桩海地区沙二段沉积体系特征与控制因素研究

摘 要：【目的】对桩海地区沙二段沉积体系及其控制因素进行研究，为有效指导其有利含油圈闭勘探提供参考。【方法】首先以层序地层学理论为指导，通过岩心观察、岩屑录井、测井曲线和粒度分析，阐述了各类沉积体系在地震剖面上和测井曲线上的特征及其粒度曲线特征。其次在综合分析沉积体系在空间上展布情况的基础上，结合构造、物源、沉积基准面分析，对区内沙河街组二段的沉积体系控制因素进行详细研究。【结果】桩海地区沙二段在济阳运动二幕区域构造背景下，发育有近岸水下扇、滨浅湖滩坝、扇三角洲等3类沉积体系。进一步研究认为，本区沙二段沉积体系主要受以下方面的因素控制：古地貌及其样式组合控制了沉积体系的成因类型、空间展布特征及沉积构成；湖盆水动力条件控制了滩坝沉积体系；层序地层与沉积基准面变化控制了洼陷陡坡带和缓坡带的沉积体系发育类型。【结论】通过对桩海地区沙二段沉积体系进行较为系统的研究，能够为研究区油气勘探开发提供地质依据。

关键词：桩海地区；沙二段；沉积体系；主控因素；古地貌；沉积基准面

中图分类号：P618.13 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）21-0087-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.21.018

Study on Characteristics of Sedimentary System and Control Factors in the Sha 2 Member of Shahejie Formation in Zhuanghai Area

LIU Jiaqi

（Geophysical Research Institute， SINOPEC Shengli Oilfield Company， Dongying 257022， China）

Abstract： [Purposes] In order to effectively guide the exploration of favorable oil-bearing traps in the Sha 2 Member of Shahejie Formation in Zhuanghai Area， it is necessary to study the sedimentary system and its controlling factors.[Methods] Guided by the theory of sequence stratigraphy， this study elucidates the characteristics of various sedimentary systems on seismic profiles and well log curves， as well as their grain size curve features， through core observation， cuttings logging， log curve analysis， and grain size analysis. Based on a comprehensive analysis of the spatial distribution of sedimentary systems and combined with tectonic， provenance， and sedimentary base-level analyses， detailed research is conducted on the controlling factors of the Sha 2 Member of Shahejie Formation in the area. [Findings] It is considered that the Sha 2 Member of Shahejie Formation in Zhuanghai Area developed three types of sedimentary systems under the structural background of the second phase of Jiyang movement， such as near-shore underwater fan， shore-shallow lake beach bar and fan delta. Further studies suggest that the sedimentary system of the Sha 2 Member of the Shahejie Formation in this area is mainly controlled by the following factors： the paleogeomorphology and its style combination control the genetic type， spatial distribution characteristics and sedimentary composition of the sedimentary system; the hydrodynamic conditions of the lake basin controlled the beach-bar sedimentary system; the sequence stratigraphy and sedimentary base-level change control the sedimentary system development types of steep slope zone and gentle slope zone in the sag. [Conclusions] Through a systematic study of the sedimentary system of the Sha 2 Member of the Shahe Formation in the Zhuanghai Area， it provides a geological basis for oil and gas exploration and development in the study area.

Keywords： Zhuanghai Area; Sha 2 Member of Shahejie Formation; sedimentary system; main contrdling factors; paleogeomorphology; sedimentary base-level

0 引言

桩海地区位于渤海湾盆地东南部济阳坳陷的沾化凹陷北部，埕岛、埕东、长堤等潜山的结合部位，处于桩南断层的上升盘，地质结构较为复杂。该地区以中、古生界隆起为背景，第三系超覆或披覆于中、古生界隆起之上，总体上表现为北断南超，东断西超的构造格局（如图1所示），勘探面积约为150 km2。

勘探开发实践表明，沉积体系及其控制因素的研究是有效指导沙二段有利含油圈闭勘探的重要基础。桩海地区沙二段沉积时期构造活动复杂、断裂复杂、沉积类型多样、沉积相变化快。因此，本研究以济阳坳陷桩海地区沙河街组二段为例，利用岩心观察、岩屑录井、粒度分析、测井曲线及地震相，结合构造形态特征进行系统分析，着重对研究区沉积体系与分布规律进行研究，同时对沉积体系的控制因素进行探讨，以期为研究区油气勘探开发提供地质依据。

