渤海灣盆地廊固凹陷泉241?州16區(qū)塊沙三中亞段沉積特征

白淳元 胡望水 周振永 萬 敏 李相明 張惠文 李 碩

（1.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100；2.油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100；3.中國石油華北油田公司第四采油廠，河北 廊坊 065000）

0 引 言

當前，中國的油氣資源勘探難度越來越大，主要體現(xiàn)在勘探對象越來越復雜、勘探目標隱蔽性加強、勘探難度日益增大等方面，陸上油氣勘探主要對象已經(jīng)從構造油氣藏為主逐漸過渡為巖性、地層油氣藏與構造油氣藏勘探并重的新階段［1］。巖性、地層油氣藏具有生烴面積廣、成藏面積大、豐度低、規(guī)模大的特點，已經(jīng)逐漸成為油氣儲量增長的主體［2］。國外油氣勘探主要對象是海相油氣藏，國內(nèi)對“非構造油氣藏”的研究主要集中在陸相斷陷，李丕龍等［3］提出了陸相斷陷型盆地富油氣凹陷砂礫巖“隱蔽油氣藏”的地質(zhì)理論與勘探方法。巖性、地層油氣藏勘探難度大，亟待找到有效的勘探技術和方法。

近年來，渤海灣盆地勘探開發(fā)工作逐漸轉向巖性油氣藏領域，擺脫“純構造”勘探方式［4］、找出新的勘探思路是目前有待解決的問題。渤海灣盆地廊固凹陷沙三段沉積時期經(jīng)歷了大幅度的湖盆擴張和收縮，這個時期物源供給多樣，沉積環(huán)境變化和水平面升降都會導致凹陷內(nèi)不同沉積砂體發(fā)育和沉積相發(fā)育的巨大區(qū)別［5?8］。張文朝等［9］認為東西分帶的沉積格局控制了冀中坳陷整體東富西貧的油氣分布特點。由于前人的研究主要以凹陷區(qū)域層位為主，針對開發(fā)井的研究較少，影響了巖性油藏勘探開發(fā)的進程。本文從舊州?固安構造帶內(nèi)的重點開發(fā)區(qū)塊泉241?州16區(qū)塊入手，對區(qū)塊內(nèi)168口井的巖心進行觀察、取樣分析，綜合巖心、分析測試及測井曲線等資料，以沉積學和層序地層學及斷層封閉性等理論為指導［10］，確定泉241?州16區(qū)塊沙三中亞段湖盆擴張期扇三角洲前緣沉積特征，精細刻畫進積型扇三角洲前緣砂體的縱向疊置分布規(guī)律和平面展布特征，提出了進積型扇三角洲前緣沉積模式，為后續(xù)勘探開發(fā)提供了理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廊固凹陷在地理位置上處于河北省廊坊市永清縣到固安縣一帶，構造上位于冀中坳陷北部，屬于冀中坳陷的次級構造單元，是一個北東走向的古近系斷陷，表現(xiàn)為一條沿隆起帶軸部發(fā)育北東走向大斷層的大型鼻狀隆起帶，隆起帶內(nèi)部舊州斷層將其分隔出2個二級構造帶，柳泉?曹家務構造帶和舊州?固安構造帶［11?13］，泉241?州16區(qū)塊位于舊州?固安構造帶中部靠近柳泉?曹家務構造帶的一側（圖1（a））。

由于受到多期構造運動的改造，廊固凹陷地層極為破碎［6］，早期沉積的孔店組—沙四段主要分布在凹陷的東部，沉積較厚的沙三段主要分布在凹陷的西部［14］，由于構造抬升作用，東部地區(qū)地層剝蝕較為嚴重，導致地層厚度分布具有極為明顯的西厚東薄的特點，沙二段?東營組則主要殘存在桐南和廊東洼槽內(nèi)，分布具有局限性［15］，地層自上而下發(fā)育平原組、明化鎮(zhèn)組、東營組、沙河街組、孔店組、二疊系、石炭系及奧陶系，其中沙河街組沙三中亞段（Es3中）為本文研究的目的層位，依據(jù)研究區(qū)地層劃分對比結果，將沙三中亞段分成Es33和Es34?1兩個小段，在此基礎上又進一步劃分出10個小層，其中Es33段內(nèi)6個小層，Es34?1段內(nèi)4個小層（圖1（b））。

