鐘怡江，陳洪德，徐長貴，王 峻，鄒 灝，魏 鵬，杜曉峰，黃曉波

[1.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059； 2. 成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室四川 成都 610059；3.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452]

遼東灣坳陷新近系館陶組淺水三角洲的發(fā)現(xiàn)及其油氣勘探意義

鐘怡江1,2，陳洪德1,2，徐長貴3，王 峻1,2，鄒 灝1,2，魏 鵬1,2，杜曉峰3，黃曉波3

[1.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059； 2. 成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室四川 成都 610059；3.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452]

為突破遼東灣坳陷新近系館陶組沉積相的早期認(rèn)識對該區(qū)油氣勘探下一步進展的制約，以沉積地質(zhì)、地球物理和古生物相結(jié)合的分析方法，詳細(xì)分析了湖泊及淺水三角洲存在的地質(zhì)背景和證據(jù)。通過遼河坳陷館陶組和明化鎮(zhèn)組下段的沉積模式及可可西里卓乃湖-庫賽湖區(qū)的現(xiàn)代沉積比較，結(jié)合孢粉百分含量法和相對比值法的半定量分析方法所揭示的古濕度和古溫度分析結(jié)果，認(rèn)為館陶組主要是亞熱帶且濕度逐漸增大的氣候條件下，以沖積扇和辮狀河為主，具有大平原小前緣特點的淺水三角洲沉積模式。三角洲平原分為以沖積扇為主的上平原和以辮狀河為主的下平原，三角洲前緣具有平面規(guī)模小、不穩(wěn)定、河口壩和遠(yuǎn)砂壩不發(fā)育的特征。館陶組下段封閉型湖泊面積小，以三角洲平原沉積為主；館陶組上段湖域面積擴大，三角洲前緣更加發(fā)育，且次級洼陷之間由辮狀河水系連通，呈敞流型湖泊特征。遼東灣坳陷新近系館陶組淺水三角洲沉積體系的新認(rèn)識使得前三角洲泥巖發(fā)育區(qū)可能成為區(qū)域性蓋層，為下一步大型油氣藏的勘探提供重要的地質(zhì)指導(dǎo)。

淺水三角洲;館陶組;新近系;遼東灣坳陷

遼東灣坳陷是渤海灣盆地重要的油氣勘探區(qū)之一，已成為中國東部重要的能源基地。經(jīng)過近半個世紀(jì)的勘探，遼東灣坳陷共發(fā)現(xiàn)了14個大油氣田和29個含油氣構(gòu)造,獲各級石油地質(zhì)儲量13×108t，天然氣地質(zhì)儲量535×108m3[1]。受東營組三段和沙河街組三段兩套烴源巖及重要的區(qū)域性蓋層制約，遼東灣坳陷主要的油氣藏主要發(fā)育在古近系沙河街組、東營組以及下部上元古界、古生界和中生界潛山中，新近系館陶組油氣藏主要是長期活動斷裂的輸導(dǎo)作用聚集而成，且發(fā)育高-特高孔隙度、高-特高滲儲層，目前只在南部LD16-1和LD27-2地區(qū)具有油氣突破[1]。

前人認(rèn)為遼東灣地區(qū)館陶組為一套沖積扇和辮狀河的陸源粗碎屑沉積[2-5]，因此缺乏良好的蓋層條件，制約了該地區(qū)新近系油氣勘探的下一步進展。近幾年隨著勘探步伐的加快和研究的深入，在渤海海域中南部渤中凹陷—黃河口凹陷—沾化凹陷統(tǒng)一的沉降中心相繼發(fā)現(xiàn)了新近系館陶組上段及明化鎮(zhèn)組湖泊和淺水三角洲沉積，為該地區(qū)大型油氣田油氣勘探提供了有利的地質(zhì)條件[6-12]。目前國內(nèi)鄂爾多斯盆地、松遼盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)格爾盆地等坳陷和斷陷湖盆中都發(fā)育有淺水三角洲沉積體[13]，且取得了很好的油氣勘探效應(yīng)。

