海环境。

(3) Zoophycos与滨外深水相

文72-104井3 050.10 m处,即在远端Cruziana痕迹相代表性痕迹化石Rhizocorallium之上59 m处的暗紫色泥岩中,发现Zoophycos(图 8C)。此层暗紫色泥岩厚40 cm,上覆一层厚约10 cm粉砂岩。下伏厚约20 m褐灰到浅灰含油粉砂岩。Zoophycos在岩芯纵切面上与层面平行或稍倾斜。其螺形构造呈纤细的螺纹,直达潜穴边缘,而与Rhizocorallium螺形构造相区分。露头所见Zoophycos其螺形构造可为席状、叶状、条带状或盘蜷的螺旋状。

Zoophycos曾被定义为沿岸地区的深海静水缺氧条件[17](风暴浪基面以下)到滨外深水环境产物,介于浅海区的Cruziana痕迹相和深海区的Nereites痕迹相之间。但不少研究者认为,Zoophycos的分布范围广泛,既可见于深水沉积,又可在浅海环境找到[18, 19, 20]。东濮凹陷沙河街组所见之Zoophycos,根据上下层位沉积环境变化综合分析,认为属于滨外深水环境。

3.2 开34井沙四段海进层序

(1) 羽状交错层理与前滨环境

在东濮凹陷黄河以南的开34#沙四段,从井深3 423.88 m到3 420.15 m的长约3.73 m岩芯中,依次观察到透镜层理(3 423.88 m、3 422.64 m)植物根迹(3 422.92 m)和羽状交错层理(3 420.15 m,图 8,9)。透镜层理由灰色、灰绿色泥岩,包裹透镜状灰色、灰白色粉砂岩而显示出来,厚约1~2 mm。植物根迹亦极细小,直径约1 mm。

羽状交错层理与透镜层理常见于潮间带的冲沟点坝和水道。Reineck[11]在现代北海嘉德湾(Jade Bay)潮坪所见之透镜层理砂中,包裹的泥质薄层厚度,小于1 mm,与东濮所见相仿。细小的植物根迹,被解释为潮上带和潮间带洼地生长的喜盐植物根,这在现代北海潮间带洼地常见[21]。在美国乔治亚萨皮罗岛更新世障壁岛旁侧,潮汐入口的狭长盐碱沼泽地带,亦常见[22]。综上所述,开34井深3 424~3 420 m这4 m岩芯记录,展示的主要是潮间带的前滨环境。(图 8)

在3 267~3 260 m取芯段,前滨环境仍得到延续,压扁层理(3 267.0 m)双向前积层理(3 266.81 m)的出现,便是明证。但在双向前积层理出现层位之上约半米处,依次见到痕迹化石ThalassinoidesMacaronichnus和超微实体化石颗石藻。显示沉积环境有了较大变化。

(2) ThalassinoidesMacaronichnus与临滨环境

Thalassinoides属于相对大型的潜穴系统,潜穴圆柱形,潜穴壁光滑,分叉呈Y形和T形。分叉处加大,潜穴在剖面上呈半月形或椭圆形。大部分潜穴系统是水平的,但亦有不规则的斜向分布。潜穴充填物如呈平行的纹理状,代表的是由重力诱导的被动充填;如果为人字形纹理,则说明是造迹生物的主动充填。Thalassinoides通常认为是十足目甲壳动物(美人虾)建造的居住或进食潜穴,潜穴壁衬很薄,甚至缺失,这说明造迹生物活动的底质黏结性较好,无需加固。Y形或T形连接处膨大,以利于居住在潜穴内的生物转身或繁殖。

ThalassinoidesCruziana痕迹相,见于下临滨和滨外环境,也见于咸水环境。如在咸水环境,其痕迹化石的分异度极低。考虑到本层段之上约3 m处,生物扰动可达70%,说明分异度不低,结合Macaronichnus的出现,解释所产层位沉积环境为临滨。

Macaronichnus为不规则层间生物潜穴,水平或稍倾斜。潜穴切面圆形,直径8~10 mm,长30~50 mm(图 9D)。潜穴充填物与纯净的石英砂质围岩相同,其潜穴轮廓由厚仅0.5 mm的薄层黑色物集中于潜穴壁形成壁衬而显现出来,是浅海生活的多毛虫的进食构造[23]

图 9 开34井沙四段海进层序记录 Fig. 9 Record of transgression sequence in Es4 of Well Kai 34

Macaronichnus造迹生物常生活于现代高能海岸地带,特别是上临滨至前滨[24, 25],潜穴虽然形成于高能环境,但保存潜力很大,这是因为造迹者在饱和氧通过循环进入水和砂层界面下数米的砂层内活动,震荡的波浪不能波及所致;造迹生物之所以能在这一生境生活,是因为砂层内有大量溶解的有机物,通过砂粒孔隙滤入,为造迹生物提供食物[26]。水和砂岩界面下数米处的生境,与水下沉积物表面的生境相比,沉积物下生境对造迹生物来说,环境相对稳定且可预测,加之那里作为食料的微生物丰富[27]。故Macaronichnus与临滨高能环境密切相关,因此成为滨海地区临滨地带,即平均低潮面以下2 m(参见图 6)的标志性痕迹化石[26]

