南堡凹陷高柳地区沙三段构造-层序地层特征

康海涛,王宏语,樊太亮,赵家强,王凯杰,杨　超

（1.中国地质大学（北京）能源学院，北京100083；2.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北唐山063004）

南堡凹陷高柳地区沙三段构造-层序地层特征

康海涛1,2,王宏语1,樊太亮1,赵家强1,王凯杰1,杨超1

（1.中国地质大学（北京）能源学院，北京100083；2.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北唐山063004）

构造-层序地层特征是储层精细研究及岩性油气藏勘探的基础。通过对南堡凹陷高柳地区三维地震与钻（测）井资料的解释，研究沙三段沉积期的区域构造、断裂演化及沉积层序发育特征，进一步明确构造对沉积层序发育的控制作用。结果表明：沙三段沉积期，裂陷沉降与沉积充填过程中存在构造抬升和断裂掀斜等作用，形成了该裂陷期内的3个“裂陷拉张-快速沉积-抬升剥蚀”旋回，其控制了3个亚构造层的沉积层序旋回特征。西南庄断层与柏各庄断层构造活动的横向差异造成了沙三段“跷跷板”式交错增厚的地层充填模式。区内构造地貌演化控制了沉积体系的类型、纵向叠置样式与横向展布特征。

构造演化；沉积层序；构造地貌；层序叠置样式；高柳地区；南堡凹陷

0　引言

在传统的层序地层学分析中，海（湖）平面变化、构造沉降、沉积速率和古气候为影响层序地层发育的四大控制因素［1-2］；均衡的区域构造沉降常常作为层序地层发育的构造地貌背景，然而，在大多数裂陷盆地中，区域构造运动多为幕式发育。幕式区域构造活动、多样化的构造组合样式及其控制形成的古地貌，不仅控制着盆地层序发育样式，而且对盆地的沉积充填方式产生重要影响［3-10］；区域构造因素显然为控制沉积层序充填样式的重要控制因素。在裂陷盆地中，明确区域构造演化特征及其对沉积层序发育的影响机制，是层序地层与沉积储层研究的前提，也是精细油气勘探的基础。

高柳地区是南堡凹陷内一个受弯曲边界断裂控制的次级构造单元；弯曲边界断裂的活动对该区沉积层序的发育具有重要的影响。笔者以三维地震与钻（测）井资料为基础，分析该区沙三段（Es3）沉积期的区域构造与弯曲边界断裂演化特征，研究构造层序特征，明确区域构造对层序地层的控制作用。该研究成果可为该区精细沉积储层分析与岩性油气藏勘探提供依据，也对其他裂陷盆地构造-层序地层学研究具有借鉴作用。

1　研究区概况

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷北端，是一个在华北地台基底上，经中—新生代断块运动发育起来的、具有北断南超结构的典型陆相箕状凹陷［图1（a）］。高柳地区位于南堡凹陷北部，是一个夹持于西南庄断层、柏各庄断层与高柳断层的三角形区域，包括高北斜坡带与拾场次洼带［图1（b）］。该区钻遇的地层自下而上依次为古近系沙河街组（Es）与东营组（Ed），新近系馆陶组（Ng）和明化镇组（Nm）。与南堡凹陷大部分地区相比，该区Es厚度较大，Ed由于地层缺失而厚度较薄［图1（c）］，主要的含油层系为Es3。

图1　南堡凹陷（a）高柳地区（b）位置与地层综合柱状图（c）Fig.1　The location of Nanpu Sag（a）and Gaoliu area（b）as well as the strata columnar section（c）

高柳地区全部被三维地震测网覆盖，已有探井与评价井共51口。区内高尚堡-柳赞构造带的Es构造油气藏均已开发多年。近年来，在拾场次洼及其斜坡带Es3也获得了良好的油气显示，围绕Es3岩性-地层油气藏勘探的构造-层序地层研究为近期地质研究的重点。

