辽东凹陷南洼斜坡型源-汇系统发育特征及控砂作用*

徐 伟 黄晓波 刘 睿 李正宇 刘艺萌

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

辽东凹陷南洼斜坡型源-汇系统发育特征及控砂作用*

徐 伟 黄晓波 刘 睿 李正宇 刘艺萌

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

徐伟,黄晓波,刘睿，等.辽东凹陷南洼斜坡型源-汇系统发育特征及控砂作用[J].中国海上油气，2017,29(4)：76-84.

XU Wei,HUANG Xiaobo,LIU Rui,et al.Characteristics of slope source-to-sink system and its control on sand body in southern Liaodong sag, Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(4):76-84.

渤海海域辽东凹陷南洼东部斜坡带古近系沙二段沉积时期发育典型的斜坡型源-汇系统，明确砂体优势发育区是储层预测的难点。运用源-汇系统控砂理论，综合开展了古地貌恢复与层序地层学分级研究，对研究区源-汇系统各要素特征及其配置关系进行了刻画与分析，明确了斜坡型源-汇系统的控砂机制。研究表明：物源体系-沟谷体系-坡折体系的源-汇配置关系控制了砂体优势汇聚方向，二级层序发育特征控制了砂体发育时期，时空关系的有效耦合控制了沉积体系的宏观分布规律；沉积区微古地貌与高频层序共同控制了斜坡型源-汇系统的多期砂体精细发育模式。本文研究结果为薄地层内砂岩储层分析与预测以及海上少井条件下的油气藏勘探评价提供了技术支撑。

辽东凹陷南洼；沙二段；斜坡型源-汇系统；古地貌；层序地层；控砂作用

陆相断陷盆地砂体的形成和分布受多种地质因素控制，包括沟谷、坡折、层序发育特征等。研究表明，沟谷与沉积体一般具有较好的对应关系，不同类型的沟谷具有不同的输砂能力[1-3]；坡折带对物源供给水系起到汇聚作用[4-12]，层序界面附近富砂的理论认识在砂体预测中起到了重要的作用[13-17]。对于陡坡型源-汇系统，由于地貌差异较大，优势汇聚区明显，沉积体地震反射形态较好，在明确了物源体系、汇聚体系(沟谷、坡折)以及中长期基准面变化特征的基础上，一般就可以找到相应的富砂区，并且沉积物相对集中，局部范围内储层变化不大。而对于海上少井条件下的斜坡型源-汇系统，预测砂体优势汇聚区具有以下几方面的难点：地貌差异小，水系分散，优势汇聚区不易识别；缓坡带沉积地层较薄，地震反射结构特征不明显，沉积体识别困难；钻井较少，难以进行精细标定。针对上述难点，本文以渤海海域辽东凹陷南洼东部斜坡带古近系沙二段为目标，运用源-汇系统控砂理论，综合开展古地貌恢复与层序地层学分级研究，对源-汇系统各要素进行刻画，明确了砂体宏观分布规律；针对斜坡区薄地层内优势厚层砂体预测难的问题，进行了沉积区微古地貌特征与高频层序发育特征精细研究，建立了砂体精细发育模式，明确了斜坡型源-汇系统控砂机制，对类似地区油气勘探评价具有指导意义。

1 区域地质特征

渤海辽东湾坳陷是新生代发育的华北克拉通裂谷断陷湖盆，呈“三凹两凸”的构造格局，自西向东依次为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起、辽东凹陷。辽东凹陷南洼位于辽东湾坳陷东南部，其东部斜坡带属于长兴岛凸起向辽东凹陷的倾没部位，构造主体呈NNE走向(图1a)，古近纪先后经历了沙三段裂陷Ⅱ1幕，沙一、二段裂陷Ⅱ2幕以及东营组裂陷Ⅲ幕，发育2个二级层序、6个三级层序(图1b)。研究区已钻4口探井。

