東營凹陷坡移扇形成機制與分布規律

陳 杰，于正軍，韓宏偉，王偉鋒，朱傳華

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257100；2.中國石油大學，山東 青島 257061)

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東營凹陷坡移扇形成機制與分布規律

陳 杰1，于正軍1，韓宏偉1，王偉鋒2，朱傳華2

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257100；2.中國石油大學，山東 青島 257061)

東營凹陷牛莊洼陷南緣沙三中段的三角洲前緣斜坡帶發育事件型沉積(俗稱“坡移扇”)。在鉆井、測井、錄井及化驗數據分析的基礎上，利用巖心描述、野外觀察及水槽模擬實驗方法，明確了坡移扇的基本識別特征、形成機制和分布規律，并初步厘定了坡移扇的概念。研究表明：坡移扇發育在三角洲前緣砂體前積層內，主要存在厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種類型；坡移扇存在滑動、滑塌和碎屑流3種搬運類型，存在地震、波浪侵蝕和水平面快速下降3種觸發機制；坡移扇規模除與固結程度呈負相關之外，與地震強度、斜坡傾角、水流量和水平面變化等因素均具有較好的正相關性；滑動、滑塌與碎屑流3種類型在斜坡帶不同角度范圍內發育，且可依次轉化，滑塌與碎屑流2種類型后期保存較多。

三角洲前緣；水槽實驗；事件型沉積；坡移扇；牛莊洼陷；東營凹陷

0 引 言

東營凹陷牛莊洼陷南緣在沙三中段發育東營三角洲，其傳統儲集層類型主要為三角洲前緣河口壩、水下分流河道以及湖相濁積巖3種類型(圖1)。近年來，隨著巖性油藏勘探的深入，由河口壩等正常沉積砂體發生脫離而在前緣斜坡帶上形成的事件型沉積逐漸引起了勘探人員的注意。由于以往未作為主力儲層類型進行勘探，該沉積類型的研究工作相對較少，須通過明確形成機制和分布規律，為其成藏條件評價奠定基礎。

圖1 研究區位置及前緣斜坡事件型沉積搬運機制及立體分布模式

勝利油田油氣勘探人員對于這種因三角洲前緣砂體發生脫離而主要在前緣斜坡帶內發生再搬運和再沉積的、不同于濁積巖的沉積類型稱之為“坡移扇”。此次研究過程中，借用了“坡移扇”名稱對研究目標進行代指。

1 坡移扇基本識別特征

根據對N100、N119和N116等43口井坡移扇段的分析結果，對坡移扇的巖石學和測井曲線響應特征進行了初步總結。

1.1 巖石學特征

1.1.1 巖性特征

坡移扇段厚度變化范圍為8～30 m，平均厚度為15 m左右，表現為砂巖和泥巖的組合，主要為厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種組合類型。坡移扇的砂巖段，其顏色變化不大，主要為淺灰色；巖性變化較大，包括粉砂巖、細砂巖、含礫細砂巖及含礫中砂巖等多種類型，其中以粉砂巖和細砂巖為主。坡移扇的泥巖段的顏色跨度較大，從灰色至暗紅色，體現了半氧化—半還原的沉積環境。

1.1.2 粒度分析

坡移扇粒度測試結果主要表現為三段式、兩段式和兩跳一懸式3種樣式，具有明顯的前緣砂體繼承特征，且與懸浮次總體占明顯優勢的濁積巖差別明顯。

1.1.3 礦物組成特征

全巖礦物X衍射實驗分析統計結果顯示，坡移扇砂巖段的礦物組成為石英(64%)、斜長石(14%)、鉀長石(9%)、黏土礦物(8%)、白云石(4%)及方解石(1%)，整體上以石英、斜長石和鉀長石為主，成分成熟度較高。

1.2 測井曲線特征

對應厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種組合類型，坡移扇自然電位曲線響應特征主要表現出漏斗形、箱形、箱形—漏斗形及指形—漏斗形4種類型；而漏斗形坡移扇段的反旋回特征體現了對前緣砂體明顯的繼承性。

2 坡移扇形成機制研究

2.1 搬運機制

2.1.1 巖心描述研究

根據對W107、N116和W100等7口井巖心描述結果的分析發現，研究區坡移扇可以見到滑塌和碎屑流2種搬運機制[1]。

滑塌作用識別標志表現為不同程度的滑塌變形構造，碎屑流作用識別標志主要有單期及多期碎屑流中的漂礫定向構造、砂質碎屑流擠入構造。此外，重荷模構造、砂枕構造、火焰構造及液化構造等同生變形的普遍發育，充分說明了坡移扇沉積的事件型特征(圖2)。

圖2 滑塌變形構造

2.1.2 野外露頭研究

選取青島市靈山島白堊系萊陽組進行三角洲前緣亞相露頭觀察[2-3]，識別出前緣斜坡存在較多的滑動及滑塌沉積構造現象(圖2)。結合前人研究結果[4]，推斷研究區坡移扇應存在除滑塌、碎屑流之外的第3種搬運作用機制——滑動作用。

