北部灣盆地潿西南凹陷湖底扇的沉積特征

董貴能 鄧 勇 蓋永浩 趙順蘭 舒克棟 王 彬

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

湖底扇在中國陸相斷陷盆地中廣泛發(fā)育，如渤海灣盆地的車鎮(zhèn)凹陷、東營凹陷、沾化凹陷和南堡凹陷、二連盆地的烏里雅斯太凹陷和賽漢塔拉凹陷、北部灣盆地福山凹陷、南襄盆地的泌陽凹陷均有發(fā)現(xiàn)［1～6］，并且湖底扇巖性油氣藏的勘探不斷取得突破［1～4，6］，使得湖底扇砂巖體的研究越來越重要。北部灣盆地潿西南凹陷屬于典型的陸相斷陷湖盆［7］。近2年來，已經(jīng)有多口井在湖底扇巖性油氣藏的勘探中獲得了工業(yè)油流，湖底扇的勘探已成為在潿西南凹陷進行油氣勘探的一個重要方向［8］。關(guān)于潿西南凹陷的沉積相，到目前為止，很少有學(xué)者進行過研究報道，只有操應(yīng)長等(2011)在研究流三段的物源方向時，提到流三段發(fā)育有扇三角洲或沖積扇［9］，孫文釗等(2007)在分析潿西南凹陷隱蔽油氣藏的類型及勘探方向時，提到流一段發(fā)育(扇)三角洲和濁積體［10］，董貴能(2008，2011)研究流一段扇三角洲的沉積特征，提到流一段的扇三角洲前端發(fā)育濁積體［7，11］。目前湖底扇的發(fā)現(xiàn)，尚屬首次，湖底扇與前述學(xué)者提到的(扇)三角洲全然不同，在潿西南凹陷是一種新的沉積相類型，加上這些湖底扇砂巖體中已經(jīng)獲得工業(yè)油流，本文分析這些湖底扇的沉積特征、在此基礎(chǔ)上，剖析其成因、分布規(guī)律及其成藏條件，建立起完整的湖底扇體系，為其進一步的油氣勘探開發(fā)提供依據(jù)，同時對于中國其他湖盆中湖底扇巖性油氣藏的勘探也具有借鑒作用。

1 研究區(qū)概況

潿西南凹陷屬于北部灣盆地北部坳陷，凹陷西北邊緣為潿西南大斷層，東南邊緣為企西隆起，西南面與海中凹陷連接并以潿西南低凸起相隔，整個研究區(qū)勘探面積約2．3×103km2。潿西南凹陷屬于典型的斷陷湖盆，凹陷內(nèi)發(fā)育3條北東—南西走向的正斷層(1號、2號、3號斷層)，這3條斷層控制了整個潿西南凹陷的構(gòu)造格局，形成明顯的箕狀斷陷構(gòu)造樣式，凹陷西北面為陡坡，東南面為緩坡(圖1)。

圖1 潿西南凹陷流沙港組古地貌—斷裂疊合圖Fig．1 Congruence of landform and structural partition of Liushagang Formation in Weixi’nan sag

凹陷內(nèi)主要發(fā)育第三系地層，充填陸源碎屑砂礫巖和泥巖，古近系從下至上包括長流組、流沙港組和潿洲組，新近系從下至上包括下洋組、角尾組、燈樓角組和望樓港組［12］。流沙港組沉積時期，凹陷可分為A、B、C、D四個次洼，潿西南凹陷的陡坡一側(cè)受2號斷層的控制形成A洼和C洼，處于整個凹陷的沉降中心。而潿西南凹陷的緩坡一側(cè)受3號斷層?xùn)|段的控制形成C洼，受企西隆起北部邊緣斷裂的控制形成D洼。C洼和D洼整體上屬于潿西南凹陷的南部緩坡帶，由于受斷層的控制形成了斷裂坡折帶和同沉積坡折帶。流一段時期，在C洼和D洼中沿斷裂坡折帶和同沉積坡折帶發(fā)育湖底扇，成為潿西南凹陷近年來重要的勘探目標(biāo)(圖2)。

