坳陷湖盆淺水三角洲沉積特征與油氣成藏研究——以饒陽凹陷蠡縣斜坡為例

楊 帆，鄒才能，侯連華，于興河，李勝利

(1.中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

坳陷湖盆淺水三角洲沉積特征與油氣成藏研究
——以饒陽凹陷蠡縣斜坡為例

楊 帆1，鄒才能1，侯連華1，于興河2，李勝利2

(1.中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

淺水三角洲是大規(guī)模巖性油氣藏發(fā)育的基礎(chǔ)，其形成的彌散狀分布的砂體和頻繁進退的湖平面是大規(guī)模巖性地層圈閉形成的有利條件。在巖心精細描述的基礎(chǔ)上，利用測井、地震等地球物理手段，分析饒陽凹陷蠡縣斜坡沙河街組沉積相類型及成因，建立了淺水三角洲的沉積模式，為在構(gòu)造圈閉不發(fā)育的背景下尋找?guī)r性、地層油氣藏提供了勘探方向。

沉積特征;巖性油氣藏;淺水三角洲;沙河街組;蠡縣斜坡;饒陽凹陷

引言

近年來，在中國渤海灣盆地、松遼盆地、鄂爾多斯晚三疊世、四川盆地晚三疊世都發(fā)現(xiàn)了淺水三角洲。經(jīng)勘探證實，坳陷湖盆大面積淺水三角洲及湖盆中心砂體是巖性油氣藏勘探的重要目標，是大面積低豐度巖性油氣田形成的基礎(chǔ)，具有重要的油氣勘探意義［1－5］。淺水三角洲的概念最早由Fisk提出，主要發(fā)育在地形平緩、整體沉降緩慢的坳陷盆地，或穩(wěn)定克拉通盆地背景下有河流注入的淺水湖盆［4，6］。淺水三角洲在沉積動力學(xué)、沉積微相的組成、展布特征等方面有別于正常三角洲。

蠡縣斜坡位于渤海灣盆地冀中坳陷中部，為一北北東向、西抬東傾的大型寬緩低幅度繼承性沉積斜坡［7－8］，在沙二、沙一下亞段形成了淺水廣域湖盆，具備淺水三角洲發(fā)育的構(gòu)造背景。本文以蠡縣斜坡為例，詳細解剖淺水三角洲的沉積特征和成因，明確淺水三角洲發(fā)育的地質(zhì)背景，建立陸相坳陷湖盆淺水三角洲的發(fā)育模式，為坳陷湖盆淺水三角洲的巖性、地層油氣勘探提供新思路。

1 淺水三角洲的特征

1.1 平面分布特征

淺水三角洲是蠡縣斜坡沙二段、沙一下亞段最重要的沉積相類型之一，覆蓋了斜坡近70%的面積。其中，以安國—博野水系為主的南部物源為主要供源方向，形成的砂體分布范圍廣，厚度較大，而在斜坡北部的臺地地貌區(qū)，三角洲分布范圍相對較小。淺水三角洲分流河道大量發(fā)育，河流能量遠大于湖水改造的能量，河道向湖區(qū)推進速度快且遠，可達40 km以上，形成的分流河道砂體分布面積廣，相比而言，河口壩欠發(fā)育。

1.2 巖心、測井響應(yīng)特征

通過38口井636 m的巖心觀察表明，蠡縣斜坡沙二段巖心多為中細砂巖和粉細砂巖，泥巖顏色多為雜色，水道化特征明顯，各種沖刷現(xiàn)象常見;沙一下亞段巖心粒度偏細，以粉細砂巖為主，分選磨圓及含油性較好，泥巖顏色一般多為深灰色或灰綠色，深灰色優(yōu)質(zhì)泥頁巖大量發(fā)育，蟲孔、植物莖干和炭化植物碎片亦較為常見，黃鐵礦等較多出現(xiàn)，反映出水下較強的還原環(huán)境(圖1)。

在層理構(gòu)造方面，沖刷面比較常見，其上發(fā)育槽狀層理、板狀交錯層理和塊狀層理，反映了快速卸載快速堆積的沉積特征。復(fù)合層理、浪成沙紋層理等沉積特征常見，表明水體動蕩，受湖浪影響較大。斜坡中北部局部高部位還鉆遇了生物介殼和生物灰?guī)r。

