西湖凹陷北部漸新統(tǒng)花港組濕地扇沉積學(xué)分析

陳琳琳

(中國石化上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120)

西湖凹陷北部漸新統(tǒng)花港組濕地扇沉積學(xué)分析

陳琳琳

(中國石化上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120)

東海陸架盆地西湖凹陷北部漸新統(tǒng)花港組巨厚濕地扇砂體蘊藏著豐富的油氣資源，其巖相屬性關(guān)系到油氣勘探中的儲層認識。研究區(qū)北部G構(gòu)造G-2井百米巖心所展示的豐富內(nèi)容，揭示了花港組構(gòu)造旋回底部濕地扇雛型期、建設(shè)期、消亡期的微相變化，以及不同微相碎屑粒度特征所反映的水力學(xué)行為。巖心所揭示的水道、壩灘沉積學(xué)特征差異，豐富了濕地扇沉積學(xué)特征、層序演化以及控相機制的內(nèi)涵，為深層儲層的分析與研究奠定了基礎(chǔ)。

沉積學(xué)特征 濕地扇 花港組 漸新統(tǒng) 西湖凹陷

東海陸架盆地西湖凹陷漸新世是一個經(jīng)歷了兩個構(gòu)造旋回，由濕地扇、扇三角洲、三角洲、湖泊充填的陸相盆地。近幾年在凹陷北部的Y、G及H構(gòu)造上，鉆探至漸新統(tǒng)花港組上段底部巨厚砂體時發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油氣藏。對于深層巨厚砂體的巖相屬性的認識研究，不僅有助于對儲層分布、側(cè)向變遷以及物性條件的認識，而且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層序疊加、碎屑構(gòu)成所涉及到的深層次生溶蝕作用的理解也是十分重要的。

2013年，G-2井在花港組上段底部的巨厚砂體中完整取心百米，為研究深層巨厚砂體提供了基礎(chǔ)資料(從沉積學(xué)角度，探討深層巨厚砂體的巖相屬性以及發(fā)生、發(fā)展過程)。

1 花港組濕地扇層序地層學(xué)背景

凹陷北部的Y構(gòu)造、G構(gòu)造、H構(gòu)造位于中央背斜帶北部(圖1)，目前已完井10口。漸新統(tǒng)花港組由兩個構(gòu)造旋回組成，G-2井百米取心取自上段旋回底部，上段旋回對比關(guān)系見圖2。

圖2中各井構(gòu)造旋回的頂、底界面均為層序界面(侵蝕面)，代表著基準(zhǔn)面快速下降所形成的侵蝕作用，該構(gòu)造旋回由低位域、水進域、高位域以及水退域組成，而G-2井濕地扇完整取心即發(fā)育于低位域背景之下。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造格局簡圖

濕地扇發(fā)育在基準(zhǔn)面緩慢上升階段的低位域中，其底部侵蝕面代表著長期剝蝕，而低位域?qū)有虻陌l(fā)展將在物源供給和基準(zhǔn)面緩慢上升的相互作用中展示了進積或退積的變化。

2 濕地扇沉積特征概要

綜合聯(lián)井層序?qū)Ρ?、測井曲線、巖心觀察，濕地扇主要依據(jù)有：

(1)位于低位域底部，具侵蝕底形，垂向由多套層序構(gòu)成，垂向上演化由扇向扇三角洲發(fā)展；平面展布上，向下游方向(H構(gòu)造向G構(gòu)造、Y構(gòu)造)由扇向扇三角洲漸變。

(2)扇體受辮狀河道主導(dǎo)，并保留大量初始化河道，沖溝梳籬狀侵蝕扇面。

(3)從上游到下游，濕地扇辮狀河道由縱向砂壩、斜列砂壩向橫向砂壩演化；縱向砂壩具有初始河道特征，因此包含很多片流沉積；斜列砂壩與廢棄泥沼河道共生，因此河道沉積多見不規(guī)則泥礫；橫向砂壩表明河道低彎度傾向，發(fā)育在扇下游遠端區(qū)域。