(3) 颗石藻与滨外环境

颗石藻在东濮凹陷卫51井沙一段(钟筱春等,1988)文103井沙四段都有发现。本文观察到的颗石藻,产于开34井沙四段棕灰色粉砂质泥岩中(井深3 263.97 m)。泥岩厚约1.24 m,这一层段生物扰动强烈,可达70%。

颗石藻属海洋生活藻类,至今仅发现于海相沉积中[28]。此外,同沉积段受到强烈生物扰动,从痕迹学观点看,说明当时处在有利于各类海洋生物活动的滨外浅海环境,那里正常天气风浪,触及不到海底,有利于生物活动痕迹的保存。

4 沙河街组海侵层序与油气

本文讨论的文72-104井、开34井沙河街组海进层序,都存在丰富油气。其中以文72-104井为最。如图 6所示,在井深3 170~3 050厚120 m层段内,含油5层。油层厚度自下而上分别为5 m、2.2 m、2 m、5 m和12 m。

开34井海进层序,在所讨论的从井深3 424~3 260 m范围内,含油页岩两层。其中与颗石藻共生的油页岩,呈灰黄色,泥质含量40%,粉砂5%,黄铁矿2%~3%,页理明显,可燃。

值得指出的是,文72-104井与开34井海进层序内所含油气,都与固底底质控制痕迹相(Glossifungites ichnofacies)所标示的不连续界面有关。

4.1 固底底质控制痕迹相与不连续界面

所谓底质(Substrate),系指生物在水和沉积物界面生息繁衍的一段地层。据其固结程度有软底、固底、硬底之分。SkolithosCruzianaZoophycos等具环境意义的痕迹相带生物痕迹,皆属软底生物痕迹。而Glossifungites痕迹相带痕迹化石则属固底底质生物痕迹,其形成经历四个阶段:①原先的沙、泥底质被上覆沉积掩埋压缩脱水而僵化或半固化;②僵化或半固化底质若遇海面升降变化(如海进海退性侵蚀),便会遭受冲刷、削切、剥离而露在水和底质界面处;③此时如无沉积物进入,出现沉积间断,造迹生物就会在此沉积间断期,在僵、固底质上建造垂直、半垂直、U形或水滴形居住潜穴。Diplocraterion(垂直形)、Thalassinoides(半垂直的Y形)、Arenicolites(U形)等痕迹化石,就是在上述沉积间断期所产生的固定底质控制痕迹相的组成份子。因此地层柱子上若出现固底底质控制痕迹相,就可推断那里存在地层不连续的间断界面。

4.2 海侵层序内生油层与不连续界面

著名石油地质学者Chapman R E认为:大陆边缘裂谷盆地初期是裂谷活动和生长断层活动,接着是海侵和沉降,引发与海侵层序相关的不整合油气圈闭之形成。就渤海湾裂谷盆地而言,在东濮凹陷文留油田的文72-104井之沙三段海进层序之上,存在由Glossifungites固底底质痕迹相标志的地层不连续间断界面(图 6)。层序之内含油五层,总厚达26 m。石油主要储集于粉砂岩或泥质粉砂岩中。油的富集推测有两个原因:一是与沙河街三段含有丰富的沟鞕藻类、绿藻和疑源类(33个属)、颗石藻类(5个属)等油源母质有关;二是与固底底质控制痕迹相指示的不连续界面之封堵相关联。这种不连续界面,既起油气运移通道作用,又具封堵功能。以与文72-104井毗邻的文10-1井为例,在沙三段井深2 210~2 430 m的220 m砂泥岩层中,含沟鞕藻化石27层,相应地,同一层段发现油层22层,总厚6.5m;而在不远处的文95井,在2 560~2 900 m间的沙三段沉积中,富含沟鞕藻类化石26层,含油18层,油层累积厚8.85 m(见注3赵志清、蒋飞虎等,1990)。证明富含沟鞕藻类的砂泥岩既是很好的生油岩系又是储油岩系。这些生储岩系,如图 6所示,被封堵在固底底质控制痕迹相代表的沉积不连续界面之下,同时又被厚达140 m泥岩(井深3 049.80~2 910 m间)覆盖(据文72-104井综合录井图)。这一事实与不整合圈闭的必备条件:“即不整合面上沉积的是细粒沉积物,海水能量低于发生侵蚀作用和搬运侵蚀产物所需能量、不连续界面能把储集层封闭在最小位能空间内[29]”相吻合。因而东濮凹陷文72-104井沙三段油气圈闭不能排除海进层序与沉积不连续导致圈闭形成的可能性。

