陳秀艷 姜在興 杜 偉 王 劍 張?jiān)虑?/p>

(1．中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083;2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院 北京 100083;3．中海油研究總院 北京 100027)

20世紀(jì)六七十年代至今，國(guó)外三角洲研究蓬勃發(fā)展，對(duì)世界著名的大型三角洲沉積過程、水動(dòng)力條件、沉積機(jī)理及三角洲類型和控制因素都進(jìn)行了詳細(xì)分析［1，2］。隨著石油勘探的實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)三角洲沉積結(jié)構(gòu)、砂體組合方式均有利于形成良好的生儲(chǔ)蓋組合及油氣聚集成藏，并且世界上許多大油氣田的形成都與三角洲沉積有關(guān)。研究表明國(guó)外大型三角洲多為海相三角洲，而國(guó)內(nèi)大型三角洲主要是湖泊三角洲，其沉積主要受波浪和河流作用，幾乎沒有潮汐作用。國(guó)內(nèi)著名的含油三角洲有大慶油田的大慶長(zhǎng)垣三角洲、勝利油田的東營(yíng)凹陷古近系東營(yíng)三角洲及鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組三角洲等，大量學(xué)者對(duì)其沉積成因及砂體分布進(jìn)行了詳細(xì)刻畫以滿足油氣勘探的需求［3～6］。對(duì)于這些大型三角洲的油氣勘探開發(fā)工作已進(jìn)入后期，殘留的不易于預(yù)測(cè)的油氣多集中在薄砂層中，規(guī)模小但總資源量巨大。為了揭示湖泊中巨厚三角洲的成因，對(duì)厚層砂巖沉積區(qū)局部含油的砂體進(jìn)行預(yù)測(cè)，本文以東營(yíng)凹陷古近系沙三中亞段東營(yíng)三角洲為研究目標(biāo)，首次詳細(xì)刻畫各期三角洲砂體展布規(guī)律，深入分析其沉積演化期次、沉積動(dòng)力條件及對(duì)含油性的影響，為進(jìn)一步油氣勘探及成藏理論研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東營(yíng)凹陷位于濟(jì)陽坳陷的東南部，北接陳家莊凸起，東接墾東青坨子凸起，南靠魯西隆起，西臨青城凸起和濱縣凸起，是一個(gè)北斷南超的開闊型箕狀湖盆。受北部陳南斷裂影響，自北向南依次發(fā)育北部陡坡帶、中央洼陷帶、南部斜坡帶。其中，中央洼陷帶包括利津洼陷、民豐洼陷、牛莊洼陷和博興洼陷［7］，此外還發(fā)育典型的塑性拱張構(gòu)造—中央隆起帶構(gòu)造(圖1)。古近系東營(yíng)三角洲沿東營(yíng)凹陷長(zhǎng)軸方向自東向西推進(jìn)，主要發(fā)育在沙三段和沙二段，以沙三中亞段為鼎盛時(shí)期，分布在牛莊洼陷、中央隆起帶和部分利津洼陷，厚度近千米。該時(shí)期陳官莊—王家崗斷裂帶和中央隆起斷裂帶活動(dòng)強(qiáng)烈，落差可達(dá)300 m以上，造成基底起伏較大，沉積坡角達(dá)5°～19°，因此，東營(yíng)三角洲發(fā)育大量前緣滑塌沉積，構(gòu)成東營(yíng)凹陷主要的巖性透鏡油氣藏，而東部三角洲主體砂巖厚度大，物性好，往往局部含油。

2 東營(yíng)三角洲沉積期次演化特征

前人對(duì)東營(yíng)三角洲沙三中亞段層序及沉積期次進(jìn)行了大量研究［8～10］，劃分方案為七個(gè)或九個(gè)期次。沉積期次的劃分要具備實(shí)用性，能夠橫向追蹤對(duì)比并將沉積結(jié)構(gòu)更準(zhǔn)確的刻畫，從而有利于勘探精細(xì)研究。

