三角洲前缘滑塌型重力流沉积特征及控制因素——以松辽盆地大安地区青一段为例

符 勇 ，李忠诚，万 谱，阙宜娟，王振军，吉 雨，黄 礼，罗静兰，鲍志东

（1.西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，西安 710069；2.中国石油吉林油田分公司勘探开发研究院，吉林松原 138001；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；4.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000）

0 引言

近年来，在我国松辽盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、莺歌海盆地相继发现了重力流沉积，且逐渐成为勘探开发的重点［1-5］。随着勘探开发的不断深入，发现了一些与浊流沉积特征具有明显差异的重力流砂体，应用鲍马序列和海底扇模式已不能很好地满足现阶段勘探开发的需求。以Shanmugam［6］为代表提出的砂质碎屑流概念和建立的斜坡重力驱动沉积物再搬运沉积模式代表了目前深水沉积研究的最新进展，也有部分学者提出了异重流的概念。大部分学者对三角洲前缘砂体失稳再沉积型深水重力流的相关研究主要集中在沉积特征及识别标志上，多通过取心井岩心、沉积物粒度等单一资料进行分析，这难以对重力流沉积特征进行综合分析［7-9］，还有部分学者探讨了重力流岩相类型［10］，但对其形成分布规律及控制因素的研究还不够深入。

张永旺等［11］在研究区青一段发现了重力流沉积，但受传统浊流理论影响，仍认为研究区深水重力流沉积以单一浊流重力流类型为主，使得理论指导性不足，勘探开发效果欠佳。因此，综合应用多种资料对研究区青一段三角洲前缘滑塌型重力流的沉积特征、识别标志、分布规律及控制因素进行综合分析，进而丰富、完善重力流的相关理论，以期对研究区青一段三角洲前缘滑塌重力流高效勘探和开发提供理论依据。

1 地质背景

松辽盆地是一个具断坳双重结构的中—新生代陆相含油气盆地，构造上可划分为中央坳陷、西部斜坡、西南隆起、东南隆起、东北隆起以及北部倾没区6 个一级构造单元［12］。盆内下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组沉积时期为湖盆发育的断陷期，下白垩统登娄库组沉积时期为断坳转换期，下白垩统泉头组、上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组及明水组沉积时期为湖盆坳陷期［13］。湖盆在坳陷期经历了2 次从兴盛到衰亡的过程，青山口组二段和嫩江组一段分别对应最大湖泛期，青一段湖平面快速上升。松辽盆地大安地区横跨松辽盆地西部斜坡和中央坳陷2 个一级构造单元，并发育二级构造坡折带，面积约120 km2（图1）［14］。受西部白城和英台水系控制，研究区主要发育大型退积型辫状河三角洲——重力流滑塌沉积［15-16］，因其砂体紧邻烃源岩，具有非常优越的油源条件。本次研究目的层为青山口组一段，平均厚度约为81.8 m，砂岩以含粉砂—粉砂质长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩为主，自下而上发育4 个砂组，其中Ⅱ砂组和Ⅲ砂组为主力含油层位，Ⅱ砂组油层厚度平均约为3.03 m，Ⅲ砂组油层厚度平均约为2.70 m。青一段泥岩以灰黑色和黑色为主，发育黄铁矿，介形虫等。

2 滑塌成因重力流识别标志及沉积类型

通过对松辽盆地大安地区青一段取心井岩心沉积特征、砂岩粒度与结构特征分析，结合测井与地震响应等地球物理特征分析，识别出了滑动-滑塌、砂质碎屑流及浊流3 种滑塌型重力流类型。

