高邮凹陷垛一段沉积演化特征

马英俊，李储华，李 维

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225012)

高邮凹陷垛一段沉积演化特征

马英俊，李储华，李 维

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225012)

采用岩矿特征、重矿特征、砂地比变化、岩心观察描述、沉积相标志分析等方法，以砂层组为单元开展高邮凹陷垛一段物源体系、沉积相类型和沉积演化特征研究。结果表明，垛一段沉积期物源供给充分，具有多物源、多沉积体系发育的特征，物源主要来自北、北东方向；平面上，发育浅水辫状河三角洲、扇三角洲、曲流河等相类型，以及辫状河三角洲前缘分支河道、河口坝，扇三角洲平原河道、前缘分支河道，曲流河河床、泛滥平原等亚相和微相类型；纵向上，早期为湖泊-三角洲沉积体系，晚期逐渐演化为河流沉积体系，具有粗-细-较粗的沉积旋回演化；垛一段中部泥质岩类沉积较发育，可与下伏储层形成相对稳定的储盖组合；平面上深凹南部和西南部具有隐蔽圈闭形成的有利条件。

物源体系 岩相类型 沉积演化 垛一段 高邮凹陷

三垛组一段(E2s1)是苏北盆地高邮凹陷上含油系统2个主要的油气聚集层位之一，上世纪70，80年代的油气勘探早期阶段，高邮凹陷主要断背斜、断鼻构造先后发现了7个戴南组(E2d)-三垛组(E2s)油田，探明约4 000×104t石油地质储量；随着这些明显的构造目标预探结束，勘探后期主要在构造翼部和复杂断裂带小断块构造寻找圈闭，受构造破碎、圈闭面积小等不利因素影响，只有零星的油气藏发现，勘探效益低下。由于粗碎屑砂砾岩发育广泛，细相带沉积有限，纵向上与下伏烃源层系未直接接触，因此普遍认为E2s隐蔽油气藏勘探条件有限，与此相关的研究工作甚少，仅见有古生物与沉积环境等少量的文献报道[1]。随着层序地层学、沉积动力学和储层沉积学等研究方法在油田勘探开发中的广泛应用，沉积学研究对隐蔽油气藏勘探起到了更为突出的推动作用[2]。近年来，高邮凹陷E2s1尝试勘探隐蔽油气藏获得突破，展示了该层段良好的发展前景。本文以高邮凹陷深凹带为重点研究区域，通过E2s1区域地质背景、岩心观察描述、岩矿特征、粒度特征等分析，明确E2s1沉积时期物源方向、沉积相类型和沉积演化特征，为下步勘探隐蔽油气藏提供依据。

1 地质概况

苏北盆地为晚白垩纪时期开始发育的新生代陆相盆地[3]，盆地形成由原生大型拗陷经改造形成的后生断陷(泰州组K2t-阜宁组E1f)、同生断陷(E2d-E2s)和萎缩拗陷(盐城组Ny-东台组Qd)叠加成盆[4]，E2s1处于同生断陷演化的中晚期。同生断陷期，高邮凹陷隶属苏北盆地东台坳陷中部的一个次级构造单元，断陷面积约2 670 km2，具有南断北超、南深北浅、南陡北缓的箕状结构，按构造单元由南往北依次为南部断阶带、深凹带和北部斜坡带。

E2s1厚度在凹陷内变化较大，深凹带一般在500～800 m之间，斜坡带减薄为500～200 m左右。根据岩性可分下粗、中细、上粗三部分，下部为灰色、浅棕色含砾砂岩、砾岩、细砂岩、中砂岩夹薄层棕红色、灰绿色泥岩和一层厚4～12 m灰黑色低电阻率软泥岩；中部为浅棕色、紫红色泥岩夹浅棕色薄层砂岩及1～3层黑色玄武岩；上部为浅棕、紫红色泥岩与同色砂岩互层沉积。根据区域对比标志层(灰黑色低阻软泥岩、玄武岩)和辅助标志层(相对稳定泥岩发育段)的岩电性特征，按照沉积旋回对比法，将E2s1从上到下划分为7个砂层组(分别记为E2s11、E2s12、E2s13、E2s14、E2s15、E2s16、E2s17)。

