高郵凹陷古近系戴南組扇三角洲沉積體系及其沉積相模式

紀(jì)友亮，李清山，王 勇，胡 斌

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司物探研究院，江蘇南京 210046）

0 引 言

扇三角洲是指沖積扇或辮狀河直接進入淺水體形成的一類砂體［1］。其平面形態(tài)一般呈扇形，水上部分為扇三角洲平原，水下部分為扇三角洲前緣，在其上游方向缺失曲流河沉積［2－6］。目前多數(shù)學(xué)者研究認(rèn)為，湖盆扇三角洲多發(fā)育在地形高差大的湖泊短軸方向上，物源區(qū)距湖盆水體近，甚至直接接觸［7－8］。扇三角洲可以發(fā)育在盆地的收縮期和低位期，也可以發(fā)育在湖盆發(fā)育的高水位期。

本研究的層段是高郵凹陷古近系戴南組。在高郵凹陷南部陡坡帶發(fā)育含泥礫的砂級和細(xì)砂級碎屑巖體是該區(qū)的重要油氣勘探領(lǐng)域［9－11］，這套碎屑巖體究竟是遠(yuǎn)源三角洲、近岸湖底扇還是扇三角洲沉積，一直存在爭議［12－18］。不同的沉積相類型，其砂體展布模式和儲層質(zhì)量不同，因此有必要對高郵凹陷古近系戴南組的沉積相類型做詳細(xì)研究。經(jīng)過本次研究，確定扇三角洲體系是高郵凹陷南部陡坡帶戴南組最為發(fā)育的一種沉積類型。戴一段早期，凹陷處于裂陷初始期，盆地規(guī)模較小，南部斷裂帶距物源較近，周緣物源沉積體系很快進入湖泊，形成廣泛分布的扇三角洲沉積體系類型；戴二段時期，構(gòu)造活動趨于平緩，沉積物供應(yīng)充足，在南部斷階帶形成了大型的扇三角洲沉積。受到古構(gòu)造、古地形、水動力條件等不同因素的控制，不同扇三角洲的分布范圍、形態(tài)等表現(xiàn)出不同情況。扇三角洲各種亞相（平原、前緣、前扇三角洲等）的識別標(biāo)志較多［7，19－20］，各種標(biāo)志的綜合應(yīng)用，可以較為準(zhǔn)確地識別出扇三角洲沉積體系類型。

1 扇三角洲相標(biāo)志

扇三角洲發(fā)育的基本條件是物源區(qū)地勢高，坡降陡，這樣由碎屑流和辮狀河攜帶的碎屑物質(zhì)進入淺水環(huán)境，形成扇三角洲沉積。因此，從扇三角洲發(fā)育的沉積背景來看，其具有多種識別標(biāo)志。

1.1 沉積水體環(huán)境及巖性特征

扇三角洲是在淺水環(huán)境中沉積的砂體，其巖性特征主要由棕色、淺紫色、暗紫色泥巖（圖1），淺灰色泥巖夾粉細(xì)砂巖，中—粗砂巖和含礫砂巖組成（圖2），這種巖性特征能反映淺水氧化環(huán)境。僅在扇三角洲前緣和前扇三角洲有灰色泥巖沉積，反映了水下的弱還原環(huán)境（圖3）。

1.2 粒度特征及成分和結(jié)構(gòu)特征

圖2 戴南組各種砂巖照片F(xiàn)ig.2 Photos of different sandstones of Dainan Formation

圖3 戴南組還原色泥巖照片F(xiàn)ig.3 Photos of dark colored mudstones of Dainan Formation

由于扇三角洲上游的山區(qū)河流流程短，所以河流帶來的碎屑沉積物得不到充分的磨圓和分選，很快沉積下來。這使得扇三角洲沉積物粒度較粗，結(jié)構(gòu)和成分成熟度應(yīng)較低［2，4，21］。但高郵凹陷戴南組發(fā)育的扇三角洲規(guī)模較大，沉積碎屑物質(zhì)所經(jīng)受的搬運距離較長，得到了相對較強的分選和磨圓，因此分選、磨圓度及成熟度達(dá)到了中等的程度。

圖4 真42井粒度概率累計曲線特征Fig.4 Accumulative curves of probability distribution of granularity of Well Zhen42

從真42井的粉砂巖和細(xì)砂巖的粒度概率曲線可以看出，主要發(fā)育“兩段式”和“三段式”（圖4）。其中跳躍組分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）較高，基本大于70%，且跳躍斜率較陡，表明分選度中等，而滾動組分（小于0.1mm）發(fā)育較少，這反映其沉積環(huán)境為扇三角洲前緣水下分流河道。圖5反映了戴南組扇三角洲具有重力流和牽引流過渡的特點。

