沾化凹陷孤北洼陷东三段沉积体系类型及差异分布

张伟涛，赵瑞星，邓涛，董艳蕾，滕宝刚，聂银兰，季芬，杨富财

（1.中国石化胜利油田分公司桩西采油厂，山东 东营 257000；
2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；
3.山东佳业石油科技有限公司，山东 东营 257000）

渤海湾盆地系典型的断陷盆地，油气资源十分丰富。前人对渤海湾盆地古近系沙河街组和东营组沉积体系开展了系统研究，认为该体系发育冲积扇、河流、三角洲、重力流和湖泊相等多种类型沉积［1-5］。历经60多年的油气勘探，目前渤海湾盆地已经进入了以复杂隐蔽油气藏为主的精细勘探阶段，并且明确渤海湾盆地古近系沙河街组沙四上亚段—东营组是下一步油气精细勘探增储上产的有利层段［6-7］。孤北洼陷是渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷中北部的一个负向构造单元，为典型的富含油气资源的断陷湖盆，也是古近纪重要的沉积中心［8-10］。随着孤北洼陷精细勘探的不断深入，发现孤北洼陷靠近埕东凸起和孤岛凸起的多口井位在东营组东三段（简称东三段或Ed3）都有油斑和油迹显示，表明东三段勘探潜力较大，值得进一步深入研究。

勘探实践表明，沉积体系的研究是指导东三段有利含油气区带预测的重要基础。然而，孤北洼陷构造活动复杂，沉积洼陷多，沉积体系复杂，沉积相变化快，虽然近年来开展了相关研究工作［8-15］，但与沙河街组相比，东三段的研究程度较低，业内对沉积相带类型的认识存在不同观点［10-15］。实际上，孤北洼陷东三段砂体分布广，且类型繁多，兼具牵引流和重力流2 种成因；
不同的砂体类型，其平面上的连通性和垂向上的叠置样式都存在明显差异，导致对有利储层分布范围与分布规律难以描述，影响了精细油气勘探开发。因此，本文综合利用岩心、钻测井和全区三维地震资料，开展岩心相、测井相和地震相综合研究，以期阐明孤北洼陷东三段的沉积类型和时空差异分布特征，并预测有利储集相带的分布。

孤北洼陷西以埕东断层与埕东凸起相接，北以桩南断层与桩西潜山相邻，东以长堤断层与长堤凸起相连，南以孤北断层与孤岛凸起相接（见图1）。东营组沉积时期，埕东凸起和孤岛凸起曝露于水面之上，而长堤凸起浸没水下，但所处区域水位较浅。其中，孤北洼陷西缘和北缘为断裂陡坡带，南缘和东缘为断裂缓坡带，是典型的双断断陷湖盆。按照构造特征，孤北洼陷可进一步划分为孤北鼻状构造带、桩南鼻状构造带、东次洼和西次洼等4 个构造单元，面积约300 km2。

图1 沾化凹陷孤北洼陷工区位置及地震剖面特征［16-18］Fig.1 Location and seismic profile characteristics of Gubei subsag of Zhanhua Sag［16-18］

孤北洼陷最老的地层是以强烈褶皱和断裂变动为特征的太古界泰山群；

泰山运动后，全区抬升遭受剥蚀，缺失元古界沉积；
早加里东运动时，全区整体沉降，形成寒武系—奥陶系碳酸盐岩建造，晚期又振荡上升遭受剥蚀；
海西运动时再次沉降，形成石炭系—二叠系海陆交互沉积，末期继续抬升，大区域缺失三叠纪沉积；

印支运动致使部分区域接受陆相沉积；

燕山运动期，济阳断陷盆地雏形初现；
喜山运动期，断陷盆地进一步发展，形成凸凹错列的构造格局，充填了巨厚的古近纪沉积，由下而上依次为孔店组、沙河街组以及东营组［19-20］。孤北洼陷东营组以深灰色、褐灰色、灰绿色泥岩，泥质粉砂岩为主，夹多层浅灰色含砾砂岩和灰绿色砂质泥岩、粉砂岩；
自下而上可分为东三段、东二段和东一段，其中东三段厚度在100～600 m。

