浅水三角洲沉积特征及其油气勘探意义——以渤海湾盆地霸县凹陷岔河集构造带沙一上亚段为例

吕传炳，程同冉，张　峰，纪友亮，梁官忠,李彦国

（1.中国石油大学地球科学学院油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2.中国石油华北油田分公司开发部，河北任丘062552）

浅水三角洲沉积特征及其油气勘探意义
——以渤海湾盆地霸县凹陷岔河集构造带沙一上亚段为例

吕传炳1,2，程同冉1，张峰2，纪友亮1，梁官忠2,李彦国2

（1.中国石油大学地球科学学院油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2.中国石油华北油田分公司开发部，河北任丘062552）

浅水三角洲油气藏是渤海湾盆地冀中坳陷霸县凹陷岔河集构造带沙河街组沙一上亚段最主要的油气藏类型。通过对岩石学特征、沉积构造特征、粒度特征、古生物等资料的分析，对浅水三角洲沉积特征和沉积相展布进行了系统研究，总结出浅水三角洲的沉积模式，并且阐述了浅水三角洲有利的成藏条件。通过研究发现，研究区沙一上亚段浅水三角洲分支河道微相发育，河口坝微相基本不发育，广泛发育大面积的席状砂微相；湖平面的周期性变化造成多期砂泥岩互层，是砂体展布特征的主要控制因素。浅水三角洲的沉积特征决定了浅水三角洲相具有优良的储盖组合，断层作用于砂体形成了多种类型的圈闭。岔河集构造带沙一上亚段具有良好的油气成藏条件。

渤海湾盆地；霸县凹陷；岔河集构造带；沙河街组；浅水三角洲相；沉积特征；沉积模式

浅水三角洲的概念是由Fisk在研究密西西比河三角洲时提出，Donaldon在研究美国石炭纪陆表海时进一步丰富[1-2]，文献［3］将低能盆地中的三角洲分为浅水三角洲和深水三角洲。国内学者对浅水三角洲也进行了大量的研究，认为浅水三角洲是指由河流注入浅水卸载而形成的沉积体，不存在Gilbert型三角洲模式的顶积层、前积层和底积层的三层结构[4]。浅水三角洲具有不同于正常三角洲的特点：河流进积作用强，分支河道发育，河口坝不甚发育，广泛发育大面积席状砂，垂向层序不完整等[5-10]。

岔河集构造带渐新统沙河街组沙一上亚段可作为浅水三角洲油气藏的典型代表。然而前人研究认为，沙一上亚段以曲流河沉积为主，不能形成良好的储盖组合，这一认识束缚了油气滚动勘探的进程。因此，笔者对沙一上亚段岩性特征资料深化分析，总结了浅水三角洲沉积和沉积相展布特征，阐述了浅水三角洲的有利成藏条件，旨在为油气滚动勘探提供依据。

1　区域地质概况

岔河集构造带位于霸县凹陷西部陡坡带，为一大型背斜带，西与牛驼镇凸起相邻，东邻霸县洼槽（图1），面积180 km2.沙一上亚段沉积期，区域抬升作用明显增强，湖盆迅速缩小，大规模辫状河三角洲沉积体系由南部、北部向中部的霸县—饶阳湖区快速推进，使湖区范围退到白洋淀—任丘一带。由牛东断层至湖盆中心一线，古地形表现为西高东低，逐渐趋于平缓，两者之间存在一个小型的中央凸起，中央凸起向牛东断层一侧逐渐抬升，向东侧进入湖盆后，古地形迅速降低。这种特殊的古地形条件，延缓了来自于西侧牛东断层方向的河道水流游进入湖盆的冲击力，控制了牛东断层至湖盆之间特殊的浅水三角洲沉积的形成。沙一上亚段上部为灰色、深灰色泥岩夹少量砂岩，下部主要为灰色泥岩夹油页岩、页岩、薄层生物灰岩和白云岩。沙一上亚段自上而下可以细分为Ⅰ油组和Ⅱ油组，两个油组砂岩比例全区最高，为主要的含油层系。

