隋立偉，楊文璐，2，李軍輝，樊曉東，姜洪福，文 全，張大智，袁 勇

（1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712；2.黑龍江省油層物理與滲流力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163712；3.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司國際勘探開發(fā)公司，黑龍江大慶 163153）

0 引言

灘壩沉積是濱淺湖環(huán)境下的典型沉積類型［1-2］。灘多以席狀分布，沉積厚度小，粒度小，巖性多以粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，儲集物性相對較差。壩分為礫質(zhì)壩和砂質(zhì)壩，沉積厚度大，儲集物性好。對于灘壩砂體眾多學(xué)者已進(jìn)行了大量研究，并取得了豐碩成果。國外地質(zhì)學(xué)者［3-5］以現(xiàn)代海岸或湖岸沉積的灘壩以及野外灘壩為對象研究了灘壩沉積與油氣的關(guān)系。朱筱敏等［6］通過大量井震及室內(nèi)資料分析，將灘壩分為砂質(zhì)灘壩和生物粒屑灘壩，并依據(jù)灘壩的沉積特征和分布位置，建立了湖岸線拐彎處灘壩、水下古隆起處灘壩、開闊淺湖灘壩和短軸三角洲側(cè)緣灘壩等4 種灘壩沉積模式。周麗清等［7］對陸相灘壩的沉積特征和儲層物性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為灘壩砂巖原生孔隙和次生孔隙均發(fā)育且滲透率高，是良好的油氣儲集體。宋春輝等［8］以青海湖現(xiàn)代濱岸沉積為對象，劃分出沿岸礫沙壩、泥坪、沙灘、礫石灘、潟湖和水下風(fēng)砂堆積6 個(gè)微相，并認(rèn)為不同的地形條件及風(fēng)力作用對灘壩的形成具有控制作用。陳世悅等［9］、操應(yīng)長等［10］、李國斌［11］根據(jù)巖心、錄井、測井等資料對濱淺湖中灘壩砂體的沉積構(gòu)造、沉積特征、空間分布和組合模式進(jìn)行了系統(tǒng)研究，明確了灘壩的沉積環(huán)境為構(gòu)造運(yùn)動平緩的淺水環(huán)境，并認(rèn)為灘壩的形成是受物源供給和氣候條件控制［9-11］。鄧宏文等［12］指出受盆地地貌背景影響，不同盆地內(nèi)的灘壩砂體沉積特征與分布規(guī)律存在明顯差異，將陸源碎屑灘壩砂體的成因劃分為開闊湖盆緩坡型灘壩、水下潛山臺地型灘壩和潛山凸起周緣型灘壩等3 種成因模式。上述學(xué)者主要針對凹陷內(nèi)部灘壩砂體的沉積特征、地球物理特征、分布規(guī)律、沉積模式等方面作了研究，而對于復(fù)雜斷陷湖盆灘壩儲集體的研究相對較少。

圍繞塔南凹陷灘壩砂體的成因機(jī)制、組合類型及成藏特征，依據(jù)井震資料，綜合運(yùn)用石油地質(zhì)學(xué)等方法，對銅缽廟組灘壩砂的沉積特征、分布規(guī)律、成藏模式及富集特征進(jìn)行研究，以期為塔南油田精細(xì)勘探開發(fā)提供一定理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

塔南凹陷位于海塔盆地中央坳陷帶的最南端，是中部坳陷帶埋藏最深的凹陷，油氣資源豐富。隨著勘探開發(fā)的不斷進(jìn)行，滾動勘探越發(fā)困難，勘探目標(biāo)由常規(guī)的構(gòu)造油藏逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡[蔽油藏，研究區(qū)內(nèi)灘壩砂體發(fā)育且物性較好，是良好的油氣儲集體，因此優(yōu)質(zhì)灘壩成為研究區(qū)的有利勘探目標(biāo)。

