查干花次凹位于松辽盆地南部长岭断陷的中部凹陷带, 西部与达尔罕断凸带相邻, 东部为双坨子低凸起。演化上经历了断陷期(下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组)、断坳转换期(下白垩统登娄库组)与坳陷期(下白垩统泉头组)三个阶段^[1-2], 断陷期查干花次凹为一西断东超箕状断陷(图 1), 受前三家子古隆起分隔形成南北两个次凹。本文以查干花南次凹为解剖区, 重点针对断陷期下白垩统沙河子组与下白垩统营城组地层开展精细研究, 总结层序格架及其内部沉积体系充填演化特征, 以期为毗邻断陷湖盆的层序、沉积认识提供借鉴。

1 层序地层格架的建立

松辽盆地南部断陷层包括了火石岭组、沙河子组与营城组。其中, 火石岭组为断陷初期, 断陷湖盆形态尚不明显, 地层分布相对局限; 沙河子组为断陷中期, 拉张应力作用下断陷湖盆大量形成, 构成了洼隆相间的沉积期古地貌; 营城组为断陷晚期, 也是断陷湖盆的主要扩张期, 在湖扩影响下众多小型断陷湖盆开始互相连通形成统一湖盆。相对而言, 火石岭组地层分布局限, 对本区断陷层认识的指导与借鉴意义较低, 所以, 本文主要针对沙河子组与营城组地层开展层序格架及沉积充填特征分析。

1.1 层序界面的识别与追踪

各级层序界面的刻画是层序地层格架建立的基础^[3-4], 利用单井层序旋回与地震反射结构识别相结合, 在本区可以有效判定层序界面性质。从追踪刻画结果来看, 查干花南次凹沙河子组-营城组可识别的关键界面主要有8个, 包括4个三级层序界面、3个最大湖泛面与1个初始湖泛面(图 2)。

(1) SB1为沙河子组三级层序底界面(沙河子组底界面), 受前三家子低凸起影响在南北次凹内不连续分布, 由南向北上超于低凸起之上。界面之下未见显著削蚀, 为上超退积反射结构。界面本身为一套连续性较好的波谷, 中-中强振幅, 南次凹内部可连续追踪。

(2) mfs1为沙河子组三级层序的最大湖泛面, 仅在南次凹发育, 向北上超于低凸起之上。界面之上可见S型前积反射结构, 界面本身为一套连续性好的波谷, 在南次凹内可连续追踪, 强振幅、高频, 表现出界面上下较大的岩性组合差异。

(3) SB2为沙河子三级层序的顶界面(沙河子组顶面), 向北上超于低凸起之上。界面之上发育下切谷与双向上超反射结构^[5], 界面之下可见沙河子组地层被削蚀。界面本身为一套连续性较好的波峰, 中-中强振幅, 南次凹内部可连续追踪。

(4) ffs1为营城组早期三级层序的初始湖泛界面, 仅在查干花南次凹发育, 同样向北上超于低凸起之上。界面之上为上超退积反射结构^[6]、波阻为平行-亚平行反射特征, 界面之下波阻反射较为杂乱、连续性较差。ffs1在地震上为一套连续性略差的波谷, 中弱振幅, 反映了界面上下岩性组合差异较小。

(5) mfs2为营城组早期三级层序的最大湖泛面, 同时也是南北次凹的首次连通界面。界面之上发育复合斜交型前积反射结构^[7], 波阻连续性好、呈平行-亚平行下超于mfs2。该界面在地震上为一套连续性中等的波谷, 中-中弱振幅, 查干花次凹范围内可追踪闭合。

(6) SB3为营城组早期三级层序顶界面, 在查干花次凹内稳定分布。界面之上, 湖盆低部位可见双向上超结构, 其上为上超-视削截反射组合^[8]。界面之下, 在盆地边缘附近可见削截现象, 前积结构明显。界面本身为强振幅波峰, 连续性好, 可追踪性强。

(7) mfs3是营城组晚期三级层序的最大湖泛面, 界面之下波阻特征为平行-亚平行、连续性较好, 界面之上波阻为连续性好的平行反射。mfs3同样可在全区追踪, 为一套中-中强振幅、连续性较好的波谷。

