断陷湖盆陡坡带重力流沉积特征及模式——以辽河西部凹陷兴马地区沙三段为例

李洪楠

（中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010）

重力流沉积是沉积学领域的研究热点，也是油气勘探的重点[1]。近年来，多个油田在重力流成因砂体的勘探工作中取得突破[2–5]。一般而言，沉积物重力流是指沉积物或沉积物与水的混合物在重力作用下顺斜坡运动形成的高密度非牛顿流体，又称密度流或块体流，在陆上和水下均能产生。重力流的分类方案多样，目前较为普遍的是按照沉积物颗粒的支撑机制将重力流分为颗粒流、碎屑流、液化流和浊流四种类型[6]。断陷湖盆陡坡带具有坡度陡、近物源、构造活动强的特点[7]，使得在陡坡带各级坡折多发育重力流沉积体系，重力流砂体成为陡坡带岩性油气藏勘探的重要领域[8]。

兴马地区是渤海湾盆地典型的富油气区带，目前已发现太古界潜山、中生界潜山、古近系沙三段、沙二段、沙一段、东营组等六套含油气层系。兴马地区的勘探成果表明，储量分布主要集中于浅层的东营组、沙一段、沙二段以及深层的太古界潜山，沙三段勘探程度相对较低，尤其是沙三段重力流成因砂体勘探潜力巨大，是今后一定时期的重点勘探领域。因此，本次研究以兴马地区沙三段重力流砂体为研究对象，结合岩心、分析化验、测井、地震等资料，对区内重力流砂体的沉积特征及沉积模式进行分析，为研究区重力流砂体的勘探提供支撑。

1 区域地质特征

兴马地区位于辽河西部凹陷中段，以兴隆台潜山构造带为中心，西至盘山–陈家洼陷区，北部为冷家压扭构造带，南邻清水洼陷区，东部包括冷家压扭构造带南段，直至中央凸起带，面积约200 km2（图1）。

沙三段沉积厚度为300～1 500 m，分为上、中、下三个亚段。构造演化研究表明：沙四段沉积时期，兴马构造带仍属于中央凸起的一部分，与中央凸起一起出露于水面之上，因此，本区缺少沙四段地层；沙三段沉积早期，边界断层台安–大洼断层强烈活动，同时，兴西断层等基底断层活跃，兴马潜山带与中央凸起脱离并迅速下陷，形成了“洼中之隆”的构造雏形，沙三段地层直接披覆于兴隆台潜山之上，与下伏太古界地层呈不整合接触，形成近北东向的背斜；沙三段沉积中、晚期，形成的近东西向南倾断裂切割沙三段地层，同时，东营组沉积期，冷家逆断层走滑反转，最终形成了现今“东西分带、南北分块”的复杂构造格局。

图1 西部凹陷构造分区

沙三段沉积时期，兴马地区主要接受来自东侧中央凸起的短轴物源，局部存在来自北侧的长轴物源。台安–大洼断层活跃于整个沙三段沉积阶段，对沙三段地层的沉积起主要控制作用。古地貌恢复结果表明，由于台安–大洼断层的持续活动，使研究区与中央凸起间形成巨大的高差，有利于发育重力流沉积。同时，台安–大洼断层与派生的小断层形成多级断坡，各级坡折带发育冲积扇、近岸水下扇及深水浊积扇沉积体系。沙三段沉积时期，兴隆台潜山带为洼陷区的高地势区，对重力流扇体的形成起到遮挡作用，东侧的扇体展布范围较为局限，南北两侧扇体沿潜山分布，直至推进至潜山西侧盘山洼陷地区（图2）。

图2 兴马地区沙三段沉积时期古地貌

2 重力流沉积特征

2.1 重力流沉积成因类型

研究区重力流沉积砂体主要由砾岩、砂砾岩和含砾砂岩组成，沉积物粒度较粗，多呈块状或发育递变层理；沉积物成分成熟度和结构成熟度均较低，泥质杂基含量较高；粒度概率曲线呈微弯曲的上凸弧形曲线，滚动、跳跃和悬浮3个组分分异不清，C–M图中C、M点群平行于C–M线分布，以上特征均表明研究区沉积物为典型的重力流沉积。

