断陷湖盆坡折体系与剥蚀沉积响应*——以黄河口凹陷古近系为例

刘 豪 田立新 周心怀 牛成民

(1.中国地质大学(北京)海洋学院 北京 100083； 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459；3.中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335)

断陷湖盆坡折体系与剥蚀沉积响应*
——以黄河口凹陷古近系为例

刘 豪1田立新2周心怀3牛成民2

(1.中国地质大学(北京)海洋学院 北京 100083； 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459；3.中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335)

刘豪,田立新,周心怀，等.断陷湖盆坡折体系与剥蚀沉积响应——以黄河口凹陷古近系为例[J].中国海上油气，2017,29(4)：28-38.

LIU Hao,TIAN Lixin,ZHOU Xinhuai,et al.Slope break systems of rift lacustrine basin and erosion-depositional response:a case study of the Paleogene in Huanghekou sag, Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(4):28-38.

通过井震联合层序及构造解释，在渤海海域黄河口凹陷古近系识别出断裂坡折带、挠曲坡折带、沉积坡折带以及沟谷和凹陷中央的局部低隆区等多种地貌单元。把在特定的、具有相似构造成因机制条件下的多个坡折带的组合称为坡折体系，据此将黄河口凹陷古近系划分为北部陡坡断裂坡折体系、南部缓坡断裂-挠曲坡折体系、渤中33构造转换坡折体系和走滑构造坡折体系。断陷湖盆坡折体系与剥蚀沉积响应关系非常密切，坡折体系控制了剥蚀和物源边界、沟谷等物源通道、沉积物卸载场所以及沉积类型。黄河口凹陷北部断裂坡折体系控制了扇三角洲-湖泊-湖底扇沉积，南部缓坡坡折体系控制了辫状河三角洲-浅湖-湖底扇沉积，中部渤中33构造坡折体系控制了浅湖滩坝砂沉积。断陷湖盆坡折体系的存在是研究砂体发育的一个必要条件而不是充分条件，在坡折处形成有效的储集砂体必须具备有效的物源、必备的坡折带组合样式、足够的卸载场所和一定的可容空间等条件的有机耦合。

断陷湖盆；坡折体系；剥蚀；沉积；响应关系；古近系；黄河口凹陷

源-汇系统及其所揭示的地球动力学过程研究是当前国际地球科学领域中广受关注的课题[1-4]。开展源-汇系统中沉积物运移路径分析，为进一步了解盆地区沉积地层模式及其控制因素提供了更为广阔的视野[5]。现代或古代许多大型的内陆湖泊周边为造山带或长期隆起区所围限，也存在一个从物源区、冲积平原到滨浅湖，最后至深湖的多级地貌单元组成的源-汇系统[6]。而在断陷湖盆中，沉积物运移路径则主要是指介于凸起(剥蚀区)与凹陷之间的斜坡带附近的坡折带及其伴生的古沟谷等。

从诞生之日起，层序地层学理论和模式就被广泛应用[7-11]，并为陆相盆地砂分散体系和有利储层的预测提供了有效工具[12-16]。在层序地层学理论指导下，国内许多学者创造性地开展了湖盆坡折带研究，并详细阐明了坡折带对层序、沉积和隐蔽圈闭的控制作用[12,17-22]。但是，前人大部分研究侧重于单个、特定类型的坡折带或者多级坡折带的分析，很少从构造成因角度开展坡折组合的研究。

事实上，断陷湖盆中不同类型的坡折体系与盆地深部基底构造格局和区域构造应力背景息息相关。如果将这些坡折体系放眼于盆地范围来看，它们正好反映了某个时期盆地的原型特征。而同一坡折体系中的坡折带之间则具有明显的成因共生联系，坡折带相互组合形成的坡折体系则是同一构造应力背景下的地貌表现。因此，不同坡折体系中单一坡折带类型、发育样式、坡折带之间的组合差异以及所导致的可容空间变化等可能是控制沉积体及有效储层发育的重要因素。

