邱隆偉，白立科，楊勇強(qiáng)，葛 君，韓曉彤

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580； 2.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071； 3.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257077)

0 引 言

對(duì)于三角洲的分類方案，多數(shù)學(xué)者采用Galloway所提出的方案——根據(jù)河流、波浪和潮汐作用的相對(duì)強(qiáng)弱，將三角洲分為河控三角洲、潮控三角洲以及浪控三角洲的分類方案[1]。Fisk通過對(duì)密西西比鳥足狀三角洲的研究將河控三角洲分為深水型及淺水型2種類型[2]。目前，對(duì)于湖盆三角洲，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)其不同類型劃分、沉積特征研究、沉積模式和砂體充填模式的建立均有了重要研究進(jìn)展[3-7]，如邱隆偉根據(jù)成因及形態(tài)，將湖盆三角洲分為河控-水位控三角洲、浪控三角洲、湖流控三角洲以及過渡類型三角洲，且認(rèn)為湖流作用是決定湖泊三角洲形態(tài)及砂體分布的重要因素之一[8]。實(shí)際上，雖然近年來許多學(xué)者對(duì)湖泊三角洲研究發(fā)現(xiàn)沿岸流是湖泊三角洲形成中不容忽視的控制因素之一[9-11]，在形態(tài)上具有明顯特征，如宋春暉等認(rèn)為強(qiáng)大的風(fēng)浪作用產(chǎn)生的沿岸流及波浪限制了青海湖哈爾蓋河三角洲的入湖伸展[12]，但關(guān)于沿岸流對(duì)湖泊三角洲的發(fā)育及演化規(guī)律的具體控制作用和識(shí)別特征還鮮有報(bào)道，也未見沿岸流對(duì)不同沉積背景下湖泊三角洲的改造作用進(jìn)行總結(jié)。

不同學(xué)者對(duì)于孤北洼陷沉積研究方面比較成熟，如史文東等認(rèn)為沙三段西部陡坡帶與南部緩坡帶均發(fā)育扇三角洲，南部較為發(fā)育，且可劃分為退積型、進(jìn)積型、陡坡型和緩坡型4種[13]。實(shí)際上，對(duì)于湖盆緩坡帶三角洲的發(fā)育，波浪及沿岸流對(duì)于三角洲沉積相帶展布以及砂體發(fā)育有著重要作用，不僅在平面形態(tài)對(duì)其進(jìn)行改造，垂向上還影響著其內(nèi)部砂體發(fā)育演化及連續(xù)性，進(jìn)而影響有利儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)模。通過巖心觀察、粒度、測(cè)井、錄井以及地震等資料，對(duì)沾化凹陷孤北洼陷沙二—沙三中亞段南部三角洲發(fā)育演化及沉積地層進(jìn)行系統(tǒng)分析，認(rèn)為該區(qū)南部緩坡帶主要發(fā)育沿岸流控湖泊三角洲。研究結(jié)果對(duì)于提高三角洲有利區(qū)帶識(shí)別及劃分具有重要意義，也可為孤北洼陷下一步勘探提供新的認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)概況

孤北洼陷位于渤海灣盆地東南部濟(jì)陽坳陷內(nèi)沾化凹陷東北部，北部與埕北斷層及樁西潛山相接，西以埕東斷層和埕子口凸起相鄰，東以長(zhǎng)堤斷層與長(zhǎng)堤潛山相鄰，向南以孤北斷層與孤島凸起相接，西南方以孤西斷層與渤南洼陷相連，呈半地塹形態(tài)，是中生代區(qū)域構(gòu)造背景下經(jīng)歷燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)而發(fā)育的新生代斷陷湖盆[13-15]。孤北洼陷受控于埕東、樁西、五號(hào)樁-長(zhǎng)堤斷裂帶，其北緣、東緣、西緣均為陡坡斷階帶，南部則為一個(gè)大型緩坡斷階帶，中部存在一個(gè)中央低凸起(鼻狀構(gòu)造帶)，總體呈現(xiàn)為馬蹄形的斷洼，具有北斷南超的特征[16]，南部緩坡帶沉積體系和相帶發(fā)育受多條次級(jí)斷裂控制(圖1)。