2　构造演化特征

2.1区域构造演化特征

作为南堡凹陷的一个次级构造单元，高柳地区构造演化与南堡凹陷具有一致性，也经历了初始裂陷期、持续裂陷期和坳陷期等3个主要阶段［11］。研究区位于凹陷边缘，紧邻两大控盆断裂，在持续裂陷期又发育多个局部不整合面，在构造演化上又表现出一定的特殊性。根据不整合面特征、地层展布特征及断裂发育特征，该区的持续裂陷期又可进一步细分为快速裂陷期与裂陷萎缩期［参见图1（c）］，并且快速裂陷期构造活动表现出幕式特征。

图2　高柳地区构造演化剖面（剖面位置参见图1）Fig.2　Tectonic evolution profile of Gaoliu area

（1）初始裂陷期（Es35）

始新世早期，南堡凹陷以右旋拉张和剪切应力为主。在区域拉张应力作用下，南堡凹陷进入裂陷发育期［12］。西南庄断层与柏各庄断层下降盘均强烈下降，形成了南堡凹陷北断南超的箕状断陷雏形。高柳地区位于箕状断陷的陡坡一侧，西侧的西南庄断层与北侧的柏各庄断层产状均较陡，呈轻微铲式［图2（a）］；断层下盘形成了Es35粗碎屑快速沉积，沉积厚度最大超过400 m。

（2）持续裂陷期（Es34—Es31）

Es35沉积末期，南堡凹陷存在一次区域构造褶皱抬升运动，造成了高柳地区整体抬升，地层接受剥蚀，相应形成了区域不整合面。在随后的始新世，盆地进入了快速的持续拉张裂陷过程［图2（b）］。高柳地区沉积速率较大［13］，发育了Es34广泛分布的湖相油页岩层及较厚的Es33—Es31砂泥岩互层沉积。

在快速裂陷期的Es32沉积末期，高柳地区具有断块的掀斜特征；在柏各庄断层附近部分地层遭受剥蚀，形成了局部削蚀不整合面。在Es31沉积期，由于边界断裂活动性的差异性变化，区内构造地貌由Es34—Es32沉积期的东高西低转变为Es31沉积期的西高东低，呈现为构造反转特征［图2（c）］。在Es31沉积末期，高柳地区整体处于隆升区而缺失Es2沉积，在Es3与Es1之间表现为区域不整合。

（3）裂陷萎缩期（Es1—Ed）

渐新世，南堡凹陷进入第3次裂陷阶段；该时期区内二级断裂发育，盆地内形成了特征较为明显的北断南超的构造格局。西南庄断层与柏各庄断层在高柳地区的活动均有所减弱，断距均有所减小［图2（d）］，而高柳地区南侧的高柳断层活动强烈［14-15］。高柳地区处于南堡凹陷北部断阶带的台阶上［16］，裂陷沉降速率有所减小。

（4）坳陷期（Ng—Nm）

新近纪，南堡凹陷构造活动减弱，凹陷发育不再受一级与二级断裂控制，伸展作用主要受重力和热沉降机制控制，进入坳陷演化阶段。凹陷沉积中心亦逐渐向南转移［图2（e）］，在高柳地区形成了广泛分布的Ng河流相沉积。

图3　西南庄-柏各庄断层高柳区段沙河街组活动特征Fig.3　The diagram showing fault activities of Shahejie Formation in Xinanzhuang-Baigezhuang fault in Gaoliu area

2.2区域断裂演化特征

高柳地区发育的一级与二级断裂主要有北侧的西南庄断层与柏各庄断层，以及南侧的高柳断层［参见图1（b）］。研究表明，西侧的西南庄断层与北侧的柏各庄断层其实为一条相连的基底断层［17］，其发育过程贯穿了盆地的整个裂陷阶段。南侧的高柳断层开始发育于Es3沉积末期，强烈发育于Ed沉积期［14-15，18］。对Es3沉积起控制作用的主要为西南庄断层与柏各庄断层。