在研究区重力流沉积确定的基础上，根据砂体的支撑机制、粒度和层理构造等特征，将研究区重力流沉积划分为泥石流、碎屑流、高密度浊流和低密度浊流四种类型。

2.1.1 泥石流

泥石流是由黏土碎屑、砂质碎屑和水组成的黏滞性流体与其所支撑的砾石共同组成的块体流，在重力作用下顺坡面发生快速运动而形成的堆积体，泥石流多发生在水上氧化环境，沉积特征表现出“粗、红”的特点。研究区泥石流主要分布在台安–大洼断裂至盆地边缘之间的断阶部位，陡坡带L68井岩心可识别出泥石流沉积，主要的岩石类型为紫红色及杂色的砾岩、砂砾岩和泥质砂砾岩，砂砾岩层间的泥岩夹层多为紫红色、棕红色。其中，砾石多为杂基支撑，成分成熟度和结构成熟度均较低，砾石一般为次棱角状至次圆状，分选磨圆很差，杂乱排列；杂基成分多为粉砂岩和黏土，杂基含量较高，一般大于15%，横向变化迅速。测井响应上，泥石流发育层段自然伽马值（GR）较高，呈齿化箱形，视电阻率（RT）曲线呈高幅齿状，自然电位（SP）曲线呈低幅度变化，渗透性较差，一般为非储层。

2.1.2 碎屑流

碎屑流是一种在陆上冲积扇环境和水下沉积体系中均可发生的沉积物重力流，是基质支撑的块体流，为塑性流体，内部流动形态表现为层流，因此，沉积物多呈厚层状或块状。根据基质含量的高低，碎屑流可分为富基质和贫基质两类。研究区碎屑流主要发育于陡坡带近岸水下扇的中扇主水道部位，L182井岩心为典型的碎屑流沉积，沉积物主要形成于水下环境，多为贫基质型。沉积物主要由砾岩和砂砾岩构成，砾石多呈次棱角状、次圆状，大小混杂，杂乱排列，粒径一般1.0～2.0 cm，含量为70%～85%，砾石骨架颗粒间多被粉砂、细砂级颗粒充填，而砂粒之间又被泥质杂基充填，呈致密的镶嵌状，表明在流动过程中除了基质支撑外，颗粒的相互接触也是一种支撑因素。垂向上多呈块状，一般不显粒序或仅在顶部发育正粒序，缺乏与牵引流相关的层理构造，表明其具有塑性流体、块体搬运的特点。电性特征表现为GR和RT曲线均显示为齿化的钟形或箱形，SP曲线呈现低幅度变化。

2.1.3 高密度浊流

研究区L169井高密度浊流由砂砾岩、含砾中砂岩、粗砂岩和细砂岩构成，砾石含量一般为 20%～40%，较碎屑流低。垂向上常见多期冲刷面，构成类似于鲍马序列的AAA序或ABAB序，而单期沉积多呈块状或略显正粒序，特征体现在旋回底部，多为砂砾岩，砾石含量高，粒径约0.5～1.0 cm，至顶部多为含砾中砂岩和粗砂岩沉积，砾石含量低，粒径约0.3～0.5 cm。高密度浊流底部的砾石多呈次棱–次圆状，略具定向排列，其下部的泥岩、粉砂岩等细粒沉积层常发育同沉积褶皱。高密度浊流内部多见“漂浮”的泥砾和泥岩撕裂屑，前者磨圆差，包裹在砂岩中，而后者多呈顺层排列，均为早期沉积物被后期强水动力侵蚀和再次搬运的结果。高密度浊流的顶部有时可见沙纹交错层理，其上直接与暗色泥岩接触，构成类似于鲍马序列的ACE序，指示在其沉积演化的后期开始向浊流转变。这些特征表明，研究区高密度浊流具有塑性流体的特征，是碎屑流向浊流转化的过渡类型。高密度浊流 RT曲线为齿化箱形，SP曲线多显示高幅度的负幅差，储层物性较好。

2.1.4 低密度浊流

研究区 Mg3井岩心为典型的低密度浊流沉积，主要由薄层细砂岩和粉砂岩构成，砂岩粒度细，发育平行层理和小型交错层理，常见BCE序或CE序等不完整的鲍马序列，表明能量较低并具有一定牵引流的特征，是研究区沉积物重力流演化的最终类型。低密度浊流表现为自然伽马高值、电阻率低值的测井响应特征，自然电位无明显异常，渗透性较差，一般为非储层。