2.1 沉积构造

2.1.1 滑动-滑塌

滑动-滑塌是指处于半固结状态的三角洲前缘连续砂体，在自身重力或一定作用机制下发生运移并脱离三角洲前缘砂体，且内部结构发生一定程度的塑性变形，整体呈块状固结沉积［17］。研究区滑动-滑塌沉积特征主要表现为：上部砂岩与下部泥岩呈突变接触，接触面有一定的斜度，常见一部分砂岩搅入泥岩的现象［图2（a）］，反映其沿剪切面发生滑动的过程；在砂岩内部还可见平行层理等部分原始沉积构造［图2（b）］，反映其呈整体块状固结沉积的过程；常见泥质纹层因褶皱变形而形成的包卷层理［图2（c）］以及滑塌角砾构造等［图2（d）］，反映重力失稳后其内部纹层发生同生变形的过程。滑动-滑塌沉积的存在证明了研究区发育的是滑塌成因的重力流而并非洪水成因的异重流。

2.1.2 砂质碎屑流

砂质碎屑流是指沉积物体积浓度大于50%，基质支撑，整体呈冻结沉积的宾汉流体［18］。其发育的典型沉积构造有：厚层块状层理，无明显纹层构造［图2（e）］，反映其整体呈块状冻结的沉积特征；多发育泥岩撕裂屑构造，以灰黑色为主，多呈长条状水平排列，两端具撕裂茬［图2（f）］，反映主要来源于三角洲前缘泥质沉积物的混杂成因，长条状的泥岩撕裂屑与剪切力增强和其层状流动相关［19］；泥砾颜色以灰黑色为主，磨圆较好［图2（g）］，反映其主要来源于前三角洲环境并经历较长时间搬运，多在相序中部或顶部出现，反映砂质碎屑流具有一定的流体强度和整体固结的沉降方式；此外，还可见块状砂岩顶部发育微弱的似流动成因的平行层理［图2（h）］，反映在搬运过程中砂质碎屑流向浊流转化。

2.1.3 浊流

浊流是指沉积物体积浓度小于25%，湍流支撑的牛顿流体［20］。浊流发育的典型沉积构造有：正粒序层理、重荷模、递变层理［图2（i）—（k）］。递变层理上部发育沙纹层理、水平层理等构造，构成不完整的鲍马序列ACE；砂泥交互沉积构成多个沉积旋回，总体反映沉积水动力较弱、并按照粒度大小悬浮沉积的过程［图2（l）］。

2.2 粒度特征

松辽盆地大安地区青一段滑动-滑塌岩粒度直方图以“双峰型”为主，杂基（Φ＞8）体积分数多小于10%，砂岩平均粒径Φ（Mz）为0.39，粒度中值Φ（Md）为3.37，标准偏差（σ1）为0.93，偏度（SK1）为3.82，峰度（KG）为0.96［图3（a），（b）］。依据福克判别标准［21］，其砂岩属于分选较好、峰度中等、正偏态级别。粒度概率曲线多表现为“两段式”，且以跳跃总体为主，悬浮总体与跳跃总体交截点在Φ为3.4～3.7，该点位置变化较小，表明其水动力较为稳定。跳跳跃总体斜率相对最大，表明其分选相对最好，沉积水动力相对最强，C-M图反映研究区青一段Ⅱ砂组和Ⅲ砂组同时具有重力流和牵引流的流体性质［图3（a）—（c）］。

砂质碎屑流粒度直方图以“单峰型”为主，杂基体积分数为10%～15%，砂岩平均粒径Φ（Mz）为4.89，粒度中值Φ（Md）为4.38，标准偏差（σ1）为2.53，偏度（SK1）为0.46，峰度（KG）为1.44［图3（d）—（e）］。依据福克判别标准，其砂岩属于分选较差、峰度尖锐、正偏态级别。粒度概率曲线多表现为“两段式”，且以跳跃总体为主，悬浮总体与跳跃总体交截点在Φ为3.7～4.2，该点位置变化较大，表明其水动力较不稳定。跳跃总体斜率相对较小，表明其分选相对较差，沉积水动力相对较强，C-M图反映研究区青一段Ⅱ砂组同时具有重力流和牵引流的流体性质，青一段Ⅲ砂组为重力流流体性质［图3（d）—（f）］。

