鮮本忠, 王 璐, 劉建平, 路智勇,李宇志, 牛栓文, 朱永飛, 洪方浩

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249; 2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;3.中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西西安 710201;4.中國石化勝利油田東辛采油廠, 山東東營 257094)

?

一東營凹陷東部始新世三角洲供給型重力流沉積特征與模式

鮮本忠1,2, 王 璐1，3, 劉建平1, 路智勇4,李宇志4, 牛栓文4, 朱永飛1, 洪方浩1

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249; 2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249;3.中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西西安 710201;4.中國石化勝利油田東辛采油廠, 山東東營 257094)

基于巖相分析、流體成因解釋、平面沉積相和同生斷層編圖,對渤海灣盆地東辛地區(qū)始新統(tǒng)湖相三角洲供給型濁積體系的沉積特征及沉積模式進(jìn)行研究。結(jié)果表明：研究區(qū)發(fā)育滑動、滑塌、碎屑流和濁流4類9種深水異地沉積過程;三角洲前緣斜坡腳和同生斷層下降盤控制了滑動、滑塌體,而斷層活動微弱的深水低洼區(qū)控制了碎屑流沉積;由于深水沉積區(qū)規(guī)模小,以及同生斷層對局部地貌的控制,深水搬運(yùn)距離短,導(dǎo)致從滑動、滑塌到濁流的流體轉(zhuǎn)換過程發(fā)育不完整,形成以碎屑流或滑塌為主的深水沉積體系;碎屑流主控下的重力流水道可能因?yàn)榛徇\(yùn)機(jī)制而缺乏連續(xù)性砂巖沉積;研究有助于深化陸相三角洲供給型重力流沉積的理解,也能為該類砂巖儲層的有效預(yù)測提供地質(zhì)模型。

重力流; 碎屑流; 沉積特征; 沉積模式; 三角洲供給型濁積體系; 東營凹陷

在海相深水油氣勘探的巨大成功[1]和砂質(zhì)碎屑流[2]、聯(lián)結(jié)性碎屑流沉積[3-4]等重力流沉積新思想的影響下,近年來湖相重力流沉積引起了國際沉積學(xué)界的廣泛關(guān)注[5-7],并在中國松遼盆地[8-9]、鄂爾多斯盆地[10-11]和渤海灣盆地[12-13]發(fā)現(xiàn)了大量湖相重力流砂巖油氣藏,顯示了陸相重力流油氣勘探開發(fā)的巨大潛力。按照“源-匯”系統(tǒng)思想,湖相盆地中發(fā)育陡坡線狀物源斜坡群、緩坡點(diǎn)狀物源湖底扇和三角洲前緣多點(diǎn)物源濁積扇3類重力流沉積[14]。其中,三角洲供給型重力流沉積廣泛發(fā)育于斷陷和拗陷湖相沉積盆地,在鄂爾多斯延長組、渤海灣盆地東營凹陷、西部凹陷和南堡凹陷沙河街組、東營組開展了大量研究[15-16]。研究證實(shí),湖相深水沉積中發(fā)育砂質(zhì)碎屑流、泥質(zhì)碎屑流、濁流、滑塌等沉積類型,其中砂質(zhì)碎屑流、濁流和砂質(zhì)滑塌體是其中可能的油氣儲層[13, 17];厘定了砂質(zhì)碎屑流識別的關(guān)鍵標(biāo)志[10, 13]和簡要的沉積模式[18-19];討論了構(gòu)造活動[20]和火山噴發(fā)作用對深水沉積過程的影響[21]。但是,由于缺乏現(xiàn)代深水沉積過程監(jiān)測的約束,目前對在盆地規(guī)模、水深、水動力條件、基準(zhǔn)面變化和物源供給條件等方面與海相盆地存在明顯差異的湖相盆地中三角洲供給型重力流沉積過程仍然缺乏深入的理解,對其流體類型、沉積過程特殊性及其對深水沉積單元形成及沉積特征的影響缺乏深入的認(rèn)識。筆者基于巖相分析與統(tǒng)計、測井及地震沉積學(xué)研究,對中國湖相濁積巖勘探歷史最長的渤海灣盆地東營凹陷東辛地區(qū)沙河街組三段中亞段(沙三中亞段)三角洲供給型深水沉積的巖相組成、沉積過程、控制因素及發(fā)育模式開展研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

東營凹陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷的東南部,是一個呈北東向展布的、北斷南超、西斷東超的不對稱半地塹式斷陷盆地。其四周凸起環(huán)繞,東接青坨子凸起,西臨青城凸起,北靠陳家莊凸起和濱縣凸起,北部以陡坡帶為界,南靠廣饒凸起和魯西隆起,東西總長約90 km,南北寬65 km,總面積約5 700 km2。研究區(qū)位于東營凹陷東部的東辛地區(qū),北臨民豐洼陷,西接利津洼陷,南靠牛莊洼陷,構(gòu)造上位于中央斷裂帶的中東部,是辛鎮(zhèn)、廣利、新立村和永安鎮(zhèn)這四大構(gòu)造帶的結(jié)合部(圖1)。

東營凹陷古近系細(xì)分為孔店組(E1-2k)、沙河街組(E2s)、東營組(E3d)。其中,沙河街組自下而上分為沙河街組四段(E2s4)、沙河街組三段(E2s3)、沙河街組二段(E2s2)和沙河街組一段(E3s1)。而E2s3又分為3個亞段:上亞段(E2s3上)、中亞段(E2s3中)和下亞段(E2s3下)。

