湖盆小型细粒浅水三角洲沉积模式

2021-12-08关旭同李胜利马水平黄晓娣

特种油气藏 2021年5期

关旭同，李胜利，马水平，刘圣，黄晓娣

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083;2.北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京 100871；3.中国石油大港油田分公司，河北黄骅 061103)

0 引言

Fisk[1]在1954年提出了浅水三角洲的概念，Postma[2]随后将河控三角洲按水体深度分为深水型和浅水型2种三角洲，根据坡度、水道、床沙载荷等将浅水三角洲细分为8种；邹才能等[3]根据供源体系、湖水深度及三角洲前缘的倾斜坡度将湖盆三角洲分为9种成因-结构类型；朱筱敏等[4]依据不同的供源体系将浅水三角洲分为浅水扇三角洲、浅水辫状河三角洲、浅水曲流河三角洲；张昌民等[5]根据现代沉积、井震研究把浅水湖盆三角洲划分为枝状的分流河道型三角洲和连片的分流砂坝型三角洲。中国学者在准噶尔盆地、松辽盆地等都进行过浅水三角洲的研究[6-7]。浅水三角洲发育在构造背景稳定、湖平面频繁升降变化的浅水沉积环境，常发育于宽缓的湖盆边缘，具有砂体向湖盆中心延伸远，前积层不明显的特点[7]。浅水三角洲的研究集中于大型浅水三角洲[1,3-7]，对于小型细粒浅水三角洲的研究程度较少，该类型三角洲部分相带的砂体较厚，物性较好，研究小型细粒浅水三角洲有助于拓宽油气勘探的领域。

渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷的南大港构造带富含油气，但储层沉积成因类型不清。由于地质分层标志不够清晰，大港油田在早期研究中把歧口凹陷南大港断层上升盘的沙二段和沙三段的砂岩储层作为一个整体来研究，认为上升盘沉积相带主要为浅湖相，常把厚层砂体视为滩砂坝。后来经过地震强反射特征和声波测井曲线回返特征研究，将沙二+三段划分出沙二段和沙三段，唐超[8]认为歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段主要为深湖相沉积，厚层砂体为近岸水下扇扇中水道沉积，吴杰[9]认为歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段主要为三角洲沉积，坡度略增加，向较深部卸载，物源来自南部。因此，这一区域的沉积环境与物源还存在一些争议。该文结合构造、地震剖面、重矿物分布规律等信息，对沉积物源方向进行了重新分析，对歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段的岩心相、测井相、地震相沉积特征进行了研究，重新认识了歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段的沉积环境与沉积展布，认为歧口凹陷南大港断层上升盘总体水深较浅，主体为小型浅水三角洲沉积，河口坝砂体较为发育。最后，结合砂地比图研究确定了沉积相平面展布特征，并建立了小型细粒浅水三角洲的沉积模式。

1 区域地质概况

歧口凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷，具有半地堑、复式半地堑结构，由歧口主凹、北塘次凹、板桥次凹、歧北次凹、歧南次凹等组成，其间由南大港凸起、北大港凸起、埕北断阶带、塘沽新港凸起分割。歧口凹陷经历了裂陷和热沉降2个构造演化阶段,沙河街组沉积时期处于裂陷阶段。歧口凹陷内具有3期规模较大的不整合：沙三一亚段底、沙一上亚段底和馆陶组底的不整合，具有被不整合对应的构造运动分开的4期断裂活动:沙三中期、沙一中期、东营末期及明化镇末期[10]。

图1为歧口凹陷南大港断层上升盘构造位置及重矿物组合分布，可知其构造带走向为南东东，北边是歧北次凹，南边是歧南次凹，西与孔店潜山相望[11]。发育主干断层南大港断层，该断层为倾向南东或南东东向的正断层[8]，将南大港构造带分为上、下两盘，其中，上升盘较缓，下降盘较陡，始新世沙二段沉积时期断层不活跃[9]。

歧口凹陷南大港断层上升盘面积约为40 km2，包括该构造带的一、二、三四六、七断块和南中段断块，其中，南中段断块包括歧41、歧56、歧55与歧50断块[8](图1)。

