沾化凹陷孤北洼陷東三段沉積體系類型及差異分布

張偉濤，趙瑞星，鄧濤，董艷蕾，滕寶剛，聶銀蘭，季芬，楊富財

（1.中國石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東 東營 257000；2.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249；3.山東佳業石油科技有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

渤海灣盆地系典型的斷陷盆地，油氣資源十分豐富。前人對渤海灣盆地古近系沙河街組和東營組沉積體系開展了系統研究，認為該體系發育沖積扇、河流、三角洲、重力流和湖泊相等多種類型沉積［1-5］。歷經60多年的油氣勘探，目前渤海灣盆地已經進入了以復雜隱蔽油氣藏為主的精細勘探階段，并且明確渤海灣盆地古近系沙河街組沙四上亞段—東營組是下一步油氣精細勘探增儲上產的有利層段［6-7］。孤北洼陷是渤海灣盆地濟陽坳陷沾化凹陷中北部的一個負向構造單元，為典型的富含油氣資源的斷陷湖盆，也是古近紀重要的沉積中心［8-10］。隨著孤北洼陷精細勘探的不斷深入，發現孤北洼陷靠近埕東凸起和孤島凸起的多口井位在東營組東三段（簡稱東三段或Ed3）都有油斑和油跡顯示，表明東三段勘探潛力較大，值得進一步深入研究。

勘探實踐表明，沉積體系的研究是指導東三段有利含油氣區帶預測的重要基礎。然而，孤北洼陷構造活動復雜，沉積洼陷多，沉積體系復雜，沉積相變化快，雖然近年來開展了相關研究工作［8-15］，但與沙河街組相比，東三段的研究程度較低，業內對沉積相帶類型的認識存在不同觀點［10-15］。實際上，孤北洼陷東三段砂體分布廣，且類型繁多，兼具牽引流和重力流2 種成因；不同的砂體類型，其平面上的連通性和垂向上的疊置樣式都存在明顯差異，導致對有利儲層分布范圍與分布規律難以描述，影響了精細油氣勘探開發。因此，本文綜合利用巖心、鉆測井和全區三維地震資料，開展巖心相、測井相和地震相綜合研究，以期闡明孤北洼陷東三段的沉積類型和時空差異分布特征，并預測有利儲集相帶的分布。

1 區域地質概況

孤北洼陷西以埕東斷層與埕東凸起相接，北以樁南斷層與樁西潛山相鄰，東以長堤斷層與長堤凸起相連，南以孤北斷層與孤島凸起相接（見圖1）。東營組沉積時期，埕東凸起和孤島凸起曝露于水面之上，而長堤凸起浸沒水下，但所處區域水位較淺。其中，孤北洼陷西緣和北緣為斷裂陡坡帶，南緣和東緣為斷裂緩坡帶，是典型的雙斷斷陷湖盆。按照構造特征，孤北洼陷可進一步劃分為孤北鼻狀構造帶、樁南鼻狀構造帶、東次洼和西次洼等4 個構造單元，面積約300 km2。

圖1 沾化凹陷孤北洼陷工區位置及地震剖面特征［16-18］Fig.1 Location and seismic profile characteristics of Gubei subsag of Zhanhua Sag［16-18］

孤北洼陷最老的地層是以強烈褶皺和斷裂變動為特征的太古界泰山群； 泰山運動后，全區抬升遭受剝蝕，缺失元古界沉積；早加里東運動時，全區整體沉降，形成寒武系—奧陶系碳酸鹽巖建造，晚期又振蕩上升遭受剝蝕；海西運動時再次沉降，形成石炭系—二疊系海陸交互沉積，末期繼續抬升，大區域缺失三疊紀沉積； 印支運動致使部分區域接受陸相沉積； 燕山運動期，濟陽斷陷盆地雛形初現；喜山運動期，斷陷盆地進一步發展，形成凸凹錯列的構造格局，充填了巨厚的古近紀沉積，由下而上依次為孔店組、沙河街組以及東營組［19-20］。孤北洼陷東營組以深灰色、褐灰色、灰綠色泥巖，泥質粉砂巖為主，夾多層淺灰色含礫砂巖和灰綠色砂質泥巖、粉砂巖；自下而上可分為東三段、東二段和東一段，其中東三段厚度在100～600 m。

