泌陽凹陷東南部核桃園組近岸水下扇與扇三角洲沉積特征比較及控制因素分析

董艷蕾,朱筱敏,耿曉潔,王 波,王 珩，江 強(qiáng),郭 雷,韋敏鵬

[1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249; 2.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083; 4.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452]

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泌陽凹陷東南部核桃園組近岸水下扇與扇三角洲沉積特征比較及控制因素分析

董艷蕾1,2,朱筱敏1,2,耿曉潔3,王 波4,王 珩1，2，江 強(qiáng)1,2,郭 雷1,2,韋敏鵬1,2

[1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249; 2.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083; 4.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452]

南襄盆地泌陽凹陷南部陡坡帶核桃園組發(fā)育大量的砂礫巖體。這些砂礫巖體與鼻狀構(gòu)造配置形成該凹陷重要的油氣藏。但是，前人對砂礫巖體成因的研究一直存在較大的爭議，主要爭論集中于砂體成因是扇三角洲成因還是近岸水下扇成因。為了明確砂礫巖體的成因及平面展布，在高精度層序地層格架建立的基礎(chǔ)上，主要利用對比的方法，從沉積相發(fā)育背景、沉積亞相及微相劃分、鉆測井特征、巖心特征、粒度分布特征及地震反射特征6個方面，對這兩種相類型進(jìn)行了總結(jié)對比，并對控制因素進(jìn)行了初步的探討。研究結(jié)果表明，邊界大斷裂的活動造成的斷層陡緩程度的差別對工區(qū)砂體成因類型起著重要的控制作用。在平面上，斷層較緩(55°～75°)的西部地區(qū)發(fā)育扇三角洲；而在斷層較陡(75°～90°)的東部地區(qū)，則發(fā)育近岸水下扇。在地震剖面上，早期斷層比較陡，易沉積近岸水下扇；晚期斷層比較緩，易沉積扇三角洲。

近岸水下扇；扇三角洲；砂礫巖體；構(gòu)造控制作用；核桃園組；泌陽凹陷；南襄盆地

泌陽凹陷位于河南省南部的唐河縣與泌陽縣之間。近30年的勘探開發(fā)研究早已查明，其南部陡坡帶發(fā)育大量的砂礫巖體。這些砂礫巖體與鼻狀構(gòu)造配置能夠形成相對簡單的巖性油氣藏，是該凹陷油氣藏的重要儲集類型。前人認(rèn)為，砂礫巖體為扇三角洲和近岸水下扇沉積。由于這兩種沉積相類型的區(qū)別難度比較大，造成研究人員對不同地區(qū)、不同時期沉積相類型的認(rèn)識有不同的觀點[1-3]。那么該區(qū)發(fā)育的究竟是什么沉積相類型呢？沿陡坡帶鉆遇的砂礫巖體是如何分布的呢？在層序地層學(xué)及地震沉積學(xué)理論的指導(dǎo)下，筆者對工區(qū)的層序、沉積進(jìn)行了詳細(xì)的研究，明確了兩種沉積相在時空的演變及分布特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

泌陽凹陷是南襄盆地內(nèi)發(fā)育的一個次級凹陷，屬于小型山間斷陷，面積約1 000 km2，由北部緩坡構(gòu)造帶、南部陡坡構(gòu)造帶及中部凹陷構(gòu)造帶3個構(gòu)造單元組成。南部陡坡構(gòu)造帶砂礫巖體十分發(fā)育，經(jīng)過30年的勘探和開發(fā)，在該帶已發(fā)現(xiàn)井樓、雙河、趙凹-安棚和下二門4個油田(圖1)。

泌陽凹陷在大地構(gòu)造上位于揚子板塊與華北板塊結(jié)合部位的秦嶺褶皺帶上，是在統(tǒng)一的陸殼板塊基底上發(fā)展起來的。王尚文等(1983)認(rèn)為，中國板塊東部邊界在中、新生代的構(gòu)造演化過程中有3次重要的成盆期[4]，即晚燕山期(K1)、早喜馬拉雅期(K2—E3)和晚喜馬拉雅期(N1—Q)，后兩期構(gòu)造變動對泌陽凹陷都有不同程度的影響，控制泌陽凹陷形成和發(fā)展的主要因素是斷裂作用。按規(guī)?？纱笾路譃檫吔缁状髷嗔?、盆內(nèi)次級基底斷裂和沉積蓋層斷裂3類。其中，邊界基底大斷裂控制著斷陷的形成和發(fā)展，盆內(nèi)次級基底斷裂控制著凹陷次級構(gòu)造帶的發(fā)展演化。泌陽凹陷的形成主要受北西西向的唐河-栗園斷裂和北東向的泌陽-栗園斷裂控制，沉積、沉降中心位于東南部邊界斷裂交匯處的安棚—安店一帶?；鬃畲舐裆钸_(dá)8 000 m以上，從南向北、從東向西逐漸抬升，整個凹陷在平面上呈端部北指的扇形展布，剖面上構(gòu)成南深北淺的箕狀凹陷[5-6]。本文的研究工區(qū)為東南部陡坡帶(圖1)。

