歧口凹陷濱海地區(qū)沙一段遠岸湖底扇沉積特征及形成機制

高歡歡 邰春磊 劉會紡 劉長城 王 靜 孫 鵬

（①中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院；②中國石油渤海鉆探第一鉆井分公司；③中國石油大港油田公司第三采油廠）

0 引言

我國陸相斷陷湖盆的研究主要針對盆地邊緣的沉積相類型，如三角洲、扇三角洲、近岸扇、濱岸沙壩和河流相等，對于這些類型沉積相及儲層的勘探開發(fā)積累了豐富經(jīng)驗[1-5]，但對于盆地中心重力流成因砂體類型的研究尚欠深入。重力流是沉積物和流體混合物在重力作用下整體順斜坡向下運動，并以懸移方式搬運為主的高密度非牛頓流體，重力流沉積在斷陷盆地斜坡中低部位-湖盆中心廣泛發(fā)育，易形成地層-巖性油氣藏，近年來已成為油氣勘探開發(fā)的前沿領(lǐng)域[6]。重力流沉積砂體包括湖底扇和海底扇，該類沉積砂體具有巖性油氣藏的隱蔽性強、勘探開發(fā)難度大等特點，其早期研究以深水沉積模式為指導，未能充分厘清重力流砂體的空間分布規(guī)律。

歧口凹陷濱海地區(qū)沙一段廣泛發(fā)育遠岸湖底扇砂體，其巖性組合“富泥又富砂”，泥巖與砂巖累積厚度都較大，表明半深湖-深湖區(qū)可形成規(guī)模較大的砂體，打破了以往在陸相斷陷湖盆中心不發(fā)育砂體的傳統(tǒng)觀念。近年來該類型砂體的油氣勘探取得了較大突破[7-9]，在湖盆中心鉆探出數(shù)口高產(chǎn)油氣井[6]。但是該類砂體具有分布不穩(wěn)定、隱蔽性強的特點，因此有必要開展該類型砂體沉積特征及形成機制研究。

本文通過巖性組合、沉積構(gòu)造、粒度曲線、測井相等分析手段，對歧口凹陷濱海地區(qū)沙一段遠岸湖底扇砂體的沉積微相類型、重力流類型、遠岸湖底扇砂體的平面展布及物源進行深入研究，并構(gòu)建了遠岸湖底扇沉積模式。該研究對近一步明確歧口凹陷沙一段遠岸湖底扇砂體有利儲層微相類型和有利儲層分布預測具有積極意義，為該區(qū)下一步的油氣勘探提供了沉積學支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

歧口凹陷位于黃驊坳陷中區(qū)，屬中-新生代渤海灣斷陷盆地群的組成部分，凹陷周緣及內(nèi)部發(fā)育有北塘次凹、板橋次凹、歧北次凹、歧南凹陷、歧口凹陷5大負向構(gòu)造單元，以及埕北斷階帶、南大港潛山、北大港潛山、濱海Ⅰ號構(gòu)造帶、塘沽新港潛山、澗南潛山6 大正向構(gòu)造單元，總體呈東西分帶、南北分塊的構(gòu)造格局（圖1）。其中，歧口凹陷主要受東西向海河-新港構(gòu)造帶和埕北構(gòu)造帶控制，形成了雙斷地塹式凹陷；其他凹陷主要受北東-北北東向斷層控制，形成了北西斷-東南超的單斷式箕狀凹陷[10-11]。

圖1 歧口凹陷區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

受滄縣隆起、埕寧隆起、燕山造山帶和沙壘田凸起的物源供給控制，歧口凹陷古近紀沉積了巨厚的碎屑巖和少量碳酸鹽巖，其中沙一段沉積時期，歧口凹陷內(nèi)重力流沉積十分廣泛，尤其是歧口主凹大部分為該類沉積所覆蓋[12-16]。本文研究區(qū)域濱海地區(qū)位于歧口主凹的西部，是近年來油氣發(fā)現(xiàn)的主體區(qū)域，該區(qū)重力流沉積具有“遠岸”特點，認為是遠岸湖底扇相沉積模式。