圖1 廊固凹陷構造分區(qū)及沙三段地層柱狀圖Fig. 1 Structural division and stratigraphic column of Es3 in Langgu Sag

2 沉積相特征

2.1 區(qū)域沉積環(huán)境

冀中坳陷從孔店期到東營期的沉積先后經(jīng)歷了分割、擴展和收縮3個時期。分割期經(jīng)歷地質(zhì)時期相對較短，從孔店組到沙四段，古地貌高差懸殊，彼此孤立分割；擴展期基本覆蓋了整個沙三段至沙一段沉積時期，沙三段沉積時期坳陷整體下沉，湖盆擴大、水體加深，沉積物可容納空間急劇增大，在大興斷層活動影響下，周邊不同時代的地層強烈抬升遭受剝蝕，為湖盆提供了大量的沉積物源，沙二段沉積時期開始出現(xiàn)水退，湖盆內(nèi)沉積物全部來自周邊隆起區(qū)，盆地物源消失，湖域面積開始收縮；收縮期從沙一上亞段至東營組，坳陷整體繼續(xù)抬升，湖域大面積收縮，湖泊零星分布在湖域內(nèi)部，沉積環(huán)境幾乎全部轉變?yōu)楹恿飨喑练e［16］。

冀中坳陷整體的沉積環(huán)境變化反映出沙三中亞段沉積時期湖域較為開放，砂體分布范圍廣泛，大套的暗色泥巖夾厚層淺灰色砂巖為主要的巖性組合，研究區(qū)目的層埋藏較深，沙三中亞段湖盆發(fā)育達到鼎盛，成為本區(qū)主要的一套含油氣層系［17］。

2.2 沉積相標志

2.2.1 顏色

沉積巖最直觀、明顯的相標志是巖石顏色，沉積巖的顏色是沉積環(huán)境的指示［15］。研究區(qū)沙三中亞段砂巖顏色多為灰色和深灰色，符合還原環(huán)境下水體較淺的前三角洲、三角洲前緣和淺湖沉積的巖石發(fā)育特點，泥巖多顯示為半還原環(huán)境中產(chǎn)生的灰綠色和灰色，符合三角洲前緣亞相分流間灣的泥巖發(fā)育特征，總體反映出研究區(qū)沙三中亞段為水下還原環(huán)境沉積。

2.2.2 沉積構造

沉積構造類型與水動力條件、沉積環(huán)境直接相關，是識別各類沉積微相的有力證據(jù)［15］。根據(jù)巖心觀察，研究區(qū)沙三中亞段砂巖發(fā)育塊狀層理、波狀層理、平行層理等層理構造（圖2（a）—（c）），另可見沖刷充填構造，底部多為灰色、灰綠色泥礫充填，單期次砂體厚度較薄，以上沉積構造表明水動力環(huán)境較強。地層中生物遺跡主要為蟲跡，多數(shù)為傾斜鉆孔，局部可見生物擾動（圖2（d）），表明沙三中亞段地層沉積時期水體較淺，同樣反映出具有一定水動力的沉積環(huán)境。

圖2 泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段沉積構造巖心照片F(xiàn)ig. 2 Core photos of sedimentary structures of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

2.3 測井響應特征

研究區(qū)不同的沉積微相對應自然伽馬、自然電位曲線類型有所變化，通過前面相標志觀察得到的沉積微相結論與測井曲線進行驗證，建立了研究區(qū)沙三中亞段的沉積微相劃分模式（表1）。

