同沉積斷層控砂模式
——以南堡凹陷南部地區(qū)Es1段為例

楊曉利，張自力，孫 明，石文武，李瑞升

(1.中國石油 冀東油田 勘探開發(fā)研究院，河北 唐山 063004； 2.潛能恒信能源技術(shù)股份有限公司，北京 100107)

同沉積斷層控砂模式
——以南堡凹陷南部地區(qū)Es1段為例

楊曉利1，張自力2，孫 明1，石文武1，李瑞升2

(1.中國石油 冀東油田 勘探開發(fā)研究院，河北 唐山 063004； 2.潛能恒信能源技術(shù)股份有限公司，北京 100107)

同沉積構(gòu)造活動的時空差異性對盆地的可容納空間、沉積速率、物源體系的類型及展布特征等都具有深刻的影響。南堡凹陷幕式構(gòu)造活動是沉積物可容納空間的主要貢獻者,其南部物源區(qū)沙河街組沉積時期發(fā)育的多條NE-SW向同沉積斷層增強了湖盆的分隔性,一系列向湖盆內(nèi)延伸、呈雁列狀排布的生長斷層控制了沙河街組地層的分布,與生長斷層走向一致并形成于斷層下降盤的線狀洼槽是沉積物的主要卸載區(qū),辮狀河三角洲、遠岸水下扇、灘壩以及湖泊體系是南堡凹陷南部物源區(qū)主要的沉積體系組合。在此基礎(chǔ)上，建立了南堡凹陷南部地區(qū)同沉積斷層控洼槽、洼槽控砂的沉積模式，總體上表現(xiàn)為：向湖盆內(nèi)部伸展的同沉積斷層控制了辮狀河三角洲砂體的展布，呈現(xiàn)出平面上沿斷層走向分布于下降盤的朵狀沉積體，剖面上呈楔狀疊加的沉積特點。辮狀河三角洲、辮狀河三角洲前緣末端形成的遠岸水下扇以及斷塊翹傾一側(cè)發(fā)育的濱淺湖灘壩砂體是下一步油氣勘探的有利目標。

生長斷層；沉積模式；沉積相；沙河街組；南堡凹陷

渤海灣盆地南堡凹陷是中-新生代以來發(fā)育的陸相斷陷含油氣盆地，其演化過程具有多幕性特點，發(fā)育不同級別的幕式構(gòu)造所控制的沉積旋回。精細的構(gòu)造-沉積分析是近年來沉積體系研究的熱點問題。南堡凹陷構(gòu)造控砂、控沉積的研究以往較多是對北部的西南莊斷層、柏各莊斷層及北部物源體系的研究，而對南部物源體系的研究相對較少。本文以南堡凹陷南部物源區(qū)沙河街組(Es)地層為例，通過對構(gòu)造特征、地層充填特征、同沉積斷層的活動性及沙(沙河街組)一段沉積期古地貌特征的分析，建立了南堡凹陷南部沙一段的同沉積斷層控砂模式，并對南堡凹陷南部深層油氣的勘探前景及勘探方向進行了探討。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

南堡凹陷位于黃驊坳陷北部，是在中-新生代疊合盆地基礎(chǔ)上經(jīng)過多次裂陷作用演化而來的新生代裂谷盆地，總體上具有北斷南超的箕狀凹陷特征。北部的西南莊斷層和柏各莊斷層分別與西南莊凸起、老王莊凸起、柏各莊凸起、馬頭營凸起相隔，南以沙北斷層和緩坡帶與沙壘田凸起(海中隆起)呈斷超接觸，面積1 932 km2(圖1)，形成了北東走向和北西走向的11個斷裂構(gòu)造帶。其中，有利構(gòu)造帶有南堡1號(NP1)、南堡2號、南堡3號、南堡4號、南堡5號、老爺廟和高柳等，并已發(fā)現(xiàn)10個油氣田[1-5]。

本文研究區(qū)位于南堡凹陷南部地區(qū)，西起南堡一號構(gòu)造，東到南堡四號構(gòu)造，北至林雀次洼、曹妃甸次洼。主要發(fā)育地層包括奧陶系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，是冀東油田油氣勘探的重點區(qū)域之一。

1.2 構(gòu)造演化特征

通過對南堡凹陷南部地層接觸關(guān)系、構(gòu)造變形、 構(gòu)造樣式及構(gòu)造發(fā)育特征進行綜合分析，認為南堡凹陷的構(gòu)造演化基本上與渤海灣盆地內(nèi)其他凹陷一致，整體可以劃分為三大構(gòu)造演化階段，即斷陷期、斷-拗轉(zhuǎn)換期及拗陷期[6-11](圖2)。

