劉 圣，李勝利，程 濤，周新茂，曹 睿，章 巧，鞏 強

(1.中國地質(zhì)大學(北京) 能源學院，北京 100083；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 引 言

水下扇是指鄰近高地的沉積物直接進入湖泊深水沉積區(qū)并緊鄰斷層面沉積的重力流沉積扇體[1-2]，分為內(nèi)扇、中扇和外扇3個亞相[3]，以粒度粗、分選磨圓差、沉積快速為主要特征。

中國陸相環(huán)境廣泛發(fā)育斷陷型湖盆，且伴隨著斷層的發(fā)育，在斷層邊緣發(fā)育著大量的水下扇沉積。南大港構造帶，作為典型斷陷湖盆——渤海灣盆地中的一個構造單元，前人對其沉積相進行了許多研究，對始新統(tǒng)沙河街組沙三段已有一些沉積方面的認識。如，杜民等[4]認為在南大港構造帶發(fā)育近岸水下扇和扇三角洲沉積；張躍等[5]認為在孔店—羊三木區(qū)塊發(fā)育灘壩沉積；文沾等[6]認為在孔店地區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲沉積；于杰杰[7]認為可能還發(fā)育遠岸水下扇沉積。南大港構造帶下降盤部分斷塊曾經(jīng)是大港油田的重要產(chǎn)油區(qū)[8]，而對其沉積特征的深入認識，對該區(qū)域后續(xù)油氣勘探開發(fā)有重要意義。本文結合前人的研究，以下降盤典型區(qū)塊五斷塊和歧南9X1斷塊為例，綜合分析巖心、測井、地震等信息的基礎上，明確了南大港構造帶下降盤發(fā)育近源和遠源水下扇沉積，并總結了它們的沉積特征和沉積模式，為該區(qū)域沉積儲層研究提供了新的見解。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南大港構造帶位于渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷，它北臨歧北斜坡，南靠歧南次凹，西與孔店潛山相望，東接羊三木—扣村潛山斷階帶，工區(qū)面積約140 km2[9]。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育一條南西—北東向的南大港斷層，該斷層是傾向南東的正斷層，將南大港構造帶分為上下兩盤。本文主要研究南大港構造帶下降盤的五斷塊與歧南9X1斷塊沙河街組沙三段水下扇的沉積特征與差異(圖1)。

圖1 研究區(qū)構造分區(qū)圖Fig.1 Tectonic subdivision map of the study area

在物源方面，充足的物源為水下扇發(fā)育的必要條件[10]。在沙河街組沙三段時期，西部邊界的孔店潛山(圖1)為南大港上升盤提供了大量的物源，在上升盤的沉積物沿南大港斷層滑塌，為五斷塊的遠源水下扇提供物源。南部的扣村—羊三木潛山緊鄰歧南9X1斷塊，為歧南9X1斷塊近源水下扇的發(fā)育提供了物源。在沙三段時期，南大港斷層和扣村—羊三木潛山都處于劇烈的活動狀態(tài)，為南大港構造帶沙三段沉積物的搬運提供了通道[11-12]。

在古氣候方面，首先，潮濕多雨氣候有利于水下扇的發(fā)育[13]；其次，由于水下扇形成于近源的山間入湖區(qū)域，多雨的條件可以加速物源進入湖盆就近形成水下扇。經(jīng)查證，研究區(qū)在沙河街組沙三段時期氣候溫暖濕潤多雨，為水下扇的形成提供了良好的氣候條件。

在構造方面，研究區(qū)發(fā)育有多種局部圈閉，如背斜、斷鼻、斷塊、單斜、斷層夾角圈閉等[14]。其中，南大港斷層在沙河街組沙三段時期活動頻繁、落差大，為水下扇的形成提供了斷層條件和坡度條件；羊三木—扣村潛山為南部物源區(qū)，其邊緣斷層也為水下扇的形成提供了構造條件。另外，在地震剖面上可以看到與水下扇發(fā)育相關的大斷層[6,15-7]。

