辽西低凸起北段东二下亚段湖底扇沉积特征及成因机制

2018-08-18金小燕王清斌黄晓波赵国祥

石油地质与工程 2018年4期

金小燕，王清斌，黄晓波，赵国祥，于茜

金小燕，王清斌，黄晓波，赵国祥，于茜

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452）

辽西低凸起北段JZ20构造区东二下亚段湖底扇岩性主要为中–细粒砂岩，颗粒分选中等，孔隙发育，可分为内扇、中扇和外扇亚相，其中内扇、中扇多为优质储层，表现为单一水道、辫状水道的特征，自然伽马（）曲线表现为微齿化箱形和齿化状钟形，地震剖面上表现为下切反射和叠瓦状反射特征；湖底扇受物源和触发机制等多因素制约，物源来自古辽河水系的大型辫状河三角洲前缘砂体，受强烈的正断层活动、斜坡坡度与湖浪扰动等影响，原始沉积物沿着斜坡向下滑塌，在深湖–半深湖中形成扇形沉积体；辽西低凸起北段湖底扇紧邻辽中富生烃凹陷、储盖组合好、运移通畅，具有较好的勘探潜力。

辽西低凸起；东二下亚段；湖底扇；沉积特征；成因机制

湖底扇是指湖盆中以重力流搬运方式堆积在浪基面以下的扇形沉积体[1–3]。前人研究已取得较好的勘探效果[4–6]，但渤海海域湖底扇埋藏深度大、储层预测难度大、勘探风险程度高，对其研究程度尚不深入，大多停留在理论、调研等方面，随着勘探的不断深入，湖底扇的勘探潜力逐渐引起重视[7–8]。本文以辽西低凸起JZ16–20构造区东二下亚段湖底扇为研究对象，对其沉积特征进行分析，探讨湖底扇形成机制，以期对该区下一步的油气勘探提供依据。

1 地质概况

辽西低凸起位于渤海海域东北部辽东湾地区，北东东向展布，其西以辽西1号、辽西2号断层为界与辽西凹陷相邻，向东以缓坡的形式过渡至辽中凹陷[9–10]。研究区整体为依附于辽西低凸起北倾末端而形成的大型鼻状构造，断裂发育，JZ20鼻状构造主要受一条长期活动的北东–南西向边界大断层控制，JZ16构造发育一系列 “近梳状”断裂体系（图1），断裂长期活动。区域沉积相资料表明[10–12]，东二段时期湖泊明显扩展，沉积类型以深湖–半深湖为主，但在东二下亚段沉积时期，受来自于古辽河水系的大型辫状河三角洲前缘沉积的影响，研究区在半深湖–深湖相带内发育因三角洲前缘滑塌作用形成的湖底扇沉积，成为该区主要的含油气储层。

图1 辽西低凸起JZ20、JZ16构造区域位置

2 湖底扇沉积特征

2.1 岩石学特征

录井、岩心和镜下薄片鉴定等资料的综合分析表明，东二下亚段湖底扇储层岩石类型以岩屑长石砂岩、长石砂岩为主，砂岩粒度级别以中砂、细砂为主，其次为粗粉砂和细粉砂。颗粒分选中等，磨圆度呈次棱–次圆状，颗粒间接触关系以点–线接触为主。铸体薄片和扫描电镜鉴定结果显示，湖底扇储层内部较疏松，孔隙发育，连通性较好，以原生粒间孔为主，见少量溶蚀粒间孔及溶蚀扩大孔，部分被泥质、碳酸盐晶体充填。实测孔隙度最大值31.1%，最小值18.6%，平均值22.7%。

2.2 沉积亚相特征

本文综合利用钻井、测井、地震资料等将研究区东二下亚段湖底扇划分为内扇、中扇和外扇等亚相，由内扇到外扇，水动力逐渐减弱且沉积物粒度逐渐变细[13]。

2.2.1 内扇亚相

内扇亚相主要发育在湖底扇底部，表现为单一水道特征，即主水道，横向延伸较窄，纵向下切较深，岩性以厚层含砾砂岩、细砂岩为主，自然伽马曲线呈微齿化箱型，幅度高、宽度大、曲线上下值基本一致（图2），反映了沉积物在沉积过程中物源供应丰富与水动力条件较为稳定情况下快速堆积，底部见冲刷面；地震剖面上表现为下切反射特征（图2）。已钻井统计，内扇中砂岩含量为80%～100%，单层最大砂岩厚度17.3 m，测井平均孔隙度为26%，是湖底扇最重要的储集体。