1) 斷陷期(沙河街組沉積期)

在拉張應(yīng)力作用下，沙三段沉積期南堡凹陷南部主要發(fā)育南堡1-5井東斷層、南堡2號斷層、南堡3號斷層、南堡3號東斷層及南堡4號斷層，在其下降盤形成單斷型、雙斷型的洼槽，是深層砂體的主要發(fā)育區(qū)。沙二段沉積期斷層活動明顯減弱，構(gòu)造穩(wěn)定，盆地趨于填平，末期發(fā)生構(gòu)造隆升、剝蝕，形成沙二段、沙三段與沙一段之間的不整合面。沙一段沉積期為再伸展期，早期斷層再次活動，但活動強度相對較弱，沉積厚度較薄，總體上以深湖-半深湖沉積為主，南部緩坡帶發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系。沙一段沉積末期，發(fā)生構(gòu)造隆升、剝蝕，形成沙一段與東營組之間的不整合界面。

2) 斷-拗轉(zhuǎn)換期(東營組沉積期)

南堡凹陷進入穩(wěn)定沉降階段，南部應(yīng)力場轉(zhuǎn)變?yōu)閺埮ば詰?yīng)力場，發(fā)育走滑-伸展構(gòu)造，以南堡4號構(gòu)造最為典型，沉積中心移至南堡4號斷層下降盤的曹妃甸次洼。東營組底部發(fā)育一套以粗碎屑為主的沖積扇、辮狀河三角洲體系，向上變?yōu)樯热侵蕹练e。

圖1 南堡凹陷構(gòu)造綱要Fig.1 Structure outline of the Nanpu Sag

圖2 南堡凹陷地層綜合柱狀圖Fig.2 Composite stratigraphic columnar section of the Nanpu Sag

東二段沉積期南堡凹陷發(fā)生了最大的一次湖侵，沉積了一套厚達200～400 m的暗色泥巖。東一段沉積期構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)，南堡凹陷湖盆開始逐漸萎縮，形成了一套以粗碎屑為主的沖積扇、辮狀河三角洲體系。東營組沉積末期發(fā)生區(qū)域性隆升、剝蝕，形成與館陶組之間的區(qū)域性不整合界面。

3) 拗陷期(館陶組、明化鎮(zhèn)組、第四系沉積期)

館陶組沉積期斷裂活動弱，熱沉降作用強，西南部大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)；明化鎮(zhèn)組沉積晚期構(gòu)造運動再次活 化，走滑-伸展斷層發(fā)育，形成多個張扭斷裂帶；第四系沉積期盆地穩(wěn)定沉降。

2 斷層特征及地層結(jié)構(gòu)

南堡凹陷不同級次、不同期次的斷層十分發(fā)育，斷層與其分割的斷塊構(gòu)成復(fù)雜的斷層系統(tǒng)是南堡凹陷的主要構(gòu)造特點。斷層多呈NNE向和近EW向延伸，按斷層的規(guī)模與作用的不同可以分為一級“控凹”斷層、二級“控帶”斷層和三、四級“控局部構(gòu)造”斷層[1-4]。從發(fā)育期次來看，主要發(fā)育3期斷層，即斷陷期斷層(沙河街期活動，如南堡3號斷層)、斷-拗期斷層(東營期、館陶期活動)、晚期斷層(明化鎮(zhèn)期活動)，此外，部分斷層長期活動，如南堡4號斷層。

從南堡凹陷南部地層接觸關(guān)系及地層展布特征來看，新生界主要存在4個不整合面(沙河街組底、沙一段底、東營組底及館陶組底)，3套構(gòu)造層(斷陷期構(gòu)造層——沙河街組、斷-拗轉(zhuǎn)換期構(gòu)造層——東營組及拗陷期構(gòu)造層——館陶組+明化鎮(zhèn)組+第四系)。斷陷期構(gòu)造層在南堡2號構(gòu)造、南堡3號構(gòu)造及南堡4號構(gòu)造表現(xiàn)為主干斷層下降盤厚，上傾方向減薄的特征。斷-拗轉(zhuǎn)換期構(gòu)造層整體表現(xiàn)為南堡4號斷層下降盤厚、向西逐漸減薄的特征。拗陷期構(gòu)造層相對平緩，地層厚度橫向上變化比較小(圖3)。

