小湖盆浅水三角洲沉积特征及其等时格架划分方案<br/>——以南堡4-3区东二段为例

小湖盆浅水三角洲沉积特征及其等时格架划分方案
——以南堡4-3区东二段为例

2019-10-25李彦泽王志坤商琳王雨佳

沉积学报 2019年5期

关键词：湖盆南堡浅水

李彦泽，王志坤，商琳，王雨佳

1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249

2.中石油冀东油田，河北唐山 063000

0 引言

近年，浅水三角洲的研究受到了广泛的关注，其中富存的油气资源成为各大油田开发的重点，如何通过研究其形成机理、解剖其沉积特征，来更好的提供优质储量、优化开发部署、提高油气产能，成为了油气勘探开发专家研究的重要课题[1-2]。

“浅水三角洲”这一概念，首先由Fisk et al.[3]于1954 年在研究密西西比河时提出，将河控三角洲划分为深水型和浅水型，揭示了注入环境的影响对三角洲沉积特征的形成十分重要。后由Postma[4]提出了河控三角洲在低能盆地中受注入环境的影响更为显著，并着重研究了三角洲前缘坡度对其形成产生的明显差异，将这一类浅水三角洲进一步划分为缓坡型浅水三角洲和陡坡吉尔吉伯特型三角洲，阐明了沉积特征受沉积过程与沉积构造背景的共同控制，并揭示了二者在塑造沉积形态时相互发挥的作用。国内相关研究，主要是从鄂尔多斯盆地、松辽盆地、塔里木盆地、渤海湾盆地等坳陷入手，对浅水三角洲的概念、分类、形成地质背景、沉积特征等方面进行研究[5-8]，代表性成果主要包括：楼章华等[9]着重从沉积过程受地质运动演化的角度，突出沉积可容空间的变化幅度和频率不同，导致浅水三角洲沉积展布形态有明显差异。邹才能等[10]通过对大型敞流坳陷湖盆中浅水三角洲的研究，结合前缘斜坡坡度和古水流，以供源体系为基础，将湖盆三角洲划分为6种浅水三角洲和3种深水三角洲。朱筱敏等[11-12]以松辽盆地大型中、新生代陆相含油气盆地为研究对象，强调供源系统对三角洲的控制作用，总结出浅水三角洲沉积主要具备以下特点：1）沉积古地貌坡度较缓，沉积环境较为干旱炎热；2）浅水三角洲沉积缺乏传统三角洲沉积的三层结构；3）沉积不发育河口坝砂体，三角洲以河道砂为骨架，能够通过河道砂串联起三角洲不同的沉积相；4）沉积相仍可划分为平原、内前缘、外前缘、前三角洲等亚相，并进一步细分为分流河道、水下分流河道、水下分流河道间等微相。

同时，尹太举等[13]、蔡文[14]也通过对洞庭湖和鄱阳湖等现代浅水湖盆三角洲沉积研究及水槽模拟实验研究发现，还存在一种特殊形态的浅水三角洲——叠覆式三角洲[15]。与上面所提的三角洲的主要区别在于：1）该类三角洲没有相对统一的分流系统，分流河道多不沉积而作为沉积物通道；2）该类三角洲以单一的沉积朵体为沉积单元，多个同级别朵体叠置构成高级别复合朵体，从而形成三角洲骨架系统，且不能细分为其他微相。蔡文[14]、尹太举等[15]以大庆油田的杏树岗地区葡I 油组为例研究了该模式在油田开发中的应用。

以上学者的研究，切入点虽各有不同，但有两点认识是较为统一的：1）从研究对象来看，浅水三角洲注入的海（或河）规模较大，潮汐改造作用明显、地型坡度宽缓，空间上有利于三角洲各沉积构成单元的延展，层次上有利于各沉积单元的依次叠置[16-17]；2）从研究结论看，都强调了沉积过程对沉积单元形态的控制作用，因此在对沉积单元划分时，都质疑了在研究浅水三角洲的沉积等时界面时以传统的层状模型为基础、依据“相似性”进行对比，而提出了应基于沉积过程对等时单元进行划分，这种对比方式是“异相同时”的[18-19]。

南堡油田4-3区东二段属于浅水三角洲沉积，具有典型的水下分流河道发育、几乎不发育河口坝沉积等特征。但前人[20-23]研究浅水三角洲沉积特点均为大湖盆沉积背景下形成的，而4-3区属于小湖盆浅水环境下形成的三角洲，具有沉积相变更快，叠置关系更复杂等特点，特别是4-3 区发育于断阶带上升盘，搬运距离短、落差大，使得相变受控于高程差的影响更为明显，直接表现为注入水流能量更强、限制了水流携砂能力的分散。因此基于前人成果，以南堡4-3区东二段为例，开展断阶带下小湖盆浅水三角洲的研究，对认识其沉积过程，明确其沉积单元特征具有重要意义，并针对这类模式下如何划分“异相同时”等时地层界面提出了一些思路方法。