目前潿西南凹陷有10口井鉆遇湖底扇，除了地震、測井?dāng)?shù)據(jù)等資料可以用于識別湖底扇之外，其鉆井取芯6口井共117 m，為湖底扇沉積特征的研究提供了詳實的基礎(chǔ)資料。

圖2 潿西南凹陷潿D-7N-2井流一段地層綜合柱狀圖Fig．2 Comprehensive stratigraphic column of Liu-1 Formation of Wei D-7N-2 Well in Weixi’nan sag

2 湖底扇沉積特征

“湖底扇”這一術(shù)語來源于海底扇的研究，由Walker R G 等提出的海底扇模式演繹而來［13～18］，其含義與趙澄林、劉孟慧、吳崇筠等報道的濁積扇概念基本相當(dāng)［19，20］，均指湖盆中沉積物以重力流搬運方式堆積在深水區(qū)的粗碎屑扇形體。首先強調(diào)其形成于深水環(huán)境，這是最簡單、最基本的識別標(biāo)志［20］，其次是沉積物以重力流為主要搬運方式，二者缺一不可。目前國內(nèi)仍有不少學(xué)者沿用水下扇［21］等術(shù)語，但其內(nèi)涵也強調(diào)其完全處于較深水區(qū)且以重力流沉積為特征。為了避免含義上的混亂，并與人們較熟知的海底扇模式相對應(yīng)，筆者建議使用“湖底扇”一詞較為合適。

2．1 巖石學(xué)特征

潿西南凹陷湖底扇的巖石類型其碎屑顆粒粒徑變化較大，包括卵石質(zhì)砂礫巖、含礫粗砂巖、粗中砂巖、粉細(xì)砂巖等多種類型，顏色主要為深灰色和黑色，極少數(shù)為灰白色，反映了深水還原性沉積環(huán)境，往往與中深湖相塊狀黑色泥巖或褐色、褐灰色油頁巖共生。湖底扇砂體中極少見生物化石。研究區(qū)具有兩口井潿D-7N-2和潿E-1S-2進行了鉆井取芯，無論是卵石質(zhì)砂礫巖、含礫粗砂巖、粗中砂巖，還是粉細(xì)砂巖，兩口井都能觀察到湖底扇砂巖體的典型濁積巖特征:具有不同段數(shù)的鮑馬序列［22～24］。巖芯中觀察到若干期鮑馬序列，每一期鮑馬序列沉積代表一次重力流事件。各期鮑馬序列可以連續(xù)疊置，也可以由厚層頁巖分隔。連續(xù)疊置的鮑馬序列代表兩次重力流事件的連續(xù)發(fā)生，而由厚層頁巖分隔的鮑馬序列代表兩次重力流事件之間具有較長的時間間隔。

2．2 鮑馬序列特征

巖芯中所能觀察到的鮑馬序列大部分不完整(即鮑馬序列的各個段不齊全)，只有極少數(shù)具有完整的ABCDE段鮑馬序列。同時，無論是完整的鮑馬序列，還是不完整的鮑馬序列，都可以分為高能量水動力條件的沉積體和低能量水動力條件的沉積體兩種類型。高能量型沉積粒度粗，巖石類型主要為卵石質(zhì)砂礫巖、含礫粗砂巖、粗中砂巖，低能量型沉積粒度細(xì)，巖石類型主要為粉細(xì)砂巖。如圖3，4。

