锦州南油田古近系辫状河三角洲前缘沉积特征及砂体叠置模式

王双龙，程 奇，房 娜，文佳涛，李广龙

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

辫状河三角洲前缘砂体是有利的油气储集体，其沉积物构成辫状河三角洲的主体[1-2]，众多学者通过对野外露头、现代沉积以及油气储层等开展了辫状河三角洲前缘亚相的研究，并取得丰硕成果[3-4]。前人认为，锦州南油田古近系沙河街组主要发育辫状河三角洲前缘沉积[5-7]，但研究主要集中在油气成藏条件、构造演化以及区域沉积体系演化等方面[8]，针对油田内部沉积特征及砂体展布研究不足，尤其是相控条件下砂体叠置关系认识不清，无法满足开发中后期对储层的连通性和挖潜的要求。本文综合利用钻井、取心、测井及地震资料，在层序地层学和沉积学理论指导下，对研究区目的层沉积特征进行系统研究，以阐明辫状河三角洲前缘亚相的沉积特征，为油田储集体接触关系认识及后期剩余油挖潜工作提供资料。

1 研究区概况

锦州南油田位于渤海辽东湾辽西凸起中段（图1），发育于太古界潜山之上，是由边界大断层控制的半背斜层状构造油气藏，油气藏内部被次一级断层分为东、西两个高带。边界断层及主要分支断层长期活动，尤其在喜山运动晚期发生右旋走滑，对辽东湾地区的构造及沉积演化有着重要的影响。油田共钻开发井139口，钻遇地层自下而上为太古界潜山（Ar）、沙河街组（Es）、东营组（Ed）、馆陶组（Ng）、明化镇组（Nm）以及平原组（Qp），沉积厚度为1 654.00～2 316.00 m。研究区主力含油层系包括古近系沙二段（Es2）和太古界变质岩潜山（Ar），其中，Es2油藏为一套来自古绥中水系的辫状河三角洲沉积体系，一直前积到辽中凹陷内。

图1 锦州南油田区域构造位置

2 层序地层发育特征

层序地层界面识别主要根据地震、露头、钻井、测井和古生物等相关资料进行识别[9-12]。锦州南油田沙河街组划分为5个三级层序，沙三段包括3个三级层序（SQ1―SQ3），沙二段和沙一段分别对应1个三级层序（SQ4―SQ5）[13]。主力含油层系沙二段（SQ4）时期断陷作用逐渐减弱，沟谷处也逐渐被充填，地层相对平缓，地球物理资料难以识别坡折点，因此，可划分为湖扩体系域（EST）和湖退体系域（RST）。

SQ4层序发育时期，辽西F1、F2断层右旋走滑性质逐渐变弱，东南部为沉积中心，整体沉积最大厚度约150.00 m。湖扩体系域时，东北部为凸起带为剥蚀区，其余区域接受沉积，但经历过沙三段沉积后，凸起带的范围和高度整体减小（图2a）；湖退体系域时，凸起带已完全没入水下，开始接受沉积，此时，研究区9井以东地层最厚，厚度约70.00 m（图2b）。

3 沉积相标志

3.1 岩石类型及特征

根据岩心及薄片资料，锦州南油田沙二段岩石类型主要发育泥岩、粉细砂岩、细砂岩、中砂岩，偶见细砾岩，储层岩性主要为细-中粗粒长石岩屑砂岩或岩屑长石砂岩，平均孔隙度为26.9%，平均渗透率为251.7×10-3μm2，为中高孔渗储层。

目的层砂岩结构成熟度中等，成分成熟度偏低；颗粒分选中-好，磨圆呈次圆-次棱角状，石英平均含量为26%，长石平均含量为35%，岩屑平均含量为32%，岩屑成分多为火成岩岩块，变质岩岩块次之。填隙物主要为菱铁矿及高岭石，含量一般小于10%。储层黏土矿物以伊蒙混层和高岭石为主，含少量伊利石和绿泥石；储层结构较为疏松，孔隙发育，连通性好，储集空间类型以原生粒间孔为主，粒内溶孔次之，粒间孔面比率约15%～30%，粒内溶蚀孔面比率约1%～5%。