1 地质背景

南堡油田是小型中、新生代形成的陆相含油盆地系统，区域构造隶属渤海湾盆地黄骅坳陷北部的南堡凹陷，面积约1 000 km2。4号构造位于南堡凹陷南部控凹断层——柏各庄断层的下降盘，是凹中隆的有利位置。该构造区是一个北西走向的潜山披覆背斜构造带，被多条斜列的断层复杂化，平面呈帚状构造。构造主体部位受堡古1大断层切割，分为两个部分，西南侧为主断层下降盘复杂断块区、呈节节南掉的西倾断阶，为南堡4-2 区；东北侧为较简单的向东南抬升的鼻状构造，为南堡4-1 区；西北部南堡403X1断阶带为南堡4-3区（图1）。

图1 南堡4-3 区区域构造位置图Fig.1 Regional tectonic location map of 4-3 zone, Nanpu oilfield

南堡盆地演化大致经历了热隆张裂，裂陷、拗陷和萎缩褶皱四个阶段。本次研究的东营组沉积背景为断陷转坳时期，该时期为陆相碎屑岩沉积建造，砂体发育范围广，厚度大，是盆地主要的储油岩系。东营组自下而上可划分为东三段、东二段、东一段。其中东二段约400 m，以深湖—半深湖下形成的黑色、深灰色泥岩和水下分流河道形成的不等粒砂岩为主，是本次研究的目标层位。

2 沉积特征研究

根据岩芯资料、综合地球物理资料分析，研究区物源来自北部，为三角洲前缘沉积，整体为一套水下沉积，上部大套泥岩为深湖—半深湖相沉积，中部砂泥岩间互层为三角洲前缘末端沉积，下部砂岩集中发育段为三角洲前缘水下分流河道沉积、偶见河口坝沉积。通过恢复古地貌可知，4-3区发育的三角洲在河流入湖处恰恰属于断阶带上升盘，河流快速下降至湖盆中。

从沉积体的岩性特征来看，岩性较细。通过粒度分析资料研究，沉积砂体粒度中值为0.047～0.620 mm，为不等粒砂岩，平均粒度中值0.248 mm，以中细砂岩为主，粒度分选系数平均为1.89，分选较差。从成分分类看，储层岩石类型以岩屑长石砂岩为主。碎屑成分主要由石英、长石和岩屑组成，石英平均含量35.6%，长石平均含量34.6%，岩屑平均含量29.8%。碎屑颗粒以次圆状—次棱状为主，分选差、磨圆中等。颗粒间以点—线接触为主，胶结类型多为孔隙式，胶结物以泥质为主，含量1.0%～11.33%，平均6.2%左右。粒度概率曲线主要表现为两段式，反映了本区储层沉积为以牵引流为主、水动力条件较强；粒度C-M图发育递变悬浮段（QR段）和均匀悬浮段（RS段）。递变悬浮搬运段最大粒径800µm，均匀悬浮的最大粒径350µm，反映了沉积时期的水动力条件较强（图2）。

正是基于沉积物由分选差、磨圆中等的次成熟中细砂岩组成，表现为以牵引流沉积为主且水动力较强的特点，因此，前人研究中认为该区水下分流河道沉积具有近源、快速沉积的特点，将其定义为扇三角洲。但该模式并未考虑到断阶断层造成的强制湖退，导致湖平面下降、沉积速率加速、可容空间减小对沉积砂体的影响[6,24]。因此，前人所定义的扇三角洲的沉积结论欠妥。

结合东营时期4-3区的演化过程，此时气候处于干旱—半干旱时期，在强制湖退作用过程中，陆源碎屑供给物充足，但平原相不发育，也不发育三角洲典型的“三层结构”，整体表现为向湖盆陡坡坡底快速加积的特点。同时，在小湖盆中沉积受湖水潮汐破坏不明显，更多是受水深变化的影响。断阶带正是水深突变的分界线，造成分流河道快速的推进与湖平面快速的后退，小湖盆范围的局限性亦不利于沉积砂体的横向展开，因而河道频繁改道、废弃，沉积地貌起伏不断接替变化，难以找到统一、稳定的水流线，无法进一步区分分流河道、河口坝、席状砂等沉积微相。单河道摆动形成的朵体是最小的沉积单元，单朵体独立发育、依次叠置，逐级拼合为高级次沉积朵体，最终形成叠覆式浅水三角洲（图3）。

图2 南堡4-3 区东营组二段三角洲水下分流河道沉积构造（井深2 630～2 660 m）Fig.2 Sedimentary structures of subaqueous distributary channel of delta front in Dongying section of Nanpu 4-3 zone (depth 2 630-2 660 m)