塔南凹陷屬于小型斷陷湖盆，斷裂體系發(fā)育，油氣分布規(guī)律復(fù)雜，平面上具有隆凹相間的構(gòu)造格局，可劃分為7 個(gè)次級構(gòu)造單元，分別為西部斜坡帶、西部次凹、西部潛山斷裂帶、中部次凹、中部潛山斷裂帶、東部次凹和東部斷鼻構(gòu)造帶（圖1a）［13］。根據(jù)區(qū)域性不整合將塔南凹陷白堊系地層自下而上劃分為銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組和青元崗組，烴源巖層和儲集層主要發(fā)育在下白堊統(tǒng)［14-16］。銅缽廟組發(fā)育2 個(gè)三級層序，地層厚度約400 m，為主要的儲集層；南屯組發(fā)育1個(gè)三級層序，地層厚度約200 m，為塔南凹陷最主要的烴源巖層；大磨拐河組發(fā)育1 個(gè)三級層序，地層厚度約500 m，具有區(qū)域性蓋層的作用；伊敏組發(fā)育3 個(gè)三級層序，地層厚度約1 200 m；青元崗組為泛濫平原沉積，地層厚度約300 m。大磨拐河組、南屯組和銅缽組廟均有油層發(fā)育，其中銅缽廟組為研究區(qū)最重要的目的層系，探明地質(zhì)儲量占總探明地質(zhì)儲量的70%（圖1b）。

圖1 塔南凹陷構(gòu)造單元劃分（a）及白堊系巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Structural unit division of Tanan Sag（a）and stratigraphic column of Cretaceous（b）

塔南凹陷經(jīng)歷了斷陷期、斷坳轉(zhuǎn)換期、坳陷期、構(gòu)造反轉(zhuǎn)期等多個(gè)構(gòu)造演化階段，斷裂體系復(fù)雜，斷裂的主要活動時(shí)期為銅缽廟組、南屯組和伊敏組沉積末期。研究區(qū)共發(fā)育6 種類型的斷層：Ⅰ型斷層主要發(fā)育于銅缽廟組—南屯組沉積時(shí)期，此時(shí)塔南凹陷處于斷陷期，應(yīng)力場為北西—南東向的拉張應(yīng)力場。Ⅱ型斷層主要發(fā)育于大磨拐河組—伊敏組一段沉積期，此時(shí)塔南凹陷處于斷坳轉(zhuǎn)換期，應(yīng)力場為東西向的拉張應(yīng)力場。Ⅲ型斷層主要發(fā)育于伊敏組末期—青元崗組持續(xù)活動時(shí)期，該時(shí)期塔南凹陷處于坳陷期，在伊敏組沉積末期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)變形，應(yīng)力場為東西向擠壓應(yīng)力場。Ⅳ型斷層是銅缽廟組—伊敏組一段沉積時(shí)期持續(xù)活動的斷層。Ⅴ型斷層是大磨拐河組—青元崗組沉積時(shí)期持續(xù)活動的斷層。Ⅵ型斷層為凹陷的控陷斷層，自凹陷形成以來，具有持續(xù)活動的特征（圖2）。塔南凹陷油氣成藏期主要為伊敏組沉積末期，該時(shí)期發(fā)生構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)，斷層活動強(qiáng)烈，烴源巖大規(guī)模排烴，斷層作為主要的油氣運(yùn)移通道，通過Ⅳ型、Ⅵ型斷層運(yùn)移至儲集層中。

圖2 塔南凹陷典型剖面及斷裂系統(tǒng)劃分Fig.2 Typical section and fault system division of Tanan Sag

2 灘壩沉積特征

2.1 沉積體系

塔南凹陷銅缽廟組沉積時(shí)期的古地貌表現(xiàn)為“東陡西緩、南低北高”的特征［17-18］。該時(shí)期沉積體系分布規(guī)律主要受古地貌和古氣候影響，通過巖心、測井資料分析認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育沖積扇、扇三角洲、近岸水下扇和湖相等沉積體系（圖3）。