從不同沉積環(huán)境特征上看，三角洲平原表現(xiàn)為中、細砂巖與紅色泥巖構(gòu)成的正旋回，具有“砂包泥”的特點;以中高幅鐘形、箱形－高幅指狀測井組合為主，頂部漸變、底部突變，呈現(xiàn)出淺水三角洲的特征。沖刷面附近可見紅色拉張狀定向排列的泥礫，分流河道砂體的單韻律層一般厚度為1～2 m，在巖相組合特征上，多出現(xiàn)Sp、Sh、Sm、Sr的組合。

圖1 蠡縣斜坡巖－電關(guān)系模板

三角洲前緣巖性以灰色細砂巖、粉砂巖與灰色泥巖不等厚互層為主，水下分流河道沉積構(gòu)造類型豐富多樣，主要為各種交錯層理和波狀層理，底部發(fā)育沖刷面，富含灰色泥礫、炭屑和植物莖干，多出現(xiàn)Sp、St、Sr巖相組合;測井表現(xiàn)為中幅鐘形或箱形為主，齒化嚴重，頂部漸變，底部突變;單砂層的厚度一般為3～4 m，最大可達6 m;河口壩微相以中幅弱齒化漏斗形或舌形為主，頂部突變，底部漸變，以Sp、Sh、Sr和Mh巖相為主，單砂層厚度一般在1 m左右，下細上粗反旋回，頂部常常因河道沖刷而被破壞。

濱淺湖灘砂壩微相主要發(fā)育在沙一下亞段，由于大規(guī)模的快速湖泛而形成。巖性主要為厚層塊狀中細砂巖，可見塊狀層理、波狀交錯層理、小型波紋層理等。測井上以中低幅弱齒化漏斗形、舌形或鐘形為主，頂?shù)诐u變。

1.3 地震響應(yīng)特征

由于蠡縣斜坡坡度小，整體十分平緩，地震同相軸連續(xù)性好，不存在Gilbert型三角洲模式的頂積層、前積層、底積層的三層結(jié)構(gòu)。盆地寬緩，無明顯的破坡折，上超、下超特征僅能在斜坡高部位和盆地中央物源卸載區(qū)識別，且多形成低角度前積反射(圖2)。

圖2 前積地震響應(yīng)特征

2 淺水三角洲的發(fā)育條件與特點

與正常三角洲不同，中國坳陷盆地大型淺水三角洲前緣帶儲集體以水下分流河道砂為主，河口壩、席狀砂不發(fā)育［9－10］。通過對蠡縣斜坡的構(gòu)造、沉積分析，認為淺水三角洲的發(fā)育主要受構(gòu)造、古水深和物源供給3個方面控制，其中構(gòu)造和古水深是形成淺水三角洲的先決條件。

2.1 構(gòu)造條件

一般淺水三角洲形成于盆地的坳陷期，沉降緩慢，地勢平緩，構(gòu)造活動微弱，且有充足的沉積物供給。饒陽凹陷在古近系經(jīng)歷了5個演化階段，盆地從沙二段開始進入坳陷發(fā)育階段，至東營時期消失［7］。

蠡縣斜坡古近系沙河街組地層坡度較小，平均坡度僅有3～5°，特別是沙二至沙一早期，坡降一般僅為1～3 m/km，呈現(xiàn)典型的緩坡特征;沙二段、沙一下亞段三角洲體系規(guī)模大，分布面積可達1× 103～2×103km2。盆地演化過程中，太行山持續(xù)抬升，水系發(fā)育，物源供給充足;盆內(nèi)穩(wěn)定沉降，古地形寬緩，湖泊收縮擴張波及范圍廣，水體總體較淺，有利于入湖河流攜帶碎屑物進入蠡縣斜坡，廣泛分布各種形態(tài)的砂體。

2.2 古水深

蠡縣斜坡古近系主要發(fā)育4次湖侵，即Ek1、Es4、Es2－3時期。其中Ek1、Es4時期凹陷湖泊范圍較廣，湖水深度大(半深湖—淺湖)，湖侵時間長;Es2－3時期湖泊發(fā)育局限，湖水深度淺，湖侵時間短;Es1下時期保定凹陷湖水與饒陽凹陷連接，構(gòu)成冀中坳陷的廣湖發(fā)育期，但湖侵時間短，湖水深度相對較淺。根據(jù)沉積顆粒粒徑、沉積構(gòu)造、古生物等標志，可估算出蠡縣斜坡在沙一下亞段水深為10～20 m。