根据锦州南12口井取心井的岩心观察，沙二段以灰色砂岩和灰黑色泥岩为主，表明钻井区域主要是水下环境，偶见棕色泥岩，表明当时水体较浅。

岩心的沉积构造特征是分析和判断沉积相最直观的资料[14]。交错层理为研究区沙二段砂岩中常见的沉积构造类型，中型交错层理（图3a）反映水动力较强的沉积环境，主要发育于水下分流河道沉积的厚层砂岩中；小型砂纹交错层理（图3b）反映水动力较弱的沉积环境，主要发育于水下分流河道末端、河口坝及水下分流河道间等沉积环境；构造高部位还发育碎屑流沉积构造（图3c、3d）或小型滑塌变形构造（图3e、3f），推测上述两类沉积构造可能与地震作用或构造落差造成的滑塌作用有关；部分岩心还可见生物扰动、虫孔等生物成因构造（图3g、3h），反映辫状河三角洲前缘水下天然堤或水下分流河道间等水体较浅的沉积环境；同时，古地貌较低的区域还可见灰色、灰黑色泥岩，代表湖相沉积。

图3 锦州南油田沙二段岩石特征和沉积构造特征

3.2 粒度特征

图4a 为研究区7 井沙二段1 957.35～1 966.48 m 的C-M 图，只有较短一部分与C-M 基线平行，具有典型的牵引流沉积特征，主要发育滚动搬运段和悬浮搬运段，其粒级范围C 为421～1 296 μm，M 为 58～497 μm。

粒度概率累计曲线以三段式（图4b）为主，也可见一段式。三段式趋势线段分段明显，曲线斜率小，分选性较差，滚动次总体含量约80%，悬浮次总体含量约10%，表明水动力较强，粒度概率直方图呈单峰状说明粒度较为集中；一段式岩性较粗，也较为混杂，具有典型重力流沉积特征。整体反映研究区以牵引流为主，局部存在重力流，水动力较强，沉积物分选较差的沉积背景。

图4 锦州南油田沙二段样品粒度特征曲线

4 沉积微相划分及其特征

根据岩心分析，结合测井、录井、分析化验资料及区域地质背景认识，研究区沙河街组二段为辫状河三角洲前缘亚相过渡为湖泊相沉积，并根据沉积特征将辫状河三角洲前缘亚相划分为水下分流河道、河口坝、席状砂、水下分流河道间等微相；湖泊相进一步分为滩坝和滨浅湖亚相沉积（图5）。

4.1 辫状河三角洲相

4.1.1 辫状河三角洲前缘亚相

水下分流河道：辫状河三角洲前缘水下分流河道是辫状河进入水体后在水下延伸部分[15]，为主要储集砂体，在各井区广泛分布，岩性多样。单个水下分流河道砂体呈下粗上细的正旋回，叠置水下分流河道砂体呈复合正旋回，多发育块状构造、平行层理以及中、小型砂纹层理、楔状交错层理等，河道底部含泥砾的滞留沉积本区不常见。自然电位和自然伽马曲线多为典型的箱形或者钟形，箱形曲线多反映物源充足，砂体分布稳定的特征；钟形曲线反映物源由强到弱的过程，可能为河道侧缘砂体向河道主体砂体过渡。

河口坝：河口坝位于辫状河三角洲前缘水下分流河道的末端及侧缘[16]，主要发育在研究区的 2 井区、7 井区，也是本区主要的储集砂体。河口坝砂体以分选性较好的灰色粉细砂岩和细砂岩为主，单个河口坝砂体呈下细上粗的反旋回，厚度2～13 m，多发育小型的砂纹层理等。自然电位和自然伽马曲线为明显的漏斗形，反映水体能量自下而上逐渐增强。