(4)測井GR曲線呈箱狀、箱—鐘狀特點(圖2)，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多個向上變粗或向上變細的垂向?qū)有驑?gòu)成。

(5)扇面沉積呈片流作用特征，常見薄層分選好的砂礫層或礫層，雜基較少，此區(qū)別于泥石流。

(6)粒度資料既有大量河道粒度特征，也常見篩積特點，細礫孔隙中充填較細的碎屑，形成雙眾數(shù)、多眾數(shù)特點。

圖2 西湖凹陷北部漸新統(tǒng)花港組上段層序?qū)Ρ?/p>

3 濕地扇垂向演化

從沉積特征分析，濕地扇沉積演化經(jīng)歷了的發(fā)生、發(fā)展、消亡三個階段(圖3)。

3.1早期—下切谷充填，扇雛型出現(xiàn)

濕地扇的發(fā)育是從下切谷充填發(fā)展而來的。從幾口鉆井GR特征可見，濕地扇底部普遍以侵蝕方式與下伏地層接觸，GR突變證實了這一接觸方式。但是，G-2井在濕地扇底部并未揭示到下切谷河道沉積，而是溢岸砂壩(圖3b)。

G-2井濕地扇底部未見河道侵蝕作用，灰白色含泥礫塊狀細砂巖直接覆蓋在含粉砂質(zhì)條帶的灰黑色泥巖之上。突變而無侵蝕，表現(xiàn)為溢岸砂壩沉積，這恰恰證明低位域底部侵蝕面代表著若干穩(wěn)定的主干河道侵蝕作用，而低位域起始階段下切谷充填后隨即出現(xiàn)溢岸砂壩，表明下凹底形已經(jīng)夷平。

下切谷充填標(biāo)志著前期迅速下降的基準(zhǔn)面(形成侵蝕面)開始轉(zhuǎn)入上升背景，而溢岸砂壩標(biāo)志著濕地扇雛型已經(jīng)出現(xiàn)。

濕地扇早期縱向砂壩呈現(xiàn)進積旋回，砂壩上游的礫石層覆蓋在下游砂石層之上，表明濕地扇早期物源供給對層序演化的影響強于基準(zhǔn)面上升的影響。

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，縱向砂壩是由塊狀、或原始水平層理的砂礫層組成[1]。不穩(wěn)定的辮狀河道僅僅切割了縱向砂壩的上部表層，因此，并不發(fā)育基于一定水深條件的沙波或沙丘，也沒有強烈下蝕作用形成的滯留河道礫石，縱向砂壩迎水面礫石層向下游具水平層理的砂層進積，表現(xiàn)出碎屑粒級的過渡特征(圖4a)。從早期沉積特征看，縱向砂壩垂向遷移方向表明層序發(fā)展呈現(xiàn)進積特征。說明低位域早期基準(zhǔn)面上升是緩慢的，碎屑供給充分決定了層序演化特征。

3.2中期—扇建設(shè)期，辮狀河道活躍階段

在沉積特征上，辮狀河道活躍凸顯其河道形成過程(圖3b)。

a.濕地扇雛型期；b.扇建設(shè)期，辮狀河道活躍；c.扇建設(shè)期，片流主控階段；d.扇消亡期，低彎度砂質(zhì)河

圖3 G-2井取心段層序及微相分析

層系疏密變化的板狀層理發(fā)育在具有一定水深的穩(wěn)定河道中，水深、流量、碎屑供給的變化導(dǎo)致層系寬度變化；指證淺水化的依據(jù)還有向上疊加的小型槽型層理(圖4b)，或者沖刷現(xiàn)象。

層理構(gòu)造內(nèi)部的復(fù)合面表明河道出現(xiàn)遷移、彎曲，結(jié)合泥沼河道的出現(xiàn)，說明在基準(zhǔn)面上升背景下，碎屑過量供給現(xiàn)象得到遏制，河道作用增強，相對穩(wěn)定的河道出現(xiàn)并成為主干河道，一些砂壩出現(xiàn)接岸趨勢形成臺地，而主干河道的出現(xiàn)意味著一些河道廢棄，演化成斜列砂壩間的泥沼河道。因此，撕裂狀泥礫的出現(xiàn)(圖4e、4i)，表明辮狀河道的演化出現(xiàn)河道拓深，河道彎曲的傾向。