1 区域地质概况

桩海地区区域构造背景和盆地发育演化完全受控于渤海湾盆地乃至西太平洋构造域整体演化的动力学特征［1］。其东西两侧分别发育长堤、埕东两大走滑断裂带，受其影响发育的近东西向的桩南断层、埕北断层使桩海地区成为一个近似菱形的负向构造单元，周围紧临埕岛、埕东、长堤三大凸起和桩西潜山，具有多物源、近物源、多沉积中心、相带窄、相变快等特点。

桩海地区从始新世晚期（沙三段）至渐新世早期（沙二段）发生了一次区域抬升，进入断陷湖盆发育阶段。同时，因渐新世早期（沙二段）发生的济阳运动二幕使本区发生区域抬升、遭受剥蚀，使其沙二段内发育区域不整合，缺失沙二下亚段，仅发育沙二上亚段地层。根据区域层序地层研究表明，沙二段与沙一段为连续沉积，整体构成一个三级层序［2］。

沙二段沉积时期为盆地整体抬升末期到再次下陷的转折时期，气候较干旱，属于干燥气候条件下的氧化浅湖沉积［3］。岩性以灰色含砾砂岩、砂岩为主，夹灰绿色、灰色泥岩与钙质砂岩为主，处于三级层序的“低位体系域”或基准面上升早期，以发育上升半旋回为主，形成水体向上逐渐变深的旋回。根据岩性、电性特征可以将研究区沙二段进一步分为上升半旋回和下降半旋回，级别相当于四级旋回（如图2所示），桩海地区沙二段时期为构造抬升期，沉积厚度总体较薄，一般为10～100 m，主要分布于凹陷区和斜坡带，向边缘和凸起往往变薄至缺失，在凹陷区地层厚度一般为50～100 m，在潜山顶部地层厚度由几十米减薄至几米。

2 沉积体系类型及特征

沉积体系指与特定沉积环境和沉积作用方面具有成因联系的三维岩相组合体，其注重的是三维上的概念，强调在沉积环境下沉积过程和沉积物的成因关系。首先，根据桩海地区沙二段的沉积环境，通过钻井岩心和岩屑录井观察沉积物的结构、成分、岩性及其组合和垂向变化规律。其次，依据测井曲线形态、地震反射特征和粒度特征分析其在三维空间上沉积过程。最后，将桩海地区沙二段的沉积体系划分为近岸水下扇、扇三角洲、滨浅湖滩坝（砂质滩坝、碳酸盐岩滩坝）沉积体系。

2.1 近岸水下扇沉积体系

桩海地区沙二段处于第二次深陷扩张期的早期阶段，由于周边埕北断层、长堤断层、埕东断层等盆地边界大断层的持续活动，在其下降盘发育了规模不等的近岸水下扇砂砾岩体，物源来自各自的边界凸起或古潜山，扇体沿断层呈朵状分布，厚度一般为20～60 m，地震剖面上由于沙一段油泥岩与下覆砂岩形成的强反射掩盖了沙二段沉积体的地震反射，因而其地震反射特征不甚明显。岩性主要以灰色、灰绿色及褐灰色砾岩、含砾砂岩、砂岩为主，夹灰色粉砂岩及泥岩组成的韵律层。层理以递变层理、块状层理和平行层理为主。扇中辫状水道微相自然伽马曲线表现为箱状、钟形或钟形箱状组合，底部突变、顶部加速渐变；扇中前缘微相自然伽马曲线表现为低幅度的箱形和钟形。粒度概率曲线以两段式的弧形为主，呈上拱弧形态，没有明显的截点，颗粒粗细混杂，跳跃组分和悬浮组分两者延长线的交点为80%～95%。较平缓的上拱弧形对应碎屑流沉积（曲线首尾连线倾角20°～30°），其颗粒为杂基支撑悬浮搬运，碎屑的粒级变化大，杂基含量不等；较陡的上拱弧形一般对应颗粒流沉积（曲线首尾连线倾角50°～60°），颗粒分选较碎屑流分选好，砂砾级颗粒含量80%～90%，粗砂、细砾和中砾等大颗粒由中砂、细砂和粉砂等细小颗粒支撑［4］。此类沉积相以桩148-斜1、桩125井为代表（如图3所示）。