圖3 塔南凹陷銅白堊系缽廟組沉積相發(fā)育特征Fig.3 Sedimentary facies development characteristics of Cretaceous Tongbomiao Formation in Tanan Sag

沖積扇：取心井19-58 井位于近物源區(qū)西部斜坡帶。巖性主要為棕（雜）色砂礫巖，自然伽馬（GR）與電阻率測井曲線（RLLD）組合表現(xiàn)為箱形、鐘形組合，曲線平直，識別標(biāo)志為近物源的斜坡帶，水動力條件為牽引流。

扇三角洲：①取心井19-38 井位于近物源區(qū)西部斜坡帶。巖性為雜色砂礫巖，GR與RLLD測井曲線組合表現(xiàn)為箱形，曲線平直，識別標(biāo)志為近物源的斜坡帶，水動力條件為牽引流。②取心井19-7-1井位于近物源區(qū)東部斷鼻構(gòu)造帶。巖性為灰色砂礫巖，GR與RLLD測井曲線組合表現(xiàn)為箱形，曲線平直，識別標(biāo)志為近物源的斜坡帶，水動力條件以牽引流為主兼重力流。③取心井19-41 井位于近物源區(qū)西部斜坡帶。亞相類型為扇三角洲前緣，微相為礫質(zhì)灘壩，巖性為灰色砂礫巖，礫石扁平排列與雜亂排列交互出現(xiàn)，兼具灘壩和扇三角洲特征，風(fēng)浪淘洗作用強(qiáng)，雜基含量少，表明西部斜坡帶扇三角洲入湖后，受風(fēng)浪改造作用，在前緣位置形成灘壩沉積。識別標(biāo)志為近物源的迎風(fēng)緩坡帶，水動力條件以牽引流為主兼湖流、環(huán)流。

近岸水下扇：取心井19-46-1 井位于近物源區(qū)西部次凹。亞相類型為中扇，微相為主溝道，巖性為深灰色含礫粗砂巖，礫石雜亂排列，雜基含量高，礫石磨圓度、分選性均差。GR與RLLD測井曲線組合表現(xiàn)為鐘形，識別標(biāo)志為近物源的陡坡帶，水動力條件以牽引流為主兼重力流。

湖相：①取心井19-48 井位于遠(yuǎn)離物源區(qū)的西部斜坡帶。亞相類型為濱岸，微相為砂質(zhì)灘壩，巖性為淺灰色中砂巖，平行層理，低角度沖洗層理，中部有生物擾動，向上變粗。GR與RLLD測井曲線組合表現(xiàn)為多期小型正反旋回組成的箱形，識別標(biāo)志為近物源的緩坡帶與遠(yuǎn)離物源區(qū)的水下隆起帶，水動力條件以波浪為主兼湖流、環(huán)流。②取心井19-94井位于遠(yuǎn)離物源區(qū)的西部次凹。亞相為淺湖，微相為湖泥，巖性為粉砂質(zhì)泥巖，丘洼狀交錯層理、平行層理。GR與RLLD測井曲線組合表現(xiàn)為漏斗形曲線組合，識別標(biāo)志為遠(yuǎn)物源，洼陷中心為靜水沉積。

2.2 灘壩砂發(fā)育特征

根據(jù)塔南凹陷巖心及測井資料分析灘壩砂的沉積特征，通過對比巖性特征、沉積構(gòu)造、水體能量、砂體厚度以及GR和RLLD測井曲線的組合形態(tài)，將灘壩砂體劃分為壩砂和灘砂，并識別出壩主體、壩側(cè)緣、灘脊和灘席等4 種沉積結(jié)構(gòu)單元（表1）。