2．2．1 完整的鮑馬序列

圖3為完整的鮑馬序列實例。圖3A-1，A-2為高能型沉積，鮑馬序列的底部發(fā)育非常清晰的沖刷面。沖刷面以上鮑馬序列開始，A段—E段具有以下特征:(1)A段主要為塊狀灰色砂礫巖，礫石分布較多，粒徑較大，約2～7 mm，向上礫石逐漸減少，粒徑變小，A段整體上具下粗上細(xì)的正遞變粒序?qū)永?，反映能量逐漸減弱的過程，A段底部為逆粒序，反映濁積巖獨特的重力篩效應(yīng);(2)B段為下平行紋層段，深灰色含礫粗砂巖，礫石顆粒具有定向性，微顯平行層理，紋層由長形礫石順?biāo)鞣较蚨ㄏ蚍植妓?，沿層揭開觀察到剝離線理;(3)C段為波紋層理段，厚度較薄，為灰黑色中細(xì)砂巖，紋層顯微波狀層理和變形構(gòu)造，反映了A段和B段沉積后，高密度濁流轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏葷崃?，出現(xiàn)牽引流水流機制的沉積作用。紋層間夾黑色炭屑紋線，C段也為正粒序，并與B段呈連續(xù)過度;(4)D段為上水平層理段，由灰黑色粉砂巖組成，為直接的懸浮沉積產(chǎn)物，具有斷續(xù)的水平紋層。D段也為正粒序，并與C段呈連續(xù)過度;(5)E段為黑色塊狀泥巖，泥巖是重力流事件沉積結(jié)束后，最細(xì)粒物質(zhì)在靜水中的沉積，代表鮑馬序列的結(jié)束。

圖3B為低能型沉積。低能型沉積與高能型沉積鮑馬序列由下至上各段之間演化規(guī)律類似，總體上都為正粒序，底部一般發(fā)育沖刷面或明顯的突變界面。不同的是低能型沉積各個段沉積物相應(yīng)更細(xì)，即A段為塊狀粗砂巖、B段為下平行層理中砂巖、C段為波狀層理細(xì)砂巖、D段為上水平層理泥質(zhì)粉砂巖，E段為塊狀泥巖，鮑馬序列結(jié)束。

2．2．2 不完整的鮑馬序列

圖3 潿西南凹陷湖底扇完整的鮑馬系列實例Fig．3 Integrate Bouma sequence in sublacustrine fan of Weixi’nan sag

圖4為不完整的鮑馬序列實例，圖4A為高能型沉積，為A—E段組合，鮑馬序列的底部仍然發(fā)育沖刷面，沖刷面以上鮑馬序列開始，A段為塊狀砂礫巖，由高密度濁流堆積而成，仍為懸浮搬運，由下至上水動力能量降低而具正粒序;E段為水平層理頁巖，是重力流事件沉積結(jié)束后的深水湖相泥巖沉積。即A段、E段代表兩次不同的事件，第一次濁流事件沉積后，由于受到再一次濁流的侵蝕沖刷，因而第一次的上部層段缺失，只留下A段，濁流事件結(jié)束后，上面被深水湖相泥巖覆蓋，從而形成A—E段組合。

圖4 潿西南凹陷湖底扇不完整的鮑馬序列實例Fig．4 Half-baked Bouma sequence in sublacustrine fan of Weixi’nan sag

圖4B-1、B-2為低能型沉積，分別為C—E段組合和B—C—E段組合，兩個組合鮑馬序列的底部都發(fā)育沖刷面。C—E段組合具有下列特征:C段為兼具滑塌變形層理、泥巖撕裂屑、波狀交錯層理的細(xì)砂巖，變形層理、泥巖撕裂屑和波狀交錯層理的同時出現(xiàn)表明沉積物正由重力流向牽引流轉(zhuǎn)變，所以既有重力滑動形成的變形層理、泥巖撕裂屑，也有牽引流形成的波狀交錯層理(兼具重力流和牽引流的雙重搬運機制是湖底扇的重要標(biāo)志之一)［6］。E段為深水湖相泥巖。B—C—E段組合具有下列特征:B段為平行層理細(xì)砂巖，C段為波狀層理粉砂巖，E段主要為深水湖相泥巖。

