小湖盆淺水三角洲沉積特征及其等時(shí)格架劃分方案
——以南堡4-3區(qū)東二段為例

李彥澤，王志坤，商琳，王雨佳

1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

2.中石油冀東油田，河北唐山 063000

0 引言

近年，淺水三角洲的研究受到了廣泛的關(guān)注，其中富存的油氣資源成為各大油田開發(fā)的重點(diǎn)，如何通過(guò)研究其形成機(jī)理、解剖其沉積特征，來(lái)更好的提供優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量、優(yōu)化開發(fā)部署、提高油氣產(chǎn)能，成為了油氣勘探開發(fā)專家研究的重要課題[1-2]。

“淺水三角洲”這一概念，首先由Fisk et al.[3]于1954 年在研究密西西比河時(shí)提出，將河控三角洲劃分為深水型和淺水型，揭示了注入環(huán)境的影響對(duì)三角洲沉積特征的形成十分重要。后由Postma[4]提出了河控三角洲在低能盆地中受注入環(huán)境的影響更為顯著，并著重研究了三角洲前緣坡度對(duì)其形成產(chǎn)生的明顯差異，將這一類淺水三角洲進(jìn)一步劃分為緩坡型淺水三角洲和陡坡吉爾吉伯特型三角洲，闡明了沉積特征受沉積過(guò)程與沉積構(gòu)造背景的共同控制，并揭示了二者在塑造沉積形態(tài)時(shí)相互發(fā)揮的作用。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究，主要是從鄂爾多斯盆地、松遼盆地、塔里木盆地、渤海灣盆地等坳陷入手，對(duì)淺水三角洲的概念、分類、形成地質(zhì)背景、沉積特征等方面進(jìn)行研究[5-8]，代表性成果主要包括：樓章華等[9]著重從沉積過(guò)程受地質(zhì)運(yùn)動(dòng)演化的角度，突出沉積可容空間的變化幅度和頻率不同，導(dǎo)致淺水三角洲沉積展布形態(tài)有明顯差異。鄒才能等[10]通過(guò)對(duì)大型敞流坳陷湖盆中淺水三角洲的研究，結(jié)合前緣斜坡坡度和古水流，以供源體系為基礎(chǔ)，將湖盆三角洲劃分為6種淺水三角洲和3種深水三角洲。朱筱敏等[11-12]以松遼盆地大型中、新生代陸相含油氣盆地為研究對(duì)象，強(qiáng)調(diào)供源系統(tǒng)對(duì)三角洲的控制作用，總結(jié)出淺水三角洲沉積主要具備以下特點(diǎn)：1）沉積古地貌坡度較緩，沉積環(huán)境較為干旱炎熱；2）淺水三角洲沉積缺乏傳統(tǒng)三角洲沉積的三層結(jié)構(gòu)；3）沉積不發(fā)育河口壩砂體，三角洲以河道砂為骨架，能夠通過(guò)河道砂串聯(lián)起三角洲不同的沉積相；4）沉積相仍可劃分為平原、內(nèi)前緣、外前緣、前三角洲等亞相，并進(jìn)一步細(xì)分為分流河道、水下分流河道、水下分流河道間等微相。

同時(shí)，尹太舉等[13]、蔡文[14]也通過(guò)對(duì)洞庭湖和鄱陽(yáng)湖等現(xiàn)代淺水湖盆三角洲沉積研究及水槽模擬實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，還存在一種特殊形態(tài)的淺水三角洲——疊覆式三角洲[15]。與上面所提的三角洲的主要區(qū)別在于：1）該類三角洲沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的分流系統(tǒng)，分流河道多不沉積而作為沉積物通道；2）該類三角洲以單一的沉積朵體為沉積單元，多個(gè)同級(jí)別朵體疊置構(gòu)成高級(jí)別復(fù)合朵體，從而形成三角洲骨架系統(tǒng)，且不能細(xì)分為其他微相。蔡文[14]、尹太舉等[15]以大慶油田的杏樹崗地區(qū)葡I 油組為例研究了該模式在油田開發(fā)中的應(yīng)用。