渤海海域黄河口凹陷是一个富生烃凹陷，经历了30 多年的勘探历程，已发现十多个大中型油气田以及一系列含油气构造圈闭，储层砂体的准确预测一直都是该地区古近系进一步扩大勘探领域的关键。为此，本文提出“坡折体系”的概念，即在特定的、具有相似构造成因机制条件下的多个坡折带的组合，通过对黄河口凹陷古近纪断陷湖盆单一类型坡折带的解剖，结合构造成因差异进行坡折体系的分类，进一步分析坡折体系与物源、沉积物汇聚、沉积体系的关系，探讨坡折体系的配置对有利储集砂体控制的成因要素。

1 区域地质背景

黄河口凹陷位于渤海海域东南部，面积约3 300 km2，古近纪整体表现为北陡南缓,发育有近东西和北北东向断裂(图1)，其中北北东向两组断裂为郯庐断裂带的西部分支[23-24]。郯庐断裂贯穿整个渤海湾盆地，具有右旋走滑性质，对渤海湾盆地多个次盆(或者凹陷)的形成具有重要的控制作用[25-28]。

黄河口凹陷新生界发育齐全，其中古近系发育扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖泊和湖底扇等多种沉积相类型(图2)。黄河口凹陷古近纪构造演化可划分为4 个裂陷伸展期，分别发育了孔店组、沙四段、沙三段、沙二段—东营组[23]。由于研究区孔店组和沙四段不是十分发育，其内部的二、三级不整合面难以识别，故将其作为一套地层来考虑；而三级层序识别和划分主要集中在沙三段—东营组，共有7个三级层序(图2)。

图1 黄河口凹陷构造纲要Fig .1 Structure outline of Huanghekou sag

图2 黄河口凹陷古近系综合柱状图Fig .2 Comprehensive column of Paleogene in Huanghekou sag

2 坡折带类型与坡折体系划分

2.1 坡折带类型及其他地貌单元

通过各层序断裂解释及同沉积断层识别，在黄河口凹陷古近系识别出断裂坡折带、挠曲坡折带、沉积坡折带以及沟谷和凹陷中央的局部低隆区等地貌单元，其中，断裂坡折带、挠曲坡折带、沉积坡折带与前人提出的概念和特征一致[12,17-22](图3～5)。沟谷主要发育在南北两侧凸起和斜坡带上，按照其成因可分为侵蚀型和构造型，其中侵蚀型沟谷主要发育在凸起上，而构造型沟谷主要由1或2个断裂坡折带共生组合形成，包括单一断裂坡折带喇叭状组合和边界断裂调节带形成的沟谷(图6)，如凹陷东部持续右旋走滑的郯庐断裂带在渤南凸起和莱北低凸起附近形成了2个典型的沟谷地貌单元，地震剖面特征十分清楚(图7)。另外，凹陷中央局部低隆区为盆地次级构造带，在黄河口凹陷主要指的是渤中33构造(图6)。

图3 黄河口凹陷北部陡坡断裂坡折体系中断裂坡折带地震解释(剖面位置见图1)Fig .3 Seismic interpretation of fault slope break belt in north steep slope fault slope break system in Huanghekou sag(see Fig.1 for location)

图4 黄河口凹陷南部缓坡断裂-挠曲坡折体系中断裂、沉积坡折带地震解释(剖面位置见图1)Fig .4 Seismic interpretation of fault and depositional slope break belts in southern gentle slope fracture-bending slope break system in Huanghekou sag(see Fig.1 for location)

图5 黄河口凹陷南部缓坡断裂-挠曲坡折体系中挠曲 坡折带地震解释(剖面位置见图1)Fig .5 Seismic interpretation of bending slope break belt in southern gentle slope fracture-bending slope break system in Huanghekou sag(see Fig.1 for location)

2.2 坡折体系划分

黄河口凹陷坡折体系实际上是不同动力学背景及其地貌响应差异性的直接表现。从区域构造应力上看，渤海湾盆地在新生代不同时期都同时受来源于岩石圈底部的热(底辟、膨胀)动力系统和西太平洋边缘板块构造运动引起的NE、NEE 向侧向挤压动力系统[26,29-32]的作用。在古近纪裂陷阶段，由于垂直于地幔隆起轴向的引张力可能抵消来源于侧向的挤压力，因此在黄河口凹陷中多表现为地壳处于拉张和郯庐断裂右旋走滑应力场的状态[26,28,33-34]。