2 沉積特征

本文利用南大港構造帶的巖心、地震、測井以及分析化驗資料(薄片鑒定、粒度分析等)，對研究區(qū)五斷塊和歧南9X1斷塊的沉積特征進行分析。歧南9X1斷塊的沉積物直接來自羊三木—扣村潛山，其沉積物粒度較粗(圖2)；五斷塊的沉積物從上升盤沿斷層滑塌而來，其沉積物粒度較細，為二次搬運的產(chǎn)物(圖3)，二者存在較大差異。

2.1 巖相特征

2.1.1 巖性構造特征

綜合兩個區(qū)塊中典型的巖心沉積構造特征以及粒度概率累計曲線，對五斷塊和歧南9X1斷塊的沉積相類型進行初步判斷。

圖2 qn5-16井沉積相劃分綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of well qn5-16

q637井位于五斷塊靠近南大港斷層地區(qū)(圖1)，該井的巖性為灰色和深灰色含油礫巖，其礫石成分復雜，分選和磨圓不好，可見泥礫、火成巖巖礫等，反映快速堆積、泥砂礫混雜的特征(圖4(a))。巖石類型三角圖顯示為亞長石砂巖和長石砂巖(圖5(a))。在五斷塊稍遠離南大港斷層的地區(qū)，q123井在2 955.18～2 955.38 m處的巖性主要為灰褐色塊狀含油細砂巖、淺灰色泥質(zhì)細砂巖(圖3和圖4(b)、(d)、(e))，分選和磨圓較好，巖石類型三角圖顯示為亞巖屑砂巖(圖5(b))。在五斷塊遠離斷層的邊緣區(qū)域，q19井巖性主要為灰色含泥細砂巖、含泥粉砂質(zhì)細砂巖等。從南大港斷層到南部扇體邊緣，沉積物粒度由粗變細，分選和磨圓由差變好，反映水動力從物源區(qū)到邊緣逐漸減弱。另外，五斷塊巖心顏色整體呈灰色和褐色，反映當時整個五斷塊區(qū)域處于還原環(huán)境，屬于水下沉積。

圖3 q123井沉積相劃分綜合柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of well q123

通過薄片鑒定可知，五斷塊從南大港斷層附近區(qū)域到南部扇體邊緣區(qū)域，石英平均含量從50%～60%增加到65%以上，長石含量從40%～50%降低到30%，巖屑含量也逐漸降低，反映隨著搬運距離的增大，沉積物更加趨于穩(wěn)定。

在五斷塊地區(qū)，可見牽引流成因的塊狀構造、低角度板狀交錯層理、水平層理、季節(jié)性紋層等，重力流成因的滑塌構造、泄水構造等。另外，植物炭屑、同生小斷層、水道沖刷面(圖4(a)和(b))較為發(fā)育。結合上述構造沉積組合特征，五斷塊為重力流和牽引流共同作用的地區(qū)，在靠近南大港斷層區(qū)域以重力流為主，在南部扇體邊緣地區(qū)以牽引流為主。

在歧南9X1斷塊靠近扣村—羊三木潛山附近， qn5-16井在2 693.00～2 693.25 m和2 692.89～2 693.00 m處可見雜色礫巖，礫石大小不一，磨圓中—差，成分復雜，含灰礫、泥礫和巖礫，且?guī)r石呈拼接狀(圖2、圖4(c)和(f))，可見大量小型沖刷面、塊狀構造、植物莖干、炭屑和結晶方解石等。在歧南9X1區(qū)塊遠離扣村—羊三木潛山區(qū)塊，qn1-8井和q124井主要發(fā)育灰色長石巖屑細砂巖、巖屑細砂巖、含巖屑粉砂巖等，可見塊狀層理、交錯層理等。但是，歧南9X1斷塊的沉積物顆粒粒徑都較五斷塊更大，分選和磨圓都更差，表明其為直接鄰近物源形成的沉積體。