东三段沉积时期，整个沾化凹陷孤北洼陷内部持续伸展拉张，研究区除了靠近埕东凸起陡坡带的高部位曝露水面，其他地区均处于水下。基于区域地质背景调研，依据对岩心观察与描述、测井曲线形态和地震反射特征的分析，认为孤北洼陷东三段主要发育近岸水下扇、辫状河三角洲、滑塌浊积扇和湖泊等沉积相（见图2）。

图2 沾化凹陷孤北洼陷东三段地震相特征Fig.2 Seismic facies characteristics of Ed3 in Gubei subsag of Zhanhua Sag

2.1 近岸水下扇

近岸水下扇沉积体系主要发育在孤北洼陷西侧边界断层——埕东断层的下降盘，是由洪水将埕东凸起的风化产物直接带入深水区并淹没在深湖泥岩中沉积而成，其沉积范围较小，呈裙边状沿埕东断层分布。研究区近岸水下扇发育内扇、中扇和外扇3 个亚相。内扇包括主水道和水道侧缘2 个微相；
中扇是近岸水下扇的主体部分，包含辫状水道和辫状水道间2 种微相［21-27］。地震反射特征为分布在埕东断层根部的楔形反射，扇体内部反射较弱（见图2a）。

内扇主水道有以下几个沉积特征：1）岩性主要为灰白色、灰色砾岩和砂砾岩，质不纯，多含泥质成分，杂基支撑，见漂砾，内部发育小型同生正断层，具有洪水作用导致的近源快速堆积特点（见图3a—c）；
2）砾石成分复杂，磨圆、分选差，多为棱状—次棱状，砾石冲刷面也见磨圆较好的大砾石，粒径可达5 cm 以上；
3）多见正粒序，以块状层理为主，单个旋回沉积厚度基本在0.5～3.0 m；
4）自然伽马（GR）测井曲线呈齿化箱形（见图4，桩37 井）。主水道间积岩性较细，呈灰色粉砂岩、砂质泥岩和泥岩组合特征，GR 测井曲线多为中幅齿形（见图4）。

图3 沾化凹陷孤北洼陷东三段岩心特征Fig.3 Core characteristics of Ed3 in Gubei subsag of Zhanhua Sag

图4 孤北洼陷东三段近岸水下扇沉积序列特征Fig.4 Sedimentary sequence characteristics of nearshore subaqueous fan in Ed3 in Gubei subsag

中扇辫状水道主要沉积特征表现为：1）岩性以灰色、灰白色含砾砂岩和砂岩为主，沉积序列以正粒序为主，单个序列的厚度在0.3～1.0 m（见图3d）；
2）砾石粒径相对内扇较小，粒径范围集中在0.2～3.0 cm，砾石磨圆、分选相对内扇较好，多为次棱状—次圆状，可见冲刷面；
3）GR 曲线呈箱形（见图4）。辫状水道间常见具有块状层理的灰质泥岩、砂质泥岩和泥岩组合（见图3e），对应的GR 曲线为低幅齿形（见图4）。

外扇分布在近岸水下扇的末端，形成于地形较为平坦的深湖区，岩性较细，以灰色粉砂岩、砂质泥岩、灰质泥岩和暗色泥岩为主，为下部砂岩含量较高而上部泥质含量高的正粒序沉积，可见水平层理和波状交错层理（见图3f），GR 测井曲线呈现宽缓指形特征。

孤北洼陷东三段近岸水下扇发育在断陷盆地发展阶段。此时湖盆范围较大，水体较深，有利于在埕东断层下降盘发育近岸水下扇沉积。自下而上沉积序列表现为以快速堆积为特征的内扇沉积亚相、以辫状水道沉积为特征的中扇沉积亚相，以及以暗色泥岩和砂质泥岩组合为特征的外扇沉积亚相。平面上，近岸水下扇扇体随着搬运距离增大，沉积物的粒度相对变小，呈现规律性地展布，即从内扇巨砾、粗砾为主的砾岩，到中扇的含砾砂岩、砂岩，再到外扇的粉砂岩和暗色泥岩。纵向累计厚度介于10～80 m，平面延伸距离2～4 km。