（1）壩砂可劃分為壩主體和壩側(cè)緣。壩主體是油氣最重要的儲集體，測井GR曲線呈鐘形或箱形，巖性以中砂巖、細(xì)砂巖為主，沉積構(gòu)造常見低角度交錯層理，浪成交錯層理，可見生物潛穴，潛穴方向以垂直、傾斜為主，水體能量較強(qiáng)，垂向上單砂體發(fā)育較少但沉積厚度大（4～20 m），壩主體厚度達(dá)10 m 左右（圖4a）。壩側(cè)緣，測井GR曲線呈漏斗形，巖性為細(xì)砂巖和粉砂巖，沉積構(gòu)造常見浪成交錯層理、波狀層理、可見生物潛穴，潛穴方向以垂直為主，水體能量低于壩主體沉積時(shí)期的水體能量，垂向上單砂體沉積厚度為2～8 m，壩側(cè)緣厚度達(dá)5 m 左右（表1）。平面上壩砂的展布形態(tài)呈條帶狀、土豆?fàn)?，往往以?shù)排并列形式與湖岸線平行分布。

表1 塔南凹陷白堊系銅缽廟組灘壩砂體微相特征Table 1 Microfacies characteristics of beach bar sand bodies of Cretaceous Tongbomiao Formation in Tanan Sag

（2）灘砂可劃分為灘脊和灘席。灘脊測井GR曲線呈箱形，巖性多為粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖（圖4b），沉積構(gòu)造常見浪成交錯層理、波狀層理，可見生物擾動構(gòu)造發(fā)育，水體能量中等—強(qiáng)。垂向上，粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖頻繁交互，砂巖層數(shù)多，但單層厚度較?。?～4 m），灘脊厚度達(dá)2 m 左右。灘席測井GR曲線呈漏斗形，巖性以粉砂質(zhì)泥巖為主，常見波狀層理，生物擾動構(gòu)造發(fā)育，水體能量弱—中等，垂向上單層厚度一般為1～6 m，灘席厚度達(dá)3 m 左右（表1）。整體上，灘脊物性好于灘席，因此灘脊也可作為油氣的儲集體。平面上灘砂多平行于湖岸線，呈席狀分布，延伸距離遠(yuǎn)，沉積范圍較廣。

圖4 塔南凹陷白堊系銅缽廟組壩砂（a）和灘砂（b）沉積特征Fig.4 Sedimentary characteristics of bar sand（a）and beach sand（b）of Cretaceous Tongbomiao Formation in Tanan Sag

2.3 灘壩砂沉積相組合

對塔南凹陷沉積相進(jìn)行分析，認(rèn)為凹陷西側(cè)緩坡帶主要發(fā)育沖積扇和扇三角洲，東側(cè)陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲，凹陷北側(cè)地勢較高，主要為剝蝕區(qū)，發(fā)育短軸扇三角洲，凹陷南側(cè)地勢較低，主要為近岸水下扇沉積。塔南凹陷發(fā)育灘壩共生、有灘無壩以及有壩無灘等3種沉積相組合樣式（圖5、圖6）。

圖5 塔南凹陷白堊系銅缽廟組沉積體系分布特征Fig.5 Distribution characteristics of sedimentary system of Cretaceous Tongbomiao Formation in Tanan Sag

圖6 塔南凹陷白堊系銅缽廟組連井剖面Fig.6 Well-tie section of Cretaceous Tongbomiao Formation in Tanan Sag

（1）灘壩共生發(fā)育于地形相對平緩、開闊的濱淺湖區(qū)浪基面之上。壩砂沉積平行于湖岸線，灘砂則分布于壩砂兩側(cè)。塔南凹陷西部次凹，地形平緩，沉積物巖性主要為棕黃色粗砂巖，礫石定向排列，為淺水沉積環(huán)境。受北東向季風(fēng)影響，西部緩坡為迎風(fēng)體系，坡緩水淺，水體能量強(qiáng)，對扇三角洲沉積體系的改造作用較強(qiáng)，從而形成浪控扇三角洲和灘壩共生的沉積組合。灘壩共生沉積組合發(fā)育在湖凸岸及扇三角洲側(cè)緣。