圖1 東營(yíng)凹陷構(gòu)造單元分布圖Fig．1 Tectonic unit distribution map of Dongying depression

2．1 沉積期次劃分

邱桂強(qiáng)［8］和方勇［9］將沙三中亞段劃分為七個(gè)期次，中7發(fā)育在海侵體系域，沉積厚度薄，中6至中1前積層厚度大。其中，中4和中3是前積傾角由陡變緩的轉(zhuǎn)折時(shí)期，地震剖面反射結(jié)構(gòu)由具斜交形特點(diǎn)向更具S形特點(diǎn)變化。本次研究認(rèn)為該時(shí)期前三角洲、三角洲前緣及三角洲平原“三層結(jié)構(gòu)”明顯，旋回性易于識(shí)別，可進(jìn)一步依據(jù)鉆井和地震資料將中4和中3細(xì)化為三個(gè)準(zhǔn)層序組。若按照李宇志［10］的觀點(diǎn)劃分為九個(gè)期次，第八期次厚度薄，且大部分為泥質(zhì)沉積，砂體規(guī)模極小，僅在井上標(biāo)定，在地震資料上很難識(shí)別，劃分誤差大且不利于橫向?qū)Ρ?，認(rèn)為將第八、九期次合并更為合理。

綜合前人研究方案，作者充分利用巖性變化、測(cè)井曲線疊加樣式及地震反射不整一面的特征，對(duì)沙三中亞段準(zhǔn)層序組進(jìn)行劃分。劃分依據(jù):(1)單井劃分，準(zhǔn)層序組多為向上變粗的巖性組合，自然電位值向上逐漸減小，測(cè)井曲線的形態(tài)為漏斗型或箱型，越過準(zhǔn)層序組界面自然電位值突然增大，沉積相向上逐漸變淺(圖2A-a，b)。準(zhǔn)層序組界面也可以為巖性突變面，界面之下為灰黑色炭質(zhì)泥巖，界面之上變?yōu)樯罨疑百|(zhì)泥巖和泥巖(圖2A-b)，或者界面之下為紅褐色泥巖，界面之上突變?yōu)樯罨疑鄮r，均代表沉積環(huán)境發(fā)生變化，水體由淺變深(圖2A-c)。(2)連井對(duì)比，在三角洲主體厚層砂巖沉積序列中，突然出現(xiàn)薄層暗色泥巖或頁巖，并且泥巖和頁巖厚度向岸方向減薄，表現(xiàn)為泥巖楔向岸延伸(圖2B)，它代表了兩期三角洲沉積之間小規(guī)模湖泛作用和物源供給減弱所形成的泥質(zhì)沉積。(3)在地震剖面上兩期三角洲之間表現(xiàn)為地震反射不整一面，地震同向軸強(qiáng)振幅較連續(xù)，將各期三角洲的S形前積或斜交前積結(jié)構(gòu)間隔分開，并在每一期前積結(jié)構(gòu)的頂部可見向岸方向的退積弱反射(圖2C)。據(jù)此，本文將沙三中亞段劃分為一個(gè)T-R層序［11］，即僅發(fā)育快速湖侵和湖退兩個(gè)體系域，進(jìn)一步劃分為八個(gè)準(zhǔn)層序組，對(duì)應(yīng)東營(yíng)三角洲八個(gè)期次。湖侵體系域包括準(zhǔn)層序組PS8，湖退體系域?qū)?yīng)準(zhǔn)層序組PS1～PS7(圖3)。各準(zhǔn)層序組沉積特征見表1。

表1 東營(yíng)三角洲沙三中亞段準(zhǔn)層序組特征Table 1 Parasequence set characteristics of Dongying delta in Mid-Es3

