埕北低凸起围区古沟谷与古坡折带特征及其对沉积体系的控制作用



埕北低凸起围区古沟谷与古坡折带特征及其对沉积体系的控制作用

[摘要]埕北低凸起自从发现埕北油田和埕岛油田以后，一直没有大的突破。近几年，在低凸起围区开展滚动勘探，成效一直不佳，分析原因认为储层发育程度是制约该区勘探的关键因素之一。为此，利用钻井、岩心及地震等基础资料，结合对古地貌的恢复，系统分析了构造特征、地层发育及沉积控制因素等。研究表明：埕北低凸起围区可分为南侧陡坡带、北侧缓坡带和西侧超覆带等3个构造带；古近系沙河街组沉积期，埕北低凸起南侧及西北部发育源-沟一陡坡耦合控制的扇三角洲沉积，北侧缓坡带和西侧超覆带发育源-沟一缓坡耦合控制的辫状河三角洲沉积；到东营组下段沉积期，埕北低凸起南侧及西北部仍以扇三角洲沉积为主，分布的范围有所扩大，西侧及北侧随着湖平面不断上升，多期次辫状河三角洲朵体叠置沉积，平面上朵体范围进一步扩大。通过以上的分析，为该区下步进行精细储层预测提供了可靠的依据，同时也指明了低凸起围区下步的勘探潜力。

[关键词]埕北低凸起；古沟谷；沉积控制因素；古坡折带；沉积体系

1地质概况

图1　研究区构造带划分图

埕北低凸起位于渤海海域西南部，在低凸起两端分别发现了埕北油田和埕岛油田，在南侧陡坡带发现了CFD22-1、CFD22-2等含油气构造，揭示了多套含油层系，证实该区为复式油气聚集区。埕北低凸起围区整体具有南断、北部与西部超覆的构造特征，根据构造特征的不同，把埕北低凸起围区分为3个构造带：南侧陡坡带、北侧缓坡带和西侧超覆带(图1)[1]。其中，南侧陡坡带受高陡型埕北断层长期继承性活动的影响，导致物源区与沉积区具有较大的高差，在断层下降盘沉积的可容空间较大，古近系发育较厚，往前逐渐减薄，具有楔形前积的外形。北侧缓坡带主要受侵蚀坡折带的作用，地形相对比较平缓，古近系逐层超覆在坡折带上，地层厚度由低凸起区向凹陷区逐渐增厚。西侧超覆带与北侧缓坡带具有类似的构造地层特征，地形从低凸起向凹陷平缓变低，古近纪地层逐层向低凸起方向超覆沉积。根据已钻井的资料结合地层地震反射特征研究发现，埕北低凸起围区广泛发育古近系，在南侧陡坡带下降盘沙河街组(Es)和东营组(Ed)较厚。

2沉积控制因素

图2　古近纪各时期有效物源区分布图

2.1有效物源体系控制了砂体发育程度

大量的勘探实践证明，有效物源体系出露面积及母岩岩性共同控制了砂体的发育程度及优质储层的发育，对其的精细研究，有助于准确预测埕北低凸起围区古近系沉积体系的展布特征[2～5]。通过已钻井的资料及地层地震反射特征，对有效物源区规模进行了精细刻画(图2)。研究表明，埕北低凸起围区沙河街组三段(Es3)沉积期，低凸起出露的有效物源区面积最大，达280km2。后期随着湖平面的不断上升，低凸起部分下沉到水底，沙河街组一段、二段(Es1、Es2)和东营组三段(Ed3)沉积时期有效物源区面积变小，但总体上，古近纪各时期有效物源体系规模都较大，能够为埕北低凸起围区提供充足的物源。

张建林等[6]在物源对沉积体系影响的研究中发现，不同的母岩类型砂体发育的质量和规模是有差异的，花岗岩母岩易于风化，形成的碎屑颗粒较粗，抗压实能力较强，有利于原生孔隙保存，因此下游形成的砂体物性较好且规模相对较大。而碳酸盐岩母岩不易风化，形成的碎屑颗粒较细且颗粒间碳酸盐胶结现象严重，堵塞孔隙，下游方向的砂体物性差且规模较小。钻井揭示，埕北低凸起母岩以中生界碎屑岩及凝灰质砂岩为主，北侧有部分花岗岩母岩出露，该岩性组合易于风化剥蚀，为好储层的发育提供了物质基础。