巖心中河道沉積與斜列砂壩下游砂灘雖然都出現(xiàn)低角度板狀交錯層理，但是河道沉積的穩(wěn)定性保證了層理的穩(wěn)定性，并逐步淺水化；而斜列砂壩下游砂灘經(jīng)常出現(xiàn)含礫沖刷現(xiàn)象(圖4c，礫石具定向排列)。

河道側(cè)向遷移形成了下游砂灘的交錯層理(4d)。

辮狀河道活躍期形成了該階段層序垂向演化的退積/加積的總特征。由于該階段處于扇建設(shè)期初期，沉積坡度較緩，基準(zhǔn)面上升導(dǎo)致大量碎屑停滯在扇上游，然而，上游滯留必將導(dǎo)致陡坡不穩(wěn)定，必然引發(fā)下一個發(fā)展階段：片流主控階段。

3.3中期—扇建設(shè)期，片流主控階段

片流是一種高流態(tài)的薄層坡面流，流通時間較短，以紋溝、細溝方式切割扇表面，形成分選較好的砂礫層，或透鏡體夾層，以及沖刷構(gòu)造(圖3c)。

關(guān)于這種高流態(tài)坡面流的水力學(xué)特征還存在很多討論，早先Horton[2]，Emmett[3]都認為湍流中仍保留著層流的性質(zhì)。吳普特[4]定義為：“攪動層流”，張廣輝[5]通過水力學(xué)實驗認為：“坡面薄層流流態(tài)與水深密切相關(guān)，坡面流的流態(tài)基本上呈過渡流和紊流，是兩種流態(tài)交替”。田連權(quán)則認為[6]：片流系指坡面面狀水流和散狀股流，這里的散狀股流即紋溝、細溝水流總稱。他認為，片流的發(fā)展可以從層流坡段，發(fā)展到紋溝、細溝流坡段，反映侵蝕作用的變化。

李新坡等人[7]對太原盆地風(fēng)峪溝沖積扇的研究認為：片流沉積和河道充填沉積共同組成了沖積扇上的水流沉積物。片流沉積形成典型的平行層理、透鏡體狀礫石壩。

Terence[8]對加里福利亞的Derth山谷的泥石流主控沖積扇，片流主控沖積扇的比較學(xué)研究，再次梳理了旱地扇概念與濕地扇概念。

G-2井片流沉積特征可概括為：

(1)硅質(zhì)礫石磨圓較好，或與撕裂狀泥礫共生；

(2)分選較好、較差均有(圖4g)，反映流態(tài)變化；

a.進積背景中具反向韻律的縱向砂壩(3 797.57 m)；b.河道砂體淺水化小型槽形層理(3 764.12 m)；c.縱向砂壩頂部片流形成的定向礫石(3 780.6 m)；d.河道遷移形成的不同層系交錯層理的疊合現(xiàn)象(3 763.54 m)；e.砂壩頂部片流作用下的泥礫，分選差，具正韻律(3 752.3 m)；f.廢棄河道，枯水期粉砂、泥巖充填河道(3 750.1 m)；g.片流作用下礫石層、砂層成對出現(xiàn)(3 729.84 m)；h.具正韻律結(jié)構(gòu)的礫石層，多期出現(xiàn)(3 728.8 m)；i.分選很差的撕裂狀泥礫，長軸方向具定向特征(3 722.58 m)；j.具正韻律的多期礫石層，硅質(zhì)礫石，泥質(zhì)礫石混雜(3 741.2 m)