图6 黄河口凹陷西洼沙三下亚段沉积时期坡折带、沟谷与物源水系Fig .6 Slope break belt,valley and provenance drainage distribution of Es3L in western Huanghekou sag

图7 渤南低凸起南缘边界坡折带组合及物源水系(剖面位置见图1)Fig .7 Marginal slope break belt associations and drainage along the southern margin of Bonan low uplift(see Fig.1 for location)

按照坡折体系划分原则，将黄河口凹陷古近系划分为北部陡坡断裂坡折体系、南部缓坡断裂-挠曲坡折体系、渤中33构造转换坡折体系和走滑构造坡折体系(图8)。

2.2.1 北部陡坡断裂坡折体系

该坡折体系主要分布在凹陷北部，包括渤南凸起、北部次洼(图8)。自渤南凸起至北部次洼发育2或3组断裂坡折带，同沉积断裂平面展布近东西向，构成了北部陡坡带多级断裂坡折带组合。在地震剖面中，这些同沉积断裂呈同向断阶雁列组合，可根据坡折带所处的位置将多级坡折带分为盆缘和盆内坡折带(图3)，其中盆缘断裂坡折带发育于凸起和凹陷分界位置，断距大且持续时间长，是控制物源和凹陷边界的主干坡折带。

图8 黄河口凹陷古近纪坡折体系Fig .8 Paleogene slope break system in Huanghekou sag

由于受岩石圈底部强烈的热膨胀、热底辟作用等影响[26]，黄河口凹陷北部发育一系列近东西向的控制凹陷边界的深大断裂及其派生的同向断阶带，这些断裂多以同沉积活动为主，构成了北部陡坡断裂坡折体系中多级断裂坡折带组合。

2.2.2 南部缓坡断裂-挠曲坡折体系

该坡折体系分布于南部和西南部缓坡带，南部次洼亦属于该坡折体系，坡折带发育类型主要包括莱北低凸起之上的沟谷(图6)、断裂坡折带、挠曲坡折带，在西南部缓坡带受东三段沉积时期大型三角洲沉积作用的影响，局部可见沉积坡折带。与陡坡坡折体系一样，可根据坡折带发育的构造位置将多级坡折带分为盆缘和盆内坡折带。

由于基底断块的翘倾，在拉张和郯庐断裂带右旋走滑共同作用下，黄河口凹陷南部和西部古新—始新世发育一系列规模相对较小、在平面上呈雁行排列的同沉积正断层，这些断层主要分布在莱北低凸起北翼，属于南部缓坡坡折体系中控制盆地边界的断裂坡折带。在盆地内部还发育挠曲坡折带(图5)和沉积坡折带(图4)，因此黄河口凹陷南部缓坡带是多种类型坡折带的组合。

2.2.3 渤中33构造转换坡折体系

该坡折带体系包括整个渤中33构造带(图6)。该构造带呈东西向展布，西端与南部缓坡坡折体系西部接壤，其间被一水体相对较浅的沟谷所分割；东部与黄河口凹陷中央构造脊相连，并被走滑断裂所切割；南部被一系列呈地垒组合的正断层所限制，断裂在平面上呈明显的雁行排列，明显受黄河口凹陷拉张和郯庐断裂带右旋走滑作用的影响。分析认为，渤中33构造转换坡折体系在纵向发育上存在一定的差异，同时继承性也十分明显。

2.2.4 走滑构造坡折体系

断裂解释表明，黄河口凹陷2条明显的NNE向走滑断裂为郯庐断裂带的西支，将凹陷分成了西洼、中央隆起带和东洼(图8)，该走滑断裂与邻近构造单元(中央构造脊)的组合构成了走滑构造坡折体系这一独特的古地貌组合。主要包括以下地貌单元：①中央构造脊，为右旋走滑过程中呈一系列雁行排列的背斜构成，呈NNE向展布，将黄河口凹陷分为东西两个次级凹陷(图8)；②走滑转换带，位于黄河口凹陷中央隆起带南北两端，是在两支走滑断裂的交会处形成的叠置同向倾斜型走滑转换带(图7)，剖面上断层主要表现为负花状构造；③伴生沟谷，是在凹陷北部渤南低凸起和南部莱北低凸起沿着走滑断层的走向形成的2个沟谷地貌单元，地震剖面特征十分清楚(图7)。