2 遠岸湖底扇沉積特征

前人針對歧口凹陷重力流成因做了大量研究，并取得了豐碩成果。蒲秀剛等[6，12，14]在重力流沉積學標志分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖心相、鉆井剖面相、測井相分析，將歧口凹陷重力流沉積體系劃分為近岸扇、遠岸湖底扇、濁積扇3 種類型。通過巖性組合、沉積構(gòu)造、粒度曲線、測井相等分析認為，歧口凹陷沙一段沉積時期，發(fā)育的重力流沉積類型主要為滑塌型遠岸湖底扇沉積。

2.1 巖性特征

通過巖心沉積相分析表明，研究區(qū)滑塌型遠岸湖底扇形成的砂層較厚，砂層主要由含褐紅-深灰色泥礫和少量深灰色泥巖碎塊的細砂巖組成，其中深灰色泥礫具磨圓、礫徑粗、常分布于正遞變序列的頂部，以及具水平、塊狀層理等特點，深灰色泥巖碎塊則棱角分明、呈撕裂狀。砂巖分選中等-較好、磨圓較好，具較好的結(jié)構(gòu)成熟度的特點，砂巖中含卷曲變形紋理（包卷層理）、液化構(gòu)造、砂巖墻構(gòu)造和火焰構(gòu)造等標志（圖2），指示了扇三角洲前緣-灘壩砂體滑塌變形破碎成因，遠岸湖底扇砂體主要分布在歧口主凹-歧北次凹。

圖2 GS 48井沙一上亞段巖心沉積相分析

2.2 砂巖粒度特征

粒度分析的主要目的是研究碎屑沉積物的結(jié)構(gòu)特征，包括粒度大小和各粒級分布狀況，為沉積環(huán)境分析提供依據(jù)。

從粒度分析來看，滑塌型遠岸湖底扇粒度直方圖一般呈正偏態(tài)，累積頻率曲線呈近1段式、上拱2段式到混合度較小的兩段式或低幅上拱式。通過位于歧口主凹西部與歧北次凹連接部位的GS 47井的2個有效樣品分析表明，粒度直方圖均呈正偏態(tài)，百分位粒徑分布范圍1.2～4.0，峰值位于2.2，累積頻率曲線呈近1 段式或低幅上拱式，傾斜角度大（圖3），指示粒度分布較集中，與滑塌型重力流沉積的特點相對應。

圖3 GS 47井遠岸湖底扇砂巖粒度分布

2.3 沉積亞相特征

結(jié)合供源特征和巖石結(jié)構(gòu)差異，將遠岸湖底扇進一步細分識別為內(nèi)扇、中扇和外扇3個亞相（圖4）。

圖4 遠岸湖底扇測井相及組合樣式

2.3.1 內(nèi)扇

內(nèi)扇發(fā)育多期疊加的重力流水道沉積微相，構(gòu)成研究區(qū)最為有利的儲層砂體，沉積物以灰白色塊狀-遞變層理的細砂巖為主，在單個旋回頂部局部發(fā)育夾泥質(zhì)紋層，具波狀層理，局部具典型的鮑馬序列，指示了重力流水道沉積的多期疊置，其測井曲線以漏斗型-高幅箱型-鐘型為主。

2.3.2 中扇

中扇發(fā)育分離的重力流水道微相，其沉積物由灰白色塊狀細砂巖組成，含較多泥巖碎塊，略具正旋回，旋回頂部5～10 cm 常發(fā)育夾泥質(zhì)紋層，其測井曲線以中幅箱型-鐘型組合為主。