2.1.3 水槽模擬實驗研究

以實鉆井巖性數據和水深數據為參考，按比例完成了坡移扇形成的水槽模擬實驗[5]。實驗結果表明，前緣斜坡帶由近至遠可以依次發育并保存滑動、滑塌以及碎屑流3種搬運機制坡移扇類型。結合前人對三角洲的認識[6-9]，認為該3種類型的坡移扇與前緣和濁積巖一起，可形成三角洲前緣—滑動性坡移扇—滑塌型坡移扇—碎屑流型坡移扇—坡移濁積巖—遠源濁積巖沉積序列。

2.2 觸發機制

水槽實驗依據需要分別設計了大型水槽和小型水槽2種實驗儀器，其中大型水槽實驗主要用于坡移扇形成機制和形成模式的研究，而小型水槽設備則主要用于坡移扇觸發機制與多種因素對坡移扇形成和分布定量控制作用等方面的研究。

針對三角洲為物源的事件型沉積，前人研究較多的是濁積巖類型，包括利用水槽實驗模擬濁積巖的觸發機制和分布特征[6-10]。針對坡移扇類型形成過程，主要設計并研究了地震作用、波浪侵蝕作用以及水平面下降作用3種觸發機制對坡移扇形成的影響。

2.2.1 地震作用

實驗采用小型朵葉體模擬三角洲前緣砂體，震點在圖片右方(圖3a)。實驗表明，在模擬地震作用下，當震動達到一定強度時，朵葉體前端砂體會發生脫離形成坡移扇，震動越強烈，坡移扇與母砂分離越徹底。

圖3 不同觸發機制模擬下坡移扇分布特征

2.2.2 波浪侵蝕作用

實驗發現，當波浪侵蝕作用較弱時，朵葉體前端多表現為席狀擴散而不會發生脫離，只有當波浪作用強烈時(湖嘯)，才會發生砂體脫離形成坡移扇。

2.2.3 水平面下降作用

為便于實驗操作，實驗模擬使用了2個水槽，在小水槽中使用彩砂模擬多個期次，并將小水槽斜插入大水槽中。實驗結果同波浪侵蝕模擬實驗類似，當水平面下降作用緩慢時，不易形成砂體脫離；當水平面快速下降時，前緣砂體才會由于浮力突然減小而發生脫離形成坡移扇。實驗中，坡移扇的形成通常會伴隨前緣砂體小斷裂的出現，且這種情況下形成的坡移扇通常與母砂體相連通(圖3b)。

2.3 形成模式

母砂固結程度是影響脫離的重要因素。當超過脫離臨界點時，相同固結程度的砂體容易同時發生大面積脫離。結合水槽模擬實驗結果，總結了坡移扇的3種形成過程演化模式，分別是縱向后退擴展型、橫向擴展型和隨機擴展型(圖4)?？v向后退擴展型是指形成砂體脫離的破碎帶向物源方向不斷擴大，其主要是由前緣砂體(母砂)橫向固結程度差異較大引起；橫向擴展型是指坡移扇沿著母砂前邊界橫向形成并擴展，其多由母砂縱向固結程度差異較大引起；隨機擴展型是指坡移扇形成演化不遵循一定規律，多由母砂固結程度非均質性較大引起。

圖4 坡移扇形成過程演化模式

3 坡移扇分布規律研究

3.1 影響因素定量分析

主要依據小型水槽實驗結果，對地震強度(震動頻率)、母砂固結程度(含水率)、斜坡傾角、水流量和水面升降等5個影響因素對坡移扇分布的影響進行了分析，針對每種影響因素至少得到3組數據(表1)。數據顯示，除坡移扇厚度與固結程度呈負相關之外；坡移扇規模與地震強度、母砂固結程度和斜坡傾角等因素均具有較好的正相關性。由此可知，坡移扇的形成和分布應該是以上多種因素綜合影響的結果，在具體情況下，每種因素都可能對坡移扇的形成與分布起到決定性的作用。

3.2 分布模式

3.2.1 剖面模式

三角洲前緣斜坡上可以依次完整地發育滑動、滑塌以及碎屑流3種事件型沉積類型，分別發育在不同斜坡角度發育范圍，且可以依次轉化(圖1)?；瑒有推乱粕戎饕l育在斜坡上部，現今保存斜坡傾角一般大于9 °，原生發育角度一般大于15 °(壓

表1 坡移扇分布控制因素定量分析統計

實恢復后)；滑塌型坡移扇主要發育在斜坡中部，現今保存斜坡傾角一般為5～9 °，原生發育角度為7～15 °，可由母砂直接形成，也可由單個或多個不穩定滑動型砂體演化形成，厚度相對較大；碎屑流型坡移扇主要發育在斜坡下部，現今保存的斜坡傾角一般為1～5 °，原生發育角度為1～7 °，在固結程度較弱或震動強度較大時，母砂可以不經歷滑動和滑塌過程而直接形成碎屑流型坡移扇，但由于搬運距離較遠，該類型厚度一般較小。

