松辽盆地兴城地区泉四段浅水三角洲沉积特征

孙春燕，胡明毅，胡忠贵，薛　丹，刘诗宇

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，武汉430100；2.长江大学地球科学学院，武汉430100）

松辽盆地兴城地区泉四段浅水三角洲沉积特征

孙春燕1，2，胡明毅1，2，胡忠贵1，2，薛丹1，2，刘诗宇1，2

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，武汉430100；2.长江大学地球科学学院，武汉430100）

松辽盆地北部兴城地区泉四段主要发育泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩沉积。通过泥岩颜色、古生物化石、沉积构造和测井相特征等分析，确定研究区泉四段为一套退积型浅水三角洲沉积，包括三角洲平原和三角洲前缘2种亚相，分流河道和决口扇微相较发育。应用高分辨率层序地层学原理，对泉四段进行层序划分，结合砂泥岩分布规律，编制研究区沉积相平面展布图，并分析其垂向演化规律。研究认为，泉四段内部可划分出Q4-SSC1～Q4-SSC7等7个短期旋回，其中，Q4-SSC7时期水体达到最深，研究区内仅发育三角洲前缘亚相；Q4-SSC1时期河道砂体最为发育，为储集层发育的最佳时期。泉四段自上而下经历了由三角洲平原到三角洲前缘水体由浅变深的一个沉积演化过程，反映了研究区泉四段沉积时期为一次湖侵的沉积过程。

浅水三角洲；沉积特征；泉四段；兴城地区；松辽盆地北部

0　引言

浅水三角洲及其河道砂体是近年来油气勘探的重点目标之一。浅水三角洲发育于坡度较缓的湖盆，湖水的涨落对湖岸线的变迁影响较大，造成一部分区域时而处于水上暴露环境，时而处于水下浅水环境，这是浅水三角洲区别于正常三角洲最主要的特征。Postma［1］认为低能盆地中的三角洲可分为浅水三角洲和深水三角洲两大类，并识别出了8种浅水三角洲类型；张昌民等［2］提出了不同于常规枝状和分流砂坝型的浅水三角洲模式；纪友亮等［3］针对高邮凹陷阜宁组一段地层，提出了一种“浅水三角洲和滩坝混合”的新的沉积模式；尹太举等［4］通过对分流体系的追踪，构建出了叠覆式浅水三角洲的发育过程。浅水三角洲通常是指在水体较浅和物源充沛的陆表海或地形平缓、构造运动缓慢的坳陷盆地形成的以分流河道砂体为主体的三角洲类型。近年来，国内外众多学者针对不同地区浅水三角洲沉积特征做了大量深入的研究，表明不同地区、不同盆地由于所处大地构造背景、物源供给及盆地沉降演化史等特征的差异，发育有不同类型的浅水三角洲沉积［5］。

笔者以松辽盆地兴城地区泉四段为研究层段，应用高分辨率层序地层学原理，对典型单井进行层序划分和连井层序地层对比，同时结合砂泥岩分布规律，总结该区泉四段河控浅水三角洲的沉积特征以及沉积相平面展布和垂向演化规律，以期为该区有利砂体储层预测和油气勘探提供依据。

1　研究区概况

松辽盆地是我国东北地区中新生代一个大型陆相复合型含油气盆地［6］，具有断坳双重结构，总面积约26万km2。兴城地区属于我国黑龙江省肇州市，地理位置处于大庆长垣太平屯油田的东部、卫星油田和升平油田的东南部及宋芳屯油田的北部；从构造背景来看，位于松辽盆地东南隆起区徐家围子断陷带及北部中央凹陷区，在朝阳沟阶地以北，绥化凹陷西南部及三肇凹陷南部［7］（图1）。

图1　兴城地区地层（a）及构造位置（b）Ⅰ.大庆长垣；Ⅱ.齐家—古龙凹陷；Ⅲ.三肇凹陷；Ⅳ.朝阳沟阶地；Ⅴ.长岭凹陷；Ⅵ.龙虎泡—红岗阶地；Ⅶ.黑鱼泡凹陷；Ⅷ.明水阶地Fig.1　The strata（a）and structural location（b）of Xingcheng area

