蔣 恕，王 浩，郭 濤，張如才，杜曉峰，張鈺瑩，劉恩豪，王 華

［1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北 武漢 434100；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459］

隨著鮑馬序列低密度濁流的沉積構(gòu)造和巖相特征被廣大地質(zhì)學(xué)家接受并廣泛應(yīng)用于深水重力流沉積的研究，人們對重力流沉積的認(rèn)識日趨豐富［1］。重力流沉積中，“正粒序”的沉積構(gòu)造特征是識別濁流沉積的唯一可靠標(biāo)志［2-3］，但隨著更多深水砂巖的發(fā)現(xiàn)，不具“紊流”沉積特征的塊狀和逆粒序砂巖難以用濁流來解釋。因此，Lowe根據(jù)流體的流動狀態(tài)將重力流分為低密度濁流和高密度濁流［4-5］。高密度濁流形成的礫石相、塊狀粗砂巖相和低密度濁流形成的鮑馬序列的結(jié)合可以很好地解釋復(fù)雜重力流沉積的演化過程。

隨著被動大陸邊緣深水砂巖沉積模式的提出，濁積扇沉積相模式研究也在飛速發(fā)展?；邗U馬序列的現(xiàn)代海底扇模式［6-7］、古代扇模式［8］及Walker提出的綜合扇模式［9］等在20世紀(jì)70—80年代占據(jù)了主導(dǎo)地位。隨著巖心資料的豐富和地球物理資料品質(zhì)的提升，Shanmugam等學(xué)者基于碎屑流理論（高密度濁流）建立了“舌形砂體”的深水斜坡沉積模式［10-11］。關(guān)于濁積扇的形態(tài)，Reading和Richards根據(jù)物源類型（線物源、點物源）和物源系統(tǒng)（富礫、富砂、砂-泥混合及富泥）組合特征對扇體的形態(tài)進行了總結(jié)［12-14］。

隨著中國東部油氣勘探程度的加深，湖底扇形成的巖性圈閉成為重點勘探目標(biāo)［15-18］。碎屑流斜坡沉積模式在松遼盆地［19］、鄂爾多斯盆地［20-23］和渤海灣盆地［24-26］等巖性圈閉的勘探工作中起到了很好的指導(dǎo)作用。但鮮有學(xué)者對扇體的形態(tài)及其控制因素進行探討［27-28］，渤海灣盆地遼東灣坳陷盆中隆起——遼西凸起東部緩坡帶（遼中凹陷西斜坡）在東三層序（SQD3）沉積時期發(fā)育多種形態(tài)的高密度湖底扇沉積。這不同于傳統(tǒng)被動大陸和主動大陸邊緣的低密度濁積扇，加上較遠的物源越過西部凹陷和盆內(nèi)凸起，所以也不同于典型斷陷和凹陷湖相盆地從物源區(qū)直接搬運下來的單一斜坡帶及湖盆沉積中心的湖底扇。那么砂體是如何翻越遼西凹陷東部的遼西凸起而沉積在斜坡上的？這些不同形態(tài)的湖底扇都有哪些沉積相模式及其成因？為此，本文在層序地層格架內(nèi)識別重力流沉積特征和物源性質(zhì)的基礎(chǔ)上，探討盆中隆起的斜坡帶和物源性質(zhì)對遼西凸起東部緩坡帶（遼中凹陷西斜坡）湖底扇形態(tài)的控制作用，進而揭示湖底扇沉積砂體形態(tài)、展布特征、形成機理及油氣勘探的有利區(qū)域。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

遼東灣坳陷位于渤海東北部，整體呈北東走向，屬于渤海灣盆地的一級構(gòu)造單元，呈現(xiàn)凸-凹相間的構(gòu)造格局。遼西凸起位于遼東灣坳陷中部盆中隆起帶，西部以北東向分段走滑斷層為界，與遼西凹陷相鄰，東部為緩坡斜坡背景，與遼中凹陷相鄰［29］（圖1）。遼東灣坳陷古近紀(jì)經(jīng)歷了3個構(gòu)造演化階段：①古新世—始新世中期伸展裂陷階段；②始新世晚期—漸新世早期第一裂后熱沉降階段；③漸新世東營期走滑拉分與地幔和上、下地殼非均勻不連續(xù)伸展疊加的再次裂陷階段［30］。

圖1 遼東灣坳陷區(qū)域構(gòu)造和研究區(qū)位置Fig.1 Location map showing the Liaodong Bay Depression and the study area

