惠民凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂體沉積特征及形成條件

袁 靜，梁繪媛，譚明友，陳曉杰，董道濤，孫明江，高若函

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580;2.中國(guó)石化勝利油田 物探研究院，山東東營(yíng)257000;3.中國(guó)石化 勝利油田 純梁采油廠，山東東營(yíng)257000)

近年來(lái)，隨著油氣勘探程度的不斷提高，單層厚度薄、橫向變化大、隱蔽性強(qiáng)的湖相灘壩砂體的勘探取得了很多突破，尤其在濟(jì)陽(yáng)坳陷已成為重要的儲(chǔ)集砂體類型。前人對(duì)東營(yíng)凹陷［1－3］、沾化凹陷［4］、車鎮(zhèn)凹陷［5－6］和惠民凹陷中央隆起帶［7－8］灘壩砂體的沉積特征、展布規(guī)律和影響因素等已做過(guò)較為詳細(xì)的工作，而對(duì)惠民凹陷南部緩坡帶(以下簡(jiǎn)稱惠民南坡)沙四段(沙河街組四段)灘壩砂體的研究相對(duì)薄弱。

本文在精細(xì)巖心描述的基礎(chǔ)上，結(jié)合粒度分析、測(cè)井曲線和地震反射特征，并綜合考慮構(gòu)造發(fā)育背景、物源特征和搬運(yùn)介質(zhì)性質(zhì)等因素，對(duì)惠民南坡沙四段上亞段灘壩砂體進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1 沉積背景

惠民南坡是惠民凹陷南斜坡和夏口斷裂帶的總稱，是由控凹的齊廣斷層和夏口斷層共同控制的大型單斜式緩坡帶，長(zhǎng)軸呈北東向，勘探面積約2 400 km2(圖1)。研究區(qū)在單斜背景上被一系列近北東向和北北東向斷層切割，形成了東西向“梁溝相間”、南北向“斷階分帶”的基本構(gòu)造格局［9］。鉆井揭示該區(qū)地層發(fā)育較為齊全，僅東營(yíng)末期由于塊斷差異運(yùn)動(dòng)，曲堤地壘帶整體南翹，古近系普遍遭受剝蝕，館陶組上覆于沙四段—東營(yíng)組之上。

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造、地層和沉積情況，將惠民凹陷南坡沙四段劃分為上、下兩個(gè)亞段，其中上亞段劃分為4個(gè)砂層組。沙四段上亞段沉積時(shí)期正值惠民凹陷湖盆擴(kuò)張時(shí)期，在夏口斷層以南湖岸線之上發(fā)育末端扇相，以北地區(qū)發(fā)育濱淺湖灘壩砂體，其中1砂組沉積時(shí)期濱湖區(qū)受洪水影響，橫向上較為寬闊，由陸向湖可劃分出泥坪、混合坪和砂坪，為漫湖沉積。巖心物性分析表明，該區(qū)灘壩砂體孔隙度為5% ～21%，平均為11.86%;滲透率為 0.1×10－3～140×10－3μm2，平均為 7.2×10－3μm2;與大多數(shù)灘壩砂體的物性相比較差。

2 沉積特征

2.1 巖性特征

惠民南坡沙四段上亞段濱湖砂壩以淺灰色中－厚層(3～7 m)粉砂巖、粉－細(xì)砂巖為主要巖石類型;砂灘以淺灰色薄層(單層厚度多小于2 m)粉細(xì)砂巖、粉砂巖與棕紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層為特征。洪水－漫湖沉積時(shí)期，大面積展布的砂灘具有漫湖砂坪特征，與混合坪和泥坪共生。漫湖砂坪位于枯水面附近，是在高能環(huán)境中形成的灰色、褐色、紫紅色薄層(灘砂，單層厚度小于2 m)－中厚層(壩砂，單層厚度大于2 m)砂巖夾紫紅色、棕紅色泥巖沉積，可見雙殼類化石。淺湖砂壩沉積單層厚度一般在2～4 m，多為灰色、深灰色粉砂巖沉積;砂灘一般位于水下地勢(shì)較為平坦處，單層多小于2 m，巖石類型多為粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，有時(shí)見植物碎屑。

2.2 結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)沙四段上亞段巖石樣品粒度分析結(jié)果表明，其巖石C值平均為0.26～0.35 mm，粒度中值平均為0.08～0.15 mm，反映以粉細(xì)砂巖為特征。標(biāo)準(zhǔn)偏差平均為1.03～1.82，分選系數(shù)平均為1.40～1.95，表明巖石分選中等。鏡下觀察巖石碎屑呈次棱角－棱角狀，磨圓度中等，一般為顆粒支撐，有少量樣品為雜基支撐。