圖4 G-2井濕地扇雛型期、建設(shè)期各微相巖心照片

(3)垂向變化無規(guī)律，既有正韻律(圖4h)，也有反韻律，或出現(xiàn)河道砂背景中，礫石層突然發(fā)生，突然結(jié)束的情況；

(4)同層礫石盡管分選一般、或較差，但具有明顯定向特征，與所在層系層面保持一致(圖4g)，因此，相鄰不同層系中的片流顯示不同的定向性；

(5)反復(fù)出現(xiàn)的片流形成多次疊加的礫石層，每次片流作用的流態(tài)差異形成礫石層分選，粒級，韻律的差異；垂向上多期片流形成砂礫層，礫石層的互層現(xiàn)象(圖4j)；

(6)撕裂狀泥礫與硅質(zhì)礫石沿層理面定向分布，表明沉積環(huán)境出現(xiàn)廢棄河道，河道已經(jīng)彎道化；

(7)頻繁出現(xiàn)的沖刷構(gòu)造，無明確侵蝕底形，礫石成群出現(xiàn)，指證扇表面細溝化，是片流扇面活動標(biāo)志。

粒度分析進一步揭示了片流中的紊流效應(yīng)。比較河道砂體與片流砂體的粒度資料(圖5)，辮狀河道砂(樣品a、b、c)的極細砂已經(jīng)進入懸浮總體，因此，懸浮段表現(xiàn)出一段較寬的過渡段，含量達到20%；而中砂、細砂表現(xiàn)出分選很好的跳躍總體；推移總體含量很低。三個樣品取自三段不同時期辮狀河道沉積，但水動力學(xué)行為表現(xiàn)出高度的一致。

片流作用的砂體，碎屑顆粒水動力學(xué)行為則表現(xiàn)多樣性。樣品d細砂以下細粒碎屑含量極低，部分中砂處于懸浮狀態(tài)，從細礫到粗砂，表現(xiàn)出多個跳躍段；樣品e粗砂、巨砂、細礫、中礫含量很高，中砂以下細粒碎屑含量極低且表現(xiàn)為懸浮狀態(tài)，跳躍總體多期混合，推移與跳躍之間狀態(tài)模糊，表現(xiàn)出流態(tài)的極不穩(wěn)定；樣品f中砂及以下細粒碎屑含量達到18%，但處于懸浮狀態(tài)，跳躍總體多期混合，少量細礫的水動力學(xué)也表現(xiàn)出跳躍特征。從d、e、f三個樣品看，片流作用下的粒度特征有二：

(1)普遍懸浮段細粒碎屑含量很低；

(2)篩積特征，即雙眾數(shù)，多眾數(shù)特征；反復(fù)水流沖刷，形成了粗碎屑粒間孔隙滲入細粒碎屑現(xiàn)象，這是扇面沉積多期改造所致。

圖5 G-2井河流作用與片流作用碎屑粒度累積曲線(a、b、c為河道砂，d、e、f為片流砂)

3.4晚期—扇消亡，低彎度砂質(zhì)河

河道演化進入低彎度砂質(zhì)河階段，表明扇演化出現(xiàn)下游特征，也表明扇出現(xiàn)退卻趨勢(圖3d)。

兩個因素導(dǎo)致扇消亡：第一，扇上游碎屑經(jīng)過前期傾瀉，沉積坡降減弱，過量供給現(xiàn)象必然減弱；第二，基準(zhǔn)面持續(xù)升高迫使扇退卻。

辮狀河下游河型演化出現(xiàn)砂質(zhì)低彎度河，大型河道的出現(xiàn)使河道的活動時間比砂壩長久得多，因此，沉積特征顯示更多的大型床砂底形的運動標(biāo)志。

大套板狀層理的出現(xiàn)說明河道穩(wěn)定遷移，主干河道輕微蛇曲化，因此，水流沒有像辮狀河那樣網(wǎng)狀分隔。

頻繁出現(xiàn)的板狀交錯層理表明河道具備一定的水深及流速，這顯然區(qū)別于片流環(huán)境。但扇環(huán)境常見的水位漲落使河道周期性進入枯水期，河底暴露致使板狀交錯層理之間出現(xiàn)片流礫石(圖4e)。

