泌阳凹陷东南部核桃园组近岸水下扇与扇三角洲沉积特征比较及控制因素分析

2015-05-15董艳蕾朱筱敏耿晓洁韦敏鹏

石油与天然气地质 2015年2期

董艳蕾,朱筱敏,耿晓洁,王波,王珩，江强,郭雷,韦敏鹏

[1.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249; 2.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249;3.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083; 4.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452]

董艳蕾1,2,朱筱敏1,2,耿晓洁3,王波4,王珩1，2，江强1,2,郭雷1,2,韦敏鹏1,2

南襄盆地泌阳凹陷南部陡坡带核桃园组发育大量的砂砾岩体。这些砂砾岩体与鼻状构造配置形成该凹陷重要的油气藏。但是，前人对砂砾岩体成因的研究一直存在较大的争议，主要争论集中于砂体成因是扇三角洲成因还是近岸水下扇成因。为了明确砂砾岩体的成因及平面展布，在高精度层序地层格架建立的基础上，主要利用对比的方法，从沉积相发育背景、沉积亚相及微相划分、钻测井特征、岩心特征、粒度分布特征及地震反射特征6个方面，对这两种相类型进行了总结对比，并对控制因素进行了初步的探讨。研究结果表明，边界大断裂的活动造成的断层陡缓程度的差别对工区砂体成因类型起着重要的控制作用。在平面上，断层较缓(55°～75°)的西部地区发育扇三角洲；而在断层较陡(75°～90°)的东部地区，则发育近岸水下扇。在地震剖面上，早期断层比较陡，易沉积近岸水下扇；晚期断层比较缓，易沉积扇三角洲。

近岸水下扇；扇三角洲；砂砾岩体；构造控制作用；核桃园组；泌阳凹陷；南襄盆地

泌阳凹陷位于河南省南部的唐河县与泌阳县之间。近30年的勘探开发研究早已查明，其南部陡坡带发育大量的砂砾岩体。这些砂砾岩体与鼻状构造配置能够形成相对简单的岩性油气藏，是该凹陷油气藏的重要储集类型。前人认为，砂砾岩体为扇三角洲和近岸水下扇沉积。由于这两种沉积相类型的区别难度比较大，造成研究人员对不同地区、不同时期沉积相类型的认识有不同的观点[1-3]。那么该区发育的究竟是什么沉积相类型呢？沿陡坡带钻遇的砂砾岩体是如何分布的呢？在层序地层学及地震沉积学理论的指导下，笔者对工区的层序、沉积进行了详细的研究，明确了两种沉积相在时空的演变及分布特征。

1 区域地质背景

泌阳凹陷是南襄盆地内发育的一个次级凹陷，属于小型山间断陷，面积约1 000 km2，由北部缓坡构造带、南部陡坡构造带及中部凹陷构造带3个构造单元组成。南部陡坡构造带砂砾岩体十分发育，经过30年的勘探和开发，在该带已发现井楼、双河、赵凹-安棚和下二门4个油田(图1)。

泌阳凹陷在大地构造上位于扬子板块与华北板块结合部位的秦岭褶皱带上，是在统一的陆壳板块基底上发展起来的。王尚文等(1983)认为，中国板块东部边界在中、新生代的构造演化过程中有3次重要的成盆期[4]，即晚燕山期(K1)、早喜马拉雅期(K2—E3)和晚喜马拉雅期(N1—Q)，后两期构造变动对泌阳凹陷都有不同程度的影响，控制泌阳凹陷形成和发展的主要因素是断裂作用。按规模可大致分为边界基底大断裂、盆内次级基底断裂和沉积盖层断裂3类。其中，边界基底大断裂控制着断陷的形成和发展，盆内次级基底断裂控制着凹陷次级构造带的发展演化。泌阳凹陷的形成主要受北西西向的唐河-栗园断裂和北东向的泌阳-栗园断裂控制，沉积、沉降中心位于东南部边界断裂交汇处的安棚—安店一带。基底最大埋深达8 000 m以上，从南向北、从东向西逐渐抬升，整个凹陷在平面上呈端部北指的扇形展布，剖面上构成南深北浅的箕状凹陷[5-6]。本文的研究工区为东南部陡坡带(图1)。