筆者在遼東灣坳陷新近系館陶組進行古生物組合、巖性特征、沉積構(gòu)造、測井及地震特征等詳細(xì)分析后，對沉積相有了全新的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)湖泊及淺水三角洲沉積，分析了淺水三角洲的沉積及平面展布特征，將為遼東灣坳陷新近系油氣勘探下一步進展提供良好的地質(zhì)指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

遼東灣坳陷位于渤海灣盆地東北部海域，呈北東向長條形展布，其東西兩側(cè)分別與膠遼隆起、燕山褶皺帶相鄰，南北分別與渤中坳陷、下遼河斷陷盆地相接，面積約11 000 km2，發(fā)育遼東凹陷、遼中凹陷、遼西凹陷3個負(fù)向構(gòu)造單元和遼東凸起、遼西低凸起2個正向構(gòu)造單元，共同構(gòu)成三凹兩凸的構(gòu)造格局[14]，各構(gòu)造單元均呈北東-南西向相互平行展布(圖1)。在古近紀(jì)末期，喜馬拉雅運動第二幕(東營期)之后，由于受太平洋板塊的運動影響，華北地區(qū)遭受強烈的擠壓，使區(qū)域整體抬升，廣泛發(fā)育侵蝕夷平作用，結(jié)束了古近紀(jì)不均一的湖相斷陷盆地沉積充填的發(fā)育歷史。新近系館陶組沉積時期渤海灣盆地進入以均勻熱沉降為主的拗陷演化階段，渤海灣盆地的沉降中心向渤中凹陷遷移[15]。新近系雖然以熱沉降為主，但是古近系強烈走滑拉張活動的斷裂在新近系仍然具有走滑作用特征，只是走滑強度較弱，區(qū)域應(yīng)力場以近南北向弱拉張為主[16]。

2 辮狀河三角洲存在證據(jù)

新近紀(jì)渤海海域沉降中心為遠(yuǎn)離物源區(qū)的渤中凹陷—黃河口凹陷—沾化凹陷，坳陷沉降速度加快，可容納空間增大，發(fā)育了淺湖背景下的淺水三角洲沉積[16]。遼東灣坳陷新近系館陶組沉積時期，周緣近物源(燕山褶皺帶和膠遼隆起)提供的粗碎屑物質(zhì)及遼河盆地從上游向盆地內(nèi)輸送的物質(zhì)，在盆地低可容納空間中快速充填形成了一套整體具有高砂地比特征的砂礫巖沉積。本文通過詳細(xì)的鉆井、巖心、古生物、微量元素分析，結(jié)合地震及測井等有利研究手段，充分挖掘沉積特征要素后，發(fā)現(xiàn)了豐富的湖泊及三角洲存在證據(jù)，為重新認(rèn)識遼東灣坳陷新近系館陶組沉積特征提供了新的視角。

2.1 盆地沉降特征

遼東灣坳陷館陶組厚度分布特征(圖2)揭示了盆地橫向中間沉降速率快，邊緣沉降速率慢，軸向東北部和西南部沉降速率快，中部沉降速度慢的差異沉降作用，使得古地貌出現(xiàn)了中間高，東北和西南兩端低的似“馬鞍狀”特征。西南部的洼陷由于毗鄰渤中地區(qū)，與渤海海域沉降中心具有一定的耦合關(guān)系，東北部發(fā)育的次級洼陷為遼東灣坳陷內(nèi)部的沉降中心。“馬鞍”兩端沉降中心成為此時的匯水中心，為遼東灣坳陷形成湖泊和三角洲提供了重要的地質(zhì)背景。

2.2 古生物及古氣候特征

遼東灣坳陷東北部及西南部沉降中心館陶組發(fā)育的泥巖中均發(fā)現(xiàn)了典型的湖相微體古生物藻類化石組合，主要為淡水型的盤星藻屬(Pediastrum)、光面球藻屬(Leiosphaeridia)、粒面球藻屬(Granodiscus)、環(huán)紋藻屬(Concentricystes)和褶皺藻屬(Compenia)，含量一般為10%～40%，東北部洼陷內(nèi)最大含量可以達到95%，西南部洼陷含量為5%～50%。

