湖盆小型細(xì)粒淺水三角洲沉積模式

關(guān)旭同，李勝利，馬水平，劉 圣，黃曉娣

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;2.北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；3.中國(guó)石油大港油田分公司，河北 黃驊 061103)

0 引 言

Fisk[1]在1954年提出了淺水三角洲的概念，Postma[2]隨后將河控三角洲按水體深度分為深水型和淺水型2種三角洲，根據(jù)坡度、水道、床沙載荷等將淺水三角洲細(xì)分為8種；鄒才能等[3]根據(jù)供源體系、湖水深度及三角洲前緣的傾斜坡度將湖盆三角洲分為9種成因-結(jié)構(gòu)類型；朱筱敏等[4]依據(jù)不同的供源體系將淺水三角洲分為淺水扇三角洲、淺水辮狀河三角洲、淺水曲流河三角洲；張昌民等[5]根據(jù)現(xiàn)代沉積、井震研究把淺水湖盆三角洲劃分為枝狀的分流河道型三角洲和連片的分流砂壩型三角洲。中國(guó)學(xué)者在準(zhǔn)噶爾盆地、松遼盆地等都進(jìn)行過淺水三角洲的研究[6-7]。淺水三角洲發(fā)育在構(gòu)造背景穩(wěn)定、湖平面頻繁升降變化的淺水沉積環(huán)境，常發(fā)育于寬緩的湖盆邊緣，具有砂體向湖盆中心延伸遠(yuǎn)，前積層不明顯的特點(diǎn)[7]。淺水三角洲的研究集中于大型淺水三角洲[1,3-7]，對(duì)于小型細(xì)粒淺水三角洲的研究程度較少，該類型三角洲部分相帶的砂體較厚，物性較好，研究小型細(xì)粒淺水三角洲有助于拓寬油氣勘探的領(lǐng)域。

渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷的南大港構(gòu)造帶富含油氣，但儲(chǔ)層沉積成因類型不清。由于地質(zhì)分層標(biāo)志不夠清晰，大港油田在早期研究中把歧口凹陷南大港斷層上升盤的沙二段和沙三段的砂巖儲(chǔ)層作為一個(gè)整體來研究，認(rèn)為上升盤沉積相帶主要為淺湖相，常把厚層砂體視為灘砂壩。后來經(jīng)過地震強(qiáng)反射特征和聲波測(cè)井曲線回返特征研究，將沙二+三段劃分出沙二段和沙三段，唐超[8]認(rèn)為歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段主要為深湖相沉積，厚層砂體為近岸水下扇扇中水道沉積，吳杰[9]認(rèn)為歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段主要為三角洲沉積，坡度略增加，向較深部卸載，物源來自南部。因此，這一區(qū)域的沉積環(huán)境與物源還存在一些爭(zhēng)議。該文結(jié)合構(gòu)造、地震剖面、重礦物分布規(guī)律等信息，對(duì)沉積物源方向進(jìn)行了重新分析，對(duì)歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段的巖心相、測(cè)井相、地震相沉積特征進(jìn)行了研究，重新認(rèn)識(shí)了歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段的沉積環(huán)境與沉積展布，認(rèn)為歧口凹陷南大港斷層上升盤總體水深較淺，主體為小型淺水三角洲沉積，河口壩砂體較為發(fā)育。最后，結(jié)合砂地比圖研究確定了沉積相平面展布特征，并建立了小型細(xì)粒淺水三角洲的沉積模式。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

歧口凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷，具有半地塹、復(fù)式半地塹結(jié)構(gòu)，由歧口主凹、北塘次凹、板橋次凹、歧北次凹、歧南次凹等組成，其間由南大港凸起、北大港凸起、埕北斷階帶、塘沽新港凸起分割。歧口凹陷經(jīng)歷了裂陷和熱沉降2個(gè)構(gòu)造演化階段,沙河街組沉積時(shí)期處于裂陷階段。歧口凹陷內(nèi)具有3期規(guī)模較大的不整合：沙三一亞段底、沙一上亞段底和館陶組底的不整合，具有被不整合對(duì)應(yīng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分開的4期斷裂活動(dòng):沙三中期、沙一中期、東營(yíng)末期及明化鎮(zhèn)末期[10]。

圖1為歧口凹陷南大港斷層上升盤構(gòu)造位置及重礦物組合分布，可知其構(gòu)造帶走向?yàn)槟蠔|東，北邊是歧北次凹，南邊是歧南次凹，西與孔店潛山相望[11]。發(fā)育主干斷層南大港斷層，該斷層為傾向南東或南東東向的正斷層[8]，將南大港構(gòu)造帶分為上、下兩盤，其中，上升盤較緩，下降盤較陡，始新世沙二段沉積時(shí)期斷層不活躍[9]。