遼東灣坳陷東營組從下至上可劃分為東三段（東營組三段）、東二下亞段、東二上亞段及東一段。東三段沉積時期，湖盆快速裂陷，遼西凸起北段沒于水下且缺乏遠源供給，主要發(fā)育細粒沉積，外源碎屑沉積主要集中于凸起中、南部。低位體系域沉積時期，遼西凸起呈島鏈狀出露水面，零星發(fā)育辮狀河三角洲沉積，緩坡帶發(fā)育局限的重力流沉積，遼中凹陷以湖相厚層深灰色泥巖沉積為主。湖侵體系域沉積時期，研究區(qū)遼西凸起整體沒于水下，由于湖平面的快速上升，凸起區(qū)也變?yōu)橛行У目扇菁{空間，且對西部物源帶來的沉積阻擋作用進一步減弱。遼西凹陷辮狀河三角洲沉積大量進積到凸起上，緩坡帶發(fā)育成規(guī)模的重力流沉積。高位體系域沉積時期，遼西凸起對西部遠源的阻擋作用基本消失，遼西凹陷基本被辮狀河三角洲沉積充填，并通過凸起上的通道大量進入凸起及斜坡帶，凸起及斜坡帶以辮狀河三角洲前緣沉積為主。

2 重力流沉積特征

2.1 沉積物特征

觀察已鉆井取心資料發(fā)現(xiàn)，重力流沉積內(nèi)部主要發(fā)育兩種巖相：底部為純凈的粗-中砂巖，厚度20 cm（圖2a），其中偶見撕裂泥屑及泥礫，可見火焰狀構(gòu)造、碟狀構(gòu)造等泄水構(gòu)造（圖2b—d）；頂部巖相呈不完整的鮑馬序列：Tb段為平行層理，厚1.5 cm；Tc段為波狀變形層理，厚3.5 cm；Td段為水平層理，厚1 cm；Te段為塊狀泥巖，一般厚2 cm（圖2a）。

底部塊狀砂巖偶見撕裂泥屑，缺乏粒序構(gòu)造，與高密度濁流S3段類似，頂部過渡為低密度濁流沉積。新的一期重力流沉積與下伏重力流沉積頂部的泥巖呈巖性不整合接觸，可見侵蝕面（圖2a）。泥巖顏色主要表現(xiàn)為灰褐色，是來自淺水區(qū)的晚期低能量濁流形成的沉積，半深湖區(qū)存在的灰褐色泥巖也是識別重力流沉積的一個重要標(biāo)志。低密度濁流Te段偶見灰色湖相泥巖沉積。

薄片資料分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)重力流沉積主要為含粗砂中-細砂巖，分選一般，碎屑顆粒呈次棱角-次圓狀，顆粒支撐結(jié)構(gòu)，主要是點-線接觸（圖2e，f）。雜基的含量和性質(zhì)可以反映介質(zhì)的流動特性與碎屑組分的分選性，因而也是碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度的重要標(biāo)志。典型濁流沉積中含有大量雜基，由此形成的沉積物是以雜基支撐結(jié)構(gòu)為特征的。但研究區(qū)高密度重力流沉積雜基含量少，以膠結(jié)物充填為主，顆粒支撐，表明滑塌型高密度濁流的沉積物繼承了辮狀河三角洲前緣沉積的結(jié)構(gòu)成熟度。

圖2 遼東灣坳陷遼西凸起東斜坡LDB-2井高密度濁流和低密度濁流典型識別標(biāo)志（井位位置見圖1）Fig.2 Typical markers to identify high-density and low-density turbidites in Well LDB-2 in the eastern slope zone of Liaoxi uplift，Liaodong Bay Depression（see Fig.1 for the well location）

2.2 粒度結(jié)構(gòu)特征

研究結(jié)果顯示，LDB-1井巖心樣品粒度累積曲線上粒徑C值（1%顆粒對應(yīng)粒徑）區(qū)間為576.148～949.738 μm，粒徑M值（50%顆粒對應(yīng)粒徑）區(qū)間為165.465～285.918 μm；LDC-1井C值區(qū)間為414.386～1 308.376 μm，M 值區(qū)間為 154.327～403.252 μm。結(jié)果表明，C值和M值的變化幅度較大，并且LDB-1井湖侵體系域高密度濁流沉積與LDC-1井高位體系域高密度濁流沉積C-M中線大致平行于C-M基線（圖3a，b）。