研究区白垩系地层主要发育泉三段（K1q3）、泉四段（K1q4）、青山口组（K2q）、姚家组（K2y）和嫩江组（K2n）等5套含油层系，具有沉积厚度大、分布广泛等特点。研究区泉四段主要发育一套灰色、深灰色粉砂岩和灰绿色、紫红色泥岩组成的浅水三角洲沉积体系，并与上覆上白垩统的青一段（K2q1）呈整合—平行不整合接触，与下伏泉三段呈整合接触，地层厚度为80～95 m。

2　层序地层特征

泉头组（K1q）形成于松辽盆地进入坳陷期的初始阶段，盆地基底持续稳定沉降，广泛接受沉积，地形十分平缓，研究区地层厚度总体变化不大。泉头组自下而上可划分为4段，依次为泉一段至泉四段（K1q1～K1q4）。在泉头组发育过程中，由于盆地整体处于坳陷阶段，水体不断加深，沉积物可容纳空间逐渐增大，泉四段整体上表现为一套退积型浅水三角洲沉积体系，结构上具有明显的正旋回沉积特征，其底界为一个短期旋回界面，顶界为K1q—K2q沉积分界面，界面以上发育青一段黑色油页岩。该区泉四段岩性主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩及其过渡类型，砂岩以粉砂岩为主，粒度较细，分选较好。以典型单井层序划分（图2）和连井层序地层对比为基础，以22口预探井精细岩心观察描述为依据，结合岩性、测井响应以及沉积旋回等特征，可将兴城地区泉四段划分为7个短期旋回，即Q4-SSC1～Q4-SSC7。

图2　兴城地区泉四段层序地层和沉积相综合柱状图（徐14井）Fig.2　Sequence strata and comprehensive column of sedimentary facies of Quan-4 member in Xingcheng area

以单井层序划分（图2）为例进行分析，Q4-SSC1时期主要为紫红色泥岩，夹少量紫红色粉砂质泥岩，发育洪泛沉积微相；Q4-SSC2时期河道砂体沉积范围较小，以紫红色泥岩为主，夹少量灰色或灰绿色泥岩和泥质粉砂岩，发育洪泛沉积和决口扇微相；Q4-SSC3时期下部河道砂体发育，顶界为三角洲平原与三角洲前缘的分界面，泥岩颜色以紫红色为主，向上水体加深，开始出现灰色或灰绿色沉积物；Q4-SSC4～Q4-SSC6时期，由于水体上升，沉积物以还原色为主，发育水下决口扇和支流间湾微相；Q4-SSC7时期以发育灰绿色泥岩为主，局部夹少量灰色粉砂岩和泥质粉砂岩，顶界为泉头组顶部与青山口组底部的交界面，为一明显的岩性-岩相转换界面，其顶界面为K1q—K2q沉积时期的最大湖泛面。每个短期旋回的地层厚度均为10～20 m，且旋回结构发育完整，其中K1q4以发育正旋回沉积为主，具有不对称层序结构特征［8］。

3　浅水三角洲沉积特征

3.1泥岩颜色及岩石类型

泥岩颜色是地层所处沉积环境的标志［9-10］（表1）。研究区泉四段下部旋回泥岩颜色以紫红色为主，泥质粉砂岩条带比较常见，发育块状层理和水平层理，说明水动力较弱，为静水悬浮沉积，反映了氧化—弱氧化环境，属于三角洲平原亚相沉积；中部旋回以紫红色和灰绿色混合型泥岩为主，指示弱氧化—弱还原过渡环境，表明沉积时处于高沉积速率区；上部旋回泥岩颜色以灰绿色、灰色为主，指示弱还原环境，属于三角洲前缘亚相沉积。由上述泥岩颜色的变化可以看出，研究区泉四段整体表现为湖平面上升的沉积演化过程。

表1　兴城地区泉四段（粉砂质）泥岩相划分Table1　（Silty）mudstone facies of Quan-4 member in Xingcheng area