上述樣品的粒度概率圖以“一跳一懸加過(guò)渡”式和多段式最為常見(圖2)，滾動(dòng)總體不發(fā)育，跳躍總體斜率大，分選較好。前者主要由跳躍總體、懸浮總體(含量一般不超過(guò)40%)及兩者之間的過(guò)渡段組成，反映能量中等，但動(dòng)蕩性較強(qiáng)的流體特征;后者跳躍總體常由兩個(gè)次總體組成，反映搬運(yùn)沉積流體具有沖刷回流現(xiàn)象，是典型的濱淺湖區(qū)水動(dòng)力特征。

圖1 惠民凹陷區(qū)域構(gòu)造［9］Fig.1 Structural location of the Huimin Sag［9］

圖2 惠民凹陷南坡沙四段上亞段粒度累積百分比Fig.2 Grain-size accumulative probability curves of beach-bar sandbodies in the upper fourth member of the Shahejie Formation on the south slope of the Huimin Sag

2.3 沉積構(gòu)造特征

惠民南坡沙四上亞段沉積時(shí)期，濱淺湖區(qū)水動(dòng)力較強(qiáng)，波浪和湖流對(duì)沉積物進(jìn)行沖刷改造，加之水體較淺，生物成因構(gòu)造發(fā)育，常對(duì)原先形成的層理造成不同程度的破壞?？傮w上，研究區(qū)目的層段典型的沉積構(gòu)造包括:浪成波痕(圖3a)、平行層理(圖3b)、浪成砂紋層理(圖3c)、波狀復(fù)合層理(圖3d)、楔狀交錯(cuò)層理、波狀層理、透鏡狀層理和生物遺跡化石(圖3e)及生物擾動(dòng)構(gòu)造(圖3f)等。

3 灘壩展布規(guī)律

為全面分析研究區(qū)灘壩砂體的平面展布和垂向演化特征，從巖心相入手，細(xì)致分析了其測(cè)井和地震響應(yīng)。結(jié)果表明:研究區(qū)沙四段上亞段砂壩沉積SP曲線一般表現(xiàn)為中、高幅箱形或漏斗形的反粒序特征;砂灘SP曲線一般為中幅的指狀或尖刀狀。在地震剖面上，灘壩砂體主要表現(xiàn)為短軸低頻不連續(xù)中、強(qiáng)反射。在此基礎(chǔ)上，對(duì)惠民南坡沙四段上亞段沉積特征進(jìn)行了綜合研究。

從發(fā)育時(shí)間和層位來(lái)看，研究區(qū)灘壩砂體主要分布于沙四段上亞段。上亞段4個(gè)砂組由下而上呈現(xiàn)兩個(gè)退積旋回:4砂組只零星發(fā)育灘砂，壩砂不發(fā)育。3砂組沉積時(shí)期灘壩砂體比4砂組發(fā)育。2砂組灘壩砂體較3砂組不發(fā)育。1砂組沉積時(shí)期濱淺湖區(qū)域拓寬，具有漫湖沉積特點(diǎn)，發(fā)育類似于潮坪的砂坪、混合坪和泥坪沉積，灘壩砂體尤為發(fā)育(圖4)。

從發(fā)育位置來(lái)看，研究區(qū)沙四段上亞段灘壩砂體發(fā)育明顯受到夏口斷層的控制。總體上灘砂沿夏口斷層呈帶狀發(fā)育，壩砂在其中串珠狀分布且主要集中于夏口斷層下降盤，特別是夏511—夏960—夏28井區(qū)及附近，即現(xiàn)今曲堤地壘帶北側(cè)(圖5)。

圖3 惠民凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂體沉積構(gòu)造Fig.3 Core photographs showing different sedimentary structures of the upper fourth member of the Shahejie Formation on the south slope of the Huimin Sag

圖4 惠民凹陷南坡沙四段上亞段各砂組沉積相Fig.4 Sedimentary facies of the sand groups of the upper fourth member of the Shahejie Formation on the south slope of the Huimin Sag

圖5 惠民凹陷南坡沙四段上亞段灘壩沉積疊合圖Fig.5 Superimposed map of the beach-bar sand group deposition in the upper fourth member of the Shahejie Formation on the south slope of the Huimin Sag