歧口凹陷南大港斷層上升盤面積約為40 km2，包括該構(gòu)造帶的一、二、三四六、七斷塊和南中段斷塊，其中，南中段斷塊包括歧41、歧56、歧55與歧50斷塊[8](圖1)。

該文研究對(duì)象為歧口凹陷南大港斷層上升盤始新世沙河街組的沙二段。該沉積時(shí)期，一、二、三四六斷塊為主要沉積區(qū)，三四六斷塊的東北部分、七斷塊和岐56斷塊受到剝蝕，未沉積(圖1)。沙二段厚度約為0～70 m，主要巖性為灰色、灰綠色泥巖與淺灰色砂巖互層。該時(shí)期歧口凹陷氣候相對(duì)干旱，主要為半封閉湖灣環(huán)境。沙二段沉積早期，歧口凹陷整體構(gòu)造隆升，出現(xiàn)較大范圍隆起，構(gòu)造高點(diǎn)接受剝蝕[11]。沙二段早中期湖平面下降，后期湖平面上升[9]。

圖1 歧口凹陷南大港斷層上升盤構(gòu)造位置及重礦物組合分布

2 沉積物源分析

歧口凹陷在沙二段沉積時(shí)期，同時(shí)存在大規(guī)模外部物源和小規(guī)模內(nèi)部物源。2個(gè)大規(guī)模的外部物源分別為凹陷北部的滄縣隆起物源和凹陷南部的埕寧隆起物源，小規(guī)模的物源為凹陷內(nèi)部的隆起[12]。歧口凹陷南大港斷層上升盤距離滄縣隆起和埕寧隆起均較遠(yuǎn)，因此，小規(guī)模內(nèi)部物源對(duì)該區(qū)域的沉積有重要貢獻(xiàn)，即歧口凹陷中沙二段沉積時(shí)期的局部隆起為歧口凹陷南大港斷層上升盤提供了物源。

從歧口凹陷南大港斷層上升盤剝蝕線(圖1)可以看出，三四六斷塊的東北部分、七斷塊和南中段的歧56斷塊被剝蝕，沒有沙二段沉積時(shí)期的地層保存，因此，這些斷塊可能為歧口凹陷南大港斷層上升盤提供沉積物源。

同源的沉積物通常具有相同的重礦物類型及組合特征。七斷塊和南中段(包括歧41、歧56、歧55與歧50斷塊)的重礦物數(shù)據(jù)選取沙三段數(shù)據(jù)，而一斷塊、二斷塊和三四六斷塊的重礦物數(shù)據(jù)選取沙二段數(shù)據(jù)(圖1)。七斷塊、南中段的歧55斷塊的重礦物組合為石榴子石+鋯石(組合1)，一斷塊、二斷塊、三四六斷塊以及南中段的歧56、歧41、歧50斷塊的重礦物組合為石榴子石+鋯石+磁鐵礦(組合2)，說明沉積區(qū)一斷塊、二斷塊、三四六斷塊與剝蝕區(qū)南中段的歧56、歧41、歧50斷塊具有一定的源匯關(guān)系，與七斷塊、南中段的歧55斷塊無源匯關(guān)系。在沙二段沉積時(shí)期，一斷塊、二斷塊、三四六斷塊為主要匯水區(qū)，南中段的歧56斷塊為潛在物源區(qū)，且與前者具有類似的重礦物組合，因此，一斷塊、二斷塊、三四六斷塊的物源可能來自于東北側(cè)南中段的歧56斷塊。綜上所述，結(jié)合區(qū)域沉積物源[12-14]、重礦物組合、剝蝕區(qū)范圍，可以判斷南中段為一斷塊、二斷塊、三四六斷塊提供沉積物源。

3 沉積特征

3.1 巖心特征

歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段的取心井包括一斷塊的q9井、三四六斷塊的q643井，未取到大段砂巖。根據(jù)巖心識(shí)別出3種主要巖石相類型：浪成砂紋層理砂巖相(Sr)、含沖刷構(gòu)造砂巖相(Ss)、塊狀層理泥巖相(Fsm)(圖1)。q9井主要識(shí)別出塊狀層理泥巖相；q643井可識(shí)別出浪成砂紋層理砂巖相(Sr)、含沖刷構(gòu)造砂巖相(Ss)、塊狀層理泥巖相(圖2)，各巖相特征如下：