3 同沉積斷層與控砂模式

南堡凹陷南部古近系斷層活動主要有兩期：一期是主要在沙河街組沉積期活動的同沉積斷層，如南堡2號斷層、南堡3號斷層，對沙河街組沉積的控制作用比較明顯；另外一期是東營組沉積期活動的斷層，對東營組地層，尤其是東三段和東二段的沉積控制作用比較明顯，如南堡4號斷層。以南堡3號構(gòu)造Es1段為例，通過對常規(guī)的斷層活動性及單井和連井砂體展布分析，結(jié)合地震和儲層反演、預(yù)測等技術(shù)手段，建立了南堡3號構(gòu)造同沉積斷層控砂模式。

3.1 斷層活動性分析

南堡3號構(gòu)造最典型的沙河街組沉積期間同沉積斷層有南堡3號斷層和南堡3號東斷層。從南堡3號構(gòu)造的勘探實踐來看，中-深層已發(fā)現(xiàn)的規(guī)模油氣藏主要沿南堡3號斷層分布，斷層對油氣成藏的控制作用比較明顯。南堡3號斷層沿走向活動性差異比較大，具有分段性的特點。其中，南段靠近南部沙壘田凸起物源區(qū)，斷層活動較弱；中段為主體洼槽區(qū)，斷層活動性明顯較強；北段深入到曹妃甸次洼，斷層活動性逐漸減弱。從縱向上看，南堡3號斷層沙河街組沉積期間整體活動性逐漸減弱，并可細分為Es3-Es2和Es1兩個活動期。本次研究的Es1沉積期，南堡3號斷層在短暫間歇期后再次活動，對下降盤的Es1砂體沉積的控制作用較明顯，尤其是該斷層的中段(圖4)。

此外，南堡3號東斷層是南堡3號斷層以東斜坡 區(qū)發(fā)育的同沉積斷層，斷層性質(zhì)與南堡3號斷層相似，整體活動性比南堡3號斷層稍弱。沿斷層走向，斷層活動性呈弱—強—弱的特點，在洼槽區(qū)被近東西向斷層切割消失。雖然南堡3號東斷層延伸距離相對較短，但其下降盤洼槽是有利砂體發(fā)育區(qū)，同時斷層溝通深層油源，對油氣成藏控制作用比較大(圖4)。

3.2 古地貌特征恢復(fù)

從南堡凹陷南部地區(qū)Es1段沉積期古地貌圖可以看出，Es1段沉積期整體南高北低，被南堡1-5斷層、南堡2號斷層和南堡3號斷層切割成多條NE向的溝槽，同時沿溝槽走向可以看到明顯的坡折帶(緩坡—陡坡—緩坡)，溝槽和構(gòu)造坡折對有利砂體的沉積控制作用比較強(圖5)。

3.3 砂體展布規(guī)律

從過南堡2號構(gòu)造東部斜坡和南堡3號斷層的地震剖面(圖3)可以明顯看出，Es1段地層呈西薄東厚的特征。從已鉆井情況來看，斜坡上的NP2-60井Es1

圖4 南堡凹陷南堡3號斷層活動性Fig.4 Activity of NP3 faults in the Nanpu Sag

圖5 南堡凹陷南部地區(qū)Es1沉積期古地貌Fig.5 Palaeogeomorphic map of Es1 depositional stage in the southern Nanpu Sag

段以泥巖為主，僅有兩套薄砂層，而南堡3號斷層下降盤洼槽區(qū)的PG2井Es1段頂部為連續(xù)發(fā)育的4套以上的厚層細砂巖。

從南堡3號斷層下降盤的疊后波阻抗反演剖面也可以看出，南堡3號斷層下降盤洼槽區(qū)砂體比較發(fā)育，自下而上，逐漸向斜坡高部位擴展。PG2井靠近生長斷層，為砂體集中發(fā)育區(qū)；向NP2-60井方向砂體厚度逐漸減薄，層數(shù)均逐漸減少，由砂夾泥過渡為泥夾砂(圖6)。南堡凹陷南部鉆遇沙河街組沉積時期同沉積斷層下降盤構(gòu)造的井位較少，砂體的平面分布特征需要通過地震信息及儲層預(yù)測技術(shù)手段來刻畫。通過對南堡3號構(gòu)造Es1段上部含砂率預(yù)測來看，含砂率高值區(qū)域主要位于南堡3號斷層下降盤的PG2井、NP3-82井 和NP3-15井附近，而且砂巖高值區(qū)域成裙狀分布，分布位置與南堡3號斷層下降盤所控制的洼槽區(qū)重合，說明生長斷層下降盤的洼槽控砂是南堡3號構(gòu)造Es1段主要的砂體展布規(guī)律(圖7)。

