歧口凹陷滨海地区沙一段远岸湖底扇沉积特征及形成机制

2024-01-14高欢欢邰春磊刘会纺刘长城

录井工程 2023年4期

高欢欢邰春磊刘会纺刘长城王静孙鹏

（①中国石油大港油田公司勘探开发研究院；②中国石油渤海钻探第一钻井分公司；③中国石油大港油田公司第三采油厂）

0 引言

我国陆相断陷湖盆的研究主要针对盆地边缘的沉积相类型，如三角洲、扇三角洲、近岸扇、滨岸沙坝和河流相等，对于这些类型沉积相及储层的勘探开发积累了丰富经验[1-5]，但对于盆地中心重力流成因砂体类型的研究尚欠深入。重力流是沉积物和流体混合物在重力作用下整体顺斜坡向下运动，并以悬移方式搬运为主的高密度非牛顿流体，重力流沉积在断陷盆地斜坡中低部位-湖盆中心广泛发育，易形成地层-岩性油气藏，近年来已成为油气勘探开发的前沿领域[6]。重力流沉积砂体包括湖底扇和海底扇，该类沉积砂体具有岩性油气藏的隐蔽性强、勘探开发难度大等特点，其早期研究以深水沉积模式为指导，未能充分厘清重力流砂体的空间分布规律。

歧口凹陷滨海地区沙一段广泛发育远岸湖底扇砂体，其岩性组合“富泥又富砂”，泥岩与砂岩累积厚度都较大，表明半深湖-深湖区可形成规模较大的砂体，打破了以往在陆相断陷湖盆中心不发育砂体的传统观念。近年来该类型砂体的油气勘探取得了较大突破[7-9]，在湖盆中心钻探出数口高产油气井[6]。但是该类砂体具有分布不稳定、隐蔽性强的特点，因此有必要开展该类型砂体沉积特征及形成机制研究。

本文通过岩性组合、沉积构造、粒度曲线、测井相等分析手段，对歧口凹陷滨海地区沙一段远岸湖底扇砂体的沉积微相类型、重力流类型、远岸湖底扇砂体的平面展布及物源进行深入研究，并构建了远岸湖底扇沉积模式。该研究对近一步明确歧口凹陷沙一段远岸湖底扇砂体有利储层微相类型和有利储层分布预测具有积极意义，为该区下一步的油气勘探提供了沉积学支撑。

1 区域地质概况

歧口凹陷位于黄骅坳陷中区，属中-新生代渤海湾断陷盆地群的组成部分，凹陷周缘及内部发育有北塘次凹、板桥次凹、歧北次凹、歧南凹陷、歧口凹陷5大负向构造单元，以及埕北断阶带、南大港潜山、北大港潜山、滨海Ⅰ号构造带、塘沽新港潜山、涧南潜山6 大正向构造单元，总体呈东西分带、南北分块的构造格局（图1）。其中，歧口凹陷主要受东西向海河-新港构造带和埕北构造带控制，形成了双断地堑式凹陷；其他凹陷主要受北东-北北东向断层控制，形成了北西断-东南超的单断式箕状凹陷[10-11]。

图1 歧口凹陷区域地质构造

受沧县隆起、埕宁隆起、燕山造山带和沙垒田凸起的物源供给控制，歧口凹陷古近纪沉积了巨厚的碎屑岩和少量碳酸盐岩，其中沙一段沉积时期，歧口凹陷内重力流沉积十分广泛，尤其是歧口主凹大部分为该类沉积所覆盖[12-16]。本文研究区域滨海地区位于歧口主凹的西部，是近年来油气发现的主体区域，该区重力流沉积具有“远岸”特点，认为是远岸湖底扇相沉积模式。

2 远岸湖底扇沉积特征

前人针对歧口凹陷重力流成因做了大量研究，并取得了丰硕成果。蒲秀刚等[6，12，14]在重力流沉积学标志分析的基础上，结合岩心相、钻井剖面相、测井相分析，将歧口凹陷重力流沉积体系划分为近岸扇、远岸湖底扇、浊积扇3 种类型。通过岩性组合、沉积构造、粒度曲线、测井相等分析认为，歧口凹陷沙一段沉积时期，发育的重力流沉积类型主要为滑塌型远岸湖底扇沉积。