3.2.2 平面模式

坡移扇平面分布模式主要表現的是對坡移扇現今保存狀態的認識(圖5)：滑動型坡移扇多呈土豆形平行湖岸分布，因與母砂距離最近，其勢能較大，不易保存；滑塌型坡移扇多呈條帶狀垂直湖岸分布，發育坡度適中，較易保存；碎屑流型坡移扇多呈舌狀垂直湖岸分布，因發育位置勢能最小，容易保存。

3.2.3 立體模式

空間上，坡移扇發育在三角洲前緣的斜坡帶內(圖1)，位于濁積巖沉積之前，滑動、滑塌、碎屑流及濁流4種搬運機制可以依次演化而成。結合前面3種演化模式的形成過程，推斷坡移扇不僅可以在三角洲前緣環境發育，也可以在扇三角洲等其他淺水斜坡發育，其發育情況受角度控制。當原始沉積斜坡為1～15 °時，易形成坡移扇；而角度過大，砂體脫離后動能較大，難以在斜坡保存，多進入深水形成濁積。

圖5 坡移扇平面分布模式

4 結 論

(1) 坡移扇發育位置介于前緣砂體與濁積巖之間，成分成熟度較高，其巖性組合主要存在厚砂薄泥、砂泥互層和厚泥薄砂3種類型，粒度特征主要表現為三段式、兩段式和兩跳一懸式3種樣式，自然電位曲線主要有漏斗形、箱形、箱形—漏斗形及指形—漏斗形4種類型。

(2) 坡移扇存在滑動、滑塌與碎屑流3種搬運類型，存在地震、波浪侵蝕和水平面快速下降3種觸發機制，存在縱向后退擴展型、橫向擴展型和隨機擴展型3種形成過程演化模式，沿物源方向可以依次發育三角洲前緣—滑動性坡移扇—滑塌型坡移扇—碎屑流型坡移扇—坡移濁積巖—遠源濁積巖的沉積序列。

(3) 坡移扇的形成分布是地震強度、母砂固結程度和斜坡傾角等多個因素綜合影響的結果，在具體情況下，每種因素都可能對坡移扇的形成分布起到決定性作用。

(4) 推斷三角洲和扇三角洲前緣斜坡均可形成坡移扇，不同斜坡角度范圍分別發育滑動、滑塌與碎屑流3種搬運機制，且可依次轉化，滑塌與碎屑流2種類型坡移扇保存較多。

(5) 初步厘定了坡移扇概念：在構造緩坡帶上，淺水區各類砂體(主要為三角洲和扇三角洲前緣)，在構造活動、波浪侵蝕或水平面快速下降等突發因素影響下，其部分砂體脫離母體后因在前緣斜坡帶內發生了短距離再搬運而形成的一種事件性沉積。需要說明的是，坡移扇砂體不一定表現為“扇”的形狀，一定程度上也可以稱之為“坡移巖”。

[1] Shanmugam G.深水砂體成因研究新進展[J].石油勘探與開發，2013，40(3)：294-301.

[2] 呂洪波，王俊，張海春.山東靈山島晚中生代滑塌沉積層的發現及區域構造意義初探[J].地質學報，2011，85(6)：938-946.

[3] 邵珠福，鐘建華，李勇，等.青島靈山島晚中生代重力流沉積特征及環境分析[J].地質論評，2014，60(3)：555-566.

[4] 姜在興.沉積學[M].北京：石油工業出版社，2003：80-85.

[5] 康波，解習農，杜學斌，等.基于濱線軌跡的古水深定量計算新方法——以古近系沙三中段東營三角洲為例[J].沉積學報，2012，(3)：443-449.

[6] 鄢繼華，陳世悅，宋國奇，等.三角洲前緣滑塌濁積巖形成過程初探[J].沉積學報，2004，22(4)：573-576.

[7] 張關龍，陳世悅，鄢繼華，等.三角洲前緣滑塌濁積體形成過程模擬[J].沉積學報，2006，24(1)：50-54.

[8] 王居峰，賈光華，劉軍愕，等.史南地區沙三段濁積砂體成因模式探討[J].油氣地質與采收率，2003，10(4)：8-10.

[9] 王居峰，蔡希源，鄧宏文，等.渤海灣盆地東營凹陷中央洼陷帶沙三段基準面旋回變化與巖性圈閉[J].石油實驗地質，2003，25(4)：357-361.

[10] 王金鐸，韓文功，于建國，等.東營凹陷沙三段濁積巖體系及其油氣勘探意義[J].石油學報，2003，24(6)：24-29.

編輯 黃華彪

20150623；改回日期：20151012

中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司項目“坡移扇形成機制與地震描述方法研究”(YKW1405)；中國石油化工股份有限公司勝利石油管理局博士后科研工作站項目“三角洲水下交匯區沉積建模與儲層預測”(YKB1406)

陳杰(1983-)，男，高級工程師，2005年畢業于山東科技大學資源環境與城鄉規劃管理專業，2011年畢業于中國石油大學(華東)地質資源與地質工程專業，獲博士學位，現為勝利石油管理局在站博士后，主要從事石油勘探研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.010

TE122.3

A

1006-6535(2015)06-0045-05