淺水三角洲沉積特征及其油氣勘探意義
——以渤海灣盆地霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段為例

呂傳炳，程同冉，張　峰，紀友亮，梁官忠,李彥國

（1.中國石油大學地球科學學院油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油華北油田分公司開發(fā)部，河北任丘062552）

淺水三角洲沉積特征及其油氣勘探意義
——以渤海灣盆地霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段為例

呂傳炳1,2，程同冉1，張峰2，紀友亮1，梁官忠2,李彥國2

（1.中國石油大學地球科學學院油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油華北油田分公司開發(fā)部，河北任丘062552）

淺水三角洲油氣藏是渤海灣盆地冀中坳陷霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙河街組沙一上亞段最主要的油氣藏類型。通過對巖石學特征、沉積構(gòu)造特征、粒度特征、古生物等資料的分析，對淺水三角洲沉積特征和沉積相展布進行了系統(tǒng)研究，總結(jié)出淺水三角洲的沉積模式，并且闡述了淺水三角洲有利的成藏條件。通過研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)沙一上亞段淺水三角洲分支河道微相發(fā)育，河口壩微相基本不發(fā)育，廣泛發(fā)育大面積的席狀砂微相；湖平面的周期性變化造成多期砂泥巖互層，是砂體展布特征的主要控制因素。淺水三角洲的沉積特征決定了淺水三角洲相具有優(yōu)良的儲蓋組合，斷層作用于砂體形成了多種類型的圈閉。岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段具有良好的油氣成藏條件。

渤海灣盆地；霸縣凹陷；岔河集構(gòu)造帶；沙河街組；淺水三角洲相；沉積特征；沉積模式

淺水三角洲的概念是由Fisk在研究密西西比河三角洲時提出，Donaldon在研究美國石炭紀陸表海時進一步豐富[1-2]，文獻［3］將低能盆地中的三角洲分為淺水三角洲和深水三角洲。國內(nèi)學者對淺水三角洲也進行了大量的研究，認為淺水三角洲是指由河流注入淺水卸載而形成的沉積體，不存在Gilbert型三角洲模式的頂積層、前積層和底積層的三層結(jié)構(gòu)[4]。淺水三角洲具有不同于正常三角洲的特點：河流進積作用強，分支河道發(fā)育，河口壩不甚發(fā)育，廣泛發(fā)育大面積席狀砂，垂向?qū)有虿煌暾萚5-10]。

岔河集構(gòu)造帶漸新統(tǒng)沙河街組沙一上亞段可作為淺水三角洲油氣藏的典型代表。然而前人研究認為，沙一上亞段以曲流河沉積為主，不能形成良好的儲蓋組合，這一認識束縛了油氣滾動勘探的進程。因此，筆者對沙一上亞段巖性特征資料深化分析，總結(jié)了淺水三角洲沉積和沉積相展布特征，闡述了淺水三角洲的有利成藏條件，旨在為油氣滾動勘探提供依據(jù)。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

岔河集構(gòu)造帶位于霸縣凹陷西部陡坡帶，為一大型背斜帶，西與牛駝鎮(zhèn)凸起相鄰，東鄰霸縣洼槽（圖1），面積180 km2.沙一上亞段沉積期，區(qū)域抬升作用明顯增強，湖盆迅速縮小，大規(guī)模辮狀河三角洲沉積體系由南部、北部向中部的霸縣—饒陽湖區(qū)快速推進，使湖區(qū)范圍退到白洋淀—任丘一帶。由牛東斷層至湖盆中心一線，古地形表現(xiàn)為西高東低，逐漸趨于平緩，兩者之間存在一個小型的中央凸起，中央凸起向牛東斷層一側(cè)逐漸抬升，向東側(cè)進入湖盆后，古地形迅速降低。這種特殊的古地形條件，延緩了來自于西側(cè)牛東斷層方向的河道水流游進入湖盆的沖擊力，控制了牛東斷層至湖盆之間特殊的淺水三角洲沉積的形成。沙一上亞段上部為灰色、深灰色泥巖夾少量砂巖，下部主要為灰色泥巖夾油頁巖、頁巖、薄層生物灰?guī)r和白云巖。沙一上亞段自上而下可以細分為Ⅰ油組和Ⅱ油組，兩個油組砂巖比例全區(qū)最高，為主要的含油層系。

