石臼坨凸起西南緣陡坡帶東三段古地貌對沉積的控制

王啟明， 李 瑾， 周曉光， 劉 睿， 王改衛

( 中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452 )

石臼坨凸起西南緣陡坡帶東三段古地貌對沉積的控制

王啟明， 李 瑾， 周曉光， 劉 睿， 王改衛

( 中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452 )

為解決渤海海域石臼坨凸起西南緣陡坡帶東三段沉積體系展布規律及控制因素等問題，綜合利用鉆井、測井和地震資料，恢復石臼坨凸起西南緣的古地貌，研究古凸起、古溝谷、沉積區底型等地貌單元，解析陡坡帶不同位置扇體分布規律的差異性，闡明古地貌格局對沉積的控制作用。結果表明：東三段物源區古地貌呈西部高隆、中部過渡、南部階地、東部平緩的地貌格局，溝谷大量發育，且發育類型自西向東由深V型向寬緩的U型和W型演化。沉積區古地貌受同沉積斷裂控制形成4類沉積底型，并形成洼槽與脊梁相間格局，西部和東部洼槽可容納空間比中部的大。扇三角洲主要沿古凸起發育的溝谷進入湖盆，在可容納空間較大的洼槽帶分布，具有西部極富集、東部相對富集、中部貧砂的規律。物源區宏觀古地貌對應的供給方式控制扇體的發育樣式，溝谷規模和數量控制扇體的展布范圍，沉積區底型控制扇三角洲富集程度。剝蝕區古溝谷發育且邊界斷層活動性強形成的洼槽帶，是陡坡帶尋找富砂沉積體的有利方向。

古溝谷； 古地貌； 沉積底型； 控砂作用； 石臼坨凸起西南緣； 陡坡帶

0 引言

隨著渤海海域淺層勘探程度的不斷提高，油氣儲量接替壓力的不斷增大，急需找到新的儲量增長點，勘探層系逐步從淺層轉移到中深層領域。陡坡帶是中國東部斷陷盆地中油氣勘探的重要構造帶，成為中深層油氣儲量發現重要的勘探領域[1-2]。陡坡帶的形成多與斷裂活動相關，同沉積斷裂活動塑造的古地貌形態控制可容納空間變化和砂分散體系形成[3]。近源背景下，陡坡帶具有構造復雜、沉積相帶遷移變化快等特點，砂體在空間分布上具有差異性，進而導致砂體難以精細預測，給油氣勘探帶來難度。近年來，構造—古地貌對沉積的控制是人們研究含油氣盆地分析的熱點[4-10]。根據構造—古地貌，向淑敏等研究不同古地貌背景控制沉積相帶發育類型及砂體分布規律[5-7]；徐長貴等總結古地貌分析技術在儲集層預測中的應用[8]；黃勝兵等總結不同溝谷與坡折帶等物源通道對儲層分布的控制[9]；周東紅等探討由邊界斷裂活動差異形成的古地貌特征對砂體分布的控制[10]。因此，根據構造—古地貌研究可以揭示物源區和沉積區空間配置關系，明確富砂沉積體系的分布和控制因素。

渤海海域石臼坨凸起西南緣具有典型的陡坡帶特征，斷裂與古地貌背景復雜，受地震資料品質及鉆井資料少等因素的影響，古近系東營組三段(東三段)沉積體系展布規律不清，制約該區的勘探進程。人們對該區沉積體系的認識多為區域宏觀研究[11-12]，缺少對砂體展布規律和控制因素的分析；構造—古地貌格局方面僅針對邊界斷裂組合樣式及特征進行研究[13-15]，缺少對古地貌形態的精細刻畫。筆者綜合利用研究區的地震及鉆井、測井資料，根據構造—古地貌特征，分析剝蝕區和沉積區的精細地貌，首次恢復古近系東三段沉積時期古地貌；綜合研究物源區地貌形態、溝谷類型及寬深比、沉積底型等，結合邊界斷裂特征，揭示東三段沉積時期石臼坨凸起西南緣陡坡帶構造—古地貌格局對沉積的控制作用，明確砂體差異發育的控制因素，對陡坡帶尋找有利儲集層發育區具有指導意義。

1 區域地質概況

石臼坨凸起西南緣陡坡帶位于渤海海域西北部，處于石臼坨凸起西段南部邊界斷裂下降盤及鄰近圍區，為近東西走向的構造帶(見圖1)。研究區北靠石臼坨凸起，南處渤中凹陷西次洼，東至427傾末端，西鄰沙壘田凸起，成藏位置十分有利[13-15]。