图1　霸县凹陷岔河集构造带构造位置

2　浅水三角洲沉积特征

2.1岩石学特征

浅水三角洲是在浅水环境中沉积的，主要由紫红色、灰褐色、浅灰色泥岩夹中—厚层粉砂岩和细砂岩组成；在三角洲前缘和前三角洲有灰色、灰绿色泥岩沉积，反映了水下弱还原环境。砂岩的岩石矿物成分分析表明，碎屑颗粒中石英含量为22.2%；长石含量为36.3%，主要是正长石和少量的斜长石；岩屑含量为40.2%，主要是酸性喷发岩，含少量中基性喷发岩；胶结类型主要为孔隙式胶结，胶结物平均含量为23.0%，其中方解石占10.0%、泥质占3.0%，白云石占10.0%，个别样品中见少量黄铁矿和硅质；泥质杂基含量为5.0%.可见，砂岩应该属于岩屑质长石砂岩，是比较干净的碎屑岩储集层。

2.2沉积构造特征

浅水三角洲的沉积构造类型较多，以牵引流形成的沉积构造为主。从沙一上亚段岩心中可看出，河道沉积中发育着各种层理构造。

（1）冲刷面沙一上亚段浅水三角洲河道底部发育冲刷面（图2a），且冲刷面上常见泥砾（图2b）。在冲刷面之上分布的泥砾大多为灰绿色，泥砾是由于浅水三角洲前积过程中，河道冲刷底部泥岩，冲起的泥岩颗粒在河道底部沉积形成的。少数泥砾的颜色为棕褐色等氧化色，表明随着湖平面的频繁变化，先前沉积的泥岩周期性暴露在水面之上，是浅水沉积环境的重要标志。

图2　霸县凹陷岔河集构造带沙一上亚段浅水三角洲沉积构造

（2）层理构造平行层理、槽状交错层理和波状交错层理（图2c）是研究区浅水三角洲最主要的构造类型。当物源供给充足时，往往形成以平行层理为主的厚层细砂岩相；当湖浪作用较强、物源供给不太充足时，往往形成槽状交错层理或波状交错层理细砂岩相。平行层理（图2d）常见于浅水三角洲分支河道的底部，常常与交错层理伴生，指示急流、河道侧向迁移的浅水环境。槽状交错层理（图2e）在研究区常以小规模发育于分支河道中。波状交错层理（图2f）一般位于席状砂微相环境中，主要是沉积水体波浪振荡造成的，水流能量强时，砂粒沉积，而泥保持悬浮状态；水流能量弱时，悬浮物质沉积于波谷或全面覆盖于波状起伏的砂层之上[11]，指示中等水动力条件下的浅水沉积环境。

（3）粒度特征岔河集构造带浅水三角洲发育规模较大，沉积物搬运距离较长，因此分选磨圆较好，主要发育“两段式”和“三段式”2种类型（图3）。“两段式”由跳跃组分和悬浮组分构成，悬浮组分含量可以达到在20%左右，且斜度较陡，反映河道沉积环境；“三段式”的滚动组分含量比较低，悬浮组分含量可以达到40%以上，说明靠近河口处，悬浮物质含量比较高，反映前缘河口砂坝环境。C—M图（图3）中数据点基本都位于牵引流沉积区的QR段和RS段，其中QR段代表悬浮物质由下而上粒度逐渐变细、密度逐渐变低的一种搬运方式，常为河道沉积；RS段代表粒径和密度不随深度变化的完全悬浮沉积[12]。

（4）古生物标志根据岩心观察，岔河集构造带沙一上亚段生物化石有双壳、腹足、植物碎屑、虫孔、虫迹等。在砂岩内见有保存完整的双壳化石，化石没有破碎，表明搬运距离比较短，堆积速度比较快。植物碎屑一般顺层分布，定向排列，位于韵律顶部，沿泥岩层面分布。这些特征说明，在沙一上亚段沉积期，研究区曾发育广阔的淡水湖泊，后来浅水三角洲发育。

图3　霸县凹陷岔河集构造带沙一上亚段浅水三角洲粒度概率累计曲线和C—M图

3　浅水三角洲主要沉积微相特征

浅水三角洲平面上由陆向湖依次为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。相对于正常三角洲，浅水三角洲形成的水体很浅、地形坡度不明显，一般以河流进积作用为主，因此湖水波浪的改造能力很弱，三角洲平原分支河道和三角洲前缘水下分支河道最为发育，其次伴随有天然堤、水下天然堤和水下支流间湾微相，其中河口坝、远砂坝不发育，只在局部地区的个别层段发育，三角洲前缘发育有广泛的席状砂微相。在平面上相连的微相，在垂向上也相邻，因此三角洲前缘垂向上自下而上往往发育了支流间湾—席状砂—分支河道的组合形式（图4）。