圖4 五斷塊與歧南9X1斷塊典型巖心特征Fig.4 Photos of the typical core features of 5th fault block and Qinan 9X1 fault block(a)q637井，2 851 m，淺灰綠色含礫不等粒砂巖，礫石磨圓中等，成分復雜，含泥質(zhì)團塊和泥礫，膠結疏松；(b)q123井，2 956.7 m，淺灰色細砂巖，具板狀交錯層理，炭屑順層面分布；(c)qn5-16井，2 693.2 m，灰色含礫中—粗砂巖，礫石成分復雜，大小不一;(d)q123井，2 970.3 m，同生小斷層；(e)q123井，2 958.99 m，滑塌構造；(f)qn5-16井,2 693.15 m，雜色礫巖，礫石大小不一，磨圓差—中等，成分復雜，灰礫、泥礫、巖礫都見，碎屑顆粒呈拼接轉(zhuǎn)狀

通過薄片鑒定可知，石英平均含量為30%～40%，長石含量40%左右，巖屑含量20%～30%。與五斷塊相比，其巖屑含量明顯升高，進一步表明其為臨近物源的沉積體。

2.1.2 粒度特征

粒度分析資料可以從微觀角度來對沉積特征進行研究[18-21]。通過對研究區(qū)qn5-16井和q124井粒度資料的分析，做出相應的粒度概率累計曲線(圖6)，發(fā)現(xiàn)在南大港構造帶存在如下兩種類型的粒度概率累計曲線。

(1)一段式

一段式粒度概率累計曲線在形態(tài)上為一條向上傾的直線。歧南9X1斷塊的qn5-16井在2 692.85～2 693.25 m段為一段式，在粒度概率累計曲線上其粒度范圍分布比較廣，在1～8φ之間，其曲線斜率比較小，反映分選差、泥砂礫混雜、快速堆積的特點(圖6(a))。

(2)二段式

二段式粒度概率累計曲線分為斜率不同的兩部分，可以識別出跳躍次總體和懸浮次總體兩個部分。研究區(qū)歧南9X1斷塊的q124井和五斷塊的q19井都屬于二段式，在粒度概率曲線上明顯為兩段，跳躍搬運組分粒徑為1～4φ，占總體含量的55%～60%，斜率較大，可達40°以上，表明以中砂—細砂為主的沉積；懸浮搬運組分粒徑為4～7φ，占總體含量的35%～40%，斜率較小，大約為20°～25°，反映更細粒沉積(圖6(b))。

圖5 典型井巖石類型三角圖Fig.5 Ternary classification diagram of sandstones in typical wells

圖6 典型區(qū)塊粒度概率累計曲線Fig.6 Grain-size cumulative probability curve of typical block

2.2 電性特征

通過對研究區(qū)下降盤五斷塊和歧南9X1斷塊自然電位測井曲線的分析觀察，總結出了水下扇的測井曲線形態(tài)以及測井相模板?？煞譃橄湫?、鐘形、漏斗形和平直形4種類型。箱形還可分為平滑形和鋸齒形兩類，主要為韻律不明顯的塊狀，反映內(nèi)扇主水道沉積；鐘形可見平滑形和齒化鐘形兩類，主要為下粗上細的正韻律，反映中扇分支水道沉積；漏斗形也可分為平滑形和鋸齒形兩類，主要為下細上粗的反韻律，反映水道前端朵體和水下天然堤和漫溢沉積；平直型只有一種，主要為韻律不明顯的平直狀，反映深湖沉積(圖7)。

圖7 水下扇測井相模板Fig.7 Electrofacies pattern of subaqueous fan

2.3 地震特征

在南大港構造帶順物源的地震剖面上(圖8中d-d′和f-f′)，可以識別出明顯的斷層。在地震剖面上，從陡坡向深湖區(qū)，整體為一個楔狀體。五斷塊在垂直物源的剖面可見內(nèi)扇主水道在靠近南大港斷層處開始發(fā)育(圖8中a-a′)，隨著剖面遠離南大港斷層(圖8中b-b′)，主水道發(fā)生分叉，中扇分支水道開始發(fā)育。在扇體南部邊緣區(qū)(圖8中c-c′)，分支水道消失，開始進入深湖區(qū)。歧南9X1斷塊同樣也可識別出下切主水道(圖8中e-e′)，通過順物源和垂直物源的地震剖面，為研究區(qū)沉積體的類型和水下扇扇體的展布提供了良好的佐證。

