高邮凹陷古近系戴南组扇三角洲沉积体系及其沉积相模式

纪友亮，李清山，王 勇，胡 斌

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；2.中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司物探研究院，江苏南京 210046）

0 引 言

扇三角洲是指冲积扇或辫状河直接进入浅水体形成的一类砂体［1］。其平面形态一般呈扇形，水上部分为扇三角洲平原，水下部分为扇三角洲前缘，在其上游方向缺失曲流河沉积［2－6］。目前多数学者研究认为，湖盆扇三角洲多发育在地形高差大的湖泊短轴方向上，物源区距湖盆水体近，甚至直接接触［7－8］。扇三角洲可以发育在盆地的收缩期和低位期，也可以发育在湖盆发育的高水位期。

本研究的层段是高邮凹陷古近系戴南组。在高邮凹陷南部陡坡带发育含泥砾的砂级和细砂级碎屑岩体是该区的重要油气勘探领域［9－11］，这套碎屑岩体究竟是远源三角洲、近岸湖底扇还是扇三角洲沉积，一直存在争议［12－18］。不同的沉积相类型，其砂体展布模式和储层质量不同，因此有必要对高邮凹陷古近系戴南组的沉积相类型做详细研究。经过本次研究，确定扇三角洲体系是高邮凹陷南部陡坡带戴南组最为发育的一种沉积类型。戴一段早期，凹陷处于裂陷初始期，盆地规模较小，南部断裂带距物源较近，周缘物源沉积体系很快进入湖泊，形成广泛分布的扇三角洲沉积体系类型；戴二段时期，构造活动趋于平缓，沉积物供应充足，在南部断阶带形成了大型的扇三角洲沉积。受到古构造、古地形、水动力条件等不同因素的控制，不同扇三角洲的分布范围、形态等表现出不同情况。扇三角洲各种亚相（平原、前缘、前扇三角洲等）的识别标志较多［7，19－20］，各种标志的综合应用，可以较为准确地识别出扇三角洲沉积体系类型。

1 扇三角洲相标志

扇三角洲发育的基本条件是物源区地势高，坡降陡，这样由碎屑流和辫状河携带的碎屑物质进入浅水环境，形成扇三角洲沉积。因此，从扇三角洲发育的沉积背景来看，其具有多种识别标志。

1.1 沉积水体环境及岩性特征

扇三角洲是在浅水环境中沉积的砂体，其岩性特征主要由棕色、浅紫色、暗紫色泥岩（图1），浅灰色泥岩夹粉细砂岩，中—粗砂岩和含砾砂岩组成（图2），这种岩性特征能反映浅水氧化环境。仅在扇三角洲前缘和前扇三角洲有灰色泥岩沉积，反映了水下的弱还原环境（图3）。

1.2 粒度特征及成分和结构特征

图2 戴南组各种砂岩照片Fig.2 Photos of different sandstones of Dainan Formation

图3 戴南组还原色泥岩照片Fig.3 Photos of dark colored mudstones of Dainan Formation

由于扇三角洲上游的山区河流流程短，所以河流带来的碎屑沉积物得不到充分的磨圆和分选，很快沉积下来。这使得扇三角洲沉积物粒度较粗，结构和成分成熟度应较低［2，4，21］。但高邮凹陷戴南组发育的扇三角洲规模较大，沉积碎屑物质所经受的搬运距离较长，得到了相对较强的分选和磨圆，因此分选、磨圆度及成熟度达到了中等的程度。

图4 真42井粒度概率累计曲线特征Fig.4 Accumulative curves of probability distribution of granularity of Well Zhen42

从真42井的粉砂岩和细砂岩的粒度概率曲线可以看出，主要发育“两段式”和“三段式”（图4）。其中跳跃组分含量（质量分数）较高，基本大于70%，且跳跃斜率较陡，表明分选度中等，而滚动组分（小于0.1mm）发育较少，这反映其沉积环境为扇三角洲前缘水下分流河道。图5反映了戴南组扇三角洲具有重力流和牵引流过渡的特点。