（1）分支河道微相最发育分支河道微相是岔河集构造带沙一上亚段最主要的微相类型。根据砂体规模，将河道分为主河道和河道。浅水三角洲向前推进的过程中，河道向湖盆中心不断延伸，呈条带状顺着流向展布，改道分叉频繁，垂向上相序不完整，可直接覆盖于席状砂和浅湖泥之上[13]。分支河道微相沉积物粒度较大，主要为细砂岩，垂向上为正韵律，底部常见冲刷面，冲刷面之上发育泥砾，向上粒度逐渐变细，发育大量的交错层理和平行层理，三角洲前缘水下分支河道还可以发育变形构造，河道砂体常表现为叠置特征。自然电位曲线呈箱形和钟形，反映厚层正韵律的特征。

（2）席状砂微相在三角洲前缘分布广泛伴随着周期性湖面的频繁波动，进入三角洲前缘的河口砂坝和水下分支河道被冲刷—回流和沿岸流强烈改造，在三角洲前缘平缓浅水区形成大面积分布的席状砂[5]。沙一上亚段沉积期，湖水较浅，湖泊水动力不足，难以改造前期的沉积物，因此在三角洲前缘形成了连续分布的席状砂微相。席状砂岩性以粉细砂为主，分选磨圆较好，常发育透镜状、波状和脉状层理，还常常发育变形构造。粒度概率累计曲线主要为“三段式”，悬浮组分含量较高。自然电位曲线多为齿形，反映砂泥岩薄互层的特征。

图4　霸县凹陷岔河集构造带沙一上亚段单井沉积剖面

（3）河口坝微相基本不发育岔河集构造带沙一上亚段河口坝微相不发育，仅在岔南区块局部地区发育（图5）。三角洲在前积过程中，由于能量较强，沉积速率快，早期沉积的河口坝被后期的分支河道侵蚀，使河口坝不能完整地保存下来。前期形成的河口坝往往被湖流改造成薄层的席状砂。河口坝垂向上为反韵律，下部沉积物粒度要比上部细，常发育浪成交错层理。粒度概率累计曲线也以“三段式”为主，其中悬浮组分含量较高。自然电位曲线为漏斗形，整体具高电阻率、低自然伽马的特征。

4　沉积相平面展布特征

岔河集构造带特殊的古地形控制了沉积相类型及其演化模式。岔河集构造带位于牛驼镇凸起东侧牛东断层的下降盘，构造格局、地形条件及古地貌显示出具有浅水三角洲的良好背景条件。岩心资料表明，研究区地层中的沉积构造以牵引流构造为主，并存在多种浅水湖泊三角洲相标志，如波状层理；测井相上以呈现正旋回的河道砂体为主，而呈现反旋回的河口坝、远砂坝类砂体却是极少，席状砂广泛分布。沉积相研究表明，研究区沉积期间，岔南、岔中、岔北3个区块的物源主要来自于西侧的牛驼镇凸起，岔北区块还存在来自于北和西北方向的次级物源，岔南区块存在来自西南方向的次级物源，沉积物被中等—低能量的河水搬运，进入东侧的浅湖环境沉积。平面上，沙一上亚段砂体分布西厚东薄，近东西向展布；纵向上，自下而上由沙一上亚段Ⅱ油组到沙一上亚段Ⅰ油组三角洲平原范围变小，三角洲前缘范围变大，是一个水进的过程（图5）。

图5　霸县凹陷岔河集构造带沙一上亚段沉积微相平面分布

5　浅水三角洲沉积模式

在构造活动稳定条件下发育的浅水三角洲，随着湖岸线不断迁移，由于湖浪淘洗和河流进积作用的破坏，浅水三角洲砂体会发生沉积—破坏—再沉积的动态过程[14]，岔河集构造带沙一上亚段沉积时受湖平面位置的控制，在三角洲前缘发育了多期分支河道和席状砂，平行于古湖岸线分布。