3.4 斷層控砂模式

通過對Es1段沉積期古地貌、同沉積斷層分布、砂體展布規(guī)律的綜合分析，認為南堡凹陷南部地區(qū)Es1段具有同沉積斷層控洼槽、洼槽控砂的沉積模式(圖8)。

南堡凹陷南部物源來自沙壘田凸起[9]，而NNE向延伸的Es1期同沉積斷層控制著南部物源的沉積體系及砂巖的展布。在斷層下降盤主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，在辮狀河三角洲末端發(fā)育濁積扇(圖8a)。垂直于生長斷層走向的剖面上，在生長斷層下降盤發(fā)育進積型辮狀河三角洲，斜坡上傾方向地層呈楔狀分布，水體逐漸變淺，辮狀河三角洲砂體尖滅，高部位出現(xiàn)灘壩砂體(圖8b，c)。

圖6 南堡凹陷南堡3號構(gòu)造過PG2井—NP2-60井疊后地震反演剖面Fig.6 Poststack seismic inversion section across wells NP2-60 and PG2 in the NP3 structural belt,the Nanpu Sag

4 沉積體系展布與有利勘探目標預(yù)測

4.1 沉積體系展布

通過綜合分析南堡凹陷南部同沉積斷層的控沉積 模式、砂巖分散體系以及測井特征等因素，恢復(fù)了沉積體系的空間配置，重建了南部物源區(qū)Es1段上部高位體系域(HST)沉積體系特征。

南堡凹陷南部物源區(qū)Es1主要存在3種類型的沉積體系類型：辮狀河三角洲沉積體系、遠岸水下扇沉積體系和湖泊體系。由于Es1沉積時期南堡凹陷處于穩(wěn)定沉降階段，同沉積斷層活動強烈，南堡凹陷古湖盆沿同沉積斷層走向，向洼槽區(qū)呈窄而深的深洼，所以南部物源區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系。沿南堡3號和南堡3號東同沉積斷層的下降盤發(fā)育辮狀河三角洲，包括辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣，目標區(qū)以后者為主。三角洲末端洼槽區(qū)，發(fā)育遠岸水下扇。在斷層上升盤之上的淺水區(qū)域發(fā)育灘壩(圖9)。

南堡凹陷南部物源區(qū)辮狀河三角洲平原亞相分布范圍較小，目前暫無井鉆遇。前緣亞相分布范圍較大，平面上呈朵狀分叉，測井曲線以指形-漏斗形或齒形為主。通過連井沉積微相劃分及對比分析可以看出，辮狀河三角洲前緣河道微相主要分布于生長斷層下降盤及附近位置(圖10)。

4.2 有利勘探目標預(yù)測

沙一段沉積時期，即南堡凹陷主力烴源巖發(fā)育期，林雀次洼和曹妃甸次洼已連通，生烴中心位于北堡構(gòu)造帶、南堡3號構(gòu)造帶和拾場次洼[10]。沙三段和沙一段烴源巖分布面積廣，品質(zhì)好，目前大部分已處于高熟-過熟階段。沙河街期組沉積時與東營組沉積時期強烈活動的兩期斷層是油氣垂向運移和側(cè)向輸導(dǎo)的重要通道。

由于沙河街組地層埋藏深度較大，且目前鉆遇井較少，加之對下部斷層系統(tǒng)及沉積模式認識的不足，制約了深層油氣的勘探。先前的油氣勘探主要集中于淺部的館陶組和東營組，而深層目標的勘探也只限于對幾個正向構(gòu)造帶斷層上升盤之上的古近系潛山地層的勘探與研究。但是從已有勘探成果和油氣成藏條件綜合分析， 南堡1號構(gòu)造帶的NP1井和NP1-4井，南堡2號構(gòu)造帶LPN1井已發(fā)現(xiàn)沙一段油氣，顯示了深層有利的油氣勘探前景。

圖8 南堡凹陷南部同沉積斷層及沉積體系展布模式Fig.8 Contemporaneous fault and depositional system distribution in the southern Nanpu Sag

圖9 南堡凹陷南堡3號構(gòu)造Es1段HST沉積相Fig.9 Sedimentary facies of HST Es1 in the NP3 structure belt,the Nanpu Sag

圖10 南堡凹陷南堡3號構(gòu)造Es1段沉積微相連井對比Fig.10 Well correlation of sedimentary micro-facies of Es1 across NP3 structural belt,the Nanpu Sag

