渤海海域古近系三角洲沉积体系分布与演化规律＊

李建平 周心怀 吕丁友

（中海石油（中国）有限公司天津分公司）

目前渤海海域油气储量主要分布于凸起上的新近系［1］。随着勘探程度的不断深入，凸起上可供勘探的披覆构造越来越少，渤海的勘探逐渐从凸起转入凹陷，从浅层新近系转入深层古近系。古近系不仅是渤海海域主要的生油层系［2－4］，还是重要的储油层系，古近系砂岩储层与油源直接沟通，具有优越的油源和运移条件，深入研究古近系砂岩储层特征和分布是凹陷内古近系油气勘探的重要基础。三角洲沉积体系是渤海海域各凹陷古近系最重要的砂岩储层成因类型，开展渤海古近系三角洲沉积体系分布规律研究对该地区的油气勘探具有重要意义。

渤海海域在古近纪以来表现为断陷和拗陷叠置结构，其构造演化具有多幕裂陷、多旋回叠加、多成因机制复合的特征，经历了古近纪裂陷沉降阶段和新近纪—第四纪裂陷后热沉降阶段，基本完成了一个完整的裂陷作用旋回［5］。古近纪裂陷沉降阶段渤海海域呈断隆和断凹相间的构造古地貌格局［6－7］，裂陷作用具有幕式渐进发展的特征，进一步可划分为4个裂陷伸展期，分别与孔店组—沙河街组四段、沙河街组三段、沙河街组二段—沙河街组一段及东营组沉积层的发育时期相对应［8－9］。由于渤海海域古近纪初始裂陷期（裂陷Ⅰ幕）发育的断陷规模小，所形成的孔店组—沙河街组四段沉积地层分布较为局限，因此本文重点研究沙河街组三段到东营组的三角洲沉积体系的分布及演化规律。

1 三角洲沉积体系类型及特征

1.1 扇三角洲

研究区扇三角洲在地震剖面上表现为中弱振幅、中低连续楔形前积反射结构（图1），根据沉积环境和沉积物特征，可进一步划分为扇三角洲根部、扇三角洲前缘和前扇三角洲等3个亚相。

扇三角洲根部由泥石流和水道沉积组成（图1）。泥石流沉积由砾石、砂、泥混杂堆积而成，分选极差，可见正递变层理和反递变层理；砾石杂乱分布，砾石长轴往往不具定向性。水道沉积由砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩组成，沉积物分选、磨圆较好，砂岩的粒度分布概率曲线为典型的两段式，砾石多呈叠瓦状排列或定向排列，可见大型斜层理和大型交错层理；测井曲线多为带小锯齿的中高幅箱形。

扇三角洲前缘由近端坝和远端坝沉积组成。近端坝主要由砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩组成，夹薄层暗色粉砂质、泥质沉积，可见大型斜层理、大型交错层理和叠瓦状排列或定向排列的砾石，砾石多为次圆状；砂岩粒度分布概率曲线为三段式，粒度φ值以－3～2为主，反映经过较强的水流分选和搬运磨蚀；可见少量砾石、砂、泥混杂堆积而成的水下泥石流沉积。远端坝由含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩与暗色泥质岩不等厚互层组成，可见大型斜层理、大型交错层理、波纹层理、波纹交错层理和定向排列的砾石，夹滑塌沉积。

图1 渤海海域古近系扇三角洲地震反射与沉积特征

前扇三角洲沉积主要由暗色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩组成，可见块状层理、水平层理，常夹湖底扇沉积。

1.2 辫状河三角洲

研究区辫状河三角洲在地震剖面上表现为中强振幅、中高连续前积反射结构（图2），可进一步划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等3个亚相。

辫状河三角洲平原主要由辫状河道和河道间沉积组成（图2）。辫状河道沉积主要岩石类型有砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩和中砂岩，砾石定向排列，发育大型交错层理，向上变细，与下伏灰绿色、紫红色泥岩冲刷接触，与上覆灰绿色、紫红色泥岩突变接触；测井曲线以高阻、低伽马、盐水泥浆自然电位正高异常的钟形或箱形为特征；砂岩粒度分布概率曲线以两段式为主，跳跃组分约占50%～80%，悬浮组分约占10%～20%，含有少量滚动组分。河道间沉积的岩石类型主要为灰绿色、紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，多为块状层理；测井曲线以中低阻、中高伽马、盐水泥浆自然电位中低负异常为特征。