断层下盘地层厚度趋势特征分析表明，西南庄断层与柏各庄断层在高柳地区的活动具有横向分段及幕式特征（图3）。Es35沉积期，地层厚度横向差异所表现出来的断层活动速率横向差别不大。Es34—Es32沉积期，研究区西侧的a4-a7段断层活动更为强烈，下盘沉降幅度较大。Es31沉积期，研究区北侧的断层活动速率趋于均衡，但北东侧的活动速率稍微大于东侧和西侧。Es31沉积期，断层活跃区段明显转移至研究区北东侧的a7-b4段；该段断层表现出较大的活动速率，下降盘沉积厚度巨大［图3（a）］。结合拾场次洼沉积速率分析［13，15］可知，在整个Es沉积过程中，南堡凹陷西南庄断层与柏各庄断层高柳区段的活动性呈现为强（Es35—Es32）→弱（Es31—Es2）→强（Es1）的阶段性变化特征。

图4　高柳地区Es3各亚构造层地震响应与界面特征Fig.4　Seismic response and boundary features of each sub-structural unit of Es3in Gaoliu area

3　构造层序地层特征

三维地震资料解释及钻井标定表明，南堡凹陷高柳地区Es3发育4个不整合面（图4）。根据不整合面特征可将Es3划分为Es35，Es34—Es32与Es31等3个亚构造层，其中Es35与Es31亚构造层分别对应一个三级层序，Es34—Es32亚构造层可划分为2个三级层序。

3.1Es35亚构造层

Es35亚构造层的顶、底界面均表现为连续及强地震反射特征，为削蚀性不整合界面；构造层内部多表现为低频、强振幅及较连续的地震相反射特征。地层展布西侧稍厚，横向厚度差异不大。在东部的局部边缘地区表现为中等振幅及杂乱反射特征。研究区东部边缘的L22井揭示Es35砂组为灰色、灰白色砂岩、含砾砂岩和砾岩层段，纵向上为一个完整的由粗变细再变粗的沉积旋回；中部的G11井揭示Es35砂组为较厚的灰色、深灰色泥岩层，偶夹薄层砂岩。综合解释表明，该亚构造层主要发育冲积扇与扇三角洲—湖泊沉积体系，粗碎屑的边缘相较为发育。

3.2Es34—Es32亚构造层

Es34—Es32亚构造层的底界面为平行不整合面，顶界面在北东区域显示为局部不整合面（参见图4）；顶、底界面在地震剖面上均表现为中等振幅与较连续的反射特征（图5）。Es34在地震剖面上表现为低频、强振幅与亚平行结构的反射特征，连续性好。区内有多口井钻遇该套地层，其岩性以灰色、深灰色、灰黑色泥岩及油页岩为主，夹有薄层砂岩；厚度展布稳定，横向差异小［图6（a）］。Es33在地震剖面上表现为中低频、中振幅与亚平行—发散结构的反射特征，连续性较差；钻井揭示其为一套砂岩、含砾砂岩与泥岩的互层沉积，测井曲线以箱型和漏斗型组合为主。Es32在地震剖面上表现为中低频、较强振幅与平行—亚平行结构的反射特征，连续性较好；钻井揭示其为薄层砂岩与泥岩频繁互层沉积，测井曲线多表现为砂岩在自然伽马曲线上为指状响应特征。在平面分布上，该套地层呈现西厚东薄的特征［图6（b）～（c）］。

该亚构造层在区内大部分钻井上显示为扇三角洲与湖泊相的互层沉积，存在2个较为完整的沉积旋回。Es34砂组为一套厚度横向分布稳定的深色泥岩，向上砂岩层数增多、单层厚度增大且砂岩粒度变粗；Es33砂组中上部发生沉积序列的转换，砂岩层数减少、单层厚度减小且砂岩粒度变细；Es32砂组发育几套分布较为稳定的泥岩层；Es32砂组以薄层砂岩与泥岩频繁互层的加积序列为特征。

图5　Es34—Es32亚构造层的地层充填特征（剖面位置参见图4）Fig.5　Stratigraphic filling features of Es34-Es32sub-structural units