圖1 遼東灣坳陷構(gòu)造單元平面分布Fig.1 Structure division of the Liaodong Bay Depression

館陶組孢粉組合特征顯示其對應(yīng)的植物大部分生長于亞熱帶地區(qū)，并且水生和沼生類植物孢粉含量也較多，因此該時期的古氣候類型為亞熱帶型。依據(jù)植物孢粉對于溫度和濕度的敏感性原理，采取百分含量法和相對比值法的半定量分析方法[17]，選取研究區(qū)孢粉數(shù)據(jù)較完整的LD28地區(qū)為例，以某一種孢粉在單位蓋片上的最大孢粉粒數(shù)作為基數(shù)，再將不同蓋片中的同類性孢粉粒數(shù)與此基數(shù)相比，得到相對比值(R)：

(1)

再以不同氣候類型孢粉的相對比值進行加權(quán)并求和來作為綜合評價氣候變化的函數(shù)：

溫度綜合指數(shù) =2R亞熱帶組+1.5R熱溫過渡帶組+R溫帶組-

0.5R溫寒過渡帶組-R寒帶組

(2)

濕度綜合指數(shù)=2R旱生組+R中生組-R沼生組-2R水生組

(3)

在分別對溫度和濕度敏感的孢粉種屬進行分類之后，對孢粉數(shù)據(jù)進行相對比值統(tǒng)計，得出了溫度、濕度變化曲線(圖3,圖4)。圖中濕度和溫度曲線的起伏變化反映了館陶組沉積時期的古氣候特征表現(xiàn)為從早期到晚期，濕度曲線總體呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在館陶組沉積中期存在有一次較大的濕度波動，溫度曲線呈現(xiàn)兩次升溫—降溫旋回過程。

圖2 遼東灣坳陷館陶組地層厚度Fig.2 Isopach of the Guangtao Formation in the Liaodong Bay Depression

2.3 沉積學(xué)特征

從有限的取心資料得知，研究區(qū)館陶組主要以含油性重的含礫粗砂為主(圖5a)，東北部洼陷中館陶組下段發(fā)現(xiàn)有反映弱還原條件淺水湖泊環(huán)境沉積的灰綠色、淺灰色泥巖(圖5b)。低角度沖洗交錯層理(圖5c)和四段式具有雙跳躍模式的粒度概率累積曲線特征，表明湖水波浪雙向水流作用的存在。研究區(qū)砂礫巖/地層比值主要為70%以上，靠近盆地東西兩側(cè)物源的廣大地區(qū)甚至高達90%以上。館陶組下段砂礫巖/地層比值高值范圍顯著比上段大，且相對低值(<70%)區(qū)域在中間呈孤立狀；館陶組上段砂礫巖/地層比值在盆地東西兩側(cè)也呈高值特征，但高值范圍較下段減小，相對低值(<70%)區(qū)域在盆地軸部呈帶狀展布，50%以下區(qū)域在相對低值(<70%)區(qū)中呈串珠狀分布。東北部、中部和西南部出現(xiàn)多個特低值區(qū)，最低可達30%以下(圖6)。強物源供給、粗碎屑沉積背景下的砂礫巖/地層比值的低值區(qū)是湖泊及淺水三角洲可容納空間增加的沉積響應(yīng)。

2.4 地球物理特征

在洼陷帶砂礫巖/地層比值較低地區(qū)，順盆地東西兩側(cè)物源方向地震剖面上能見到大型雙向斜交前積反射特征，且測井曲線為表現(xiàn)底部低幅齒形，中部漏斗形(圖7a右側(cè)柱狀圖)的進積疊加樣式，與河流相地球物理響應(yīng)特征具有明顯的差異(圖7a)。東北部洼陷特低值區(qū)內(nèi)(<40%)地震剖面上響應(yīng)為強振幅平行反射并偶見弱振幅不連續(xù)反射(圖7b中黃色框)特征，錄井巖性見多套厚層泥巖夾砂巖，泥巖單層最厚可達50 m，測井曲線表現(xiàn)為低幅齒形及多套小型漏斗形特征(圖7b右側(cè)柱狀圖)，分別表現(xiàn)為淺湖泥、淺湖砂壩及河口砂壩沉積響應(yīng)特征。