2 物源体系分析

物源方向和物源体系分析是沉积相研究的重要内容，物源分析的方法包括重矿物法、碎屑岩类分析法、裂变径迹法、地球化学和同位素法等[5-6]。依据实际的资料情况，本文主要选择分析化验资料相对较多的层段，利用岩石矿物特征、重矿物组合特征和各砂地比值变化对E2s1物源方向和体系进行综合分析。

2.1岩石矿物特征

陆源碎屑岩的碎屑物质在流水搬运过程中会发生变化，碎屑成分随着搬运距离增加和时间的增长，不稳定组分逐渐减少，稳定组分含量相对增加[5-6]，碎屑颗粒的粒度变得越来越细，磨圆度越来越高。

根据黄珏、永安、富民等地区E2s16、E2s17薄片鉴定统计分析，岩石类型主要为岩屑长石砂岩或长石岩屑砂岩，成分成熟度指数在1.33～1.79之间，成分成熟度总体偏低，说明物源搬运距离较短；其中，黄17井与邵10井E2s16泥质含量大于10%，明显高于其它地区，在一定程度上可以反映其具有近源沉积的特征。

E2s16岩屑成分统计表明(表1)，富25井和永18井以火山岩岩屑为主；永3井以沉积岩岩屑和变质岩岩屑为主；联16井以火山岩岩屑、变质岩岩屑为主；真41井以沉积岩岩屑和火山岩岩屑为主，反映其具有多物源供给的特征。

表1 高邮凹陷E2s16砂岩岩屑成分统计表

2.2重矿物组合

受取心资料限制，重矿物分析样品相对较少，因此主要对重矿物类型进行分析。根据E2s16砂岩重矿物类型统计发现，该层段重矿物类型主要为石榴石、钛磁铁矿、锆石、金红石和电气石，其次为绿泥石和赤褐铁矿等。不同地区重矿物组合类型有较大的差异，深凹带永18区块和富民地区以及真武地区以石榴石为主；永3区块以石榴石+钛磁铁矿为主；肖刘庄地区为钛磁铁矿+板钛矿+石榴石为主，黄珏地区则为石榴石+锆石为主，这种差异充分反映E2s1沉积期明显受到多个不同的物源体系影响。

2.3砂地比

砂地比变化是反映物源方向的重要参数，本次分别对E2s17个砂组砂地比进行统计和平面成图，为物源方向研究提供依据。

统计表明，E2s1砂地比总体较高，说明沉积物源供给充足；但是，不同层段、不同地区砂地比变化较大，反映沉积演化的差异性。纵向上，E2s17、E2s16、E2s12和E2s11的砂地比较高，一般在0.3～0.7之间，E2s15、E2s14和E2s13的砂地比相对较低，多在0.2～0.5之间；平面上，总体呈北高南低、东高西低的特点，在凹陷北部和东北部，即马家嘴、联盟庄、永安、富民等地区见到4～5个砂地比高值带(图1，2)，呈由北向南逐渐降低的趋势进入深凹，南部黄珏、真武-曹庄地区一般有2～3个砂地比相对高值带(图2)，呈由南向北逐渐降低的趋势进入深凹，但规模显著小于北部。

图1 高邮凹陷E2s16砂地比等值线图

砂地比变化反映E2s1时期具有粗-细-粗的沉积旋回变化，北和北东方向物源占绝对优势；南部以小型物源为主。砂地比变化特点与岩石矿物特征和重矿物组合一致，均具有多物源发育的特征。E2s断陷期沉积建造既与E2d断陷期不同，也与渤海湾断陷盆地有较大的区别，后者在断陷期的陡坡断裂带强烈控制大量粗碎屑扇体建造[7]，这与同生断陷期经E2d期强烈断陷后，到E2s期断陷逐渐萎缩的构造背景相一致。

图2 高邮凹陷E2s14砂地比等值线图

3 主要沉积相类型

通过岩心观察描述，依据岩石颜色、组合特征、沉积构造、含有物和相序变化等相标志，结合电性特征和区域构造演化、沉积物源，对E2s1沉积相类型进行综合研判，确定高邮凹陷E2s1发育浅水辫状河三角洲、扇三角洲、曲流河、湖泊等主要岩相类型。