2.2古沟谷是有效的输砂通道，控制了砂体的展布方向

断陷湖盆流域内的水系和碎屑物质是通过河谷及盆缘古沟谷汇入湖盆的，因此盆缘古沟谷是古地貌的低势区，是湖盆发育碎屑岩沉积体的主要场所，同时古沟谷控制了碎屑物质的搬运方向，在其前方是寻找砂体的有利场所[7，8]。蒙启安等[9]总结了不同类型古沟谷的水动力特征及搬运能力，发现同向双断式和U型古沟谷水动力最强，搬运能力较强。三维地震资料分析发现，埕北低凸起上古沟谷广泛发育，低凸起南侧主要发育U型古沟谷，西侧发育同向双断式古沟谷，而北侧以发育V型古沟谷为主，它们为砂体搬运提供了良好的通道，在其下游方向是砂体发育的有利部位。大型沟谷控制了物源区主水系的方向，进而控制了砂体优势汇聚方向。

2.3古坡折带控制了沉积体系发育类型及展布特征

古坡折带是地形坡度发生突变的地带，它对沉积体系的发育类型及展布特征均具有明显的控制作用。古坡折带大致可以分为2类：一是由于同沉积构造长期活动引起的沉积斜坡发生明显突变而形成的构造坡折带，它对盆地充填的可容纳空间和沉积作用起着重要的控制作用；二是由沉积相变化而造成地形坡度变化形成的沉积坡折带。不同的坡折带类型，具有特定的古地貌特征，从而控制着砂体的分布样式[10～13]。

图3　各种类型坡折带控砂示意图

利用三维地震资料，通过对埕北低凸起围区地震剖面的精细分析，识别出单断式陡坡坡折带、断阶式坡折带、复合斜坡式坡折带及基底先存地形坡折带等类型(图3)。

1)单断式陡坡坡折带主要发育在低凸起南侧陡坡带中部，上述部位易产生可容纳空间，接受沉积，从而导致地层厚度、岩性和岩相的变化。单断式陡坡坡折带由于边界断层的持续强烈活动影响，断层下降盘沉积可容纳空间持续增加，砂体主要在断层根部快速堆积，碎屑物质粗，厚度大，但平面规模一般较小，常呈裙带状分布。

2)断阶式坡折带由多条次级顺向或是反向断裂构成，这些次级断裂相互平行成阶梯状，节节下掉。根据断裂倾向与凹陷沉积中心之间的关系，断阶式坡折带可分为同向断阶坡折带和反向断阶坡折带，低凸起南侧陡坡带西段与东段主要发育同向断阶坡折带。受边界断层的影响，从低凸起上搬运下来的物源先在边界断层的下部堆积。同时受前方次级控沉积断层的作用，低凸起和一级台阶作为整体为其提供物源，因此在二级台阶上砂体发育。

3)复合斜坡式坡折带是由沉积前基底隆升的差异性和边界断层长期活动共同影响形成的，它主要发育在低凸起的西北部，该区受低凸起西北部边界断层的持续活动作用，断层上下盘高差逐渐增大，底部的可容空间持续增加。但是受沉积前基底差异隆升的影响，古近系沉积时期，沉积区整体处于基底的高部位，导致其可容空间增长速率较为缓慢，砂体表现为快速向前推进沉积，沉积的距离较远。

4)基底先存地形坡折带是由于风化侵蚀等外力地质作用造成的地形突变，导致可容纳空间增大而形成坡折带。它主要发育在埕北低凸起北侧缓坡带和西侧超覆带。北侧缓坡带由于地形整体比较平缓，坡折带下部沉积可容空间由凸起向凹陷中心缓慢增加，因此所形成的古近纪地层向凸起方向逐层超覆，至凹陷中心厚度逐渐增厚。西侧超覆带夹持在埕北断层与低凸起西北部边界断层之间，由于受2条边界断层持续性活动的作用，埕北油田区基底整体抬升，低凸起往沙南凹陷基底逐渐降低，形成该类坡折带。