2.2 辫状河三角洲

孤北洼陷东三段沉积时期，在南部孤岛凸起北坡和东部缓坡发育了辫状河三角洲。根据沉积特征，辫状河三角洲可分为辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和前辫状河三角洲3 个亚相，研究区东三段沉积时期主要发育辫状河三角洲前缘亚相。

辫状河三角洲前缘亚相是辫状河三角洲中最为发育的亚相［28-29］，整体处于水下，由水下分支河道、水下分支河道间、河口坝和远砂坝4 个微相组成。研究区河流冲刷改造作用较强，因而河口坝和远砂坝2 种沉积类型不太发育。

水下分支河道是辫状河三角洲前缘最重要的沉积单元，以高含量的粗碎屑沉积供给为特征，在地震剖面上可以看到前积反射特征（见图2b），发育具有牵引流特征的层理构造。研究区水下分支河道的沉积特征主要表现为：1）岩性主体为灰色或灰黄色粗砂岩、中细砂岩、粉砂岩和泥/灰质砂岩；
2）岩心可见多期河道的叠覆冲刷现象，多发育灰黑色纹层状泥岩，且发育平行层理、槽状交错层理、楔状交错层理等牵引流沉积构造（见图3g）；
3）测井曲线整体表现为齿化箱形、钟形和指形的特征（见图5，桩8-3 井）。

图5 孤北洼陷东三段辫状河三角洲前缘沉积序列特征Fig.5 Sedimentary sequence characteristics of braided river delta front in Ed3 in Gubei subsag

研究区南部和东部均发育辫状河三角洲，但其水下分支河道的沉积特征有差异：南部孤岛凸起北坡发育的辫状河三角洲前缘水下分支河道岩性较粗，可见砾岩冲刷面，颜色较浅，以灰白色为主，灰黑色泥质纹层相对较少，砂岩单层厚度在3～5 m；
而东部缓坡发育的三角洲前缘水下分支河道沉积，岩性相对较细，以细砂、粉砂和泥质砂岩组合为特征，少见砾岩冲刷面，基本是中细砂冲刷泥质砂岩和泥岩，泥岩颜色相对南部的较深，多见灰黑色泥质纹层。这表明研究区南部的物源相对东部的物源较近，因而粒度较大，且南部的水体相对较浅。

水下分支河道间沉积物粒度较小，多为灰色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和泥岩（见图3h），GR 测井曲线呈齿化线形（见图5）。孤北洼陷东三段辫状河三角洲前缘沉积垂向上自下而上依次为发育冲刷构造、以粗粒砂岩为主的水下分支河道沉积，和以粉砂岩、泥质砂岩和泥岩组合为特征的水下分支河道间沉积，沉积厚度多为3～5 m；
平面上，随着与物源距离的增大，辫状河三角洲前缘沉积粒度逐渐变小，逐渐过渡到湖相泥岩。

2.3 滑塌浊积扇

在辫状河三角洲沉积过程中，由于辫状河三角洲前缘沉积物的快速侧向沉积，沉积界面倾角不断增大，造成沉积物在自身重力作用下，在其前方发生滑塌，形成舌形或椭圆形滑塌浊积扇砂体［30-33］。滑塌浊积扇砂体在平面上常与三角洲等近源沉积体相伴生；
在剖面上也与三角洲等扇体呈互层状产出；
在地震剖面上表现为中强振幅、中连续丘状反射双向下超结构，向湖盆方向地震波振幅逐渐变弱、连续性变好（见图2c）。

研究区东三段滑塌浊积扇的主要沉积特征表现为：1）岩性由灰白色—灰色含砾砂岩、中细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩组成，整体上为向上粒度逐渐变细的正韵律，单个韵律厚度在3～15 cm，砂层累计厚度可达30 m 以上，顶底与暗色泥岩突变接触；
2）颗粒分选较好，磨圆中等，可见泥砾和暗色泥质纹层，多发育块状层理、平行层理、波状层理和变形层理（见图3i—l）；
3）SP 曲线特征响应为齿化钟形和箱形（见图6，桩791 井）。

图6 孤北洼陷东三段滑塌浊积扇沉积序列特征Fig.6 Sedimentary sequence characteristics of slumped turbidite fan front in Ed3 in Gubei subsag