通过地震相识别，三角洲整体平原相不发育，而常具有斜交前积反射结构（图4），这与朱筱敏等[11]、刘自亮等[25]对浅水三角洲沉积特征的研究相吻合。利用地震沉积学，可以对叠覆式三角洲的沉积展布特征有更清晰的认识。

地震沉积学是综合了地震岩性学和地震地貌学的综合学科，应用于研究岩性、沉积成因、沉积体系和盆地充填历史[26]。在识别地球物理特征时，需首先对地震数据体进行90°相位转换，建立地震同相轴与岩性地层的关系。

结合对地震属性体研究，利用Petrel 2014地球物理模块，通过提取目标层位的敏感属性（包括RMS、Max amplitude、Mid amplitude 等），在自Ed2III 底面以上，以2 毫秒相对地质时间采样率（相当于2 m 深度采样率）获得的大量地层切片。自下而上的切片展示出地貌和沉积体的演化过程，我们可以清晰的发现，三角洲的分流河道，携带着砂体以朵体的形态沉积，朵体的发育一方面横向摆动、迁移，另一方面纵向上时有类似填洼补齐式的依次叠置的沉积关系。使得三角洲朵体逐级复合，逐渐发育成更复杂的复合朵体（图5）。这与朱筱敏等[11-12]研究的浅水三角洲沉积特征有很大不同，即无法进一步细分水下河道、席状砂等沉积微相[5,18,20,24]。

图3 断层活动对断阶带沉积环境的影响示意图Fig.3 Scheme of deposit influence between fault activity and step-fault zone

图4 南堡4-3 区断陷湖盆中强制湖退前积特征Fig.4 Foreset sandbody formed during forced lacustrine regression period in the rift lacustrine basin of Nanpu 4-3 zone

图5 南堡4-3 区Ed2III 上部的一张RMS 属性体地层切片，显示了叠覆式浅水三角洲地貌模式。红黄色振幅（波峰）指示高速偏砂相，紫蓝色（波谷）代表低速偏泥相，井旁数字指示钻遇的朵体砂岩厚度（m）Fig.5 A stratal slice from upper part of Ed2III in Nanpu 4-3 zone, displaying typical sedimentary geomorghological features of an overlapping shallow-water delta. Red and yellow amplitude (peak) indicate high-velocity sand-prone facies. Purple and blue amplitude (trough) indicate low-velocity mudstone-rich facies; the number beside wells indicates lobe thickness of (m)

3 建立等时的地层格架

通过以上研究，确定研究区的沉积模式为叠覆式浅水三角洲。应以单河道摆动形成的朵体为最小研究单元。在一个长期基准面旋回过程中，多个单朵体叠置成复合朵体。因此单朵体相当于砂组级别，而复合朵体相当于油组级别。在单朵体内进一步细分的等时单元，界面与顶底界面近似于平行；而在复合朵体内部，各单朵体自成单元，朵体间的接触关系及接触界面的渗流能力，决定了朵体间能否建立流动能力。

在这一模式的指导下，依靠井—震结合识别等时界面。但研究区地震资料分辨率较低，频宽0～70 Hz，主频15 Hz。分辨率55 m，只能分出砂组级别（准层序组）的地层单元。因此，充分利用地震资料横向展布分辨率高的特点，通过90°相位数据体中进行砂组级别的朵体界面的识别，并将地震解释层位标定于测井资料上，井—震结合搭建砂组级别的地层格架后。再利用测井信息细分朵体单元直至小层级别，建立砂组—朵体—小层的划分体系（图6）。

利用地震解释识别出28 个砂组级别的朵体单元，并自下而上、自西向东，依次命名为1 号朵体，2号朵体……至28 号朵体。需要特别说明的是，这样的命名，本意是希望能够通过编号顺序说明朵体沉积先后关系，但实际研究中则难以执行。对于侧上方形成的朵体晚于其下方的朵体，并无争议；而一个朵体左右两侧的朵体单元孰先孰后则难以判断。因此，这样的命名最终只能表示朵体单元的不同，而无法提供严格的时间先后关系。

在砂组级别的朵体间，普遍发育在河流萎缩期短暂沉积的湖湘泥岩，成为了朵体间发育的稳定隔层，是分隔各个朵体有效的标志。在此基础上，利用测井信息，进一步针对各个朵体划分小层单元。

前人研究表明，在低级别朵体内部非均质性较弱，沉积砂体按朵体沉积轮廓样式层状细分。因此，在每个砂组级朵体内，按测井曲线旋回特征细分，并自下而上命名某朵体某小层，如1 号朵体，则小层单元自下而上命名为1-1 小层、1-2 小层……（图7），不同朵体单元的小层数量并不统一。最终构建了单朵体为单元的，细分至小层的等时地层单元格架。