圖2 東營(yíng)三角洲沉積期次劃分依據(jù)Fig．2 Identification marks of Dongying delta cycles division in logging and seismic profileA．單井準(zhǔn)層序組界面識(shí)別標(biāo)志;B．連井對(duì)比兩期三角洲朵體之間泥巖楔沉積;C．沉積期次劃分地震資料識(shí)別標(biāo)志

圖3 牛116井層序地層劃分Fig．3 Column of sequence stratigraphy division of Niu 116 Well

2．2 沉積砂體類型及分布特征

2．2．1 沉積砂體類型

沙三中亞段沉積時(shí)期是東營(yíng)三角洲快速進(jìn)積的鼎盛時(shí)期，砂體類型豐富，以三角洲前緣分流河道、河口壩、席狀砂及其相伴生的坡移堆積體、滑塌濁積巖和遠(yuǎn)源濁積巖為主［12］(圖 4，5)。

水下分流河道砂體垂向上一般表現(xiàn)為正粒序，自然電位曲線多表現(xiàn)為鐘形，牛102井2 900 m附近是典型的水下分流河道微相(圖4A)。河口壩和席狀砂微相垂向上構(gòu)成典型的反粒序，其自然電位及伽瑪曲線特征均呈漏斗狀，往往上陡下緩;常發(fā)育波狀層理和透鏡狀層理，生物擾動(dòng)明顯，蟲孔發(fā)育(圖4A)。坡移堆積體測(cè)井曲線為中高幅指形、漏斗形;層理構(gòu)造以垮塌混雜堆積，攪混構(gòu)造為主(圖4B)。滑塌濁積巖測(cè)井曲線為中高幅齒化鐘形、箱形、指形;層理類型復(fù)雜多樣，以與塑性變形相關(guān)的變形層理(圖4C)、包卷層理、火焰構(gòu)造為主，也見遞變層理、泥巖撕裂屑及透鏡砂體。遠(yuǎn)源濁積巖測(cè)井曲線表現(xiàn)為中低幅指形;巖心上見典型鮑馬序列CDE段為主(圖4D)，砂巖層相對(duì)較薄。

2．2．2 砂體分布特征

湖侵體系域準(zhǔn)層序組PS8，東營(yíng)三角洲由湖盆東部向西部延伸，但此時(shí)河流輸送能力小于波浪作用能量，導(dǎo)致三角洲規(guī)模很小，局限分布在東部入口處。東營(yíng)凹陷南部緩坡帶濱淺湖地區(qū)受波浪改造形成孤立灘壩砂體，西北部深水區(qū)發(fā)育小規(guī)模滑塌濁積巖和遠(yuǎn)源濁積巖(圖5，6)。

湖退體系域早期準(zhǔn)層序組PS7～PS4，物源供給增強(qiáng)，東營(yíng)三角洲由工區(qū)東南部向西北方向快速進(jìn)積，三角洲朵體發(fā)育，河道分流作用較強(qiáng)，發(fā)育河口壩和水下分流河道沉積，在波浪的強(qiáng)烈逼迫作用下，局部水下分流河道沿岸橫向遷移分叉或造成局部河口壩砂體長(zhǎng)軸方向與岸線近平行。在準(zhǔn)層序組之間小型湖泛面附近發(fā)育席狀砂，近平行于湖岸線成條帶狀展布。此時(shí)，三角洲前緣坡度較陡，沿主方向向湖盆深處發(fā)育各種類型重力流復(fù)合疊置砂體(圖5)。準(zhǔn)層序組PS4是過渡時(shí)期，在東部地區(qū)先期沉積的三角洲朵體已經(jīng)廢棄，發(fā)生湖灣沼澤化，活動(dòng)的三角洲朵體之后由南向北部遷移，并在前緣局部地區(qū)發(fā)育河口壩和水下分流河道的席狀砂化(圖6)。