圖3 遼東灣坳陷A-1-1井溫度敏感型孢粉相對比值及綜合曲線Fig.3 Relative ratio and composite curves of temperature-sensitive pollen types of Well A-1-1 in the Liaodong Bay Depression1.楓香粉屬;2.櫟粉屬;3.山核桃粉屬;4.蕓香粉屬;5.山礬粉屬;6.楝粉屬;7.楓楊粉屬;8.紫樹粉屬;9.大戟粉屬;10.無患子粉屬;11.冬青粉屬;12.桃金娘粉屬;13.漆樹粉屬;14.雞爪勒粉屬;15.伏平粉屬;16.雪松粉屬;17.鐵杉粉屬;18.油杉粉屬;19.水龍骨單縫孢屬;20.榆粉屬;21.山毛櫸粉屬;22.藜粉屬;23.柳葉菜粉屬;24.栗粉屬;25.眼子菜粉屬;26.槭樹粉屬;27.唇形三溝粉屬;28.榿木粉屬;29.單束松粉屬; 30.雙束松粉屬;31.蒿粉屬;32.云杉粉屬;33.冷杉粉屬;A.亞熱帶；B.熱溫過渡帶；C.溫帶；D.溫寒過渡帶.E.寒帶

圖4 遼東灣坳陷A-1-1井濕度敏感型孢粉相對比值及綜合曲線Fig.4 Relative ration and composite curves of moisture-sensitive pollen types of Well A-1-1 in the Liaodong Bay Depression1.粗肋孢屬;2.槐葉萍孢屬;3.伏萍粉屬;4.水龍骨科;5.榿木粉屬;6.眼子菜粉屬;7.柳葉菜粉屬;8.紫萁孢屬;9.雪松粉屬;10.單束松粉屬;11.雙束松粉屬;12.鐵杉粉屬;13.油杉粉屬;14.冷杉粉屬;15.云杉粉屬;16.蕓香粉屬;17.大戟粉屬;18.楝粉屬;19.栗粉屬;20.楓香粉屬;21.櫟粉屬;22.桃金娘粉屬;23.山核桃粉屬;24.山礬粉屬;25.紫樹粉屬;26.冬青粉屬;27.無患子粉屬;28.雞爪勒粉屬;29.槭樹粉屬;30.漆樹粉屬;31.山毛櫸粉屬;32.鳳尾蕨孢屬;33.希指蕨孢屬;34麻黃粉屬;35.藜粉屬;36.蒿粉屬;37.錦葵粉屬;38唇形三溝粉屬 A.水生;B.沼生;C.中生;D.旱生

圖5 遼東灣坳陷館陶組巖性及沉積構(gòu)造特征Fig.5 Lithology and sedimentary structure of the Guantao Formation in the Liaodong Bay Depressiona.砂礫巖，LD5-A，埋深1071.2～1 069.2 m；b.灰綠色泥巖，頂部為灰白色粗砂巖，JZ23-A，埋深988.5～986.5 m；c.低角度沖洗交錯層理，LD5-A，埋深998.2 m；d.粒序?qū)永恚琇D5-A，埋深1 048.8 m；e.斜層理，LD5-A，埋深1 066.7 m；f.平行 層理，LD5-A，埋深1 039.4 m

3 淺水三角洲發(fā)育特征

結(jié)合以上分析，認(rèn)為研究區(qū)沉積模式與東北部鄰區(qū)遼河坳陷館陶組和明化鎮(zhèn)組下段的沉積模式[5,18]以及青海省可可西里卓乃湖-庫賽湖區(qū)山間沖積扇-湖泊沉積體系現(xiàn)代沉積具有相似性。卓乃湖、庫賽湖以及周圍的湖泊均為內(nèi)流湖，湖泊之間均有季節(jié)性辮狀河水系溝通。北部為昆侖山，山前沖積扇發(fā)育，南部為盆內(nèi)凸起，也發(fā)育小型沖積扇?！吨袊鴩业乩怼冯s志2015年曾報道2011年曾因降水過多使得內(nèi)流湖泊貫通流入長江水系，而成為外流湖[19]。