以上學(xué)者的研究，切入點(diǎn)雖各有不同，但有兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)是較為統(tǒng)一的：1）從研究對(duì)象來(lái)看，淺水三角洲注入的海（或河）規(guī)模較大，潮汐改造作用明顯、地型坡度寬緩，空間上有利于三角洲各沉積構(gòu)成單元的延展，層次上有利于各沉積單元的依次疊置[16-17]；2）從研究結(jié)論看，都強(qiáng)調(diào)了沉積過(guò)程對(duì)沉積單元形態(tài)的控制作用，因此在對(duì)沉積單元?jiǎng)澐謺r(shí)，都質(zhì)疑了在研究淺水三角洲的沉積等時(shí)界面時(shí)以傳統(tǒng)的層狀模型為基礎(chǔ)、依據(jù)“相似性”進(jìn)行對(duì)比，而提出了應(yīng)基于沉積過(guò)程對(duì)等時(shí)單元進(jìn)行劃分，這種對(duì)比方式是“異相同時(shí)”的[18-19]。

南堡油田4-3區(qū)東二段屬于淺水三角洲沉積，具有典型的水下分流河道發(fā)育、幾乎不發(fā)育河口壩沉積等特征。但前人[20-23]研究淺水三角洲沉積特點(diǎn)均為大湖盆沉積背景下形成的，而4-3區(qū)屬于小湖盆淺水環(huán)境下形成的三角洲，具有沉積相變更快，疊置關(guān)系更復(fù)雜等特點(diǎn)，特別是4-3 區(qū)發(fā)育于斷階帶上升盤，搬運(yùn)距離短、落差大，使得相變受控于高程差的影響更為明顯，直接表現(xiàn)為注入水流能量更強(qiáng)、限制了水流攜砂能力的分散。因此基于前人成果，以南堡4-3區(qū)東二段為例，開展斷階帶下小湖盆淺水三角洲的研究，對(duì)認(rèn)識(shí)其沉積過(guò)程，明確其沉積單元特征具有重要意義，并針對(duì)這類模式下如何劃分“異相同時(shí)”等時(shí)地層界面提出了一些思路方法。

1 地質(zhì)背景

南堡油田是小型中、新生代形成的陸相含油盆地系統(tǒng)，區(qū)域構(gòu)造隸屬渤海灣盆地黃驊坳陷北部的南堡凹陷，面積約1 000 km2。4號(hào)構(gòu)造位于南堡凹陷南部控凹斷層——柏各莊斷層的下降盤，是凹中隆的有利位置。該構(gòu)造區(qū)是一個(gè)北西走向的潛山披覆背斜構(gòu)造帶，被多條斜列的斷層復(fù)雜化，平面呈帚狀構(gòu)造。構(gòu)造主體部位受堡古1大斷層切割，分為兩個(gè)部分，西南側(cè)為主斷層下降盤復(fù)雜斷塊區(qū)、呈節(jié)節(jié)南掉的西傾斷階，為南堡4-2 區(qū)；東北側(cè)為較簡(jiǎn)單的向東南抬升的鼻狀構(gòu)造，為南堡4-1 區(qū)；西北部南堡403X1斷階帶為南堡4-3區(qū)（圖1）。

圖1 南堡4-3 區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖Fig.1 Regional tectonic location map of 4-3 zone, Nanpu oilfield

南堡盆地演化大致經(jīng)歷了熱隆張裂，裂陷、拗陷和萎縮褶皺四個(gè)階段。本次研究的東營(yíng)組沉積背景為斷陷轉(zhuǎn)坳時(shí)期，該時(shí)期為陸相碎屑巖沉積建造，砂體發(fā)育范圍廣，厚度大，是盆地主要的儲(chǔ)油巖系。東營(yíng)組自下而上可劃分為東三段、東二段、東一段。其中東二段約400 m，以深湖—半深湖下形成的黑色、深灰色泥巖和水下分流河道形成的不等粒砂巖為主，是本次研究的目標(biāo)層位。