1.3 沉積構(gòu)造特征

扇三角洲的沉積構(gòu)造類型多樣，以牽引流形成的沉積構(gòu)造為主，也發(fā)育重力流成因的沉積構(gòu)造，通過戴南組巖芯觀察描述，很多井（如真42井、富31井）鉆遇到了扇三角洲水下分流河道沉積，巖芯上見礫石呈疊瓦狀定向排列，亦多見底礫沖刷面（圖6），反映牽引流形成的河道砂礫滯留沉積。當(dāng)物質(zhì)供給充分，單向水流作用又很強時，多形成以平行層理或塊狀層理為主的粉（細(xì)）砂巖相厚層，并且發(fā)育凹凸不平的沖刷充填沉積構(gòu)造，這些都是牽引流成因的沉積構(gòu)造特征。當(dāng)物源供給不充分時，且雙向的湖浪作用較強時，會形成波狀層理粉砂巖相、斜層理或交錯層理細(xì)砂巖相（圖7～9）。

1.4 地震剖面的反射特征

從高郵凹陷戴南組南北向地震剖面來看，扇三角洲不同亞相的地震反射特征差異較大。扇三角洲平原亞相本身的的反射結(jié)構(gòu)在橫向上也是變化的，有無反射的空白地震相，有雜亂反射地震相，也有低振幅、低連續(xù)性的平行地震相，總體反射結(jié)構(gòu)形態(tài)是楔形的，表現(xiàn)為盆地邊緣厚、盆地中心薄。例如在富21井附近，地震反射特征為楔狀雜亂反射（圖10），代表扇三角洲沉積特征。扇三角洲前緣亞相和前扇三角洲亞相的地震反射結(jié)構(gòu)在橫向上也是變化的，包括強振中連平行－亞平行地震相，微發(fā)散或傾斜前積反射地震相，總體表現(xiàn)為向盆地方向反射層數(shù)增加，振幅增強，連續(xù)性變好。

圖5 戴南組牽引流沉積C－M圖Fig.5 C－Mmaps reflecting traction flow of Dainan Formation

圖6 沖刷面構(gòu)造照片F(xiàn)ig.6 Photos of structures of erosion surfaces

圖7 平行層理和斜層理砂巖照片F(xiàn)ig.7 Photos of sandstones with parallel and inclined beddings

2 扇三角洲亞相和微相劃分

圖8 波狀層理砂巖照片F(xiàn)ig.8 Photos of sandstones with rolling bedding

圖9 交錯層理砂巖Fig.9 Photos of sandstones with cross bedding

圖10 富21井附近扇三角洲地震反射特征Fig.10 Seismic reflection characteristics of fan delta near Well Fu21

扇三角洲的結(jié)構(gòu)特征與三角洲類似，但由于它是由沖積扇直接進入湖盆或辮狀河入湖形成的，所以其沉積物粒度比三角洲沉積物粒度粗。其主要為棕－棕灰色泥巖夾粗碎屑巖類沉積，組成以砂礫巖和含礫砂巖為主的垂向序列。水下分流河道或辮狀分流河道發(fā)育較好，而河口砂壩發(fā)育較差。根據(jù)高郵凹陷戴南組扇三角洲在地震、測井及巖性上的特點，可劃分出扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲3個亞相帶。由于本區(qū)扇三角洲在縱向演化上具明顯的進積旋回，每個旋回由下至上發(fā)育前扇三角洲、扇三角洲前緣和扇三角洲平原亞相。

根據(jù)高郵凹陷南部斷階帶中近20口井戴南組巖芯觀察描述（如真1井、真42井、曹61井、富31井、周22井、花3A井等），將扇三角洲各亞相和微相的主要成因類型及特征進行總結(jié)。

2.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原系沖積扇的陸上與水下部分，是主辮狀河道、辮狀分流河道發(fā)育區(qū)，主要分布于南部斷階帶，巖性為混雜礫巖、砂礫巖夾黃—灰綠色泥巖組成，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，單砂層垂向上具明顯的正韻律；自然電位曲線表現(xiàn)為齒化的鐘形與箱形組合（圖11）。按其沉積特征可細(xì)分為水上分流河道和漫灘沼澤微相。