孤北洼陷已鉆穿部分中生界、沙河街組、東營(yíng)組、館陶組、明化鎮(zhèn)組和平原組等地層[17]。此次研究的主要層段為沙二—沙三中亞段地層。在孔店組—沙四段快速充填沉積之后，末期出露地表經(jīng)過長(zhǎng)期剝蝕，孤北洼陷作為一個(gè)穩(wěn)定內(nèi)陸湖泊已經(jīng)形成。古近系整個(gè)沾化凹陷水體分布范圍廣，總體為穩(wěn)定的深湖相沉積，而沙三段沉積期發(fā)生大幅度沉降，北東向構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，在沙四段淺湖沉積的背景上快速沉降形成湖盆深化沉積，從而形成了具有3期旋回的沙三段地層，包括沙三下亞段、沙三中亞段以及沙三上亞段，與下伏沙四段為不整合接觸，與上覆沙二段為沖刷或不整合接觸[18]?？傮w上，沙三段沉積時(shí)期，孤北洼陷整體構(gòu)造活動(dòng)穩(wěn)定，且受孤北斷層構(gòu)造轉(zhuǎn)化帶及內(nèi)部次級(jí)斷裂的影響，為盆內(nèi)主要充填時(shí)期，物源供給充足[4]。結(jié)合測(cè)錄井資料，根據(jù)地震剖面中強(qiáng)反射振幅，將沙二—沙三中亞段總體分為1、2+3、4、5+6砂層組及7砂層組，各砂層組內(nèi)部較為連續(xù)，沙三下亞段多為泥巖段[19]，且2+3、5+6砂層組受沿岸流改造最為明顯，湖盆構(gòu)造穩(wěn)定，波浪作用較為強(qiáng)烈，物源供給充足，處于湖盆充填階段。經(jīng)研究，孤西斷層、五號(hào)樁-長(zhǎng)堤斷裂帶是活動(dòng)最早的控凹斷層，而由于NE向壓應(yīng)力和NW向張應(yīng)力的增強(qiáng)，NW向斷層活動(dòng)性降低，埕東斷層和孤北斷層在沙三段沉積期活動(dòng)強(qiáng)度增大[4,20]，逐漸成為該區(qū)控盆斷層，湖盆經(jīng)歷構(gòu)造反轉(zhuǎn)之后的湖平面上升及沉積充填階段，并且這種周邊及內(nèi)部斷裂發(fā)育在時(shí)空上的差異，也導(dǎo)致不同時(shí)期洼陷內(nèi)部沉積體系發(fā)育及沉積充填的不均一性。

2 三角洲沉積特征

對(duì)孤北洼陷南部緩坡帶Z391、Z394、Z399等9口井的巖心觀察及粒度特征進(jìn)行分析，并結(jié)合測(cè)井曲線特征及地震屬性認(rèn)為，孤北洼陷沙二段—沙三中亞段南部三角洲相主要發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣及前三角洲亞相，并以三角洲前緣亞相最為發(fā)育。

圖1 孤北洼陷研究區(qū)及構(gòu)造位置(據(jù)文獻(xiàn)[13]修改)

2.1 三角洲平原亞相

三角洲平原亞相在研究區(qū)發(fā)育規(guī)模較小，靠近南部孤北斷層物源區(qū)，主要由分流河道、分流河道間以及泛濫平原微相組成，牽引流特征明顯。分流河道微相巖性以雜色砂巖及少量礫巖為主，粒度較粗，砂泥比高，分選性較好，測(cè)井曲線以鐘型或齒化箱型為主；分流河道間及泛濫平原微相主要以褐色泥巖及粉砂巖沉積為主。分流河道微相沉積構(gòu)造主要發(fā)育槽狀或板狀交錯(cuò)層理，分流河道間及泛濫平原微相則以平行層理以及塊狀層理為主。

2.2 三角洲前緣亞相

三角洲前緣亞相為研究區(qū)三角洲沉積砂體主要儲(chǔ)集相帶，發(fā)育規(guī)模較大，研究區(qū)東部沙三段中期Z394、Z392、Z942等井以厚層砂巖沉積為主，測(cè)井曲線響應(yīng)特征明顯；而西部Z390、Z395等井缺失砂巖沉積，以半深湖—深湖相泥巖為主；北部Z26、Z898井及Z397井同樣砂質(zhì)含量較少，且沙三段沉積末期變化不大。該亞相主要發(fā)育水下分流河道以及河口壩微相，巖性主要以細(xì)砂巖及粉砂巖為主，粒度較細(xì)，分選較好，常見碳質(zhì)紋層，受波浪作用影響明顯，尤其以Z394井沙二段—沙三段中期厚層砂巖沉積為主，普遍發(fā)育浪成波痕及波狀交錯(cuò)層理，并且出現(xiàn)滑塌變形構(gòu)造、泥巖撕裂屑等沉積構(gòu)造(圖2)。