湖退體系域晚期準(zhǔn)層序組PS3～PS1，物源供給繼續(xù)增強(qiáng)，三角洲前緣坡角變緩，三角洲河道沉積快速向盆地西北方向大規(guī)模延伸，交織成網(wǎng)狀，河口砂壩和席狀砂較發(fā)育，湖盆深處發(fā)育少量滑塌濁積巖(圖 5，6)。

2．3 三角洲沉積過程及水動(dòng)力條件

古近系沙三中亞段時(shí)期是東營(yíng)凹陷水深最大時(shí)期，可達(dá)160 m，湖盆中心位于東營(yíng)凹陷北部及牛莊洼陷［13］。此時(shí)，湖盆面積大，湖水深度大，因此形成的波浪營(yíng)力較大。波浪與河流的相互作用貫穿東營(yíng)三角洲的整個(gè)沉積過程。根據(jù)波浪和河流兩大作用力的分布，可將三角洲沉積分為5個(gè)水動(dòng)力區(qū)帶(圖 7)。

A區(qū)帶僅有河流作用力，以河流自旋回為主，發(fā)育三角洲平原水上分流河道及沼澤沉積。B區(qū)帶仍以河流作用力為主，波浪作用較小，河流為維持流速，不斷分叉為細(xì)小河流，形成多條水下分流河道與岸線近垂直或大角度斜交向湖方向呈網(wǎng)狀延伸［14］，局部波浪侵蝕也可改變水下分流河道的方向，使其與岸線夾角減小。C區(qū)帶河流末端能量稍大于波浪，形成河口壩，而D區(qū)帶波浪能量逐漸大于河流能量，波浪及風(fēng)暴浪侵蝕改造河口壩及部分水下分流河道形成大面積席狀砂［15］。C、D區(qū)帶是波浪與河流能量相抗衡的過程，正是二者的往復(fù)作用才形成厚度較大的三角洲楔狀體疊加區(qū)。當(dāng)河流與波浪能量相抵消時(shí)，沉積正常湖相泥巖薄夾層，隨著三角洲沉積期次間小型湖泛發(fā)生，波浪與河流抵消點(diǎn)向岸遷移，從而形成向岸的泥巖楔。E區(qū)帶深水沉積區(qū)，無波浪及河流作用，只有受外部其它觸發(fā)作用力才能形成深水重力流沉積砂體。

圖4 沉積砂體類型及沉積構(gòu)造Fig．4 Sandbody types and sedimentary structure

圖5 東西向連井砂體對(duì)比剖面Fig．5 E-W cross section of sandbodies correlation

東營(yíng)三角洲沉積過程具有期次旋回性，這也是其能沉積近千米厚，形成有利儲(chǔ)層的主要原因。每一期三角洲沉積都是湖泊中波浪與河流作用的博弈的過程，三角洲的沉積期是主要的造砂過程，而沉積期次之間的小型湖泛作用是對(duì)先期沉積物進(jìn)行調(diào)整再分配并為下一期三角洲沉積產(chǎn)生新增可容納空間的過程，同時(shí)也是造泥的過程。正是多期三角洲不斷的進(jìn)退、遷移和改道，才能形成巨厚的三角洲復(fù)合體。

3 三角洲沉積期次與含油性關(guān)系

東營(yíng)三角洲湖侵體系域準(zhǔn)層序組PS8和湖退體系域晚期準(zhǔn)層序組PS3～PS1，含油性較差，而湖退體系域早期準(zhǔn)層序組PS7～PS4，是主要的含油層位。湖平面變化、構(gòu)造沉降(主要為斷層活動(dòng))及沉積物供給速率控制了不同沉積期次，不同砂體類型的含油性差異。研究表明，沙三中亞段沉積時(shí)期，湖平面變化經(jīng)歷了快速上升、開始緩慢下降和迅速下降的過程;構(gòu)造沉降速率經(jīng)歷了緩慢、迅速加快和減慢的過程;沉積物供給速率經(jīng)歷了緩慢、加快和迅速增加的過程。