(1) 浪成砂紋層理砂巖相：灰色中薄層浪成砂紋層理含油細(xì)砂巖，略顯反粒序，浪成砂紋層理由相互超覆、傾向相反的紋層組成，層理內(nèi)紋層的人字形結(jié)構(gòu)反映了波浪沖洗的雙向性。

(2) 含沖刷構(gòu)造砂巖相：2層中薄層灰—淺灰色含礫中粗砂巖過渡到細(xì)砂巖，正粒序。巖心上可見2個(gè)沖刷面，下部沖刷面附近見泥礫，礫石粒徑為3～6 mm，上部沖刷面附近礫石粒徑最大為15 mm，最小為5 mm,平均粒徑約為10 mm。

(3) 塊狀泥巖相：沙二二段泥巖為紫紅色、淺灰綠色，厚層狀，質(zhì)不純；沙二三段泥巖為淺灰色、灰色，質(zhì)純，破損嚴(yán)重，含植物莖稈、富含炭屑、生物碎屑，表明了沉積環(huán)境水體循環(huán)良好，透光較好，反映了淺水環(huán)境，物源供給較弱。

q643井沙二三段為前三角洲沉積，主要為灰色泥巖沉積，質(zhì)純，植屑、生屑豐富，巖相為塊狀層理泥巖相；沙二二段為三角洲前緣沉積，可識(shí)別出湖相泥、河口壩、水下分流河道和分流間灣微相，自下而上具有Sr-Fsm-Sr-Ss-Fsm的垂向序列。沙二二段上部泥巖為灰黑色-紫紅色-淺灰綠色復(fù)合的花斑狀，說明南大港斷層上升盤沙二段沉積受湖平面下降因素控制。通過8個(gè)樣品的薄片分析，得到了q643井的巖性三角圖，沙二二段q643井的砂巖巖性主要為亞巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖，Ⅰ為石英砂巖，Ⅱ?yàn)殚L(zhǎng)石石英砂巖，Ⅲ為巖屑長(zhǎng)石砂巖，Ⅳ為長(zhǎng)石砂巖，Ⅴ為巖屑長(zhǎng)石砂巖，Ⅵ為長(zhǎng)石巖屑砂巖，Ⅶ為巖屑砂巖(圖2)。q643井的水下分流河道、河口壩砂巖的累積概率曲線為兩段式，以跳躍總體和懸浮總體為主，滾動(dòng)總體不發(fā)育，深度為2089.34m、2090.38m的跳躍總體含量分別為88%和74%，直線段斜率分別為77.34 °和71.05 °，分選較好。懸浮、跳躍夾角總體的交切點(diǎn)粒徑?值分別為3.8和4.5，反映了沉積物受穩(wěn)定牽引流搬運(yùn)，且強(qiáng)度中等(圖2)。歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段泥巖顏色為灰色、淺灰色、灰綠色、紫紅色及花斑狀的組合。泥巖大多呈現(xiàn)色較淺、質(zhì)不純的特點(diǎn)，砂巖以中細(xì)砂巖為主，偶見砂礫巖，以牽引流沉積構(gòu)造為主，既有流水成因，也有波浪改造的特征。這些沉積特征反映歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段總體為湖泊沉積環(huán)境，以濱淺湖環(huán)境為主。巖石正、反粒序均有，其中，正粒序底部具有明顯沖刷面，且沖刷面附近常見泥礫，反映了流水沉積構(gòu)造特征；巖心中常見小的生屑、植屑、莖干以及炭屑，反映沉積物經(jīng)過了一定距離的流水搬運(yùn)，在濱、淺湖區(qū)域形成沉積。上述沉積特征符合典型淺水三角洲沉積特點(diǎn)，三角洲平原與前緣均發(fā)育，且以三角洲前緣為主。

圖2 歧口凹陷南大港斷層上升盤q643井取心段沉積序列

3.2 測(cè)井相特征

歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段測(cè)井曲線可見箱形、鐘形、齒化鐘形、漏斗形、指狀等形態(tài)(圖3)。主河道和分流河道的測(cè)井曲線為箱形或鐘形(圖3a)，鐘形的曲線形態(tài)對(duì)應(yīng)了河道向上變細(xì)的正粒序，疊置河道厚度達(dá)約為50 m。水下分流河道的測(cè)井曲線為齒化鐘形(圖3b)，規(guī)模小于主河道和分流河道，厚度較小，為2～5 m。前緣席狀砂的測(cè)井曲線為指狀(圖3c)，夾在自然伽馬為高值的湖盆泥巖中，厚度僅為1～2 m。由于波浪的簸選，河口壩表現(xiàn)為漏斗狀的測(cè)井曲線(圖3d)，單期河口壩厚約為5～20 m。