三角洲前緣亞相以河口壩微相發(fā)育分布范圍較廣為特征，巖性主要以粒度較細(xì)的灰色、灰白色、暗紅色細(xì)砂巖及粉砂巖組成，厚度相對(duì)較大，偶見泥礫和礫石，呈反粒序或復(fù)合粒序特征，且受波浪改造作用明顯，常含炭屑及泥礫，沉積構(gòu)造主要發(fā)育浪成交錯(cuò)層理、波狀復(fù)合層理、平行層理以及滑塌變形構(gòu)造，測(cè)井曲線以漏斗形或箱形特征為主。水下分流河道微相以含礫中砂巖、細(xì)砂巖為主，主要為正粒序，底部具有明顯的沖刷構(gòu)造，且偶見泥礫及細(xì)礫沉積，測(cè)井曲線呈中幅鐘形。席狀砂微相分布較少，粒度較細(xì)，局部可見遠(yuǎn)砂壩以及支流間灣微相。

圖2 孤北洼陷南部緩坡帶沙二—沙三中亞段主要沉積構(gòu)造

三角洲前緣亞相粒度概率曲線可分為低斜兩段式、中高斜兩段式和沖洗三段式3種類型。

(1)低斜兩段式：特點(diǎn)為跳躍次總體直線斜率相對(duì)較小，與懸浮次總體直線截點(diǎn)變化范圍不大，交截點(diǎn)?值在1.0左右。跳躍次總體含量為10%～50%，懸浮次總體含量為50%～85%，曲線斜率不高，分選中等。此類粒度特征主要指示灘壩沉積或者三角洲前緣河口壩沉積。

(2)中高斜兩段式：是由代表跳躍次總體的直線段和代表懸浮次總體的直線段組成，曲線斜率較高，分選較好，交截點(diǎn)?值在0.8左右。跳躍次總體含量變化較大，含量為20%～80%，對(duì)應(yīng)懸浮次總體含量變化幅度較大。此類粒度特征主要指示三角洲前緣水下分流河道沉積。

(3)沖洗三段式：即具沖刷回流點(diǎn)的多段式，在粒度概率曲線上表現(xiàn)為由多個(gè)斜率差距很小的跳躍次總體和一個(gè)懸浮次總體組成，一般2個(gè)跳躍次總體的含量約在80%左右，斜率較高，分選較好，通常含2個(gè)跳躍次總體之間的交截點(diǎn)為沖刷回流點(diǎn)。研究區(qū)此種粒度概率曲線反映淺水環(huán)境下，多方位水流對(duì)沉積物進(jìn)行多次沖刷改造，受物源供給影響，可指示砂泥混合坪的沉積環(huán)境。

2.3 前三角洲亞相

前三角洲亞相發(fā)育規(guī)模較為局限，巖性以深色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，沉積構(gòu)造發(fā)育不明顯，偶見平行層理及砂泥薄互層，局部可見滑塌砂體沉積。

3 沿岸流控湖泊三角洲相帶發(fā)育特征

3.1 沿岸流改造特點(diǎn)

3.1.1 波浪改造特征明顯

通過對(duì)研究區(qū)取心井段的巖心觀察、粒度分析測(cè)試以及測(cè)井相的分析，南部緩坡帶三角洲前緣具有明顯的湖浪改造特征。研究區(qū)2砂層組至5砂層組沉積期為湖盆主要沉積充填時(shí)期，三角洲前緣河口壩相明顯呈側(cè)向堆積，橫向連續(xù)性較好，可形成似沿岸砂壩，以較厚的細(xì)砂巖、粉砂巖沉積為沉積特征，夾有少量的泥巖條帶及泥巖、粉砂巖薄互層；垂向上表現(xiàn)為河口砂壩與水下分流河道的多期疊置，受沿岸流作用改造常發(fā)育較厚的分選較好的細(xì)砂—中砂巖，整體以復(fù)合韻律為主；測(cè)井曲線以齒化箱形或鐘箱形為主；厚層砂巖中常發(fā)育有大量以波浪作用為主的沉積構(gòu)造，如浪成交錯(cuò)層理及波狀復(fù)合層理(圖2)；前緣中部及東北部泥巖撕裂屑及泥礫的存在反映出波浪對(duì)于水下分流河道以及河口砂壩砂體進(jìn)行強(qiáng)烈沖刷改造；順物源前緣前端粒度概率曲線以低斜兩段式及沖洗兩段式為主，東北部偏離物源方向則以低斜兩段式及中高斜兩段式為主，河口砂壩及水下分流河道亞相受波浪改造影響，跳躍組分及懸移組分含量變化較大，細(xì)截點(diǎn)范圍較大；前緣前端低斜兩段式及沖洗兩段式主要出現(xiàn)在灘壩沉積，同樣指示了水動(dòng)力條件復(fù)雜，水流多期改造及湖平面的頻繁變化。