圖1　霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶構(gòu)造位置

2　淺水三角洲沉積特征

2.1巖石學特征

淺水三角洲是在淺水環(huán)境中沉積的，主要由紫紅色、灰褐色、淺灰色泥巖夾中—厚層粉砂巖和細砂巖組成；在三角洲前緣和前三角洲有灰色、灰綠色泥巖沉積，反映了水下弱還原環(huán)境。砂巖的巖石礦物成分分析表明，碎屑顆粒中石英含量為22.2%；長石含量為36.3%，主要是正長石和少量的斜長石；巖屑含量為40.2%，主要是酸性噴發(fā)巖，含少量中基性噴發(fā)巖；膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物平均含量為23.0%，其中方解石占10.0%、泥質(zhì)占3.0%，白云石占10.0%，個別樣品中見少量黃鐵礦和硅質(zhì)；泥質(zhì)雜基含量為5.0%.可見，砂巖應該屬于巖屑質(zhì)長石砂巖，是比較干凈的碎屑巖儲集層。

2.2沉積構(gòu)造特征

淺水三角洲的沉積構(gòu)造類型較多，以牽引流形成的沉積構(gòu)造為主。從沙一上亞段巖心中可看出，河道沉積中發(fā)育著各種層理構(gòu)造。

（1）沖刷面沙一上亞段淺水三角洲河道底部發(fā)育沖刷面（圖2a），且沖刷面上常見泥礫（圖2b）。在沖刷面之上分布的泥礫大多為灰綠色，泥礫是由于淺水三角洲前積過程中，河道沖刷底部泥巖，沖起的泥巖顆粒在河道底部沉積形成的。少數(shù)泥礫的顏色為棕褐色等氧化色，表明隨著湖平面的頻繁變化，先前沉積的泥巖周期性暴露在水面之上，是淺水沉積環(huán)境的重要標志。

圖2　霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段淺水三角洲沉積構(gòu)造

（2）層理構(gòu)造平行層理、槽狀交錯層理和波狀交錯層理（圖2c）是研究區(qū)淺水三角洲最主要的構(gòu)造類型。當物源供給充足時，往往形成以平行層理為主的厚層細砂巖相；當湖浪作用較強、物源供給不太充足時，往往形成槽狀交錯層理或波狀交錯層理細砂巖相。平行層理（圖2d）常見于淺水三角洲分支河道的底部，常常與交錯層理伴生，指示急流、河道側(cè)向遷移的淺水環(huán)境。槽狀交錯層理（圖2e）在研究區(qū)常以小規(guī)模發(fā)育于分支河道中。波狀交錯層理（圖2f）一般位于席狀砂微相環(huán)境中，主要是沉積水體波浪振蕩造成的，水流能量強時，砂粒沉積，而泥保持懸浮狀態(tài)；水流能量弱時，懸浮物質(zhì)沉積于波谷或全面覆蓋于波狀起伏的砂層之上[11]，指示中等水動力條件下的淺水沉積環(huán)境。

（3）粒度特征岔河集構(gòu)造帶淺水三角洲發(fā)育規(guī)模較大，沉積物搬運距離較長，因此分選磨圓較好，主要發(fā)育“兩段式”和“三段式”2種類型（圖3）?！皟啥问健庇商S組分和懸浮組分構(gòu)成，懸浮組分含量可以達到在20%左右，且斜度較陡，反映河道沉積環(huán)境；“三段式”的滾動組分含量比較低，懸浮組分含量可以達到40%以上，說明靠近河口處，懸浮物質(zhì)含量比較高，反映前緣河口砂壩環(huán)境。C—M圖（圖3）中數(shù)據(jù)點基本都位于牽引流沉積區(qū)的QR段和RS段，其中QR段代表懸浮物質(zhì)由下而上粒度逐漸變細、密度逐漸變低的一種搬運方式，常為河道沉積；RS段代表粒徑和密度不隨深度變化的完全懸浮沉積[12]。

（4）古生物標志根據(jù)巖心觀察，岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段生物化石有雙殼、腹足、植物碎屑、蟲孔、蟲跡等。在砂巖內(nèi)見有保存完整的雙殼化石，化石沒有破碎，表明搬運距離比較短，堆積速度比較快。植物碎屑一般順層分布，定向排列，位于韻律頂部，沿泥巖層面分布。這些特征說明，在沙一上亞段沉積期，研究區(qū)曾發(fā)育廣闊的淡水湖泊，后來淺水三角洲發(fā)育。

圖3　霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段淺水三角洲粒度概率累計曲線和C—M圖

3　淺水三角洲主要沉積微相特征

淺水三角洲平面上由陸向湖依次為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲。相對于正常三角洲，淺水三角洲形成的水體很淺、地形坡度不明顯，一般以河流進積作用為主，因此湖水波浪的改造能力很弱，三角洲平原分支河道和三角洲前緣水下分支河道最為發(fā)育，其次伴隨有天然堤、水下天然堤和水下支流間灣微相，其中河口壩、遠砂壩不發(fā)育，只在局部地區(qū)的個別層段發(fā)育，三角洲前緣發(fā)育有廣泛的席狀砂微相。在平面上相連的微相，在垂向上也相鄰，因此三角洲前緣垂向上自下而上往往發(fā)育了支流間灣—席狀砂—分支河道的組合形式（圖4）。