1.3 沉积构造特征

扇三角洲的沉积构造类型多样，以牵引流形成的沉积构造为主，也发育重力流成因的沉积构造，通过戴南组岩芯观察描述，很多井（如真42井、富31井）钻遇到了扇三角洲水下分流河道沉积，岩芯上见砾石呈叠瓦状定向排列，亦多见底砾冲刷面（图6），反映牵引流形成的河道砂砾滞留沉积。当物质供给充分，单向水流作用又很强时，多形成以平行层理或块状层理为主的粉（细）砂岩相厚层，并且发育凹凸不平的冲刷充填沉积构造，这些都是牵引流成因的沉积构造特征。当物源供给不充分时，且双向的湖浪作用较强时，会形成波状层理粉砂岩相、斜层理或交错层理细砂岩相（图7～9）。

1.4 地震剖面的反射特征

从高邮凹陷戴南组南北向地震剖面来看，扇三角洲不同亚相的地震反射特征差异较大。扇三角洲平原亚相本身的的反射结构在横向上也是变化的，有无反射的空白地震相，有杂乱反射地震相，也有低振幅、低连续性的平行地震相，总体反射结构形态是楔形的，表现为盆地边缘厚、盆地中心薄。例如在富21井附近，地震反射特征为楔状杂乱反射（图10），代表扇三角洲沉积特征。扇三角洲前缘亚相和前扇三角洲亚相的地震反射结构在横向上也是变化的，包括强振中连平行－亚平行地震相，微发散或倾斜前积反射地震相，总体表现为向盆地方向反射层数增加，振幅增强，连续性变好。

图5 戴南组牵引流沉积C－M图Fig.5 C－Mmaps reflecting traction flow of Dainan Formation

图6 冲刷面构造照片Fig.6 Photos of structures of erosion surfaces

图7 平行层理和斜层理砂岩照片Fig.7 Photos of sandstones with parallel and inclined beddings

2 扇三角洲亚相和微相划分

图8 波状层理砂岩照片Fig.8 Photos of sandstones with rolling bedding

图9 交错层理砂岩Fig.9 Photos of sandstones with cross bedding

图10 富21井附近扇三角洲地震反射特征Fig.10 Seismic reflection characteristics of fan delta near Well Fu21

扇三角洲的结构特征与三角洲类似，但由于它是由冲积扇直接进入湖盆或辫状河入湖形成的，所以其沉积物粒度比三角洲沉积物粒度粗。其主要为棕－棕灰色泥岩夹粗碎屑岩类沉积，组成以砂砾岩和含砾砂岩为主的垂向序列。水下分流河道或辫状分流河道发育较好，而河口砂坝发育较差。根据高邮凹陷戴南组扇三角洲在地震、测井及岩性上的特点，可划分出扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲3个亚相带。由于本区扇三角洲在纵向演化上具明显的进积旋回，每个旋回由下至上发育前扇三角洲、扇三角洲前缘和扇三角洲平原亚相。

根据高邮凹陷南部断阶带中近20口井戴南组岩芯观察描述（如真1井、真42井、曹61井、富31井、周22井、花3A井等），将扇三角洲各亚相和微相的主要成因类型及特征进行总结。

2.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原系冲积扇的陆上与水下部分，是主辫状河道、辫状分流河道发育区，主要分布于南部断阶带，岩性为混杂砾岩、砂砾岩夹黄—灰绿色泥岩组成，成分成熟度和结构成熟度较低，单砂层垂向上具明显的正韵律；自然电位曲线表现为齿化的钟形与箱形组合（图11）。按其沉积特征可细分为水上分流河道和漫滩沼泽微相。