2.2 扇三角洲沉积体系

桩海地区扇三角洲要主分布在埕东凸起北部缓坡带，埕东断层末梢。地震剖面上同样由于沙一段油泥岩与下覆砂岩形成的强反射掩盖了沙二段沉积体的地震反射，而在地震剖面上不易识别。岩性主要以灰色、浅褐灰色含砾砂岩、细砂岩为主，具有平行层理、斜层理和不明显的交错层理。底部见砾石冲刷面，呈叠瓦状定向排列，反映牵引流形成的河道砂砾滞留沉积。扇中水下分流河道微相自然伽马曲线形态底部表现为向上变粗的漏斗形，反映向湖盆进积的特征；中部为微齿化箱状；顶部为向上变细的钟形，反映水动力能量向上减弱、岩性变细。粒度概率曲线主要发育“两段式”，以跳跃组分为主，滚动组分欠发育。跳跃组分曲线首尾连线倾角65°～70°，其含量小于70%，悬浮组分含量为0%～5%，曲线首尾连线倾角40°。将其各成分数据与近岸水下扇对比可知，其颗粒粒级小于近岸水下扇，分选好于近岸水下扇。此类沉积相以L17井为代表（如图4所示）。

2.3 滩坝沉积体系

根据岩心、岩屑录井和测井观察，桩海地区滩坝沉积按物质成分可分为陆源碎屑滩坝（即砂质滩坝）和由湖内生物、鲕粒等内碎屑碳酸盐物质组成的碳酸盐岩滩坝两种类型。

2.3.1 砂质滩坝。桩海地区沙二段的第二次深陷扩张期为滩坝砂体的发育提供了区域构造条件。砂质滩坝的砂质物质主要来源于附近的近岸水下扇和扇三角洲等较大砂体，属于湖泊中独立的砂体类型，是近岸水下扇和扇三角洲的砂体经过波浪和湖流再搬运改造作用形成的，发育在Es2上中期旋回的下降半旋回，颗粒分选好，结构成熟度高，储集物性好，为良好的储层。根据砂体的厚度可分为滩砂体和坝砂体两种。滩砂体砂层多但厚度薄，粒度不明显，呈较宽的条带状或席状。坝砂体泛指砂坝、障壁岛等，与滩砂相比，水动力能量较强，它们多呈长条形，多与湖岸平行分布，少数有一定的交角。岩性为浅灰色泥岩与粉、细砂岩互层。发育波状层理、平行层理、冲洗层理、浪成砂纹层理等层理构造。根据古地理位置、物源供给条件及形成滩坝的水动力条件［5］，桩海地区的滩坝属于水下古隆起的砂质滩坝、生物滩坝和三角洲侧缘的砂质滩坝。本区滩坝砂体由于其厚度较薄（一般小于10 m）而在地震剖面上无法识别，只能通过地震属性识别其大体范围。坝砂在自然伽马测井曲线呈现出典型的齿化或者光滑漏斗状，底部渐变，顶部突变，反旋回特征明显；滩砂在测井曲线上常呈指状特征。粒度概率曲线主要发育“两段式”，为跳跃组分和悬浮组分，滚动组分欠发育。碎屑颗粒的粒度中值0.13～0.45 mm，分选系数1.35～3.46。粒度概率累积曲线细截点2Φ，跳跃总体占10%～70%，悬浮组分含量较高，约占10%～30%。此类沉积相以Z121-6、Z129等井为代表（如图5所示）。