圖8 水下扇典型地震反射特征(剖面線a-a′、b-b′、c-c′、d-d′、e-e′、f-f ′的位置見圖1)Fig.8 Typical seismic reflection characteristics of subaqueous fans

2.4 亞相微相劃分

結合上述巖相、電性和地震特征，可以得出在沙河街組沙三段時期，南大港構造帶下降盤發(fā)育水下扇沉積，可識別出內(nèi)扇、中扇亞相，其中內(nèi)扇可分為內(nèi)扇主水道微相；中扇可分為中扇分支水道、分支水道間和中扇分支水道前端朵葉體微相；另外，在內(nèi)扇和中扇都發(fā)育有水下天然堤和決口扇微相。

2.4.1 內(nèi)扇主水道微相

內(nèi)扇主水道為水下扇內(nèi)扇的主要部分。在五斷塊，主要見于q15-5井、q15-8井附近，巖性為灰白色和灰色含礫粗—中砂巖、粗砂巖，發(fā)育塊狀層理、變形層理、同生斷層、沖刷面。可見植物莖干化石、炭屑等(圖4(a))。粒度概率累計曲線為一段式。測井曲線上，內(nèi)扇主水道自然電位曲線以大段箱形為特征，其上部和下部一般為平直狀，可推測其為深湖泥微相，偶爾夾雜著呈指形的測井曲線，推測為主水道邊緣的水下天然堤微相(圖7)，在垂向上多表現(xiàn)為深湖泥微相—內(nèi)扇水道微相—水下天然堤微相疊置。地震剖面上以雜亂反射、振幅強為主要特征，見明顯的水道下切現(xiàn)象(圖8、圖9(a)和(b))。

因為歧南9X1斷塊距物源更近，所以沉積物相對較粗，分選、磨圓更差，巖性為灰色礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖等。發(fā)育塊狀層理、滑塌構造等?？梢娭参锴o干、炭屑、砂巖中的泥質(zhì)條帶等(圖4(c)和(f))。在測井曲線上，曲線形態(tài)大致與五斷塊相同，但是曲線齒化更嚴重(圖7)。

2.4.2 水下天然堤和決口扇微相

水下天然堤指內(nèi)扇水道水流流速變慢時，富含懸浮物質(zhì)的河水溢出堤岸，較細粒物質(zhì)沿著河道邊緣沉積而形成的沉積體。水下決口扇是指水下天然堤決口后，水流從河道向外溢出，細粒物質(zhì)向外擴散形成的沉積體[22]。在研究區(qū)，水下天然堤和決口扇發(fā)育于內(nèi)扇主水道邊緣和中扇分支水道邊緣，巖性為灰色細砂巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖等。發(fā)育平行層理、波狀層理等(圖4(b)和(d))。測井曲線上與內(nèi)扇主水道疊置。在歧南9X1斷塊此相帶不發(fā)育。

2.4.3 中扇分支水道微相

隨著遷移距離的增大，由于水流速度降低，坡度變緩，內(nèi)扇主水道分叉形成中扇分支水道。中扇分支水道內(nèi)接內(nèi)扇主水道，外連外扇區(qū)域，是整個水下扇的主體部分。在五斷塊，中扇水道主要在q668-3井和q636井附近最為發(fā)育，可以延伸至qx638井。巖性主要為灰色中—細砂巖、粉砂巖等。發(fā)育低角度交錯層理、塊狀層理、季節(jié)性紋層等，可見炭屑及方解石充填等(圖4(b)、(d)和(e))。粒度概率累計曲線為二段式。測井曲線上，中扇亞相自然電位曲線主要以多個鐘形夾平直形為特征(圖7)，在垂向上多表現(xiàn)為中扇分支水道間—中扇分支水道—中扇分支水道間疊置(圖9(a)和(b))。中扇分支水道地震反射特征為雜亂反射、振幅較弱，可見水道分叉和下切現(xiàn)象。

在歧南9X1區(qū)塊，中扇水道可見于qn1-5井和qn1-8井處，巖石分選和磨圓為中等—好。沉積物粒徑相較于五斷塊稍粗，主要為灰色中砂巖、細砂巖等，發(fā)育塊狀層理、交錯層理等。