2．3 結(jié)構(gòu)特征

潿西南湖底扇的結(jié)構(gòu)成熟度比較低，巖心和薄片中都可以直接看出比較低的顆粒/雜基比值，尤其是在鮑馬序列的A段，粒徑差別較大，表現(xiàn)出礫、砂、泥質(zhì)混雜堆積的特點。在粒度概率圖上(圖5)，為典型的濁積巖結(jié)構(gòu)特征:粒度概率圖表現(xiàn)為一條斜度較小的近似于平滑的直線，或者微向上凸的弧線，說明只有一個遞變懸浮次總體，粒度范圍分布廣，分選較差。在C-M圖上(圖6)，點群分布平行于C=M線，所有樣品值落于粒度懸浮區(qū)，亦反映出遞變懸浮沉積為主的結(jié)構(gòu)特征［25，26］。

圖5 潿E-1S-2井湖底扇的粒度概率圖Fig．5 Grain size probability curves of sublacustrine fan sand in Wei E-1S-2 Well

2．4 沉積構(gòu)造特征

利用巖芯和FMI成像測井圖，能觀察到湖底扇發(fā)育豐富的濁流沉積構(gòu)造現(xiàn)象。潿西南湖底扇具有鮑馬序列明顯的典型濁積巖和鮑馬序列不明顯的非典型濁積巖兩類沉積。在典型的濁積巖中，沉積構(gòu)造分布于鮑馬序列的各個段:由下至上，A段一般為塊狀遞變層，B段一般具有平行層理，C段一般具有波狀、包卷層理，D段一般具有水平層理，E段為塊狀泥巖層。而在非典型濁積巖中，在重力滑塌、滑動、快速堆積等作用下，沉積物中形成豐富的滑塌變形、砂質(zhì)團塊、泥質(zhì)團塊、泥巖撕裂屑、包卷層理、旋渦層、漂浮礫、重荷模、泄水構(gòu)造、砂巖刺穿泥巖、雜亂堆積等多種反映重力流標(biāo)志的沉積構(gòu)造(圖7，8)。

圖6 潿E-1S-2井湖底扇的C-M圖Fig．6 C-M map of sublacutrine fan sand in Wei E-1S-2 Well

2．5 測井相及地震相特征

根據(jù)詳細(xì)的巖芯觀察，結(jié)合測井、地震和其他化驗資料，潿西南的湖底扇可以分析內(nèi)扇、中扇和外扇三個亞相，內(nèi)扇細(xì)分為主溝道和主溝道間，中扇細(xì)分為辮狀溝道和辮狀溝道間，外扇主要為泥巖夾層狀薄層砂?？傮w上從內(nèi)扇—中扇—外扇，沉積物逐漸變細(xì)，分選性逐漸變好的趨勢。內(nèi)扇主溝道主要充填鮑馬序列A段的塊狀砂礫巖，GR曲線一般為齒化箱形，曲線齒化反映湖底扇砂巖泥質(zhì)含量高、孔隙條件差的特征。主溝道間沉積物比溝道的充填變細(xì)，巖性為泥巖或者粉細(xì)砂與泥巖交替的薄互層，GR曲線為不平滑的泥巖基線或波狀。中扇辮狀溝道巖性主要為砂礫巖、粗中砂巖，GR曲線為齒化箱形或鐘形，箱形曲線一般為厚層砂礫巖沉積，而鐘形曲線一般為下粗上細(xì)的粗中砂巖沉積，沉積韻律常由粗砂巖變?yōu)橹猩皫r，頂部過渡為粉細(xì)砂巖，辮狀溝道間沉積為較平滑的泥巖基線。外扇一般為厚層泥巖夾薄層砂，GR曲線為指狀。在垂直于物源方向的連井對比剖面中，湖底扇相互孤立，砂體與砂體之間在橫向上迅速尖滅。同時，在順物源方向的連井對比中，湖底扇砂體與物源區(qū)的扇三角洲砂體不連通，在地震相上表現(xiàn)為同相軸的斷開(湖底扇砂體在縱橫向上此種展布規(guī)律利于砂泥巖相互交叉，容易形成孤立砂體巖性圈閉)，如圖9。同時，湖底扇在垂直于物源方向上地震同相軸具有雙向下超特征，在順物源方向上具有明顯的中部厚邊緣薄的透鏡狀，如圖10。