孤北洼陷东三段滑塌浊积扇主要发育在辫状河三角洲前缘的前端和断裂带附近。

垂向上，发育多个向上粒度变小的正韵律沉积，底部多见冲刷面；
平面上，滑塌浊积扇的单个扇体面积较小，介于1～6 km2，发育数量较多，受构造活动和物源供给的影响，各扇体的厚度也不尽相同，最大砂体厚度可达20 m 以上。

2.4 湖泊

孤北洼陷东三段沉积时期湖盆范围较大，水体相对较深。湖相沉积体系在洼陷内部极为发育，地震剖面上表现为中—强振幅的平行—亚平行反射（见图2d）。

按沉积特征和发育位置区分，湖泊相主要分为滨浅湖和半深湖—深湖亚相。滨浅湖亚相以浅灰色、灰绿色泥岩，泥质粉砂岩，灰质粉砂岩和粉砂岩为主，沉积微相包括湖泥和滩坝。湖泥多为块状层理，质不纯，可见砂质泥岩、灰质泥岩和炭屑，GR 或SP 测井曲线多为微齿形（见图3m、图7）；
滩坝多为细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩的组合，整体呈反韵律特征，测井曲线特征表现为漏斗形（见图7，桩32 井）。半深湖—深湖亚相主要沉积物为厚层灰黑色湖泥，发育块状层理和水平层理（见图3n），SP 测井曲线呈低幅度或近平直线形泥岩基线特征（见图7）。

图7 沾化凹陷孤北洼陷东三段湖泊沉积序列特征Fig.7 Characteristics of lacustrine sedimentary sequence in Ed3 in Gubei subsag

湖泊相沉积在孤北洼陷东三段沉积时期广泛发育。垂向上，自下而上依次发育半深湖—深湖灰黑色泥岩和滨浅湖浅灰色泥岩夹薄层细砂岩、粉砂岩沉积；
平面上，滨浅湖亚相多发育在洼陷边缘，半深湖—深湖沉积发育在洼陷内部，沉积厚度可达500 m。

孤北洼陷东营组东三段沉积时期湖盆基底沉降缓慢，水体相对闭塞，湖盆水体较深，地层厚度大。此时，西部埕东凸起、南部孤岛凸起和东南部垦东-青坨子凸起供源；
埕东凸起陡坡带发育近岸水下扇，东部缓坡和南部孤岛凸起缓坡带发育辫状河三角洲前缘沉积；
洼陷内部，由于构造活动和沉积地形的影响，使得辫状河三角洲前缘沉积发生滑塌，在前方形成滑塌浊积扇（见图8、图9，BB′剖面线位置见图8）。东三段沉积时期沉积物具有多点供源、多类沉积的特点，受断层活动影响，沉积体系分布具有明显差异（见图8）。

图8 孤北洼陷东三段沉积相平面分布Fig.8 Planar distribution of sedimentary facies in Ed3 in Gubei subsag

图9 孤北洼陷东三段沉积南东向（BB′）地震相剖面Fig.9 Southeast （BB′）seismic facies profile in Ed3 in Gubei subsag

综合分析认为，孤北洼陷东三段沉积相类型主要受控于构造活动和古地貌。

构造作用控制盆地沉积展布。东三段沉积时期，埕东断层活动强烈，断距非常大，达1.5 km，因而近岸水下扇具有厚度大、面积小、向湖盆方向推进距离短的特征。

近岸水下扇基本围绕埕东凸起呈裙边展布，发育多个扇体：在埕东断层中段发育的扇体规模最大，扇体宽度可达5 km；
南段和北段发育的扇体规模较小，向湖盆推进2 km 左右，扇体宽度在1～2 km。洼陷内部发育了多个滑塌浊积扇，规模大小从1 km2到6 km2不等，扇体规模主要受辫状河三角洲水下分支河道砂体的延伸距离和断层活动的强弱所控制——距离三角洲前缘砂体近，则扇体规模一般较大（见图8）。南部孤岛凸起和东部缓坡带处，由于距离供源区较近，地形坡度较缓，受断层活动的影响相对较弱，因而稳定发育了一套辫状河三角洲前缘沉积，其中东部的沉积物粒度相对南部较小，主要是由于距物源垦东凸起的距离远。