图2 渤海海域古近系辫状河三角洲地震反射与沉积特征

辫状河三角洲前缘可识别出河口坝和远砂坝微相。辫状河三角洲河口坝岩石类型主要有砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩和细砂岩，发育大型交错层理及块状层理，含砾粗砂岩中可见砾石定向排列，细砂岩中可见包卷层理和生物扰动构造。辫状河三角洲远砂坝岩石类型主要有中砂岩、细砂岩，与暗色粉砂岩、泥质岩不等厚互层，发育大型交错层理及块状层理，含砾粗砂岩中可见砾石定向排列，细砂岩、粉砂岩中可见包卷层理、生物扰动构造、波纹层理、波纹交错层理以及泥底辟形成的火焰状构造。

前三角洲沉积以灰色泥岩为主，水平层理发育，含有丰富的动植物化石。

1.3 曲流河三角洲

研究区曲流河三角洲发育于大规模水退时期的东二层序沉积期，形成具有明显进积特征的沉积序列（图3），主要分布在渤中凹陷和辽东湾凸起之间的凹陷斜坡部位，可以识别出三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等3个亚相，以前缘亚相最为发育。

曲流河三角洲平原亚相为典型的“泥包砂”组合，以灰色、灰绿色泥岩为主，夹较厚层的中细砂岩或薄层砂岩；自然电位幅度一般较高，地震剖面上一般呈中等振幅、中连续反射特征，局部为透镜状反射。

曲流河三角洲前缘亚相呈典型的进积或进积—加积序列，岩性以较厚层的中、细砂岩为主，夹薄层泥岩；自然电位幅度大，为漏斗形—箱形，地震剖面上为明显的“S”型前积反射特征。

图3 渤海海域古近系曲流河三角洲地震反射与沉积特征

前三角洲亚相沉积主要为暗色泥岩和粉砂质泥岩夹透镜状砂层，发育水平层理、微波状层理、生物潜穴及扰动构造等，常有滑塌浊积岩发育。

2 三角洲沉积体系分布规律

在充分利用新老岩心、录井、测井、地震及分析化验资料基础上，将构造－古地貌、地震相和钻井相分析研究成果有机结合，展开物源—水系—古地貌—沉积体系一体化研究，准确圈定各沉积体系的边界，从而揭示出渤海探区古近系各层序三角洲沉积体系的分布规律。

2.1 沙三段

沙三段湖泊沉积体系分布广泛，各凹陷深洼部位发育深湖—半深湖相沉积，斜坡部位发育滨浅湖相沉积，在有碎屑物质大量注入的区域明显发育各类三角洲沉积体系。

如图4所示，研究区沙三段扇三角洲沉积体系一般发育于断凹的控凹断裂附近，呈规模不等的裙带状分布，共发育25个，总面积达4 300 km2；而沙三段辫状河三角洲沉积体系发育于受古水系影响的凹陷缓坡地带，呈规模不等的朵叶状分布，共发育35个，总面积达7 200km2。

图4 渤海海域沙三段沉积体系平面图

青东凹陷、莱州湾凹陷、渤东凹陷、辽西凹陷的东部均发育扇三角洲，其中青东凹陷东部的扇三角洲以潍北凸起为物源区，莱州湾凹陷和渤东凹陷东部的扇三角洲以胶辽隆起为物源区，辽西凹陷东部的扇三角洲以辽西凸起和辽西南凸起为物源区；而青东凹陷、莱州湾凹陷、辽西凹陷的西部均发育规模较大的辫状河三角洲，其中青东凹陷、莱州湾凹陷西部发育的辫状河三角洲以垦东—青坨子凸起为物源区，辽西凹陷西部发育的辫状河三角洲以其西侧的燕山褶皱带为物源区。

黄河口凹陷、埕北凹陷、沙南凹陷、秦南凹陷的北部发育扇三角洲，其中黄河口凹陷北部发育的扇三角洲以渤南低凸起为物源区，埕北凹陷北部发育的扇三角洲以埕北低凸起为物源区，沙南凹陷北部发育的扇三角洲以沙垒田凸起为物源区，秦南凹陷北部发育的扇三角洲以其北侧的燕山褶皱带为物源区；而黄河口凹陷、沙南凹陷、秦南凹陷的南部发育辫状河三角洲，其中黄河口凹陷南部发育的辫状河三角洲以垦东—青坨子凸起为物源区，沙南凹陷南部发育的辫状河三角洲以埕子口凸起为物源区，秦南凹陷南部发育的辫状河三角洲以石臼坨凸起为物源区。