2.1.1 水上分流河道

水上分流河道岩石类型主要为薄层的中—细砂岩、粉砂岩和厚层含砾砂岩及砂砾岩。砂砾岩主要发育于分流河道底部。在剖面上具有下厚上薄和下粗上细的特点。沉积构造主要为板状交错层理、槽状交错层理和块状层理（图7～9），在粉、细砂岩中局部见滑塌变形层理，在砾石中见叠瓦排列现象。自然电位曲线为不规则钟形、箱形和指状组合（图11）。

2.1.2 漫滩沼泽

漫滩沼泽岩石类型为砂质泥岩、泥质粉砂岩和棕色、浅灰色泥岩组成，偶见不规则斜层理和透镜状层理。其在垂向上与砂砾岩呈不等厚互层，以小型正韵律为主，顶部与砂砾岩呈突变接触，底部与砂砾岩呈渐变接触。以真42井为例（图12），底部发育冲刷构造，为辫状分流河道，向上由一个含砾砂岩－中细砂岩－粉砂岩－泥岩的正韵律层组成，厚12m，砾石以灰绿色泥岩为主，砾石大小不均（最大3cm），磨圆度差，反映快速堆积过程，中细砂岩段可见粒序－块状－交错层理。自然电位曲线为低—中幅齿化的钟形或箱形（图11）。

2.2 扇三角洲前缘

扇三角洲前缘亚相是冲积扇或辫状河入湖以后形成的水下沉积部分，主要发育水下分流河道、分流河道间和席状砂微相，属于扇三角洲的主体，发育面积较大，在高邮凹陷中东部的南部断阶带中，多数井都有钻遇。其岩石类型以砂砾岩、中粗砂岩、中细砂岩为主，夹粉砂质泥岩、灰绿色或灰色泥岩。

2.2.1 水下分流河道

图11 研究区戴南组主要测井曲线形态Fig.11 Main types of well log curves of Dainan Formation in the study area

水下分流河道为扇三角洲平原水上分流河道在水下的延伸部分，其岩石类型主要为含砾砂岩、灰色块状砂岩夹薄层灰色泥岩。其多发育复合正韵律，韵律底部常见冲刷充填构造，局部可见反映浅水环境的生物扰动构造和倾斜潜穴。由于沉积物受单向水流和波浪的双重影响，所以除发育大中型板状交错层理、波状交错层理、平行层理外（图13），还见浪成交错层理。自然电位曲线为中高幅箱形或钟形负异常组合（图11）。

2.2.2 分流河道间

分流河道间岩石类型主要由粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及少量粉砂岩组成。泥岩及粉砂岩的颜色为浅灰绿色、浅灰色和暗紫色。分选一般较差，见到漂浮结构及似斑状结构，反映了洪水期间沉积物从分流河道中溢到分流河道间沉积所致；主要沉积构造为小型交错层理、透镜状层理、断续波状及波状层理等。自然电位曲线为中低幅齿形（图11）。

2.2.3 席状砂

席状砂位于扇三角洲前缘亚相的最前部，主要为细砂、粉砂和泥质粉砂沉积，夹于灰色、绿灰色泥岩之中。细砂岩分选较好—中等。主要沉积构造类型为平行层理、波状层理和块状层理。自然电位为小型漏斗形或指形负异常组合。

2.3 前扇三角洲

前扇三角洲是扇三角洲前缘向浅湖区或向深湖区过渡的斜坡带，含较多的轮藻与介形虫化石［22］。岩石类型为灰色和深灰色泥岩夹少量的粉砂岩。自然电位曲线为直线。前扇三角洲向半深湖过渡，底部出现少量正递变层理和滑塌揉皱砂层，其为上方前缘带砂层发生滑塌搬运至此的浊积砂体。

综上所述，这类扇三角洲是在盆地演化过程中特定构造环境下（箕状断陷的陡坡带）形成的产物，由水下辫状分流河道砂体构成扇三角洲的主体砂体，河口坝不发育；垂向剖面上既可呈反韵律特征，也有呈正韵律的剖面结构图；自然电位曲线为大套的齿形曲线组合，幅度中等，齿形曲线叠置时，形成箱形、钟形、漏斗形的包络线［23－24］。