2.4.4 中扇分支水道間微相

中扇水道間是指發(fā)育于中扇分支水道之間的細粒物質(zhì)沉積區(qū)。在五斷塊，其主要發(fā)育于q668井和q123-13井。巖性為灰色和深灰色泥質(zhì)粉砂巖等(圖4(b))，發(fā)育水平層理、波狀層理等。在歧南9X1斷塊，其主要發(fā)育于qn1-9井、qn1-11井，其巖性主要為灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、黑色泥巖等，發(fā)育水平層理。

2.4.5 水道前端朵葉微相

水道前端朵葉體是指沉積物搬運到水道前端后，由于水動力減小而不能繼續(xù)向前搬運在水道前端堆積所形成的沉積體[23]。這種沉積類型主要見于五斷塊，在歧南9X1斷塊很少出現(xiàn)。在五斷塊，水道前端朵葉在q19井比較典型，巖性為灰色含泥細砂巖、含泥粉砂質(zhì)細砂巖等，發(fā)育水平層理、波狀層理(圖4(b))。在測井曲線上，中扇分支水道前端朵葉體在自然電位曲線上主要為上下的平直段夾中間的微齒化鐘形(圖7)，在垂向上多表現(xiàn)為深湖—中扇分支水道前端朵葉體—深湖疊置(圖9(a)和(b))。

2.4.6 沉積相連井分析

結合各類微相的沉積特征，在五斷塊和歧南9X1斷塊取典型的連井剖面進行分析，發(fā)現(xiàn)五斷塊水下扇沉積早期，沉積物搬運距離近，在q15-17井和q637井發(fā)育內(nèi)扇主水道微相，大片主水道砂體疊置，夾雜漫溢砂和內(nèi)扇天然堤；隨著水下扇的發(fā)育與擴展，在q636井主要發(fā)育中扇分支水道，為厚度減薄和變小的砂體疊置；在水下扇發(fā)育末期，在q668-5井主要為水道前端朵體，反映水道的終止(圖9(a))。歧南9X1斷塊與五斷塊相比，水下扇相變加劇，在qn11-18井和qn5-16井處發(fā)育內(nèi)扇主水道，夾雜著漫溢砂；在qn1-9井和qn1-11井處發(fā)育中扇分支水道，未見外扇發(fā)育(圖9(b))?？傮w上，水下扇沉積在早期主要發(fā)育主水道微相，在中期主要為中扇分支水道，在末期，可能發(fā)育水道前端朵體，漫溢砂貫穿整個沉積期。

3 沉積模式

沉積模式是對沉積環(huán)境的發(fā)展特征、發(fā)展演化及其空間組合形式的全面概括，通過圖形或文字方式表現(xiàn)的一種理想的、概括的沉積相格局，并能有助于了解復雜的自然現(xiàn)象及其作用過程[24-26]。南大港構造帶下降盤水下扇沉積分別位于五斷塊和歧南9X1斷塊，屬于兩種類型的水下扇沉積體。其中，五斷塊沉積物顆粒明顯較歧南9X1斷塊更細，可以推測其應該是離物源較遠或是二次搬運所形成的遠源水下扇。反之，歧南9X1斷塊與羊三木—扣村潛山相鄰，可能為近物源直接滑塌形成的近源水下扇。

3.1 遠源水下扇沉積模式

五斷塊在沙河街組沙三段時期，南大港斷層處于活動狀態(tài)，位于上升盤水下隆起的沉積物通過斷層運移到五斷塊地區(qū)形成遠源水下扇(圖10)。在q637井以內(nèi)，發(fā)育內(nèi)扇主水道沉積(圖9(a))，主要表現(xiàn)為粒度較粗，分選磨圓較差，礫、砂、泥混雜堆積。在q636井以外，由于水動力的減弱和坡度的減小，內(nèi)扇主水道向外擴展發(fā)生分叉形成中扇分支水道(圖9(a))，主要表現(xiàn)為粒度變細，分選磨圓變好，沉積物礫石含量減少，砂質(zhì)含量升高。在q668-5井處，由于水動力進一步的減弱，中扇分支水道開始消失，形成水道前端朵葉體(圖9(a))，主要表現(xiàn)為大片泥夾砂，泥多砂少。在沙三段后期，沉積體無法在向前推進，直接在深湖區(qū)沉積，主要沉積大段泥巖。