本文主要研究目的层为沙二段。分析认为，长兴岛凸起在古近纪持续为辽东凹陷南洼提供物源。东部斜坡带在沙二段沉积时期处于裂陷期Ⅱ2幕，断裂体系以伸展作用为主，是断裂坡折有利的发育区，垂直于物源方向的边界断裂对沙二段沉积具有明显的控制作用。沙三段沉积末期的夷平作用以及持续的裂陷作用使得断陷扩展联合，导致沙二段沉积时期水体较浅、沉积范围较广，主要发育辫状河三角洲前缘沉积，地层厚度较薄，平均为61.5 m，沉积体地震响应特征不明显。钻井结果表明，沙二段储层发育但局部范围内横向变化较快，如LD29-1-1井与LD29-1-1Sa井相距仅600 m，砂岩厚度却相差26 m(图2)。

图1 辽东凹陷南洼东部斜坡带基础地质特征Fig .1 Basic geology of east slope of southern Liaodong sag

图2 辽东凹陷南洼东部斜坡带沙二段砂体期次Fig .2 Sandbody stages of Es2 in east slope of southern Liaodong sag

2 斜坡型源-汇系统发育特征

通过地震地层厚度分析并结合物源区构造特征，恢复了研究区沙二段沉积时期的古地貌，结果表明，东部斜坡带宏观上为大型斜坡背景，面积630 km2(图3)。将整个斜坡带视为一级古地貌，按地貌特征进行二级古地貌分区，可将斜坡带划分为山地区(106 km2)、沟谷区(120 km2)、上部阶地区(48 km2)、下部阶地区(115 km2)、洼槽区以及倾末端。沙二段沉积时期，上部阶地区以下为沉积区(图3)，本次研究区主要位于下部阶地区的南部。从源到汇的二级古地貌单元划分是斜坡型源-汇系统砂体汇聚机制研究的基础。

2.1 物源体系特征

源-汇系统控砂理论指出，控砂机制的研究要以物源分析为出发点[6]。研究区东侧紧邻长兴岛凸起，沙河街组沉积时期长兴岛凸起长期遭受风化剥蚀，物源区面积较大，是稳定的、容易识别的盆外区域物源体系。与已钻井揭示基底岩性的地震相特征对比，结合沙二段储层岩屑资料分析，明确了研究区的物源性质，即物源区东北部主要为元古界变质花岗岩以及少量的中生界碎屑岩、火成岩；而物源区南部主要为中生界碎屑岩和元古界碳酸盐岩，以及少量元古界变质岩(图4)。整体而言，沙河街组沉积时期，长兴岛凸起可为辽东凹陷南洼东部斜坡带持续提供充足的物质来源。

图3 辽东凹陷南洼东部斜坡带沙二段古地貌Fig .3 Paleotopography of Es2 in east slope of southern Liaodong sag

图4 辽东凹陷南洼物源区面貌Fig .4 Provenance of southern Liaodong sag

2.2 沟谷体系及其与物源母岩叠合关系

古沟谷是在基准面下降期地表遭受侵蚀形成的残留可容纳空间，一般沿层序界面发育，是沉积物向盆内搬运的主要通道[1-2]。东部斜坡带沟谷体系较为发育，沟谷规模较大。北部沟谷区地形相对较陡，沟谷发育密度和下切深度较大，且类型多样，发育W型、V型、U型沟谷(图3)；而南部沟谷区地形相对较缓，主要发育7条继承性沟谷，以V型、U型为主，沟谷长度3 000～7 000 m，宽度500～1 800 m，深度70～160 m，平均横截面积21 000～96 000 m2(图5)。沟谷与母岩岩性的叠合关系对沉积体系的发育具有重要的影响，研究区东北部沟谷流域内主要为元古界变质岩母源，南部沟谷流域内主要为中生界碎屑岩与元古界碳酸盐岩母源(图4)。