3 坡折体系与剥蚀沉积的响应关系

3.1 盆缘坡折带是剥蚀、物源区边界

盆缘坡折带一般与盆地构造演化各阶段相关的应力场转换及与同一构造演化阶段中的次级构造活动强度周期性幕式变化有关，在剖面上主要表现为代表一级构造单元的断阶带等，往往与盆地或凹陷和凸起剥蚀区的边界一致，因此直接控制了物源边界。3.2 各类沟谷是物源的主要通道

1) 单断式控凹边界断裂形成的古沟谷。在黄河口凹陷北部陡坡带，单断式盆缘坡折带平面组合样式复杂多样，但主要分为顺直型和喇叭状组合型。顺直型坡折带水系分散，碎屑物质粗，厚度大，但平面规模一般较小，常呈裙状产出(图6中A类)。喇叭状组合型坡折带通常是各种应力场交会的地区，可形成局部较低的地形，是盆缘山口物源的主要通道，由于水系集中，无论是在垂向上还是在平面上砂体规模都很大(图6、7中B类)。

2) 边界断裂调节带形成的古沟谷。调节构造类型有多种组合，根据断层之间的相互关系可划分为同向趋近型、同向叠覆型、同向平行型、对向平行型和对向趋近型等。在黄河口凹陷以同向叠覆型坡折组合为主(图6中C类)，主要发育在南部缓坡坡折体系中。孔店组—沙三下亚段沉积时期渤中33构造带属于剥蚀物源区，其南缘雁行排列的断裂组合也具有调节带控制物源的特点。

3) 与走滑相关的沟谷单元。黄河口凹陷的走滑断裂横穿整个凹陷，断裂走向与凹陷构造走向斜交，在南部缓坡带甚至近于垂直，这种特殊的相交关系为形成物源通道提供了良好的构造背景。该走滑断裂直接与南部物源区相连，南部剥蚀带的沉积物质可以直接通过走滑体系形成的沟谷运移至盆地内部。在北部陡坡带，该走滑断裂将整个渤南低凸起切割开，但与其西边近NNE向断裂构成一个明显的沟谷带(图7中C类)。

3.3 沟谷和次级洼陷是沉积物卸载场所

坡折体系中多级坡折带既是物源通道，同时又是沉积物卸载区。一般来说，大规模的沉积物卸载区位于盆地主要低能地带，即凹陷内部发育的各个次级洼陷中。如黄河口凹陷西洼主要包括南北2个次级洼陷(图8)。此外，在各类多级坡折带中，由于发育大量的沟槽，伴随基准面升降旋回的变化，也可存留部分沉积物，其中北部陡坡坡折体系以坡折陡、斜坡规模大为主要特征，尽管能形成众多沟谷体系，但是由于沟谷本身斜率较大，水动力较强，极不利于沉积物的保存；而在缓坡体系，除了盆缘坡折带外，向盆地内部坡折带坡度和规模相对较小，多级坡折带之间的距离和高差相对较小，且发育星罗棋布的沟槽体系，则易于对部分沉积物的保存。

3.4 坡折形态控制了沉积物粒度和类型

盆缘坡折带的坡度、规模相对较大，是最能直接控制沉积物供给、粒度及性质的坡折带类型。但是由于陡坡坡折带和缓坡坡折带的斜率、沉降幅度等存在差异，导致二者在载水动力、沉积物供给速率、沉积物粒度上存在明显差别。

黄河口凹陷陡坡坡折体系常常控制着不同规模的扇三角洲沉积(图9)。自东营组沉积期开始，伴随北部渤南低凸起的沉降，凸起范围逐渐缩小，坡折带规模及梯度减小，坡折体系附近以辫状河—曲流河三角洲沉积为主。