圖3 歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段典型測(cè)井相特征

3.3 地震響應(yīng)特征

地震響應(yīng)特征主要由識(shí)別地震相標(biāo)志與地震反演特征體現(xiàn)，常用的地震相標(biāo)志包括外部幾何形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、層速度、連續(xù)性、頻率、振幅等。淺水三角洲具有隱形前積的特點(diǎn)，前積反射結(jié)構(gòu)不發(fā)育或不明顯[7]。南大港斷層上升盤沙二段發(fā)育淺水三角洲，地層較薄，地震反射時(shí)間差僅為30～40 ms，具有淺水三角洲的隱性(不明顯)前積的特點(diǎn)。通過井震結(jié)合觀察地震剖面、波阻抗有色反演2種方法刻畫了砂體縱向上的疊置遷移特征。波阻抗有色反演是一種在有色濾波技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、借助濾波過程的反演方法，用于層序解釋、地震相研究及刻畫砂體邊界。地震波阻抗有色反演通過geoscope地質(zhì)放大鏡軟件完成的。為了獲得絕對(duì)波阻抗體，波阻抗有色反演之后還加上了低頻部分。

通過井震結(jié)合分析沉積微相，識(shí)別出南大港斷層上升盤沙二段發(fā)育三角洲平原的水上分流河道和天然堤、三角洲前緣的水下分流河道和河口壩沉積(圖4)。地震剖面AA′地震同相軸連續(xù)性好，反射結(jié)構(gòu)為亞平行反射結(jié)構(gòu)，為高振幅高連續(xù)地震相(圖4a)，反映了沉積條件穩(wěn)定的三角洲平原。在常規(guī)地震剖面上可以識(shí)別出2期疊合水上分流河道，具有水道侵蝕下切的特點(diǎn)，自然電位曲線表現(xiàn)出箱形特征。結(jié)合波阻抗有色反演，共識(shí)別出6個(gè)水上分流河道砂體及3個(gè)天然堤砂體，砂體邊界清晰，對(duì)應(yīng)反演剖面中的紅色的高值。水上分流河道砂體最長(zhǎng)約300 m，延伸性好。

南大港斷層上升盤沙二段地震剖面BB′為亞平行反射結(jié)構(gòu)，為高振幅高連續(xù)地震相(圖4b)。在常規(guī)地震剖面上可以識(shí)別出三角洲前緣的同相軸向下彎曲的水下分流河道和同相軸向上彎曲的河口壩沉積，水下分流河道測(cè)井曲線為鐘形，河口壩測(cè)井曲線為漏斗狀。q642-3井鉆遇2期疊加的河口壩，寬度約為200 m，新一期河口壩規(guī)模略大，延伸性好。地震剖面CC′為亞平行反射結(jié)構(gòu)，高振幅高連續(xù)地震相(圖4c)。在常規(guī)地震剖面上可以識(shí)別出三角洲前緣的多期規(guī)模相對(duì)小的河口壩、水下分流水道沉積。

圖4 歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段常規(guī)地震剖面及波阻抗有色反演剖面沉積相解釋

4 沉積微相分布規(guī)律

通過沿物源方向連井沉積微相對(duì)比(圖5)，發(fā)現(xiàn)小型細(xì)粒淺水三角洲相變迅速，自東向西為三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲亞相。三角洲平原的砂體最厚，前緣席狀砂最薄。其中，q628-1井在沙二段鉆遇多期疊合水上分流河道，q626-1井鉆遇一期水上分流河道，q629井鉆遇2期水下分流河道，q605-1鉆遇2期河口壩和一期水下分流河道，q653-2井鉆遇一期河口壩，q619-1井鉆遇河口壩、席狀砂。

圖5 歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段沉積微相對(duì)比

歧口凹陷南大港斷層上升盤砂地比等值線圖(圖6a)揭示出物源方向?yàn)楸睎|向。根據(jù)砂地比大致劃分出三角洲平原與三角洲前緣的邊界，砂地比最高值出現(xiàn)在三角洲平原，約為90%，三角洲前緣砂地比也較高，三角洲前緣的個(gè)別砂壩砂地比為50%，河口壩較發(fā)育，三角洲大體的延伸方向?yàn)槟衔魑?。結(jié)合歧口凹陷南大港斷層上升盤的砂地比等值線圖(圖6a)和測(cè)井相、地震相特征分析，得到了南大港斷層上升盤沙二段平面沉積相圖(圖6b)。