2.3 坡折体系及其与沟谷的配置关系

坡折带是控制砂体输送路径的又一重要因素[4-12]。研究区主要发育侵蚀型和断裂型坡折(图6)。侵蚀型坡折发育在基底先存地貌之上，分割了二级古地貌的沟谷区与上部阶地区。辽东凹陷东侧受同沉积正断层F1控制，在凹陷边界形成单断型坡折带，并分割了辽东凹陷与长兴岛凸起。沙二段沉积时期，断层活动性较强，平均断距为217 m，西倾的F1断层呈NNE走向，弧形边界断层在研究区形成墙角型的平面样式(图3)。对于陆相断陷盆地而言，坡折带形成的古地貌低地对物源供给水系起着引导和汇聚作用[4,7-8]。古地貌特征表明，研究区北东向与南东向的沟谷呈半环形向侵蚀型坡折、断裂型坡折的下倾方向汇聚，沟谷指向与坡折倾向基本一致，二者优良的配置关系对沉积物的搬运与聚集具有重要的控制作用(图3、6)。

图5 辽东凹陷南洼东部斜坡带沟谷体系特征 (剖面位置见图3)Fig .5 Characteristics of valleys in east slope of southern Liaodong sag(see Fig.3 for location)

图6 辽东凹陷南洼东部斜坡带坡折体系特征 (剖面位置见图3)Fig .6 Characteristics of slope systems in east slope of southern Liaodong sag(see Fig.3 for location)

2.4 沉积区古地貌特征

二级古地貌特征表明，沉积区所处的下部阶地区为大型斜坡背景下的次级缓坡。一般认为，缓坡带宏观地貌差异较小、地势平缓[18-20]。对下部阶地区的沙二段进行了精细的微古地貌恢复与刻画，结果表明：在整体大型斜坡的背景下，东部斜坡带沉积区并不是一个简单的缓坡，而是具有高低起伏的特征，在其内部发育了多个幅度较低的局部微隆区(面积0.40～2.68 km2)与低洼区(面积0.20～5.44 km2)，并且存在着小型优势输砂通道(图7)。

图7 辽东凹陷南洼东部斜坡带沙二段微古地貌与 砂体展布Fig .7 Micro-paleotopography and sandbody distribution of Es2 in east slope of southern Liaodong sag

3 层序发育特征

3.1 二级层序发育特征

研究区沙三段二级层序处于断陷扩展期，剥蚀区范围逐渐减小，地层分布较广，末期湖平面相对位置较低;从沙二段沉积开始，湖平面逐渐上升，边界断层不仅控制了断裂坡折带的形成，也控制了二级层序的发育特征，沙二段发育于二级层序早期，湖平面位于坡折之下，发育辫状河三角洲前缘沉积；从沙一段沉积开始，湖平面逐渐越过断坡，发育湖泛泥岩以及相对富泥的高位三角洲(图1、8)。

3.2 三级层序及体系域发育特征

研究区沙二段—东一段二级层序(SQEd—Es2)内部发育5个三级层序(图1)。根据钻井、测井特征，将沙二段三级层序划分为低位、湖扩及高位体系域;通过井间精细对比，将沙二段储层划分为四期砂体，其中第一、二期砂体发育于低位域，第三期砂体发育于湖扩域，第四期砂体发育于高位域(图2)。

图8 辽东凹陷南洼东部斜坡带SQEd—Es2二级层序 发育特征(剖面位置见图3)Fig .8 Characteristic of SQEd—Es2 second-order sequence in east slope of southern Liaodong sag(see Fig.3 for location)

由于沙二段厚度较薄，各期砂体界面与体系域界面识别难度较大。通过精细的井震标定与富砂地震相分析，识别出各期砂体的顶界面，这种岩性界面同时具有湖泛面的属性，可以代表体系域界面(图9)。第一、二期砂体顶面表现为中强振幅充填反射，对应初始湖泛面，利用地震同相轴追踪可识别出砂体展布范围；第三期砂体顶面表现为中弱振幅反射，同期泥岩表现为强振幅反射，对应最大湖泛面，利用振幅属性变化可刻画出砂体展布范围；第四期砂体顶面表现为强振幅反射，贫砂地震相表现为弱振幅反射，对应沙二段顶界面(图9)，同样利用振幅属性变化可刻画出砂体展布范围(图10)。

图9 辽东凹陷南洼东部斜坡带沙二段砂体地震 响应特征(剖面位置见图3)Fig .9 Seismic characteristic of sandbodies of Es2 in east slope of southern Liaodong sag(see Fig.3 for location)