2 東三段沉積類型及其特征

東三段沉積時期，整個沾化凹陷孤北洼陷內部持續伸展拉張，研究區除了靠近埕東凸起陡坡帶的高部位曝露水面，其他地區均處于水下?；趨^域地質背景調研，依據對巖心觀察與描述、測井曲線形態和地震反射特征的分析，認為孤北洼陷東三段主要發育近岸水下扇、辮狀河三角洲、滑塌濁積扇和湖泊等沉積相（見圖2）。

圖2 沾化凹陷孤北洼陷東三段地震相特征Fig.2 Seismic facies characteristics of Ed3 in Gubei subsag of Zhanhua Sag

2.1 近岸水下扇

近岸水下扇沉積體系主要發育在孤北洼陷西側邊界斷層——埕東斷層的下降盤，是由洪水將埕東凸起的風化產物直接帶入深水區并淹沒在深湖泥巖中沉積而成，其沉積范圍較小，呈裙邊狀沿埕東斷層分布。研究區近岸水下扇發育內扇、中扇和外扇3 個亞相。內扇包括主水道和水道側緣2 個微相；中扇是近岸水下扇的主體部分，包含辮狀水道和辮狀水道間2 種微相［21-27］。地震反射特征為分布在埕東斷層根部的楔形反射，扇體內部反射較弱（見圖2a）。

內扇主水道有以下幾個沉積特征：1）巖性主要為灰白色、灰色礫巖和砂礫巖，質不純，多含泥質成分，雜基支撐，見漂礫，內部發育小型同生正斷層，具有洪水作用導致的近源快速堆積特點（見圖3a—c）；2）礫石成分復雜，磨圓、分選差，多為棱狀—次棱狀，礫石沖刷面也見磨圓較好的大礫石，粒徑可達5 cm 以上；3）多見正粒序，以塊狀層理為主，單個旋回沉積厚度基本在0.5～3.0 m；4）自然伽馬（GR）測井曲線呈齒化箱形（見圖4，樁37 井）。主水道間積巖性較細，呈灰色粉砂巖、砂質泥巖和泥巖組合特征，GR 測井曲線多為中幅齒形（見圖4）。

圖3 沾化凹陷孤北洼陷東三段巖心特征Fig.3 Core characteristics of Ed3 in Gubei subsag of Zhanhua Sag

圖4 孤北洼陷東三段近岸水下扇沉積序列特征Fig.4 Sedimentary sequence characteristics of nearshore subaqueous fan in Ed3 in Gubei subsag

中扇辮狀水道主要沉積特征表現為：1）巖性以灰色、灰白色含礫砂巖和砂巖為主，沉積序列以正粒序為主，單個序列的厚度在0.3～1.0 m（見圖3d）；2）礫石粒徑相對內扇較小，粒徑范圍集中在0.2～3.0 cm，礫石磨圓、分選相對內扇較好，多為次棱狀—次圓狀，可見沖刷面；3）GR 曲線呈箱形（見圖4）。辮狀水道間常見具有塊狀層理的灰質泥巖、砂質泥巖和泥巖組合（見圖3e），對應的GR 曲線為低幅齒形（見圖4）。

外扇分布在近岸水下扇的末端，形成于地形較為平坦的深湖區，巖性較細，以灰色粉砂巖、砂質泥巖、灰質泥巖和暗色泥巖為主，為下部砂巖含量較高而上部泥質含量高的正粒序沉積，可見水平層理和波狀交錯層理（見圖3f），GR 測井曲線呈現寬緩指形特征。

孤北洼陷東三段近岸水下扇發育在斷陷盆地發展階段。此時湖盆范圍較大，水體較深，有利于在埕東斷層下降盤發育近岸水下扇沉積。自下而上沉積序列表現為以快速堆積為特征的內扇沉積亞相、以辮狀水道沉積為特征的中扇沉積亞相，以及以暗色泥巖和砂質泥巖組合為特征的外扇沉積亞相。平面上，近岸水下扇扇體隨著搬運距離增大，沉積物的粒度相對變小，呈現規律性地展布，即從內扇巨礫、粗礫為主的礫巖，到中扇的含礫砂巖、砂巖，再到外扇的粉砂巖和暗色泥巖?？v向累計厚度介于10～80 m，平面延伸距離2～4 km。