古近紀(jì)東營凹陷整體處于斷陷期,盆地的形成和充填演化受控于北部邊界斷裂帶的斷裂活動。斷陷期可進(jìn)一步劃分為Ⅰ幕(E1-2k沉積期)、Ⅱ幕(E2s4沉積期)、Ⅲ幕(E2s3—E2s2下沉積期)和IV幕(E2s2上—E3d沉積期)4個斷陷幕[22]。結(jié)合盆地演化發(fā)展階段,在層序地層學(xué)理論的指導(dǎo)下將Ⅲ幕斷陷期(E2s3—E2s2下沉積期)(二級層序)細(xì)分為3個三級層序:E2s3下層序、E2s3中層序以及E2s3上—E2s2下層序[23]。

以東營三角洲快速發(fā)育的E2s3中為目的層位,利用研究區(qū)38口取心井、968 m巖心觀察和318口鉆測井和全覆蓋三維地震資料,通過巖相細(xì)分及其成因解釋,分析三角洲供給型重力流沉積特征、控制因素及發(fā)育模式。

2 沉積特征

2.1 巖相特征

采用巖石宏觀沉積構(gòu)造、結(jié)構(gòu)特征和巖石類型相結(jié)合的方法,對研究區(qū)深水異地沉積的巖相類型開展了識別劃分。巖心觀察結(jié)果顯示,研究區(qū)深水異地沉積主要由砂巖、泥巖和砂-泥過渡類型構(gòu)成,據(jù)此將研究區(qū)巖相劃分為砂巖、泥巖和砂-泥過渡3大類(表1)。其中,砂巖類可細(xì)分為9種巖相,泥巖可分為3種,過渡類型可分為2種。在968 m巖心中識別出524個重力流巖相單元。其中,砂巖類巖相單元占415個,純凈塊狀砂巖相、含漂礫塊狀砂巖相和變形層理泥質(zhì)砂巖相鉆遇層數(shù)最多,分別為219、48和45 層,三者共占重力流砂巖巖相的75%、分別占總重力流砂巖巖相的53%、12% 和11%。此外,含泥巖撕裂屑塊狀砂巖相發(fā)育41次,占10%,正遞變砂巖相發(fā)育38次,占9%,其他巖相發(fā)育層數(shù)少，頻次小,所占比例均小于5%(圖2)。

圖1 東營凹陷構(gòu)造格局平面及剖面圖

從各巖相發(fā)育平均厚度看,塊狀砂巖相明顯高于其他重力流砂巖巖相,其累積總厚度達(dá)91.75 m,占砂巖總厚的45%。此外,含漂礫塊狀砂巖相、含泥巖撕裂屑塊狀砂巖相和變形層理(泥質(zhì))砂巖相其次,厚度分別為41.54、25.63和23.31 m,占總厚的比例分別為20%、13%和11%。正遞變砂巖相鉆遇層數(shù)較多,但單層厚度小,所以其累積厚度僅占總厚的6%(圖2,據(jù)38口井巖心統(tǒng)計,巖相代號詳見表1)。

表1 東營凹陷東辛地區(qū)重力流巖相劃分

圖2 東辛地區(qū)沙三中亞段深水異地沉積巖相發(fā)育程度直方圖

2.2 成因解釋與沉積特征

深水沉積過程非常復(fù)雜,而且成因不同在沉積記錄上的沉積響應(yīng)各有不同。為了盡可能恢復(fù)研究區(qū)來自三角洲滑塌成因的重力流沉積的過程,分成因總結(jié)其沉積特征,在此基于巖相分析進(jìn)行深水沉積成因的細(xì)分研究。

在Middleton和Hampton[24]根據(jù)支撐機(jī)制的重力流基本分類(碎屑流、液化流、顆粒流和濁流)方案的基礎(chǔ)上,贊同Shanmugam[2]關(guān)于液化流常常不是一種獨(dú)立的流體、顆粒流極少發(fā)育的認(rèn)識,認(rèn)為重力流主要包括碎屑流和濁流兩種基本類型(表2,重力驅(qū)動過程中沉積物體積分?jǐn)?shù)是指流體中固體顆粒體積所占的比率或百分比。相應(yīng)數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn):①砂質(zhì)碎屑流沉積物體積分?jǐn)?shù)為25%～95%[2];②泥質(zhì)碎屑流沉積物體積分?jǐn)?shù)為30%～82%[25];③濁流沉積物體積分?jǐn)?shù)為1%～23%[26];④泥流粉砂以下粒級占固體物質(zhì)的80%[25])。此外,考慮到滑塌型重力流沉積體系發(fā)育過程,識別出滑動、滑塌等塊體搬運(yùn)過程,并根據(jù)原沉積變形程度將滑塌細(xì)分為撕裂滑塌和變形滑塌。