席状砂：席状砂微相垂向层序上位于前三角洲泥质沉积之上，河口坝沉积之下[17]。席状砂砂体以灰色粉砂岩为主，厚度较薄，岩心上多呈粉砂岩或砂泥岩互层，各朵叶体向湖相过渡的前端广泛分布，物性较差，储集性能差，常发育小型砂纹层理和波状交错层理。测井曲线特征表现为中、低幅的指状，垂向呈下细上粗的反旋回沉积序列。

水下分流河道间：水下分流河道间沉积以深灰色泥质沉积为主，夹杂薄层泥质粉砂岩或粉砂岩，沉积厚度受湖扩、湖退影响较大，总体而言在湖扩体系域时，物源供给减弱，河道间泥质沉积增多，在湖退体系域时，物源供给增强，水下分流河道相互切割叠置，河道间泥质沉积不发育，多发育砂纹层理、水平层理等。自然电位曲线和自然伽马曲线呈平直状，当夹杂粉砂岩薄层时，呈低幅指状。

4.2 湖泊相

4.2.1 滨浅湖亚相

受古地貌影响，滨浅湖沉积亚相在研究区东南部古地貌较低区域广泛分布，岩性以黑灰色泥岩为主，湖相泥岩也夹杂薄层灰色粉砂岩，常发育小型波状层理、水平层理等，并见植物根茎等化石碎片。自然伽马曲线常呈指状。

4.2.2 滩坝亚相

滩坝可根据成因分为碎屑岩滩坝和碳酸盐岩滩坝，碎屑岩滩坝由陆源碎屑物质组成，碳酸盐岩滩坝可由湖盆内碎屑物质、生物骨架及鲕粒等组成[18-19]。碎屑岩滩坝和碳酸盐岩滩坝在研究区均发育，这两类滩坝在本区形成过程近似，岩性混杂，生成受物源和地貌影响较大。在SQ4 层序湖退体系域时， 随着物源供给增强，水流将辫状河三角洲前缘砂体搬运至北部凸起带形成的浅水区，受水下凸起带的遮挡，流速减慢导致辫状河三角洲前缘砂体沉积形成碎屑质滩坝，而水流中携带的鲕粒和生物碎屑等沉积物沉积形成碳酸盐岩滩坝。岩心观察碎屑质滩坝砂岩以粉砂岩和细砂岩为主，主要发育浪成沙纹层理、平行层理、波状层理等；薄片观察碳酸盐岩滩坝主要为泥晶鲕粒陆屑云岩和铁化粒屑泥晶云岩。自然电位曲线和自然伽马曲线呈指状。

图5 锦州南油田沙二段岩心测井响应

5 沉积相展布及砂体叠置模式

5.1 关键井单井相分析

通过对4D井、3井等多口井SQ4层序时期沉积微相分析认为，湖扩体系域时砂岩储层发育程度与沉积微相关系密切，湖退体系域时砂岩储层整体相对发育。储层岩性以灰色中细砂岩、粉细砂岩为主，沉积构造以楔状交错层理、平行层理、块状构造为主，底部冲刷面偶见泥砾。以4D井为例，湖扩体系域时主要发育席状砂和水下分流河道间沉积微相，岩性以灰色粉细砂岩和泥岩为主；湖退体系域时主要发育水下分流河道沉积微相，岩性以灰色中细砂岩为主，多期河道冲刷形成厚层砂岩，常发育大型、中型楔状交错层理（图6）。

