饶阳凹陷留北地区新近系河流相沉积模式

张立强，卢旭宁，葛雪莹，张曙光,2

1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东 青岛 266580 2.中石油渤海钻探工程有限公司井下技服工程公司，天津 300283



饶阳凹陷留北地区新近系河流相沉积模式

张立强1，卢旭宁1，葛雪莹1，张曙光1,2

1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东 青岛 266580 2.中石油渤海钻探工程有限公司井下技服工程公司，天津 300283

为了深入认识河流相储层分布规律，通过地层对比、沉积相、主控断裂特征等分析对饶阳凹陷留北地区新近系河流相砂体展布特征及影响因素进行了研究。结果表明：饶阳凹陷新近系各超短期旋回的砂体在平面上呈带状展布，砂体主要延伸方向与边部控洼断层大致平行。留北地区的NE向及NEE向主控断裂在新近纪仍表现为继承性生长的特征,受NE及NEE向近平行于盆地轴向的盆缘继承性主控断裂的影响，在下降盘形成大致平行于其轴向的河谷洼地、斜坡或山脊复合古地貌体系，断层上盘发育的沉降中心沿轴向延伸，地层厚度呈NE向展布。盆缘断层附近发育高梯度扇体或河流沉积，以沉积物的横向搬运体系为主。远离物源区，在主控断层下降盘，来自短轴物源的横向河流或冲积扇的影响变弱，河流向着轴向倾斜下端方向(最大斜坡方向)改道，汇聚形成轴向搬运沉积体系，平行于主要断层边界走向的方向延伸。

饶阳凹陷；新近系；砂体展布；沉积相；河流

0 前言

河流相河道砂体的分布不是随机的，在空间和地层层位上是可以预测的[1]。河道的类型、结构、分布和控制机制的认识对预测储层储集性及连通性具有重要意义[2]。前人在很多河流环境中观察到不同类型的河道构成，讨论了河道构成的外在影响因素，如气候和输沙率的变化[3]、构造样式的变化[4]及海平面变化[5]等。也有一些研究认为，河流可以自发地控制沉积组成的相似性[6-7]。渤海湾盆地浅层新近系以河流相沉积为主[8]，砂体非常发育,平面上叠合连片，该领域的油气资源丰富，勘探越来越受到重视[8-11]。但河流相储层的成藏特征复杂，沉积体系、砂体展布规律及其与含油气性的关系一直是新近系油气勘探的难点。在渤海湾盆地中，饶阳凹陷新近系的勘探程度尤为偏低，勘探目标也仅为断块油藏。

前人对饶阳凹陷新近系沉积体系的研究主要停留在相的类型及其识别特征等方面，认为主要发育曲流河沉积，靠近主河道及河道转弯处的边滩和心滩是油气富集的有利部位[12]。前人对邻区的黄骅坳陷和济阳坳陷新近系馆陶组的沉积特征及沉积模式进行了较详尽的研究，但其主要集中在沉积特征、沉积相类型、结构模型等方面，一般认为馆下段为辫状河沉积, 馆上段为曲流河沉积[13-19]。前人对河流相砂体展布规律及其控制因素的研究非常少[17-18]，认为砂体在平面上的展布方向与主要构造断裂走向一致，其他方向砂体发育较差[18]；但对河流流向及成因没有进行分析。以此为地质模型指导的勘探开发实践效果也不理想，在一定程度上制约了新近系油气勘探的步伐。笔者在细致刻画研究区新近系沉积体系及砂体展布特征的基础上，结合研究区构造特征，提出了短轴扇体和长轴河流相共存、短轴扇体是长轴河流重要物源的沉积模式。建立的留北地区新近系河流相展布模式对该区及类似领域的勘探提供了地质依据。

1 研究区构造特征

饶阳凹陷位于渤海湾盆地冀中坳陷的中部[12，17，20-21],属于新生界裂陷-坳陷盆地。古近纪处于裂陷和断陷期，构造活动强烈，湖泊沉积体系发育；新近纪处于坳陷期，构造活动减弱，古近纪形成的大型湖泊已消失，发育河流及冲积沉积体系，新近系超覆在古近系断陷型构造层之上。