4 灘壩形成條件

4.1 湖平面變化及水動(dòng)力條件

灘壩為濱淺湖區(qū)域內(nèi)在波浪和湖流作用下堆積下來(lái)的砂體［10］。湖平面變化和水動(dòng)力條件對(duì)灘壩的形成至關(guān)重要。湖盆擴(kuò)張時(shí)期，在整體湖侵背景下湖水的周期性動(dòng)蕩有利于灘壩砂體的形成［5，8］。研究區(qū)1砂組沉積時(shí)期湖平面快速上升和周期性洪泛為灘壩的形成提供了水動(dòng)力條件。

從研究區(qū)沙四上亞段泥巖顏色圖中可以看出(圖6)，在4砂組—2砂組，泥巖顏色基本為氧化色，反映此時(shí)研究區(qū)以陸上環(huán)境為主，夏口斷層尚未強(qiáng)烈活動(dòng)［11］，其北也僅是洪水面之下的濱湖區(qū)域，因此灘壩砂體零星發(fā)育。1砂組沉積時(shí)期，夏口斷層活動(dòng)加劇，湖平面相對(duì)上升，且在洪泛作用下頻繁震蕩，濱淺湖區(qū)域展寬。此時(shí)，在夏口斷層以北泥巖顏色基本上以深灰色和灰色為主，曲堤地區(qū)泥巖顏色為雜色，表明夏口斷層北側(cè)水體加深，枯水面基本沿夏口斷層一線分布;洪水期湖水可漫過(guò)曲堤地壘帶。灘壩砂體基本上分布于枯水面之下，反映枯水面與浪基面之間波浪和沿岸流活躍，有利于灘壩砂體的搬運(yùn)與聚集。

4.2 構(gòu)造及古地形條件

惠民凹陷南坡南北向“斷階分帶”的構(gòu)造格局控制了灘壩的分布位置。研究區(qū)沙四段上亞段灘壩砂體主要集中于曲堤地壘帶北側(cè)，在錢官屯地區(qū)僅零星發(fā)育，沿夏口斷層呈帶狀分布。夏口斷層活動(dòng)形成地形坡折，促使上升的湖平面在一定時(shí)期內(nèi)形成較穩(wěn)定的湖岸帶。斷層坡折下方水體迅速加深，有利于形成能量較強(qiáng)的波浪，控制灘壩砂體沿?cái)鄬臃植迹?］。但與此同時(shí)，突然加深的水體受斷層所限，濱淺湖區(qū)域變窄，灘壩砂體的展布寬度隨之變小從而局限于斷層下降盤發(fā)育。

研究區(qū)東西向“溝梁相間”的古地形有利于形成陸上沖溝和曲折的湖岸線。洪泛期湖平面上升，增強(qiáng)的波浪作用可迅速將入湖沉積物沿沖溝搬運(yùn)并重新聚集，使得灘壩砂體在沖溝之間的湖岸處相對(duì)發(fā)育。沿岸流在曲折的岸線阻擋下偏離原方向而形成較強(qiáng)的離岸流，侵蝕湖底沖刷出溝槽，沉積物聚集在溝道間形成壩砂，且在湖岸線曲折處往復(fù)遷移［12］。湖岸線的曲折變化會(huì)造成沿岸流和湖浪能量的消耗，使得經(jīng)過(guò)淘洗的砂粒沉積下來(lái)，形成平行于岸線伸展的長(zhǎng)條形湖岸砂嘴，并逐步發(fā)展成為條帶狀灘壩［13］。

同時(shí)，根據(jù)地層厚度圖估算研究區(qū)灘壩砂體發(fā)育地區(qū)的地形坡度為0.3°～1.5°。這與東營(yíng)凹陷博興洼陷同時(shí)期灘壩沉積的地形坡度(0.5°～1.5°之間［2，14－15］)基本一致，也與 Roelvink 等［16］的模擬結(jié)果相符。

4.3 物源供給條件

沙四段上亞段沉積時(shí)期，惠民凹陷相對(duì)湖平面上升，物源供給能力相對(duì)減弱。研究區(qū)沙四段下亞段陸上主要是沖積扇沉積，上亞段則轉(zhuǎn)變?yōu)槟┒松瘸练e。由于末端扇未直接入湖，只能借助于洪水期雨水沖刷與湖漲作用攜帶部分碎屑物質(zhì)入湖成為灘壩物源。此外，基巖的沖刷以及先成的沖積扇扇緣厚層沙泥沉積物也會(huì)在波浪沖刷與湖流作用下被重新分配、篩選和聚集，形成灘壩。