表2 研究區(qū)深水沉積成因類型、性質(zhì)及主要特征

2.2.1 滑動沉積

滑動是指在一定外界條件的觸發(fā)作用下,沉積物沿著平板狀滑脫面在重力作用下向下滑動,其內(nèi)部并無明顯變形,表現(xiàn)脆性形變的力學(xué)特性。其發(fā)生運(yùn)動的原因多是前方沉積物失穩(wěn),而觸發(fā)沉積物失穩(wěn)的因素則主要包括地震、海嘯、火山活動以及沉積物在陡坡處的快速堆積等[27-28]。當(dāng)作用于沉積物上的重力沿斜坡向下的分力不足以克服沉積物的內(nèi)聚力時,沉積物作為整體向前搬運(yùn),內(nèi)部保持均一完整,無明顯變形構(gòu)造,因此沉積記錄中以保持原始的沉積構(gòu)造為特征。研究區(qū)滑動塊體主要來自三角洲前緣,多見交錯層理,波紋層理,平行層理等淺水沉積構(gòu)造,并被深水泥巖單元包圍(圖3)。由于其沉積特征與三角洲基本一致,導(dǎo)致滑動體的識別需要根據(jù)下伏泥巖顏色、所處沉積背景等信息綜合判斷。

圖3 辛斜160井滑動沉積巖心柱狀圖及照片

2.2.2 滑塌體

滑塌是斜坡沉積物失穩(wěn)后在下凹的滑移面上發(fā)生運(yùn)動,在自身的重力和旋轉(zhuǎn)剪切力的共同作用下,沉積物內(nèi)部發(fā)生明顯的同沉積變形構(gòu)造的產(chǎn)物,表現(xiàn)出明顯的塑性形變力學(xué)特性。根據(jù)變形程度分為砂質(zhì)變形滑塌、砂質(zhì)撕裂滑塌、泥質(zhì)變形滑塌、泥質(zhì)撕裂滑塌4個小類。

變形滑塌的巖性多以粉—細(xì)砂巖和砂泥巖互層為主,也見泥巖或砂質(zhì)泥巖。常見滑塌褶皺單元與未變形的沉積單元互層,表現(xiàn)出不規(guī)則的接觸面和不同規(guī)模的包卷層理、滑塌褶皺。

撕裂滑塌是由于變形作用的增強(qiáng),變形程度加大,已經(jīng)呈現(xiàn)扭曲的砂層內(nèi)部內(nèi)聚力不足以克服外界的作用力,形成透鏡狀砂巖團(tuán)塊及高度扭曲的雜亂層,多見撕裂狀砂質(zhì)團(tuán)塊、泥質(zhì)團(tuán)塊和腸狀褶皺等沉積現(xiàn)象。

2.2.3 碎屑流沉積

碎屑流是較大的顆粒由基質(zhì)強(qiáng)度(即黏土-水基質(zhì)的內(nèi)聚強(qiáng)度)支撐的沉積物重力流。為了明確與其他重力流的不同,有人稱這類代表性的、理想的碎屑流為“真正的碎屑流”[29]。實(shí)際上流體的流變學(xué)特征主要受沉積物濃度的控制[30]。碎屑流是一種具有塑性流變學(xué)特征、層流狀搬運(yùn)的流體,沉積上表現(xiàn)出整體凍結(jié)方式[31]。Hampton[32]首次進(jìn)行了水下碎屑流模擬實(shí)驗(yàn),并基于模擬實(shí)驗(yàn)提出了“砂質(zhì)碎屑流”的概念。

王德坪[33]提出了根據(jù)不同粒度等級的主要陸源組分,將碎屑流劃分為礫質(zhì)碎屑流、砂質(zhì)碎屑流、泥質(zhì)碎屑流和碳酸鹽巖質(zhì)碎屑流。Shanmugam[2]指出“砂質(zhì)碎屑流”代表了黏性與非黏性碎屑流之間的連續(xù)作用過程,并在Shultz[34]的重力流分類體系基礎(chǔ)上將碎屑流細(xì)分為砂質(zhì)碎屑流與泥質(zhì)碎屑流。研究中,在接受將碎屑流細(xì)分為砂質(zhì)碎屑流和泥質(zhì)碎屑流的基礎(chǔ)上,引進(jìn)“泥流”[12]解釋含有漂浮礫石(通常是泥礫,偶爾也可見砂質(zhì)團(tuán)塊和基巖礫石)的塊狀泥巖。

研究區(qū)砂質(zhì)碎屑流沉積以巖屑長石細(xì)砂巖和長石巖屑粉細(xì)砂巖為主,成分成熟度較低,石英含量為38%～47%,長石含量為29%～43%,巖屑含量為12%～30%,粒度概率曲線上常表現(xiàn)出“雙峰”特點(diǎn);塊狀層理構(gòu)造為主,與深湖—半深湖泥巖頂?shù)拙释蛔兘佑|關(guān)系,底部常具有剪切特征的滑動面,頂部常有泥巖撕裂屑、砂質(zhì)團(tuán)塊等呈漂浮狀(圖4(a))。泥質(zhì)碎屑流沉積主要為含礫雜砂巖、礫質(zhì)長石雜砂巖、泥質(zhì)砂巖和含礫巖屑砂巖,成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均非常低,黏土(雜基)含量高達(dá)30%以上。泥、礫、砂混雜,常?？梢姶蟮钠钔庠椿鶐r礫石和氧化色泥巖礫石塊體(圖4(b))。

