石臼坨凸起东倾末端沙一、二段汇聚体系特征及砂体展布规律*

王启明 黄晓波 宛良伟 王改卫 徐 伟

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

石臼坨凸起东倾末端沙一、二段汇聚体系特征及砂体展布规律*

王启明 黄晓波 宛良伟 王改卫 徐 伟

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

王启明,黄晓波,宛良伟，等.石臼坨凸起东倾末端沙一、二段汇聚体系特征及砂体展布规律[J].中国海上油气，2017,29(4)：60-67.

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利用钻井、测井和地震资料，采用源-汇思想，通过沟道、同沉积坡折带等空间地貌单元的发育样式及其与沉积体系(相类型、相标志和宏观地震相)的时空配置关系分析，阐明了渤海石臼坨凸起东倾末端沙一、二段不同汇聚体系对砂体分布的控制。结果表明：凸起东倾末端物源区分为东、西2个次凸，且发育易于风化的碎屑岩和火成岩母岩，具有良好的供源能力；凸起边缘发育单断陡坡型、走向斜坡型、分叉型和缓坡型等4种坡折样式，并且与沟谷共同构成良好的汇聚通道，形成了4种不同的汇聚体系；研究区沉积体系具有“东西分源、南北分带”裙带状分布特征，受不同汇聚体系控制，形成了单断陡坡型扇三角洲、走向斜坡型扇三角洲、分叉型扇三角洲和缓坡型辫状河三角洲等4种富砂差异分配模式，其中陡坡型扇三角洲易于形成断层遮挡和侧向尖灭圈闭，缓坡沟谷型辫状河三角洲易于形成地层超覆圈闭，两者均具有较大的勘探潜力。

源-汇系统；汇聚体系；砂体展布；沙一、二段；石臼坨凸起东倾末端

随着渤海海域勘探程度的不断提高，该地区勘探层系已逐步从浅层转移到中深层领域[1]。海上油气勘探经济门限高，因此能否找到优质储层成为制约渤海海域中深层油气勘探的难题之一。近10 年来，“源-汇”概念已成功应用于大陆边缘沉积作用研究中，被认为是当前国际地球科学领域中广泛关注的课题之一。从相对宏观的构造古地貌分析，到相对微观的地貌及形态研究，近年来都取得了一系列重要进展[2-3]。针对中国东部陆相断陷湖盆，徐长贵 等[4-5]创新提出了“源-汇时空耦合控砂原理”，从而突破了单一控砂理论，并在“源-汇体系”、控砂模式和油气地质意义等方面均取得了重要进展。“源-汇”思想是将有效物源、汇聚通道与砂体分布有机结合起来，强调控制物源、搬运和沉积过程的分析，从宏观上把握沉积体分布规律，避开由于少井、地震资料品质差、单一因素控砂带来的不足，通过各沉积要素的时空耦合分析构建完整的源-汇沉积系统，研究沉积体系空间展布特征及砂体分布规律。

针对渤海海域石臼坨凸起东倾末端,前人主要围绕储层发育特征及控制因素、油气藏类型及发育模式等方面进行了研究[6-9]，但有关沉积体系方面的分析仅局限在单一构造带内，对于围区整体的沉积体系及砂体展布规律的研究较少，而且对倾末端面貌及砂体展布规律也缺乏统一认识。本文以渤海海域石臼坨凸起东倾末端沙一、二段为例，采用从“源”到“汇”的思想，利用钻井、测井、地震资料，将沉积体系形成的关键要素有机结合起来，通过研究物源体系(包括母岩类型和剥蚀范围)、输砂体系(包括古沟谷、同沉积坡折带等空间地貌单元)和沉积体系(包括相类型、相标志和宏观分布)的时空配置关系，构建从物源剥蚀到砂体汇聚的耦合关系，从整体上把握石臼坨凸起东倾末端砂体展布规律，对该地区下一步油气勘探具有较好的指导意义。