LDB-1井湖侵體系域高密度濁流沉積粒度分布直方圖呈正偏態(tài)單峰式，平均粒徑Φ值為2.986，峰態(tài)為1.153；LDC-1井高位體系域高密度濁流沉積概率值累積曲線樣式類似于LDB-1井，呈上拱兩段式，平均粒徑Φ值為2.612，峰態(tài)為1.091，粒度分布直方圖呈正態(tài)單峰式，分選系數(shù)為 2.45（圖3c，d）。（低密度）濁流沉積的概率值累積曲線經(jīng)典樣式近似為一段式，斜率低，沉積物分選很差，懸浮總體含量大；而高密度濁流沉積的砂巖粒度曲線特征明顯異于經(jīng)典樣式，概率值累積曲線呈上拱兩段式，分別代表跳躍次總體和懸浮次總體，斜率較大，分選較好，曲線呈平緩過渡，表明兩個次總體混合度大，沉積分異程度低。由于液化流以“凍結(jié)”狀態(tài)搬運直至沉積，重力流沉積很大程度上繼承了辮狀河三角洲前緣沉積的結(jié)構(gòu)成熟度，因此滑塌型高密度濁流沉積常常具有較好的分選性。

3 沉積相類型及砂體形態(tài)

遼西凸起緩坡帶斜坡扇沉積雖然形態(tài)不同，但濁流流體與高密度濁流的性質(zhì)是一致的，高密度濁流沉積形成的河道扇和舌形扇概率值累積曲線形態(tài)一致（圖3），沉積物的微觀結(jié)構(gòu)也一樣（圖2）。因此，辮狀河三角洲前緣沉積滑塌形成的高密度濁流沉積在緩坡帶表現(xiàn)為不同的外貌形態(tài)。

圖3 遼東灣坳陷遼西凸起東斜坡巖心樣品粒度結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Diagrams showing the grain size distribution in core samples from the eastern slope zone of Liaoxi uplift，Liaodong Bay Depression

3.1 舌形扇

舌形扇地震相特征異于上覆和下伏的低頻、弱振幅反射泥巖，表現(xiàn)為中頻、強振幅以及具有一定外包絡(luò)形態(tài)的丘形體，內(nèi)部地震同相軸連續(xù)性一般，具一定前積反射結(jié)構(gòu)（表1）。舌形扇沉積在均方根振幅（RMS）屬性平面中可見清晰的“舌形”外貌（表1）。舌形扇GR曲線測井相特征表現(xiàn)為齒化箱形（圖4a），表明其由多期重力流事件累積形成。根據(jù)巖心觀察，單期重力流事件形成的沉積厚度可達1 m左右，兩期高密度重力流塊狀砂體以低密度濁流沉積分割，厚度一般為0.2 m左右，這也是箱形曲線齒化的主要原因。單組舌形扇砂體厚度可達40m以上（圖4a），是該類湖底扇沉積砂體發(fā)育和油氣富集的主要沉積相帶。

舌形扇主要發(fā)育于LDB構(gòu)造區(qū)，包括內(nèi)扇滑塌體、中扇舌形及外扇席狀砂亞相。辮狀河三角洲前緣沉積在外力作用下發(fā)生液化滑塌，在斜坡上首先形成滑塌沉積，其沉積物的主要特征是含有大量的漂浮泥礫及撕裂泥屑，塊狀砂巖內(nèi)部含有豐富的液化變形構(gòu)造?？逅w進一步液化形成高密度濁流，沿斜坡快速向下搬運形成長寬比較大的舌形扇沉積，其沉積物沉積構(gòu)造主要表現(xiàn)為缺乏牽引構(gòu)造的塊狀，內(nèi)部偶見漂浮泥礫及撕裂泥屑（圖2c）。剩余細粒物質(zhì)組成的濁流繼續(xù)向前在舌形扇前緣及側(cè)翼形成席狀砂沉積。

3.2 朵葉扇

分流河道的地震相特征表現(xiàn)為具一定外包絡(luò)形態(tài)的透鏡體，底蝕現(xiàn)象明顯，內(nèi)部表現(xiàn)為蠕蟲狀反射；朵葉體的地震反射特征表現(xiàn)為中頻、強振幅單軸反射，同相軸連續(xù)性很好；RMS屬性平面中可直觀看到大的朵狀外包絡(luò)形態(tài)（表1）。朵葉體測井曲線形態(tài)表現(xiàn)為指形和齒化漏斗形，表明其由多期決口小朵葉體復(fù)合形成，朵葉體砂體以湖相泥巖間隔，單組砂體厚度約4 m（圖4b）。