2.3 物源供給

蠡縣斜坡沙河街組的淺水三角洲發(fā)育于沙二段、沙一下亞段的湖盆坳陷時期，氣候溫暖潮濕，處于二級層序基準面的下降末期和上升初期，物源充足，沉積物向盆內(nèi)大幅推進，斜坡處沉積砂體的最大厚度可達70 m，單期河道厚度為4～6 m，砂地比為45%～65%。

2.4 淺水三角洲發(fā)育特點

根據(jù)蠡縣斜坡沙河街組三角洲的發(fā)育特點，建立了淺水三角洲發(fā)育模式(圖3)。沙三時期處于饒陽凹陷的斷陷深陷期，氣候干燥，地層抬升剝蝕明顯，物源充足，沉積物進積形成了大量灰綠、紅褐色砂巖，沉積體系以辮狀河三角洲平原為主，南部的主要物源與北部的次要物源在高陽—西柳鼻狀構(gòu)造帶交匯。淺水三角洲主要發(fā)育在沙二段晚期和沙一下亞段。在盆地斷陷萎縮的背景下沙二段接受沉積，此時構(gòu)造抬升，氣候干燥，湖平面下降，斜坡區(qū)大面積區(qū)域暴露于地表，在蠡縣斜坡范圍內(nèi)沉積了1套較粗粒的紅褐色砂巖，以發(fā)育淺水三角洲平原為典型特征;進入沙一下沉積時期，蠡縣斜坡已經(jīng)非常平緩，在前期填平補齊作用的基礎(chǔ)上，斜坡上壘、塹相間的格局已不復(fù)存。蠡縣斜坡北西向的保定凹陷和蠡縣斜坡已連片，除繼承性發(fā)育的物源外，南部還存在由北西向直接從太行山跨過高陽低凸起進入蠡縣斜坡的物源;沙一下亞段經(jīng)歷了饒陽最大規(guī)模的一次湖泛，由于地層坡度緩，蠡縣斜坡大部分面積都被湖水所覆蓋，滿坡都被淺水三角洲前緣所覆蓋，在物源邊緣區(qū)形成了灘壩儲集體。

圖3 蠡縣斜坡沙河街組淺水型三角洲沉積模式

3 淺水三角洲的巖性、地層油氣藏勘探

大型淺水三角洲具備中低豐度巖性、地層油氣藏大面積成藏和油氣富集的有利條件:①小油氣柱、中低壓力系統(tǒng)降低了成藏條件要求;②平緩構(gòu)造背景條件下，大面積淺水三角洲;體系形成的彌散狀廣泛分布的巖性圈閉和成巖圈閉，湖水頻繁進退可在高部位形成地層超覆和遮擋的地層圈閉;③大型淺水三角洲體系中低孔滲砂巖成藏和保存條件好，能夠形成自生自儲油氣聚集，并能形成由大規(guī)模巖性、地層油氣藏群構(gòu)成的中低豐度油氣田(區(qū));④淺水三角洲平原—前緣過渡帶發(fā)育廣覆式烴源巖，如沙一下亞段大規(guī)模湖泛形成的遍布整個蠡縣斜坡的“特殊巖性段”，具備大面積成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，且與大面積分布的砂體直接接觸，儲蓋配置良好，有利于油氣成藏。

3.1 巖性油氣藏

在寬淺湖區(qū)相對低可容空間條件下，淺水三角洲砂體橫向遷移與縱向推進，形成大規(guī)模連片疊置的河道砂體。在局部高地圍斜部位、坡折帶附近都可造成砂體局部富集，形成尖滅型砂體，如蠡縣斜坡南部的寧52油藏(圖4)。

建設(shè)性的成巖作用還可以形成大規(guī)模的成巖巖性圈閉。淺水三角洲平原—前緣過渡帶大規(guī)模低孔低滲厚層砂巖中，主要發(fā)育成巖作用形成的成巖圈閉。建設(shè)性成巖作用形成成巖圈閉有2種成因，一是在大面積低孔低滲砂巖中存在局部有效儲層，外圍由于破壞性成巖作用形成致密膠結(jié)帶，使?jié)B透性儲集體被致密帶包裹而形成圈閉，如斜坡中北段的西柳10油藏，位于三角洲平原—前緣過渡帶上，北西向物性致密而封閉成藏;二是在低孔滲巖性背景下，由于建設(shè)性成巖作用形成的次生高孔滲物性變化帶(主要是煤系地層排出的酸性水促使溶蝕作用發(fā)生而形成的有效儲層)在低孔滲背景下自成圈閉。