2 層序地層格架

本次研究層位包括古近系核桃園組一段—核三段上部的地層。利用地震、鉆井、錄井和測井資料，結(jié)合沉積序列和構(gòu)造演化特征及氣候周期性變化特征，將核一段—核三上亞段劃分為10個四級層序(表1)[7-11]。

3 近岸水下扇和扇三角洲沉積特征對比

研究工區(qū)核桃園組主要發(fā)育近岸水下扇和扇三角洲兩大沉積類型。下文從沉積相發(fā)育背景、沉積亞相及微相劃分、鉆測井特征、巖心特征、粒度分布特征及地震反射特征6個方面，對這兩種相類型進(jìn)行總結(jié)對比。

3.1 沉積相發(fā)育背景

近岸水下扇是在較深湖區(qū)水下形成的扇形礫巖體。近源洪水?dāng)y帶大量陸源碎屑直接入湖，并在湖盆邊緣陡岸的深水環(huán)境中形成水下扇體。它主要形成于陸相斷陷湖盆的擴(kuò)張期，隨著湖水范圍的擴(kuò)大，扇體也不斷后退，并始終沿湖盆邊緣緊鄰山麓部位分布[12-16]。

圖1 泌陽凹陷地理位置及研究區(qū)三維地震勘探區(qū)Fig.1 Map showing the location of Biyang Sag and 3-D seismic acreage in the study area

地層四級層序?qū)?yīng)砂組核桃園組核一段核二段核三上亞段SQH11H11SQH21H21SQH31H31SQH12H12SQH22H22SQH32H32SQH13H13SQH23H23SQH33H33SQH43H43

扇三角洲是鄰近高地推進(jìn)到穩(wěn)定水體(海、湖)中去的沖積扇，主要發(fā)育于斷陷湖盆的陡坡帶。其形成的動力機(jī)制比較復(fù)雜，陸上部分也可看作為洪積扇體，而水下部分與三角洲具有很大的相同性。

3.2 沉積亞相及微相劃分

泌陽凹陷東南部地區(qū)近岸水下扇發(fā)育于盆地的主斷陷期，也是邊界斷層活動最強(qiáng)烈的核三段沉積時期[17]。該時期湖盆范圍大、水體較深，自下而上依次出現(xiàn)內(nèi)扇—中扇—外扇沉積序列，呈向上變細(xì)的正粒序特征，多層近岸水下扇疊加，顯示水進(jìn)的特征，每個沉積亞相內(nèi)部也包含許多次一級的下粗上細(xì)的正韻律。根據(jù)沉積層序和沉積物特征，可將近岸水下扇劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇3個亞相。近岸水下扇的內(nèi)扇位于近山口處，分布范圍不大，為主水道發(fā)育段，內(nèi)扇又可以劃分為主水道和水道側(cè)緣兩個微相。近岸水下扇中扇主要分布于靠近湖盆陡岸的較深水環(huán)境中，它是近岸水下扇的主體部分，可以分為水道及水道間沉積微相。近岸水下扇外扇位于近岸水下扇末端，該處水體較深，地形較為平緩，水下水道已不發(fā)育(表2)。

表2 泌陽凹陷核桃園組沉積相類型

泌陽凹陷東南部扇三角洲可分為3個亞相，即扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲。扇三角洲平原亞相為扇三角洲的水上部分沉積，由分流河道及漫流沉積組成。扇三角洲前緣亞相是扇三角洲的主體部分，根據(jù)河道巖性特征又將扇三角洲前緣劃分為內(nèi)前緣和外前緣，其中內(nèi)前緣主要以水下分流河道和河道間為主，外前緣又可進(jìn)一步劃分為水下分流河道、河道間、河口壩、遠(yuǎn)砂壩和席狀砂等幾個微相，其前端可伴生滑塌濁積巖沉積。前扇三角洲亞相與濱淺湖沉積相鄰(表2)。

3.3 鉆、測井特征

近岸水下扇的內(nèi)扇自下而上為混雜的塊狀礫巖和遞變層理的礫狀砂巖，在自然電位和伽馬曲線上表現(xiàn)為參差不齊的低、中幅度鐘形。中扇主要分布于靠近湖盆陡岸的較深水環(huán)境中，它是近岸水下扇的主體部分，具明顯的水道特征，為一正旋回序列；其巖性主要為含礫砂巖和塊狀砂巖，水道間是以粉砂巖和泥巖為主的細(xì)粒沉積，單個韻律也為正旋回，電測曲線呈鐘形，與內(nèi)扇相比，水道巖性粒度明顯減小。外扇主要為具有鮑馬序列的濁積巖和暗色泥巖，自然電位曲線呈以正向為主的稀疏的低鋸齒狀或指狀，偶見反旋回曲線[18-23](圖2)。