3.2生物化石标志

研究区泉四段生物化石比较少见，而生物遗迹虫孔十分常见（图版Ⅰ-1）。虫孔一般个体较大，密度较小。研究区生物扰动现象也比较多见，在泥岩中可见植物根茎化石［11］，反映出浅水过渡环境特征。

3.3特殊矿物标志

研究区泉四段主要见铁质矿物和钙质矿物，前者多以结核或晶体（如黄铁矿等）形式出现，后者多以钙质结核或方解石晶体出现［12］。黄铁矿（图版Ⅰ-2）和钙质结核（图版Ⅰ-3）在研究区比较常见，一般为弱还原沉积环境下的产物。钙质结核在泥岩中比较常见，方解石晶体在泥质粉砂岩中可见，二者均为弱氧化沉积环境下的产物。

3.4沉积构造标志

碎屑岩中的沉积构造，特别是物理成因的原生沉积构造，是反映沉积物形成过程中沉积速度、水流作用方式、水动力条件和沉积环境特征的最有效的标志，一直被视为沉积相分析和划分的重要相标志［11］。研究区泉四段河道砂体底部发育冲刷面构造（图版Ⅰ-4～Ⅰ-5），在其内部可见交错层理（图版Ⅰ-6）及平行层理（图版Ⅰ-7）等；小型交错层理多发育于天然堤和决口扇等沉积微相中；在河道砂体中平行层理较为发育，多出现在水流较强及高能环境下的分流河道及水下分流河道等各类河道沉积中；在三角洲前缘沉积上部的薄层粉砂岩中可见变形层理（图版Ⅰ-8），反映水动力中等；三角洲平原洪泛沉积和三角洲前缘支流间湾可见水平层理、块状层理及生物扰动等沉积构造，反映了水动力较弱的低能沉积环境。

4　浅水三角洲沉积相类型

通过对研究区22口预探井泉四段地层进行精细的岩心观察和描述，并结合各种地质资料（岩性、古生物化石、单砂体形态及测井曲线等）进行单井相研究表明，研究区泉四段为一套河控浅水三角洲沉积，并可识别出2种亚相、7种微相［12］（表2）。

表2　兴城地区泉四段浅水三角洲沉积相特征Table2　Sedimentary characteristics of shallow water delta of Quan-4 member in Xingcheng area

4.1浅水三角洲平原亚相

浅水三角洲平原一般位于水面以上，只有在出现周期性或季节性湖平面上升时，可短时期处于水下环境，仅受河能作用的影响，且长期处于氧化环境。在研究区该亚相主要发育于泉四段下部，其沉积物颜色多以紫红色为主，泥岩中可见大量钙质结核、虫孔构造和少量植物碎片，化石较为少见，反映出水上强氧化暴露沉积环境［13］。该亚相中河道砂体发育规模较大，底部可见冲刷构造，具槽状和板状交错层理等。研究区浅水三角洲平原亚相可识别出分流河道、天然堤、决口扇及洪泛沉积4种沉积微相。

（1）分流河道

研究区三角洲平原砂体主要分布在分流河道中，其岩性以粉砂岩为主，砂体厚度一般为1.5～5.0 m，偶尔可见冲刷泥砾。沉积物粒度在各微相中相对较粗，呈明显的正韵律，底部冲刷突变面和正韵律旋回十分明显，自下而上具有河流垂向结构特征。在测井曲线上通常呈高幅圣诞树形、箱形或钟形［图3（a）～（b）］。

（2）天然堤

研究区陆上天然堤发育相对较少，一般发育在分流河道周缘，通常与分流河道构成典型的“二元垂向结构”，在平面上多分布在分流河道两侧。其沉积物比分流河道细，以泥质粉砂岩和泥岩为主，单层砂体厚度一般小于0.5 m，生物扰动现象明显。在测井曲线上呈中—低幅的指形或扁钟形［14］［图3（b）］。

图3　兴城地区泉四段沉积微相测井响应特征Fig.3　The log response characteristics of sedimentary microfacies of Quan-4 member in Xingcheng area