（2）有灘無壩發(fā)育于開闊的、單一陡坡的濱淺湖地帶。由于不存在微地貌高地和相對頻繁的水平面升降，碎屑顆粒不能在同一區(qū)域長時(shí)間穩(wěn)定堆積，沉積物主要為薄層灘砂與泥巖互層。塔南凹陷東部次凹受斷裂控制，形成陡而深的洼槽，巖性以深灰色中細(xì)砂巖和暗色泥巖為主，礫石雜亂排列并快速堆積，為深水沉積環(huán)境且處于背風(fēng)體系，波浪作用較弱。受古地貌特征、水動力條件及水體能量等的影響，東部次凹多發(fā)育灘砂，而壩砂相對不發(fā)育，灘砂在扇三角洲側(cè)緣及湖岸線的凹岸處相對發(fā)育，且上下均被泥巖包裹，表現(xiàn)為有灘無壩的沉積組合。

（3）有壩無灘發(fā)育于高能湖岸環(huán)境、河流三角洲沉積體側(cè)緣以及水下隆起帶之上，沉積物為壩砂與泥巖互層，單層厚度較大。塔南凹陷中部潛山斷裂帶是受斷裂活動控制而形成的水下隆起帶，地形坡度大，沉積不穩(wěn)定，波浪在傳播過程中攜帶碎屑顆粒且在水下隆起帶附近觸及水底，發(fā)生遇淺變形，較粗的碎屑顆粒沉積形成壩砂，呈現(xiàn)出水下隆起帶控制的有壩無灘沉積組合。

3 控制因素

灘壩砂巖沉積受古地貌、古風(fēng)向（形成波浪、湖流）和古水深等因素的影響［19-22］（圖7）。

圖7 塔南凹陷白堊系銅缽廟組灘壩分布特征Fig.7 Distribution characteristics of beach bar of Cretaceous Tongbomiao Formation in Tanan Sag

（1）古地貌控富集。古地貌發(fā)育特征對沉積體系的分布具有控制作用，河流進(jìn)入湖盆形成三角洲或扇三角洲。沉積體系向盆內(nèi)的推進(jìn)距離受古地形影響較大，地形越平緩，三角洲體系向盆內(nèi)推進(jìn)的距離越長［23-25］。塔南凹陷扇三角洲沉積后水體在風(fēng)場的作用下形成湖岸環(huán)流，“凹剝凸補(bǔ)”形成沿湖岸線分布的灘壩沉積。波浪遇到水下隆起帶，水動力變?nèi)?，水體卸載粗粒碎屑物形成水下古隆起控制的灘壩沉積。

（2）古風(fēng)向控展布。在塔南凹陷的研究中，古風(fēng)向?qū)纬练e體系的研究具有重要意義，灘壩的展布方向與古風(fēng)向一致，古風(fēng)場是灘壩形成的重要動力來源［26-28］。塔南凹陷銅缽廟組沉積時(shí)期，風(fēng)向主要為北東向，湖水在古風(fēng)場控制下形成沿岸流，對扇三角洲前緣進(jìn)行改造形成灘壩。壩體在平面上主要呈北東向條帶狀展布，灘體主要呈北東向席狀展布。陡坡遮擋下的背風(fēng)體系很難形成灘壩沉積，主要為近岸水下扇和扇三角洲沉積。

（3）古水深控規(guī)模。古水深對灘壩砂體的物性及其厚度具有重要控制作用［29］。塔南凹陷西部緩坡帶，古水體相對較淺，由于距離物源區(qū)較近，物源供給充足，沉積物粒度相對較大，巖性以灰白色中、細(xì)砂巖為主，沉積厚度大、發(fā)育物性較好的壩砂和灘砂。水下中央隆起帶多為淺水沉積，由于距離物源區(qū)較遠(yuǎn)，沉積物粒度較小，主要為細(xì)砂巖的壩砂沉積，物性相對較好，但沉積厚度小于緩坡帶灘壩沉積厚度。東部陡坡帶，水體最深，沉積物主要為灰黑色泥巖，夾雜砂礫巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，僅在邊界斷層轉(zhuǎn)換帶或湖的凹岸區(qū)域發(fā)育細(xì)粒的灘砂沉積。