通过对岔河集构造带浅水三角洲的研究发现，根据湖平面的不同位置，可以将浅水三角洲分为4个沉积区。洪水期湖泛面以内为浅水三角洲平原亚相，主要发育厚层的水上分支河道砂体；洪水期湖泛面与枯水期湖泛面之间为浅水三角洲内前缘亚相，此区域湖岸线快速变化，主要发育水下分支河道砂体，但砂体比平原亚相内的砂体薄；枯水期湖泛面与正常浪基面之间为浅水三角洲外前缘亚相，湖岸线处于低水位稳定区域，主要发育水下分支河道砂体和席状砂；正常浪基面以外为浅湖。综合研究区沉积特征，表1对浅水三角洲内前缘亚相与外前缘亚相的沉积特征进行了详细对比。

表1　岔河集构造带沙一上亚段浅水三角洲内前缘亚相和外前缘亚相沉积特征对比

浅水三角洲内前缘亚相位于洪水期湖泛面和枯水期湖泛面之间，岩性以中细砂岩为主，水下分支河道发育，水动力主要受控于河流作用，比较强，由于湖平面的周期性变化，河道迁移频繁，相互切割，细粒沉积物难以保存，河口坝常常被河道改造，造成砂体连片分布。浅水三角洲外前缘亚相位于枯水期湖泛面和正常浪基面之间，岩性以粉砂岩和泥质粉砂岩为主，席状砂微相发育，水动力较内前缘弱，主要受控于河流和湖浪的双重作用，分支河道不发生横向频繁迁移，仅局部水动力较强的单支分支河道可以从内前缘延伸至外前缘，并可多条相互汇聚交织[15]。

在构造稳定、坡度平缓的盆地背景下发育的浅水三角洲沉积体系，湖平面频繁变化是影响砂体展布规律的主要因素［14］。当湖平面位于洪水期湖泛面附近时，盆地处于丰水期，受湖水波浪作用的影响，早期在河口处形成的河口坝等被改造，形成了广泛分布的平行于湖岸线的席状砂；后期湖平面下降，盆地进入枯水期，浅水三角洲向前进积，分支河道会对早期形成的席状砂下切侵蚀，同时受湖水波浪的影响，在河口处会形成新一期平行于湖岸线的席状砂（图6）。

图6　霸县凹陷岔河集构造带沙一上亚段浅水三角洲沉积模式

6　浅水三角洲成藏条件

6.1有利的储盖组合

以往研究认为，研究区沙一上亚段为曲流河沉积，缺乏稳定的盖层条件。通过对沙一上亚段沉积相的重新确定，认为浅水三角洲砂泥岩互层的沉积特征可以形成有利的储盖层配置。浅水三角洲分支河道砂体和席状砂都可以储集油气，其中广泛分布的分支河道砂体是最主要的储集砂体。沙一上亚段砂岩储集层物性统计表明，孔隙度一般为5%～30%，渗透率一般为0.1～500.0 mD，为中孔中渗储集层。三角洲平原沼泽、三角洲前缘支流间湾、前三角洲以及滨浅湖泥岩，与砂岩呈互层的关系，可以作为封堵油气的优质盖层，为油气成藏提供了较好的封堵条件。

6.2畅通的油气输导体系

岔河集构造带沙一上亚段油气运移通道极为畅通，渐新统东营组沉积期形成的断层为主要的油气运移通道，沟通烃源岩与圈闭。岔河集构造带断层有如下特征：①断层走向总体上以北东—南西向为主，断层密度自下而上逐渐增大，垂直断距自下而上逐渐减小，总体上断层规模自下而上减小；②深层断层主要断穿至沙三段，部分由基底断穿至中新统馆陶组，浅层断层向下主要断穿至东营组；③深层断层主要以同向和反向调节为主，浅层断层以“V”字形和“Y”字形断层为主，浅层和深层断层组合特征反映了断层先伸展后走滑变形的特征；④断层主要活动期为沙三段沉积期、东营组沉积期和馆陶组沉积期—第四纪，其中东营组沉积期和沙三段沉积期断层活动最强烈；⑤断层活动期和烃源岩生排烃期配置良好，可以推断岔河集构造带具有东营组沉积期和明化镇组沉积期2个油气成藏期。