（3）决口扇

决口扇沉积物粒度一般介于分流河道和天然堤之间。在研究区，岩性多为灰色泥质粉砂岩和粉砂岩，单层砂体厚度为0.8～2.0 m，局部可见泥质条带，底部具冲刷面或突变面，垂向上呈向上变细的正韵律。在测井曲线上呈指状或尖峰状形态，以底部弱突变、顶部渐变为特征［图3（c）］。

（4）洪泛沉积

洪泛沉积是发育在分流河道之间的泥质沉积，岩性以紫红色泥岩为主，在三角洲平原亚相中较为发育，沉积物粒度较细。泥岩单层厚度较大，常见钙质结核和块状层理，可见少量植物根茎和虫孔构造，局部暴露环境可见干裂构造。在测井曲线上呈低幅齿状线形［图3（d）］。

4.2浅水三角洲前缘亚相

研究区三角洲前缘主要发育在泉四段上部，岩石类型以灰色粉砂岩、灰绿色泥岩及其过渡类型为主，受河能和湖能的双重影响，河道分叉改道常见，决口扇较为发育，整体上为稳定的水下还原环境。根据岩心、单砂体形态及测井响应特征等资料，研究区浅水三角洲前缘亚相可识别出水下分流河道、水下决口扇及支流间湾3种沉积微相［15］。

（1）水下分流河道

水下分流河道是陆上分流河道的水下延伸部分，因而具有与陆上分流河道相似的特征，如具底部冲刷构造、河道垂向层序和正旋回等，但由于受到湖能阻力及顶托作用的影响，使水下分流河道又区别于陆上分流河道。在浅水三角洲沉积环境中，由于湖泊水动力较弱，携带能力与冲刷能力明显减弱，底部泥砾含量减少，由陆上明显起伏的冲刷面变为平直的岩性突变面。在研究区，河道砂体主要由砂质沉积物组成，多表现为正旋回沉积特征，砂体底部可见泥砾和冲刷构造，常发育多期次河道充填。在测井曲线上呈中—高幅箱形或钟形［图3（e）］。

（2）水下决口扇

水下决口扇沉积物粒度较水下分流河道细，砂体中泥质含量较高，颜色以还原色为主，单层砂体厚度较小，一般为0.5～2.0 m，底部具冲刷面，规模小于陆上决口扇，常有小型层理发育，与上下部泥岩之间存在岩性-岩相突变面。在自然伽马测井曲线上呈低幅齿状线形和指形［图3（f）］。

（3）支流间湾

支流间湾微相是区别水下环境与陆上环境的最重要的标志之一，常见于水下分流河道之间相对凹陷的海湾地区，为低能还原环境。三角洲向前推进时，在分流河道间形成一系列尖端指向陆地的楔形泥质沉积体，称为“泥楔”，故支流间湾以黏土沉积为主，且发育有水平层理、变形层理及透镜状层理等，可见浪成波痕和生物介壳，虫孔及生物扰动构造发育。在自然伽马测井曲线上通常呈极低幅或低幅齿状线形［图3（f）］。

5　沉积相平面展布及垂向演化

5.1砂体分布规律

通过对研究区22口预探井进行精细的岩心观察和描述，结合测井、录井及钻井等资料，利用地质绘图技术，编制了研究区典型单井沉积相综合柱状图和连井地层对比剖面图，并在此基础上，编制了砂地比等值线图（图4），从而清晰地展现出了研究区砂体的分布情况，为进一步分析沉积相平面展布及垂向演化奠定了基础。

图4　兴城地区泉四段关键时期砂地比等值线图Fig.4　The sand ratio contour map in key periods of Quan-4 member in Xingcheng area

研究区储层砂体分布与基准面旋回和沉积环境密切相关，河道砂体一般发育在长期基准面下降期。在研究区浅水三角州沉积体系中，由于河道分叉、合并频率较高，砂体分布范围大，单层砂体厚度较小，因此砂地比较低。在研究区，K1q4每个短期旋回的地层厚度为10～18 m，并且各短期旋回内部的砂泥岩分布有所不同［11］。以Q4-SSC1，Q4-SSC4和Q4-SSC7等3个关键时期为例进行分析，Q4-SSC1沉积时期，砂体最为发育，砂地比较高，为1.46%～68.86%，平均为28.82%；Q4-SSC4沉积时期，砂岩分布范围较广，砂地比为2.98%～81.87%，平均为24.99%，高值主要集中在研究区东南部；Q4-SSC7沉积时期，砂地比为4.35%～80.11%，平均为20.02%，较低值区域进一步扩大。由此可见，砂地比在逐渐下降，反映了K1q4沉积时期水体由浅变深的过程。