湖侵體系域準(zhǔn)層序組PS8時(shí)期，湖平面快速上升，構(gòu)造沉降速率緩慢，可容納空間迅速增加，沉積物供給速率相對(duì)緩慢，形成退積準(zhǔn)層序組(圖8)。該時(shí)期以半深湖—深湖相為主，局部夾孤立分散的滑塌濁積巖，并發(fā)育少量灘壩及三角洲砂體。砂體相對(duì)不發(fā)育，是含油性較差的主要原因。

湖退體系域早期PS7～PS4時(shí)期，湖平面開始緩慢下降，構(gòu)造沉降速率迅速加快，可容納空間緩慢增加，沉積物供給速率加快，形成進(jìn)積準(zhǔn)層序組(圖8)。在這一過程中伴隨明顯的小型湖泛作用，向岸沉積泥巖楔，用以抗衡河流的供給作用，但仍以河流作用為主，形成進(jìn)積準(zhǔn)層序組。湖平面開始下降，斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，猶如打開了沉積物向深水區(qū)供應(yīng)的開關(guān)，開始形成大量的重力流沉積。因此，該時(shí)期地形較陡，三角洲前緣高角度進(jìn)積，同時(shí)在其前方發(fā)育大量坡移堆積體、滑塌濁積巖和遠(yuǎn)源濁積巖。這些重力流砂體處于異常超壓系統(tǒng)，自身具有良好的生儲(chǔ)蓋條件并形成有效的砂巖透鏡圈閉，油氣在砂巖透鏡體中充注強(qiáng)度可達(dá) 29．02%～90．11%，平均 59%［16～18］。部分油氣在斷層與油源的溝通作用下會(huì)繼續(xù)充注準(zhǔn)層序組界線附近由次級(jí)湖泛作用沉積的泥巖楔側(cè)向封堵的席狀砂及少量河口壩，形成砂巖上傾尖滅油氣藏或與斷層組合為斷層—巖性油氣藏(圖9)。同時(shí)湖平面頻繁波動(dòng)，波浪與河流的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致在準(zhǔn)層序組PS4時(shí)期，大量分流河道遷移改道，形成三角洲朵體的廢棄而發(fā)育湖灣沼澤化，湖灣泥巖、油頁巖和薄層砂進(jìn)一步向岸延伸，擴(kuò)大了區(qū)域蓋層的范圍，更有利于完善PS7～PS4砂巖中的巖性圈閉，進(jìn)而聚集油氣。

圖6 東營(yíng)三角洲沙三中亞段砂體展布圖Fig．6 Sandbody distribution map of Dongying delta in Mid-Es3

湖退體系域晚期PS3～PS1時(shí)期，湖平面迅速下降(次級(jí)湖泛作用明顯減小)，構(gòu)造沉降速率減慢，可容納空間增加速率進(jìn)一步減小，而沉積物供給速率迅速增加(圖8)。在前期填平補(bǔ)齊沉積過程后，地形變緩。沉積物開始在向岸一側(cè)堆積，在深水的沉積物數(shù)量減少。因此，該時(shí)期發(fā)育大型低角度進(jìn)積準(zhǔn)層序組，大型建設(shè)期三角洲極其發(fā)育，而其前端發(fā)育極少量滑塌濁積巖。厚層儲(chǔ)集砂體雖然發(fā)育，但斷層活動(dòng)減弱，與油源溝通差，因此導(dǎo)致含油性也較差，僅在斷層附近圈閉條件較好的席狀砂、河口壩和河道砂體局部含油(圖9)。

圖7 三角洲沉積水動(dòng)力分帶及沉積特征Fig．7 Hydrodynamic zone and depositional characteristics of delta

圖8 湖平面變化、構(gòu)造沉降速率、可容納空間增長(zhǎng)速率、沉積物供給速率與沉積充填樣式的關(guān)系Fig．8 The relationship among lake level change，tectonic subsidence rate，accommodation accretion rate，sediment supply rate and filling types