歧口凹陷、渤中凹陷、南堡凹陷构造－古地貌结构复杂，三角洲的类型随凹陷构造形态及古地貌的变化而变化。歧口凹陷东南部受控凹断裂的影响，以埕子口凸起为物源区，发育规模较小的扇三角洲；歧口凹陷东北部为斜坡古地貌，沙垒田凸起为物源区，发育了辫状河三角洲；渤中凹陷西北部的南北两侧均发育控凹断裂，以沙垒田凸起和石臼坨凸起为物源区，分别形成了扇三角洲裙，其中北部的扇三角洲裙规模大，南部的扇三角洲规模小；渤中凹陷西南部为斜坡古地貌，沙垒田凸起为物源区，发育了辫状河三角洲；渤中凹陷东南部发育控凹断裂，以渤南凸起为物源区，形成了扇三角洲裙；渤中凹陷东部以控凹断裂与渤东凸起相接，以渤东凸起为物源区，形成了规模较小的扇三角洲。

庙西凹陷和辽东凹陷控凹断裂不发育，在胶辽隆起物源的影响下形成了多个规模较大的辫状河三角洲。

2.2 沙一二段

沙一二段湖泊沉积体系分布广泛，各凹陷深洼部位发育深湖—半深湖相沉积但分布范围较局限，滨浅湖相沉积分布比较广泛，在湖浪作用较强的地带发育砂质滩坝。沙一二段三角洲的分布继承了沙三段的特点，但由于盆地构造沉降速率减缓，盆缘缓坡带增多，整体上扇三角洲减少而辫状河三角洲增加。

沙一二段共发育15个扇三角洲沉积体系和46个辫状河三角洲沉积体系，总面积分别达2 500 km2和8 600 km2（图5）。

图5 渤海海域沙一二段沉积体系平面图

沙一二段扇三角洲发育于青东凹陷、莱州湾凹陷和辽西凹陷的东部，沙南凹陷和秦南凹陷的北部，歧口凹陷的东北部，埕北凹陷的南北两侧，以及渤中凹陷周缘的断坡带；而沙一二段辫状河三角洲发育于辽西凹陷、辽中凹陷南段的西部，秦南凹陷和沙南凹陷的南部，渤东凹陷、辽中—辽东凹陷的东部，以及环青东凹陷、环黄河口凹陷和环渤中凹陷的挠曲斜坡带。

2.3 东三段

东三段继承了沙一二段沉积特征，湖泊沉积体系分布广泛，各凹陷深洼部位发育深湖—半深湖相沉积，滨浅湖相沉积分布于湖盆斜坡部位，在湖浪作用较强的地带发育砂质滩坝。

与沙一二段相比，由于东三段沉积时期控凹断裂的活动进一步减弱，因此扇三角洲沉积体系显著减少，辫状河三角洲沉积体系略有增多（图6）。

图6 渤海海域东三段沉积体系平面图

东三段共发育11个扇三角洲沉积体系，总面积为1 600 km2，发育于莱州湾凹陷和辽中凹陷的东侧，埕北凹陷和秦南凹陷的北侧，以及环渤中凹陷的断坡带。辽中凹陷东侧的扇三角洲以辽东凸起为物源区。

东三段共发育46个辫状河三角洲沉积体系，总面积达8 620 km2，分布于辽西凹陷的西部、辽东凹陷和渤东凹陷的东部、埕北凹陷的南部、沙南—岐口凹陷的南北两侧、莱州湾凹陷的西部和南部，以及环青东凹陷、环黄河口凹陷和环渤中凹陷的挠曲斜坡带。

2.4 东二段

东二段沉积时期控凹断裂活动基本停止，前期分隔性断陷联合成规模较大的凹陷，整个渤海海域形成了辽中、秦南、渤东、渤中、歧口、南堡－北塘、黄河口、莱州湾和青东等9个沉积中心，环绕这些沉积中心发育了以大型辫状河三角洲、曲流河三角洲为主的沉积体系（图7）。

图7 渤海海域东二段沉积体系平面图

东二段扇三角洲仅发育于辽中沉积中心的南端，物源区为辽东凸起，面积约180 km2。在渤东凹陷的北部发育网状河三角洲。在辽中、渤东、渤中沉积中心的深湖—半深湖沉积区发育湖底扇。

东二段辫状河三角洲分布广泛，共发育41个辫状河三角洲沉积体系，总面积达13 600 km2。以胶辽隆起为物源，发育于青东、莱州湾、庙西、渤东、辽东等凹陷东侧的辫状河三角洲规模较小。以燕山隆起为物源，发育于辽东湾南部西侧的辫状河三角洲复合体规模最大。黄河口凹陷东部、环渤中凹陷、歧口凹陷的南部和东部、沙南凹陷的北部、环南堡－北塘凹陷发育的辫状河三角洲规模中等。