從沉積相圖(圖4)上可以看出，末端扇前方的灘壩砂體規(guī)模較小，分布范圍相對(duì)局限，以壩砂為主，如3砂組和2砂組末端扇前方的灘壩。這些灘壩主要由洪流攜帶的碎屑物質(zhì)供源。由先成沉積物沿湖岸帶線性供源而成的灘壩平行于岸線帶狀分布，在湖平面頻繁遷移過(guò)程中可大片分布，但泥質(zhì)含量較高［17］，如1砂組漫湖砂坪以及砂壩。因此，從灘壩砂體規(guī)模上看，由基巖和先成沉積物供源的灘壩砂體較末端扇供源的灘壩砂體更為發(fā)育。同時(shí)，由于末端扇與先成沉積地層供應(yīng)的沉積物粒度較細(xì)，泥質(zhì)含量高，是導(dǎo)致研究區(qū)灘壩砂體物性較差的重要原因。

5 結(jié)論

1)惠民凹陷南坡沙四段上亞段灘壩砂以粉細(xì)砂巖和粉砂巖為主;粒度概率曲線多為“兩跳一懸”式，反映了搬運(yùn)沉積流體具有的沖刷回流現(xiàn)象且動(dòng)蕩性較強(qiáng)的特點(diǎn);沉積構(gòu)造主要發(fā)育浪成波痕、平行層理、浪成沙紋層理、波狀層理和生物成因構(gòu)造。

2)平面上，研究區(qū)沙四段上亞段灘壩砂體沿夏口斷層呈帶狀分布，壩砂在其中串珠狀分布，且主要集中于夏口斷層上盤。垂向上，4個(gè)砂組由下而上呈現(xiàn)兩個(gè)退積旋回，以1砂組灘壩砂體最為發(fā)育。

3)研究區(qū)1砂組沉積時(shí)期，湖平面快速上升和周期性洪泛為灘壩的形成提供了水動(dòng)力條件，枯水面之下的穩(wěn)定水深和較強(qiáng)波浪作用更利于壩砂發(fā)育。南北向“斷階分帶”的構(gòu)造格局控制了灘壩的分布位置，夏口斷層形成的地形坡折一方面促進(jìn)了灘壩砂體沿?cái)鄬釉谏媳P聚集，另一方面也限制了灘壩的橫向展布寬度。灘壩沉積物的物源主要來(lái)自先成沉積物、基巖和末端扇沉積物，其中前兩者的線狀供源比后者在洪泛期砂體入湖更利于灘壩大面積發(fā)育。

［1］操應(yīng)長(zhǎng)，王健，劉惠民，等.東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂體的沉積特征及模式［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，33(6):5－10.Cao Yingchang，Wang Jian，Liu Huimin，et al.Sedimentary characteristics and models of beach-bar sandbodies in the upper part of the fourth member of Paleogene in the south slope of Dongying Sag［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2009，33(6):5 －10.

［2］楊勇強(qiáng)，邱隆偉，姜在興，等.陸相斷陷湖盆灘壩沉積模式——以東營(yíng)凹陷古近系沙四上亞段為例［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32(3):417－423.Yang Yongqiang，Qiu Longwei，Jiang Zaixing，et al.A depositional pattern of beach bar in continental rift lake basins:a case study on the upper part of the fourth member of the Shahejie Formation in the Dongying Sag［J］.Acta Petrolei Sinica，2011，32(3):417 －423.

［3］張宇，唐東，周建國(guó).東營(yíng)凹陷緩坡帶灘壩砂儲(chǔ)層描述技術(shù)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2005，12(4):14 －16.Zhang Yu，Tang Dong，Zhou Jianguo.Reservoir description technology of beach-bar sand in the gentle slope belt of Dongying Sag［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2005，12(4):14 －16.

［4］趙寧，鄧宏文.沾化凹陷樁西地區(qū)沙二上亞段灘壩沉積規(guī)律及控制因素研究［J］.沉積學(xué)報(bào)，2010，28(3):441 －450.Zhao Ning，Deng Hongwen.Beach-bar depositional laws and controls of the 2ndmember of Shahejie Formation in Zhuangxi area，Zhanhua Sag［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2010，28(3):441 － 450.

［5］鄧宏文，馬立祥，姜正龍，等.車鎮(zhèn)凹陷大王北地區(qū)沙二段灘壩成因類型、分布規(guī)律與控制因素研究［J］.沉積學(xué)報(bào)，2008，26(5):715－724.Deng Hongwen，Ma Lixiang，Jiang Zhenglong，et al.Sand bank generation types and its controls on their distribution，the second member of Shahejie Formation，Lower Tertiary，Dawangbei，Chezhen Sag［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2008，26(5):715 －724.