2 沉積特征研究

根據(jù)巖芯資料、綜合地球物理資料分析，研究區(qū)物源來(lái)自北部，為三角洲前緣沉積，整體為一套水下沉積，上部大套泥巖為深湖—半深湖相沉積，中部砂泥巖間互層為三角洲前緣末端沉積，下部砂巖集中發(fā)育段為三角洲前緣水下分流河道沉積、偶見(jiàn)河口壩沉積。通過(guò)恢復(fù)古地貌可知，4-3區(qū)發(fā)育的三角洲在河流入湖處恰恰屬于斷階帶上升盤，河流快速下降至湖盆中。

從沉積體的巖性特征來(lái)看，巖性較細(xì)。通過(guò)粒度分析資料研究，沉積砂體粒度中值為0.047～0.620 mm，為不等粒砂巖，平均粒度中值0.248 mm，以中細(xì)砂巖為主，粒度分選系數(shù)平均為1.89，分選較差。從成分分類看，儲(chǔ)層巖石類型以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主。碎屑成分主要由石英、長(zhǎng)石和巖屑組成，石英平均含量35.6%，長(zhǎng)石平均含量34.6%，巖屑平均含量29.8%。碎屑顆粒以次圓狀—次棱狀為主，分選差、磨圓中等。顆粒間以點(diǎn)—線接觸為主，膠結(jié)類型多為孔隙式，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，含量1.0%～11.33%，平均6.2%左右。粒度概率曲線主要表現(xiàn)為兩段式，反映了本區(qū)儲(chǔ)層沉積為以牽引流為主、水動(dòng)力條件較強(qiáng)；粒度C-M圖發(fā)育遞變懸浮段（QR段）和均勻懸浮段（RS段）。遞變懸浮搬運(yùn)段最大粒徑800μm，均勻懸浮的最大粒徑350μm，反映了沉積時(shí)期的水動(dòng)力條件較強(qiáng)（圖2）。

正是基于沉積物由分選差、磨圓中等的次成熟中細(xì)砂巖組成，表現(xiàn)為以牽引流沉積為主且水動(dòng)力較強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，前人研究中認(rèn)為該區(qū)水下分流河道沉積具有近源、快速沉積的特點(diǎn)，將其定義為扇三角洲。但該模式并未考慮到斷階斷層造成的強(qiáng)制湖退，導(dǎo)致湖平面下降、沉積速率加速、可容空間減小對(duì)沉積砂體的影響[6,24]。因此，前人所定義的扇三角洲的沉積結(jié)論欠妥。

結(jié)合東營(yíng)時(shí)期4-3區(qū)的演化過(guò)程，此時(shí)氣候處于干旱—半干旱時(shí)期，在強(qiáng)制湖退作用過(guò)程中，陸源碎屑供給物充足，但平原相不發(fā)育，也不發(fā)育三角洲典型的“三層結(jié)構(gòu)”，整體表現(xiàn)為向湖盆陡坡坡底快速加積的特點(diǎn)。同時(shí)，在小湖盆中沉積受湖水潮汐破壞不明顯，更多是受水深變化的影響。斷階帶正是水深突變的分界線，造成分流河道快速的推進(jìn)與湖平面快速的后退，小湖盆范圍的局限性亦不利于沉積砂體的橫向展開，因而河道頻繁改道、廢棄，沉積地貌起伏不斷接替變化，難以找到統(tǒng)一、穩(wěn)定的水流線，無(wú)法進(jìn)一步區(qū)分分流河道、河口壩、席狀砂等沉積微相。單河道擺動(dòng)形成的朵體是最小的沉積單元，單朵體獨(dú)立發(fā)育、依次疊置，逐級(jí)拼合為高級(jí)次沉積朵體，最終形成疊覆式淺水三角洲（圖3）。

圖2 南堡4-3 區(qū)東營(yíng)組二段三角洲水下分流河道沉積構(gòu)造（井深2 630～2 660 m）Fig.2 Sedimentary structures of subaqueous distributary channel of delta front in Dongying section of Nanpu 4-3 zone (depth 2 630-2 660 m)