歧口凹陷南大港斷層上升盤淺水三角洲規(guī)模較小(圖6b)，面積約為16.25 km2，三角洲前緣向南西方向延伸較遠(yuǎn)。三角洲平原相對(duì)不夠發(fā)育，主要發(fā)育水上分流河道沉積微相。三角洲前緣十分發(fā)育，河口壩發(fā)育較多，其中，近端河口壩面積較大、厚度較厚，而遠(yuǎn)端河口壩規(guī)模明顯減小。q628-1井鉆遇多期疊合水上分流河道，總厚度達(dá)55 m(圖5)；q642井鉆遇的單期河口壩厚度達(dá)20 m，2期疊置河口壩厚度達(dá)40 m(圖3c)。綜上所述，三角洲平原水上分流河道、三角洲前緣的河口壩較厚，為油氣勘探開發(fā)的潛在有利儲(chǔ)層。

圖6 歧口凹陷南大港斷層上升盤沙二段平面砂地比等值線及沉積相圖

5 沉積模式

通過綜合分析南大港斷層上升盤沙二段的小型細(xì)粒淺水三角洲的物源、沉積特征、沉積微相分布規(guī)律，建立了湖盆小型細(xì)粒淺水三角洲的沉積模式(圖7)。湖盆小型細(xì)粒淺水三角洲物源供給較小，為平緩凹陷內(nèi)的局部隆起，為點(diǎn)物源。雖然沉積規(guī)模較小，但相帶變化明顯，相變速度快，可以分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲三種亞相。其中，三角洲前緣最為發(fā)育，可以劃分為水下分流河道、河口壩、席狀砂，其中，河口壩最為發(fā)育，砂體面積大、厚度相對(duì)較大。在湖平面較低時(shí)期，河流作用強(qiáng)，水下分流河道向湖心推進(jìn)距離較遠(yuǎn)形成相對(duì)廣闊的三角洲前緣，受到湖浪的篩積和改造，形成反粒序的河口壩沉積和較薄的席狀砂。

圖7 小型細(xì)粒淺水三角洲沉積模式

湖盆小型細(xì)粒淺水三角洲的主要控制因素為構(gòu)造條件、氣候、物源供給、水深、湖平面變化和地形坡度。歧口凹陷沙二段時(shí)期構(gòu)造條件穩(wěn)定，斷層不活躍[12]，無法提供大量沉積物，局部隆起為小型細(xì)粒淺水三角洲提供了沉積物。相比氣候濕潤(rùn)的沙三段沉積時(shí)期，沙二段沉積時(shí)期氣候相對(duì)干旱[11]，蒸發(fā)量大，水深較淺。泥巖顏色整體較淺，質(zhì)不純，生物碎屑、植物碎屑、碳屑豐富，也說明湖水深度淺，為濱、淺湖背景。泥巖顏色由沙二三段的色深質(zhì)純變?yōu)樯扯雾敳康碾s色，說明該三角洲沉積時(shí)湖平面下降。地形坡度較緩，三角洲前積作用不明顯，具有隱性前積的特點(diǎn)。

綜上所述，在構(gòu)造穩(wěn)定、氣候干旱、供給較少、水淺坡緩、湖平面下降的背景下，歧口凹陷南大港斷層上升盤局部隆起供源且物源供給較少，發(fā)育以三角洲前緣為主的小型細(xì)粒淺水三角洲，具有河口壩較發(fā)育的特點(diǎn)。

6 結(jié) 論

(1) 南大港斷層上升盤沙二段沉積物源來自南中段，以小規(guī)模點(diǎn)物源為主，局部?jī)?nèi)部物源對(duì)區(qū)內(nèi)沉積貢獻(xiàn)更重要，發(fā)育河口壩為主的湖盆小型細(xì)粒淺水三角洲的沉積特點(diǎn)。

(2) 南大港斷層上升盤沙二段淺水三角洲發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲沉積亞相，可識(shí)別出水上分流河道、水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂等沉積微相。三角洲前緣向南西西方向延伸較遠(yuǎn)，疊置的水上分流河道、河口壩具有較大厚度，為潛在有利儲(chǔ)層。

(3) 湖盆小型細(xì)粒淺水三角洲的主要控制因素為構(gòu)造條件、氣候、物源供給、水深、湖平面變化和地形坡度。在構(gòu)造條件穩(wěn)定、氣候相對(duì)干旱、物源供給較小、水深較淺、湖平面下降、地形平緩的背景下，局部隆起提供物源，發(fā)育砂體規(guī)模較小的細(xì)粒淺水三角洲，具有河口壩較發(fā)育的特點(diǎn)。