6.3有利的圈闭条件

岔河集构造带位于牛东断层下降盘，三角洲前缘向湖自然倾斜，堆积速度快，沉积较厚，产生重力滑动，形成了大致平行湖岸线的生长断层，这些生长断层和后期的构造断层作用于砂体形成了一系列的圈闭，其中主要为后期构造作用改造形成的圈闭。通过对沙一上亚段构造、沉积特征的分析，沙一上亚段主要发育断层圈闭、断层-岩性圈闭和岩性圈闭，断层-岩性圈闭是最主要的圈闭类型。岩性圈闭形成时间最早，基本是在砂体形成并具有封闭条件后形成的[16]；断层-岩性圈闭和断层圈闭主要是后期构造作用改造形成的，岔河集构造带在东营组沉积期进入断层活动高峰期，砂体被断层断开，形成圈闭，之前形成的圈闭受到东营组沉积期的构造运动的作用也可能被破坏。因此，岔河集构造带沙一上亚段圈闭主要形成时间为沙一上亚段沉积期和东营组沉积期，要早于油气区域运移时间（馆陶组沉积期），且圈闭基本都位于滚动背斜带上或油气优势运移通道上，圈闭基本都是有效的。在霸县洼槽油源充足，圈闭中基本都会有油气的聚集。实践也证实了这一点，在沙一上亚段有圈闭的地方，基本都找到了油气。

7　结论

（1）岔河集构造带沙一上亚段浅水三角洲沉积河流进积作用强，分支河道微相发育，河口坝微相基本不发育，广泛分布大面积的席状砂微相，湖平面的周期性变化造成多期砂泥岩互层。湖平面的频繁变化是砂体展布规律的主要控制因素。

（2）沙一上亚段浅水三角洲多期砂泥岩互层的特点形成良好的储盖组合配置，有利于油气的储集和保存；断层作用于砂体产生多种类型的圈闭，所形成的圈闭基本都是有效的，在断层输导畅通、霸县洼槽油源充足的情况下，圈闭基本都会有油气聚集。

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（编辑顾新元）

Depositional Characteristics and Hydrocarbon Exploration Significance of Shallow⁃Water Deltas:A Case Study of Upper Sha⁃1 Member in Chaheji Structural Belt of Baxian Sag, Bohai Bay Basin

LYU Chuanbing1,2，CHENG Tongran1，ZHANG Feng2，JI Youliang1，LIANG Guanzhong2，LI Yanguo2
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,School of Geosciences,China University of Petroleum, Beijing 102249,China;2.Development Department,Huabei Oilfield Company,PetroChina,Renqiu,Hebei 062552,China)

Reservoirs of shallow⁃water delta facies are the dominant oil and gas reservoirs in the upper Sha⁃1 member of Shahejie formation in Chaheji structural belt of Baxian sag in Jizhong depression,Bohai Bay basin.Based on the analyses of petrological feature,sedimentary structural characteristics,grain sizes and fossils,the paper studies the sedimentary characteristics and sedimentary facies distribution of shallow⁃water delta systematically,summarizes the depositional model of shallow⁃water delta and describes the favorable accumulation con⁃ditions of shallow⁃water delta.The study results show that in the upper Sha⁃1 member,the distributary channel of shallow⁃water delta is well developed,river mouth bar does not occur and large⁃area sheet sands are extensively distributed.The cyclic variations of lake level re⁃sult in sandstone interbedded with mud at multi⁃stages,which is the main controlling factor of sand body distribution.The sedimentary characteristics of shallow⁃water delta could determine that in this facies there exist pretty good reservoir⁃caprock assemblages and various traps are then formed due to faulting to sandbodies.The upper Sha⁃1 member in Chaheji structural belt has good oil and gas accumulation conditions.

Bohai Bay basin;Baxian sag;Chaheji structural belt;Shahejie formation;shallow⁃water delta facies;sedimentary characteristic;depositional model

TE112.42

A

1001-3873（2016）06-0625-06

10.7657/XJPG20160601

2016-04-02

2016-08-15

国家自然科学基金（41672098）

吕传炳（1964-），男，河南方城人，高级工程师，油田开发，（Tel）18511790834（E-mail）pjb_lcb@petrochina.com.cn