通過(guò)地震相識(shí)別，三角洲整體平原相不發(fā)育，而常具有斜交前積反射結(jié)構(gòu)（圖4），這與朱筱敏等[11]、劉自亮等[25]對(duì)淺水三角洲沉積特征的研究相吻合。利用地震沉積學(xué)，可以對(duì)疊覆式三角洲的沉積展布特征有更清晰的認(rèn)識(shí)。

地震沉積學(xué)是綜合了地震巖性學(xué)和地震地貌學(xué)的綜合學(xué)科，應(yīng)用于研究巖性、沉積成因、沉積體系和盆地充填歷史[26]。在識(shí)別地球物理特征時(shí)，需首先對(duì)地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行90°相位轉(zhuǎn)換，建立地震同相軸與巖性地層的關(guān)系。

結(jié)合對(duì)地震屬性體研究，利用Petrel 2014地球物理模塊，通過(guò)提取目標(biāo)層位的敏感屬性（包括RMS、Max amplitude、Mid amplitude 等），在自Ed2III 底面以上，以2 毫秒相對(duì)地質(zhì)時(shí)間采樣率（相當(dāng)于2 m 深度采樣率）獲得的大量地層切片。自下而上的切片展示出地貌和沉積體的演化過(guò)程，我們可以清晰的發(fā)現(xiàn)，三角洲的分流河道，攜帶著砂體以朵體的形態(tài)沉積，朵體的發(fā)育一方面橫向擺動(dòng)、遷移，另一方面縱向上時(shí)有類似填洼補(bǔ)齊式的依次疊置的沉積關(guān)系。使得三角洲朵體逐級(jí)復(fù)合，逐漸發(fā)育成更復(fù)雜的復(fù)合朵體（圖5）。這與朱筱敏等[11-12]研究的淺水三角洲沉積特征有很大不同，即無(wú)法進(jìn)一步細(xì)分水下河道、席狀砂等沉積微相[5,18,20,24]。

圖3 斷層活動(dòng)對(duì)斷階帶沉積環(huán)境的影響示意圖Fig.3 Scheme of deposit influence between fault activity and step-fault zone

圖4 南堡4-3 區(qū)斷陷湖盆中強(qiáng)制湖退前積特征Fig.4 Foreset sandbody formed during forced lacustrine regression period in the rift lacustrine basin of Nanpu 4-3 zone

圖5 南堡4-3 區(qū)Ed2III 上部的一張RMS 屬性體地層切片，顯示了疊覆式淺水三角洲地貌模式。紅黃色振幅（波峰）指示高速偏砂相，紫藍(lán)色（波谷）代表低速偏泥相，井旁數(shù)字指示鉆遇的朵體砂巖厚度（m）Fig.5 A stratal slice from upper part of Ed2III in Nanpu 4-3 zone, displaying typical sedimentary geomorghological features of an overlapping shallow-water delta. Red and yellow amplitude (peak) indicate high-velocity sand-prone facies. Purple and blue amplitude (trough) indicate low-velocity mudstone-rich facies; the number beside wells indicates lobe thickness of (m)

3 建立等時(shí)的地層格架

通過(guò)以上研究，確定研究區(qū)的沉積模式為疊覆式淺水三角洲。應(yīng)以單河道擺動(dòng)形成的朵體為最小研究單元。在一個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回過(guò)程中，多個(gè)單朵體疊置成復(fù)合朵體。因此單朵體相當(dāng)于砂組級(jí)別，而復(fù)合朵體相當(dāng)于油組級(jí)別。在單朵體內(nèi)進(jìn)一步細(xì)分的等時(shí)單元，界面與頂?shù)捉缑娼朴谄叫?；而在?fù)合朵體內(nèi)部，各單朵體自成單元，朵體間的接觸關(guān)系及接觸界面的滲流能力，決定了朵體間能否建立流動(dòng)能力。