2.2 辮狀河三角洲

孤北洼陷東三段沉積時期，在南部孤島凸起北坡和東部緩坡發育了辮狀河三角洲。根據沉積特征，辮狀河三角洲可分為辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲3 個亞相，研究區東三段沉積時期主要發育辮狀河三角洲前緣亞相。

辮狀河三角洲前緣亞相是辮狀河三角洲中最為發育的亞相［28-29］，整體處于水下，由水下分支河道、水下分支河道間、河口壩和遠砂壩4 個微相組成。研究區河流沖刷改造作用較強，因而河口壩和遠砂壩2 種沉積類型不太發育。

水下分支河道是辮狀河三角洲前緣最重要的沉積單元，以高含量的粗碎屑沉積供給為特征，在地震剖面上可以看到前積反射特征（見圖2b），發育具有牽引流特征的層理構造。研究區水下分支河道的沉積特征主要表現為：1）巖性主體為灰色或灰黃色粗砂巖、中細砂巖、粉砂巖和泥/灰質砂巖；2）巖心可見多期河道的疊覆沖刷現象，多發育灰黑色紋層狀泥巖，且發育平行層理、槽狀交錯層理、楔狀交錯層理等牽引流沉積構造（見圖3g）；3）測井曲線整體表現為齒化箱形、鐘形和指形的特征（見圖5，樁8-3 井）。

圖5 孤北洼陷東三段辮狀河三角洲前緣沉積序列特征Fig.5 Sedimentary sequence characteristics of braided river delta front in Ed3 in Gubei subsag

研究區南部和東部均發育辮狀河三角洲，但其水下分支河道的沉積特征有差異：南部孤島凸起北坡發育的辮狀河三角洲前緣水下分支河道巖性較粗，可見礫巖沖刷面，顏色較淺，以灰白色為主，灰黑色泥質紋層相對較少，砂巖單層厚度在3～5 m；而東部緩坡發育的三角洲前緣水下分支河道沉積，巖性相對較細，以細砂、粉砂和泥質砂巖組合為特征，少見礫巖沖刷面，基本是中細砂沖刷泥質砂巖和泥巖，泥巖顏色相對南部的較深，多見灰黑色泥質紋層。這表明研究區南部的物源相對東部的物源較近，因而粒度較大，且南部的水體相對較淺。

水下分支河道間沉積物粒度較小，多為灰色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和泥巖（見圖3h），GR 測井曲線呈齒化線形（見圖5）。孤北洼陷東三段辮狀河三角洲前緣沉積垂向上自下而上依次為發育沖刷構造、以粗粒砂巖為主的水下分支河道沉積，和以粉砂巖、泥質砂巖和泥巖組合為特征的水下分支河道間沉積，沉積厚度多為3～5 m；平面上，隨著與物源距離的增大，辮狀河三角洲前緣沉積粒度逐漸變小，逐漸過渡到湖相泥巖。

2.3 滑塌濁積扇

在辮狀河三角洲沉積過程中，由于辮狀河三角洲前緣沉積物的快速側向沉積，沉積界面傾角不斷增大，造成沉積物在自身重力作用下，在其前方發生滑塌，形成舌形或橢圓形滑塌濁積扇砂體［30-33］?；鷿岱e扇砂體在平面上常與三角洲等近源沉積體相伴生；在剖面上也與三角洲等扇體呈互層狀產出；在地震剖面上表現為中強振幅、中連續丘狀反射雙向下超結構，向湖盆方向地震波振幅逐漸變弱、連續性變好（見圖2c）。

研究區東三段滑塌濁積扇的主要沉積特征表現為：1）巖性由灰白色—灰色含礫砂巖、中細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖組成，整體上為向上粒度逐漸變細的正韻律，單個韻律厚度在3～15 cm，砂層累計厚度可達30 m 以上，頂底與暗色泥巖突變接觸；2）顆粒分選較好，磨圓中等，可見泥礫和暗色泥質紋層，多發育塊狀層理、平行層理、波狀層理和變形層理（見圖3i—l）；3）SP 曲線特征響應為齒化鐘形和箱形（見圖6，樁791 井）。

圖6 孤北洼陷東三段滑塌濁積扇沉積序列特征Fig.6 Sedimentary sequence characteristics of slumped turbidite fan front in Ed3 in Gubei subsag