3.1浅水辫状河三角洲相

建造浅水三角洲需要有大面积浅水的可容空间背景，缓慢的基底沉降、较缓的地形坡度、微弱的构造活动及快速的沉积物供给[8]。E2s1时期，高邮凹陷北部为宽缓的斜坡，水体较浅，北东、北西的物源供应充足，具备浅水三角洲形成的有利条件，研究区主要发育浅水辫状河三角洲前缘沉积。

图3 联16井浅水辫状河三角洲前缘沉积特征

观察永安、富民、联盟庄等地区E2s17、E2s16、E2s15岩心，发现泥质沉积物基本为棕色、棕红色，说明湖盆水体较浅，气候炎热，处于弱还原-弱氧化或氧化环境；砂岩类型为灰色、棕色粉细砂岩、细砂岩、中砂岩、砾状砂岩、含砾不等粒砂岩；沉积构造以平行层理、爬升交错层理、浪成波纹交错层理、冲刷充填构造等牵引流成因类型为主，也见递变层理、漂砾构造等重力流成因类型，沉积水动力条件总体较强，岩相较粗，具有典型的河控作用特征。其中，主要微相类型有水下分流河道、水下分流河道间、河口坝等(图3)。

(1)辫状河三角洲前缘水下分流河道：以灰色含砾不等粒砂岩、砾状砂岩、细砂岩为主，泥质较少；平行层理、冲刷构造发育；粒度概率累积曲线跳跃次总体含量大于80%，分布范围在1～3 φ之间，具有能量相对较高、迁移速度较快的浅水三角洲分流河道沉积的典型特征，其自然电位曲线呈微齿箱型或钟型。

(2)辫状河三角洲前缘水下分流河道间：岩性主要为棕色、灰色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩，发育水平层理、小型砂纹层理，局部可见植物残屑及黄铁矿晶体，生物钻孔较发育。电测曲线呈微齿化或光滑的线段。

(3)辫状河三角洲前缘河口坝：浅水辫状河三角洲前缘一般少见发育河口坝。永18、联16等井取心段，局部见有河口坝沉积，主要由细砂岩、粉细砂岩和粉砂岩组成；可见波状交错层理，垂向上表现为下细上粗的反韵律。自然电位曲线表现为漏斗型。

3.2扇三角洲相

扇三角洲一般发育在主断裂坡折带控制的陡坡带，受重力流与牵引流沉积的共同作用[9]。高邮凹陷E2s1扇三角洲受控于南部真武断裂坡折带，扇体沿黄珏、邵伯、真武、曹庄及肖刘庄等地区分布，发育扇三角洲前缘亚相和平原亚相。由于后期构造抬升强烈，平原部分大都受到不同程度的剥蚀，仅在局部地区可见。

扇三角洲平原与前缘岩石颜色有明显的差异，平原亚相主要为砖红色、棕红色泥岩、砂岩和泥砾岩，属于典型的氧化环境。前缘亚相主要为棕色、暗棕色、灰色、杂色、深灰色等弱氧化、弱还原或还原色调；砾岩、含砾砂岩、粗-中砂岩等粗碎屑岩石发育；沉积构造类型既有牵引流成因，也有重力流成因；粒度概率曲线以三段式或多段式为主，悬浮总体含量较高，整体粒度较粗，分选较差。扇三角洲平原亚相中主要见河道充填和漫滩微相(图4)；扇三角洲前缘亚相中见水下分流河道、河口坝等多种微相类型。

图4 真41井扇三角洲平原沉积特征

(1)扇三角洲平原河道微相：真41井E2s15主要为棕红色含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩、粉细砂岩，也见泥砾岩。底部具有冲刷面和滞留砾石、泥砾沉积。见正递变层理、波状层理、小型交错层理。自然电位呈微齿化的钟型、箱型。