2.1.1 水上分流河道

水上分流河道巖石類型主要為薄層的中—細(xì)砂巖、粉砂巖和厚層含礫砂巖及砂礫巖。砂礫巖主要發(fā)育于分流河道底部。在剖面上具有下厚上薄和下粗上細(xì)的特點。沉積構(gòu)造主要為板狀交錯層理、槽狀交錯層理和塊狀層理（圖7～9），在粉、細(xì)砂巖中局部見滑塌變形層理，在礫石中見疊瓦排列現(xiàn)象。自然電位曲線為不規(guī)則鐘形、箱形和指狀組合（圖11）。

2.1.2 漫灘沼澤

漫灘沼澤巖石類型為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和棕色、淺灰色泥巖組成，偶見不規(guī)則斜層理和透鏡狀層理。其在垂向上與砂礫巖呈不等厚互層，以小型正韻律為主，頂部與砂礫巖呈突變接觸，底部與砂礫巖呈漸變接觸。以真42井為例（圖12），底部發(fā)育沖刷構(gòu)造，為辮狀分流河道，向上由一個含礫砂巖－中細(xì)砂巖－粉砂巖－泥巖的正韻律層組成，厚12m，礫石以灰綠色泥巖為主，礫石大小不均（最大3cm），磨圓度差，反映快速堆積過程，中細(xì)砂巖段可見粒序－塊狀－交錯層理。自然電位曲線為低—中幅齒化的鐘形或箱形（圖11）。

2.2 扇三角洲前緣

扇三角洲前緣亞相是沖積扇或辮狀河入湖以后形成的水下沉積部分，主要發(fā)育水下分流河道、分流河道間和席狀砂微相，屬于扇三角洲的主體，發(fā)育面積較大，在高郵凹陷中東部的南部斷階帶中，多數(shù)井都有鉆遇。其巖石類型以砂礫巖、中粗砂巖、中細(xì)砂巖為主，夾粉砂質(zhì)泥巖、灰綠色或灰色泥巖。

2.2.1 水下分流河道

圖11 研究區(qū)戴南組主要測井曲線形態(tài)Fig.11 Main types of well log curves of Dainan Formation in the study area

水下分流河道為扇三角洲平原水上分流河道在水下的延伸部分，其巖石類型主要為含礫砂巖、灰色塊狀砂巖夾薄層灰色泥巖。其多發(fā)育復(fù)合正韻律，韻律底部常見沖刷充填構(gòu)造，局部可見反映淺水環(huán)境的生物擾動構(gòu)造和傾斜潛穴。由于沉積物受單向水流和波浪的雙重影響，所以除發(fā)育大中型板狀交錯層理、波狀交錯層理、平行層理外（圖13），還見浪成交錯層理。自然電位曲線為中高幅箱形或鐘形負(fù)異常組合（圖11）。

2.2.2 分流河道間

分流河道間巖石類型主要由粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及少量粉砂巖組成。泥巖及粉砂巖的顏色為淺灰綠色、淺灰色和暗紫色。分選一般較差，見到漂浮結(jié)構(gòu)及似斑狀結(jié)構(gòu)，反映了洪水期間沉積物從分流河道中溢到分流河道間沉積所致；主要沉積構(gòu)造為小型交錯層理、透鏡狀層理、斷續(xù)波狀及波狀層理等。自然電位曲線為中低幅齒形（圖11）。

2.2.3 席狀砂

席狀砂位于扇三角洲前緣亞相的最前部，主要為細(xì)砂、粉砂和泥質(zhì)粉砂沉積，夾于灰色、綠灰色泥巖之中。細(xì)砂巖分選較好—中等。主要沉積構(gòu)造類型為平行層理、波狀層理和塊狀層理。自然電位為小型漏斗形或指形負(fù)異常組合。

2.3 前扇三角洲

前扇三角洲是扇三角洲前緣向淺湖區(qū)或向深湖區(qū)過渡的斜坡帶，含較多的輪藻與介形蟲化石［22］。巖石類型為灰色和深灰色泥巖夾少量的粉砂巖。自然電位曲線為直線。前扇三角洲向半深湖過渡，底部出現(xiàn)少量正遞變層理和滑塌揉皺砂層，其為上方前緣帶砂層發(fā)生滑塌搬運至此的濁積砂體。

綜上所述，這類扇三角洲是在盆地演化過程中特定構(gòu)造環(huán)境下（箕狀斷陷的陡坡帶）形成的產(chǎn)物，由水下辮狀分流河道砂體構(gòu)成扇三角洲的主體砂體，河口壩不發(fā)育；垂向剖面上既可呈反韻律特征，也有呈正韻律的剖面結(jié)構(gòu)圖；自然電位曲線為大套的齒形曲線組合，幅度中等，齒形曲線疊置時，形成箱形、鐘形、漏斗形的包絡(luò)線［23－24］。