2 层序地层格架

本次研究层位包括古近系核桃园组一段—核三段上部的地层。利用地震、钻井、录井和测井资料，结合沉积序列和构造演化特征及气候周期性变化特征，将核一段—核三上亚段划分为10个四级层序(表1)[7-11]。

3 近岸水下扇和扇三角洲沉积特征对比

研究工区核桃园组主要发育近岸水下扇和扇三角洲两大沉积类型。下文从沉积相发育背景、沉积亚相及微相划分、钻测井特征、岩心特征、粒度分布特征及地震反射特征6个方面，对这两种相类型进行总结对比。

3.1 沉积相发育背景

近岸水下扇是在较深湖区水下形成的扇形砾岩体。近源洪水携带大量陆源碎屑直接入湖，并在湖盆边缘陡岸的深水环境中形成水下扇体。它主要形成于陆相断陷湖盆的扩张期，随着湖水范围的扩大，扇体也不断后退，并始终沿湖盆边缘紧邻山麓部位分布[12-16]。

图1 泌阳凹陷地理位置及研究区三维地震勘探区Fig.1 Map showing the location of Biyang Sag and 3-D seismic acreage in the study area

地层四级层序对应砂组核桃园组核一段核二段核三上亚段SQH11H11SQH21H21SQH31H31SQH12H12SQH22H22SQH32H32SQH13H13SQH23H23SQH33H33SQH43H43

扇三角洲是邻近高地推进到稳定水体(海、湖)中去的冲积扇，主要发育于断陷湖盆的陡坡带。其形成的动力机制比较复杂，陆上部分也可看作为洪积扇体，而水下部分与三角洲具有很大的相同性。

3.2 沉积亚相及微相划分

泌阳凹陷东南部地区近岸水下扇发育于盆地的主断陷期，也是边界断层活动最强烈的核三段沉积时期[17]。该时期湖盆范围大、水体较深，自下而上依次出现内扇—中扇—外扇沉积序列，呈向上变细的正粒序特征，多层近岸水下扇叠加，显示水进的特征，每个沉积亚相内部也包含许多次一级的下粗上细的正韵律。根据沉积层序和沉积物特征，可将近岸水下扇划分为内扇、中扇和外扇3个亚相。近岸水下扇的内扇位于近山口处，分布范围不大，为主水道发育段，内扇又可以划分为主水道和水道侧缘两个微相。近岸水下扇中扇主要分布于靠近湖盆陡岸的较深水环境中，它是近岸水下扇的主体部分，可以分为水道及水道间沉积微相。近岸水下扇外扇位于近岸水下扇末端，该处水体较深，地形较为平缓，水下水道已不发育(表2)。

表2 泌阳凹陷核桃园组沉积相类型

泌阳凹陷东南部扇三角洲可分为3个亚相，即扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲。扇三角洲平原亚相为扇三角洲的水上部分沉积，由分流河道及漫流沉积组成。扇三角洲前缘亚相是扇三角洲的主体部分，根据河道岩性特征又将扇三角洲前缘划分为内前缘和外前缘，其中内前缘主要以水下分流河道和河道间为主，外前缘又可进一步划分为水下分流河道、河道间、河口坝、远砂坝和席状砂等几个微相，其前端可伴生滑塌浊积岩沉积。前扇三角洲亚相与滨浅湖沉积相邻(表2)。

3.3 钻、测井特征

近岸水下扇的内扇自下而上为混杂的块状砾岩和递变层理的砾状砂岩，在自然电位和伽马曲线上表现为参差不齐的低、中幅度钟形。中扇主要分布于靠近湖盆陡岸的较深水环境中，它是近岸水下扇的主体部分，具明显的水道特征，为一正旋回序列；其岩性主要为含砾砂岩和块状砂岩，水道间是以粉砂岩和泥岩为主的细粒沉积，单个韵律也为正旋回，电测曲线呈钟形，与内扇相比，水道岩性粒度明显减小。外扇主要为具有鲍马序列的浊积岩和暗色泥岩，自然电位曲线呈以正向为主的稀疏的低锯齿状或指状，偶见反旋回曲线[18-23](图2)。