图10 辽东凹陷南洼东部斜坡带沙二段第四期砂体顶面 均方根振幅Fig .10 Top surface RMS of the 4th sandbody of Es2in east slope of southern Liaodong sag

4 斜坡型源-汇系统控砂机制

4.1 源-汇要素有效耦合控制砂体宏观分布规律

沙河街组沉积时期，长兴岛凸起持续为辽东凹陷南洼提供充足的物源。沉积物主要由南部沟谷体系汇聚并向研究区输送，南部沟谷区由北至南主要发育7条V型及U型沟谷，其中1、2、3号沟谷规模较大，长度5 000～7 000 m，宽度1 100～1 800 m，深度90～160 m，平均截面积55 000～96 000 m2，输砂能力较强，为研究区主要的供源通道；北东向与南东向的沟谷呈半环形指向侵蚀坡折下倾方向，二者优良的配置关系利于沉积物向沉积区方向输送(图3)。沙二段沉积时期，边界断层F1活动性较强，经沟谷与上部阶地区输送的沉积物沿断面以线型方式供给，下部阶地区为砂体有利的卸载区(图3、6)。弧形边界断层形成墙角型的平面样式：一方面，“墙角”处由于受断裂活动性和应力的转换，地层的稳定性变差，凸起区的母岩更容易遭受风化剥蚀并提供充足的物源；另一方面，水系一般由2个或2个以上的方向向“墙角”处汇聚，利于沉积物集中卸载，形成较大规模的砂体(图3)。在断裂坡折的控制之下，沙二段发育于二级层序早期，湖平面位于坡折之下，沉积物易于向下部阶地区推进，从而发育辫状河三角洲前缘沉积，是整个二级层序相对富砂的层段(图8)。不同性质的母岩在经历了一系列搬运与沉积作用后也会形成不同特征的沉积体系。研究区东北部母岩以元古界变质岩为主，在LD29-1-1Sa井区形成粒度较粗的砂砾岩沉积;而南部母岩以中生界碎屑岩、元古界碳酸盐岩为主，在LD28-1-1井区形成以粉细砂岩为主的三角洲前缘沉积(图2、4)。

综上所述，沙二段沉积时期，研究区物源体系、沟谷体系、坡折体系及二级层序在空间与时间上的有效配置构成了一个完整的时空耦合系统，控制了砂体发育的宏观规律，决定了斜坡带下部阶地区的沙二段为相对富砂层段。

4.2 微古地貌与高频层序特征控制多期砂体精细发育模式

分析认为，沉积区微古地貌与高频层序共同控制了辽东凹陷南洼斜坡型源-汇系统薄地层内多期砂体的精细展布，导致沙二段不同部位砂体富集程度差异较大、储层厚度横向变化较快。

4.2.1 微古地貌控制砂体富集程度差异性

一般认为，斜坡带平缓的古地形易于分散水系，形成的砂体范围较广，厚度较薄且相对均一。微古地貌特征表明，东部斜坡带并非均一的缓坡，其内部发育了多个幅度较低的局部微隆区与低洼区，并且存在小型优势输砂通道。LD29-1-1井、LD28-1-1井位于古地貌微隆区，处在小型沟道的侧翼(图7)，单期砂体厚度较薄，平均3.2 m(图2)；而LD29-1-1Sa井、LD28-1E-1井位于相对低洼区，与优势通道连接，利于砂体汇聚(图7)，单期砂体厚度也相对较大，平均11.3 m(图2)。

从多期砂体的展布与微古地貌叠合特征来看，微古地貌也控制了沙二段砂体在不同部位的富集程度。LD29-1-1井、LD28-1-1井位于局部微隆区(图7)，砂体叠加期次较少、累积厚度较小(图2)；而LD29-1-1Sa井、LD28-1E-1井位于局部低洼区(图7)，砂体叠加期次较多、累积厚度较大(图2)。