3 沉積相演化模式

陸相層序地層學(xué)理論認(rèn)為，層序地層結(jié)構(gòu)發(fā)育特征由構(gòu)造沉降、物源供給、湖平面變化、氣候變化等多種因素綜合控制，層序格架內(nèi)的沉積體系是層序地層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的“血”與“肉”，因此沉積體系的空間演化也受到上述各種因素的控制［25－29］。

戴南組發(fā)育時期，高郵凹陷處在斷陷盆地的裂陷期，盆地為一箕狀斷陷。北部緩坡帶主要發(fā)育三角洲－濱淺湖沉積體系，分布于永安—沙埝—花莊—瓦莊一帶。由于受沉積物供應(yīng)和古地貌的影響，各三角洲規(guī)模不一，自西向東規(guī)模減小。南部斷裂帶主要發(fā)育扇三角洲－近岸水下扇－湖泊沉積體系，并呈現(xiàn)以多物源、多沉積中心、扇體疊置為特點的沉積體系展布特征。中部深凹帶主要發(fā)育湖底扇—半深湖—深湖沉積（圖14）。由于受沉積物供應(yīng)和古地貌的影響，各扇三角洲規(guī)模不一，自西向東規(guī)模增大。

圖12 真42井巖芯沉積微相分析Fig.12 Microfacies analysis of core sediments in Well Zhen42

4 沉積相平面展布特征

根據(jù)單井沉積相、連井沉積相以及地震剖面反射特征、地震地質(zhì)解釋剖面相模式和砂地比圖，綜合研究了戴南組各段地層沉積相的平面展布特征。

4.1 戴一段

戴一段沉積時期，南部斷裂帶主要發(fā)育扇三角洲和近岸水下扇沉積，物源主要來自南部的通揚隆起和東部的吳堡低凸起；北部緩坡帶發(fā)育源自柘垛低凸起的三角洲沉積（圖15）。凹陷內(nèi)除去上述兩個相區(qū)之外，還發(fā)育濱淺湖—半深湖沉積，其特點是巖性以暗色夾過渡色泥巖為主。從砂巖等厚、砂巖百分比圖上看，半深湖環(huán)境都是砂巖厚度和砂巖含量低值區(qū)。

4.2 戴二段

戴二段沉積時期，構(gòu)造活動趨于平緩，物源供應(yīng)充足。在凹陷南部陡坡帶一側(cè)，真武—曹莊—富民—周莊一帶發(fā)育扇三角洲相沉積，扇三角洲平原相帶較窄，以富民、周莊一帶扇三角洲規(guī)模最大。北部緩坡帶主要發(fā)育三角洲沉積，三角洲前緣相帶延伸距離較遠(yuǎn)；深凹帶主要發(fā)育濱淺湖—半深湖相沉積（圖16）。

5 結(jié) 語

（1）高郵凹陷中東部戴南組沉積時期為陸相湖泊沉積，沉積相類型主要為扇三角洲和三角洲，扇三角洲可以進一步劃分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲亞相，并可以進一步劃分為水上分流河道、漫灘沼澤、水下分流河道、分流河道間、河口壩和席狀砂等微相。其中水下分流河道發(fā)育，而河口壩和席狀砂發(fā)育較差。

圖13 富31井巖芯微相分析Fig.13 Microfacies analysis of core sediments in Well Fu31

（2）高郵凹陷中東部戴南組沉積物主要來自北部柘垛低凸起、南部通揚隆起及東南部的吳堡低凸起。南部斷裂帶存在5個主要物源；真武—曹莊—肖劉莊地區(qū)的物源主要來自通揚隆起區(qū)；富民—周莊—陳堡地區(qū)的物源主要來自東南的吳堡低凸起。5個物源區(qū)發(fā)育5個大型扇三角洲群。由于受沉積物供應(yīng)和古地貌的影響，各扇三角洲規(guī)模不一，自西向東規(guī)模增大。

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圖14 高郵凹陷中東部戴南組沉積相模式Fig.14 Sedimentary facies model of Dainan Formation in the middle and eastern parts of Gaoyou Sag

圖15 高郵凹陷中東部戴南組戴一段沉積相Fig.15 Sedimentary facies of the first member of Dainan Formation in the middle and eastern parts of Gaoyou Sag

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圖16 高郵凹陷中東部戴南組戴二段沉積相Fig.16 Sedimentary facies of the second member of Dainan Formation in the middle and eastern parts of Gaoyou Sag

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