(2)扇三角洲平原漫滩沉积：沉积物粒度较细，主要为粉砂、粘土及细砂的薄互层，薄互层往往呈块状或水平纹层状，夹少量交错层理。

(3)扇三角洲前缘水下分流河道：主要为砾状砂岩、含砾不等粒砂岩、粗砂岩、中砂岩，见块状层理、板状交错层理、波状层理。自然电位呈微齿-光滑的箱型及钟型。

(4)扇三角洲前缘水下分流河道间：主要为棕色、灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，也见薄层粉细砂岩。生物扰动程度高，自然电位曲线呈微齿直线。

(5)扇三角洲前缘河口坝：主要以含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，交错层理、平行层理发育，沉积粒序主要显示反韵律或复合韵律，自然电位曲线显示漏斗型或漏斗型-钟型。

3.3曲流河相

曲流河沉积主要形成于E2s1沉积的中后期，沉积物颜色主要以棕红色、紫红色等氧化、弱氧化-弱还原为主；岩石类型多样，有砾岩、含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩，泥岩等；具有特征的“二元结构”序列，自下而上表现为下粗上细的间断性正韵律或正旋回。每个旋回底部发育有明显的底冲刷现象、叠瓦状排列的砾石，下部具有大型板状、槽状交错及平行层理，往上层理规模变小，上为小型交错层理、波状层理、爬升层理，顶部常具有暴露大气的标志，如钙质结核、泥裂等；粒度概率曲线呈两段式，缺乏滚动总体，悬浮总体含量较高。发育河床亚相、堤岸亚相及泛滥平原亚相(图5)。

(1)河床亚相：主要发育河床滞留沉积和边滩沉积微相，富51井取心段中河床滞留沉积由砾石等构成，底部为冲刷面；在富46、富51井取心段，边滩沉积发育，主要由细砂岩、粉细砂岩构成，自下而上常呈由粗变细的正韵律，见板状交错层理、槽状交错层理，也出现平行层理。其自然电位曲线呈箱型、钟型。

(2)堤岸亚相：富46井和富51井岩心段也见天然堤沉积，主要由棕色、灰色粉砂岩、粉砂质泥岩组成，沉积厚度较薄，有小型波状交错层理、爬升沙纹层理，水平层理发育。天然堤常间歇性出露水面，故发育钙质结核，泥岩中可见干裂、雨痕、虫迹以及植物根。

(3)泛滥平原亚相：富51井、富46井岩心段均见泛滥平原建设，岩性主要为棕色粉砂质泥岩和泥岩，层理类型单调，主要为块状，局部见波状层理，属河流沉积二元结构中顶层细相带的主要组成部分。测井曲线多呈低幅的线状或微齿化线形。

图5 富46井曲流河沉积特征

4 沉积演化特征

E2s1沉积时期，苏北盆地处于断陷湖盆演化的萎缩阶段，其断陷构造格局与下伏E2d具有一定的继承性，即为北部宽缓、南部陡峭的箕状断陷结构[3]；但是，断陷沉降幅度的构造活动明显减弱，导致断陷湖盆水体明显变浅，而湖盆范围则明显扩大[4]，沉积旋回阶段性更为突出，沉积物供给更为充足[10]。沉积早期，即E2s17、E2s16、E2s15为湖泊-三角洲沉积体系建造阶段，断陷湖盆水体较浅，北东、北西及西部物源供应充足，有3～5个物源体系注入凹陷，河控作用明显，在凹陷北部形成大面积的毯式浅水辫状河三角洲。工区内三角洲前缘亚相异常发育，岩石组合为灰色细砂岩、含砾不等粒砂岩、粉细砂岩夹薄层棕色、灰色泥岩，呈现“砂包泥、粒度粗”的特征。除北部毯式浅水辫状河三角洲外，凹陷南部黄珏、真武、曹庄地区有2～3个来自南部的小型物源注入，形成了扇三角洲沉积(图6)。在这一时期，湖盆的沉积速率大于沉降速率，导致湖盆水体仅仅分布在深凹带和凹陷南部的有限范围内。