1.1 主控断裂及地层展布特征

研究区留北地区位于饶阳凹陷中部，留北地区的主控断裂主要包括留东、留路和河间3条断层(图1)。留东断层为古近纪断陷期的盆缘断层，对应于次洼边界；留路断层为主洼陷边界，对应于古近系沙一段的沉积边界；河间断层对应于古近系东营组的沉积边界；留路及留东断层之间为潜山及次洼带,只发育古近系沙河街组三段及下伏地层。从近东西向地震剖面上可以清楚地看到，留东、留路和河间断层产状较陡，向下切穿古近纪，向上延伸至新近系明化镇组，新近纪仍表现为继承性生长断层的特征。新近系沉积时期,古近纪发育的北西向断层基本消亡或仅有微弱活动，而北东向及北东东向断层稳定发育，成为主控断裂。主控断裂的活动性比古近系沉积时期大大减弱，馆陶组底部的落差一般小于100 m。馆陶组沉积时期留路断层的生长指数为1.05～1.20，断距为60～160 m；明化镇组沉积时期留路断层的活动性继续减弱，断距小于100 m。受北东向断层活动性较强的影响，新近系馆陶组及眀下段的地层厚度等值线呈北东向展布。

图1 饶阳凹陷新近系构造单元划分Fig.1 Structural framework of Liubei area in Raoyang sag

地震剖面及地震相干切片结果显示，留路断层东部发育中生界潜山，留路断层也是潜山边界。为了进一步查明该断裂的空间位置及性质，从基底开始，在2 500～1 000 ms依次提取三维地震相干切片。结果表明，该断层平面上呈弧形，呈多段性特征，留路断层西部呈北北东向展布，东部呈北东向展布，中间呈近东西向展布。该断层对凹陷古近系及新近系多个层位的扇体或河道具有明显的控制作用。

1.2 构造单元划分

留北地区以留路、河间两条明显控制工区构造演化的生长断层为界，形成了东西分带的典型特征。借鉴前人对渤海湾盆地坳陷期(新近纪)构造单元的划分方法[22]，根据饶阳凹陷新近纪构造发育演化、构造样式和沉积充填特点，将饶阳凹陷中东部坳陷期(新近纪)构造单元划分为3个构造带：坳缘披覆带、缓坡带和浅洼带。坳缘披覆带是坳陷期盆地的增生部分，主要发育在留路断层以东,以盆地边缘断层为界，在断陷期处于沉积盆地之外为隆起区，无古近系沉积。缓坡带主要位于两条长期继承性断层之间，剖面上呈顺向阶梯状组合，断层与早期断陷期的断阶带或斜坡区域性走向一致。平面上，主控断裂的组合样式以平行式、雁行式为主。浅洼带位于河间断层以西，为坳陷内部中心区域，浅洼带新近系发育全、厚度大、埋藏深，与古近系以整合或平行不整合接触为主。浅洼带外缘的河间断层是古近纪--新近纪持续活动的二级主控断层，在新近纪有较弱的活动性，对新近系沉积有一定的控制作用。

2 砂体类型及其展布特征

2.1 砂体类型

新近系在全盆地发育较稳定，馆陶组及眀下段厚800～1 200 m，为一套河流相沉积[12,17]，包括了辫状河和曲流河两种。

辫状河主要发育在馆陶组下部。以路152井(U152)为例，岩性为以含砾粗砂岩充填的河道沉积为主，边滩不发育。馆陶组底部砾岩分布广泛，砾岩厚度从数米到40余米不等，具正粒序剖面结构，自然电位曲线呈齿化箱型或钟型。沉积微相组合为河床滞留沉积、河道、心滩、河漫滩等。河床滞留沉积常与冲刷面伴生,砾石分布具有一定的定向性,河道及心滩微相等发育有平行层理、大型槽状和板状交错层理、底冲刷等沉积构造,砂体底部有时可见泥砾和植物茎杆化石等。