2.2 重力流沉积相划分及特征

沉积相标志是分析沉积相的基础[9–11]，根据岩心相标志结合测井响应特征分析表明，研究区重力流沉积主要包括冲积扇、近岸水下扇及深水滑塌浊积扇沉积体系。冲积扇主要形成于台安–大洼断层上升盘一侧，向前延伸至下降盘根部主要发育近岸水下扇沉积体系，而在深水湖盆区的断坡部位主要发育深水滑塌浊积扇沉积体系。

2.2.1 冲积扇

冲积扇是由山间洪流所携带的粗粒碎屑物质在坡度由较陡突变为较缓的山前地带形成的扇形堆积体[12]。研究区沙三段沉积时期气候较为干燥，物源区基岩遭受强烈的风化剥蚀，形成大量粗碎屑物质，同时控边断层强烈的拉张断陷造成地势高差显著，在季节性山洪和频繁构造运动的触发下，来自东侧中央凸起的粗碎屑以泥石流的形式堆积在凹陷边缘的陡坡带，多期泥石流沉积物的叠合便构成了冲积扇的主体。

研究区冲积扇主要发育冲积扇扇中亚相，扇根和扇端亚相不发育。扇中亚相的重力流类型以泥石流沉积为主，主要岩石类型为紫红色和杂色的砾岩、砂砾岩和泥质砂砾岩，砂砾岩层间的泥岩夹层多为紫红色、棕红色。砾石多为杂基支撑，成分成熟度和结构成熟度均较低，砾石一般为次棱角状–次圆状，分选、磨圆很差，杂基多为粉砂岩和黏土，横向变化快。这些特征反映出研究区冲积扇近源陆上快速堆积的特征，测井曲线呈齿化的箱形（图3a）。

2.2.2 近岸水下扇

研究区近岸水下扇沉积紧贴台安–大洼断层的下降盘分布，为陡岸的近岸水下扇体。根据重力流砂体的成因类型、组合样式及测井响应特征的差异，将本区近岸水下扇沉积划分为3种微相，包括辫状沟道、辫状沟道侧缘及沟道间。

辫状沟道微相以高密度浊流组合为主，垂向上为一套砂砾岩、砾状砂岩、含砾中砂岩、粗砂岩与深灰色泥岩的不等厚互层，主要发育于扇中亚相。与主沟道微相相比，砂体粒度变细，厚度变薄，一般4.0～8.0 m，砂体间发育较薄的泥岩夹层，GR、SP和RT曲线均呈中–高幅的齿化钟形特征。

辫状沟道侧缘是辫状水道的溢出物，以低密度浊流沉积为主，岩性为粉砂岩和泥质粉砂岩，垂向上分布于主沟道之间，GR、RT曲线均表现为低幅的平直或微齿状。

沟道间微相是重力流溢出辫状沟道沉积而形成的，以低密度浊流沉积为主，岩性主要为泥岩、粉细砂岩和泥质粉砂岩。在垂向上和平面上，夹于辫状沟道之间，受后期重力流的侵蚀改造，厚度较薄，GR和RT曲线表现为低幅的齿状或指状特征（图3b）。

2.2.3 滑塌浊积扇沉积体系

本区陡坡带多级断阶延伸至深水区，在一些坡度大的地区，由于重力作用，沉积物产生滑塌，在深水湖盆中形成滑塌浊积扇体，可进一步划分为浊积水道和浊积水道侧缘两种微相。

浊积水道是深水中碎屑物质搬运的主要通道和沉积的场所。岩石类型以砂岩为主，夹于大套暗色泥岩之中，颗粒磨圆度较好，可见递变层理，砂岩中可见泥岩撕裂屑，砂层单层厚度为l.0～10.0 m。砂岩含量为30%～50%。SP和RT曲线呈中等幅度箱形。

浊积水道侧缘分布于水道两侧，是水道内碎屑物质漫溢的产物。岩性组合特征表现为大套暗色泥岩中夹中厚–薄层递变层理砂岩、粉砂岩。砂层单层厚度多小于1.5 m，砂岩含量小于25%，SP呈中等–低幅度钟形，RT呈低幅度“尖峰”状（图3c）。

图3 兴马地区重力流沉积类型

2.3 重力流沉积主控因素

研究区重力流沉积主要受控于构造、古地貌及物源供给。构造活动提供了重力流的形成动力条件，并通过控制基准面的旋回变化来控制重力流砂体的层序充填。沙三段沉积时期，台安–大洼断层强烈的幕式拉张断陷，形成较深水环境，台安–大洼断层及其分支断层的差异活动形成湖盆边缘坡度较陡的阶梯状或陡崖地貌，利于重力流的形成。在控边断层的构造活动期，可容空间迅速增大，基准面快速上升，重力流沉积较为发育，而在控边断层构造活动间歇期，重力流沉积逐渐衰退。