2.3.2 生物滩坝。生物滩坝在桩海地区沙二段分布较为局限，主要分布在扇三角洲前缘或近岸水下扇侧缘离岸较远处、水动力相对较强的水下低凸起，厚度一般在2～10 m。垂向上是在沙二段低位体系域晚期的扇三角洲或近岸水下扇沉积结束后，在其顶部沉积的一套生物灰岩。形成于水体较浅、能量弱、阳光充足、远离物源的沉积环境，由原生生物堆积形成的生物灰岩沉积，桩海地区大部分生物属原地生物滩。岩性上表现为砂泥含量较多，为生物灰岩（螺灰岩、鲕粒、生物碎屑）与细砂-粉砂岩的混杂。自然电位和自然伽马均表现为低值，以正旋回为主，垂向上厚度变化不一，平面上变化大，预测难度较大。

2.4 沉积体系的空间展布特征

陆相断陷盆地由于构造活动的差异性和沉积体系的多样性，在沉积体系的空间组合上具有不同的分布特征，形成独特的沉积体系的配置关系［5］。

沙二段沉积时期，埕岛、埕东、桩西、长堤凸起对桩海地区的沉积影响很大，不仅为该区沙二段的沉积提供了丰富的物源，而且由于差异性的构造活动，在不同构造带发育了不同的沉积体系类型。边界断层和凸起边缘控制了近岸水下扇的发育，沟谷地形为缓坡带扇三角洲的发育提供了条件，生物灰岩则形成在安静平缓的水体环境中。

桩海地区Es2上-Es1沉积时期，盆地经历了整体抬升-再次沉降的过程。盆地的整体抬升使Es2下遭受剥蚀，而Es2上沉积时期，盆地再次拉张，由于气候干旱，湖泊水体较浅，在埕岛、长堤、埕东三大凸起剥蚀面积较大，物源充沛，在其边界断层下降盘发育了粒度较粗的近岸水下扇。单个砂体呈扇形，多个扇体叠合沿断层构成裙带状。其中埕岛断层下降盘发育的桩斜148近岸水下扇扇体物源丰富、规模大、延伸远，其前缘已离桩西潜山不远。由于长堤断层延伸至本区已处于断层的末梢，古地形高差较小，其下降盘发育的Z125-Z130水下扇体规模不大，粒度相对较细，向前只延伸了3 km。埕东断层在沙二段时期断距大、坡度陡，沿断层发育了一系列相带窄的水下扇，扇体规模小，相变快，但由于砂体快速堆积，沉积厚度较大。在埕东凸起北部缓坡带，主要是发育了一系列物源来自埕东凸起的扇三角洲，沿L451-L453-L25-L17一带分布，多个扇体在平面上相互叠置。在近岸水下扇、扇三角洲的前方和侧翼、桩西潜山周围，发育了一系列大小不一、粒度较细、分选较好的坝砂沉积，主要有ZX147、ZX149、ZX140、Z120、Z121及ZG32坝砂。生物滩坝在桩海地区沙二段分布较局限，主要分布在L8-L9、桩西潜山周围的ZG32-ZG18一带（如图6所示）。

3 沉积体系控制因素

3.1 古地貌及其样式组合对沉积体系的控制

桩海地区沙二段低位体系域沉积体系的成因类型、空间展布特征及沉积构成与层序界面形成时期的古地貌密切相关。古地貌对沉积体系的控制主要表现在不同类型和成因的古地貌单元在时空中耦合，组成面貌各异的物源供给系统，物源供给的方向和数量控制着沉积层序发育的位置、规模、内部构成及充填样式。总体上“隆”是物源区；“坡”为沉积物的搬运提供了通道与堆积场所；“凹”则成为沉积物堆积的主要场所［6］。

桩海地区沙二段沉积时期的埕岛、埕东、长堤三大凸起为本区提供了丰富的物源，控制了各个沉积体系发育类型、规模及分布。边界活动性断层在陡坡带对沉积体系的控制作用非常明显，主要表现在构造沉降直接控制了沉积体系的形成与发育。构造沉降的变化速率影响着可容空间的变化速率，当沉积物供给稳定时，构造沉降速率越大，可容空间越大，沉积体容易保存；反之则越小，沉积体易遭受重新改造。