图6 锦州南油田4D 井沙二段单井柱状图及岩心素描

5.2 沉积相平面展布特征

锦州南油田SQ4 层序时期沉积亚相包括辫状河三角洲前缘、滩坝、滨浅湖以及滑塌体等。

湖扩体系域时期：随着基准面逐渐下降，湖扩早期，研究区东部凸起区剥蚀范围明显扩大，但经过SQ1―SQ3 层序时期填平补齐，凸起区高差变小，地势整体宽缓；湖扩晚期，东部凸起区淹没水下。西北部燕山供源形成的辫状河三角洲通过辽西 F1 断层倾没端进入研究区，形成2 个朵叶体，并不断侧向迁移、垂向叠置。因此，其横切面在地震剖面上表现为多个丘状地震外形叠置的特征，局部地貌较陡的地区形成滑塌体，研究区南部供源的辫状河三角洲进入研究区形成1 个朵叶体（图7a、7b）。

湖退体系域时期：由于基准面下降幅度有限，研究区西北部早期凸起区在湖退期仍主体处于水下，受凸起区影响，西北部水体较浅，发育一系列滩坝（包括碎屑质滩坝和碳酸盐岩滩坝），滩坝砂体明显受凸起区地貌控制，平行于凸起区展布。随着物源供给增强，3 个朵叶体不断向湖盆方向进积，朵叶体前端或边部相互连片，成为主要储集体（图7c、7d）。

图7 锦州南油田SQ4 层序层间均方根振幅及沉积相

5.3 砂体叠置模式及连通关系

辫状河三角洲前缘河道摆动、分叉，多期河道砂体相互切割，不同微相间砂体相互接触，导致砂体间连通关系复杂。以 Maill 构型理论为指导[20-22]，对4 级构型单元进行划分，其界面为复合砂体间的泥岩夹层，相当于单砂体级别。对单砂体间叠置关系进行统计，根据沉积期次和沉积微相分为三大类，并进一步根据砂体间接触关系分为5 类（图8）。

同期次同相带：这类砂体通常为孤立型砂体，单砂体多与泥岩直接接触，展布范围取决于物源和可容纳空间（古地貌）的大小，砂体内部物性一般较好，连通性也较好。

不同期次同相带：可进一步分为垂向接触型、垂向不接触型以及侧向接触型3 类。这类砂体间的连通性取决于各单砂体间的接触关系，若各单砂体间4 级构型界面稳定，即存在稳定物性或岩性夹层，则砂体间不连通；若砂体间相互切割，河道主体砂体与河道主体砂体相互接触、河口坝主体砂体与河口坝主体砂体相互接触，砂体间多数连通。

同期次不同相带：这类砂体属于各沉积微相过渡接触，若河道主体砂体与河口坝主体砂体相接触，则砂体间连通；若河道侧缘砂体、河口坝侧缘砂体、席状砂砂体相互接触，由于侧缘砂体或席状砂砂体物性变差，砂体间不连通。

图8 锦州南油田沙二段辫状河三角洲前缘砂体叠置模式

6 结论

（1）锦州南油田古近系沙河街组二段由辫状河三角洲前缘亚相过渡为湖相沉积，共发育6 种主要沉积微相类型，水下分流河道和河口坝砂体是主要储集体。岩性以细-中粗粒长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩为主，沉积构造类型丰富。

（2）沙二段沉积时期，研究区发育湖扩体系域和湖退体系域。湖扩体系域时研究区西侧共发育 3个朵叶体，东侧发育凸起区，凸起区周边发育滩坝砂岩；湖退体系域时，3 个朵叶体不断向湖盆方向进积，辫状河三角洲前缘沉积范围变大，东侧凸起区没入水面之下，东北侧发育滩坝砂岩。

（3）锦州南油田沙二段砂体叠置模式分为孤立型、垂向不接触型、垂向接触型、侧向接触型、拼接接触型。当砂体为孤立型时，砂体与周边不连通；当河道主体砂体与河道主体砂体或河口坝主体砂体接触时，砂体间多数连通；当河道侧缘砂体与河道侧缘砂体或河口坝侧缘砂体接触时，砂体间不连通；当席状砂砂体与河道砂体或河口坝砂体接触时，砂体间多数不连通。