水位漲落也導(dǎo)致底形疊加現(xiàn)象，低彎度河道砂壩常常是不同規(guī)模交錯層理的混合體，巖心中常見沙波復(fù)活面。

4 濕地扇控相機制

4.1 “扇”類型分析

從G-2井低位域巨厚砂體的百米取心看，沉積體內(nèi)部充斥大量片流沉積，表明扇面活動活躍，這樣的沉積特色凸顯了物源供給充沛的大背景，如果放在基準(zhǔn)面上升背景下看之，這樣的物源過量供給通常出現(xiàn)在“扇體系”中。

關(guān)于沖積扇中半旱地扇、濕地扇的討論，前人已有論述(Reading，1978)。但在Reading的模式中，泥石流、片流屬于上、下游演化關(guān)系，可見，對于扇型差異并不強調(diào)氣候控制。

巖心中常見的片流沉積引發(fā)兩點思考：

(1)粒度分析表明，巖心中分選較差，硅礫、泥礫混雜的砂礫巖，礫石砂巖仍屬于牽引流沉積，因此，可以明確為“濕地扇”特征。

(2)從發(fā)生、發(fā)展到消亡，河道過程并未占據(jù)，或僅僅階段性占據(jù)主導(dǎo)地位。早期河道在縱向砂壩間穿梭，改造砂壩表層；中期主干河道出現(xiàn)，才得以發(fā)育一些板狀交錯層理；晚期低彎度河道的出現(xiàn)，導(dǎo)致相對深水的，大型床沙底形活動。這些微相變化都是扇根、中扇以至扇緣的演化過程。

因此，就巖心所展示的牽引流主導(dǎo)下的辮狀河和片流主導(dǎo)下的灘壩交替演化特點分析，定義為濕地扇比較恰當(dāng)。

4.2基準(zhǔn)面上升與物源供給的控相關(guān)系

西湖凹陷北部鉆井所揭示的濕地扇沉積，是在基準(zhǔn)面上升和物源供給兩個因素的共同作用下形成的。從濕地扇發(fā)生、發(fā)展、消亡全過程看，早期下切谷充填，基準(zhǔn)面上升尚且緩慢，碎屑供給主導(dǎo)層序演化，形成扇雛型期的進積特征；扇中期辮狀河活躍，緩坡條件下基準(zhǔn)面上升遏制了碎屑供給強度，基準(zhǔn)面上升成為層序垂向演化主控因素；而扇中期片流大量出現(xiàn)，表明緩坡階段在上游滯留的大量碎屑出現(xiàn)不穩(wěn)定陡坡傾瀉，物源超量供給不僅使扇地形向“上凸”發(fā)展，也壓制了基準(zhǔn)面上升影響從而形成進積，或進積+加積的總特征；扇消亡期，基準(zhǔn)面上升再次主導(dǎo)層序垂向演化，下游低彎度河道的出現(xiàn)，表明沉積相整體向上游方向遷移。

上述過程表明，基準(zhǔn)面上升與物源供給的控相關(guān)系是相互對抗，互為消長；這一過程還伴隨著沉積坡降的變化。

4.3沉積水動力環(huán)境

獨特的水動力環(huán)境決定了獨特的沉積特征。

4.3.1 間隙性水流

水流流量不穩(wěn)定、經(jīng)常出現(xiàn)的枯水期使河道與砂壩之間頻繁巖相切換。流量不穩(wěn)定既有氣候因素，也與辮狀河道體系的分散水流有關(guān)。河道砂體一旦進入枯水期即暴露遭受表面侵蝕沖刷改造，形成砂壩頂層沉積；河道側(cè)向遷移也促使砂壩側(cè)向生長，河道底礫經(jīng)常出現(xiàn)在砂壩底部。

4.3.2 薄層坡面流

薄層坡面流極不穩(wěn)定的流態(tài)致使片流沉積呈現(xiàn)多樣性。但片流沉積的特點同樣容易識別：薄層礫石層，或含礫砂層；礫質(zhì)層與砂質(zhì)層成對出現(xiàn)；突然出現(xiàn)或漸變出現(xiàn)在砂體頂部；片流沉積層與同層砂層層理方向一致；由于層流、紊流流態(tài)多變，“分選”“韻律”“疊瓦”等特征變化較大。