古地貌对沉积也有重要控制作用。东三段沉积期研究区存在两大沉积中心，分别位于其西侧（桩896—桩73 井区以西）和其东南侧（桩243 井区以东、桩8-3井区以南）：西侧沉积中心最大地层厚度可达600 m，主要为半深湖—深湖亚相和近岸水下扇沉积；
东南侧沉积中心较西侧沉积中心的地层更薄一些，地层最厚在300 m，地层坡度相对较缓，沉积相类型以半深湖—深湖亚相和滑塌浊积扇为主。中部整体地势较高，呈南北条带状展布，沉积物厚度在200～300 m，主要发育辫状河三角洲前缘和滨浅湖沉积，中北部发育滨浅湖沉积和滑塌浊积扇；
东北部地势相对更高，沉积物厚度在100～200 m，主要为辫状河三角洲沉积。

不同类型沉积相带的颗粒组分、粒度大小、分选性、泥质含量、沉积构造、沉积厚度等都具有一定的差异，从而导致储层优劣存在差异。受缓坡带与陡坡带的地貌限制，孤北洼陷东三段储集相带类型主要发育缓坡带辫状河三角洲砂体、陡坡带近岸水下扇砂体和中部洼陷滑塌浊积扇砂体。

近岸水下扇砂体埋深在2 200～2 900 m，单砂体厚度在0.5～15.0 m，岩性以砾岩和砂岩为主，分选、磨圆差，成分和结构成熟度低；
且砂体规模较小，面积多数小于10 km2，粗粒相带集中于近端且横向变化快，孔隙度在6%～13%，渗透率在0.2×10-3～3.0×10-3μm2，储层物性较差。

辫状河三角洲前缘砂体埋深在2 400～3 100 m，单层砂体厚度为1.0～5.0 m，岩性以细砂岩和粉砂岩为主，分选和磨圆中等偏好，成分和结构成熟度中等偏低。另外，南部砂体埋深相对较浅，粒度较大，孔隙度在14%～21%，渗透率为8.0×10-3～45.0×10-3μm2，单砂体厚度在3.0～5.0 m，储层物性相对较好；
东部砂体埋深在2 700～3 100 m，沉积粒度较小，泥岩含量高，单砂体厚度小（1.0～3.0 m），储集物性中等偏差。

滑塌浊积扇砂体主要由辫状河三角洲砂体滑塌形成，埋深在2 700～3 200 m，粒度相对偏小，分选较好，多为含砾砂岩和砂岩，成分和结构成熟度较高。单砂体厚度在1.0～24.0 m，孔隙度在12%～20%，渗透率为3.0×10-3～70.0×10-3μm2，储集物性较好。

综上所述，距物源区较远，结构成熟度偏好，对储层发育较有利［34］。滑塌浊积扇相带储层质量好于辫状河三角洲相带，近岸水下扇沉积相带相对较差。因此，滑塌浊积扇和辫状河三角洲相前缘砂体是有利的精细勘探目标。

1）本文综合岩心、录井、测井曲线和三维地震资料，明确了沾化凹陷孤北洼陷东三段的沉积相类型和时空差异分布特征。

2）沾化凹陷孤北洼陷东三段沉积时期，总体湖盆水体较深，滨浅湖和半深湖—深湖沉积占主导地位。滨浅湖主要发育在洼陷边缘部位，以浅灰色、灰绿色块状层理的泥岩沉积为主体，夹薄层粉砂岩和泥质粉砂岩，半深湖—深湖主要发育厚层灰黑色块状泥岩。

3）埕东凸起断裂陡坡带主要发育近岸水下扇沉积，岩性主要是粗粒的砂砾岩、粗砂岩等与细粒的粉砂岩、泥岩的组合，整体呈正韵律特征；
邻近南部孤岛凸起和东部的长堤低凸起缓坡带发育了辫状河三角洲前缘沉积，以多个向上变细的正韵律层序叠覆为特征，多见平行层理、槽状交错层理和楔状交错层理；
滑塌浊积扇主要发育在洼陷内部断层活动处，主要沉积特征为砂岩顶底与暗色泥岩突变接触，可见包卷层理和变形层理。

4）在沾化凹陷孤北洼陷东三段不同沉积成因砂体中，滑塌浊积扇相带的储层质量好于辫状河三角洲相带，近岸水下扇沉积相带相对较差。

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