该文研究对象为歧口凹陷南大港断层上升盘始新世沙河街组的沙二段。该沉积时期，一、二、三四六断块为主要沉积区，三四六断块的东北部分、七断块和岐56断块受到剥蚀，未沉积(图1)。沙二段厚度约为0～70 m，主要岩性为灰色、灰绿色泥岩与浅灰色砂岩互层。该时期歧口凹陷气候相对干旱，主要为半封闭湖湾环境。沙二段沉积早期，歧口凹陷整体构造隆升，出现较大范围隆起，构造高点接受剥蚀[11]。沙二段早中期湖平面下降，后期湖平面上升[9]。

图1 歧口凹陷南大港断层上升盘构造位置及重矿物组合分布

2 沉积物源分析

歧口凹陷在沙二段沉积时期，同时存在大规模外部物源和小规模内部物源。2个大规模的外部物源分别为凹陷北部的沧县隆起物源和凹陷南部的埕宁隆起物源，小规模的物源为凹陷内部的隆起[12]。歧口凹陷南大港断层上升盘距离沧县隆起和埕宁隆起均较远，因此，小规模内部物源对该区域的沉积有重要贡献，即歧口凹陷中沙二段沉积时期的局部隆起为歧口凹陷南大港断层上升盘提供了物源。

从歧口凹陷南大港断层上升盘剥蚀线(图1)可以看出，三四六断块的东北部分、七断块和南中段的歧56断块被剥蚀，没有沙二段沉积时期的地层保存，因此，这些断块可能为歧口凹陷南大港断层上升盘提供沉积物源。

同源的沉积物通常具有相同的重矿物类型及组合特征。七断块和南中段(包括歧41、歧56、歧55与歧50断块)的重矿物数据选取沙三段数据，而一断块、二断块和三四六断块的重矿物数据选取沙二段数据(图1)。七断块、南中段的歧55断块的重矿物组合为石榴子石+锆石(组合1)，一断块、二断块、三四六断块以及南中段的歧56、歧41、歧50断块的重矿物组合为石榴子石+锆石+磁铁矿(组合2)，说明沉积区一断块、二断块、三四六断块与剥蚀区南中段的歧56、歧41、歧50断块具有一定的源汇关系，与七断块、南中段的歧55断块无源汇关系。在沙二段沉积时期，一断块、二断块、三四六断块为主要汇水区，南中段的歧56断块为潜在物源区，且与前者具有类似的重矿物组合，因此，一断块、二断块、三四六断块的物源可能来自于东北侧南中段的歧56断块。综上所述，结合区域沉积物源[12-14]、重矿物组合、剥蚀区范围，可以判断南中段为一断块、二断块、三四六断块提供沉积物源。

3 沉积特征

3.1 岩心特征

歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段的取心井包括一断块的q9井、三四六断块的q643井，未取到大段砂岩。根据岩心识别出3种主要岩石相类型：浪成砂纹层理砂岩相(Sr)、含冲刷构造砂岩相(Ss)、块状层理泥岩相(Fsm)(图1)。q9井主要识别出块状层理泥岩相；q643井可识别出浪成砂纹层理砂岩相(Sr)、含冲刷构造砂岩相(Ss)、块状层理泥岩相(图2)，各岩相特征如下：

(1) 浪成砂纹层理砂岩相：灰色中薄层浪成砂纹层理含油细砂岩，略显反粒序，浪成砂纹层理由相互超覆、倾向相反的纹层组成，层理内纹层的人字形结构反映了波浪冲洗的双向性。

(2) 含冲刷构造砂岩相：2层中薄层灰—浅灰色含砾中粗砂岩过渡到细砂岩，正粒序。岩心上可见2个冲刷面，下部冲刷面附近见泥砾，砾石粒径为3～6 mm，上部冲刷面附近砾石粒径最大为15 mm，最小为5 mm,平均粒径约为10 mm。

(3) 块状泥岩相：沙二二段泥岩为紫红色、浅灰绿色，厚层状，质不纯；沙二三段泥岩为浅灰色、灰色，质纯，破损严重，含植物茎秆、富含炭屑、生物碎屑，表明了沉积环境水体循环良好，透光较好，反映了浅水环境，物源供给较弱。