2.1 岩性特征

通过岩心沉积相分析表明，研究区滑塌型远岸湖底扇形成的砂层较厚，砂层主要由含褐红-深灰色泥砾和少量深灰色泥岩碎块的细砂岩组成，其中深灰色泥砾具磨圆、砾径粗、常分布于正递变序列的顶部，以及具水平、块状层理等特点，深灰色泥岩碎块则棱角分明、呈撕裂状。砂岩分选中等-较好、磨圆较好，具较好的结构成熟度的特点，砂岩中含卷曲变形纹理（包卷层理）、液化构造、砂岩墙构造和火焰构造等标志（图2），指示了扇三角洲前缘-滩坝砂体滑塌变形破碎成因，远岸湖底扇砂体主要分布在歧口主凹-歧北次凹。

图2 GS 48井沙一上亚段岩心沉积相分析

2.2 砂岩粒度特征

粒度分析的主要目的是研究碎屑沉积物的结构特征，包括粒度大小和各粒级分布状况，为沉积环境分析提供依据。

从粒度分析来看，滑塌型远岸湖底扇粒度直方图一般呈正偏态，累积频率曲线呈近1段式、上拱2段式到混合度较小的两段式或低幅上拱式。通过位于歧口主凹西部与歧北次凹连接部位的GS 47井的2个有效样品分析表明，粒度直方图均呈正偏态，百分位粒径分布范围1.2～4.0，峰值位于2.2，累积频率曲线呈近1 段式或低幅上拱式，倾斜角度大（图3），指示粒度分布较集中，与滑塌型重力流沉积的特点相对应。

图3 GS 47井远岸湖底扇砂岩粒度分布

2.3 沉积亚相特征

结合供源特征和岩石结构差异，将远岸湖底扇进一步细分识别为内扇、中扇和外扇3个亚相（图4）。

图4 远岸湖底扇测井相及组合样式

2.3.1 内扇

内扇发育多期叠加的重力流水道沉积微相，构成研究区最为有利的储层砂体，沉积物以灰白色块状-递变层理的细砂岩为主，在单个旋回顶部局部发育夹泥质纹层，具波状层理，局部具典型的鲍马序列，指示了重力流水道沉积的多期叠置，其测井曲线以漏斗型-高幅箱型-钟型为主。

2.3.2 中扇

中扇发育分离的重力流水道微相，其沉积物由灰白色块状细砂岩组成，含较多泥岩碎块，略具正旋回，旋回顶部5～10 cm 常发育夹泥质纹层，其测井曲线以中幅箱型-钟型组合为主。

2.3.3 外扇

外扇发育席状朵叶微相，由深灰色泥岩、粉砂岩和少量泥岩组成，波状层理发育，常出现2～4 期反旋回，单个旋回顶部发育块状细砂岩，较致密，该部位岩心中会出现较多的层理构造，具有典型的薄层块状砂体和鲍马序列，其测井曲线以齿状-指状为主。

3 远岸湖底扇沉积相平面展布规律

基于岩性、岩石粒度、测井沉积亚相分析，研究区湖底扇广泛发育，但不同地区湖底扇沉积特点存在差异，主要受古地貌、多级断阶、反向断层影响，古地貌影响形成“供给水道+重力流”沉积体系，多级断阶导致湖底扇多级分布，反向断层造成沉积物在板桥凹陷中心呈轴向输送。

3.1 港西凸起带供给水道远岸湖底扇

根据滨海地区沙一上亚段砂体分布特征及地震属性研究发现，在港西凸起之上发育条带状的厚砂带，其测井曲线上表现为高幅厚箱型，厚砂带上下均为厚层泥岩，与湖底扇分支水道的相序或微相呈现的反-正旋回韵律不同；岩性为呈灰绿色、褐红色的杂色色调岩屑砾岩和砂砾岩（图5），指示了物源区直接供源形成以及研究区补给水道的存在，同时表明了输送沉积物能够越过板桥次凹进入歧口主凹。