4.2.2 高频层序特征控制多期砂体精细展布特征

在研究区沙二段高频层序格架内，物源与短期基准面旋回的变化对多期砂体精细展布特征具有重要的控制作用。

1) 低位体系域。沙二段三级层序低位体系域发育两期辫状河三角洲砂体。第1期砂体发育于低位域早期，该时期湖平面处于缓慢下降至缓慢上升期，砂体受沉积区内小型沉积坡折的控制作用较为明显，仅发育在LD29-1-1Sa井区以及南部等微古地貌局部低洼区，分布范围比较局限(图11a)。第2期辫状河三角洲发育于低位域晚期，随着湖平面上升，可容纳空间增大，同时由于第一期砂体的充填作用，这一期砂体的沉积范围也随之扩大(图11b)。低位域时期，北东、南东方向均提供物源，但三角洲沉积范围受微古地貌及湖平面变化控制作用较为明显。

2) 湖扩体系域。湖平面继续上升至最大湖泛面，这一时期南东方向供源能力较强，第三期砂体仅在LD28-1E-1井区较发育，并向北西方向推进一定距离，而北东方向与凸起南部由于供源能力有限，砂体受湖平面上升的抑制作用较强，向湖内推进距离较为有限，三角洲呈明显的退积特征，在LD29-1-1井、LD29-1-1Sa井、LD28-1-1井等井区均发育湖相泥岩(图11c)。

3) 高位体系域。由于沙二段到沙一段是水体持续加深的过程，沙二段三级层序整体上发育不对称旋回，不发育明显的下降半旋回，高位体系域主要发育缓慢上升旋回，导致沙一段三级层序底界面特征不明显。第四期砂体发育于高位域湖平面缓慢上升时期，钻井上表现为退积的岩性组合特征，该时期湖平面相对稳定，随着北东、南东方向物源的持续供给，同时由于前期砂体的填平作用，三角洲砂体向湖盆推进距离较远，沉积范围较大(图11d)。

图11 辽东凹陷南洼东部斜坡带沙二段三级层序沉积相Fig .11 Sedimentary facies of SQs2 in east slope of southern Liaodong sag

5 结论

1) 辽东凹陷南洼东部斜坡带属于典型的斜坡型源-汇系统，沙二段沉积时期物源体系、沟谷体系、坡折体系及二级层序在空间与时间上的有效配置构成了一个完整的时空耦合系统，控制了砂体发育的宏观规律，决定了斜坡带下部阶地区的沙二段为相对富砂层段。

2) 沉积区微古地貌与高频层序共同控制了斜坡型源-汇系统薄地层内砂体精细展布特征，导致了研究区沙二段储层横向变化较快。沉积区微古地貌特征决定了单期砂体的发育厚度及砂体富集程度的差异性，体系域发育特征控制了多期砂体精细发育模式。

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(编辑：张喜林)

Characteristics of slope source-to-sink system and its control on sand body in southern Liaodong sag, Bohai sea

XU Wei HUANG Xiaobo LIU Rui LI Zhengyu LIU Yimeng

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300459,China)

The eastern slope of southern Liaodong sag is a typical slope source-to-sink system in Es2, and the favorable sand converging area is difficult to predict.Based on the controlling sand principle of source-to-sink, the paleotopography restoration and multi-level sequence stratigraphy study are carried out, each element of source-to-sink system and their coupling relationship are characterized and the controlling mechanism on sand converging of slope source-to-sink system are concluded.The studies show that effective matching of provenance, valley and slope controls the favorable directions of sand converging; the second-order sequences control the periods of sand deposition; the coupling relationship of the two factors above controls the macroscopic distribution regularity of sedimentary system; the features of micro- paleotopography and high frequency sequences control the subtle distribution characteristics of multi-stages sand body.The research provides technical support for sand reservoir analysis and distribution prediction in thin strata and the exploration and evaluation of offshore reservoirs with sparse wells.

southern Liaodong sag; Es2; slope source-to-sink system; paleotopography; sequence stratigraphy; control on sand body

徐伟，男，2014年毕业于中国地质大学(北京)，获博士学位，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：xuwei32@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)04-0076-09

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.04.009

TE121.3

A

2017-03-28 改回日期：2017-05-15

*“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。