浊流粒度直方图以“双峰型”为主，杂基体积分数多大于15%，砂岩平均粒径Φ（Mz）为7.68，粒度中值Φ（Md）为4.86，标准偏差（σ1）为3.64，偏度（SK1）为0.16，峰度（KG）为1.01［图3（g）—（h）］，依据福克判别标准，其砂岩属于分选差、峰度中等、正偏态级别。粒度概率曲线多表现为“两段式”，且以悬浮总体为主，悬浮总体与跳跃总体交截点在Φ为2.3～2.5，该点位置变化较小，表明其水动力较为稳定。跳跃总体斜率相对最小，表明其分选相对最差，沉积水动力相对最弱，C-M图反映研究区青一段Ⅱ砂组和Ⅲ砂组均为重力流流体性质［图3（g）—（i）］。

2.3 测井及地震相标志

滑动-滑塌沉积的自然伽马测井曲线多呈中—高幅箱形，顶底呈突变接触，垂向上无明显变化，单层厚度一般较厚（多大于5 m），反映沉积水动力较稳定，局部出现齿化特征，对应泥质夹层，反映1 期或多期滑动、滑塌沉积的叠加，在地震剖面上呈连续、强振幅反射特征。砂质碎屑流沉积的自然伽马测井曲线以中—低幅齿化箱形为主，与滑动-滑塌沉积曲线特征具有一定的相似性，但其齿化更为严重，厚度更薄，单层厚度多为0.6～1.5 m，反映其基质支撑、整体冻结的沉积特征，其地震反射呈较连续、中振幅反射特征。浊流沉积的自然伽马曲线表现为泥岩基线上突出的指状尖峰，对应厚层泥岩中的砂层，表现为“泥包砂”的特征，反映水动力较弱条件下的沉积过程，其地震反射呈不连续、低振幅反射特征（表1）。

表1 松辽盆地大安地区青一段重力流沉积测井及地震相特征Table 1 Logging and seismic facies characteristics of gravity flow sedimentation of Qing 1 member in Da'an area，Songliao Basin

3 滑塌成因重力流分布规律

3.1 垂向分布规律

松辽盆地大安地区滑动-滑塌、砂质碎屑流及浊流沉积在时间（垂向）上可以相互演化，其常见的垂向序列为多期次砂质碎屑流相邻或相间沉积，浊流与砂质碎屑流相邻或相间沉积。沉积特征主要表现为砂泥混杂、砂泥质条带及液化变形构造发育，块状层理、沙纹层理、波状层理及平行层理较发育，局部含漂浮泥砾和泥岩撕裂屑，在基准面上升期重力流砂体发育规模相对较大（图4）。

在单井沉积相分析的基础上，结合三维地震反演，揭示了3 种重力流的分布规律，进而对井间沉积相进行预测。研究表明，在剖面上重力流砂体主要分布在Ⅱ，Ⅲ砂组，Ⅱ砂组重力流砂体厚度较小，连续性较差，Ⅲ砂组重力流砂体厚度较大，连续性较好（图5）。

3.2 平面分布规律

从盆地边缘到盆地中心，滑动-滑塌、砂质碎屑流和浊流沉积依次发育。基准面上升期形成的青一段Ⅲ砂组，沉积期物源供给充足，完整发育了3种重力流微相，这3 种重力流类型均为席状分布，局部地区砂质碎屑流可孤立分布于浊流沉积之上［图6（a）］；基准面下降期形成的Ⅱ砂组，其重力流发育规模相对较小，以砂质碎屑流和浊流沉积为主，砂质碎屑流沉积表现出了水下分流河道的形态特点［图6（b）］。