图5 B 106×1井沙一段岩心

由图5 可见：3 580.96 m，灰色砂砾岩，含较多泥砾和岩屑砾石，呈次圆状，重力流水道底部滞留沉积微相；3 581.37 m，下部块状砂岩，上部灰色含较多灰-紫红色泥岩碎块和岩屑砾石的砂砾岩，总体构成反递变层理，远岸湖底扇内扇主水道微相；3582.83 m，灰白色块状砂砾岩，含较多岩屑砾石，呈次圆状，分选极差，上部含紫红色泥砾，远岸湖底扇内扇主水道微相；3584.47 m，下部波状层理细砂岩夹泥岩纹层，上部灰色递变层理砂砾岩-细砂岩、平行层理细砂岩构造不完整鲍马序列，且砂砾岩中含较多岩屑砾石，呈次圆状，远岸湖底扇内扇主水道微相。

3.2 多级发育的湖底扇

通过测井相分析表明，研究区湖底扇呈多级分布的特征，表现为多个完整或不完整的LF 1→LF 5 变化，在歧口凹陷内部少量出现厚箱型测井相，也证实了在歧口凹陷内部发育湖底扇。

湖底扇的多级发育一般存在多级断坡-断坪地貌和湖平面变化两种机制，板桥次凹向东南缘逆势增高的古地貌不具备多级顺向断阶的条件，因此判断湖底扇的多级发育系由湖平面变化所引起，也印证了港西凸起带上在湖平面下降期形成补给水道的可能，并据此将北大港潜山东段砂体识别为滩坝沉积。歧口主凹的北缘发育一系列正断层构成的多级顺向断阶，为多级断坡-断坪地貌背景，另外，同沉积断裂活动、地震、湖平面下降也是滑塌型重力流形成的原因，为湖底扇的多级发育提供了有利条件。

3.3 轴向延伸的湖底扇

在板桥次凹中心，湖底扇沿大张坨断层形成断裂沟槽延伸，沙一段时期地震属性表明，板桥次凹东、西部砂体顺断层上盘输送方向由顺沟槽延伸偏转为轴向输送。此前认为小站附近物源是歧口凹陷主物源，提供了大量沉积物并越过板桥次凹输送至歧口凹陷，但地震属性显示小站物源相比葛沽物源和增福台物源要小得多，而正对小站的湖盆中心砂体应为增福台物源、葛沽物源轴向输送所致。

4 远岸湖底扇形成机制

研究表明，研究区滑塌型远岸湖底扇由三角洲前缘等碎屑沉积物顺坡滑塌快速堆积形成。综合断裂发育特征、区域沉积古背景等研究分析认为，研究区远岸湖底扇主要由近源扇三角洲砂体二次滑塌堆积而成，与盆地演化、古地貌、断裂活动存在密切联系，并受构造特征、物源供给、触发机制等诸多因素综合控制。

4.1 远岸湖底扇发育的主因

在背向正断层作用下，港西凸起东段构成了研究区盆地内部古地貌高地，将板桥次凹与歧口主凹分隔开来，造成湖盆水体一定程度上的分割；港西凸起也是一个水下古地貌高地，覆盖水体浅，属浅湖背景，以致滨浅湖滩坝砂体沿港西凸起带发育。在板桥次凹东南缘分布顺向断阶，主要活动断层有大张坨断层和板南断层，向北北西方向倾斜，局部由多条断裂组成，总体延伸距离远，其同沉积活动构成顺向断阶，形成了多级断阶发育的古沉积环境，碎屑沉积物在湖浪扰动、地震等外界突发性因素触发下，发生多期次滑塌，以致远岸湖底扇多级发育。因此，多条顺向发育的断裂是滑塌型远岸湖底扇发育的主因。