（1）分支河道微相最發(fā)育分支河道微相是岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段最主要的微相類型。根據(jù)砂體規(guī)模，將河道分為主河道和河道。淺水三角洲向前推進的過程中，河道向湖盆中心不斷延伸，呈條帶狀順著流向展布，改道分叉頻繁，垂向上相序不完整，可直接覆蓋于席狀砂和淺湖泥之上[13]。分支河道微相沉積物粒度較大，主要為細砂巖，垂向上為正韻律，底部常見沖刷面，沖刷面之上發(fā)育泥礫，向上粒度逐漸變細，發(fā)育大量的交錯層理和平行層理，三角洲前緣水下分支河道還可以發(fā)育變形構(gòu)造，河道砂體常表現(xiàn)為疊置特征。自然電位曲線呈箱形和鐘形，反映厚層正韻律的特征。

（2）席狀砂微相在三角洲前緣分布廣泛伴隨著周期性湖面的頻繁波動，進入三角洲前緣的河口砂壩和水下分支河道被沖刷—回流和沿岸流強烈改造，在三角洲前緣平緩淺水區(qū)形成大面積分布的席狀砂[5]。沙一上亞段沉積期，湖水較淺，湖泊水動力不足，難以改造前期的沉積物，因此在三角洲前緣形成了連續(xù)分布的席狀砂微相。席狀砂巖性以粉細砂為主，分選磨圓較好，常發(fā)育透鏡狀、波狀和脈狀層理，還常常發(fā)育變形構(gòu)造。粒度概率累計曲線主要為“三段式”，懸浮組分含量較高。自然電位曲線多為齒形，反映砂泥巖薄互層的特征。

圖4　霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段單井沉積剖面

（3）河口壩微相基本不發(fā)育岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段河口壩微相不發(fā)育，僅在岔南區(qū)塊局部地區(qū)發(fā)育（圖5）。三角洲在前積過程中，由于能量較強，沉積速率快，早期沉積的河口壩被后期的分支河道侵蝕，使河口壩不能完整地保存下來。前期形成的河口壩往往被湖流改造成薄層的席狀砂。河口壩垂向上為反韻律，下部沉積物粒度要比上部細，常發(fā)育浪成交錯層理。粒度概率累計曲線也以“三段式”為主，其中懸浮組分含量較高。自然電位曲線為漏斗形，整體具高電阻率、低自然伽馬的特征。

4　沉積相平面展布特征

岔河集構(gòu)造帶特殊的古地形控制了沉積相類型及其演化模式。岔河集構(gòu)造帶位于牛駝鎮(zhèn)凸起東側(cè)牛東斷層的下降盤，構(gòu)造格局、地形條件及古地貌顯示出具有淺水三角洲的良好背景條件。巖心資料表明，研究區(qū)地層中的沉積構(gòu)造以牽引流構(gòu)造為主，并存在多種淺水湖泊三角洲相標志，如波狀層理；測井相上以呈現(xiàn)正旋回的河道砂體為主，而呈現(xiàn)反旋回的河口壩、遠砂壩類砂體卻是極少，席狀砂廣泛分布。沉積相研究表明，研究區(qū)沉積期間，岔南、岔中、岔北3個區(qū)塊的物源主要來自于西側(cè)的牛駝鎮(zhèn)凸起，岔北區(qū)塊還存在來自于北和西北方向的次級物源，岔南區(qū)塊存在來自西南方向的次級物源，沉積物被中等—低能量的河水搬運，進入東側(cè)的淺湖環(huán)境沉積。平面上，沙一上亞段砂體分布西厚東薄，近東西向展布；縱向上，自下而上由沙一上亞段Ⅱ油組到沙一上亞段Ⅰ油組三角洲平原范圍變小，三角洲前緣范圍變大，是一個水進的過程（圖5）。

圖5　霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段沉積微相平面分布

5　淺水三角洲沉積模式

在構(gòu)造活動穩(wěn)定條件下發(fā)育的淺水三角洲，隨著湖岸線不斷遷移，由于湖浪淘洗和河流進積作用的破壞，淺水三角洲砂體會發(fā)生沉積—破壞—再沉積的動態(tài)過程[14]，岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段沉積時受湖平面位置的控制，在三角洲前緣發(fā)育了多期分支河道和席狀砂，平行于古湖岸線分布。