綜上，對(duì)于沉積期間的小型湖泛作用要加以重視，它有助于形成良好的儲(chǔ)蓋組合，并完善圈閉條件。換言之，在砂巖沉積區(qū)不缺少有利儲(chǔ)層的情況下，要更加關(guān)注泥巖沉積的分布，它對(duì)于油氣藏分布具有重要意義。

圖9 東營(yíng)三角洲沉積期次控油模式Fig．9 Dongying delta depositional cycles controlling hydrocarbon model

4 結(jié)論

東營(yíng)三角洲沙三中亞段能夠沉積近千米厚，其根本原因在于三角洲具有期次旋回性。本文將沙三中亞段東營(yíng)三角洲劃分為一個(gè)T-R三級(jí)層序，包括八個(gè)準(zhǔn)層序組。各期三角洲分流河道砂體、河口壩、席狀砂向湖盆進(jìn)積，其前緣伴生重力流沉積，而各期三角洲之間發(fā)育小型湖泛作用沉積泥巖楔。準(zhǔn)層序組PS8～PS1，東營(yíng)三角洲活動(dòng)朵體經(jīng)歷了由南至北的遷移演化過程，這個(gè)過程是波浪與河流作用的相互博弈的過程。當(dāng)波浪與河流能量相互往復(fù)抗衡時(shí)，三角洲前緣斜坡沉積厚度較大，伴生重力流砂體豐富，而席狀砂和河口壩砂體物性好。湖平面變化、構(gòu)造沉降及沉積物供給速率控制了不同沉積期次沉積充填樣式，進(jìn)而影響各沉積期次含油性。湖退體系域早期準(zhǔn)層序組PS7～PS4是主要的含油層位，主要含油砂體為坡移堆積體和滑塌濁積巖，其次為席狀砂和河口壩，并且席狀砂和河口壩含油區(qū)主要分布在前緣斜坡準(zhǔn)層序組界線附近泥巖楔發(fā)育的位置。可見，三角洲期次劃分和各期次間泥巖對(duì)比及分布的詳細(xì)刻畫對(duì)三角洲厚層砂巖區(qū)尋找油氣藏具有重要意義。

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15 Michael D M，Mark A K，Duncan M F，et al．Delta lobe degradation and hurricane impacts governing large-scale coastal behavior，Southcentral Louisiana，USA［J］．Springer，2009，29:441-453

16 尹太舉，張昌民，李中超．東營(yíng)凹陷滑塌濁積巖沉積特征及油氣藏勘探技術(shù)［J］．石油與天然氣地質(zhì)，2006，27(1):93-98［Yin Taiju，Zhang Changmin，Li Zhongchao．Depositional characteristics of fluxoturbidite and exploration technologies of subtle reservoirs in the Dongying sag［J］．Oil＆ Gas Geology，2006，27(1):93-98］

17 郝雪峰，陳紅漢，高秋麗，等．東營(yíng)凹陷牛莊砂巖透鏡體油氣藏微觀充注機(jī)理［J］．地球科學(xué)，2006，31(2):182-188［Hao Xuefeng，Chen Honghan，Gao Qiuli，et al．Micro-charging processes of hydrocarbon in the Niuzhuang lentoid sandy reservoirs，Dongying depression［J］．Earth Science，2006，31(2):182-188］

18 王建偉，宋書君，王新征，等．東營(yíng)凹陷牛莊洼陷砂巖透鏡體的成藏機(jī)理［J］．石油學(xué)報(bào)，2007，28(5):39-44［Wang Jianwei，Song Shujun，Wang Xinzheng，et al．Petroleum accumulation mechanism of lens-type sandstone in Niuzhuang subsag of Dongying sag［J］．Acta Petrolei Sinica，2007，28(5):39-44］