4.2 远岸湖底扇发育的物质基础

物源供给在一定程度上控制了远岸湖底扇的岩性、物性及发育规模。沙一段沉积时期，来自西部沧县隆起的物源在板桥次凹形成扇三角洲沉积，这些大型的扇三角洲沉积砂体在外界触发机制下，容易发生滑塌，从而为远岸湖底扇的形成奠定了良好的物质基础。

5 远岸湖底扇沉积模式及砂体展布规律

5.1 远岸湖底扇沉积模式

湖平面变化会引起湖岸线迁移和物源区范围的扩张或萎缩，港西凸起在低水位时期暴露，可以作为物源的输出。通过岩心观察发现，研究区域西北缘沧县隆起物源区粗碎屑可直接到达滨海地区，认为系低水位时期板桥次凹处于过饱和充填状态，使得物源得以跨过板桥次凹和港西凸起东段进入滨海地区。另外，港西凸起东段之上发育厚层的灰绿色泥岩和少量紫红色泥岩，也指示了同沉积期处于滨湖环境。结合滨海地区普遍发育滑塌型重力流，对沉积相进行梳理，认为沉积物在港西凸起向东倾没段发育滩坝沉积，然后进一步向滨海地区滑塌，形成新的重力流沉积扇体。

基于研究区构造演化特征分析认为，板桥次凹沙三段时期研究区历经了强烈断陷作用，至沙二段时期断陷作用停滞，沙一段时期基底沉降并不强烈。沙一段时期，歧口凹陷中区进入断-拗转化阶段，盆地范围大幅度扩张，基底沉降的整体性增强，差异沉降及总沉降量减弱，沉降中心总体向歧口主凹迁移，表现为包括四周的潜山在湖平面上升期均被湖水覆盖，以致碳酸盐滩坝广泛发育。因此，沙一段时期，研究区受断裂作用减弱和凹陷活动增强影响，盆地形态较为宽缓，使得板桥次凹基底沉降较弱，形成的地层较薄，且地层最厚处并不紧邻北缘控凹边界断层。在此前提下，沉积体向南延伸距离远，在湖平面较低时期沉积物直接输送至歧口主凹。

基于以上分析认为，歧口凹陷滨海地区沙一段沉积模式总体分为高水位和低水位2 个充填沉积阶段。高水位期，以板桥次凹充填堆积为主，发育扇三角洲-湖底扇-滩坝沉积体系；低水位期，沉积物大量输送至滨海地区，发育补给水道-湖底扇沉积体系（图6）。

图6 歧口凹陷滨海地区沙一上亚段滑塌型远岸湖底扇沉积模式

5.2 远岸湖底扇砂体展布规律

在沉积学及沉积模式指导下，利用高分辨率三维地震资料提供的地层切片及属性，进一步确定远岸湖底扇砂体展布形态及其内部构造，并对古沉积体系进行精细刻画。通过高分辨率三维地震资料得到的沙一下亚段滨Ⅰ上油组地震属性可以看出（图7），沙一下亚段滨Ⅰ上油组砂体分布较广且分布范围和边界十分清晰，均方根振幅高值区对应于较厚的砂体展布。通过沉积相、断裂构造和物源系统的研究表明：

图7 沙一下亚段滨I上油组地震属性

（1）板桥次凹西北缘发育10 个扇三角洲，由增福台物源形成的扇三角洲规模较大，并向盆内延伸较远，凹陷中心发育3个湖底扇朵体，其分布受大张坨反向断层的制约；（2）北大港潜山凸起东段发育孤立的、顺凸起延伸的条带状砂体，厘定为滩坝砂沉积；（3）歧北次凹受北大港潜山和南大港潜山物源供给，分别发育2 个和1 个扇三角洲，尤其以东侧扇三角洲朵体规模大、形态清晰；（4）歧口凹陷发育2 个大型的湖底扇朵体，向南和南东向延伸。

这些扇体指示了有利砂体的空间展布规律，为该区域下一步勘探开发指明了方向。