3.2 近源水下扇沉積模式

歧南9X1斷塊在沙河街組沙三段時期，羊三木—扣村潛山的大量沉積物進入歧南9X1斷塊形成多個近源水下扇沉積(圖11)。在qn5-16井內(nèi)部地區(qū)，發(fā)育內(nèi)扇主水道沉積(圖9(b))。由于直接與物源區(qū)相鄰，沉積物直接入湖快速堆積，主要表現(xiàn)為礫石含量較多，分選磨圓極差，塊狀層理極其發(fā)育。在qn1-9井，內(nèi)扇主水道發(fā)生分叉形成中扇分支水道(圖9(b))，主要表現(xiàn)為礫石含量減少，粗砂、中砂占主導地位。歧南9X1斷塊由于井數(shù)較少，未見外扇沉積。

圖10 五斷塊沉積模式Fig.10 Sedimentary pattern of 5th fault block

圖11 歧南9X1斷塊沉積模式Fig.11 Sedimentary pattern of Qinan 9X1 fault block

3.3 近源水下扇與遠源水下扇的差異

南大港構造帶五斷塊發(fā)育的遠源水下扇和歧南9X1斷塊發(fā)育的近源水下扇屬于水下扇的一種，二者在形態(tài)、物源、巖性、測井曲線、地震反射特征上都存在一定的差異。在形態(tài)上，遠源水下扇以分支水道分叉為主，近源水下扇以扇形為主；在物源上，遠源水下扇物源主要為三角洲或水下隆起供源，屬二次搬運沉積，近源水下扇臨近物源，為物源區(qū)直接供源；巖性上，近源水下扇相較于遠源水下扇，巖屑含量較高，分選和磨圓較差，巖石粒度較粗，反映近源快速堆積的特征；在測井曲線上，近源水下扇自然電位曲線為大段箱形疊置，可見明顯的沖刷面，GR曲線呈現(xiàn)箱形和指形，遠源水下扇自然電位曲線為漏斗形和鐘形的疊置，GR曲線多為指狀，且齒化明顯。地震剖面上，近源水下扇和遠源水下扇都表現(xiàn)為雜亂反射，但是近源水下扇的振幅更強(表1)。

表1遠源水下扇和近源水下扇的差異

Table1Differencebetweendistal-andproximal-subaqueousfans

水下扇類型物源粒度電性地震形態(tài)近源水下扇 古潛山、古隆起較粗SP鐘形、GR指形、齒化嚴重雜亂反射、振幅強扇形小而多 遠源水下扇 三角洲前緣、水下隆起較細SP箱形、GR箱型、指形交替雜亂反射、振幅較弱朵葉形大而少

4 結 論

(1)通過巖心、構造、測井、地震等方面的資料的分析，認為研究區(qū)水下扇可分為內(nèi)扇、中扇和外扇三個亞相，其中內(nèi)扇又可分為內(nèi)扇主水道、水下天然堤和決口扇微相；中扇可分為中扇分支水道和水道間及中扇前端朵葉體微相。

(2)南大港構造帶在沙三段時期發(fā)育2種類型的水下扇，五斷塊發(fā)育二次搬運所形成的遠源水下扇，歧南9X1斷塊發(fā)育臨近物源區(qū)的近源水下扇。

(3)南大港構造帶兩種類型的水下扇在形態(tài)、物源、巖性、電性和地震剖面上都明顯不同。近源水下扇以扇形為主，規(guī)模小而數(shù)量多，以古隆起物源、沉積物粒度粗、電性整體箱形、地震反射雜亂振幅強為特征；遠源水下扇以朵葉形為主，規(guī)模大而數(shù)量少，以三角洲前緣物源、沉積物粒度細、電性整體鐘形、地震反射雜亂振幅弱為特征。