古近系沉积时期，Es及Ed逐层超覆在低凸起上，地层在凹陷中心沉积最厚，往低凸起上逐渐减薄。

3古坡折带组合对沉积体系的控制作用

图4　埕北低凸起围区Es沉积期沉积模式图

图5　埕北低凸起围区Ed下段沉积期沉积模式图

通过上述研究表明，整个Es沉积期，低凸起上有效物源区的规模都较大，能够为低凸起围区提供充足的砂体供给，且以中生界碎屑岩、火山岩和部分前寒武系变质花岗岩为主的岩性组合为优质储层的发育提供了物质基础；同时低凸起上古沟谷广泛发育，为砂体向凹陷区搬运沉积提供了良好的通道。埕北低凸起南侧陡坡带发育单断式陡坡和断阶式坡折带，受该类坡折样式的影响，靠近凸起的断层下降盘可容空间快速增加，整体处于饥饿沉积状态，砂体往凹陷中心推进沉积的能力有限，因此南侧陡坡带主要发育扇三角洲沉积，砂体纵向上表现为短轴、近源沉积，平面上沿埕北断层呈裙带状分布，规模较小；低凸起西北部发育复合斜坡式坡折带，该区受边界同沉积断层及基底隆升的共同影响，靠近凸起的断层下降盘可容空间缓慢增加，总体沉降速率小于沉积速率，沉积体具有较好的向前推进沉积的能力，因此该区主要发育扇三角洲沉积，但砂体纵向上延伸较远，平面上呈朵状分布，规模较前者要大；而低凸起北侧缓坡带及西侧超覆带发育基底先存地形坡折带，从凸起向凹陷地形逐渐降低，沉积可容空间逐渐缓慢增加，沉积体具有较强的往前推进的能力，因此该区主要发育辫状河三角洲沉积，砂体纵向上表现为长轴、远源沉积，平面分布规模较前两者均大(图4)[14]。

在Ed下段沉积时期，低凸起出露的有效物源区规模依然较大，可以为低凸起围区提供充足的物源，埕北低凸起南侧及西北部仍以扇三角洲沉积为主，分布的范围有所扩大；而低凸起西侧及北侧整体处于水退时期，随着水位的缓慢降低，沉积体逐层向前推进沉积，形成了多期的辫状河三角洲沉积砂体，砂体往凸起方向逐渐尖灭，平面上朵体范围进一步扩大(图5)。到Ed上段沉积期，随着水位的快速上升，埕北低凸起及围区整体处于水下，凸起上也沉积了较厚的地层。从凸起上及围区的实际钻探情况看，Ed上段井上砂岩体积分数在25%～60%之间，砂岩储层较为发育，整体表现为辫状河三角洲的沉积特征。

4结论

1)根据构造特征的不同，把埕北低凸起围区分为3个构造带：南侧陡坡带、北侧缓坡带和西侧超覆带。其中南侧陡坡带古近系地层具有楔形前积的外形，下降盘沉积的Es和Ed整体较厚。北侧缓坡带和西侧超覆带地层均具有超覆沉积的特点，厚度由低凸起往凹陷逐渐增厚。

2)围区具有形成优质储层的条件：一是低凸起古近纪各时期有效物源体系规模都较大，能够为围区提供充足的物源；二是低凸起上各类大型沟谷广泛发育，为砂体搬运提供了良好通道，同时控制了物源区主水系方向，进而控制了砂体优势汇聚方向；三是围区发育单断式陡坡坡折带、断阶式坡折带、复合斜坡式坡折带及基底先存地形坡折带等4种坡折带样式，为砂体卸载提供了良好的场所。

3)古坡折带组合对沉积体系具有明显的控制作用。古近纪，埕北低凸起南侧及西北部发育源-沟一陡坡耦合控制的扇三角洲沉积。北侧缓坡带和西侧超覆带发育源-沟一缓坡耦合控制的辫状河三角洲沉积。

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[编辑]邓磊

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)5-0015-05

[中图分类号]TE121.3

[作者简介]陈丽祥(1984-)，男，硕士，工程师， 现主要从事沉积与成藏方面的研究， libl29@126.com。

[基金项目]国家科技重大专项(2011ZX05023-002)。

[收稿日期]2015-07-10

[引著格式]陈丽祥,李慧勇, 代黎明,等.埕北低凸起围区古沟谷与古坡折带特征及其对沉积体系的控制作用[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(5):15～19.