图6　高柳地区不同层段地层厚度趋势（时间域）Fig.6　The stratigraphic thickness of different strata in Gaoliu area

3.3Es31亚构造层

Es31亚构造层的顶界面在区内表现为强振幅与较好连续性的地震反射特征（图7），为区域的平行不整合面；底界面为与Es32接触的局部不整合面（参见图4）。地震相主要表现为中—高频、中—强振幅与亚平行—发散结构，连续性中等；在部分断层破碎带表现为杂乱反射。在邻近柏各庄断层的北东部区域，底部具有双向上超特征，表明Es31沉积初期，北东部区域沉降幅度相对较大。Es31地层呈现西薄东厚的特征［图6（d）］，表明该亚构造层沉积期，沉降中心已从研究区西侧向北东侧转移。

钻井揭示，该层段为中—细砂岩与暗色泥岩互层沉积；测井曲线下部以漏斗型组合形态为主，中上部以自然伽马曲线上的指状组合特征为主（图7）；经井-震综合解释为一套扇三角洲—湖泊环境的砂泥频繁交替沉积。Es31纵向上可以识别出一个完整的沉积旋回，底部的低位域砂体较薄且局限，下部发育横向展布稳定的泥岩层段；向上砂岩层数增加、单层厚度增大且粒度变粗，表现为典型的进积组合序列；中上部层段砂泥岩互层频率降低、砂岩单层厚度有所减小且砂岩粒度变细，主要表现为加积特征。

图7　Es31亚构造层的地层充填特征（剖面位置见图4）Fig.7　Stratigraphic filling features of Es31sub-structural units

4　构造对沉积层序的控制作用

4.1幕式构造运动控制了沉积层序的旋回特征

Es35沉积末期与Es31沉积末期的构造事件均造成了高柳地区的区域抬升与地层被剥蚀，并形成了区域性不整合面。Es32沉积末期的构造事件则造成断块的掀斜，造成东部地区的出露和被剥蚀，而形成局部不整合面。研究区在Es3沉积充填过程中存在的构造抬升与断裂掀斜等活动，形成了3个“裂陷拉张-快速沉积-抬升剥蚀”的旋回组合，对应着3个亚构造层。这些特征表明，Es3沉积期虽然为南堡凹陷的主要裂陷发育期［参见图1（c）］，但裂陷活动不是一个持续过程；在该裂陷期存在着多期的幕式构造活动。

Es35沉积期的裂陷沉降-抬升运动造成该亚构造层在纵向上为典型的“粗—细—粗”岩相组合旋回，在横向上具有粗、细变化显著的特征。Es35沉积末期与Es32沉积末期构造运动后，高柳地区均进入快速裂陷期，从而造成区域快速的水进，Es34与Es31砂组下部的粗碎屑沉积均薄且局限，低位域欠发育；Es34—Es32与Es31砂组均形成了“细—粗—细—粗”的岩相组合特征。构造活动的幕式特征制约了各亚构造层的沉积序列旋回特征。

4.2断层差异演化控制了构造地貌与沉积层序展布

Es35沉积期，西南庄断层与柏各庄断层活动速率大，但横向差别不大［参见图3（b）］，造成了边界断裂断面较陡、内部地貌较缓的“陡盆状”地貌特征，地层厚度横向差别不大。Es34沉积期，边界断裂横向活动较为均衡，区内地层厚度横向较为均等。Es33—Es32沉积期，研究区西侧断层的活动更为强烈，下盘沉降幅度较大；形成了东高西低的构造地貌特征，沉积地层均呈现为西厚东薄的展布趋势。Es31沉积期，北东侧的断层活动速率稍微大于东侧与西侧，构造地貌反转，形成了Es31明显的东厚西薄特征，且该趋势在Es1进一步加大。边界断裂活动与区内沉积地层充填特征综合分析表明，断层活动的横向差异演化造成了研究区Es沉积期“左右摇摆”的古构造地貌特征及“跷跷板”式交错增厚的地层充填特征（参见图4与图7）。