燕山褶皺帶和膠遼隆起物源區(qū)以及遼河坳陷分別從東西兩側(cè)及東北部向盆地軸部沉降速度快的次級洼陷匯水形成局部的湖泊水域。該湖泊水體淺，匯水面積小，且具有匯水面積隨氣候變化大特征。館陶組上段比下段氣候潮濕，湖泊匯水面積增加，盆地軸向連接匯水區(qū)域的辮狀河水系更加發(fā)育。該沉積背景下發(fā)育的淺水三角洲具有大平原、小前緣的特點。

3.1 三角洲平原

三角洲平原是該淺水三角洲發(fā)育的主體，具有沖積平原的特點。上平原亞相以季節(jié)性從東西兩側(cè)向盆地內(nèi)推進的沖積扇為主，是盆地內(nèi)粗碎屑物質(zhì)的主要來源，主要沉積分選較差(標(biāo)準(zhǔn)偏差一般大于2)，含次棱角-次圓狀礫石的礫巖及砂礫巖，砂巖主體以粗砂巖含細(xì)-中礫為主，平行層理、交錯層理和粒序?qū)永淼葟娝鞒练e構(gòu)造發(fā)育(圖5d—f)。下平原亞相主要發(fā)育季節(jié)性辮狀河為主。盆地東西兩側(cè)及東北部遼河坳陷沿盆地軸部向西南部渤海灣主要匯水區(qū)流動的辮狀河對盆地兩側(cè)向內(nèi)推進的沖積扇粗粒沉積進行了復(fù)合再次搬運堆積。受氣候干濕變化影響，館陶組下段沖積扇更發(fā)育，上平原較館陶組下段范圍大(圖8)，館陶組上段古地貌鞍部連接次洼的季節(jié)性辮狀水流更發(fā)育。

圖7 遼東灣坳陷館陶組淺水三角洲及湖泊地球物理響應(yīng)特征Fig.7 Geophysical response of shallow delta and lake of the Guantao Formation in the Liaodong Bay Depressiona.黃框內(nèi)為三角洲前積體；b.黃框內(nèi)為湖泊地震響應(yīng)，地震剖面對應(yīng)位置在圖1中標(biāo)識

3.2 三角洲前緣

三角洲前緣具有平面規(guī)模小，縱向發(fā)育受物源供給充填淤塞制約而不穩(wěn)定特征。由于三角洲平原辮狀河輸沙量較大，湖泊發(fā)育范圍及位置顯著受氣候、物源供給和基底沉降的綜合影響，只有在氣候相對潮濕、基底沉降快和可容納空間未被快速充填的區(qū)域可能發(fā)育。湖域范圍內(nèi)可容納空間快速增加，三角洲前緣砂巖含量顯著降低。受物源供給充足，河流進積作用強影響，河口壩和遠(yuǎn)砂壩等不發(fā)育[20]，且湖泊很容易被充填而消失，充填了地震剖面所展示的雙向交織的前積特征砂體。館陶組下段具有閉流型湖泊特征，館陶組上段湖泊面積增大，南北湖泊之間由辮狀河水系連通，整體呈現(xiàn)出敞流型湖泊特點。

4 油氣勘探意義

淺水湖泊及其背景下淺水三角洲的發(fā)育，徹底改變了研究區(qū)以辮狀河為主，粗粒沉積充滿全盆的沉積特點。與研究區(qū)西南部渤海海域主體地區(qū)新近系淺水三角洲的發(fā)現(xiàn)[5，11-12]具有的油氣勘探意義一樣，湖泊相帶內(nèi)穩(wěn)定沉積的泥巖給制約研究區(qū)館陶組勘探的關(guān)鍵油氣成藏配置—蓋層的發(fā)育提供了有利條件，特別是北部洼陷和館陶組下段湖泊-淺水三角洲沉積體系的揭示，極大的豐富了該區(qū)儲蓋組合條件，為形成大型油氣藏提供了必要的保障，為研究區(qū)館陶組勘探思路的調(diào)整能起到很好的指導(dǎo)作用。