表1 遼東灣坳陷遼西凸起東斜坡東三層序（SQD3）中不同類型高密度濁積扇體對比Table 1 Comparative analysis of different types of high-density turbidite fans within SQD3 in the eastern slope zone of Liaoxi uplift，Liaodong Bay Depression

朵葉扇主要發(fā)育于JZA構(gòu)造區(qū)，包括內(nèi)扇主供給水道、中扇朵葉體和分流河道，以及外扇席狀砂。該類扇體相帶劃分類似于經(jīng)典海底扇模式，高密度濁流首先形成穩(wěn)定的主供給水道，沉積物以粗粒沉積物為主，也是主要的礫石沉積相帶。高密度濁流繼續(xù)向前搬運，分流河道增多，且在河道兩側(cè)堆積形成小朵葉體。隨著沉積物的增多，河道間的朵葉體逐漸堆積連接成片，形成復(fù)合的大型朵狀，分流河道和朵葉體沉積以中-細砂巖為主。低密度濁流在朵葉體的側(cè)緣和前緣形成薄層的席狀砂。

3.3 花瓣扇

瓣狀體地震反射特征表現(xiàn)為多組、中頻、強振幅、亞平行反射的同相軸，連續(xù)性一般，瓣狀體之間以低振幅泥巖為間隔（表1）。RMS屬性平面形態(tài)表現(xiàn)為“類朵狀”的瓣狀形態(tài)（表1）。瓣狀體測井相為齒化漏斗形（圖4c），與朵葉體類似。

花瓣扇主要發(fā)育于LDA構(gòu)造區(qū)，包括內(nèi)扇主供給水道、中扇瓣狀體和分流河道，以及外扇席狀砂。該類扇體屬于舌形扇與朵葉扇之間的過渡類型。瓣狀體是由于河道間堆積的小朵葉體未連接成片造成的，其沉積相帶特征與朵葉扇類似。沉積物粒度較朵葉扇要細一些，瓣狀體以細砂巖和粉砂巖為主（圖4c）。

3.4 河道扇

分流河道地震反射特征表現(xiàn)為中頻、強振幅有一定外包絡(luò)形態(tài)的透鏡體，內(nèi)部反射為同相軸連續(xù)一般、不平行的河道充填（表1）。RMS屬性可見長條狀河道形態(tài)和前端片狀席狀砂（表1）。分流河道沉積測井曲線表現(xiàn)為齒化箱形，早期河道沉積為粉砂質(zhì)泥巖，后期被中-細砂巖充填，單組河道充填砂巖厚度為20 m左右（圖4d）。

圖4 遼東灣坳陷遼西凸起東斜坡典型井東三層序（SQD3）測井相特征Fig.4 Logging facies characteristics of the SQD3 of typical wells in the eastern slope of Liaoxi uplift，Liaodong Bay Depression

河道扇主要發(fā)育于LDC構(gòu)造區(qū)，包括內(nèi)扇主供給水道、中扇分流水道，以及外扇席狀砂。辮狀河三角洲前緣垮塌形成的高密度濁流在斜坡上形成穩(wěn)定的主供給水道，早期為細粒沉積充填，后期被粗粒沉積充填。高密度濁流繼續(xù)搬運，水道輕微分叉形成分流水道，低密度濁流在分流水道末端沉積形成席狀砂。

4 主控因素

研究區(qū)發(fā)育非河道型（舌形、朵葉形、花瓣形）及河道型的湖底扇沉積，針對湖底扇形態(tài)的研究對重力流砂體的預(yù)測與刻畫具有重要的意義。綜合研究區(qū)構(gòu)造和沉積特征分析認(rèn)為，斜坡的坡度及樣式與物質(zhì)來源（三角洲前緣的含砂性）聯(lián)合控制了湖底扇的形態(tài)。