5.2沉积相平面展布特征

根据单井沉积微相划分及砂地比等值线图，结合连井层序对比及沉积相纵向演化和横向展布规律，编制了研究区K1q4沉积相平面图（图5）。受由北向南物源的控制，研究区河道流向为自北向西南方向；受构造、地势和环境等因素的影响，沉积水体由浅变深，从而形成了退积型浅水三角洲沉积体系。以Q4-SSC1，Q4-SSC4和Q4-SSC7等3个关键时期为例，分析研究区沉积微相展布及演化特征［16］。

图5　兴城地区泉四段关键时期沉积相平面展布Fig.5　The planar distribution of sedimentary facies in key periods of Quan-4 member in Xingcheng area

（1）Q4-SSC1沉积时期

该时期为研究区K1q4沉积水体最浅，且K1q4砂体最为发育的时期。此时研究区发育浅水三角洲平原亚相沉积［图5（a）］，主要受到来自凹陷北部物源的控制，水体由北向西南方向变深。该时期河道频繁改道、交汇或决口，水下决口扇微相较为发育，河道砂体大范围发育［参见图4（a）］。总体来看，该时期研究区三角洲平原亚相内河道宽度呈现南北宽、中部窄的特征。水体较浅或暴露使得沉积物多以紫红色泥岩和紫红色粉砂质泥岩等为主，钙质结核较为发育，并含少量植物碎片，反映水上氧化沉积环境。

（2）Q4-SSC4沉积时期

该时期研究区发育浅水三角洲平原和前缘2种亚相［图5（b）］，沉积相带南北分异明显，芳161井—升531井—徐深1井—升74-F2井一线为相带分界线，南部为三角洲前缘沉积，北部为三角洲平原沉积。沉积物颜色以紫红色和灰绿色互层为主，岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩为主，湖平面上升，沉积物的可容纳空间增大。河道流向为自北向西南方向，河道砂体发育范围逐渐减小［参见图4（b）］，沉积物自北向西南方向运移。河道宽度由三角洲平原向三角洲前缘变窄，分叉减少。区内河道弯曲度较大，水流方向复杂，沉积水体摆动剧烈，决口扇和水下决口扇微相广泛发育。

（3）Q4-SSC7沉积时期

该时期研究区湖平面持续上升，发育三角洲前缘亚相沉积［图5（c）］，以灰绿色泥岩为主，局部夹少量灰色粉砂岩和泥质粉砂岩，沉积物颜色主要为灰色—灰绿色，反映沉积水体逐渐变深的还原环境。该时期发育一条主河道，但河道宽度较小。受来自北部物源的控制，河道流向仍为自北向西南方向，河道砂体发育范围进一步减小［参见图4（c）］，决口扇微相发育。随着水体进一步加深，在该阶段沉积末期，K1q4顶部出现了整个盆地普遍发育的K2q黑色油页岩［17-19］。

5.3沉积相垂向演化及有利沉积相带

从垂向演化上，可以看出兴城地区泉四段Q4-SSC1，Q4-SSC4及Q4-SSC7等3个关键时期沉积相带分异明显，内部具有明显继承性（参见图5）。Q4-SSC1沉积期研究区为浅水三角洲平原亚相沉积，水体较浅，河道砂体广泛分布；Q4-SSC4沉积期水体上升，研究区南部一带开始出现了三角洲前缘亚相沉积，河道砂体发育范围逐渐缩小；Q4-SSC7沉积期继承了Q4-SSC4沉积期的沉积格局，沉积水体进一步上升，在升至扶余油层最大深度时，在油层顶部形成了一套青山口组黑色油页岩沉积。因此，研究区K1q4总体上经历了由三角洲平原到三角洲前缘水体由浅变深的一个沉积演化过程，反映了该区K1q4沉积时期为一次湖侵的沉积过程［20-21］。