圖1 研究區位置及地層Fig.1 Map of location study area and strata histogram

受蓬萊—張家口左旋走滑斷裂和黃驊—德州右旋走滑斷裂雙重影響[13], 石臼坨凸起西南緣陡坡帶發育北西向、北東向邊界斷裂和北西向、北東向、近東西向三組次生斷裂，形成明顯的共軛剪切關系。其中,邊界斷裂是張性與剪張性復合、平直形與弧形交互，具有張扭性斷裂的特征，受斷層活動差異影響，具有明顯的分段性。該區古近系主要發育沙河街組及東營組，其中,東營組進一步劃分為東一段、東二段和東三段[11](見圖1)。東三段沉積時期，研究區自北向南可以分為凸起帶、陡坡帶、洼陷帶等3個構造古地貌單元。其中，北東向和北西向邊界斷裂分割凸起區與沉積區，控制整個陡坡帶的形成和演化，自西向東地形坡度較陡，東三段地層厚度較大。北東向和近東西向次生斷裂將陡坡帶與洼陷帶分開，受次生斷裂雁列狀展布的影響，地層格架進一步被復雜化，地層向洼陷帶逐步加厚。

古近系東三段沉積時期對應裂陷Ⅳ幕早期，斷裂活動增強，發育近源扇三角洲沉積；在東二段—東一段沉積時期，斷裂活動逐漸減弱，湖盆逐漸萎縮，水體變淺，三角洲大規?？焖傧蚝^充填。

2 古地貌特征

構造運動形成的剝蝕區古地貌和沉積區古地貌直接或間接控制沉積體的類型、規模及分布特征樣式。只有真實再現地質歷史時期的物源區和沉積區地貌，才能精確分析古地貌對沉積體系的控制作用，進而精確預測砂體的分布。目前，古地貌恢復方法主要有地層厚度趨勢法、泥巖聲波時差法、砂巖孔隙度法、鏡質體反射率法、古地溫法、沉積速率法等[16]。由于凸起區鉆井少，難以真實恢復地層剝蝕厚度，可以通過恢復殘留地貌形態代表歷史時期古地貌。根據鉆井、測井及地震資料，以三維地震層位解釋成果為基礎，利用地層厚度趨勢法，分析網絡狀的地震剖面控制或連井對比追蹤不整合下伏地層削蝕點的分布，并對潛山頂界面地層起伏形態進行精細刻畫，可恢復古物源的分布范圍和殘留面貌。同時，應用層序界面拉平進行古水平面恢復，通過去壓實校正，結合斷裂活動特征，進行時深轉換，對沉積區古地貌進行恢復。根據古地貌特征分析，識別研究區的正向古凸起、負向古溝谷和沉積區洼槽等地貌單元。根據石臼坨凸起基底和沉積區東三段頂底地震數據解釋成果，基于Petrel軟件合成，得到古近系東三段凸起區和沉積區完整的古地貌形態(見圖2)。

圖2 石南陡坡帶東三段古地貌恢復Fig.2 Paleo-geomorphic restoration of Shinan steep slope zone in Ed3

2.1 剝蝕區

物源區地貌高低起伏變化控制山間水系的流向和輸砂能力的強弱。可以根據風化剝蝕程度劃分物源區地貌形態，進而判別古水系流向和物源供給能力[17-18]。由圖2可以看出，物源區發育一系列高低相間的地貌單元，地形起伏較大,地貌上呈現西高東緩、北高南低的構造格局。物源區古地貌由高到低依次劃分為西部高隆區、中部過渡區、南部階地區、東部平緩區。研究區西側為高隆地貌，地形高差大，起伏明顯，溝谷大量發育。高隆區繼續被剝蝕成為溝谷化低隆區，向東逐漸由高隆區轉變為過渡區和平緩區，地形高差弱化，溝谷較發育，向南受早期斷裂影響，轉變為階地區，地形平緩，表現為“寬緩斜坡”特征。