孤北洼陷東三段滑塌濁積扇主要發育在辮狀河三角洲前緣的前端和斷裂帶附近。

垂向上，發育多個向上粒度變小的正韻律沉積，底部多見沖刷面；平面上，滑塌濁積扇的單個扇體面積較小，介于1～6 km2，發育數量較多，受構造活動和物源供給的影響，各扇體的厚度也不盡相同，最大砂體厚度可達20 m 以上。

2.4 湖泊

孤北洼陷東三段沉積時期湖盆范圍較大，水體相對較深。湖相沉積體系在洼陷內部極為發育，地震剖面上表現為中—強振幅的平行—亞平行反射（見圖2d）。

按沉積特征和發育位置區分，湖泊相主要分為濱淺湖和半深湖—深湖亞相。濱淺湖亞相以淺灰色、灰綠色泥巖，泥質粉砂巖，灰質粉砂巖和粉砂巖為主，沉積微相包括湖泥和灘壩。湖泥多為塊狀層理，質不純，可見砂質泥巖、灰質泥巖和炭屑，GR 或SP 測井曲線多為微齒形（見圖3m、圖7）；灘壩多為細砂巖、粉砂巖和泥質粉砂巖的組合，整體呈反韻律特征，測井曲線特征表現為漏斗形（見圖7，樁32 井）。半深湖—深湖亞相主要沉積物為厚層灰黑色湖泥，發育塊狀層理和水平層理（見圖3n），SP 測井曲線呈低幅度或近平直線形泥巖基線特征（見圖7）。

圖7 沾化凹陷孤北洼陷東三段湖泊沉積序列特征Fig.7 Characteristics of lacustrine sedimentary sequence in Ed3 in Gubei subsag

湖泊相沉積在孤北洼陷東三段沉積時期廣泛發育。垂向上，自下而上依次發育半深湖—深湖灰黑色泥巖和濱淺湖淺灰色泥巖夾薄層細砂巖、粉砂巖沉積；平面上，濱淺湖亞相多發育在洼陷邊緣，半深湖—深湖沉積發育在洼陷內部，沉積厚度可達500 m。

3 沉積相平面差異分布特征

孤北洼陷東營組東三段沉積時期湖盆基底沉降緩慢，水體相對閉塞，湖盆水體較深，地層厚度大。此時，西部埕東凸起、南部孤島凸起和東南部墾東-青坨子凸起供源；埕東凸起陡坡帶發育近岸水下扇，東部緩坡和南部孤島凸起緩坡帶發育辮狀河三角洲前緣沉積；洼陷內部，由于構造活動和沉積地形的影響，使得辮狀河三角洲前緣沉積發生滑塌，在前方形成滑塌濁積扇（見圖8、圖9，BB′剖面線位置見圖8）。東三段沉積時期沉積物具有多點供源、多類沉積的特點，受斷層活動影響，沉積體系分布具有明顯差異（見圖8）。

圖8 孤北洼陷東三段沉積相平面分布Fig.8 Planar distribution of sedimentary facies in Ed3 in Gubei subsag

圖9 孤北洼陷東三段沉積南東向（BB′）地震相剖面Fig.9 Southeast （BB′）seismic facies profile in Ed3 in Gubei subsag

綜合分析認為，孤北洼陷東三段沉積相類型主要受控于構造活動和古地貌。

構造作用控制盆地沉積展布。東三段沉積時期，埕東斷層活動強烈，斷距非常大，達1.5 km，因而近岸水下扇具有厚度大、面積小、向湖盆方向推進距離短的特征。

近岸水下扇基本圍繞埕東凸起呈裙邊展布，發育多個扇體：在埕東斷層中段發育的扇體規模最大，扇體寬度可達5 km；南段和北段發育的扇體規模較小，向湖盆推進2 km 左右，扇體寬度在1～2 km。洼陷內部發育了多個滑塌濁積扇，規模大小從1 km2到6 km2不等，扇體規模主要受辮狀河三角洲水下分支河道砂體的延伸距離和斷層活動的強弱所控制——距離三角洲前緣砂體近，則扇體規模一般較大（見圖8）。南部孤島凸起和東部緩坡帶處，由于距離供源區較近，地形坡度較緩，受斷層活動的影響相對較弱，因而穩定發育了一套辮狀河三角洲前緣沉積，其中東部的沉積物粒度相對南部較小，主要是由于距物源墾東凸起的距離遠。