在這一模式的指導(dǎo)下，依靠井—震結(jié)合識(shí)別等時(shí)界面。但研究區(qū)地震資料分辨率較低，頻寬0～70 Hz，主頻15 Hz。分辨率55 m，只能分出砂組級(jí)別（準(zhǔn)層序組）的地層單元。因此，充分利用地震資料橫向展布分辨率高的特點(diǎn)，通過(guò)90°相位數(shù)據(jù)體中進(jìn)行砂組級(jí)別的朵體界面的識(shí)別，并將地震解釋層位標(biāo)定于測(cè)井資料上，井—震結(jié)合搭建砂組級(jí)別的地層格架后。再利用測(cè)井信息細(xì)分朵體單元直至小層級(jí)別，建立砂組—朵體—小層的劃分體系（圖6）。

利用地震解釋識(shí)別出28 個(gè)砂組級(jí)別的朵體單元，并自下而上、自西向東，依次命名為1 號(hào)朵體，2號(hào)朵體……至28 號(hào)朵體。需要特別說(shuō)明的是，這樣的命名，本意是希望能夠通過(guò)編號(hào)順序說(shuō)明朵體沉積先后關(guān)系，但實(shí)際研究中則難以執(zhí)行。對(duì)于側(cè)上方形成的朵體晚于其下方的朵體，并無(wú)爭(zhēng)議；而一個(gè)朵體左右兩側(cè)的朵體單元孰先孰后則難以判斷。因此，這樣的命名最終只能表示朵體單元的不同，而無(wú)法提供嚴(yán)格的時(shí)間先后關(guān)系。

在砂組級(jí)別的朵體間，普遍發(fā)育在河流萎縮期短暫沉積的湖湘泥巖，成為了朵體間發(fā)育的穩(wěn)定隔層，是分隔各個(gè)朵體有效的標(biāo)志。在此基礎(chǔ)上，利用測(cè)井信息，進(jìn)一步針對(duì)各個(gè)朵體劃分小層單元。

前人研究表明，在低級(jí)別朵體內(nèi)部非均質(zhì)性較弱，沉積砂體按朵體沉積輪廓樣式層狀細(xì)分。因此，在每個(gè)砂組級(jí)朵體內(nèi)，按測(cè)井曲線旋回特征細(xì)分，并自下而上命名某朵體某小層，如1 號(hào)朵體，則小層單元自下而上命名為1-1 小層、1-2 小層……（圖7），不同朵體單元的小層數(shù)量并不統(tǒng)一。最終構(gòu)建了單朵體為單元的，細(xì)分至小層的等時(shí)地層單元格架。

4 結(jié)論

（1）南堡4-3區(qū)東二段發(fā)育的小湖盆淺水三角洲沉積體系處于斷陷轉(zhuǎn)坳陷時(shí)期，沉積體發(fā)育在斷階帶上升盤，造成了強(qiáng)制湖退的現(xiàn)象，因而表現(xiàn)出近源沉積的特點(diǎn)。

（2）東二段淺水三角洲為疊覆式淺水三角洲，其形成以單河道橫向擺動(dòng)形成的朵體為基本單元，多河道形成的朵體三維空間相互疊置，形成更高一級(jí)立體的復(fù)合朵體。朵體內(nèi)具有統(tǒng)一滲流特征，朵體間的滲流特征則由其相互間的接觸關(guān)系及接觸界面滲流差異決定，表現(xiàn)出“體外獨(dú)立，體內(nèi)統(tǒng)一”的特點(diǎn)。

圖6 4-3 區(qū)淺水三角洲沉積結(jié)構(gòu)組合示意圖Fig.6 Schematic of components in deltaic deposit model of shallow water in 4-3 zone

圖7 等時(shí)地層格架劃分方案Fig.7 The scheme of isochronous stratigraphic framework division

（3）通過(guò)井—震結(jié)合搭建等時(shí)地層格架：在地震分辨率可靠的尺度下識(shí)別單朵體等時(shí)界面并標(biāo)定測(cè)井信息，利用測(cè)井信息進(jìn)一步識(shí)別刻畫朵體間的沉積界面、細(xì)分朵體內(nèi)的等時(shí)界面。