泥流沉積是一種發(fā)現(xiàn)很早但應(yīng)用很少的沉積類型。早在1795年春,位于瑞士中北部的韋杰斯鎮(zhèn)附近發(fā)生了特大規(guī)模的陸上碎屑流直接注入盧塞恩湖中,暴雨過后產(chǎn)生了緩慢流動的、高達(dá)6 m、寬約1 km,流動持續(xù)了14天的碎屑流。監(jiān)測表明,其主要物質(zhì)是灰棕-灰色的均質(zhì)冰磧黏土,與下伏和上覆的正常湖泊沉積呈鮮明對照,平均粒徑一般為10～12 μm,黏土級顆粒的含量極高,流體的黏滯度也較大,被稱為泥流[35]。需要說明的是,本文中所定義的泥流與火山學(xué)的泥流有所不同,而主要引用工程地質(zhì)災(zāi)害中相應(yīng)的概念,認(rèn)為泥流是一種砂、粉砂和泥等細(xì)粒物質(zhì)占固體總量的98%以上,且粉砂以下粒級占固體物質(zhì)80%以上的流體[36]。泥流所形成的沉積產(chǎn)物巖性多為塊狀含粉砂泥巖,可見不規(guī)則狀紫紅色泥巖團(tuán)塊和少量漂浮礫石(圖4(c))。

2.2.4 濁流沉積

濁流以紊流支撐顆粒進(jìn)行搬運(yùn),當(dāng)外力逐漸減小時以懸浮沉降的方式進(jìn)行卸載。1962年Bouma提出了著名的鮑馬序列。研究區(qū)內(nèi)濁流沉積不普遍,濁積巖砂體厚度小于1 m,甚至小于0.1 m。部分濁流層發(fā)育遞變層理,上覆平行層理、小型交錯層理或波紋交錯層理粉—細(xì)砂巖。砂巖粒度概率曲線特征分為兩種:一類為弧形或多段式特征,粒度分布范圍廣、分選極差,屬于典型的遞變懸浮沉積所致,巖心上常對應(yīng)于遞變層理砂巖段;另一類分選性變好,常常表現(xiàn)為懸浮搬運(yùn)組分含量相對較高(一般大于15%)的兩段式或兩段過渡式搬運(yùn),巖心上對應(yīng)于平行層理、交錯層理粉細(xì)砂巖。

圖4 研究區(qū)碎屑流沉積巖心照片

3 流體成因統(tǒng)計分析

為了了解研究區(qū)深水沉積過程的特征,結(jié)合巖相的成因解釋結(jié)果(表1)對巖心中厚度大于0.1 m的單期沉積進(jìn)行了不同成因深水沉積的鉆遇期次和單期沉積厚度、平均沉積厚度的統(tǒng)計分析。

統(tǒng)計結(jié)果表明,滑塌體、泥流沉積、砂質(zhì)碎屑流沉積和滑動沉積的單期最大沉積厚度均可達(dá)到3 m以上;從平均沉積厚度看,泥流沉積居首、泥質(zhì)滑塌體其次、滑動沉積第三,而砂質(zhì)碎屑流沉積并不突出,平均單期沉積厚度僅為0.63 m,濁流沉積更差,平均僅有0.37 m。

對不同成因鉆遇累計沉積厚度[37]統(tǒng)計結(jié)果表明:①研究區(qū)內(nèi)深水沉積以碎屑流為主(圖5(a)),碎屑流沉積占到整個深水異地沉積的65%,遠(yuǎn)比濁流沉積多(濁流占比僅為5%);②碎屑流沉積中,砂質(zhì)碎屑流沉積多、而泥質(zhì)碎屑流沉積少見(圖5(b));③三角洲前緣滑塌期次多、沉積規(guī)模較大,滑塌體鉆遇期次和鉆遇累計厚度都僅次于碎屑流沉積,而濁流沉積期次較多但單層薄。對研究區(qū)深水異地沉積貢獻(xiàn)率最高的是碎屑流沉積,其次是滑塌體,滑動和濁流沉積貢獻(xiàn)比例各占約5%。其中,碎屑流內(nèi)部砂質(zhì)碎屑流最發(fā)育。此外,從對深水砂巖儲層貢獻(xiàn)率看,砂質(zhì)碎屑流沉積貢獻(xiàn)也最大,其次是砂質(zhì)滑塌體,濁流沉積期多、層薄,貢獻(xiàn)非常有限?？紤]到砂質(zhì)滑塌體泥質(zhì)含量高、物性差,認(rèn)為砂質(zhì)碎屑流砂體和滑動砂體是研究區(qū)深水沉積中最有利的砂巖儲層。

圖5 研究區(qū)不同成因重力流累計沉積厚度比例和不同碎屑流沉積厚度比例餅狀圖

4 平面分布與發(fā)育模式

4.1 平面分布

為了落實(shí)不同成因深水沉積的平面分布規(guī)律,利用覆蓋全區(qū)的三維地震資料開展了基于砂組的地震層位和斷層解釋、屬性分析。在各層均方根振幅屬性圖件的約束下,利用鉆遇或鉆穿該層的鉆測井巖性信息,落實(shí)深水沉積體平面展布。最后,利用巖心綜合分析結(jié)果進(jìn)行成因標(biāo)定,完成不同層沉積相圖。

振幅類屬性對砂巖較為敏感,其高振幅分布區(qū)基本與鉆井中解釋的砂巖發(fā)育區(qū)對應(yīng)。從沙三中亞段6砂組的均方根振幅和鉆井巖性結(jié)果對比結(jié)果來看,除了在辛158井-辛斜160井區(qū)以外,二者對應(yīng)關(guān)系良好。尤其是在河73-營19井區(qū)和新坨743等井處的高均方根振幅分布區(qū)與砂巖分布對應(yīng)關(guān)系良好。結(jié)合巖心觀察和測井曲線形態(tài)特征,在該層位中識別出盆地邊緣的三角洲、滑動、滑塌、砂質(zhì)碎屑流、重力流水道、濁流6種沉積單元(圖6)。