扇三角洲平原分流河道的巖性主要是成熟度低、分選差-中等的厚層礫巖、粒狀砂巖，無遞變或具有正遞變層理，底部具有沖刷面。漫流沉積主要位于分流河道間，沉積物粒度較細(xì)，一般為粉砂、粘土和細(xì)砂的薄互層。多期河道形成的曲線組合形態(tài)為多個鐘形或箱形的垂向疊加，河道間為較薄層的低幅平直或微齒化(研究區(qū)內(nèi)平原相不發(fā)育)。

扇三角洲前緣的水下分流河道沉積為平原環(huán)境中災(zāi)變期形成的分流河道在水下的延伸，一般以砂巖、含礫砂巖為主，礫巖相對較少。砂、礫巖呈灰白色、淺灰色，厚層，塊狀，單層厚度為5～10 m，部分由多個砂巖透鏡體在縱向上相互疊置而形成厚達(dá)數(shù)米的砂巖。自然電位多呈鐘形、中-高幅指狀或疊置箱形，也可因為水道的進(jìn)積而形成漏斗形上疊箱形的復(fù)合形，以及因水道退積形成的鐘形疊在箱形上的復(fù)合形(圖2)。河口壩自然電位曲線為齒化的漏斗形-鐘形，反映河道沖刷作用減弱。前緣席狀砂自然電位曲線多呈低-中幅指狀，水下分流河道間自然電位多呈微齒狀-平直狀。前扇三角洲自然電位曲線呈指狀或微齒狀[24-27]。

3.4 巖心特征

前扇三角洲亞相由前扇三角洲泥沉積構(gòu)成,巖性較細(xì)，以灰色、灰綠色及深灰色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖為特征，發(fā)育水平層理、波狀層理及各種復(fù)合層理，生物化石較多。

3.5 粒度分布特征

近岸水下扇內(nèi)扇的粒度概率曲線由平緩的跳躍總體和長段的懸浮總體組成[28]。

扇三角洲前緣水下分流河道和河口壩在粒度概率曲線上顯示為由懸浮總體和跳躍總體組成的兩段式，水下分流河道間主要為長段的懸浮次總體和斜率較大的跳躍次總體。而席狀砂粒度概率曲線為平緩過渡的兩段式，指示了相對較弱的水動力條件[29-32](圖2)。

3.6 地震反射特征

近岸水下扇沉積時，整體沉沒于水下發(fā)生快速沉積，因此地震反射成層性和連續(xù)性變化較大，在陡坡帶的不同部位發(fā)育扇體的地震特點有所不同。通常在順物源方向的地震剖面上，由于與上覆地層巖性差異較大，扇體包絡(luò)面反射振幅較強(qiáng)，其反射外形一般呈逐漸收斂的楔狀體，內(nèi)部反射呈小角度的發(fā)散結(jié)構(gòu)，反映了高能、不穩(wěn)定的沉積環(huán)境；在垂直物源方向的地震剖面上，扇體大都對應(yīng)丘狀反射，內(nèi)部反射為亞平行結(jié)構(gòu)，同相軸具有中等連續(xù)、中-強(qiáng)振幅特征[33](圖2)。

扇三角洲在地震反射上有明顯的前積特征，一般呈斜交型前積結(jié)構(gòu)，代表著水動力較強(qiáng)、物源供應(yīng)充足的沉積環(huán)境。在垂直物源方向上，一般為寬緩的丘狀反射，內(nèi)部為低頻的平行或亞平行結(jié)構(gòu)，同相軸為連續(xù)性較好的強(qiáng)振幅反射[34](圖2)。

4 構(gòu)造對沉積的控制作用

泌陽凹陷古近系核桃園組早期(核三段沉積時期)，由于邊界大斷裂的強(qiáng)烈活動形成了箕狀斷陷結(jié)構(gòu)，使得盆地的古地形具有南部陡坡、中央深凹和北部斜坡的分異特點。在不同的地形差異地區(qū)，沉積體系的形成背景和主控因素是有差別的。本次研究的東南部陡坡帶鄰近物源，加之盆地邊界斷裂的強(qiáng)烈活動，地形高差大，沉積相類型主要受控于盆地邊界深大斷裂的活動幅度和階段性。到了核桃園組中晚期(核二段、核一段沉積時期)，深大斷裂的活動強(qiáng)度逐漸減弱，泌陽凹陷隨之經(jīng)歷了從斷陷向坳陷的轉(zhuǎn)化。就近岸水下扇與扇三角洲二者相比較而言，早期地形坡度陡，易沉積近岸水下扇;晚期地形坡度緩，易沉積扇三角洲[35-36]。