4 成藏模式

塔南凹陷南屯組一段及銅缽廟組下部暗色湖相泥巖均可作為烴源巖層段，是銅缽廟組主要油氣來源［30-32］。在對銅缽廟組現(xiàn)有油藏解剖的基礎(chǔ)上，結(jié)合井震資料分析認(rèn)為灘壩砂巖形成的油藏主要是受油源斷裂和源內(nèi)超壓等因素控制，可分為源內(nèi)發(fā)育的“源儲共生”內(nèi)部成藏型、源外發(fā)育的“源儲對接”側(cè)向成藏型2 種成藏模式（圖8）。

圖8 塔南凹陷灘壩成藏模式Fig.8 Hydrocarbon accumulation model of beach bar in Tanan Sag

（1）“源儲共生”內(nèi)部成藏

該類油藏主要發(fā)育在近源洼槽的斜坡中部，處于破浪帶，發(fā)育高能型灘壩，地層壓力處于高壓區(qū)與低壓區(qū)的過渡帶，巖性組合為砂泥薄互層，油藏類型為巖性油藏。塔南凹陷在伊敏組沉積末期，烴源巖大量排烴，流體具有一定的負(fù)壓性質(zhì)，抵消了部分壓實(shí)作用，較好地保護(hù)了內(nèi)部沉積的灘壩砂巖孔隙結(jié)構(gòu)，形成“源儲共生”的組合模式，油氣通過源儲接觸面，在毛細(xì)管壓力作用下，在儲層中富集成藏，直至源儲之間的壓力平衡為止，形成“源儲共生”的巖性油藏（如19-83井）。

（2）“源儲對接”側(cè)向成藏

該類油藏發(fā)育在構(gòu)造活動較強(qiáng)的斜坡帶，扇三角洲入湖后，湖水在風(fēng)場的作用下對扇三角洲沉積體進(jìn)行改造，形成灘壩沉積，巖性組合為厚層砂與厚層泥互層，油藏類型為構(gòu)造巖性油藏。塔南凹陷在銅缽廟組沉積末期，受構(gòu)造活動影響，在西部緩坡帶形成一系列的反向斷層且上盤下降，形成局部的可容納空間，沉積優(yōu)質(zhì)烴源巖。斷層上盤烴源巖與下盤灘壩砂形成“源儲對接”組合模式，在油氣成藏期，斷層再次活動成為油氣的運(yùn)移通道，形成“源儲對接”的構(gòu)造巖性油藏（如19-17井）。

5 結(jié)論

（1）依據(jù)巖性及沉積構(gòu)造特征可將塔南凹陷白堊系銅缽廟組灘壩微相劃分為灘砂和壩砂，并發(fā)育3 種灘壩沉積組合樣式。塔南凹陷西部緩坡帶發(fā)育灘壩共生沉積組合，東部陡坡帶和湖岸線凹岸發(fā)育有灘無壩沉積組合，水下古隆起和湖岸線凸岸發(fā)育有壩無灘沉積組合。

（2）塔南凹陷白堊系銅缽廟組灘壩發(fā)育及展布特征受古地貌、古水深和古風(fēng)向共同控制。斜坡帶和水下隆起帶控制灘壩沉積范圍，北東向古風(fēng)場控制灘壩沿湖岸線呈北東向展布，東、西部次凹的古水深差異控制了灘壩的沉積物性及其厚度。

（3）塔南凹陷白堊系銅缽廟組發(fā)育“源儲共生”內(nèi)部成藏和“源儲對接”側(cè)向成藏2 種灘壩成藏模式，其中“源儲共生”內(nèi)部成藏為巖性油藏，主要發(fā)育在東部次凹的近源洼槽帶，潛力區(qū)在近源洼槽；“源儲對接”側(cè)向成藏為構(gòu)造巖性油藏，主要發(fā)育在西部斜坡帶，潛力區(qū)在反向斷階帶。