圖6 東辛地區(qū)沙三中亞段6砂組沉積單元平面分布

4.2 控制因素

研究區(qū)重力流物源來自快速推進(jìn)的三角洲前緣及部分平原疏松沉積物。在沙河街組三段沉積時期,東營三角洲水平推進(jìn)速率為20 m/ka,遠(yuǎn)高于0.3 m/ka的垂向加積速率(未考慮壓實(shí))[38]。通過對東營三角洲及其前端沉積地層計算可知,在沙三中亞段沉積期來自東部物源區(qū)沉積物總量約1.59×1011m3[38]。

由于三角洲前緣的快速加積或前積,使得大量沉積物沿斜坡重力下滑形成塊體搬運(yùn)進(jìn)入深水區(qū)[39],稱之為三角洲過負(fù)載作用。此外,斷裂的活動(地震)也是導(dǎo)致三角洲前緣斜坡或大陸坡發(fā)生滑塌形成重力塊體搬運(yùn)和重力流沉積的重要原因,這在歷史上幾次有效監(jiān)測的大規(guī)模海底重力流沉積事件中有詳實(shí)的記錄[40]。東營凹陷古近系為斷裂活動所形成的斷陷盆地,沙三中亞段斷層活動強(qiáng)烈,這必然對東營三角洲前緣大量碎屑物質(zhì)在重力作用下搬運(yùn)進(jìn)湖泊深水區(qū)沉積下來提供重要的觸發(fā)作用。

在三角洲過負(fù)載作用和斷裂活動的共同作用下,三角洲前緣斜坡上部砂質(zhì)沉積物主要發(fā)生“斷階滑塌”[39],以slide方式向三角洲前緣斜坡腳搬運(yùn),期間部分沉積物發(fā)生液化形成滑塌,堆積于前緣斜坡腳及附近,稱為一級滑塌體[39]。此外,進(jìn)一步液化的沉積物在一級滑塌體前端的斜坡背景下形成高密度流體向前搬運(yùn)沉積以“泥質(zhì)溝道—濁積體系”為特征,流體以碎屑流為特征。

滑塌型濁積體系包含滑動、滑塌、碎屑流、濁流的沉積過程。當(dāng)盆地深水區(qū)規(guī)模有限,滑塌濁積體系難以發(fā)育完整。此外,斷層的活動導(dǎo)致局部低勢地貌單元的形成,進(jìn)一步限制了重力流搬運(yùn)的距離。如果搬運(yùn)距離非常近,滑動、滑塌可能成為該沉積體系的主體;如果搬運(yùn)距離較近,可能以滑動、滑塌與碎屑流沉積共存為特征;如果搬運(yùn)距離較遠(yuǎn),則可能滑動、滑塌少見,而以大量碎屑流沉積和較少的濁流沉積為特征。東營凹陷沙三中亞段和鄂爾多斯盆地延長組均可能因此而發(fā)育了大規(guī)模砂質(zhì)碎屑流砂巖。

4.3 發(fā)育模式

結(jié)合大量巖心、鉆測井資料的解釋和深水沉積平面分布特征,總結(jié)研究區(qū)三角洲供給型深水沉積特征(圖7):①受控于深水區(qū)范圍小及斷層活動控制的局部地貌特征,研究區(qū)重力流沉積搬運(yùn)距離較小,一般小于20 km,甚至小于10 km;②短距離搬運(yùn)導(dǎo)致從滑動、滑塌到碎屑流、濁流的演化過程發(fā)育不完整,而形成以碎屑流或滑塌為主的深水沉積體系;③三角洲前緣斜坡腳和同生斷層下降盤最利于深水沉積,形成規(guī)模較大的滑塌和碎屑流沉積;④在斷層活動性較弱、地勢較穩(wěn)定的深水斜坡區(qū),重力流搬運(yùn)較遠(yuǎn),可能形成重力流水道,推測重力流水道僅發(fā)育“分散狀砂體”,而缺乏連續(xù)性砂巖沉積;⑤在較遠(yuǎn)距離搬運(yùn)后的低洼區(qū)和斷層下降盤控制的較近距離搬運(yùn)后的低洼區(qū)可能形成砂質(zhì)碎屑流主控的沉積朵葉體,為研究區(qū)重力流砂巖油氣勘探的重點(diǎn)。

圖7 東營三角洲供給型深水沉積模式

5 結(jié) 論

(1)來自東營三角洲前緣的深水沉積以碎屑流沉積為主,其次是滑塌巖和滑動塊體,濁流沉積的貢獻(xiàn)有限,僅占深水異地沉積的5%。碎屑流沉積中砂質(zhì)碎屑流貢獻(xiàn)最大,泥流其次,泥質(zhì)碎屑流對重力流沉積的貢獻(xiàn)最小。

(2)有限的搬運(yùn)距離是研究區(qū)碎屑流主控型重力流沉積體系發(fā)育的主要原因。受制于深水沉積區(qū)規(guī)模和斷層活動控制的局部地貌,研究區(qū)內(nèi)深水沉積搬運(yùn)距離短,從滑動到濁流的演化過程發(fā)育不完整,碎屑流向濁流的轉(zhuǎn)化程度低。

(3)受控于高建設(shè)性三角洲前緣過負(fù)載、斷裂活動的頻繁觸發(fā)和河口遷移導(dǎo)致的不連續(xù)的物源供給,研究區(qū)內(nèi)單期深水沉積規(guī)模有限,導(dǎo)致其儲集體的規(guī)模小、數(shù)量多。地貌上的低洼區(qū)易于聚集多期深水砂質(zhì)沉積而利于形成規(guī)模較大的砂巖儲層。上述發(fā)現(xiàn)有助于深入理解三角洲供給型重力流沉積體系特征,也為該類深水砂巖儲層有效預(yù)測和評價提供了地質(zhì)模型。

[1] 趙曉明,吳勝和,劉麗. 西非陸坡區(qū)深水復(fù)合水道沉積構(gòu)型模式[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2012,36(6):1-5. ZHAO Xiaoming, WU Shenghe, LIU Li. Sedimentary architecture model of deep-water channel complexes in slope area of West Africa[J]. Journal of China Uniersity of Petroleum(Edition of Natural Science), 2012,36(6):1-5.