在平面上，不同地區(qū)的斷層陡緩程度不同。圖3分別選取了西部平氏地區(qū)和東部梨樹凹以南地區(qū)的兩條地震剖面，可以看到西部的邊界斷層最緩、東部的斷層較陡。通過研究發(fā)現(xiàn)，在斷層較緩(55°～75°)的西部地區(qū)，發(fā)育扇三角洲；而在斷層較陡(75°～90°)的東部地區(qū)，發(fā)育近岸水下扇。

表3 泌陽凹陷東南部各層序沉積相類型統(tǒng)計

圖3 泌陽凹陷東南部斷層陡緩對沉積相平面分布的控制作用Fig.3 Diagram showing the controlling effect of the degree of fault dip upon sedimentary facies distribution in southeastern Biyang Saga.西測線地震剖面，斷層緩，50°～75°，發(fā)育扇三角洲；b.東測線地震剖面，斷層陡，75°～90°，發(fā)育近岸水下扇；c.核桃園組沉積相

5 結(jié)論

圖4 泌陽凹陷東南部斷層陡緩對沉積相縱向演化的控制作用Fig.4 Diagram showing the controlling effect of the degree of fault dip upon vertical evolution of sedimentary facies in southeastern Biyang Saga. L756測線地震剖面，邊界大斷層上緩下陡，上部斷層緩的發(fā)育扇三角洲，下部斷層陡的發(fā)育近岸水下扇； b.核桃園組沉積相;c.核桃園組沉積相

2) 從沉積相發(fā)育背景、沉積亞相及微相劃分、鉆測井特征、巖心特征、粒度分布特征及地震反射特征6個方面，對近岸水下扇和扇三角洲兩種沉積相類型進(jìn)行了總結(jié)對比。

3) 著重探討了斷層陡緩程度對沉積體系的控制作用，認(rèn)為平面上斷層較緩(55°～75°)的西部地區(qū)發(fā)育扇三角洲，而在斷層較陡(75°～90°)的東部地區(qū)發(fā)育近岸水下扇；在剖面上早期地形坡度陡，易沉積近岸水下扇；晚期地形坡度緩，易沉積扇三角洲。

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(編輯 李 軍)

Sedimentary characteristics comparison and controlling factors analyses of nearshore subaqueous fan and fan delta in the Hetaoyuan Formation of southeastern Biyang Sag

Dong Yanlei1,2,Zhu Xiaomin1,2,Geng Xiaojie3,Wang Bo4,Wang Heng1，2，Jiang Qiang1,2,Guo Lei1,2,Wei Minpeng1,2

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;4.CNOOCEnterTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Coarse-grained clastic deposits are widely developed in the Hetaoyuan Formation of the steep slope belt in southern Biyang Sag of Nanxiang Basin.They together with nose-like structures in the sag form many high-quality oil and gas reservoirs.However,the genesis of these deposits is still uncertain.The bone of contention is whether they are fan delta genesis or nearshore subaqueous fan genesis.To answer the question and get a better look at how they are distributed horizontally,we compared and summarized the two geneses and discussed their controlling factors in a stratigraphic sequence framework and from the following 6 perspectives of sedimentary settings,subfacies and microfacies categorization,drilling and logging data,core analyses,grain size distribution features and seismic response characteristics.The results show that the steepness difference of faults caused by large boundary faulting activities controlled their genesis.Horizontally,fan deltas are developed in the west area with gentle faults(55°-75°)while nearshore subaqueous fans are deve-loped in the east area with steep faults(75°-90°)nearshore. Seismic profiles also show that early faults are steeper and favorable for the deposition of nearshore subaqueous fans;while later faults are more gentle and good for fan delta to be formed.

nearshore subaqueous fan,fan delta,glutenite body,structural control,Hetaoyuan Formation,Biyang Sag,Nanxiang Basin

2013-10-10;

2014-02-26。

董艷蕾(1972—)，女，博士、講師，層序地層學(xué)及地震沉積學(xué)。E-mail:yanleidong@163.com。

朱筱敏(1960—)，男，教授，層序地層和沉積儲層研究。E-mail:xmzhu@cup.edu.cn

國家自然科學(xué)基金項目(41202078，41272133)；中國石油大學(xué)(北京)科研基金資助項目(KYJJ2012- 01-31)。

0253-9985(2015)02-0271-09

10.11743/ogg20150212

TE121.3

A