4.1 坡度

由于斷裂系統(tǒng)發(fā)育，斜坡地貌發(fā)生了顯著變化，造成LDB構(gòu)造區(qū)坡度較其他構(gòu)造區(qū)要大，坡度為2.3°（圖5b），富含砂質(zhì)的高密度濁流在沿斜坡向下搬運的過程中，由于搬運速度較快，沉積作用發(fā)生的時間也短，更易形成長寬比大的舌形扇沉積。LDA構(gòu)造區(qū)坡度為1.1°（圖5c），JZA構(gòu)造區(qū)坡度為0.8°（圖5d），當(dāng)坡度較緩時，富含砂質(zhì)的高密度濁流不僅向下搬運，同時也側(cè)向搬運堆積，更容易形成長寬比小的朵狀體?；謴?fù)斜坡區(qū)古地貌對坡度測量至關(guān)重要。研究區(qū)在古近紀(jì)受構(gòu)造活動影響，地貌起伏明顯，差異沉降特征顯著。對于東三層序（SQD3）不同體系域，采用斷裂活動分析和沉積厚度拾取并舉的方法，能夠很好還原層序地層沉積前的相對古地貌（圖5a，e）。坡度越陡，斜坡構(gòu)造越復(fù)雜，重力流流動的速度越快，越快地在坡腳發(fā)生堆積，越不容易形成穩(wěn)定的濁積水道，低密度的濁流繼續(xù)向前搬運，在更遠的位置沉積（圖6）。

圖5 遼東灣坳陷遼西凸起東斜坡東三層序（SQD3）湖侵和高位體系域古地貌特征Fig.5 Palaeogeomorphic maps of the lake transgressive systems tract（TST）and highstand systems tract（HST）in the SQD3 in the eastern slope of Liaoxi uplift，Liaodong Bay Depression

圖6 遼東灣坳陷遼西凸起東斜坡湖底扇沉積模式Fig.6 Sedimentary model for the sublacustrine fan in the eastern slope zone of Liaoxi uplift，Liaodong Bay Depression

4.2 物源（三角洲前緣）性質(zhì)

LDC構(gòu)造區(qū)高部位高位體系域沉積時期發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，底部發(fā)育一套泥質(zhì)粉砂巖的細粒沉積，上部發(fā)育中-細砂巖；斜坡區(qū)LDC-2井高位體系域發(fā)育湖底扇沉積，底部發(fā)育一套泥質(zhì)粉砂巖的濁積水道充填沉積，上部發(fā)育中-細砂巖。因此，早期富含泥質(zhì)的高密度濁流首先對斜坡底形進行改造，形成了穩(wěn)定、延伸較遠的濁積水道，后期富含砂質(zhì)的高密度濁流沿古濁積水道搬運沉積。LDC構(gòu)造區(qū)高位體系域沉積時期古地貌坡度與JZA構(gòu)造區(qū)湖侵體系域沉積時期古地貌坡度都為0.8°（圖5f），但物源富砂性的差異導(dǎo)致了湖底扇形態(tài)的迥異。JZA構(gòu)造區(qū)缺乏泥質(zhì)高密度濁流，因此湖底扇表現(xiàn)為朵葉狀外形。含砂率越低，重力流對斜坡底形的侵蝕能力越強，越容易形成穩(wěn)定的濁積水道。含砂率越高，重力流對堤岸系統(tǒng)的破壞能力越強，越容易發(fā)生分叉改道，并促進朵葉體的發(fā)育，形成連片的砂體（圖6）。

因此復(fù)雜斜坡結(jié)合富砂物源，易形成非水道化的舌形扇；簡單斜坡結(jié)合富砂物源，易形成朵葉扇；簡單斜坡結(jié)合中等富砂物源，易形成過渡型花瓣扇；簡單斜坡結(jié)合貧砂物源，易形成水道化湖底扇。

5 結(jié)論

1）遼西凸起東部緩坡帶（遼中凹陷西斜坡）東三層序（SQD3）層序沉積時期發(fā)育高密度濁流性質(zhì)的重力流沉積，沉積物分選較好，繼承了三角洲前緣較高的結(jié)構(gòu)成熟度。

2）遼西凸起東部緩坡帶湖底扇沉積主要發(fā)育于東三層序（SQD3）湖侵體系域內(nèi)，隨著相對湖平面的上升，物源供給充足的辮狀河三角洲前緣沉積超覆于遼西凸起（水下）及斜坡近端，斜坡帶斷裂活動容易造成辮狀河三角洲前緣砂體垮塌，形成重力流。

3）遼西凸起東部緩坡帶湖底扇沉積形態(tài)有4種類型：長舌形、朵葉狀、瓣狀及河道型。斜坡坡度及物源（三角洲前緣）富砂性控制了湖底扇的形態(tài)。坡度越陡，扇體的長寬比越大，湖底扇表現(xiàn)為長舌形；坡度越緩，湖底扇表現(xiàn)為朵葉形。物源（三角洲前緣）富砂程度越高，河道的穩(wěn)定性越差，越容易形成朵葉體；而泥質(zhì)含量越高，河道越長越穩(wěn)定。