2.3.3 外扇

外扇發(fā)育席狀朵葉微相，由深灰色泥巖、粉砂巖和少量泥巖組成，波狀層理發(fā)育，常出現(xiàn)2～4 期反旋回，單個旋回頂部發(fā)育塊狀細砂巖，較致密，該部位巖心中會出現(xiàn)較多的層理構(gòu)造，具有典型的薄層塊狀砂體和鮑馬序列，其測井曲線以齒狀-指狀為主。

3 遠岸湖底扇沉積相平面展布規(guī)律

基于巖性、巖石粒度、測井沉積亞相分析，研究區(qū)湖底扇廣泛發(fā)育，但不同地區(qū)湖底扇沉積特點存在差異，主要受古地貌、多級斷階、反向斷層影響，古地貌影響形成“供給水道+重力流”沉積體系，多級斷階導致湖底扇多級分布，反向斷層造成沉積物在板橋凹陷中心呈軸向輸送。

3.1 港西凸起帶供給水道遠岸湖底扇

根據(jù)濱海地區(qū)沙一上亞段砂體分布特征及地震屬性研究發(fā)現(xiàn)，在港西凸起之上發(fā)育條帶狀的厚砂帶，其測井曲線上表現(xiàn)為高幅厚箱型，厚砂帶上下均為厚層泥巖，與湖底扇分支水道的相序或微相呈現(xiàn)的反-正旋回韻律不同；巖性為呈灰綠色、褐紅色的雜色色調(diào)巖屑礫巖和砂礫巖（圖5），指示了物源區(qū)直接供源形成以及研究區(qū)補給水道的存在，同時表明了輸送沉積物能夠越過板橋次凹進入歧口主凹。

圖5 B 106×1井沙一段巖心

由圖5 可見：3 580.96 m，灰色砂礫巖，含較多泥礫和巖屑礫石，呈次圓狀，重力流水道底部滯留沉積微相；3 581.37 m，下部塊狀砂巖，上部灰色含較多灰-紫紅色泥巖碎塊和巖屑礫石的砂礫巖，總體構(gòu)成反遞變層理，遠岸湖底扇內(nèi)扇主水道微相；3582.83 m，灰白色塊狀砂礫巖，含較多巖屑礫石，呈次圓狀，分選極差，上部含紫紅色泥礫，遠岸湖底扇內(nèi)扇主水道微相；3584.47 m，下部波狀層理細砂巖夾泥巖紋層，上部灰色遞變層理砂礫巖-細砂巖、平行層理細砂巖構(gòu)造不完整鮑馬序列，且砂礫巖中含較多巖屑礫石，呈次圓狀，遠岸湖底扇內(nèi)扇主水道微相。

3.2 多級發(fā)育的湖底扇

通過測井相分析表明，研究區(qū)湖底扇呈多級分布的特征，表現(xiàn)為多個完整或不完整的LF 1→LF 5 變化，在歧口凹陷內(nèi)部少量出現(xiàn)厚箱型測井相，也證實了在歧口凹陷內(nèi)部發(fā)育湖底扇。

湖底扇的多級發(fā)育一般存在多級斷坡-斷坪地貌和湖平面變化兩種機制，板橋次凹向東南緣逆勢增高的古地貌不具備多級順向斷階的條件，因此判斷湖底扇的多級發(fā)育系由湖平面變化所引起，也印證了港西凸起帶上在湖平面下降期形成補給水道的可能，并據(jù)此將北大港潛山東段砂體識別為灘壩沉積。歧口主凹的北緣發(fā)育一系列正斷層構(gòu)成的多級順向斷階，為多級斷坡-斷坪地貌背景，另外，同沉積斷裂活動、地震、湖平面下降也是滑塌型重力流形成的原因，為湖底扇的多級發(fā)育提供了有利條件。

3.3 軸向延伸的湖底扇

在板橋次凹中心，湖底扇沿大張坨斷層形成斷裂溝槽延伸，沙一段時期地震屬性表明，板橋次凹東、西部砂體順斷層上盤輸送方向由順溝槽延伸偏轉(zhuǎn)為軸向輸送。此前認為小站附近物源是歧口凹陷主物源，提供了大量沉積物并越過板橋次凹輸送至歧口凹陷，但地震屬性顯示小站物源相比葛沽物源和增福臺物源要小得多，而正對小站的湖盆中心砂體應為增福臺物源、葛沽物源軸向輸送所致。