扇三角洲平原分流河道的岩性主要是成熟度低、分选差-中等的厚层砾岩、粒状砂岩，无递变或具有正递变层理，底部具有冲刷面。漫流沉积主要位于分流河道间，沉积物粒度较细，一般为粉砂、粘土和细砂的薄互层。多期河道形成的曲线组合形态为多个钟形或箱形的垂向叠加，河道间为较薄层的低幅平直或微齿化(研究区内平原相不发育)。

扇三角洲前缘的水下分流河道沉积为平原环境中灾变期形成的分流河道在水下的延伸，一般以砂岩、含砾砂岩为主，砾岩相对较少。砂、砾岩呈灰白色、浅灰色，厚层，块状，单层厚度为5～10 m，部分由多个砂岩透镜体在纵向上相互叠置而形成厚达数米的砂岩。自然电位多呈钟形、中-高幅指状或叠置箱形，也可因为水道的进积而形成漏斗形上叠箱形的复合形，以及因水道退积形成的钟形叠在箱形上的复合形(图2)。河口坝自然电位曲线为齿化的漏斗形-钟形，反映河道冲刷作用减弱。前缘席状砂自然电位曲线多呈低-中幅指状，水下分流河道间自然电位多呈微齿状-平直状。前扇三角洲自然电位曲线呈指状或微齿状[24-27]。

3.4 岩心特征

前扇三角洲亚相由前扇三角洲泥沉积构成,岩性较细，以灰色、灰绿色及深灰色泥岩夹泥质粉砂岩为特征，发育水平层理、波状层理及各种复合层理，生物化石较多。

3.5 粒度分布特征

近岸水下扇内扇的粒度概率曲线由平缓的跳跃总体和长段的悬浮总体组成[28]。

扇三角洲前缘水下分流河道和河口坝在粒度概率曲线上显示为由悬浮总体和跳跃总体组成的两段式，水下分流河道间主要为长段的悬浮次总体和斜率较大的跳跃次总体。而席状砂粒度概率曲线为平缓过渡的两段式，指示了相对较弱的水动力条件[29-32](图2)。

3.6 地震反射特征

近岸水下扇沉积时，整体沉没于水下发生快速沉积，因此地震反射成层性和连续性变化较大，在陡坡带的不同部位发育扇体的地震特点有所不同。通常在顺物源方向的地震剖面上，由于与上覆地层岩性差异较大，扇体包络面反射振幅较强，其反射外形一般呈逐渐收敛的楔状体，内部反射呈小角度的发散结构，反映了高能、不稳定的沉积环境；在垂直物源方向的地震剖面上，扇体大都对应丘状反射，内部反射为亚平行结构，同相轴具有中等连续、中-强振幅特征[33](图2)。

扇三角洲在地震反射上有明显的前积特征，一般呈斜交型前积结构，代表着水动力较强、物源供应充足的沉积环境。在垂直物源方向上，一般为宽缓的丘状反射，内部为低频的平行或亚平行结构，同相轴为连续性较好的强振幅反射[34](图2)。

4 构造对沉积的控制作用

泌阳凹陷古近系核桃园组早期(核三段沉积时期)，由于边界大断裂的强烈活动形成了箕状断陷结构，使得盆地的古地形具有南部陡坡、中央深凹和北部斜坡的分异特点。在不同的地形差异地区，沉积体系的形成背景和主控因素是有差别的。本次研究的东南部陡坡带邻近物源，加之盆地边界断裂的强烈活动，地形高差大，沉积相类型主要受控于盆地边界深大断裂的活动幅度和阶段性。到了核桃园组中晚期(核二段、核一段沉积时期)，深大断裂的活动强度逐渐减弱，泌阳凹陷随之经历了从断陷向坳陷的转化。就近岸水下扇与扇三角洲二者相比较而言，早期地形坡度陡，易沉积近岸水下扇;晚期地形坡度缓，易沉积扇三角洲[35-36]。