3.1.2 前緣砂體側(cè)向遷移

在沙三段中晚期，隨著孤北斷層活動(dòng)強(qiáng)度增加，物源供給系統(tǒng)改變，對(duì)于孤北洼陷獨(dú)特的構(gòu)造形態(tài)，南部緩坡三角洲顯示出橫向發(fā)育面積擴(kuò)大的趨勢(shì)。

趙國(guó)祥等通過對(duì)廟西南凸起館陶組淺水三角洲研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于緩坡淺水三角洲而言，物源供給充足對(duì)于大面積淺水三角洲的形成有決定性作用[21]。但研究區(qū)水動(dòng)力條件相對(duì)于之前的認(rèn)知可能更為復(fù)雜，因其受到湖流強(qiáng)烈的改造作用影響，三角洲沉積物由河流搬運(yùn)沉積下來或沉積過程中受到湖流侵蝕沖刷改造，繼續(xù)往湖流方向延伸形成似沿岸砂壩而難以繼續(xù)沿物源方向生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致其雖受古物源供給影響，但在沙二—沙三中時(shí)期三角洲前緣亞相縱向發(fā)育變化不大。研究區(qū)各砂層組連井剖面及平面相對(duì)比顯示(圖3、4)，沙三段晚期至沙二段沉積期，三角洲砂體向湖盆延伸距離較小，但橫向砂體側(cè)向遷移現(xiàn)象明顯。

圖3 孤北洼陷Z399—Zx792井連井剖面

3.2 沉積演化分析

對(duì)孤北洼陷湖盆演化的整體分析結(jié)果表明，孤北洼陷經(jīng)歷了從湖侵到高位體系域的演化過程，邊界斷層的活動(dòng)性控制了湖盆內(nèi)部的物源供給體系，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度、湖水位變化使得可容空間增加速率由快變緩，鼻狀構(gòu)造帶及南部緩坡控制了三角洲體系發(fā)育的位置。古構(gòu)造環(huán)境、古物源及古水深與三角洲體系的發(fā)育密切相關(guān)，而湖浪作用成為三角洲沉積體系后期形態(tài)改造的關(guān)鍵因素。

沙三中亞段時(shí)期，湖盆在經(jīng)歷了沙三下亞段時(shí)期湖盆強(qiáng)烈裂陷期，湖水位上升速率開始變緩，沉降速率下降，物源供給充足，可容空間上升緩慢，三角洲沉積體系發(fā)育不斷向湖盆方向推進(jìn)，但受湖盆內(nèi)部湖流(沿岸流)或波浪作用影響越來越明顯，自沙三上亞段各砂層組砂體均表現(xiàn)出向湖內(nèi)推進(jìn)距離有限或受到抑制，而有向東或東北部發(fā)育的趨勢(shì)。河口壩及分流河道微相較為發(fā)育，且沿湖流方向發(fā)育似沿岸沙壩沉積，已具有明顯的“斜前緣”特征。湖盆整體處于物源供給與可容空間平衡補(bǔ)償階段。

直至沙二段沉積期，三角洲沉積體系仍以前緣亞相最為發(fā)育，各砂層組順物源方向及橫向發(fā)育迅速，橫向展布面積逐步擴(kuò)大。到沙二段晚期，繼續(xù)受到物源體系影響，湖盆整體處于過補(bǔ)償階段，盆內(nèi)沉積物以進(jìn)積、加積充填為主。但三角洲沉積體系推進(jìn)距離變化很小，“斜前緣”特征依然明顯，湖流(沿岸流)或波浪作用對(duì)三角洲前緣發(fā)育依然存在強(qiáng)烈的改造作用，使得三角洲難以順物源方向繼續(xù)生長(zhǎng)，而砂體具有明顯沿湖流方向的側(cè)向遷移加積趨勢(shì)，垂向上前緣亞相沿湖流方向以厚層砂巖沉積為主，沿岸砂壩發(fā)育趨于明顯，逐漸形成一種不對(duì)稱三角洲發(fā)育形態(tài)(圖5)。