4 遠岸湖底扇形成機制

研究表明，研究區(qū)滑塌型遠岸湖底扇由三角洲前緣等碎屑沉積物順坡滑塌快速堆積形成。綜合斷裂發(fā)育特征、區(qū)域沉積古背景等研究分析認為，研究區(qū)遠岸湖底扇主要由近源扇三角洲砂體二次滑塌堆積而成，與盆地演化、古地貌、斷裂活動存在密切聯(lián)系，并受構(gòu)造特征、物源供給、觸發(fā)機制等諸多因素綜合控制。

4.1 遠岸湖底扇發(fā)育的主因

在背向正斷層作用下，港西凸起東段構(gòu)成了研究區(qū)盆地內(nèi)部古地貌高地，將板橋次凹與歧口主凹分隔開來，造成湖盆水體一定程度上的分割；港西凸起也是一個水下古地貌高地，覆蓋水體淺，屬淺湖背景，以致濱淺湖灘壩砂體沿港西凸起帶發(fā)育。在板橋次凹東南緣分布順向斷階，主要活動斷層有大張坨斷層和板南斷層，向北北西方向傾斜，局部由多條斷裂組成，總體延伸距離遠，其同沉積活動構(gòu)成順向斷階，形成了多級斷階發(fā)育的古沉積環(huán)境，碎屑沉積物在湖浪擾動、地震等外界突發(fā)性因素觸發(fā)下，發(fā)生多期次滑塌，以致遠岸湖底扇多級發(fā)育。因此，多條順向發(fā)育的斷裂是滑塌型遠岸湖底扇發(fā)育的主因。

4.2 遠岸湖底扇發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)

物源供給在一定程度上控制了遠岸湖底扇的巖性、物性及發(fā)育規(guī)模。沙一段沉積時期，來自西部滄縣隆起的物源在板橋次凹形成扇三角洲沉積，這些大型的扇三角洲沉積砂體在外界觸發(fā)機制下，容易發(fā)生滑塌，從而為遠岸湖底扇的形成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

5 遠岸湖底扇沉積模式及砂體展布規(guī)律

5.1 遠岸湖底扇沉積模式

湖平面變化會引起湖岸線遷移和物源區(qū)范圍的擴張或萎縮，港西凸起在低水位時期暴露，可以作為物源的輸出。通過巖心觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域西北緣滄縣隆起物源區(qū)粗碎屑可直接到達濱海地區(qū)，認為系低水位時期板橋次凹處于過飽和充填狀態(tài)，使得物源得以跨過板橋次凹和港西凸起東段進入濱海地區(qū)。另外，港西凸起東段之上發(fā)育厚層的灰綠色泥巖和少量紫紅色泥巖，也指示了同沉積期處于濱湖環(huán)境。結(jié)合濱海地區(qū)普遍發(fā)育滑塌型重力流，對沉積相進行梳理，認為沉積物在港西凸起向東傾沒段發(fā)育灘壩沉積，然后進一步向濱海地區(qū)滑塌，形成新的重力流沉積扇體。

基于研究區(qū)構(gòu)造演化特征分析認為，板橋次凹沙三段時期研究區(qū)歷經(jīng)了強烈斷陷作用，至沙二段時期斷陷作用停滯，沙一段時期基底沉降并不強烈。沙一段時期，歧口凹陷中區(qū)進入斷-拗轉(zhuǎn)化階段，盆地范圍大幅度擴張，基底沉降的整體性增強，差異沉降及總沉降量減弱，沉降中心總體向歧口主凹遷移，表現(xiàn)為包括四周的潛山在湖平面上升期均被湖水覆蓋，以致碳酸鹽灘壩廣泛發(fā)育。因此，沙一段時期，研究區(qū)受斷裂作用減弱和凹陷活動增強影響，盆地形態(tài)較為寬緩，使得板橋次凹基底沉降較弱，形成的地層較薄，且地層最厚處并不緊鄰北緣控凹邊界斷層。在此前提下，沉積體向南延伸距離遠，在湖平面較低時期沉積物直接輸送至歧口主凹。