物源區地表遭受侵蝕而形成古溝谷，是沉積物向盆地內搬運與堆積的古地貌低勢區。石臼坨凸起為寒武—奧陶系灰巖疊加中生界火成巖復合基底，局部地區殘留前寒武花崗巖地層[19]，基巖在斷層發育區易形成破碎帶，發育多個古溝谷。溝谷類型與凸起部位、基巖巖性、剝蝕時間有關。溝谷下切深度不同，導致古凸起地貌起伏變化不同，在地震剖面上形態也存在差異[20]。距離物源近及水動力條件強，攜砂能力足，一般形成V型溝谷；隨著搬運距離的增加，水動力條件減弱，坡度降低，一般形成U型或W型溝谷。東三段沉積時期，西部高隆區發育6條規模大、延伸距離遠、近北西向和北東向展布的古溝谷，平面上沿北東向斷裂分布(見圖2和圖3)。為研究方便，將它分別命名為1、2、3、4、5、6號溝谷，其中1號和6號溝谷位于西部高隆區，構造活動強烈，形成溝谷規模較大，表現為深V型特征，水動力最強。2、3、4、5號溝谷處于高隆區向南部階地區過渡部位，以寬V型為主，水動力強度次之。南部階地區西側發育4條溝谷，分別命名為7、8、9、10號。當物源水系從高隆區向南部過渡區搬運過程中，隨著搬運距離的增加，在地震剖面上表現為寬緩的U型溝谷，成為低勢區，輸砂能力有所增強。中部低隆區沿北東向斷裂發育6條溝谷，分別命名為11、12、13、14、15、16號溝谷，其中11、12、13號溝谷以V型為主，下切深度大。14、15、16號溝谷以U型為主，溝谷寬度明顯增大，這與中部過渡區地勢自西向東逐步變緩有關。東部平緩區沿北東向斷裂發育8條溝谷，分別命名為17、18、19、20、21、22、23、24號溝谷，17—22號溝谷在地震剖面上多呈深V型，溝谷規模與11、12、13號溝谷相當。22—24號溝谷以寬緩U型和W型為主，揭示地貌坡度進一步減緩，水動力強度逐漸減弱?？傮w上，自西向東，物源區地貌形態由高隆變為平緩，地形坡度由陡變緩，溝谷發育類型從深V型向寬緩的U型和W型演化，與地貌高低形態具有較好匹配性，直接影響沉積物供給總量及水動力強弱的變化。同時，物源區古溝谷的存在，也為東三段沉積時期陡坡帶的物源供給提供優越的輸砂通道。

圖3 古溝谷發育特征(剖面1位置)Fig.3 Development characteristics of the ancient valleys(Section 1 position)

2.2 沉積區

石臼坨凸起西南緣陡坡帶東三段地層整體受邊界主干斷裂控制[13]。在東三段裂陷Ⅱ幕強烈的活動下，對渤中凹陷西次洼基底古地貌改造作用強烈，自西向東形成多個洼槽與脊梁，洼槽與脊梁之間受多個與主干斷裂近于垂直的次級斷裂所分割。平面上，西部和東部洼槽規模大，中部規模較小。根據研究區陡坡帶邊界斷層的剖面形態及其與沉積區地貌形態的組合關系，沉積區在不同位置的古地貌形態特征有差異[21-22]，可以分為鏟式上凸、鏟式下凹、鏟式下傾、坡坪式等4種類型(見圖4)。CFD6-4-4井區主斷裂傾角較小，沉積底型為古地貌高地，整體邊界斷層坡度緩、寬度大，表現為坡坪式特征，導致沉積地層厚度較小(見圖2和圖4(a))。CFD6-4-2井區古地貌以鏟式下凹為特征，邊界主斷裂傾角大，斷層斷距最大，沉積底型表現為下凹形態，位于石臼坨凸起北側邊界斷層活動性最強部位(見圖2和圖4(b))。CFD6-4-1井區古地貌為鏟式上凸類型，處于北西向斷裂和北東向斷裂的交匯處，邊界斷裂傾角大，沉積底型上凸，逐漸向湖盆中心超覆減薄(見圖2和圖4(c))。CFD6-4-5D和BZ2-1-2井區受斷階帶影響，沉積底型向湖盆中心呈下傾，地層厚度依次逐漸增大(見圖2和圖4(d))。由圖4(d)可以看出，邊界斷裂樣式對沉積區地貌具有明顯的控制作用。其中，受斷層活動性及坡度等因素影響，鏟式斷層形成的洼槽可容納空間大，來自剝蝕區的碎屑物質易快速堆積，并在垂向上可以多期疊加，形成砂體厚度和規模大。坡坪式斷裂樣式形成的可容納空間有限，不利于碎屑物質匯聚，形成的砂體規模小。

圖4 沉積區不同位置底型特征(剖面位置見圖2)Fig.4 Bottom type characteristics with differentPosition of deposit zone(Section position as shown in fig.2)