［6］馮興雷，馬立祥，鄧宏文，等.大王北洼陷淺水漫湖砂質(zhì)灘壩沉積微相特征［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2009，28(1):9 －14.Feng Xinglei，Ma Lixiang，Deng Hongwen，et al.Microfacies characters of sandy beach and bar in shallow water over-lake，with an example from the Dawangbei Sag［J］.Geological Science and Technology Information，2009，28(1):9 －14.

［7］陳世悅，楊劍萍，操應(yīng)長(zhǎng).惠民凹陷西部下第三系沙河街組兩種灘壩沉積特征［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2000，28(3):1 －4.Chen Shiyue，Yang Jianping，Cao Yingchang.Sedimentary characteristics of two kinds of beach-bars of Oligocene Shahejie Formation in western Huimin Sag［J］.Coal Geology ＆ Exploration，2000，28(3):1－4.

［8］張?chǎng)?，張金?惠民凹陷中央隆起帶沙四上亞段灘壩與風(fēng)暴巖組合沉積［J］.沉積學(xué)報(bào)，2009，27(2):246 －253.Zhang Xin，Zhang Jinliang.Composite deposits of beach-bar and tempestite in the upper fourth member of Shahejie Formation in the central uplift belt of Huimin Depression［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2009，27(2):246 －253.

［9］賈紅義，路慎強(qiáng)，陳海云，等.惠民凹陷南斜坡構(gòu)造體系研究［J］.石油物探，2012，51(1):91 －96.Jia Hongyi，Lu Shenqiang，Chen Yunhai，et al.Study of the tectonic system of the south slope of Huimin Sag［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2012，51(1):91 －96.

［10］馮增昭，王英華，劉煥杰，等.中國(guó)沉積學(xué)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1994.Feng Zengzhao，Wang Yinghua，Liu Huanjie，et al.Sedimentology of China［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，1994.

［11］姜素華，許新明，康恒茂，等.惠民凹陷新生代構(gòu)造沉降史及波動(dòng)旋回性分析［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)——江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，29(5):1－7.Jiang Suhua，Xu Xinming，Kang Hengmao，et al.Analysis of Cenozoic tectonic subsidence history and wave cycle in Huimin Depression［J］.Journal of Oil and Gas Technology—Journal of Jianghan Petroleum University，2007，29(5):1 －7.

［12］Davis R A，F(xiàn)ox Jr W T.Costal processes and nearshore sand bars［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1972，42(2):401 －412.

［13］朱筱敏，信荃麟，張晉仁.斷陷湖盆灘壩儲(chǔ)集體沉積特征及沉積模式［J］.沉積學(xué)報(bào)，1994，12(2):246 －253.Zhu Xiaomin，Xin Quanlin，Zhang Jinren.Sedimentary characteristics and models of the beach-bar reservoirs in faulted down lacustrine basins［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1994，12(2):246 －253.

［14］Jiang Zaixing，Liu Hui，Zhang Shanwei，et al.Sedimentary characteristics of large-scale lacustrine beach-bars and their formation in the Eocene Boxing Sag of Bohai Bay Basin，East China［J］.Sedimentology，2011，58:1087 －1112.

［15］田繼軍，姜在興.惠民凹陷與東營(yíng)凹陷沙四上亞段灘壩沉積特征對(duì)比與分析［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2012，42(3):612－622.Tian Jijun，Jiang Zaixing.Comparison and analysis of beach bars sedimentary characteristics of upper E s4in Huimin and Dongying Depression［J］.Journal of Jilin University(Earth Science Edition)，2012，42(3):612－622.

［16］Roelvink J A，Stive MJ F.Bar-generating cross-shore flow mechanisms on a beach［J］.Journal of Geophysical Research，1989，94(C4):4785－4800.

［17］鄧宏文，高曉鵬，趙寧，等.濟(jì)陽(yáng)坳陷北部斷陷湖盆陸源碎屑灘壩成因類型、分布規(guī)律與成藏特征［J］.古地理學(xué)報(bào)，2010，12(6):737－747.Deng Hongwen，Gao Xiaopeng，Zhao Ning，et al.Genetic types，distribution patterns and hydrocarbon accumulation in terrigenous beach and bar in northern faulted-lacustrine-basin of Jiyang Depression［J］.Journal of Paleogeography，2010，12(6):737 －747.