在平面上，不同地区的断层陡缓程度不同。图3分别选取了西部平氏地区和东部梨树凹以南地区的两条地震剖面，可以看到西部的边界断层最缓、东部的断层较陡。通过研究发现，在断层较缓(55°～75°)的西部地区，发育扇三角洲；而在断层较陡(75°～90°)的东部地区，发育近岸水下扇。

表3 泌阳凹陷东南部各层序沉积相类型统计

图3 泌阳凹陷东南部断层陡缓对沉积相平面分布的控制作用Fig.3 Diagram showing the controlling effect of the degree of fault dip upon sedimentary facies distribution in southeastern Biyang Saga.西测线地震剖面，断层缓，50°～75°，发育扇三角洲；b.东测线地震剖面，断层陡，75°～90°，发育近岸水下扇；c.核桃园组沉积相

5 结论

图4 泌阳凹陷东南部断层陡缓对沉积相纵向演化的控制作用Fig.4 Diagram showing the controlling effect of the degree of fault dip upon vertical evolution of sedimentary facies in southeastern Biyang Saga. L756测线地震剖面，边界大断层上缓下陡，上部断层缓的发育扇三角洲，下部断层陡的发育近岸水下扇； b.核桃园组沉积相;c.核桃园组沉积相

2) 从沉积相发育背景、沉积亚相及微相划分、钻测井特征、岩心特征、粒度分布特征及地震反射特征6个方面，对近岸水下扇和扇三角洲两种沉积相类型进行了总结对比。

3) 着重探讨了断层陡缓程度对沉积体系的控制作用，认为平面上断层较缓(55°～75°)的西部地区发育扇三角洲，而在断层较陡(75°～90°)的东部地区发育近岸水下扇；在剖面上早期地形坡度陡，易沉积近岸水下扇；晚期地形坡度缓，易沉积扇三角洲。

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(编辑李军)

Sedimentary characteristics comparison and controlling factors analyses of nearshore subaqueous fan and fan delta in the Hetaoyuan Formation of southeastern Biyang Sag

Dong Yanlei1,2,Zhu Xiaomin1,2,Geng Xiaojie3,Wang Bo4,Wang Heng1，2，Jiang Qiang1,2,Guo Lei1,2,Wei Minpeng1,2

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;4.CNOOCEnterTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Coarse-grained clastic deposits are widely developed in the Hetaoyuan Formation of the steep slope belt in southern Biyang Sag of Nanxiang Basin.They together with nose-like structures in the sag form many high-quality oil and gas reservoirs.However,the genesis of these deposits is still uncertain.The bone of contention is whether they are fan delta genesis or nearshore subaqueous fan genesis.To answer the question and get a better look at how they are distributed horizontally,we compared and summarized the two geneses and discussed their controlling factors in a stratigraphic sequence framework and from the following 6 perspectives of sedimentary settings,subfacies and microfacies categorization,drilling and logging data,core analyses,grain size distribution features and seismic response characteristics.The results show that the steepness difference of faults caused by large boundary faulting activities controlled their genesis.Horizontally,fan deltas are developed in the west area with gentle faults(55°-75°)while nearshore subaqueous fans are deve-loped in the east area with steep faults(75°-90°)nearshore. Seismic profiles also show that early faults are steeper and favorable for the deposition of nearshore subaqueous fans;while later faults are more gentle and good for fan delta to be formed.

nearshore subaqueous fan,fan delta,glutenite body,structural control,Hetaoyuan Formation,Biyang Sag,Nanxiang Basin

2013-10-10;

2014-02-26。

董艳蕾(1972—)，女，博士、讲师，层序地层学及地震沉积学。E-mail:yanleidong@163.com。

朱筱敏(1960—)，男，教授，层序地层和沉积储层研究。E-mail:xmzhu@cup.edu.cn

国家自然科学基金项目(41202078，41272133)；中国石油大学(北京)科研基金资助项目(KYJJ2012- 01-31)。

0253-9985(2015)02-0271-09

10.11743/ogg20150212

TE121.3