(8) SB4是营城组晚期三级层序的顶界面(营城组顶面), 为强反射、高频、连续性好的波峰在全区分布稳定。其下, 为一套连续性好的平行反射结构, 研究区内未见显著削截现象。

1.2 钻井层序界面响应

三级层序内部, 不同体系域具有不同的叠加方式与岩性组合, 层序界面上下往往具有较大差异, 在测井、录井也会表现出相应的电性、岩性变化。以过典型层序剖面的S10井为例(图 2), 层序界面SB2、SB3、SB4在钻井上均对应于明显的岩性变化面, 在伽马曲线上具有清晰的突变界面。层序内部的初始湖泛面与最大湖泛面, 虽然其上下岩性差异相对较小, 但在叠加方式上具有明显不同。湖泛面之下为加积或退积型叠加, 在本区表现为一套箱型-齿化箱型为主的正旋回组合; 湖泛面之上发育进积式叠加, 在测井曲线上主要为指状-箱型的反旋回特征^[9]。

1.3 层序界面的识别与追踪

受控盆拆离断层分段活动影响, 查干花南次凹形成要略早于北次凹, 所以南次凹地层发育更为完整、可识别的三级层序数量也要多于北次凹。参考前人认识^[10], 综合地震、钻井层序划分结果, 在本区断陷层共识别出3个三级层序, 各三级层序之间为局部不整合接触(表 1)。SQ1对应于沙河子组地层, 在南次凹可识别、北次凹全部缺失(图 2)。营城组可识别出SQ2与SQ3两个三级层序, 其中, SQ2在南次凹发育完整, 在北次凹则缺失了下部低位体系域(LST); SQ3在南北次凹发育特征基本一致^[11-13]。

2 层序格架内沉积充填特征 2.1 典型沉积相类型

通过岩心、测井、录井资料精细分析, 结合湖盆构造演化与古沉积环境认识, 确定研究区发育的主要沉积相类型为扇三角洲、近岸水下扇与湖泊, 钻井可识别的亚相类型有6种、微相类型有10种(表 2)。

(1) 扇三角洲

本区扇三角洲具有搬运距离短、沉积迅速的特点, 沉积物粒度较粗、整体成熟度偏低, 目前有钻井资料揭示的主要包含了扇三角洲平原和前缘的水下分流河道沉积。

① 扇三角洲平原亚相:以水上分流河道微相灰色砾岩和含砾粗砂岩粗碎屑沉积为主, 夹水上分流河道间微相棕红色粉砂质泥岩或泥岩薄层, 电性上表现为高幅箱型或钟形组合。

② 扇三角洲前缘亚相:受近源快速沉积影响, 本区扇三角洲前缘河口坝相对不发育, 钻井揭示的主要为水下分流河道与河道间微相。水下分流河道以厚层砂砾岩、含砾砂岩为主要岩性, 成分成熟度、结构成熟度偏低, 分选差、砾石呈次圆-次棱状, 砾石最大直径可达9 cm, 颗粒支撑为主, 砾石定向性较差, 常见冲刷面、正粒序, 局部可见平行层理、植物茎杆化石和碳屑, 为齿化箱型或钟形电性特征。水下分流河道间主要由灰黑色泥岩组成, 也可由互层粉砂岩和泥岩组成, 常见水平层理、变形层理、透镜状层理, 测井曲线起伏小、呈低幅齿状。

(2) 近岸水下扇相

本区近岸水下扇主要产生于断陷盆地陡坡侧的生长断层附近, 可细分为内扇、中扇和外扇三个亚相。

① 内扇亚相:包含了主沟道和主沟道外两个微相。主沟道微相主要由混杂堆积砾岩和杂基支撑的砂砾岩组成, 砾石成分复杂、分选差、不定向排列, 最大直径10 cm, 常见正粒序、冲刷面, 局部含泥质撕裂块与漂砾, 反映了内扇沉积过程中物源充足、高能快速堆积的特征, 电性显示为中高幅箱型或齿化箱形。主沟道外微相是搬运过程中溢出主沟道的沉积组分, 主要岩性为含砂、砾的暗色泥岩, 粒度上明显细于主沟道, 岩石成分成熟度、结构成熟度极低, 常见漂砾及不规则状砂砾质团块, 发育同生变形和滑塌构造, 电性特征为中低幅指状^[14]。