圖7 潿西南凹陷湖底扇的巖芯相沉積構(gòu)造特征Fig．7 Core facies sedimentary structures characteristics in sublacustrine fan of Weixi’nan sag

圖8 潿D-7N-2井湖底扇的FMI測井成像特征Fig．8 FMI facies characteristics of sublacustrine fan in Wei D-7N-2 Well

圖9 潿西南凹陷湖底扇砂巖體連井對比圖(剖面位置見圖1)Fig．9 Stratigraphic comparison of sublacustrine fan sand in Weixi’nan sag

3 湖底扇成因及分布規(guī)律

湖底扇的形成主要受到盆地古地形坡度、物源供應(yīng)、坡折帶等因素的控制［27～29］。陡峭的古地貌環(huán)境和充足的物源供應(yīng)條件是潿西南湖底扇形成的有利因素。潿西南凹陷湖底扇主要形成于流一段時期。如前文所述，在流一段沉積時期，潿西南凹陷分為A、B、C、D四個次洼，C洼和D洼處于凹陷的緩坡一側(cè)(圖1，11)，分別在C洼的潿D-7構(gòu)造和D洼的潿E-2構(gòu)造發(fā)育一系列強烈活動的近東西向斷層，潿D-7構(gòu)造的斷層受潿西南3號斷層?xùn)|段的控制，潿E-2構(gòu)造的斷層受企西隆起北緣的控制(圖1)。在斷層的強烈活動下，分別在潿D-7構(gòu)造和潿E-2構(gòu)造形成陡峭的斷裂坡折帶和同沉積坡折帶。利用聲波時差法和厚度趨勢法求取出剝蝕量，結(jié)合現(xiàn)今地層厚度圖，恢復(fù)得到潿D-7構(gòu)造的古構(gòu)造坡度大約為5°～9°，潿E-2構(gòu)造的古構(gòu)造坡度大約為 4°～8°(圖 10，11)，如此陡傾的坡度為湖底扇的形成創(chuàng)造了有利條件，都以坡折為界，坡折南面發(fā)育扇三角洲，坡折北面發(fā)育湖底扇，因此坡折帶往往形成扇三角洲—湖底扇沉積體系(扇三角洲與湖底扇的位置關(guān)系(圖10，11)。沉積區(qū)南部緊靠企西隆起，企西隆起為扇三角洲和湖底扇提供了原始物源，由于物源供應(yīng)非常充足，所形成的扇三角洲規(guī)模都較大，其中潿D-7構(gòu)造的扇三角洲分三期，潿E-2構(gòu)造的扇三角洲分兩期(圖10，11)。流一段正處于湖平面上升時期，湖水不斷向物源區(qū)入侵侵蝕，加上物源充足，沉積物快速堆積，先期形成的扇三角洲砂體及其周緣的濱淺湖砂體尚未固結(jié)成巖，在地震、波浪等誘發(fā)機制下，沿著斜坡向北重新搬運再沉積，于坡折帶的坡腳深水區(qū)形成湖底扇。

因此，陡峭的古地貌坡度和充足的物源供應(yīng)是潿西南湖底扇形成的重要條件:古地貌坡度為4°～9°，物源包括南部企西隆起的原始物源、以及先期形成的且尚未固結(jié)成巖的扇三角洲砂體和濱淺湖砂體。湖底扇的分布位置主要在斷裂坡折帶或同沉積坡折帶坡腳的深水區(qū)。

4 湖底扇油氣成藏條件

圖10 湖底扇的地震相特征Fig．10 Seismic facies characteristics of sublacustrine fan

圖11 潿西南凹陷流一段湖底扇沉積模式圖Fig．11 Depositional model of sublacustrine fan in Liu-1 Formation of Weixi’nan sag