圖4 孤北洼陷南部緩坡帶沙二—沙三中亞段2+3砂層組沉積相

圖5 沿岸流控湖泊三角洲演化模式

4 討論與思考

沿岸流控三角洲與浪控、河控三角洲在沉積相帶發(fā)育以及砂體演化等方面有很多不同之處?；谛螒B(tài)上明顯受沿岸流沖刷改造的三角洲沉積演化特征，可將孤北洼陷南部沙二—沙三中亞段三角洲沉積概括為沿岸流控三角洲。研究結(jié)果一方面對(duì)于古地貌的恢復(fù)以及湖泊三角洲沉積動(dòng)力機(jī)制研究具有重要意義，在湖盆緩坡帶物源體系供給充足的背景下，湖流及沿岸流的強(qiáng)烈作用成為使得湖相三角洲演化具有特殊性的重要因素；另一方面，在中國(guó)大部分油田已進(jìn)入探明程度達(dá)70%以上的中、晚期階段背景下，為尋找新的勘探重點(diǎn)提出了新的思路。

對(duì)于湖泊三角洲的研究雖日益深入，但從成因角度探討湖泊三角洲的成因類型仍為研究的重點(diǎn)之一，從而完善三角洲沉積演化控制因素的認(rèn)識(shí)，更好地指導(dǎo)進(jìn)一步的勘探。湖流作用是使得湖盆三角洲沉積物再分配的主控因素之一，三角洲前緣席狀砂、側(cè)緣沙嘴等都是波浪作用對(duì)三角洲體系沉積物改造的結(jié)果。Gregers Dam等人就曾對(duì)三角洲前緣砂體改造進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)合典型沉積構(gòu)造及巖相研究認(rèn)為，三角洲前緣砂體的沿岸分布受到多種沿岸流體的影響[22]；Ida L?nne等人通過分析指出，波浪作用可以使得砂體遷移造成在物源供給條件相對(duì)較弱的背景下三角洲前緣的加積，沿岸流作用使得扇緣砂體橫向展布及遷移[23]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在對(duì)于古地貌研究的同時(shí)，逐漸重視對(duì)于古氣候、古風(fēng)向以及古水流作用等多方面因素的考慮[10]。然而對(duì)于湖泊三角洲沉積體系，直接引用海相三角洲成因理論體系可能不太適當(dāng)，但在湖泊動(dòng)力體系中，同樣會(huì)由于風(fēng)浪的作用而產(chǎn)生強(qiáng)大的湖流，使得湖盆內(nèi)湖流作用以及古地貌的恢復(fù)更加復(fù)雜化[10-11,24-25]。因此，在古地貌、古水深及古物源聯(lián)合控制湖泊三角洲沉積體系演化的同時(shí)，沿岸流等湖流作用成為湖泊三角洲演化改造的重要因素之一，而對(duì)于湖流及沿岸流的環(huán)流模式及動(dòng)力學(xué)機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究。

5 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)南部緩坡帶在穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，物源條件充足，地形坡度較緩的背景下，經(jīng)歷了湖水位由快速上升到緩慢趨于穩(wěn)定的過程，發(fā)育大面積三角洲沉積，其沉積特征以發(fā)育大量浪成沉積構(gòu)造為主，三角洲前緣亞相砂體明顯有偏離物源方向，側(cè)向遷移沉積等特點(diǎn)。

(2) 物源供給充足的條件下，三角洲沉積向湖盆延伸受到強(qiáng)烈的沿岸流作用沖刷改造，難以繼續(xù)沿物源方向發(fā)育進(jìn)積或者加積砂體；而在斜交三角洲入湖方向的沿岸流作用對(duì)沉積物改造的情況下，使得三角洲前緣亞相發(fā)育似沿岸沙壩沉積，具有“斜前緣”的特征，同時(shí)成為砂體橫向變化較快且變化越來越復(fù)雜的原因，可總結(jié)為沿岸流控湖泊三角洲系統(tǒng)沉積。