② 中扇亚相:是水下扇沉积的主体, 可进一步细分为辫状沟道微相和沟道间微相。辫状沟道微相, 主要由杂砂岩和含砾中、细砂岩组成, 成分成熟度较低、结构成熟度中等, 以颗粒支撑为主, 砾石排列多不具有定向性。局部含有泥质撕裂块及泥质漂砾, 泥质撕裂块多呈棱角状, 而泥质漂砾则因受挤压而通常显得较为圆滑。主要发育块状层理、平行层理、包卷层理、变形层理、搅混构造及正粒序, 正粒序底部多具冲刷面且冲刷面之下可伴有重荷膜和火焰构造, 局部可见到漂砾、同沉积微断层、震裂缝、碎屑脉, 电性特征为中幅指状或齿化钟形。沟道间微相粒度偏细, 以砾质、泥质粉细砂岩与暗色泥岩互层沉积为主, 成分成熟度和结构成熟度低, 发育滑塌构造、包卷层理、鲍马序列及同沉积微断层, 同样可见液化成因的碎屑脉, 但碎屑脉规模及粒度明显小于辫状沟道沉积, 电性显示为低幅齿状。

③ 外扇亚相:由粒度较细的浊积岩夹于半深湖相泥岩中组成, 岩性主要为粉砂岩和泥岩, 偶尔夹细砂岩或中、粗砂岩, 发育鲍马序列、透镜状层理、变形层理及砂球构造。电性特征为指状或低幅齿状^[15]。

(3) 湖泊相

本区湖泊相以半深湖亚相为主, 沉积物粒度偏细, 岩性主要为灰黑色、黑色泥岩夹粉砂质泥岩, 测井上为低幅微齿状。

2.2 层序与沉积体系演化

查干花南次凹形成早于北次凹、地层发育更为完整(图 2), 针对南次凹开展层序与沉积体系演化研究更具代表性。

层序格架控制着沉积体系的充填演化^[16-18], SQ1为断陷初期, 湖盆范围较小但水深坡陡, 受古地貌与断层活动频繁影响, 此时区内主要发育近岸水下扇沉积。近岸水下扇主物源西南, 沿陡坡带控盆断裂一侧呈扇群式展布, 扇体延伸方向近东西向(图 3), 多期扇体叠置前积形成厚度较大的高位域(HST)碎屑岩沉积。

受控盆断裂活动减弱影响, SQ2早期发生快速水退, 沉积环境与沉积体系发生改变(图 3)。低位域(LST)时, 在近湖盆中心位置发育了厚度较大的扇三角洲粗碎屑沉积, 在湖盆边界位置局部发育下切谷充填; 水进体系域(EST)内部, 伴随湖盆水体扩张, 扇三角洲逐渐向盆地边缘退积^[19]; mfs2之后湖扩停止, 在高位域(HST)开始发育大规模扇三角洲进积, 形成了纵向上由前缘到平原的反旋回沉积组合^[20]。

SQ3时期断层活动进一步减弱, 湖盆范围扩张但水深变浅, 沉积体系展布特征与SQ2相似(图 3)。不同之处在于, 低位域不发育, 水进体系域(EST)扇三角洲退积范围更大、高位域(HST)进积体系更为宽缓^[21]。

3 结论

(1) 利用钻井沉积旋回与地震反射结构相结合, 在本区识别出3个三级层序界面、2个最大湖泛面与1个初始湖泛面。总结各界面地震、测井响应特征, 将查干花南次凹断陷层沙河子-营城组划分为3个三级层序、6个体系域, SQ1层序仅有LST, SQ2层序发育完整的LST、EST、HST, SQ3层序缺失LST。

(2) 利用岩心、测井、录井资料, 结合湖盆构造演化与古沉积环境分析, 确定研究区发育的主要沉积相类型为扇三角洲、近岸水下扇与湖泊, 可识别的亚相类型有6种、微相类型10种。

(3) 查干花南次凹层序发育与沉积体系演化相对完整, 受控盆断裂活动减弱影响, SQ1主要为近岸水下扇, SQ2逐渐变为以扇三角洲沉积为主, SQ3湖盆范围增大、扇三角洲宽缓展布。