[2] SHANMUGAM G. High-density turbidity currents:are they sandy debris flows?[J]. Journal of Sedimentary Rescarch, 1996,66(1):2-10.

[3] HAUGHTON P, DAVIS C, MCCAFFREY W, et al. Hybrid sediment gravity flow deposits-classification, origin and significance[J]. Marine and Petroleum Geology, 2009,26(10):1900-1918.

[4] HAUGHTON P, BARKER S P, MCCAFFREY W D.Link- eddebrites in sand-rich turbidite systems-origin and significance[J]. Sedimentology, 2003,50(3):459-482.

[5] ZHANG X, SCHOLZ C A. Turbidite systems of lacustrine rift basins: examples from the Lake Kivu and Lake Albert rifts, East Africa[J]. Sesimentary Geology, 2015,325:177-191.

[6] TALLING P J, ALLIN J, ARMITAGE D A, et al. Key future directions for research on turbidity currents and their deposits[J]. Journal of Sedimentary Research, 2015,85(2):153-169.

[7] YANG T, CAO Y, WANG Y, et al. Status and trends in research on deep-water gravity flow deposits[J]. Acta Geologica Sinica-English Edition,2015,89(2):610-631.

[8] FENG Z, ZHANG S, CROSS T A, et al. Lacustrine turbidite channels and fans in the Mesozoic Songliao Basin, China[J]. Basin Research, 2010,22(1):96-107.

[9] 馮志強(qiáng),張順,解習(xí)農(nóng),等. 松遼盆地嫩江組大型陸相坳陷湖盆湖底水道的發(fā)現(xiàn)及其石油地質(zhì)意義[J]. 地質(zhì)學(xué)報, 2006, 80(8):1226-1232. FENG Zhiqiang, ZHANG Shun, XIE Xinong, et al. Discovery of a large-scale lacustrine subaqueous channel in the Nenjiang Formation of the Songliao Basin and its implication on petroleum geology[J]. Acta Geologica Sinica, 2006,80(8):1226-1232.

[10] 李相博,劉化清,完顏容,等. 鄂爾多斯盆地三疊系延長組砂質(zhì)碎屑流儲集體的首次發(fā)現(xiàn)[J]. 巖性油氣藏, 2009,21(4):19-21. LI Xiangbo, LIU Huaqing, WAN Yanrong, et al. First discovery of the sandy debris flow from the Yanchang Formation, Ordos Basin[J]. Lithologic Reservoirs,2009, 21(4):19-21.

[11] 張雷,李振海,張學(xué)娟,等. 重力流沉積巖相劃分及其發(fā)育規(guī)律[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2015,39(1): 17-24. ZHANG Lei, LI Zhenhai, ZHANG Xuejuan, et al. Lithofacies classification and development rule of gravity flows deposits[J]. Journal of China Uniersity of Petroleum(Edition of Natural Science), 2015,39(1):17-24.

[12] 鮮本忠,萬錦峰,董艷蕾,等. 湖相深水塊狀砂巖特征、成因及發(fā)育模式:以南堡凹陷東營組為例[J]. 巖石學(xué)報, 2013,29(9):3287-3299. XIAN Benzhong, WAN Jinfeng, DONG Yanlei, et al. Sedimentary characteristics, origin and model of lacustrine deep water massive sandstone: an example from Dongying Formation in Nanpu Depression[J]. Acta Petrologica Sinica, 2013,29(9):3287-3299.

[13] 鮮本忠,萬錦峰,姜在興,等. 斷陷湖盆洼陷帶重力流沉積特征與模式:以南堡凹陷東部東營組為例[J]. 地學(xué)前緣, 2012,19(1):121-135. XIAN Benzhong, WAN Jinfeng, JIANG Zaixing, et al. Sedimentary characteristics and model of gravity flow deposition in the depressed belt of rift lacustrine basin: a case study from Dongying Formation in Nanpu Depression[J]. Earth Science Frontiers, 2012,19(1):121-135.

[14] BAI G, ZHANG S. Depositional patterns and oil/gas accumulation features of Sha-3 member turbidites in Dongying Depression, Bohai Bay Basin[J]. Petroleum Science, 2004,1(2):105-110.

[15] 廖紀(jì)佳,朱筱敏,鄧秀芹,等. 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組重力流沉積特征及其模式[J]. 地學(xué)前緣, 2013,20(2):29-39. LIAO Jijia, ZHU Xiaomin, DENG Xiuqin, et al. Sedimentary characteristics and model of gravity flow in Triassic Yanchang Formation of Longdong area in Ordos Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2013,20(2):29-39.