1 区域地质概况

石臼坨凸起东倾末端位于渤海海域渤中凹陷北部，为石臼坨凸起向凹陷自然延伸的过渡部分，夹持于渤中凹陷和秦南凹陷之间[10-11]，紧邻两大生烃凹陷，成藏条件比较优越。根据构造特征，可将石臼坨凸起东倾末端及周区划分为4个构造带，分别为南、北两侧陡坡带和东、西两侧倾末超覆带。受区域早期NE向和NW向两组走滑断裂的影响以及S—N向伸展断裂的相互切割，凸起基底残存区(未被沙河街组覆盖) 呈近E—W向窄条状凸脊，宽度最窄处仅2 km，表现为明显的局部物源特征 (图1)。三维地震资料精细解释表明，研究区发育不同级次、多种类型的断层，包括凸起南、北两侧的近E—W向边界断裂、近NEE或NE向延伸的调节正断层、近NW向呈雁行排列的正断层,其中边界正断层是该时期的主断裂，控制石臼坨凸起东倾末端的形成和演化[10]。该区钻遇的古近系主要为沙河街组和东营组，其中沙河街组主要包括沙三段、沙一、二段。本文研究的沙一、二段沉积时期属于盆地早期伸展张裂陷幕，构造活动相对强烈，是湖盆形成的重要时期。

图1 研究区区域位置图Fig .1 Regional location of the study area

2 物源区恢复

物源区发育和母岩性质是富砂沉积体系能够形成富集的前提和基础，母岩类型对沉积砂体的形成具有重要的影响和控制作用，只有具备足够的物源条件，才能在物源区周围找到优质砂体[12]。当母岩类型为花岗岩、火山岩或砂岩时，经过风化和剥蚀后极易形成大规模的砂体，且储层物性较好；而在母岩类型为泥质岩或碳酸盐岩的地区，一般不容易形成大规模的富砂沉积体。结合钻井资料分析不同类型基岩的地震波组特征，研究区古生界二叠系为中—高频、弱连续地震反射特征，中生界为中—高频断续反射特征(图2)。

图2 研究区剥蚀区面貌恢复及母岩分布Fig .2 Landscape restoration and parent rock distribution of denudation area in the study area

利用上述地震反射特征差异，结合地层叠置关系，通过层序地层精细解释，落实了研究区内剥蚀区的边界和地层终止类型，恢复了物源区范围和母岩分布。物源区分为东、西两个次凸，剥蚀面积合计130 km2。其中，东次凸剥蚀范围为90 km2，母岩主要为古生界二叠系碎屑岩，局部发育中生界白垩系安山岩、玄武岩；西次凸剥蚀范围为40 km2，母岩主要为中生界白垩系安山岩、玄武岩，以及少量火山角砾岩(图2c)。分析认为，研究区中生界火山岩系及碎屑岩富含长石，易风化剥蚀，有利于次生孔隙的发育，能够形成良好的储层，而易于风化的母岩是局部物源区能够提供物源的前提条件[13]。

3 汇聚体系特征

物源区经风化剥蚀产生的碎屑物质，经过古沟谷、坡折带、古洼槽等输砂通道进行搬运，在对应的坡折处和古洼槽集中堆积下来，构成高效汇聚通道，并控制优势输砂方向和卸载场所[14]。

3.1 输砂通道类型

3.1.1 古沟谷

在局部地貌形态中，古沟谷是发育广泛并控制后期水系发育的重要地貌单元，是在基准面下降到坡折点之下地表遭受剥蚀而形成的，一般沿层序界面发育，是向盆地输送沉积物的通道。由于沟谷下切深度的不同，古沟谷在地震剖面上表现为不同的型式，主要有V型、U型、W型，可以通过波形特征和剖面形态特征进行识别[15]。通过三维地震资料分析，石臼坨凸起东倾末端及围区沙一、二段主要发育单一V型沟谷类型，地震剖面上特征明显(图3)，主要集中在东次凸的南部。而物源区其它部位受后期构造活动改造，地震剖面上特征不明显，较难识别。分析认为，顺古沟谷下倾方向的陡坡带为有利的砂体发育区，既是物源区向盆地输送沉积物的通道，也指示水系流向，进而控制砂体的优势汇聚方向。

图3 研究区沙一、二段古沟谷特征及分布(剖面位置见图2c)Fig .3 Characteristics and distribution of the ancient valleys of Es1～2 in the study area(see Fig.2c for location)

3.1.2 坡折带

在陆相断陷盆地中，控盆边界断裂表现为幕式活动，基底及沉积盖层岩石性质和应力属性的差异导致盆地内不同部位在边界断裂产状、次级断层的发育及配置关系等方面特征不同，表现出不同的断裂组合样式[16-17]。研究区沙一、二段主要发育单断陡坡型、走向斜坡型、分叉型、缓坡型等4种组合类型坡折带，不同组合类型坡折带的发育位置、发育模式各不相同(图4)。