构造演化和物源供给控制了各期近岸水下扇体的叠置和演化过程。沙三下亚段沉积时期为裂陷初期，可容空间逐渐增大，但沉积物供给不足，重力流沉积规模较小；沙三中亚段沉积时期为强烈裂陷期，可容空间迅速增大，重力流沉积相带向岸迁移，但物源供给略有增加，扇体横向分布范围略有扩大；沙三上亚段沉积时期为裂陷晚期，可容空间增大的速度减缓，物源供给速率较大，重力流分布规模最大，粒度最粗。古地形、古地貌特征控制了重力流砂体的分配。重力流砂体主要沉积在兴隆台潜山的东侧以及南北两侧的洼陷内，而兴隆台潜山对砂体的分配起阻滞作用，顶部多为外扇和湖相泥岩沉积，只有当能量较强时，砂体才向兴隆台潜山方向逐层超覆或绕过潜山推进至西部的盘山洼陷。

2.4 重力流沉积展布特征

选取北东–南西向垂直物源沉积剖面进行研究，该剖面构造位置上贯穿兴马构造带，物源方向较明显，主要为东南部和北部两个方向，其中 Mg1井、Mg3井、Xg5井和Xg8井钻穿沙三段地层，Xb3井、L169井、L10井和L141井只揭露沙三上亚段及部分沙三中亚段地层。沙三下亚段沉积时期，Mg1井离物源较近，砂体沉积较厚，主要为近岸水下扇中扇沉积，向Mg3井逐渐演变为深水浊积扇沉积，在Xg5井处则为湖相沉积；沙三中亚段沉积时期，仍然是在Mg1井处为较厚的近岸水下扇沉积，向北逐渐变为外扇和湖相，北侧的L141井区物源供给充足，发育冲积扇，向潜山逐渐演化为近岸水下扇及深水浊积扇沉积；沙三上亚段沉积时期，东南部沉积厚度较小，但是重力流沉积发育频繁，为多期的薄层中扇和外扇沉积，而北部物源比较充足，砂体沉积厚度大，发育多套冲积扇、近岸水下扇砂体，向南延伸较远，深水浊积扇发育，直到潜山附近开始演化为湖相（图4）。

图4 Mg1–L141井垂直物源方向沉积剖面

平面上各期重力流沉积展布具有继承性和变化性，以沙三上段重力流砂体最为发育。沙三下亚段沉积时期，湖盆处于裂陷初期，湖泊水体逐渐加深，发育南、北两支近岸水下扇体。在陡坡带，以L121井为界，南部为剥蚀区，该段的台安–大洼断层活动也较弱，因此，由中央凸起带向兴隆台潜山方向形成一个地势较高的地带，在Xg10井区发育滨浅湖亚相。南部物源由研究区南部进入，在近物源区形成冲积扇，进而向北西推进至Mg7井区形成近岸水下扇。受兴西断层活动的影响，盘山洼陷地势较低，碎屑物质绕过潜山及其翼部向前推进至Xx1井、Mg3井附近，同时受断阶控制，发育深水滑塌浊积扇沉积，形成由冲积扇到近岸水下扇再到深水滑塌浊积扇的沉积演化序列。L121井以北地区，受阶梯状地貌控制，北部物源首先在L68井附近形成冲积扇相砂砾岩沉积，由于地形坡度大，碎屑物质向凹陷中再搬运，形成近岸水下扇沉积（图5）。

图5 沙三下亚段沉积相展布特征

沙三中亚段沉积时期，构造活动最为强烈，湖盆迅速下降，湖泊水体急剧加深，潜山顶部的滨浅湖和陡坡带的剥蚀区的范围迅速减小，同沙三下亚段沉积时期相比，仍发育南北两支物源，南部的近岸水下扇物源转变为东侧的中央凸起短轴物源。该沉积期由于湖平面快速上升，沉积相带向岸迁移，沉积物粒度变细，以含砾细砂岩、细砂岩和粉砂岩为主，但由于湖盆供屑能力增强，扇体横向分布略有扩大。受兴隆台潜山的阻挡，重力流砂体仍围绕潜山分布，冲积扇沉积体展布范围明显缩小，仅在近中央凸起区域有所发育。北侧扇体在L47井区附近开始发育近岸水下扇沉积，推进范围至Xg9井区，前端 Xb1井区发育滑塌浊积扇；南部 Mg8、Ms1、Mg7、Mg6、L182及Mg2井区主要发育近岸水下扇，在Xx1井区发育滑塌浊积扇（图6）。