[16] 侯明才,田景春,陳洪德,等. 東營凹陷牛莊洼陷沙三中段濁積扇特征研究[J]. 成都理工學(xué)院學(xué)報, 2002,29(5):506-510. HOU Mingcai, TIAN Jingchun, CHEN Hongde,et al. Turbidite fan characters of the intermediate section of member 3 of Shahejie Formation in Niuzhuang depression of Dongying area[J]. Journal of Chengdu University of Technology, 2002,29(5):506-510.

[17] 李相博,陳啟林,劉化清,等. 鄂爾多斯盆地延長組3種沉積物重力流及其含油氣性[J]. 巖性油氣藏, 2010,22(3):16-21. LI Xiangbo, CHEN Qilin, LIU Huaqing, et al. Three types of sediment gravity flows and their petroliferous features of Yanchang Formation in Ordos Basin[J]. Lithologic Reservoirs, 2010,22(3):16-21.

[18] 鄒才能,趙政璋,楊華,等. 陸相湖盆深水砂質(zhì)碎屑流成因機(jī)制與分布特征:以鄂爾多斯盆地為例[J]. 沉積學(xué)報, 2009,27(6):1065-1075. ZOU Caineng, ZHAO Zhengzhang, YANG Hua, et al.Genetic mechanism and distribution of sandy debris flows in Terrestrial Lacustrine Basin[J]. Acta Sedimentological Sinica, 2009,27(6):1065-1075.

[19] ZOU C, WANG L, LI Y, et al. Deep-lacustrine transformation of sandy debrites into turbidites, Upper Triassic, Central China[J]. Sedimentary Geology, 2012,265:143-155.

[20] 宋廣增,王華,孫志鵬,等. 瓊東南盆地深水區(qū)陵水凹陷古近紀(jì)同沉積斷裂對層序構(gòu)成樣式的控制[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2014,38(4):9-18. SONG Guangzeng, WANG Hua, SUN Zhipeng,et al. Paleogene sydepositional fault and its control on sequence architecture of Lingshui sag, deep water area of Qiongdongnan Basin, South China Sea[J]. Journal of China Uniersity of Petroleum(Edition of Natural Science), 2014,38(4):9-18.

[21] 楊華,鄧秀芹. 構(gòu)造事件對鄂爾多斯盆地延長組深水砂巖沉積的影響[J]. 石油勘探與開發(fā), 2013,40(5):513-520. YANG Hua, DENG Xiuqin. Deposition of Yangchang Formation deep-water sandstone under the control of tectonic events, Ordos Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2013,40(5):513-520.

[22] 宗國洪,肖煥欽,李常寶,等. 濟(jì)陽坳陷構(gòu)造演化及其大地構(gòu)造意義[J]. 高校地質(zhì)學(xué)報,1999,5(3):275-282. ZONG Guohong, XIAO Huanqin, LI Changbao, et al. Evolution of Jiyang depression and its tectonic implications[J]. Geological Journal of China Universities, 1999,5(3):275-282.

[23] 馮有良,潘元林,鄭和榮. 東營凹陷中始新統(tǒng)上部—上始新統(tǒng)層序地層模式及其石油地質(zhì)意義[J]. 沉積學(xué)報, 2000,18(3):376-383. FENG Youliang, PAN Yuanlin, ZHENG Herong. Sequence stratigraphic model and its petroleum geological significance of upper part of middle Eocene series and Upper Eocene series in Dongying depression[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2000,18(3):376-383.

[24] MIDDLETON G V, HAMPTON M. Subaqueous sediment transport and deposition by sediment gravity waves[C]//STANLEY D J, SWIFT D J P. Marine sediment transport and environmental management. New York: American Geological Institute, 1976:197-218.

[25] 王裕宜,詹錢登,嚴(yán)璧玉,等. 泥石流體的流變特性與運(yùn)移特征[M]. 湖南: 湖南科學(xué)技術(shù)出版社, 2014.

[26] MIDDLENTON G V. Experiments on density and turibidity currents: Ⅲ deposition of sediment [J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 1967,4(3):475-505.

[27] 鮮本忠,朱筱敏,岳大力,等. 沉積學(xué)研究熱點(diǎn)與進(jìn)展:第19屆國際沉積學(xué)大會綜述[J]. 古地理學(xué)報,2014,16(6):816-826. XIAN Benzhong, ZHU Xiaomin, YUE Dali, et al. Current hot topics and advances of sedimentology: a summary from 19th international sedimentological gongress[J]. Journal of Palaeogeography, 2014,16(6):816-826.

[28] 鮮本忠,安思奇,施文華. 水下碎屑流沉積:深水沉積研究熱點(diǎn)與進(jìn)展[J]. 地質(zhì)論評, 2014,60(1):39-51. XIAN Benzhong, AN Siqi, SHI Wenhua. Subaqueous debris flow: hotspots and advances of deep-water sedimention[J]. Geological Review, 2014,60(1):39-51.

[29] 王德坪,劉守義. 東營盆地漸新世早期前三角洲緩坡區(qū)的泥石流砂質(zhì)碎屑沉積[J]. 沉積學(xué)報, 1987,5(4):14-24. WANG Deping, LIU Shouyi. Debris flow sediments of sandy clastic on the gentle slope area of prodelta in Oligocene, Dongying Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1987,5(4):14-24.