同时，古地地貌样式组合也对沉积体系的发育类型起到控制作用［7］。凸起与边界断层耦合，物源由物源区经断层直接入湖，沉积快速堆积的，粒度较粗的近岸水下扇，如ZX148、Z125、L13近岸水下扇体；凸起与斜坡耦合，物源由物源区顺斜坡上的沟谷搬运较长距离，在滨浅湖地区沉积粒度较细的，横向上相互叠置的扇三角洲，如埕东凸起北部斜坡扇三角洲、孤立的低位潜山周围及洼中低隆起，由于物源相对缺乏，沉积了厚度较薄的滩坝砂体和内源的生物滩坝，如Z120、Z121、ZX149滩坝。

3.2 湖盆水动力条件对沉积体系的控制作用

桩海地区的物源主要来自三大凸起近源堆积的厚度大、粒度粗、分选差的近岸水下扇或扇三角洲，而在水下扇前方或侧翼沉积了面积达50余平方千米的粒度细、分选好、物性好的滩坝砂体。此时，湖盆水动力条件就显得尤为重要，是控制滩坝沉积体系的另一主要因素。湖盆水动力强，湖浪和湖流对近岸水下扇或扇三角洲的砂体进行搬运和改造，在高能环境沉积了分选好、物性好的坝砂沉积，而在水动力条件弱的低能环境沉积了厚度薄、物性差的滩砂沉积。

3.3 层序地层与沉积基准面变化对沉积体系发育的控制作用

桩海地区沙二段处于盆地第二次深陷期，洼陷基底向陡坡一侧强烈沉降，向缓坡一侧掀斜，呈现北断南超、东断西超的构造格局。随着边界断层的持续活动，陡坡一侧水体加深，可容空间逐渐加大，以基准面上升期的沉积作用为主，形成典型的向上变深的沉积序列，呈快速堆积叠加样式的近岸水下扇发育。如ZX148近岸水下扇体自然伽马呈现底部突变，顶部渐变的形态特征。缓坡一侧由于基底的掀斜作用，同一沉积时期内可容空间则逐渐减小，以至在凹陷边缘暴露地表而发育不整合面，斜坡构造位置以基准面下降期沉积为主，形成典型的向上变浅的沉积序列，扇三角洲和滩坝沉积体系比较发育。如在斜坡带发育的L17扇三角洲和Z121滩坝自然伽马均呈现反旋回的沉积特征。

4 结论

①桩海地区因济阳运动二幕而发生区域抬升，仅发育沙二上亚段g2e0Wa21+xkz+8BYlwpdZL7wvHQ39+0GWMogujLC0Rs=地层，其主要沉积体系发育在沙二上亚段至沙一段三级层序的低位体系域。

②桩海地区具有多物源、近物源、多沉积中心的沉积特点，不同的构造位置发育不同的沉积体系。通过岩心观察、岩屑录井、测井曲线和粒度分析，沙二段发育有近岸水下扇、滨浅湖滩坝（碎屑滩坝、生物碎屑滩坝）、扇三角洲等3类沉积体系。

③结合构造、物源、沉积基准面分析，认为古地貌及其样式组合、湖盆水动力条件及层序地层和沉积基准面变化是控制本区沙二段沉积体系成因类型、空间展布特征及沉积构成的3大控制因素。

参考文献：

［1］林会喜，谭先锋，孟万兵，等.孤北～桩海地区古近系沙河街组层序划分及特征研究［J］.物探化探计算技术，2009，31（3）：283-288，178.

［2］赵宁，邓宏文，王训练.济阳坳陷沾化凹陷古近系沙河街组二段潜山周缘滩坝及物性特征［J］.古地理学报，2010，12（1）：57-68.

［3］单体珍.桩海地区沙一、沙二段成藏模式［J］.特种油气藏，2008，15（3）：45-48，107.

［4］朱筱敏，信荃麟，张晋仁.断陷湖盆滩坝储集体沉积特征及沉积模式［J］.沉积学报，1994，12（2）：20-28.

［5］李丕龙.断陷盆地油气地质与勘探［M］.北京：石油工业出版社，2003.

［6］邢凤存，陆永潮，刘传虎，等.车排子地区构造-古地貌特征及其控砂机制［J］.石油与天然气地质，2008，29（1）：78-83，106.

［7］罗顺社，陈晓.泌阳凹陷南部陡坡带核二段古地貌恢复及其对沉积体系的控制［J］.石油天然气学报，2011，33（3）：1-5，164.