南部缓坡坡折体系与北部不同，由于坡折带规模相对较小、坡度较缓、坡折带之间的间距较大，对辫状河三角洲具有明显的控制作用(图9)。但是，该体系中多级坡折带的不同级次对沉积体系的控制又不同，一般盆缘坡折带控制了坡折上下河流—三角洲或三角洲水上—水下平原亚相的分界，向盆地方向多个盆内坡折带可能控制了同一沉积相中的亚相，也可能直接将不同沉积相分开。例如沙三中亚段沉积时期盆内发育多个坡折，其中最靠近盆内发育最后一级构造坡折，该坡折明显将坡上辫状河三角洲和坡下湖底扇分开(图9)。

渤中33构造转换坡折体系在沙三中亚段沉积期之前为一水上剥蚀区，之后转化为水下低凸起，因此在对沉积体系的控制上也不同。早期该坡折体系南陡北缓，南部发育的同沉积断裂规模较大，直接控制了扇三角洲的沉积，而北部主要发育滨浅湖沉积；晚期如东二、三段沉积时期，该坡折体系及其附近发育了多期滩坝砂沉积(图9)。

图9 黄河口凹陷古近系井-震联合层序-沉积体系解释(剖面位置见图1)Fig .9 Paleogene sequenc-depositional system interpretation based on seismic-well in Huanghekou sag(see Fig.1 for location)

4 坡折体系中储集砂体富集的成因要素

研究表明，不同级次的构造运动是陆相盆地形成、发展与演化的最主要控制因素[35-40]，而构造作用则主要通过改造地貌特征等方式间接影响剥蚀速率、沉积物供给方式和速率，并最终决定了沉积物类型。

断陷盆地坡折带及其组合是陆源碎屑物质富集的主要场所，其主要原因是碎屑物质通过各类坡折带搬运的过程中势能减小、动能增大，当碎屑物质在坡脚处遇到阻力时，动能会迅速减小而导致碎屑物质在可容纳空间较大的坡脚处堆积[21]。但是，这并不意味着有坡折就必定能找到有利砂体。坡折体系的存在是研究砂体发育的一个必要条件而不是充分条件，在坡折带附近形成有效储集体必须具备有效的物源、必备的坡折带组合样式、足够的卸载场所和一定的可容空间等条件的有机耦合[41]。黄河口凹陷古近系坡折体系控层、控相、控砂模式如图10所示。

有效的物源首先必须要求物源充足，物源充足与否决定了凹陷的砂体发育程度；其次是指在盆缘坡折带之上的物源母质类型。只有那些受大型盆缘坡折带控制的、已经存在的、长期受剥蚀的较大型凸起区(晚期凸起不能作为有效物源)，并且物源区的母岩是经风化剥蚀后能产生碎屑颗粒的岩石，如变质岩、岩浆岩等才能成为有效物源，而碳酸盐岩、泥质沉积岩则不能作为有效物源。黄河口凹陷南北凸起长期遭受剥蚀、面积较大，且基底主要为花岗岩、安山岩等，整体上母岩来源较好。

坡折带的组合样式特指那些具有大型沟谷特征的地貌单元，只有这些大型沟谷群才是砂岩搬运的主要通道。

足够的卸载场所必须是沉积时期具有低势能的地区，如凹陷的深水区(次级洼陷)、大型平缓的沟道等。

沉积物可容空间也是一个非常重要的、控制有效储集砂体发育的参数。具有卸载场所不一定就能富砂，可容空间太小不足以让大量的砂体得以保存，相反可容空间过大则砂体不发育。只有当沉积物供给与可容空间达到一定的平衡，才是砂体富集的最佳条件。例如在黄河口凹陷北部陡坡带，扇三角洲和湖底扇一般沿具有深湖背景的断裂陡坡带发育，多处于盆地快速沉降期。在东营组二、三段沉积期，由于湖平面上升，物源区缩小，沉积物供给速率明显减弱，凹陷深水区可容空间过大，以饥饿性沉积为主，但那些水下低凸起区可容空间相对较小，则有利于部分滩坝砂的形成。