4 滑塌成因重力流形成控制因素及沉积模式

4.1 滑塌型重力流形成控制因素

4.1.1 坡折带

根据沉积物失稳力学机制，在相同的条件下，斜坡角越大，则重力沿斜坡向下的分力就越大，就越有利于沉积物发生滑塌作用［22-26］。地形坡度变缓是重力流进行大量卸载的重要条件，通过对松辽盆地大安地区地形坡度的变化特征进行解析，得出重力流在盆地斜坡位置发生了大量卸载，滑动-滑塌沉积主要分布在斜坡的坡脚附近，而砂质碎屑流以及浊流沉积则分别分布在盆地的斜坡与盆地的平原（图7）。

4.1.2 基准面

通过对层序地层格架控制下的顺物源方向连井剖面的分析，可以看出滑塌成因重力流主要发育在基准面上升期。在基准面上升的过程中，辫状河三角洲前缘沉积不久的、处于半固结状态的沉积物在足够的可容纳空间中滑塌失稳后形成重力流沉积；在基准面下降过程中，由于水体下降，可容纳空间变小，不易形成重力流沉积，但在基准面下降早期，可容纳空间较大时，发育较小规模的重力流沉积（图7）。

平面上，基准面上升期（Ⅲ砂组）重力流发育规模较大，3 种重力流砂体均为席状分布［参见图6（a）］，砂质碎屑流C-M图反映出了重力流流体性质，但在基准面下降期（Ⅱ砂组），重力流砂体发育规模较小，重力流砂体分布形态也发生了较大变化，特别是砂质碎屑流沉积表现出了河道的分布形态特征［参见图6（b）］，C-M图同时也反映出了一定的牵引流流体性质［图3（f）］。

4.2 沉积模式

在明确重力流纵向和平面沉积特征的基础上，结合区域地质背景建立了大安地区青一段重力流沉积模式。研究区青一段重力流砂体的形成主要与来自西部的辫状河三角洲前缘砂体因重力失稳滑塌作用有关，坡折带和基准面的升降是重力流形成与分布的主要控制因素。青一段Ⅱ砂组和Ⅲ砂组是重力流发育的主要时期，发育滑动-滑塌、砂质碎屑流及浊流3 种重力流沉积。平面上，滑动-滑塌、砂质碎屑流及浊流依次演化，在基准面上升期，重力流发育规模相对较大，在基准面下降期，重力流发育规模相对较小（图8）。

5 滑塌型重力流勘探潜力

为明确不同成因类型砂体的勘探开发潜力，选取松辽盆地大安地区34 口井的试油产量与砂层厚度数据进行了分析。结果表明，受三角洲前缘滑塌重力流沉积模式的控制，浊流砂层的厚度相对最薄，一般小于7 m，但试油产量相对最高，最高为17.56 t/d，平均为7.85 t/d；砂质碎屑流砂层厚度较厚，为7～14 m，试油产量相对较高，最高为15.55 t/d，平均为7.23 t/d；滑动-滑塌砂层厚度为12～16 m，试油产量相对较低，最高为3.52 t/d，平均为2.15 t/d（图9）。

6 结论

（1）松辽盆地大安地区上白垩统青一段主要发育滑动-滑塌、砂质碎屑流及浊流3 种三角洲前缘滑塌型重力流沉积。这3 种重力流沉积在垂向上相邻或相间分布，平面上依次演化，其中滑动-滑塌沉积具有重力流和牵引流的双重流体性质，浊流沉积具有完全的重力流性质，表现为不完整的鲍玛序列。

（2）滑动-滑塌、砂质碎屑流及浊流沉积分别分布在斜坡坡脚、斜坡与盆地平原。基准面上升期是重力流砂体发育的有利时期，砂质碎屑流沉积呈席状分布，表现为重力流流体性质；基准面下降早期，重力流砂体发育规模较小，砂质碎屑流沉积表现出河道分布形态，表现为牵引流和重力流的双重流体性质。

（3）滑动-滑塌、砂质碎屑流及浊流砂层依次减薄，但单井产量依次增大。其中，砂质碎屑流及浊流砂层厚度较薄（多小于12 m），但因其常与湖相烃源岩伴生而形成岩性圈闭，产量往往较高，具有较大的勘探开发潜力。