曲流河主要发育于馆陶组中上部和眀化镇组下段(简称明下段)，以路13井馆陶组上部及路3-14井眀下段取心井段(深度1 324.67～1 400.00 m)为例。其均发育曲流河沉积，主要有河床亚相河道及边滩砂坝微相、堤岸及河漫亚相天然堤、决口扇、泛滥平原等微相。垂向上,曲流河沉积具有典型的“二元结构”,河床滞留沉积不太发育,河道及边滩与泛滥平原是曲流河沉积中的主要沉积微相。河道及边滩微相的岩性主要为灰色、灰黄色及灰褐色细砂岩，发育平行层理、楔状、槽状及波状交错层理等，单层砂岩厚度一般为5～15 m，自下而上呈粒度正韵律，自然电位曲线呈较光滑的中高幅箱型或钟型；砂岩粒度概率曲线主要为两段式，以跳跃组分为主，次为悬浮组分，缺乏滚动组分，跳跃组分占60%～85%，悬浮组分占15%～40%，细截点为2.2～3.0 φ，分选中等--较好，反映曲流河河道或砂坝的沉积粒度特征。河道边缘砂岩发育小型交错层理、波状交错或沙纹层理，岩性为粉细砂岩，砂岩中的悬浮组分含量高、分选稍差，含植物碎屑，自然电位曲线呈中低幅钟型或波状。堤岸及河漫亚相的岩性以紫红色泥岩为主，夹浅灰色粉砂岩或泥质粉砂岩，自然电位曲线靠近泥岩基线，电阻率为齿化低阻(图2)。

2.2 砂体展布特征

依据开发实践，点、线、面结合定量编制了各主力小层沉积相平面分布图，确定了沉积砂体时空展布特征。

馆陶组及明下段层序划分 基于岩心、测井和地震剖面综合分析，将新近系馆陶组划分为一个长期基准面旋回(相当于三级层序或二级旋回)[23-24]，其底界面为新近系与古近系之间的区域不整合，顶界面为馆陶组与明化镇组之间的沉积作用转换面。馆陶组内部可以进一步划分出3个中期基准面旋回，自下而上分别为馆一(Ng1)、馆二(Ng2)、馆三(Ng3)旋回。眀下段自下而上划分为4个中期基准面旋回(相当于二级旋回)，分别为明下一(Nmx1)、明下二(Nmx2)、明下三(Nmx3)和明下四(Nmx4)旋回。每个中期基准面旋回划分为3～4个短期基准面旋回(相当于三级旋回);每个短期基准面旋回又划分为2～3个超短期基准面旋回(四级旋回)(图3)。

馆陶组、明下段砂体类型及展布特征 以明下段Nmx4旋回为例(图3):该旋回下部砂体较为发育，单层厚度较大，横向连续性较好；旋回上部砂岩不发育，砂岩横向上呈透镜状分布。平面上，四级旋回的砂体呈南北向延伸的弯带状展布(图4)，砂岩厚度等值线不对称，高值区主要位于弯带状的边部，单层厚度6～10 m，北东--南西向展布，VSP曲线呈中高幅钟型，为边滩沉积。在南部L205、L16井区，发育有分支河道，VSP曲线呈钟形。其他区域为河漫沉积，砂岩不发育，VSP曲线为线状或低幅齿形(图4)。

图2 路13井馆陶组上部沉积及电性特征Fig.2 Deposition and electrical characteristics of Ng1 of well Lu13

2.3 砂体展布与断裂分布的关系

区域上，在饶阳凹陷东部，从北部的马西和南部的杨武寨地区到中南部的留北地区，砂体厚度逐渐减薄，砂岩体积分数降低，呈北北东向带状展布。在凹陷西部，西南部的蠡县斜坡的砂体厚度大，向北东方向的高阳、博士庄地区砂体厚度减薄，呈北东向弯带状展布；南部杨武寨地区，砂体展布呈北西-南东向展布[17]。

在留北地区，各层位砂体的平面分布与凹陷边部留路断裂的发育特点具有很好的对应关系(图4)，砂体的主要延伸方向与断层平行；研究区东南部L205、L16井区砂体的分布垂直于断裂延伸方向，砂体可能主要来自东南部位于研究区以外的潜山地区[17]。右下侧的砂岩分布高值区对应于弧形断裂带的转折处，冲沟发育,砂岩高值区呈北西--南东方向展布,向北合并于平行于断层分布的走向砂体。眀下段沉积时期，断层活动性减弱，留北地区的砂体分布趋势与馆陶组的较为相似，砂体呈北东--南西向长带状展布，工区的物源可能主要来自东部和北部地区。

图3 留北地区明下段Nmx4旋回对比及砂体展布图Fig.3 Cycle correlation and distribution of sand of Nmx4 in Liubei area

图4 留北地区明下段Nmx4旋回(44-1次级旋回)砂体类型及其展布图Fig.4 Map of the sand types and distribution of Nmx4(44-1 subcycle)in Liubei area