根据上述沉积相平面展布及垂向演化特征，并结合该区地质条件及油气成藏条件等分析，认为分流河道砂体及水下分流河道砂体为研究区主要储集砂体，并具有规模大、分布范围广及延伸较远等特点。此外，天然堤和决口扇砂体也可作为良好的储集层。综上所述，分流河道、水下分流河道、天然堤和决口扇微相为研究区的有利沉积相。

6　结论

（1）依据岩-电响应和层序地层等特征，将兴城地区泉四段划分为Q4-SSC1～Q4-SSC7等7个短期旋回，且旋回结构发育完整，以发育正旋回沉积为主，具有不对称层序结构特点。

（2）研究区K1q4沉积时期受北部物源的控制，湖水携带大量泥沙，故K1q4为建设性的河控浅水三角洲沉积。在泉四段识别出三角洲平原和三角洲前缘2种沉积亚相，并进一步识别出分流河道、天然堤、决口扇、洪泛沉积、水下分流河道、水下决口扇和支流间湾等7种沉积微相。

（3）研究区K1q4河道砂体由北向南或西南方向展布。Q4-SSC1沉积时期，研究区为浅水三角洲平原亚相沉积，砂地比平均为28.82%，河道砂体最为发育，为有利的油气聚集和储集相带发育时期；Q4-SSC4沉积时期，砂地比平均为24.99%，湖平面上升，在研究区南部开始出现浅水三角洲前缘亚相沉积；Q4-SSC7沉积时期，砂地比平均为20.02%，水体持续加深，研究区为浅水三角洲前缘亚相沉积。由此反映出，研究区K1q4沉积时期为一次湖侵的沉积过程，整体为一套退积型浅水三角洲沉积。

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图版Ⅰ

（本文编辑：于惠宇）

Sedimentary characteristics of shallow water delta of Quan-4 member in Xingcheng area，Songliao Basin

SUN Chunyan1，2，HU Mingyi1，2，HU Zhonggui1，2，XUE Dan1，2，LIU Shiyu1，2
（1.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.College of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China）

The fourth member of Quantou Formation in Xingcheng area in Songliao Basin is mainly consisted of mudstone，silty mudstone，pelitic siltstone and siltystone.Based on the analysis of mudstone color，palaeophyte fossil，sedimentary structure and logging facies，the fourth member of Quantou Formation was confirmed as retrograding shallow water delta depositional system which develops delta plain and delta front subfacies，and distributary channel and crevasse splay are the main microfacies.According to the principle of high sequence resolution stratigraphy，this paper divided the sequence of Quan-4 member，combining with the distribution regularity of sandstone and mudstone，prepared the distribution layout of sedimentary facies，and analyzed the regularity of vertical evolution.The result shows that：Quan-4 member can be divided into seven short-term sequences，from Q4-SSC1 to Q4-SSC7.During the Q4-SSC7 period，water reached the deepest，and only developed delta front subfacies；during the period of Q4-SSC1，channel sand body is mostly developed，which is the best period for development of reservoir.In the vertical，Quan-4 member experienced a sedimentary evolution process from shallow to deep water，which is an transformation processfrom delta plain to delta front，reflecting an lake invasion of the sedimentary process in the study area.

shallowwater delta；sedimentary characteristics；the fourth member of Quantou Formation；Xingcheng area；northern SongliaoBasin

TE121.3

A

1673-8926（2015）03-0066-09

2014-12-04；

2015-01-16

中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院项目“三肇目标区扶余油层细分层沉积微相研究”（编号：2013-JS-1003）资助

孙春燕（1989-），女，长江大学在读硕士研究生，研究方向为储层地质学和层序地层学。地址：（430100）湖北省武汉市蔡甸区大学路特1号长江大学武汉校区。E-mail：1045286355@qq.com

胡明毅（1965-），男，教授，博士生导师，主要从事沉积学和层序地层学方面的研究与教学工作。E-mail：humingyi65@163.com。