q643井沙二三段为前三角洲沉积，主要为灰色泥岩沉积，质纯，植屑、生屑丰富，岩相为块状层理泥岩相；沙二二段为三角洲前缘沉积，可识别出湖相泥、河口坝、水下分流河道和分流间湾微相，自下而上具有Sr-Fsm-Sr-Ss-Fsm的垂向序列。沙二二段上部泥岩为灰黑色-紫红色-浅灰绿色复合的花斑状，说明南大港断层上升盘沙二段沉积受湖平面下降因素控制。通过8个样品的薄片分析，得到了q643井的岩性三角图，沙二二段q643井的砂岩岩性主要为亚岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，Ⅰ为石英砂岩，Ⅱ为长石石英砂岩，Ⅲ为岩屑长石砂岩，Ⅳ为长石砂岩，Ⅴ为岩屑长石砂岩，Ⅵ为长石岩屑砂岩，Ⅶ为岩屑砂岩(图2)。q643井的水下分流河道、河口坝砂岩的累积概率曲线为两段式，以跳跃总体和悬浮总体为主，滚动总体不发育，深度为2089.34m、2090.38m的跳跃总体含量分别为88%和74%，直线段斜率分别为77.34 °和71.05 °，分选较好。悬浮、跳跃夹角总体的交切点粒径Ø值分别为3.8和4.5，反映了沉积物受稳定牵引流搬运，且强度中等(图2)。歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段泥岩颜色为灰色、浅灰色、灰绿色、紫红色及花斑状的组合。泥岩大多呈现色较浅、质不纯的特点，砂岩以中细砂岩为主，偶见砂砾岩，以牵引流沉积构造为主，既有流水成因，也有波浪改造的特征。这些沉积特征反映歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段总体为湖泊沉积环境，以滨浅湖环境为主。岩石正、反粒序均有，其中，正粒序底部具有明显冲刷面，且冲刷面附近常见泥砾，反映了流水沉积构造特征；岩心中常见小的生屑、植屑、茎干以及炭屑，反映沉积物经过了一定距离的流水搬运，在滨、浅湖区域形成沉积。上述沉积特征符合典型浅水三角洲沉积特点，三角洲平原与前缘均发育，且以三角洲前缘为主。

图2 歧口凹陷南大港断层上升盘q643井取心段沉积序列

3.2 测井相特征

歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段测井曲线可见箱形、钟形、齿化钟形、漏斗形、指状等形态(图3)。主河道和分流河道的测井曲线为箱形或钟形(图3a)，钟形的曲线形态对应了河道向上变细的正粒序，叠置河道厚度达约为50 m。水下分流河道的测井曲线为齿化钟形(图3b)，规模小于主河道和分流河道，厚度较小，为2～5 m。前缘席状砂的测井曲线为指状(图3c)，夹在自然伽马为高值的湖盆泥岩中，厚度仅为1～2 m。由于波浪的簸选，河口坝表现为漏斗状的测井曲线(图3d)，单期河口坝厚约为5～20 m。

图3 歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段典型测井相特征

3.3 地震响应特征

地震响应特征主要由识别地震相标志与地震反演特征体现，常用的地震相标志包括外部几何形态、内部反射结构、层速度、连续性、频率、振幅等。浅水三角洲具有隐形前积的特点，前积反射结构不发育或不明显[7]。南大港断层上升盘沙二段发育浅水三角洲，地层较薄，地震反射时间差仅为30～40 ms，具有浅水三角洲的隐性(不明显)前积的特点。通过井震结合观察地震剖面、波阻抗有色反演2种方法刻画了砂体纵向上的叠置迁移特征。波阻抗有色反演是一种在有色滤波技术的基础上发展起来的、借助滤波过程的反演方法，用于层序解释、地震相研究及刻画砂体边界。地震波阻抗有色反演通过geoscope地质放大镜软件完成的。为了获得绝对波阻抗体，波阻抗有色反演之后还加上了低频部分。

通过井震结合分析沉积微相，识别出南大港断层上升盘沙二段发育三角洲平原的水上分流河道和天然堤、三角洲前缘的水下分流河道和河口坝沉积(图4)。地震剖面AA′地震同相轴连续性好，反射结构为亚平行反射结构，为高振幅高连续地震相(图4a)，反映了沉积条件稳定的三角洲平原。在常规地震剖面上可以识别出2期叠合水上分流河道，具有水道侵蚀下切的特点，自然电位曲线表现出箱形特征。结合波阻抗有色反演，共识别出6个水上分流河道砂体及3个天然堤砂体，砂体边界清晰，对应反演剖面中的红色的高值。水上分流河道砂体最长约300 m，延伸性好。