5 結(jié)論

(1)西湖凹陷北部花港組濕地扇是由辮狀河道、灘壩砂礫共同主導(dǎo)的粗碎屑體，從微相組合及變化中，可以識別扇雛型期，建設(shè)期，消亡期。

(2)片流沉積主要出現(xiàn)在灘壩微相中，片流沉積的碎屑粒度反映出紊流特征。與河道砂體的粒度特征差異明顯。

(3)辮狀河道體系中的縱向砂壩，斜列砂壩，橫向砂壩反映了濕地扇不同坡度背景下的河型變化，也是濕地扇中河道體系從上游向下游的發(fā)展序列。

(4)灘壩與河道在微相層序上差異很大，灘壩的最大特點是片流礫石出現(xiàn)在層序頂部，而河道礫石則是底礫特征。

(5)西湖凹陷北部Y、G、H構(gòu)造連井對比可以確定該濕地扇砂體分布范圍，G-2井取心較完整地揭示了濕地扇內(nèi)部結(jié)構(gòu)及垂向演化，同時也揭示了微相的平面組合關(guān)系，這一認識可以推廣至相鄰構(gòu)造的儲層研究之中。

[1] Reading H G.Sedimentary environments and facies[M].Blackwell Scientific Publicatioans,1978.

[2] Horton R E,Leach H R,Ven Vliet R.Laminar sheet flow[J].Transactions of the American Geophysical Union,1934,15(2):393-404.

[3] Emmett W W.Overland flow [M].New York:John-Wiely and sons,1978.

[4] 吳普特,周佩華.坡面薄層水流流動型態(tài)與侵蝕搬運方式的研究[J].水土保持學(xué)報,1992，6(1):16-24.

[5] 張光輝.坡面薄層流水動力學(xué)特性的實驗研究[J].水科學(xué)進展,2002，13(2):159-165.

[6] 田連權(quán).亞熱帶山區(qū)泥石流源地的片流與泥沙[J].鐵道工程學(xué)報,1988,(4):115-119.

[7] 李新坡,莫多聞,朱忠禮,等.一個片流過程控制的沖積扇——太原盆地風(fēng)峪溝沖積扇[J].北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,43(4):560-566.

[8] Terence G Blair.Cause of dominance by sheetflood vs.debris-flow processes on two adjoining fans，Death Valley，California[J].Sedimentology,1990,46:1015-1028.

(編輯 曹征遠)

Sedimentary analysis of humid fan in Oligocene Huagang Formation of the northern Xihu Sag

Chen Linlin

(ResearchInstituteofShanghaiOffshoreOil&GasCompany，SINOPEC，Shanghai200120,China)

Thick humid fan sandbodies of Oligocene Huagang Formation are rich in oil and gas resources in the north of Xihu Sag，the East China Sea Shelf Basin.And their petrographic properties are related to the recognition of hydrocarbon reservoir exploration.The hundred-meter long cores，which were taken from G-2 well in G construct of the northern Xihu Sag，revealed the microfacies change from the humid fan embryonic period to the construction period，and then to the extinction period at the bottom of the Huagang Formation tectonic cycle，and the hydraulics behaviors reflected by grain-size characteristics of clastic rocks of different microfacies.The cores also revealed the sedimentary characteristics difference between channel and bar，which enriches the content of sedimentary characteristics，sequence evolution，and mechanism of controlling sedimentary facies，and then deepens the understanding of deep reservoirs.

sedimentology characteristics；humid fan；Huagang Formation；Oligocene；Xihu Sag

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.04.001

TE121.3

A

2015-04-03；改回日期2015-07-15。

陳琳琳(1964—)，碩士，高級工程師，現(xiàn)從事石油地質(zhì)研究工作。電話：021-20896930，E-mail:951530704@qq.com。