3 讨论

3.1 构造作用对坳陷期盆地古地貌特征的影响

构造运动通过对沉积古地貌的控制影响着不同地区沉积可容纳空间的变化；还通过控制源区的发育、源区剥蚀速率的变化而制约河流沉积物的补给速率[23]。

3.1.1 先期构造影响坳陷期盆地的形态学特征

依据钻井及地震资料统计可知，馆陶组厚度为200～500 m[17]，平面上呈四周薄、中间厚，东北薄、西南厚的特点，地层厚度的高值区呈北北东向带状展布。在馆陶组沉积时期，饶阳凹陷古地貌特征整体上呈现四周高、中间低的趋势，盆地形态南北窄、中间开阔，呈北北东向展布。馆陶组沉积早期，盆地沉降中心与古近纪盆地沉降中心[20]有继承性，凹陷四周高、中间低的构造格局控制了研究区多物源的古地貌背景。北部的燕山褶皱带、东部沧县隆起、西部的太行山隆起等均可以提供物源，影响盆地内的沉积作用[17]。

3.1.2 盆地内继承性断层影响坳陷期盆地内的古地貌特征

饶阳凹陷内部主要发育北北东向或近南北向的断裂，这些断裂在古近纪断陷期活动强烈，使基底构成一些隆起和洼陷断块。坳陷期，凹陷的边界断裂及控洼的二级断裂呈继承性发育的特点，影响坳陷期盆地地貌及其形态特征。

受盆缘北北东或近南北向(平行于盆地轴向)主控断裂活动的影响，在边界断层的上盘和下盘之间形成台阶式陡壁，在下降盘形成大致平行于其轴线的河谷洼地、斜坡或山脊复合地貌体系，断层上盘的沉降中心呈轴向延伸，这种特征会促使发育轴向河流，即盆地具有轴向排水的特点。

3.2 构造作用对沉积相展布的影响

通过对工区现代河流体系的调研，该地区现今存在4个相对独立的水流体系, 分别为青龙河水系、古阳河水系、滏阳河水系和滹沱河水系。青龙河水系位于凹陷的西部，流向西南--东北，展布方向与盆地西部边界(太行山隆起)基本平行，向北东汇水于白洋淀(湖泊)，可与古蠡县斜坡--白杨淀水系相对应；古阳河水系位于凹陷中部，流向近南北，与源于燕山褶皱带的任丘--河间水系展布一致；滏阳河水系位于凹陷东部，与受沧县隆起控制的留路--武强水系相对应；滹沱河水系，流向自西向东，与受西部物源控制的蠡县斜坡--饶阳--留路水系相对应。

图5 现代裂谷实例(2013年6月10日)Fig.5 Map of current rift(2013-06-10)

以图5为例，现代裂谷或地貌盆地中，地貌特征也控制着横向和轴向河流的发育。在近物源区，发育横向河流或冲积扇，规模及延伸相对较小；远离物源区主要发育轴向河流，规模较大、延伸远。

结合现代裂谷沉积、古地貌及砂体展布特征分析，认为研究区河流分布明显受构造背景控制，河流沉积模式主要体现在以下3个方面(图6)。

图6 留北地区新近系河流相沉积模式Fig.6 Sedimentary models of Neogene fluvial in Liubei area of Raoyang sag

1)受先期构造及盆内断层活动性影响，在坳陷期，形成的古地貌呈最大沉降的轴部近平行于断层走向展布的特征，受构造倾斜的影响，盆地发育轴向河流(图6)。沿盆地轴线，斜坡角度会发生变化，坡度减小可能会减小河流的弯曲度，增加辫状程度；在坡度增加的地方，则会增加河流的弯曲程度，减少分叉程度。

2)受周边物源区分布及盆地弱拉张的影响，在盆缘的倾斜角度大，重力驱动显著，在盆缘断层附近发育高梯度扇体或河流沉积，以沉积物的横向搬运体系为主，并沿垂直于主要断层边界走向的方向延伸。远离物源区，在主控断层下盘，来自短轴物源的横向河流或冲积扇的影响变弱，河流向着轴向倾斜下端方向(代表最大斜坡方向)改道，汇聚形成轴向搬运沉积体系，平行于主要断层边界走向的方向延伸。

3)局部的构造活动对古地貌也有一定的影响。当碰上走滑断层，河流可能会被断层改道。在构造转换部位，河床宽窄也会发生变化，在相对上升隆起区，河床较狭窄平直；在相对下沉区，河床宽阔弯曲，心滩相对发育。断层的周期性活动也会导致河谷斜坡、河流方向和河流样式的改变。