南大港断层上升盘沙二段地震剖面BB′为亚平行反射结构，为高振幅高连续地震相(图4b)。在常规地震剖面上可以识别出三角洲前缘的同相轴向下弯曲的水下分流河道和同相轴向上弯曲的河口坝沉积，水下分流河道测井曲线为钟形，河口坝测井曲线为漏斗状。q642-3井钻遇2期叠加的河口坝，宽度约为200 m，新一期河口坝规模略大，延伸性好。地震剖面CC′为亚平行反射结构，高振幅高连续地震相(图4c)。在常规地震剖面上可以识别出三角洲前缘的多期规模相对小的河口坝、水下分流水道沉积。

图4 歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段常规地震剖面及波阻抗有色反演剖面沉积相解释

4 沉积微相分布规律

通过沿物源方向连井沉积微相对比(图5)，发现小型细粒浅水三角洲相变迅速，自东向西为三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲亚相。三角洲平原的砂体最厚，前缘席状砂最薄。其中，q628-1井在沙二段钻遇多期叠合水上分流河道，q626-1井钻遇一期水上分流河道，q629井钻遇2期水下分流河道，q605-1钻遇2期河口坝和一期水下分流河道，q653-2井钻遇一期河口坝，q619-1井钻遇河口坝、席状砂。

图5 歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段沉积微相对比

歧口凹陷南大港断层上升盘砂地比等值线图(图6a)揭示出物源方向为北东向。根据砂地比大致划分出三角洲平原与三角洲前缘的边界，砂地比最高值出现在三角洲平原，约为90%，三角洲前缘砂地比也较高，三角洲前缘的个别砂坝砂地比为50%，河口坝较发育，三角洲大体的延伸方向为南西西。结合歧口凹陷南大港断层上升盘的砂地比等值线图(图6a)和测井相、地震相特征分析，得到了南大港断层上升盘沙二段平面沉积相图(图6b)。

歧口凹陷南大港断层上升盘浅水三角洲规模较小(图6b)，面积约为16.25 km2，三角洲前缘向南西方向延伸较远。三角洲平原相对不够发育，主要发育水上分流河道沉积微相。三角洲前缘十分发育，河口坝发育较多，其中，近端河口坝面积较大、厚度较厚，而远端河口坝规模明显减小。q628-1井钻遇多期叠合水上分流河道，总厚度达55 m(图5)；q642井钻遇的单期河口坝厚度达20 m，2期叠置河口坝厚度达40 m(图3c)。综上所述，三角洲平原水上分流河道、三角洲前缘的河口坝较厚，为油气勘探开发的潜在有利储层。

图6 歧口凹陷南大港断层上升盘沙二段平面砂地比等值线及沉积相图

5 沉积模式

通过综合分析南大港断层上升盘沙二段的小型细粒浅水三角洲的物源、沉积特征、沉积微相分布规律，建立了湖盆小型细粒浅水三角洲的沉积模式(图7)。湖盆小型细粒浅水三角洲物源供给较小，为平缓凹陷内的局部隆起，为点物源。虽然沉积规模较小，但相带变化明显，相变速度快，可以分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三种亚相。其中，三角洲前缘最为发育，可以划分为水下分流河道、河口坝、席状砂，其中，河口坝最为发育，砂体面积大、厚度相对较大。在湖平面较低时期，河流作用强，水下分流河道向湖心推进距离较远形成相对广阔的三角洲前缘，受到湖浪的筛积和改造，形成反粒序的河口坝沉积和较薄的席状砂。

图7 小型细粒浅水三角洲沉积模式

湖盆小型细粒浅水三角洲的主要控制因素为构造条件、气候、物源供给、水深、湖平面变化和地形坡度。歧口凹陷沙二段时期构造条件稳定，断层不活跃[12]，无法提供大量沉积物，局部隆起为小型细粒浅水三角洲提供了沉积物。相比气候湿润的沙三段沉积时期，沙二段沉积时期气候相对干旱[11]，蒸发量大，水深较浅。泥岩颜色整体较浅，质不纯，生物碎屑、植物碎屑、碳屑丰富，也说明湖水深度浅，为滨、浅湖背景。泥岩颜色由沙二三段的色深质纯变为沙二二段顶部的杂色，说明该三角洲沉积时湖平面下降。地形坡度较缓，三角洲前积作用不明显，具有隐性前积的特点。

综上所述，在构造稳定、气候干旱、供给较少、水浅坡缓、湖平面下降的背景下，歧口凹陷南大港断层上升盘局部隆起供源且物源供给较少，发育以三角洲前缘为主的小型细粒浅水三角洲，具有河口坝较发育的特点。