图4 研究区沙一、二段坡折带组合类型及特征Fig .4 Type and characteristics of combination of slope break belt of Es1～2 in the study area

3.1.3 古洼槽

古洼槽是凹陷内地势相对较低的沟槽，受边界断裂及伴生次级断裂活动影响，在下降盘形成可容纳空间较大的位置,是沉积体卸载的有利场所。通常碎屑物质注入方向与次级断裂的走向一致，可沿古洼槽输送至沉积中心。在石臼坨凸起东倾末端整体抬升和剥蚀难以精确恢复的情况下，沙一、二段残余厚度可以近似反映沉积时期古地貌特征，可以识别出10个古洼槽(图5)，其中北部陡坡带有3个古洼槽，南侧陡坡带有2个古洼槽，东侧缓坡带有4个古洼槽，西侧缓坡带有1个古洼槽。从残余厚度来看，南、北两侧陡坡带古洼槽可容纳空间较大，有利于沉积物的卸载，形成厚层储集砂体。

图5 研究区沙一、二段残余厚度Fig .5 Residual thickness of Es1～2 in the study area

3.2 汇聚体系类型

古沟谷、坡折带、古洼槽等构造-古地貌单元构成局部物源的汇聚体系，不同的汇聚体系控制不同砂分散体系，影响了可容纳空间的变化，并控制了沉积体的发育位置和发育程度。根据沟谷、坡折组合样式和古洼槽构型的差异及分布位置，研究区沙一、二段汇聚体系可以分为沟谷-单断陡坡型、走向斜坡型、分叉型、沟谷-缓坡型等4种，其控砂机制存在明显差异(图4)。其中，沟谷-单断陡坡型汇聚体系由于物源供应以及断层的持续活动，往往形成多期叠置极富砂型沉积体；走向斜坡型汇聚体系是碎屑物质入湖的优势方向，斜坡处能形成厚层富砂型沉积体，横向上推进距离远；分叉型汇聚体系受断块夹持形成的洼槽控制，储层发育较为集中；沟谷-缓坡型汇聚体系形成的沉积体分布范围较广，但由于缺少砂体富集的位置，富砂性通常有限。

4 汇聚体系约束下的砂体展布规律

研究区钻遇沙一、二段的井相对较少，同时由于中深层地震资料品质降低，地震相多解性较大，横向追踪存在不确定性。通过对研究区源-汇系统的精细刻画，从宏观入手，将物质来源、输送通道、卸载场所等单元与沉积体系建立耦合关系，结合钻井与地震相特征，可以明确沉积体系的类型、展布特征及分布规律。石臼坨凸起东倾末端东、西两个次凸是主要的物源区,其上发育的古沟谷与陡坡带所形成的多类型坡折带构成了良好的汇聚通道体系。石臼坨凸起南、北两侧边界断裂持续活动，地形高差大，大量碎屑物质通过输砂通道的聚集，被洪水带入湖盆，由于可容纳空间增大，水动力条件发生变化，在边界断裂的下降盘快速堆积，形成多个扇三角洲沉积体(图6)，发育与4种汇聚体系相耦合的单断陡坡型扇三角洲、走向斜坡型扇三角洲、分叉型扇三角洲、缓坡型辫状河三角洲等，不同汇聚体系约束下的砂体发育特征差异明显(图7)。

4.1 单断陡坡型扇三角洲

单断陡坡型扇三角洲主要发育在东次凸南、北两侧以及西次凸南侧，单断坡折带控制着东、西次凸主要物源的输入，坡折对应的洼槽处接受碎屑物质的持续倾注。由于边界断裂的长期活动，导致断层上下盘高差大，在下降盘一侧近物源粗碎屑沉积物快速卸载堆积，往往形成厚度较大的近岸扇体。由于断层平直，往往导致断层下降盘的近源扇体厚度大，垂向多期叠置，最大厚度可达240 m，纵向上呈楔状，横向上延伸不远，分布范围窄。如秦皇岛29-2E区块4井区以及秦皇岛36-3井区，其岩性主要为砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩，沉积物分选、磨圆较差，可见多个冲刷面，岩心中砾石直径最大可达6 cm左右，多呈叠瓦状排列或定向排列，代表较强的水动力条件下快速堆积的产物；向旋回上部表现为沉积物粒度逐渐变细，过渡为细砂岩、粉砂岩，水动力条件逐渐减弱。GR测井曲线上表现为箱形特征，少量为齿化钟形，多以水下分流河道为主。地震剖面上表现为中强振幅高频断续反射，向洼陷中心表现为中强振幅平行低频反射。