4 结论

1)饶阳凹陷留北地区的主控断裂在新近纪仍表现为继承性生长的特征。新近系沉积时期，主控断裂的活动性比古近系沉积时期大大减弱，北东向及北东东向断层相对稳定发育，成为主控断裂。受北东东向断层活动性相对增强的影响，新近系馆陶组及眀下段的地层厚度等值线呈北东向展布。

2)馆陶组及明下段可以分别划分出3个和4个中期基准面旋回，每个中期旋回包括3～4个短期旋回(相当于三级旋回)，每个短期旋回又划分为2～3个超短期旋回。不同次级及位置的基准面旋回对应着不同的砂体发育特征，短期旋回下部砂体较为发育，横向连续性较好；中上部砂岩相对不发育，横向上呈透镜状分布。平面上，超短期旋回(或四级旋回)的砂体呈带状展布，发育心滩或边滩沉积。砂体的平面分布与潜山边部断裂的发育具有很好的对应关系，砂体的主要延伸方向与断层平行。

3)盆缘继承性断层影响坳陷期盆地内的古地貌特征。坳陷期，受边界北北东或近南北向(平行于盆地轴向)主控断裂的影响，在断层的上盘和下盘之间形成台阶式陡壁，在下降盘形成大致平行于其轴线的河谷洼地、斜坡或山脊复合地貌体系，断层上盘发育较大的沉降中心，轴向延伸。

4)受先期构造及盆内断层活动性影响，在坳陷期，形成的古地貌呈最大沉降的轴部近平行于断层走向展布的特征，盆地发育轴向河流。在盆缘断层附近发育高梯度扇体或河流沉积，以沉积物的横向搬运体系为主。远离物源区，在主控断层下盘，来自短轴物源的横向河流或冲积扇的影响变弱，河流向着轴向倾斜下端方向(代表最大斜坡方向)改道，汇聚形成轴向搬运沉积体系，平行于主要断层边界走向的方向延伸。碰上走滑断层，河流会被断层改道。

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Neogene Sedimentary Models of Raoyang Sag in Liubei Area

Zhang Liqiang1，Lu Xuning1，Ge Xueying1，Zhang Shuguang1,2

1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,Shandong,China2.DownholeTechnologyServiceCompany,BohaiDrillingEngineeringCompanyLimited，CNPC，Tianjin300283，China

To understand the distribution of fluvial reservoirs, we investigated the fluvial sand bodies’ characteristics and influencing factors of Neogene in Liubei area of Raoyang sag through combining the strata correlation, sedimentary facies, and main faults characteristics. The results showed that the sand bodies of the ultra short-term cycles of Neogene in Raoyang sag appeared as a belt distribution in plane, and the main extending direction was substantially paralleled to the boundary faults that controlled the depression. The main faults of NE and NEE in Liubei area still show the growing characteristics inherited from Neogene. Controlled by the inherited NE and NEE faults, the axis of the basin margin extended parallel to the faults; and the composited paleo-geomorphology system of valley depressions, slopes or ridges were formed substantially paralleled to the axis as the downthrown side. The subsidence center of the upthrow side extended axially; and the strata extended northeast. The high-gradient fan or fluvial sediments were deposited near the faults of the basin margin, and they were mainly transported laterally. Away from the provenance area, the influence of transverse fluvial or alluvial fan sediment from the short axis provenance was weakened in the downthrown side of the main faults. The rivers changed their course along the low end of the axial tilt direction (representing the maximum slope direction), and converged to form the sedimentary system of axial transport extending to the strike of the main fault boundary.

Raoyang sag；Neogene；distribution of reservoirs；sedimentary environments；fluvial

10.13278/j.cnki.jjuese.201504106.

2014-10-12

国家科技重大专项项目(2011ZX05008-004)

张立强(1970--)，男，教授，博士，主要从事储层地质学及层序地层学的教学与研究，E-mail:liqiangzhangwxm@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201504106

P588. 2

A

张立强，卢旭宁，葛雪莹，等. 饶阳凹陷留北地区新近系河流相沉积模式.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(4):1021-1029.

Zhang Liqiang，Lu Xuning，Ge Xueying，et al. Neogene Sedimentary Models of Raoyang Sag in Liubei Area.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(4):1021-1029.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201504106.