3 沉积相演化模式

陆相层序地层学理论认为，层序地层结构发育特征由构造沉降、物源供给、湖平面变化、气候变化等多种因素综合控制，层序格架内的沉积体系是层序地层结构内部的“血”与“肉”，因此沉积体系的空间演化也受到上述各种因素的控制［25－29］。

戴南组发育时期，高邮凹陷处在断陷盆地的裂陷期，盆地为一箕状断陷。北部缓坡带主要发育三角洲－滨浅湖沉积体系，分布于永安—沙埝—花庄—瓦庄一带。由于受沉积物供应和古地貌的影响，各三角洲规模不一，自西向东规模减小。南部断裂带主要发育扇三角洲－近岸水下扇－湖泊沉积体系，并呈现以多物源、多沉积中心、扇体叠置为特点的沉积体系展布特征。中部深凹带主要发育湖底扇—半深湖—深湖沉积（图14）。由于受沉积物供应和古地貌的影响，各扇三角洲规模不一，自西向东规模增大。

图12 真42井岩芯沉积微相分析Fig.12 Microfacies analysis of core sediments in Well Zhen42

4 沉积相平面展布特征

根据单井沉积相、连井沉积相以及地震剖面反射特征、地震地质解释剖面相模式和砂地比图，综合研究了戴南组各段地层沉积相的平面展布特征。

4.1 戴一段

戴一段沉积时期，南部断裂带主要发育扇三角洲和近岸水下扇沉积，物源主要来自南部的通扬隆起和东部的吴堡低凸起；北部缓坡带发育源自柘垛低凸起的三角洲沉积（图15）。凹陷内除去上述两个相区之外，还发育滨浅湖—半深湖沉积，其特点是岩性以暗色夹过渡色泥岩为主。从砂岩等厚、砂岩百分比图上看，半深湖环境都是砂岩厚度和砂岩含量低值区。

4.2 戴二段

戴二段沉积时期，构造活动趋于平缓，物源供应充足。在凹陷南部陡坡带一侧，真武—曹庄—富民—周庄一带发育扇三角洲相沉积，扇三角洲平原相带较窄，以富民、周庄一带扇三角洲规模最大。北部缓坡带主要发育三角洲沉积，三角洲前缘相带延伸距离较远；深凹带主要发育滨浅湖—半深湖相沉积（图16）。

5 结 语

（1）高邮凹陷中东部戴南组沉积时期为陆相湖泊沉积，沉积相类型主要为扇三角洲和三角洲，扇三角洲可以进一步划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲亚相，并可以进一步划分为水上分流河道、漫滩沼泽、水下分流河道、分流河道间、河口坝和席状砂等微相。其中水下分流河道发育，而河口坝和席状砂发育较差。

图13 富31井岩芯微相分析Fig.13 Microfacies analysis of core sediments in Well Fu31

（2）高邮凹陷中东部戴南组沉积物主要来自北部柘垛低凸起、南部通扬隆起及东南部的吴堡低凸起。南部断裂带存在5个主要物源；真武—曹庄—肖刘庄地区的物源主要来自通扬隆起区；富民—周庄—陈堡地区的物源主要来自东南的吴堡低凸起。5个物源区发育5个大型扇三角洲群。由于受沉积物供应和古地貌的影响，各扇三角洲规模不一，自西向东规模增大。

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图14 高邮凹陷中东部戴南组沉积相模式Fig.14 Sedimentary facies model of Dainan Formation in the middle and eastern parts of Gaoyou Sag

图15 高邮凹陷中东部戴南组戴一段沉积相Fig.15 Sedimentary facies of the first member of Dainan Formation in the middle and eastern parts of Gaoyou Sag

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图16 高邮凹陷中东部戴南组戴二段沉积相Fig.16 Sedimentary facies of the second member of Dainan Formation in the middle and eastern parts of Gaoyou Sag

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