[30] 李云,鄭榮才,朱國金,等. 珠江口盆地荔灣3-1氣田珠江組深水扇沉積相分析[J]. 沉積學(xué)報, 2011,29(4):665-676. LI Yun, ZHENG Rongcai, ZHU Guojin, et al. Facies and depositional model of a deepwater fan in the Zhujiang formation, Liwan 3-1 gas field, Baiyun sag, Pearl River Mouth Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2011,29(4):665-676.

[31] SHANMUGAM G. 50 years of the turbidite paradigm (1950s-1990s): deep-water processes and facies models—a critical perspective[J]. Marine and Petroleum Geology, 2000,17(2):285-342.

[32] HAMPTON M A. The role of subaqueous debris flow in generating turbidity currents[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1972,42(4):775-793.

[33] 王德坪. 湖相內(nèi)成碎屑流的沉積及形成機(jī)理[J]. 地質(zhì)學(xué)報, 1991,9(4):299-316. WANG Deping. The sedimentation and formation mechanism of lacustrine endogenic debris flow[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1991,9(4):299-316.

[34] SHULTZ A W. Subaerial debris-flow deposition in the Upper Paleozoic Cutler Formation, Western Colorado[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1984,54(3):759-772.

[35] 王蘇民. 瑞士盧塞恩湖水下泥流的相和搬運(yùn)特征:泥流轉(zhuǎn)化為濁流的實(shí)例[J]. 湖泊科學(xué), 1990,2(1):21-29. WANG Sumin. Facies and transporting characteristics of subaqueous mud flow in Lucerne lake,Switzerland: the case of mud flow transformed into turbidity current[J]. Scientia Limnologica Sinica, 1990,2(1):21-29.

[36] 中國科學(xué)院,水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所.中國泥石流[M].北京: 商務(wù)印書館, 2000:391.

[37] 路智勇. 濟(jì)陽坳陷東營凹陷陡坡帶鹽18地區(qū)重力流沉積特征與沉積模式[J]. 天然氣地球科學(xué), 2012, 23(3):420-429. LU Zhiyong. Sedimentary characteristics and model of gravity flows in Yan 18 area of the steep slope in Dongying sag of Jiyang depression[J]. Natural Gas Geoscience, 2012, 23(3):420-429.

[38] 李趁義. 東營三角洲滑塌濁積巖形成機(jī)制與高頻基準(zhǔn)面旋回控砂模式研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2005. LI Chenyi. Study on the forming mechanism of the slumped turbidite and the controlling sandbody model of high frequency base-level cycle of Dongying delta[J]. Beijing: China University of Geosciences,2005.

[39] 鄢繼華,陳世悅,宋國奇,等. 三角洲前緣滑塌濁積巖形成過程初探[J]. 沉積學(xué)報, 2004,22(4):573-578. YAN Jihua, CHEN Shiyue, SONG Guoqi,et al. Preliminary study on the formation of fluxoturbidite in front of delta[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2004,22(4):573-578.

[40] TALLING P J, ALLIN J, ANMITAGE D A, et al. Key future directions for research on turbidity currents and their deposits[J]. Journal of Sedimentary Research, 2015,85(2):153-169.

(編輯 徐會永)

Sedimentary characteristics and model of delta-fed turbidites in Eocene eastern Dongying Depression

XIAN Benzhong1,2, WANG Lu1,3, LIU Jianping1, LU Zhiyong4,LI Yuzhi4, NIU Shuanwen4, ZHU Yongfei1, HONG Fanghao1

(1.CollegeofGeosciencesinChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspectinginChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.ChangqingBusinessDivision,CNPCLoggingGroup,Xian710201,China;4.DongxinOilProductionPlant,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying257094,China)

Based on lithofacies analysis, original interpretation and mapping of sedimentary facies and growth faults, the dominating sedimentary process and depositional model of delta-fed turbidites are studied for the Eocene Dongying Depression, Bohai Bay Basin. The results show that there are four deep-water sedimentary processes in the study area: slide, slump, debris flow and turbidity current, which can be further subdivided into nine deposition types. Slide and slump are generally restricted to the foot of delta front and the down-wall side of growing faults with strong activities, while debrites usually deposit at low-lying areas with weak fault activity and far from foot of delta front. Transportation distance of gravity flow in the study area is short due to restriction by small-scale deep water area and local landform controlled by activities of fault, which lead to incomplete development of gravity flow from slide, slump to turbidity current. As a result, there is a possible lack of continuous sandstone in gravity flow channels caused by "hydroplaning" of debris flows. These findings are helpful to understand sedimentary characteristics of turbidites fed by lacustrine delta, and have significant applications in prediction of turbidites sandstone reservoir.

gravity flow; debris flow; sedimentary characteristics; depositional model; turbidite system fed by delta; Dongying Depression

2016-03-19

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41172104,41272133,41372117);國家油氣重大專項(xiàng)(2011ZX05009-002, 2011ZX05014-001);中國石油大學(xué)(北京)科研基金項(xiàng)目(KYJJ2012-01-06)

鮮本忠(1973-),男,副教授,博士,研究方向?yàn)槌练e學(xué)、層序地層學(xué)。E-mail: xianbzh@cup.edu.cn。

1673-5005(2016)05-0010-12

10.3969/j.issn.1673-5005.2016.05.002

TE 121.3

:A

鮮本忠,王璐,劉建平,等. 東營凹陷東部始新世三角洲供給型重力流沉積特征與模式[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,40(5):10-21.

XIAN Benzhong, WANG Lu, LIU Jianping, et al. Sedimentary characteristics and model of delta-fed turbidites in Eocene eastern Dongying Depression[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2016,40(5):10-21.