图6 研究区沙一、二段沉积体系展布Fig .6 Distribution of sedimentary system of Es1～2 in the study area

图7 研究区沙一、二段不同汇聚体系控制下的砂体发育特征Fig .7 Sand body development under the control of different convergence system of Es1～2 in the study area

4.2 走向斜坡型扇三角洲

走向斜坡型扇三角洲主要发育在西次凸北侧走向斜坡处，受两条倾向相同叠覆断层形成的古洼槽控制。在主断层断距较小的部位，其下盘形成漏斗状的相对低地或缓坡，对物源水系汇聚，并成为水系进入洼陷的入口，之后在上盘凸起上向四周分散。转换带控砂作用表现为同沉积正断活动引起的转换带与邻区古地貌差异,尤其是转换带部位断层下盘的相对低地、沟槽对物源水系起着引导、汇聚作用,而转换带部位断层上盘的高地、凸起则影响储层砂体的分散。由于该处地层相对东西两侧明显下沉，同时岩性受应力作用更易破碎遭受剥蚀，提供的碎屑物质经过搬运，在走向斜坡型的转换带处汇聚并进入盆地。如秦皇岛29-2E区块2井区钻井揭示为厚层砂岩夹薄层泥岩组合，砂岩中多含砾石，磨圆度中等，砂岩含量可达65%；GR测井曲线以齿化的低幅箱形和钟形为特征，少量为漏斗形，呈现多期扇三角洲垂向叠加。地震剖面上表现为弱振幅低频率空白反射包裹的薄层中低振幅中频率断续反射，具楔状外形。

4.3 分叉型扇三角洲

分叉型扇三角洲主要分布在西次凸北侧秦皇岛29-2井区，受分叉型断块夹持形成的洼槽控制西部物源的输入，沉积主体夹持在两条断层之间沿洼槽分布，形成的扇三角洲规模中等。在构造应力作用下，西次凸岩石破碎遭受剥蚀，为沉积区提供了充沛的碎屑物质。沉积物到达分叉处形成的洼槽后，湖面变得开阔，可容纳空间变大，水流变缓，牵引力减弱，大量的沉积物在此卸载，可以形成近源的扇三角洲沉积，岩性主要以厚层粗砂岩为主。另外，由于大量的沉积物在很短的时间内得以卸载沉积，沉积物在没有充分压实的情况下就已经成岩，因此即使在埋藏较深的情况下储层物性仍然很好，具有较高的孔隙度和渗透率，为油气成藏提供了良好的储层条件。QHD29-2-2井揭示岩性多为厚层粗砂岩、中细砂岩和粉砂岩与泥岩互层，含砂率可达40%，局部见到含砾砂岩和冲刷面，且有随搬运距离增加粒度变细的趋势。地震剖面上表现为弱振幅中等频率断续反射，具有透镜状外形特征。

4.4 缓坡型辫状河三角洲

西次凸物源剥蚀风化产生的碎屑物质通过缓坡带输送，发育小型辫状河三角洲沉积，BZ13井揭示岩性主要为中—细砂岩与泥岩互层，含砂率在35%左右，砂体单层厚度在3～5 m，GR测井曲线呈漏斗形和钟形，为典型辫状河三角洲河口坝与水下分流河道的沉积特征。

东次凸物源边界发育多个洼槽等输砂通道，来自东次凸的物源在缓坡带可形成辫状河三角洲沉积，分布面积广，地震相表现为中—弱振幅低频反射特征，向洼陷中心渐变为中强振幅亚平行的泥岩沉积。由于目前没有井钻遇，按照物源剥蚀及沉积物推进的方向，这种地震相应为砂体的响应特征，但受缓坡带物源供给分散的影响，单个辫状河三角洲规模较小，富砂性相对有限。