东二段曲流河三角洲建设于辫状河三角洲基础之上，发育于受古水系影响的凹陷缓坡地带，呈规模不等的朵叶状分布，共发育9个曲流河三角洲沉积体系，总面积达6 364 km2；而东二段曲流河三角洲主要分布于沙南凹陷、渤中凹陷的南部和北部、黄河口凹陷和渤东凹陷的东部以及辽中凹陷的北部。

东二段网状河三角洲发育于湖盆演化晚期，由于前期的沉积充填作用，湖盆准平原化，远源河流在广阔的湖盆淤积平原形成网状河，低能网状河携带沉积物在残留湖区堆积形成三角洲。东二段网状河三角洲发育于渤东低凸起的两侧，呈规模不等的长朵叶状分布，共发育2个网状河三角洲沉积体系，总面积近950 km2。

2.5 东一段

东一段沉积时期渤海海域沉积区范围显著缩小，整个渤海海域形成了辽中、渤东、渤中、歧口等4个沉积中心，环绕这些沉积中心发育了以大型辫状河三角洲、曲流河三角洲为主的沉积体系（图8）。

图8 渤海海域东一段沉积体系平面图

东一段共发育18个辫状河三角洲沉积体系，总面积达8 600 km2，分布于辽东湾的中部和南部西侧、渤东凹陷的东部、渤中凹陷的东部和西部、埕北和南堡凹陷的南部。

东一段发育8个曲流河三角洲沉积体系，总面积达5 600 km2，主要分布于歧口凹陷的东部、渤中凹陷的南部和北部、渤东凹陷的东北部、辽东湾南部和北部。

3 三角洲沉积体系演化规律

渤海海域古近系三角洲沉积体系演化具有明显的规律性。如表1所示，沙三段以扇三角洲和辫状河三角洲为主，为富砂沉积体；沙一二段扇三角洲减少，辫状河三角洲增多，钙质滩发育；东三段继承了沙一二段沉积特征，但钙质滩不发育；东二段以多种类型三角洲发育为特征；东一段以辫状河三角洲和曲流河三角洲共同发育为特征。这种沉积体系的演化规律反映了渤海海域构造演化的规律性：沙三段沉积时期，构造差异活动强，地形反差大，扇三角洲相对发育；沙一二段及东三段沉积时期，构造差异活动减弱，地形反差减小，扇三角洲规模减小、数量减少，辫状河三角洲数量增多、规模增大；东二段沉积时期，渤海海域构造活动主要为整体沉陷，沉积体系类型以辫状河三角洲、曲流河三角洲为主，在晚期湖盆萎缩阶段还发育了网状河三角洲，仅辽东湾局部地区存在由走滑断裂引起的构造差异活动，形成了扇三角洲；东一段沉积时期，渤海海域发生大规模的整体构造抬升，湖区范围缩小，沉积体系类型以辫状河三角洲、曲流河三角洲为主。

表1 渤海海域古近系不同层段沉积体系规模 （km2）

4 结论

（1）渤海海域古近系为断陷盆地充填沉积，主要富砂沉积体系为三角洲，三角洲类型多样，其类型和平面分布明显受构造－古地貌和物源通道的控制，其中扇三角洲受凹陷断裂边界控制并分布于凹陷断坡带，辫状河三角洲发育于断陷挠曲斜坡，曲流河三角洲发育于沉积缓坡带。

（2）渤海海域古近系三角洲沉积体系在垂向上呈规律性变化。由于构造差异活动强、地形反差大，沙三段沉积体系主要为扇三角洲和辫状河三角洲，为富砂沉积体；随着构造差异活动减弱、地形反差减小，沙一二段扇三角洲数量减少、规模减小，辫状河三角洲数量增多、规模增大，钙质滩发育；东三段继承了沙一二段沉积特征，但扇三角洲沉积体系有所减少；东二段沉积时期，渤海探区构造活动主要为整体沉陷，沉积体系类型以辫状河三角洲、曲流河三角洲为主，仅辽东湾局部地区存在由走滑断裂引起的构造差异活动，形成了扇三角洲；东一段沉积时期，渤海海域发生大规模的整体构造抬升，湖区范围缩小，沉积体系类型以辫状河三角洲、曲流河三角洲为主。

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