2.2.2 中扇亚相

中扇亚相辫状水道发育，厚层砂岩、含砾砂岩与泥岩不等厚互层，垂向上表现由多个由粗到细的正粒序结构相互叠置的特征，反映了多期沟道的叠加沉积；靠近内扇的辫状水道砂岩单层厚度较大，中扇前缘的辫状水道特征不明显，单层厚度较小；自然伽马曲线呈齿化状钟形、中高幅（图2），表明水动力能量相对较高，水体能量向上逐渐减弱；地震剖面上表现为叠瓦状特征（图2）。已钻井统计，中扇砂岩含量为50%～80%，单层最大砂岩厚度8.0m，测井平均孔隙度24.3%，实测平均孔隙度22.7%，最小值18.6%，最大值31.1%。综合分析认为中扇也是湖底扇重要的储集体。

2.2.3 外扇亚相

外扇亚相位于中扇辫状水道逐渐消失的扇体外侧，位于湖底扇的最前缘，与正常深水湖泊相邻，以细粒沉积物为主，沉积环境稳定。岩性主要为厚层泥岩夹薄层粉砂岩，自然伽马曲线呈低幅度齿化，偶见低幅指状，幅度较小，反映了较低能量的水流环境；外扇亚相在地震剖面上表现为明显的近平行–平行反射特征（图2）。外扇砂岩含量较低，为13.6%，单层最大砂岩厚度3.0 m，测井平均孔隙度23.7%，综合分析认为，外扇以泥岩沉积为主，发育的细粒沉积砂体以薄层为主，是湖底扇中较差的储集体。

图2 JZ20构造湖底扇不同亚相测井–地震响应特征

3 湖底扇形成机制及沉积模式

已有研究成果表明，湖底扇可由碎屑物源区洪泛事件形成的重力流直接注入深水区而成，也可由三角洲前缘等碎屑沉积物顺坡滑塌快速堆积而成[2]。综合辽西低凸起断裂发育特征、区域沉积特征等分析，认为研究区内湖底扇主要是由碎屑沉积物滑塌堆积而成，受物源供给、触发机制等因素综合控制。

3.1 物源供给是湖底扇形成的物质基础

物源供给控制三角洲沉积体系的发育程度及规模，在一定程度上控制了湖底扇的岩性、物性及发育规模。东二下亚段沉积时期处于裂陷晚期，物源主要来自于盆外长轴方向的古辽河水系，以大规模的辫状河三角洲沉积为主，大型的沉积砂体很容易地向前延伸至凹陷内部，尤其是辫状河三角洲前缘砂体主要是以线性物源形式，通过补给水道进行补给，具有补给稳定、供给量大、搬运距离较远的特点，为湖底扇的形成奠定了良好的物质基础（图3）。

3.2 触发机制是湖底扇形成的重要因素

利用水槽实验对湖底扇进行物理模拟[14–15]，证实了构造运动、重力、波浪等作用是控制湖底扇发育的重要因素。研究区湖底扇表现出厚度大、分布广，具有明显的滑塌成因，强烈的正断层活动等构造事件、斜坡坡度和湖浪扰动作用等是湖底扇形成的主要原因。

图3 JZ20–16构造区东二下亚段沉积体系

强烈正断层活动是该区湖底扇形成的主要触发机制。研究区位于辽西低凸起北段，受长期活动性大断裂的影响，控制沉积的同沉积断层极其发育，主要表现为由北向南，断层上盘地层厚度大，下盘地层厚度薄，向洼陷内部断层上盘地层厚度呈明显的逐渐增厚的特点，形成多级断阶带（图4）。这些断层的发育表明当时的构造运动活跃，强烈的正断层活动触发了滑塌重力流的广泛发育，有利于湖底扇的形成和发育。

斜坡坡度与湖浪扰动作用是研究区湖底扇形成的次要触发机制。在东二下亚段低位域和湖泛域时期，湖平面逐渐上升，三角洲以退积型沉积模式为主，沉积坡折继承性发育的同时，坡度逐渐积累；随着三角洲前缘斜坡坡度的增加，加之处于湖平面相对上升期，很容易遭受湖浪的扰动、冲击和破坏，导致坡折带顶部的三角洲前缘富砂沉积物不稳定，容易继续沿斜坡向低洼处沉积，进而在坡折带中下部形成规模较大的湖底扇。

图4 JZ16构造同沉积断层发育特征（剖面位置见图1）

3.3 沉积模式

辽西低凸起北段东二下亚段湖底扇主要是由强烈的构造运动引起沉积物沿斜坡滑塌形成，主要沉积特征为：来自于古辽河水系的大型辫状河三角洲在斜坡上建设性发育，原始的地形斜坡叠加三角洲前缘斜坡，使得三角洲前缘沉积坡折坡度不断积累加大，进而导致斜坡沉积物的稳定性降低；先期沉积于坡折带顶部的三角洲前缘富砂沉积物，因松散不具有黏聚性，不稳定性强，在构造运动、波浪扰动等外界因素的触发下，沿斜坡发生滑塌，并在相对低洼处发生再次沉积并形成扇形沉积物（图5）。