图6 沙三中亚段沉积相展布特征

沙三上亚段沉积时期为湖盆裂陷晚期，湖盆整体处于稳定拉张状态，该沉积时期湖盆的供屑速度超过湖盆的沉降速度，扇体分布范围最大。陡坡带L120井以北至L113井以南地区形成半深湖–深湖沉积环境，仍发育南、北两支物源，北部扇体绕过潜山向南推进至潜山西部的Xx1井区附近。南部扇体由东向西推进，在近物源L125井区形成冲积扇沉积，推进至L182、Mg8、Ms1、Mg11及Mg2井区，主要发育近岸水下扇沉积，扇体在长轴方向分布范围逐渐扩大，但受物源供给控制，扇体在短轴方向展布范围有限。向西受断阶控制，在X45井附近发育深水滑塌浊积扇，北部扇体在L66及L140井区发育冲积扇沉积，向前推进至L68、Xb1、Xg12井区，逐渐演化为近岸水下扇沉积，西侧推测发育一定规模滑塌浊积扇，但目前暂无钻井揭示（图7）。

图7 沙三上亚段沉积相展布特征

2.5 重力流沉积模式

在重力流沉积特征、砂体平面分布和纵向演化规律分析的基础上，建立兴马地区沙三段重力流沉积模式。兴马地区陡坡带沙三段属于典型的重力流沉积体系，平面上由中央凸起向洼陷中心输送陆源碎屑，流体性质由高密度、高黏度向低密度、低黏度转化，每个流态之间没有明显的界线，呈逐渐过渡关系，沉积物粒度由粗变细，形成冲积扇—近岸水下扇—深水浊积扇沉积演化模式。沉积机制可以划分为洪水型和滑塌型两种，洪水型重力流沉积包括冲积扇沉积及近岸水下扇沉积，以台安–大洼断层为依托，在上升盘一侧及下降盘根部形成多套冲积扇沉积体系，随着重力流体向前推进入湖，在水下坡折带部位形成大规模近岸水下扇沉积体系。在兴隆台高潜山东侧，由于受到潜山阻挡，重力流携带陆源碎屑难以向前推进，而高潜山南北两侧地势较低，陆源碎屑向前推进至深水湖盆，在断坡部位受重力作用而发生滑塌，形成滑塌型深水浊积扇沉积体系。纵向上，单期次重力流沉积为退积模式，自下而上沉积物逐渐变细，沉积厚度逐渐减薄，对于多期重力流沉积而言，纵向上重力流沉积相互叠置，横向上依次推进或后退，构成多期重力流扇体相互叠置沉积模式（图8）。

3 结论

图8 兴马地区沙三段重力流沉积模式

（1）兴马地区沙三段整体为重力流沉积，可识别出泥石流、碎屑流、高密度浊流和低密度浊流四种成因类型，形成环境由陆上过渡为水下再到深水环境，水体逐渐加深，沉积物粒度由粗变细，其中高密度浊流砂体物性最好，为本区最有利砂体。

（2）兴马地区沙三段发育冲积扇、近岸水下扇、滑塌浊积扇三种沉积相类型，其中近岸水下扇可进一步分为辫状沟道、辫状沟道侧缘及沟道间三种微相，滑塌浊积扇可分为浊积水道及水道侧缘两种微相。冲积扇为泥石流成因，近岸水下扇辫状沟道对应碎屑流及高密度浊流成因类型，辫状沟道侧缘及沟道间主要为低密度浊流，滑塌浊积扇浊积水道为高密度浊流成因，浊积水道侧缘为低密度浊流成因。

（3）沙三段重力流沉积主要受控于构造、古地貌及物源供给。平面上由中央凸起向湖盆中心形成由冲积扇到近岸水下扇再到滑塌浊积扇的沉积演化序列，冲积扇主要发育于水上陡坡，物源推进至水下断坡带形成近岸水下扇，兴隆台潜山带对于扇体展布起遮挡作用，在潜山南北两侧深水区形成一定规模的滑塌浊积扇。纵向上由下至上重力流砂体规模逐渐变大，形成单期重力流成因砂体退积，多期砂体互相叠置并向湖盆中心进积的沉积模式。