基于以上分析認為，歧口凹陷濱海地區(qū)沙一段沉積模式總體分為高水位和低水位2 個充填沉積階段。高水位期，以板橋次凹充填堆積為主，發(fā)育扇三角洲-湖底扇-灘壩沉積體系；低水位期，沉積物大量輸送至濱海地區(qū)，發(fā)育補給水道-湖底扇沉積體系（圖6）。

圖6 歧口凹陷濱海地區(qū)沙一上亞段滑塌型遠岸湖底扇沉積模式

5.2 遠岸湖底扇砂體展布規(guī)律

在沉積學及沉積模式指導下，利用高分辨率三維地震資料提供的地層切片及屬性，進一步確定遠岸湖底扇砂體展布形態(tài)及其內(nèi)部構(gòu)造，并對古沉積體系進行精細刻畫。通過高分辨率三維地震資料得到的沙一下亞段濱Ⅰ上油組地震屬性可以看出（圖7），沙一下亞段濱Ⅰ上油組砂體分布較廣且分布范圍和邊界十分清晰，均方根振幅高值區(qū)對應于較厚的砂體展布。通過沉積相、斷裂構(gòu)造和物源系統(tǒng)的研究表明：

圖7 沙一下亞段濱I上油組地震屬性

（1）板橋次凹西北緣發(fā)育10 個扇三角洲，由增福臺物源形成的扇三角洲規(guī)模較大，并向盆內(nèi)延伸較遠，凹陷中心發(fā)育3個湖底扇朵體，其分布受大張坨反向斷層的制約；（2）北大港潛山凸起東段發(fā)育孤立的、順凸起延伸的條帶狀砂體，厘定為灘壩砂沉積；（3）歧北次凹受北大港潛山和南大港潛山物源供給，分別發(fā)育2 個和1 個扇三角洲，尤其以東側(cè)扇三角洲朵體規(guī)模大、形態(tài)清晰；（4）歧口凹陷發(fā)育2 個大型的湖底扇朵體，向南和南東向延伸。

這些扇體指示了有利砂體的空間展布規(guī)律，為該區(qū)域下一步勘探開發(fā)指明了方向。

6 結(jié)論

（1）歧口凹陷濱海地區(qū)沙一段沉積時期，主要發(fā)育滑塌型遠岸湖底扇沉積，其巖性主要由含褐紅-深灰色泥礫和少量深灰色泥巖碎塊的細砂巖組成，結(jié)合供源特征和巖石結(jié)構(gòu)的差異，進一步將遠岸湖底扇細分識別為內(nèi)扇、中扇和外扇3個亞相。

（2）根據(jù)巖相、測井相及地震屬性分析認為，歧口凹陷濱海地區(qū)沙一段遠岸湖底扇形成機制包括古地貌、反向斷層和多級斷階，港西凸起帶上礫巖或砂礫巖指示了補給水道的存在，形成“補給水道+重力流”沉積體系，反向斷層造成沉積物在板橋凹陷中心呈軸向輸送，多級斷階是濱海地區(qū)湖底扇多級分布的原因。

（3）歧口凹陷濱海地區(qū)沙一段沉積模式總體分為高水位和低水位2 個充填沉積階段。高水位期，以板橋次凹充填堆積為主，發(fā)育扇三角洲-湖底扇-灘壩沉積體系；低水位期，沉積物大量輸送至濱海地區(qū)，發(fā)育補給水道-湖底扇沉積體系。通過地震屬性也進一步明確了砂體的展布規(guī)律，可為尋找有利儲層提供依據(jù)。