古地貌對沉積也有重要控制作用。東三段沉積期研究區存在兩大沉積中心，分別位于其西側（樁896—樁73 井區以西）和其東南側（樁243 井區以東、樁8-3井區以南）：西側沉積中心最大地層厚度可達600 m，主要為半深湖—深湖亞相和近岸水下扇沉積；東南側沉積中心較西側沉積中心的地層更薄一些，地層最厚在300 m，地層坡度相對較緩，沉積相類型以半深湖—深湖亞相和滑塌濁積扇為主。中部整體地勢較高，呈南北條帶狀展布，沉積物厚度在200～300 m，主要發育辮狀河三角洲前緣和濱淺湖沉積，中北部發育濱淺湖沉積和滑塌濁積扇；東北部地勢相對更高，沉積物厚度在100～200 m，主要為辮狀河三角洲沉積。

4 有利儲集相帶預測

不同類型沉積相帶的顆粒組分、粒度大小、分選性、泥質含量、沉積構造、沉積厚度等都具有一定的差異，從而導致儲層優劣存在差異。受緩坡帶與陡坡帶的地貌限制，孤北洼陷東三段儲集相帶類型主要發育緩坡帶辮狀河三角洲砂體、陡坡帶近岸水下扇砂體和中部洼陷滑塌濁積扇砂體。

近岸水下扇砂體埋深在2 200～2 900 m，單砂體厚度在0.5～15.0 m，巖性以礫巖和砂巖為主，分選、磨圓差，成分和結構成熟度低；且砂體規模較小，面積多數小于10 km2，粗粒相帶集中于近端且橫向變化快，孔隙度在6%～13%，滲透率在0.2×10-3～3.0×10-3μm2，儲層物性較差。

辮狀河三角洲前緣砂體埋深在2 400～3 100 m，單層砂體厚度為1.0～5.0 m，巖性以細砂巖和粉砂巖為主，分選和磨圓中等偏好，成分和結構成熟度中等偏低。另外，南部砂體埋深相對較淺，粒度較大，孔隙度在14%～21%，滲透率為8.0×10-3～45.0×10-3μm2，單砂體厚度在3.0～5.0 m，儲層物性相對較好；東部砂體埋深在2 700～3 100 m，沉積粒度較小，泥巖含量高，單砂體厚度?。?.0～3.0 m），儲集物性中等偏差。

滑塌濁積扇砂體主要由辮狀河三角洲砂體滑塌形成，埋深在2 700～3 200 m，粒度相對偏小，分選較好，多為含礫砂巖和砂巖，成分和結構成熟度較高。單砂體厚度在1.0～24.0 m，孔隙度在12%～20%，滲透率為3.0×10-3～70.0×10-3μm2，儲集物性較好。

綜上所述，距物源區較遠，結構成熟度偏好，對儲層發育較有利［34］?；鷿岱e扇相帶儲層質量好于辮狀河三角洲相帶，近岸水下扇沉積相帶相對較差。因此，滑塌濁積扇和辮狀河三角洲相前緣砂體是有利的精細勘探目標。

5 結論

1）本文綜合巖心、錄井、測井曲線和三維地震資料，明確了沾化凹陷孤北洼陷東三段的沉積相類型和時空差異分布特征。

2）沾化凹陷孤北洼陷東三段沉積時期，總體湖盆水體較深，濱淺湖和半深湖—深湖沉積占主導地位。濱淺湖主要發育在洼陷邊緣部位，以淺灰色、灰綠色塊狀層理的泥巖沉積為主體，夾薄層粉砂巖和泥質粉砂巖，半深湖—深湖主要發育厚層灰黑色塊狀泥巖。

3）埕東凸起斷裂陡坡帶主要發育近岸水下扇沉積，巖性主要是粗粒的砂礫巖、粗砂巖等與細粒的粉砂巖、泥巖的組合，整體呈正韻律特征；鄰近南部孤島凸起和東部的長堤低凸起緩坡帶發育了辮狀河三角洲前緣沉積，以多個向上變細的正韻律層序疊覆為特征，多見平行層理、槽狀交錯層理和楔狀交錯層理；滑塌濁積扇主要發育在洼陷內部斷層活動處，主要沉積特征為砂巖頂底與暗色泥巖突變接觸，可見包卷層理和變形層理。

4）在沾化凹陷孤北洼陷東三段不同沉積成因砂體中，滑塌濁積扇相帶的儲層質量好于辮狀河三角洲相帶，近岸水下扇沉積相帶相對較差。