通過對岔河集構(gòu)造帶淺水三角洲的研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)湖平面的不同位置，可以將淺水三角洲分為4個沉積區(qū)。洪水期湖泛面以內(nèi)為淺水三角洲平原亞相，主要發(fā)育厚層的水上分支河道砂體；洪水期湖泛面與枯水期湖泛面之間為淺水三角洲內(nèi)前緣亞相，此區(qū)域湖岸線快速變化，主要發(fā)育水下分支河道砂體，但砂體比平原亞相內(nèi)的砂體??；枯水期湖泛面與正常浪基面之間為淺水三角洲外前緣亞相，湖岸線處于低水位穩(wěn)定區(qū)域，主要發(fā)育水下分支河道砂體和席狀砂；正常浪基面以外為淺湖。綜合研究區(qū)沉積特征，表1對淺水三角洲內(nèi)前緣亞相與外前緣亞相的沉積特征進行了詳細對比。

表1　岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段淺水三角洲內(nèi)前緣亞相和外前緣亞相沉積特征對比

淺水三角洲內(nèi)前緣亞相位于洪水期湖泛面和枯水期湖泛面之間，巖性以中細砂巖為主，水下分支河道發(fā)育，水動力主要受控于河流作用，比較強，由于湖平面的周期性變化，河道遷移頻繁，相互切割，細粒沉積物難以保存，河口壩常常被河道改造，造成砂體連片分布。淺水三角洲外前緣亞相位于枯水期湖泛面和正常浪基面之間，巖性以粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，席狀砂微相發(fā)育，水動力較內(nèi)前緣弱，主要受控于河流和湖浪的雙重作用，分支河道不發(fā)生橫向頻繁遷移，僅局部水動力較強的單支分支河道可以從內(nèi)前緣延伸至外前緣，并可多條相互匯聚交織[15]。

在構(gòu)造穩(wěn)定、坡度平緩的盆地背景下發(fā)育的淺水三角洲沉積體系，湖平面頻繁變化是影響砂體展布規(guī)律的主要因素［14］。當湖平面位于洪水期湖泛面附近時，盆地處于豐水期，受湖水波浪作用的影響，早期在河口處形成的河口壩等被改造，形成了廣泛分布的平行于湖岸線的席狀砂；后期湖平面下降，盆地進入枯水期，淺水三角洲向前進積，分支河道會對早期形成的席狀砂下切侵蝕，同時受湖水波浪的影響，在河口處會形成新一期平行于湖岸線的席狀砂（圖6）。

圖6　霸縣凹陷岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段淺水三角洲沉積模式

6　淺水三角洲成藏條件

6.1有利的儲蓋組合

以往研究認為，研究區(qū)沙一上亞段為曲流河沉積，缺乏穩(wěn)定的蓋層條件。通過對沙一上亞段沉積相的重新確定，認為淺水三角洲砂泥巖互層的沉積特征可以形成有利的儲蓋層配置。淺水三角洲分支河道砂體和席狀砂都可以儲集油氣，其中廣泛分布的分支河道砂體是最主要的儲集砂體。沙一上亞段砂巖儲集層物性統(tǒng)計表明，孔隙度一般為5%～30%，滲透率一般為0.1～500.0 mD，為中孔中滲儲集層。三角洲平原沼澤、三角洲前緣支流間灣、前三角洲以及濱淺湖泥巖，與砂巖呈互層的關(guān)系，可以作為封堵油氣的優(yōu)質(zhì)蓋層，為油氣成藏提供了較好的封堵條件。

6.2暢通的油氣輸導體系

岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段油氣運移通道極為暢通，漸新統(tǒng)東營組沉積期形成的斷層為主要的油氣運移通道，溝通烴源巖與圈閉。岔河集構(gòu)造帶斷層有如下特征：①斷層走向總體上以北東—南西向為主，斷層密度自下而上逐漸增大，垂直斷距自下而上逐漸減小，總體上斷層規(guī)模自下而上減??；②深層斷層主要斷穿至沙三段，部分由基底斷穿至中新統(tǒng)館陶組，淺層斷層向下主要斷穿至東營組；③深層斷層主要以同向和反向調(diào)節(jié)為主，淺層斷層以“V”字形和“Y”字形斷層為主，淺層和深層斷層組合特征反映了斷層先伸展后走滑變形的特征；④斷層主要活動期為沙三段沉積期、東營組沉積期和館陶組沉積期—第四紀，其中東營組沉積期和沙三段沉積期斷層活動最強烈；⑤斷層活動期和烴源巖生排烴期配置良好，可以推斷岔河集構(gòu)造帶具有東營組沉積期和明化鎮(zhèn)組沉積期2個油氣成藏期。