圖8 遼東灣坳陷館陶組下段(a)和上段(b)沉積相分布Fig.8 Sedimentary facies of the Upper (a) and Lower (b) Guantao Formation in the Liaodong Bay Depression

5 結(jié)論

1) 通過地質(zhì)、地球物理和古生物的綜合分析，證實了館陶組下段至館陶組上段氣候越來越潮濕的條件下，遼東灣坳陷東北部和西南部沉降中心湖泊及淺水三角洲的存在。

2) 淺水三角洲具有大平原、小前緣的特點，且可劃分為以沖積扇沉積為主的上平原、以辮狀河沉積為主的下平原及河口壩和席狀砂不發(fā)育的前緣3個亞相。湖泊范圍顯著受到氣候、物源供給和基底沉降的綜合影響。在濕度逐漸增大的情況下，館陶組下段具有物源供給強，三角洲平原更加發(fā)育，湖域面積小，湖水閉塞的特征。館陶組上段湖域面積擴大，三角洲前緣更加發(fā)育，次級洼陷之間由辮狀河水系連通，呈現(xiàn)敞流型湖泊特征。

3) 館陶組淺水三角洲及湖泊的發(fā)現(xiàn)，使得發(fā)育區(qū)域性的蓋層成為可能，極大的豐富了該區(qū)儲蓋組合條件，為形成大型油氣藏提供了必要的保障。

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(編輯 張亞雄)

Discovery of shallow-water delta in the Neogene Guantao Formation in the Liaodong Bay Depression and its significance for oil and gas exploration

Zhong Yijiang1,2,Chen Hongde1,2,Xu Changgui3,Wang Jun1,2,Zou Hao1,2,Wei Peng1,2,Du Xiaofeng3,Huang Xiaobo3

(1.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059，China;3.TianjinBranchofCNOOCLimited,Tianjin300452，China)

In order to break through the constraint of the earlier understandings of sedimentary facies on oil and gas exploration in the Neogene Guantao Formation in Liaodong Bay Depression,this paper studied the geological background and the evidences of the occurrence of lake and shallow-water delta through integration of sedimentary geology,geophysics and paleontology.The sedimentary patterns of the Guantao Formation and the Lower Minghua Formation in the Liaohe Depression,as well as the modern sedimentary patterns of the Zhuonai-Kusai Lake area were taken as analogies for comparison,and a semi-quantitative analysis method was used to determine paleohumidity and paleotemperature.It is believed that the Guantao Formation was deposited under subtropical climate conditions with increasing humidity,dominated by alluvial fan and braided river facies,and characterized by sedimentary pattern of shallow-water delta with a large plain and a small front.The delta plain consists of the upper plain dominated by alluvial fan and the lower plain dominated by braided river.The delta front features in small scale,instability,as well as underdeveloped mouth bar and distal bar.The area of closed lake was small during deposition of the lower Guantao Formation and delta plain deposits predominated.In contrast,the area of the open lake was enlarged during deposition of the upper Guantao Formation,delta front was well developed,and the subsags were connected by the braided river system.According to the new understandings on the shallow-water delta sedimentation system of the Neogene Guantao Formation in Liaodong Bay Depression,the front delta mudstone may act as a regional cap rock,providing an important geological guidance for future oil and gas reservoir exploration.

shallow-water delta,Guantao Formation,Neogene,Liaodong Bay Depression

2016-06-23;

2017-04-20。

鐘怡江(1983—)，男，講師，沉積學(xué)。E-mail:zhongyijiang2012@cdut.cn。

國家自然科學(xué)基金青年基金項目(41602118)。

0253-9985(2017)03-0499-09

10.11743/ogg20170309

TE121.3

A