從表1中可以看出：（1）水下分流河道微相以灰色細砂巖、粉砂巖為主，夾薄層灰黑色泥巖，發(fā)育板狀交錯層理和沙紋層理，粒序特征不易識別，自然電位曲線形態(tài)為高幅弱齒化箱形或中高幅鐘形；（2）分流間灣微相以深灰色、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖為主，發(fā)育水平層理，指示該微相處于低能且穩(wěn)定的沉積環(huán)境，自然電位曲線上表現(xiàn)為低幅平直狀鐘形，與泥巖基線相比，略有負偏差；（3）河口壩微相砂體以細砂巖與粉砂巖為主，整體粒度較水下分流河道砂體稍細，下部含泥量大，上部砂巖較純，自然電位曲線表現(xiàn)為漏斗形，指示反韻律的沉積特點；（4）遠砂壩微相砂體以粉砂巖和細砂巖為主，多有砂泥互層，可見沙紋層理，沉積區(qū)氣候干旱，在研究區(qū)沙三中亞段中少見，自然電位曲線上表現(xiàn)為與河口壩相近的漏斗形；（5）席狀砂微相多分布于河道兩側，主要由細粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖組成，觀察巖心主要發(fā)育平行層理和低角度斜層理?？傮w上呈細粒薄層砂體，成分成熟度高，砂體分布面積廣，是研究區(qū)沙三中亞段主要的砂體發(fā)育類型之一，自然電位曲線形態(tài)為指狀。

表1 泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段沉積微相類型Table 1 Sedimentary microfacies types of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

2.4 沉積微相

巖心相觀察和測井相分析表明，泉241?州16區(qū)塊沙三中亞段屬于扇三角洲前緣亞相沉積，進一步可劃分為水下分流河道、分流間灣、河口壩、遠砂壩和席狀砂5種沉積微相類型（圖3）。

圖3 泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段沉積微相模式Fig. 3 Sedimentary microfacies patterns of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

研究區(qū)水下分流河道和席狀砂微相發(fā)育最為廣泛，這兩種砂體構成了扇三角洲前緣的砂體骨架，巖性以灰色細砂巖、粉砂巖為主，夾少量灰黑色泥巖，發(fā)育板狀交錯層理和沙紋層理，粒序特征不易識別，砂層底部可見炭化植物化石碎塊，且沖刷痕跡明顯。分流間灣發(fā)育在河道間相對較低的位置，席狀砂發(fā)育分布在三角洲前緣外側，上部砂質(zhì)純凈，總體呈細粒薄層砂體。

3 沉積演化

沙三段沉積時期完全處在盆地湖盆擴張時期，沙三中沉積期基準面緩慢上升，沿大興斷裂帶發(fā)育一系列扇三角洲，西部發(fā)育規(guī)模較大扇三角洲，由于東南部物源恢復，東部發(fā)育辮狀河三角洲沉積體［17］。

Es34-1?Ⅲ砂組沉積時期，泉241?州16區(qū)塊受西北部物源控制影響，水下分流河道開始交匯，呈條帶狀向南部盆地中心方向運移并不斷提供碎屑沉積物，水體逐漸變淺，從沙四上亞段辮狀河三角洲沉積轉變?yōu)樯热侵耷熬壋练e。州16區(qū)塊為近源沉積區(qū)，發(fā)育較寬河道，河道寬度最大可達2.5 km，泉241區(qū)塊為遠源區(qū)塊，河道寬度相對窄一些，一般為200~800 m（圖4（a））。

Es34-1?Ⅱ砂組沉積時期，水位進一步下降，湖泊面積縮小，以水下分流河道沉積為主，整體呈北東—南西方向展布，河道向西南部泉241區(qū)塊整體推進，河道寬度有變窄趨勢（圖4（b））。

Es33?Ⅱ砂組沉積時期，水下分流河道大規(guī)模發(fā)育，湖泊面積大范圍縮小，分汊改道特征明顯增多，這段時期州16區(qū)塊河道寬度達到4 km，泉241區(qū)塊河道寬度進一步變窄，平均寬度150~250 m（圖4（c））。

圖4 泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段沉積微相Fig. 4 Sedimentary microfacies of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

到了沙三上亞段沉積時期，研究區(qū)湖盆開始收縮，至沙一段沉積時期均處在湖盆萎縮期，基準面下降速度加快，湖盆面積逐漸變小，東部湖岸線向西移動，主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體，三角洲沉積體由扇三角洲模式轉變?yōu)橐赞p狀河三角洲為主，湖相為濱淺湖亞相。

4 砂體平面展布特征

沉積作用控制砂體展布范圍，砂巖的平面展布與沉積微相的空間分布存在密切的聯(lián)系。在沙三中亞段沉積微相平面刻畫的基礎上，可以根據(jù)沉積微相發(fā)育位置預測出對應砂組內(nèi)主力小層砂體的發(fā)育特征。通過統(tǒng)計泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段168口井的砂巖厚度，刻畫出沙三中亞段3個主力小層砂體的平面展布特征（圖5）。