6.3有利的圈閉條件

岔河集構(gòu)造帶位于牛東斷層下降盤，三角洲前緣向湖自然傾斜，堆積速度快，沉積較厚，產(chǎn)生重力滑動，形成了大致平行湖岸線的生長斷層，這些生長斷層和后期的構(gòu)造斷層作用于砂體形成了一系列的圈閉，其中主要為后期構(gòu)造作用改造形成的圈閉。通過對沙一上亞段構(gòu)造、沉積特征的分析，沙一上亞段主要發(fā)育斷層圈閉、斷層-巖性圈閉和巖性圈閉，斷層-巖性圈閉是最主要的圈閉類型。巖性圈閉形成時間最早，基本是在砂體形成并具有封閉條件后形成的[16]；斷層-巖性圈閉和斷層圈閉主要是后期構(gòu)造作用改造形成的，岔河集構(gòu)造帶在東營組沉積期進入斷層活動高峰期，砂體被斷層斷開，形成圈閉，之前形成的圈閉受到東營組沉積期的構(gòu)造運動的作用也可能被破壞。因此，岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段圈閉主要形成時間為沙一上亞段沉積期和東營組沉積期，要早于油氣區(qū)域運移時間（館陶組沉積期），且圈閉基本都位于滾動背斜帶上或油氣優(yōu)勢運移通道上，圈閉基本都是有效的。在霸縣洼槽油源充足，圈閉中基本都會有油氣的聚集。實踐也證實了這一點，在沙一上亞段有圈閉的地方，基本都找到了油氣。

7　結(jié)論

（1）岔河集構(gòu)造帶沙一上亞段淺水三角洲沉積河流進積作用強，分支河道微相發(fā)育，河口壩微相基本不發(fā)育，廣泛分布大面積的席狀砂微相，湖平面的周期性變化造成多期砂泥巖互層。湖平面的頻繁變化是砂體展布規(guī)律的主要控制因素。

（2）沙一上亞段淺水三角洲多期砂泥巖互層的特點形成良好的儲蓋組合配置，有利于油氣的儲集和保存；斷層作用于砂體產(chǎn)生多種類型的圈閉，所形成的圈閉基本都是有效的，在斷層輸導暢通、霸縣洼槽油源充足的情況下，圈閉基本都會有油氣聚集。

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（編輯顧新元）

Depositional Characteristics and Hydrocarbon Exploration Significance of Shallow?Water Deltas:A Case Study of Upper Sha?1 Member in Chaheji Structural Belt of Baxian Sag, Bohai Bay Basin

LYU Chuanbing1,2，CHENG Tongran1，ZHANG Feng2，JI Youliang1，LIANG Guanzhong2，LI Yanguo2
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,School of Geosciences,China University of Petroleum, Beijing 102249,China;2.Development Department,Huabei Oilfield Company,PetroChina,Renqiu,Hebei 062552,China)

Reservoirs of shallow?water delta facies are the dominant oil and gas reservoirs in the upper Sha?1 member of Shahejie formation in Chaheji structural belt of Baxian sag in Jizhong depression,Bohai Bay basin.Based on the analyses of petrological feature,sedimentary structural characteristics,grain sizes and fossils,the paper studies the sedimentary characteristics and sedimentary facies distribution of shallow?water delta systematically,summarizes the depositional model of shallow?water delta and describes the favorable accumulation con?ditions of shallow?water delta.The study results show that in the upper Sha?1 member,the distributary channel of shallow?water delta is well developed,river mouth bar does not occur and large?area sheet sands are extensively distributed.The cyclic variations of lake level re?sult in sandstone interbedded with mud at multi?stages,which is the main controlling factor of sand body distribution.The sedimentary characteristics of shallow?water delta could determine that in this facies there exist pretty good reservoir?caprock assemblages and various traps are then formed due to faulting to sandbodies.The upper Sha?1 member in Chaheji structural belt has good oil and gas accumulation conditions.

Bohai Bay basin;Baxian sag;Chaheji structural belt;Shahejie formation;shallow?water delta facies;sedimentary characteristic;depositional model

TE112.42

A

1001-3873（2016）06-0625-06

10.7657/XJPG20160601

2016-04-02

2016-08-15

國家自然科學基金（41672098）

呂傳炳（1964-），男，河南方城人，高級工程師，油田開發(fā)，（Tel）18511790834（E-mail）pjb_lcb@petrochina.com.cn