研究區主要發育石臼坨凸起物源體系?？拷鱾任镌磪^以高隆為特征，大量發育V型溝谷，可以推測它經歷較強的構造活動，風化剝蝕時間長，物源供給強，為陡坡帶扇三角洲砂礫巖體的發育提供有利條件。中部及東部物源區以過渡區和平緩區為特征，自西向東古凸起地形逐漸變緩，坡度變小，也可為東部的陡坡帶扇三角洲沉積體的發育提供物源。剝蝕區古凸起、古溝谷及沉積區洼槽等古地貌單元的良好匹配，決定物源的優勢輸砂方向和卸載場所。

3 古地貌格局對沉積的控制

綜合鉆井、測井及地震相分析，石臼坨凸起西南緣陡坡帶東三段主要發育近源扇三角洲沉積，洼陷中心發育淺—半深湖相沉積。扇體主要沿邊界斷裂呈裙帶狀分布(見圖5)，但展布范圍和發育規模有較大差異，具有西部、東部較富集，中部相對貧砂的特點，扇體發育樣式、分布和富集程度明顯受古地貌的控制。

圖5 石南陡坡帶東三段扇體展布特征Fig.5 Distribution characteristics ofthe fan body of Shinan steep slope zone in Ed3

3.1 剝蝕區砂體發育樣式

剝蝕區古地貌特征決定物源供給方式，進而影響沉積體系類型和砂體發育樣式的差異。研究區自西向東為由邊界斷裂控制形成的陡坡帶，但陡坡帶之上物源區古地貌特征差異較明顯。東三段沉積時期，受北東向和北西向共軛走滑斷裂的擠壓和拉張，造成物源區西高東緩、北高南低的古地貌背景，南側為優勢輸砂方向。西部以高隆區為特征，溝谷發育，表現以溝谷為線物源的供給方式，物源供給量大且集中，形成沉積厚度大、相變快、巖性粗而雜的多期扇三角洲沉積，CFD6-4-2井巖性主要以砂礫巖、礫巖、含礫粗砂巖為主，泥巖不發育，含砂率可達98%(見圖6(a-b))。巖心為混雜堆積，可見灰色含礫粗砂巖，礫石局部有少量定向排列，底部礫石含量為30%(體積分數)，平均粒徑為5 mm，礫石整體為次棱角—次圓狀，測井曲線主要為微齒化箱型，反映近源快速堆積特征。過渡區古地貌以溝谷和階地為特征，地貌起伏程度降低，碎屑物質通過高隆區上的溝谷傾瀉而下，再沿階地上發育的寬緩溝谷進行搬運，由于經歷一定距離的搬運和水動力條件的改變，沉積物相對富集，垂向上具有旋回性，CFD6-4-1井和CFD6-4-5D井表現多期扇三角洲沉積(見圖6(a))，含砂率在50%～70%之間，厚層砂體之間有穩定的泥巖發育，且圖6(c)井壁取心揭示礫石雜亂分布，雜基支撐結構，形成時搬運沉積物流體黏度、密度較大，為碎屑流沉積特征;礫石磨圓度高，顆粒分選較好，表明陣發性水流經歷一定搬運距離后快速堆積的特點。東部古地貌表現為平緩特征，溝谷發育較少，以面物源供應為特征，碎屑物質經過較長距離搬運，在陡坡帶之下發育小型扇三角洲沉積，BZ2-1-2井揭示儲層以砂泥互層為特征，粒度明顯變細，以中細砂巖為主，含砂率在30%～50%之間，旋回間泥巖較發育，測井曲線以齒化漏斗型—箱型為特征(見圖6(a))，為受長距離搬運、地形坡降變小影響形成的扇三角洲前緣沉積。顯然，不同位置扇體發育樣式的差異與剝蝕區地貌形態及其物源供給方式有關(見圖6)。

圖6 不同位置扇體發育樣式差異Fig.6 Fan development style differences of different positions

3.2 古溝谷展布范圍

受石臼坨凸起形成的北西向斷層和北東向斷層的相互切割，在構造運動中易遭受剝蝕的薄弱部位，形成多種類型的古溝谷，通過連接物源區和沉積區控制主要的古水流方向。來自石臼坨凸起的碎屑物質，自北向南通過古溝谷流入湖盆，陡坡帶為主要的沉積物卸載區，并在其前端形成規模不等的砂礫巖扇體沉積。對石南陡坡帶西段物源區古溝谷進行統計，計算寬深比，半定量研究溝谷發育的規模與扇體發育的關系(見表1)。