南堡凹陷南部地區(qū)沙河街組同沉積斷層下降盤之上發(fā)育的辮狀河三角洲體系砂體成為有利的勘探方向。其中南堡3號構(gòu)造帶發(fā)育的辮狀河三角洲前緣，前緣末端發(fā)育的遠岸水下扇以及斷層上升盤之上發(fā)育的濱淺湖灘壩砂體，是油氣進一步勘探的優(yōu)選目標。南堡2號構(gòu)造物源也主要來自于南部沙壘田凸起物源區(qū)，在沙河街組地層中應(yīng)具有相同的砂體展布模式，也應(yīng)該具有南堡3號構(gòu)造帶物源體系組合樣式，所以南堡2號構(gòu)造帶下降盤發(fā)育的辮狀河三角洲前緣和遠岸水下扇是有利的勘探目標。

5 結(jié)論

南堡凹陷南部地區(qū)沙河街組是下一步油氣勘探的重點區(qū)域之一，通過對南堡凹陷構(gòu)造演化以及南部物源充填特征進行綜合分析，可以得出以下結(jié)論：

1) 南堡凹陷古近系斷層可以分為兩期，下部沙河街組斷層以控沉積的同生斷層為主，而上部東營組斷層則以走滑性質(zhì)為主。多期構(gòu)造旋回使沙河街組地層呈楔形超覆與基底之上，而又與上部東營組呈角度不整合接觸。沙河街組地層內(nèi)部也存在局部角度不整合接觸。

2) 南堡凹陷南部地區(qū)Es1段時期地形起伏變化較為明顯，沿斷層走向發(fā)育窄而深的洼槽，各生長期斷層對整體凹陷分割性很強。沿生長斷層走向，由洼槽區(qū)向沙壘田凸起方向，呈明顯緩坡。

3) 研究區(qū)沙河街組的沉積特點是以南部沙壘田凸起為主要物源,以生長斷層走向為砂體分散的主要方向,以沿生長斷層下降盤溝槽為沉積體系的主要分布區(qū)域。沙一段主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系、遠岸水下扇沉積體系和湖泊體系。南堡凹陷南部Es1段沉積時期具有同沉積斷層控洼槽、洼槽控砂的控砂模式。

4) 南堡2號和南堡3號構(gòu)造帶生長斷層下降盤之上發(fā)育的辮狀河三角洲前緣以及前緣末端發(fā)育的遠岸水下扇砂體，是南堡凹陷南部地區(qū)沙河街組地層油氣勘探的有利目標。此外，在下降盤翹傾的一側(cè)淺水區(qū)域，濱淺湖灘壩的集中發(fā)育，也是形成油氣藏的有利目標。

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(編輯 張玉銀)

Models of contemporaneous fault controlling sandstone deposition:
a case study of Es1in southern Nanpu Sag

Yang Xiaoli1，Zhang Zili2，Sun Ming1，Shi Wenwu1，Li Ruisheng2

(1.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment，JidongOilfieldCompany，Tangshan,Hebei063004,China;2.SinoGeophysicalCo.,Ltd.,Beijing100107)

Temporal-spatial differences of syndepositional tectonics have profound impact on accommodation space，sedimentation rate,types and distributional characteristics of provenance systems of a basin.Episodic tectonic movement of the Nanpu Sag is a major contributor to accommodation space.Several NE-SW-trending contemporaneous faults that were developed in the period of Esin the southern provenance enhanced the compartmentalization of lake basin.A series of echelon growth faults extending toward the basin controlled the distribution of the Shahejie Formation.The linear subsags with the same strike as the growth faults formed in the downthrown blocks are the main unloading areas for sediments.The main depositional system is the combination of braided river delta,infralittoral subaqueous fans,beach bar and lake system in the southern provenance.On this basis,a model of contemporaneous fault controlling sandstone distribution is established in southern Nanpu Sag.The contemporaneous faults stretching into the lake basin controlled the sandstone distribution of braid river delta,with lobate deposits occurring laterally along strikes on the downthrown blocks of faults and superimposing vertically in the shape of wedges.The favorable objectives for future exploration are braided river delta,infralittoral subaqueous fans at the distal end of these deltas,and the beach bars developed on the tilted blocks.

contemporaneous fault,depositional model,sedimentary facies,Shahejie Formation,Nanpu Sag

2014-02-18;

2014-04-10。

楊曉利(1981—)，男,工程師，地震資料解釋與儲層預(yù)測。E-mail：yangxiaoli81926@163.com。

國家科技重大專項(2001ZX05006)。

0253-9985(2014)04-0526-08

10.11743/ogg201412

TE121

A