5 讨论和结论

表 1所列沙河街组发现的生物碎屑灰岩、生物介壳、鱼类、颗石藻、德弗兰藻以及磷灰石、海绿石等,从实体化石和岩矿两个侧面,反映沙河街组沉积时高位期的存在。

表 1 东濮凹陷沙河街组高位期沉积学与古生物学标志 Table 1 Sedimentologic and Palaeontologic indicators of highstand period in Shahejie Formation,Dongpu Depression
井号生物碎屑灰岩生物介壳鱼及鱼鳞颗石藻德弗兰藻磷灰岩海绿石作者
开333 244 m(S4)吴贤涛等
开332 375 m(S2)吴贤涛等
开332 280 m(S2)吴贤涛等
开332 121 m(S2)吴贤涛等
开333 038 m(S3)赵澂林等[33]
卫402 888 m(S4)赵澂林等[33]
濮深4Cleistosphaeridium(S3)赵志清等[34]
濮20spiniferites(S1)赵志清等[34]
文1032 711.27赵溦林等[33]
濮633 578(鱼骨)常承永等[35]
濮63艾氏鱼(S3)赵志清等[34]
开343 263.99吴贤涛等
开171 978.20~1 974.80陈晓东等
新卫162 665陈晓东等
卫20-142 731.08陈晓东等
卫20-1202 659.8陈晓东等
开162 304.5陈晓东等
毛21 780~1 810赵志清等
开282 146.42~2 147.78陈晓东等
开153 649~3 651.60陈晓东等
开22 307.08~2 308.90陈晓东等
马132 990~2 995陈晓东等
马古12 670~2 680陈晓东等
马古22 802陈晓东等
注:S1、S2、S3、S4分别为沙一段、沙二段、沙三段、沙四段。

1968年Emery将现代滨外(陆棚)沉积物分为:正常补给的物理碎屑;介壳碎屑;原地风化残留碎屑;盆内自生矿物(海绿石、磷灰石);火山碎屑以及早前沉积再平衡的残留碎屑等。Swift等[30, 31]将其简化为三种,即:陆架残留砂席、近滨现代砂柱和现代陆架泥席。并强调识别真正残留沉积物(relict sediments)和重塑沉积物(palimpsest sediments)之间差异的重要性。因为它能区分现时和早前环境并以此建立从近滨到内陆架的沉积物补给,随海面波动速率变化而变化的海进—海退模式[32]

图 10 开34井沙四段海进层序中沉积、痕迹和古生物记录 A.颗石藻;B. 生物扰动构造,注意层理只保留了左上角部分,其余均被生物活动破坏;C. 羽状交错层理;D.痕迹化石Macaronichnus,注意黑色物集中于潜穴壁而显示出痕迹轮廓。 Fig. 10 Ichnologic sedimentologic and palaeontologic records of marine transgression sequence in Es4 of Well Kai 34

众所周知,硅质碎屑沉积在浅海和边缘海,对海面升降特别敏感。本文记录到的海退层序,以前滨开始,至三角洲分流河道或后滨结束(图 2)。海进层序则从前滨上临滨开始至滨外结束(图 6)。这里所指的滨外,是最大浪基面以下(即水深5 m以下)的海域。

前已述及,渤海湾盆地是克拉通型近海盆地,在海洋分类上属于陆缘海(epeiric sea),而陆缘海从中生代Pangea古陆解体后,不存在像现今这样有大陆坡和陆架边缘,因此,滨外(offshore),精确地说,描述的是浅海带。也就是说,滨外和陆架是同义词,都用来描述浅海碎屑环境[14]

本文研究的沙河街组三、四段,采用的环境术语,如图 6所示,与北美白垩纪陆缘海通用术语相同,因为它能反应在海面相对变化情况下,在岩芯柱上,能显示由平均高潮面以上的后滨到平均低潮面以下5 m的滨外之相对变化。

研究说明,边缘海、浅海区,海面变化引发的由后滨到滨外的环境演替,通过痕迹学结合沉积学并辅之以古生物学,可加以识别。其海退和海进层序,在岩芯柱子上,能清晰地显示出来。

在缺乏实体化石作为相分析手段的东濮凹陷古近系研究中,植物根迹化石和动物痕迹化石,是有益和有效工具,用以判识低位期和高位期的沉积记录。

东濮凹陷沙河街组实例证明,海进层序相关层段,存在油气圈闭潜能。特别如文72-104井那样,海进层序覆盖在不连续界面之上的层段,其潜能更值得关注。

致谢 研究工作得到中原油气勘探开发研究院高级工程师蒋飞虎的帮助,国家自然科学基金委支持,王艳鹏、陈尧协助打字、制图,在此一并致谢。

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