表1 溝谷發育規模與扇體大小的關系

CFD6-4-4井區對應1條V型古溝谷(V2)，寬深比為7.1，發育一個小型扇體，沉積體的展布范圍為8.59 km2。東部BZ2-1-2井區對應2條W型和U型古溝谷(V23、V24)，寬深比雖然達到15.8，但溝谷輸砂能力弱化，沉積體的展布范圍僅為6.06 km2。CFD6-4-2、CFD6-4-1、CFD6-4-5D井區對應4條V型古溝谷(V3、V4、V5、V6)，以及南部的V7、V8、V9、V10等4條寬緩溝谷，溝谷數量多，寬深比為13.8，總輸砂能力強，形成3個大型扇體，其展布范圍平均達22.81 km2，具有“大溝”對“大扇”的沉積規律(見圖5)。由剝蝕區上發育的古溝谷數量可知，西部和東部溝谷數量比中部的要多，扇體平面展布范圍西部和東部明顯要大于中部的。

3.3 沉積區地貌富集程度

斷陷湖盆的邊界大斷裂及其伴生臺階斷裂對陡坡帶地貌特征和沉積充填樣式具有重要的控制作用。邊界斷裂活動的強弱程度和邊界斷裂結構形態控制斷陷盆地沉積區古地貌形態，從而直接影響斷陷湖盆內砂礫巖扇體的發育規模和展布[23-25]。斷層同一時期活動性差異造成湖盆內地形的變化，水動力條件發生改變，從而導致在斷陷湖盆陡坡帶的不同位置沉積不同規模的砂礫扇體。石臼坨凸起西南緣陡坡帶西段邊界斷裂東三段長期活動，且具有分段性，控制沉積區發育多個洼槽，但洼槽形態和可容納空間大小有差異。CFD6-4-2井區、CFD6-4-1井區、BZ2-1-2井區東西兩側沉積區古地貌為鏟式下凹或鏟式上凸的形態，處于研究區最大的洼槽發育地帶，可容納空間大，成為北部物源區供給碎屑物質的主要匯集區；同時，受近距離和坡度陡等因素的影響，碎屑沉積物通過溝谷輸送入湖沉積，在垂向上形成多期疊加、沉積厚度巨大的扇三角洲沉積，洼槽中心位置砂體厚度明顯增加，扇體展布范圍較大(見圖5)。CFD6-4-5D井區和BZ2-1-2井區沉積區古地貌為下傾式，砂體厚度次之，僅在垂向呈加積和退積的疊加樣式，橫向難以推進較遠距離。在中部地區，由于沉積區地貌的洼槽規模小，受早期古地形的影響，構造幅度較平緩，可容納空間有限，加上受階地區面物源供給較為分散的影響，砂體發育程度遠不如西部富集(見圖5)。因此，受邊界斷裂活動性影響的沉積區古地貌，控制扇體向前推進的距離、規模和展布樣式。陡坡帶斷層活動性強越強，對應的沉積區古地貌可容納空間越大，成為砂體卸載的有利區，往往能形成厚層富集的砂體。

4 結論

(1)石臼坨凸起西南緣陡坡帶東三段物源區古地貌整體呈現西部高隆、中部過渡、南部階地、東部平緩、溝谷發育的地貌格局，溝谷類型自西向東由深V型向U型和W型演化。沉積區古地貌受同沉積斷裂控制形成4類沉積底型，洼槽與脊梁相間，西部和東部洼槽的可容納空間較東部的大。古凸起、古溝谷及沉積區洼槽等古地貌單元組成良好的空間匹配關系，構成良好的源匯輸砂通道，并決定陡坡帶為物源的優勢輸砂方向和卸載場所。

(2)東三段沉積時期，扇三角洲主要沿石臼坨凸起西南緣發育的溝谷進入湖盆。其中，西部受高隆區物源和多條V型溝谷供給，扇三角洲在洼槽帶分布，具有厚層多期疊置極富砂特征；東部洼槽帶可容納空間大，但受平緩區物源和多條寬緩U型和W型溝谷控制，形成的扇三角洲砂體相對富集；中部受過渡區物源和多條V型、寬緩U型溝谷控制，但受可容納空間制約，砂體發育規模較小。

(3)石臼坨凸起西南緣物源區宏觀古地貌對應的物源供給方式控制扇體的發育樣式，溝谷規模和數量控制扇體的展布范圍，沉積底型控制扇三角洲富集程度，三者共同控制東三段扇三角洲在不同位置發育規模的差異性。剝蝕區古溝谷發育、邊界斷層活動性強形成的洼槽帶，是陡坡帶尋找富砂沉積體的有利方向。

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2016-07-13；編輯：陸雅玲

國家科技重大專項 (2011ZX05023-002)

王啟明(1984-)，男，碩士，工程師，主要從事石油地質勘探方面的研究。

TE122.1

A

2095-4107(2016)06-0053-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.06.007