圖4 蠡縣斜坡油藏類型

3.2 地層油氣藏

在沙三、二段沉積時期，區(qū)域構(gòu)造抬升作用加強，在研究區(qū)北部的劉李莊潛山和雁翎潛山地區(qū)，地層因暴露地表而遭受剝蝕，傾角較小，剝蝕面積較廣，形成了區(qū)域性不整合。隨著基準面的上升和盆地的沉降和埋藏，沙一下段發(fā)育了古近系以來最大的一次湖泛，蠡縣斜坡北部發(fā)育的三角洲砂體層披覆在不整合面之上，在蠡縣斜坡北部形成了地層圈閉。如北部的雁60沙二段地層超覆油藏和雁9沙二段地層削截油藏。

4 結(jié)論

(1)蠡縣斜坡沙河街組沙二段、沙一下亞段構(gòu)造平緩，廣湖水淺，具備發(fā)育淺水三角洲的良好地質(zhì)基礎(chǔ)。主要微相有三角洲平原分流河道、分流間灣，三角洲前緣水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂、水下分流間，濱淺湖的灘砂壩等，其中分流河道、水下分流河道、灘砂壩是主要的砂體類型。

(2)淺水三角洲的發(fā)育主要受構(gòu)造、古水深和物源供給3個方面控制，其中穩(wěn)定的構(gòu)造運動、平緩的構(gòu)造形態(tài)和較淺的古水深是淺水三角洲發(fā)育的先決條件，充足的物源供給是淺水三角洲形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。

(3)在缺乏構(gòu)造圈閉發(fā)育的條件下，淺水三角洲體系形成的彌散狀廣泛分布的砂體和頻繁進退的湖平面是巖性、地層油氣藏形成的有利條件，小油氣柱、中低壓力系統(tǒng)降低了成藏條件要求。蠡縣斜坡4個大型的鼻狀構(gòu)造圍斜部位和局部的坡折附近可形成砂體尖滅型、成巖封閉性巖性圈閉;北部受湖平面升降的影響，可形成大規(guī)模分布的不整合，是地層圈閉的有利發(fā)育區(qū)。

致謝:感謝中國石油華北油田采油一廠高翠欣所長、李瑞軍主任對本研究的指導(dǎo)和幫助;感謝項目組成員任小軍、苑坤等的辛勤工作!

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Sedimentary characteristics and hydrocarbon accumulation in shallow－water delta of depression lake basin: a case study with Lixian slope in Raoyang depression

YANG Fan1，ZOU Cai－neng1，HOU Lian－h(huán)ua1，YU Xing－h(huán)e2，LI Sheng－li2
(1.Research Institute of Petroleum Exploration＆Development，PetroChina，Beijing 100083，China; 2.China University of Geosciences，Beijing 100083，China)

Shallow－water delta is fundamental for development of large scale lithologic reservoirs.Dispersed distribution of sands and frequent transgression－regression of lake level are favorable conditions of forming lithologic－stratigraphic traps.Sedimentary facies and genesis are analyzed for the Shahejie formation in Lixian slope in Raoyang depression based on detailed core description in conjunction with logging and seismic methods.A depositional model of shallow－water delta has been built.This research provides exploration guide for finding lithologic and stratigraphic reservoirs in regions where structural traps were not developed.

sedimentary characteristic;lithologic reservoir;shallow－water delta;Shahejie formation;Lixian slope;Raoyang depression

TE122.1

A

1006－6535(2012)03－0026－05

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.006

20110917;改回日期:20111016

國家自然科學(xué)基金“陸相湖盆斜坡帶順坡流與沿坡流相互作用機理及沉積構(gòu)型響應(yīng)”(41072084);國家重大專項“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標評價”(2011ZX05001)

楊帆(1984－)，男，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)寶石與材料工藝學(xué)專業(yè)，2010年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事巖性、地層油氣藏等石油勘探地質(zhì)工作。

編輯黃華彪