图6 高邮凹陷深凹带E2s16沉积相图

E2s1沉积中期，E2s14、E2s13凹陷逐渐进入陆上河流沉积阶段，除E2s14沉积时期在西南部黄珏、马家嘴地区保留有湖盆，水体发育小型扇三角洲沉积外，高邮凹陷主要为曲流河沉积，物源方向有一定的继承性，以北东部、北西部、西部物源为主，南部物源为辅。研究区内有3～4个河床沉积集中发育区，其它地区为泛滥平原沉积(图7)。岩石组合主要为一套棕色、紫红色泥岩夹薄层粉砂岩、粉细砂岩，以“泥包砂、粒度细”为特征。

随着盆地进一步抬升，E2s1沉积晚期，E2s12、E2s11仍然发育曲流河沉积，这一时期物源供给明显增强，凹陷内河床亚相集中发育区明显扩大，泛滥平原沉积范围缩小(图8)，岩石粒度明显较E2s13、E2s14粗，剖面结构由“粒度细、泥包砂”变为“粒度粗、砂泥互层”。

图7 高邮凹陷深凹带E2s14沉积相图

总体来看，E2s1具有多物源、多沉积体系，粗碎屑发育的沉积特征，呈粗-细-粗的沉积演化旋回。纵向上，E2s1下部发育良好的砂岩储层，中部泥质岩类沉积相对发育，砂地比相对较低，可与下部砂岩形成相对稳定的储盖组合，成为该凹陷上含油系统良好的油气优势运移通道和油气聚集层系[11]；平面上，深凹带南部和西南部扇三角洲前缘末端-滨浅湖，辫状河三角洲前缘末端-滨浅湖、曲流河泛滥平原等细相带沉积发育，砂地比在0.1～0.3左右，具有形成断层-岩性、岩性-断层、砂体尖灭等隐蔽圈闭的有利条件，是今后老区挖潜油气勘探的重要方向。

5 结论

(1)高邮凹陷E2s1沉积时期处于苏北盆地同生断陷演化的中晚期，高邮凹陷继承前期戴南组断陷的基本格局，为北部宽缓、南部陡峭的箕状断陷结构；具有多物源、多沉积体系建造的特征，北和北东方向物源占绝对优势，南部以小型物源为主。

(2)高邮凹陷E2s1沉积相主要为浅水辫状河三角洲、扇三角洲和曲流河等类型，发育辫状河三角洲前缘分支河道、河口坝，扇三角洲平原河道充填、前缘分支河道、河口坝，曲流河河床、泛滥平原等亚相和微相类型。

(3)E2s1沉积早期为湖泊-三角洲沉积，中晚期逐渐演化为曲流河沉积，不同层段、不同地区沉积环境有较大的差异，相带变化迅速。纵向上，E2s1中部发育有相对稳定的盖层；平面上，凹陷西南部具备形成隐蔽圈闭的有利条件。

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(编辑 杨芝文)

Characteristics of sedimentary evolution of E2s1in Gaoyou Sag

Ma Yingjun,Li Chuhua,Li Wei

(Exploration&DevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,China)

Based on the rock characteristics,the characteristics of heavy mineral,the change in ratio between sandstone and stratum thickness,the observation and description of core,and the analysis of sedimentary facies marks,it was carried out studies on sedimentary source system,types of sedimentary facies and sedimentary evolution of E2s1(first member of Sanduo Formation) by sandbodies as the unit.The results showed that there are sufficient sediment sources,multi sources and multidepositional systems developing at the depositional stage of E2s1,and the sediment sources comes mainly from the north and the north-east direction.In the plane,it can be recognized the facies types of shallow braided river delta,fan delta,and meandering river,and the subfacies and microfacies types of branch channel and debouch bar of braided river delta front,fan delta plain and front river branch channel,meandering river,and flood plain.In vertical direction,the lake-delta sedimentary system was developed at early period and later changed to the fluvial flood sedimentary system which shows the character of coarse-fine-coarse depositional cycle.There is a set of shale in the middle of E2s1which can comprise stable reservoir-caprock assemblage.In plane,south and southwest area of deep depression has the prospect condition of forming subtle trap.

source system；the types of sedimentary facies；sedimentary evolution； 1st member of Sanduo Formation；Gaoyou Sag

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.02.001

2017-03-11；改回日期：2017-04-10。

马英俊(1964—)，女，工程师，现从事沉积相、储层研究。E-mail:mayj.jsyt@sinopec.com。

TE122

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