4.3构造地貌控制了沉积物充填叠置样式

Es35沉积期为盆地的初始裂陷期，边界断裂断面较陡。钻井揭示边缘相发育，粗碎屑与泥岩沉积层形成了明显的进积与退积组合序列；沉积相横向变化快，向内迅速转变为湖相沉积，横向可对比性较差。

Es34—Es32沉积初期，区域快速沉降，可容纳空间快速增大，形成了Es34广泛分布的厚层泥页岩段。随后的Es33沉积期区内呈现东高西低的构造地貌，在经历基准面下降到上升的转换过程中，来自北东部的物源体系的推进和退缩控制了沉积体系的空间分布，在纵向上形成了由典型进积序列向典型退积序列的转变（图8）。Es32沉积期随着构造地貌渐趋平缓与湖盆变浅，造成砂体与湖湘泥岩互层叠置而形成的加积序列。

Es31沉积期，边界断裂的差异演化造成沉积地貌的变化及相应的物源体系格局转变。在拾场次洼周围，Es31砂组底部发育一套较为稳定的泥岩，向上主要表现为典型的进积序列，再变为弱退积及加积序列。在柳赞、高尚堡及边界断裂附近的边缘地区，主要表现为加积序列。Es31沉积中后期，随着地层的填平补齐作用，地貌趋缓，全区以加积序列为特征。

5　结论

（1）南堡凹陷高柳地区Es3沉积期的裂陷活动不是一个持续过程，在盆地沉降与地层充填过程中存在构造抬升与断块掀斜等活动，形成了该裂陷期内部的3个“裂陷拉张-快速沉积-抬升剥蚀”的旋回组合。

（2）西南庄断层与柏各庄断层活动的横向差异性，造成了Es沉积期“左右摇摆”的古构造地貌特征及“跷跷板”式交错增厚的地层充填模式。

（3）南堡凹陷高柳地区构造地貌演化与沉积充填过程影响了沉积地貌的变迁，也控制了沉积砂体的纵向叠置样式与横向展布特征。

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（本文编辑：李在光）

Structure-sequence stratigraphic characteristics of the third member of Shahejie Formation in Gaoliu area，Nanpu Sag

Kang Haitao1，2，Wang Hongyu1，Fan Tailiang1，Zhao Jiaqiang1，Wang Kaijie1，Yang Chao1
（1.School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Jidong Oilfield Company，Tangshan 063004，Hebei，China）

The structure-sequence stratigraphy characteristics are necessary for subsequent study of lithologic reservoirs. Based on the 3D seismic and logging data，the regional tectonic evolution，fault development and tectonic sequence stratigraphy characteristics of the third member of Shahejia Formation（Es3）were studied，and the tectonic effect on sequence stratigraphic configuration was analyzed.The result shows that tectonic uplift and fault tilting activities occurred during the rifting process of the Es3depositional period，which formed three“rifting and subsidence-rapid deposition-uplift and erosion”tectonic-stratigraphic cycles and corresponding three sub-structural units.The tectonic activities controlled the sedimentary sequence features of each sub-structural unit.The lateral differences of Xinanzhuang-Baigezhuang fault activities led to“see-saw”sedimentary filling characteristics of Es3.Tectonic geomorphology influencedthesedimentarysystemtypes，vertical superimposedstylesandhorizontal distributioncharacteristics.

tectonic evolution；sedimentary sequence；tectonic geomorphology；stratigraphic superimposed style；Gaoliu area；Nanpu Sag

TE121.3

A

1673-8926（2015）06-0030-08

2015-07-04；

2015-09-05

国家重大油气专项专题“重点油气勘探新领域储层地质与评价”（编号：2011ZX05009-002-4）资助

康海涛（1972-），男，博士，高级工程师，主要从事石油地质学与沉积学方面的研究及科研管理工作。地址：（063004）河北省唐山市路北区光明西里冀东油田分公司。E-mail：jd_kht@petrochina.com.cn。