5 储集砂体勘探潜力

研究区沙一、二段沉积体系总体具有“东西分源、南北分带”的特征，南、北两侧陡坡带发育扇三角洲沉积，东、西缓坡带发育辫状河三角洲沉积，洼陷中心发育浅—半深湖沉积。石臼坨凸起东倾末端作为典型的局部物源体系，形成的近源扇三角洲储层集中分布，垂向叠加厚度大，粒度粗，虽然埋深在3 000～3 500 m，但仍具有良好的储集条件[6]，而且在后期的持续沉降过程中，局部物源区逐步淹没于水下，上覆地层发育厚层的区域性泥岩盖层，可以形成有利的储盖组合。同时，局部物源近源沉积储层横向变化快，是形成岩性油气藏重要的勘探领域[18]。研究区西次凸南侧所提供的粗碎屑物质在断层活动量最大位置下降盘形成巨厚的扇三角洲储集体，向前和侧翼方向推进不远，且直接与湖相泥岩相接触，沉积砂体易于形成横向上的侧向尖灭，形成有效的岩性圈闭或者复合型圈闭，易于近源成藏。目前钻探的秦皇岛29-2以及秦皇岛29-2E构造区块已成功钻遇沙一、二段扇三角洲储集砂体，并取得商业性成功，进一步证实该区近源扇三角洲具有较大勘探潜力[9]。另外，东、西两侧缓坡带形成的辫状河三角洲多处于生烃洼陷，油源供应充足，易于形成地层超覆或侧向尖灭油气藏，也具有较大的勘探潜力。

6 结论

1) 石臼坨凸起东倾末端物源区分为东、西2个次凸，且发育易于风化的碎屑岩和火成岩母岩，具有良好的供源能力。

2) 东倾末端凸起边缘发育单断陡坡型、走向斜坡型、分叉型和缓坡型等4种坡折样式，与南侧发育的沟谷共同构成良好的汇聚通道，控制了沉积体系的类型及宏观分布。

3) 研究区沙一、二段沉积体系具有“东西分源、南北分带”的裙带状分布特征，受不同汇聚体系控制，形成了单断陡坡型扇三角洲、走向斜坡型扇三角洲、分叉型扇三角洲和缓坡型辫状河三角洲等4种富砂差异分配模式。

4) 沙一、二段陡坡型扇三角洲和缓坡型辫状河三角洲储层横向变化快，与上覆湖相泥岩可构成良好的储盖组合，易于形成侧向尖灭和地层超覆圈闭，且多处于生烃洼陷，油源供应充足，具有较大的勘探潜力。

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(编辑：冯 娜)

Characteristics of accumulation system and distribution regularity of sand body in Es1～2in eastern pitching end of Shijiutuo uplift, Bohai sea

WANG Qiming HUANG Xiaobo WAN Liangwei WANG Gaiwei XU Wei

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China)

Using drilling, logging and seismic data, with the idea of source-to-sink, the relationship between spatiotemporal configuration of sedimentary systems (facies type, facies marks and macro seismic facies) and development pattern of channels and the same sedimentary slope break belt geomorphic units is analyzed, and the different accumulation systems controlling sand body distribution in Es1～2in eastern pitching end of Shijiutuo uplift in the Bohai Sea are illustrated.Results show that eastern pitching end of Shijiutuo uplift provenance is divided into the eastern and western uplifts, develops clastic rock easy to weathering and igneous rock, which have good capacity for sources; uplift edge develops such four types of slope break as single fault steep slope, slope, split and gentle slope which constitute four different types of accumulation systems with valleys; sedimentary system in study area has distribution characteristics of “the east-west point source, the north-south differentiation”, and is controlled by different accumulation systems, such four different rich sand distribution modes as single fault steep slope fan delta, towards slope fan delta, bifurcated fan delta and gentle slope of braided river delta are formed, in which the steep slope fan delta is easy to form fault screened and lateral pinch out trap, and the gentle slope of braided river delta is easy to form stratigraphic overlap trap, both with great exploration potential.

source-to-sink system; accumulation system; sand body distribution; Es1～2; eastern pitching end of Shijiutuo uplift

王启明，男，硕士，工程师，毕业于中国地质大学(北京)，主要从事油气勘探研究工作。地址：天津市滨海新区海川路2121号渤海石油管理局(邮编：300459)。E-mail：wangqm@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)04-0060-08

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.04.007

TE121.3

A

2017-03-07

*“十三五”国家科技重大专项“渤海海域勘探新领域及关键技术研究(编号：2016ZX05024-003)”部分研究成果。