圖5 泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段主力小層砂巖厚度Fig. 5 Sandstone thickness of main sub-layers of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

（1）Es33?Ⅲ?2小層：泉241區(qū)塊砂體整體發(fā)育較薄，橫向連通性相對較差，呈南北向條帶狀分布，Q241-65x井區(qū)砂體發(fā)育較厚，可達8 m，井區(qū)整體厚度2~4 m（圖5（a））；州16區(qū)塊整體砂巖較為發(fā)育且橫向連通性較好，砂體呈南北向辮狀分布，砂體在平面上表現(xiàn)出近物源較厚而遠物源逐漸減薄的發(fā)育特點，其中Z16?77x井區(qū)南部區(qū)域砂巖發(fā)育較厚，最厚可達14 m（圖5（a））。

（2）Es34-1?Ⅱ?3小層：泉241區(qū)塊砂體發(fā)育較好，橫向連通性好，呈北東—南西向條帶狀分布，反映出砂體從近物源位置到遠物源位置在河道砂體搬運過程中整體堆積良好的特點，厚度主要在10~12 m（圖5（b））；州16區(qū)塊砂體發(fā)育良好，連通性較好，整體呈南北向辮狀分布，表現(xiàn)出砂體在河道中部大量堆積的特點，砂巖厚度為8~12 m（圖5（b））。

（3）Es34-1?Ⅲ?3小層：泉241區(qū)塊砂體發(fā)育較一般，但連通性較好，呈北東—南西向辮狀分布，表現(xiàn)出近物源位置砂體發(fā)育較厚的特點，厚度在4~6 m（圖5（c））；州16區(qū)塊發(fā)育較好，連通性較好，呈南北向條帶狀分布，同樣表現(xiàn)出近物源位置沉積砂體相對較厚的特點，砂巖厚度為8~10 m（圖5（c））。

5 沉積模式

泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段沉積期整體上為湖退進積的沉積環(huán)境，盆地基底穩(wěn)定下降，自沙四段沉積期大興斷裂開始活動起，上下盤落差較小，沙三中亞段地層地形坡度緩，物源供給充足，屬于扇三角洲前緣沉積體系。

沙三中亞段沉積期作為湖盆擴張的最后一個時期，分流河道在研究區(qū)的發(fā)育達到頂點，河道分汊頻繁交匯，向前進積至湖盆中央，河道寬度逐漸變窄，砂層變細變薄，席狀砂包圍分流河道形成了扇三角洲前緣沉積體系的骨架，席狀砂在河道末端發(fā)育明顯，分流間灣在河道起始位置發(fā)育，河口壩和遠砂壩在研究區(qū)發(fā)育較少（圖6）。

圖6 泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段進積型扇三角洲前緣沉積模式Fig. 6 Sedimentary pattern of progradational fan delta front in Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

沙三上亞段和沙二段沉積期，盆地西部大興斷裂活動逐漸變?nèi)酰?jīng)歷隆起帶風化剝蝕及低洼帶沉積填充，地形坡度變緩，逐漸轉變?yōu)樯热侵奁皆练e體系。

6 結 論

（1）渤海灣盆地廊固凹陷泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段屬于扇三角洲前緣亞相沉積，發(fā)育水下分流河道、分流間灣、河口壩、遠砂壩及席狀砂5種微相類型。整體上表現(xiàn)為湖退進積的沉積過程，水下分流河道為最主要的沉積類型，在平面上呈北西—南東向辮狀分布。

（2）泉241-州16區(qū)塊沙三中亞段沉積物源來自西北方向，大興斷裂的活動導致西北部地層抬升形成區(qū)域隆起帶，為湖盆提供充分的沉積物源。砂體在平面上呈現(xiàn)由近源到遠源逐漸減薄的分布特點。

（3）建立了泉241-州16區(qū)塊淺水進積型扇三角洲前緣的沉積模式，沙三中亞段分流河道在研究區(qū)的發(fā)育達到頂點，砂體由湖盆邊緣向中心推進時，河道頻繁分汊交匯，河道寬度逐漸變窄，砂層變細變薄，河道周圍的席狀砂與分流河道共同形成了扇三角洲前緣沉積體系的骨架。