总之，有效的物源、必备的坡折带组合样式、足够的卸载场所和一定的可容空间等条件反映了砂体发育的综合控制因素，在实际砂体预测中除了分析坡折带的几何形态、主控因素等以外，更应该将坡折带作为一个体系，并从源-汇-沉积体系整体多角度、多因素来综合考虑。

图10 黄河口凹陷古近系坡折体系控层、控相、控砂模式Fig .10 Model of Paleogene slope break system controlling strata,sedimentary facies and sandbodies in Huanghekou sag

5 结论

1) 在井震联合层序、沉积相研究的基础上，利用坡折带识别方法，结合各层序断裂解释及同沉积断层识别，在黄河口凹陷古近系识别出断裂坡折带、挠曲坡折带、沉积坡折带以及沟谷和凹陷中央的局部低隆区等多种地貌单元。根据黄河口凹陷古近纪构造特征，按照相似构造成因机制的划分原则，将研究区划分为北部陡坡断裂坡折体系、南部缓坡断裂-挠曲坡折体系、渤中33构造转换坡折体系和走滑构造坡折体系。

2) 断陷湖盆坡折体系与剥蚀沉积具有非常紧密的关系，坡折体系明显控制了沉积物物源、沉积物类型，同时坡折体系中的沟谷和次洼又是沉积物的卸载场所，不同坡折体系控制了不同沉积体系的发育。

3) 断陷湖盆坡折体系的存在是研究砂体发育的必要条件而不是充分条件，在坡折带附近形成有效的储集砂体必须具备有效的物源、必备的坡折带组合样式、足够的卸载场所和一定的可容空间等条件的有机耦合。

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(编辑：张喜林)

Slope break systems of rift lacustrine basin and erosion-depositional response:a case study of the Paleogene in Huanghekou sag, Bohai sea

LIU Hao1TIAN Lixin2ZHOU Xinhuai3NIU Chengmin2

(1.SchoolofOceanSciences,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China;3.ShanghaiBranchofCNOOCLtd.,Shanghai200335,China)

With well-seismic joint sequence and structure interpretation, multiple geomorphologic units including fault slope break belt, flexure slope break belt, depositional slope break belt, valley and local low uplift are identified in the Paleogene of Huanghekou sag, Bohai sea.Multiple slope break belt associations formed in specific and similar tectonic origin conditions are defined as slope break system.The Paleogene of Huanghekou sag is thus divided into the northern rift slope break system, the southern ramp rift-flexure slope system, Bozhong 33 structure transitional slope break system and strike-slip structural slope break system.A very close relationship occurs between slope break system of rift lacustrine basin and erosion-depositional response, in which slope break system controls boundary between erosion and provenance, provenance passageway, discharge place for sediments and sedimentary types.The northern fault slope break system controls deposition of fan delta-lacustrine-submarine fan, the southern ramp slope break system controls braid fluvial delta-shallow lake-submarine fan deposition, and the central Bozhong 33 structure slope break system controls shallow lacustrine beach bar deposition.The occurrence of rift lacustrine basin slope break system is a necessary condition but not a sufficient condition.Formation of effective reservoir sand bodies at slope breaks definitely depends on coupling of conditions including effective provenance, necessary slope break belt association types, enough discharging place and certain accommodation space.

rift lacustrine basin; slope break system; erosion; deposition; responding relationship; Paleogene; Huanghekou sag

刘豪，男，博士，副教授，主要从事边缘海盆地构造-层序、沉积盆地构造古地貌、沉积盆地与源-汇系统、地震储层及隐蔽油气藏预测与描述等方面的研究工作。地址：北京市海淀区学院路18号中国地质大学(北京)海洋学院(邮编：100083)。E-mail：hyliuhao@cugb.edu.cn。

1673-1506(2017)04-0028-11

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.04.004

TE121.3

A

2017-03-08

*“十二五”国家科技重大专项“近海隐蔽油气藏勘探技术(编号：2011ZX05023-002-005)”部分研究成果。