由于湖底扇分布于斷裂坡折帶或同沉積坡折帶的深水區(qū)，受到其特殊的構(gòu)造位置和沉積環(huán)境的控制，潿西南湖底扇具有圈閉、油源和油氣運聚的優(yōu)越成藏條件。首先，湖底扇形成于深水環(huán)境，與湖底扇砂巖共生的泥巖顏色主要為深灰色和黑色，是半深湖—深湖還原性環(huán)境的重要標(biāo)志。湖底扇砂體被半深湖或深湖泥巖包圍，形成優(yōu)良的儲蓋組合，易于形成巖性圈閉。同時，湖底扇沉積區(qū)同沉積坡折帶由于發(fā)育同沉積斷層，也容易形成斷層—巖性圈閉或滾動背斜圈閉。所以，湖底扇沉積區(qū)發(fā)育不同類型的圈閉。其次，湖底扇沉積于半深湖、深湖環(huán)境，臨近烴源巖泥巖和油頁巖，油源條件好。有的湖底扇砂體甚至與烴源巖直接接觸，能形成自生自儲型油氣藏:根據(jù)目前的鉆井揭示，與湖底扇共生的烴源巖為優(yōu)質(zhì)烴源巖，不僅厚度大，而且多數(shù)埋深超過2 000 m，達(dá)到生油門限。通過對生油指標(biāo)的測定，TOC值在1．35%～2．75%，Ro 值在 0．6%～1．2%，處于好的生油窗。在現(xiàn)場錄井中，油頁巖滴照呈乳白色擴散，發(fā)熒光，具瀝青味，說明已經(jīng)生油，可自生自儲。另外，由于湖底扇沉積區(qū)為斷裂坡折帶或同沉積坡折帶，斷層發(fā)育，有的斷層溝通了深部烴源巖，使得下部不同層段的油氣通過斷層運移到其中，形成較大規(guī)模的油氣藏。

綜上所述，受其特殊的構(gòu)造位置和深水區(qū)這一特殊的沉積環(huán)境控制，潿西南的湖底扇能夠形成大量巖性圈閉、斷層—巖性圈閉或滾動背斜圈閉，這些圈閉臨近優(yōu)質(zhì)烴源巖，油源富足，不僅能自生自儲，還能夠通過斷層捕集到深部油源，易于形成油氣藏。在鉆探實踐中，潿D-7構(gòu)造和潿E-2構(gòu)造的湖底扇都獲得了重大油氣發(fā)現(xiàn)，目前已有7口井鉆獲工業(yè)油流，顯示了流一段湖底扇良好的油氣勘探前景。

5 結(jié)論與意義

(1)利用巖芯、測井、地震和粒度曲線等資料分析表明，潿西南湖底扇在巖石學(xué)、相序、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造等方面具備典型濁積巖的沉積特征:在巖石學(xué)上，湖底扇具有典型濁積巖的鮑馬序列特征且分為高能量型沉積和低能量型沉積兩種，在沉積結(jié)構(gòu)上，粒度概率圖和C-M圖具有濁流沉積獨有的粒度分布特征，在沉積構(gòu)造上，具有豐富的濁流沉積構(gòu)造現(xiàn)象。

(2)陡峭的古地貌坡度和充足的物源供應(yīng)是潿西南湖底扇形成的重要條件，其分布位置主要在斷裂坡折帶或同沉積坡折帶坡腳的深水區(qū)。

(3)受其特殊的構(gòu)造位置和深水區(qū)這一特殊的沉積環(huán)境控制，潿西南的湖底扇能夠形成大量巖性圈閉、斷層—巖性圈閉或滾動背斜圈閉，這些圈閉臨近優(yōu)質(zhì)烴源巖，油源富足，不僅能自生自儲，還能夠通過斷層捕集到深部油源，易于形成油氣藏，目前已有多口井鉆獲工業(yè)油流證實，勘探潛力較大。

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