遼東灣海域古近系辮狀河三角洲砂體沉積特征

張國坤，張 汶，郭 維，呂世聰，楊宏飛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

三角洲相是指在河流入海（或入湖）的河口區(qū)，因坡度減緩，水流擴散，流速降低，導致攜帶的泥沙沉積，為儲層發(fā)育的重要沉積相類型［1］。辮狀河三角洲作為其中重要類型之一，也越來越受到重視，國內(nèi)學者對辮狀河三角洲沉積模式、成因機制及沉積特征等方面進行了深入研究［2-3］。周麗清等［4］通過溫米油田中侏羅統(tǒng)三間房組辮狀河三角洲研究，建立了受可容空間變化的辮狀河三角洲前緣砂體沉積模式。劉自亮等［5］通過對鄂爾多斯盆地西峰地區(qū)晚三疊世延長組辮狀河三角洲沉積體系深入研究，建立了該地區(qū)辮狀河三角洲沉積微相組合模式，并對其形成機制做了詳細分析。于興河等［6］在對三角洲沉積體系的發(fā)展歷程、成因機制及沉積特征等方面進行探討研究的基礎上，提出了三角洲成因分類方法以及采用巖、電、震結(jié)合的編圖方法。葛家旺等［7］通過對珠江口盆地陸豐凹陷恩平組辮狀河三角洲進行深入研究，總結(jié)了該地區(qū)辮狀河三角洲的類型、沉積特征和演化規(guī)律。李威等［8］通過對珠江口盆地陸豐凹陷A 油田辮狀河三角洲沉積體系的研究，建立了古近系高分辨率層序地層格架，并指明其砂體沉積期次和演化規(guī)律。

近幾年，中國海油在遼東灣海域斜坡帶勘探取得了較好成效，發(fā)現(xiàn)了綏中36，旅大29、旅大16 等多個辮狀河三角洲油田，但各個油田儲層發(fā)育程度和儲層發(fā)育的位置、巖性、規(guī)模大小、物性均表現(xiàn)出較大的差異，而且同一油田不同期次的辮狀河三角洲砂體非均值性差異也較大，優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育展布規(guī)律和主控因素尚未完全研究清楚。因此，有必要對遼東灣海域辮狀河三角洲砂體的沉積特征、沉積模式、控制因素進行對比研究，以期為相似地質(zhì)條件的辮狀河三角洲儲層的油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域背景

遼東灣海域位于渤海灣盆地東北部，整體上為北東走向的狹長構(gòu)造帶，南鄰渤中坳陷，東西兩側(cè)分別與膠遼隆起和燕山褶皺帶相接。構(gòu)造上整體可劃分為三凹夾兩凸的格局，自東向西分別是遼東凹陷、遼東凸起、遼中凹陷、遼西凸起和遼西凹陷，各構(gòu)造單元均呈北東—南西向相互平行展布（圖1）。經(jīng)過多年勘探，在各凸起上發(fā)現(xiàn)多個油氣田證實了該區(qū)域的成藏潛力。隨著凸起區(qū)域勘探程度逐漸提高，近幾年在凸起向凹陷過渡的斜坡區(qū)發(fā)現(xiàn)一批像旅大6 油田、旅大16 油田、旅大29 油田和綏中36油田等多個大規(guī)模辮狀河三角洲油藏，已成為當前和未來一段時期內(nèi)的重要增儲目標，其砂體主要發(fā)育在古近系東營組和沙河街組，具有砂泥巖不等厚互層或巨厚砂巖沉積特征，整體上為高孔中高滲儲層。

圖1 渤海灣盆地遼東灣海域構(gòu)造單元劃分

2 辮狀河三角洲沉積特征

2.1 巖石學特征

根據(jù)巖心及壁心觀察，結(jié)合薄片鑒定等研究成果綜合分析，遼東灣區(qū)域古近系辮狀河三角洲儲層巖性主要以中、細粒巖屑長石砂巖為主，礦物成分主要為石英、長石、巖屑，石英含量24.0%～34.0%，平均27.8%；長石含量30.0%～45.0%，平均40.2%；巖屑22.0%～41.0%，平均32.0%。巖心觀察可見交錯層理、揉皺變形構(gòu)造和礫石的定向排列等流動成因構(gòu)造特征，碎屑顆粒分布不均，分選中等—好，顆粒呈次棱狀，顆粒間點接觸為主，填隙物主要為泥質(zhì)和碳酸鹽礦物。鑄體薄片和掃描電鏡顯示，孔隙類型以原生粒間孔為主，少量溶蝕粒間孔，孔隙發(fā)育，連通性好，粒間充填物為絲絮狀伊利石和鱗片狀高嶺石（圖2）。通過巖心、壁心常規(guī)地面孔隙度、滲透率分析，儲層孔隙度分布范圍19.5%～33.9%，中值25.6%，平均值25.9%，滲透率分布范圍（1.4～528.6）×10-3μm2，中值7.0×10-3μm2，平均值為56.8×10-3μm2。毛管壓力曲線以細—中歪度為主，排驅(qū)壓力0.034～0.138 MPa，飽和度中值壓力0.543～15.345 MPa，平均孔喉半徑0.598～7.541μm。

圖2 渤海灣盆地遼東灣海域古近系各類辮狀河三角洲儲層巖石學特征

2.2 沉積相、巖相、測井相和地震相特征

辮狀河三角洲是指辮狀河推進到海、湖中形成的一種粗碎屑三角洲，由于辮狀河具有坡度緩、水體淺、河道頻繁擺動等特征，因此辮狀河入湖后受河道擺動切割影響，河口壩砂體發(fā)育規(guī)模相對較小，以水下分流河道砂體沉積為主［9-10］。根據(jù)巖心、壁心資料統(tǒng)計分析，遼東灣區(qū)域古近系辮狀河三角洲儲層巖性以細砂巖、中粗砂巖為主，局部含有礫石。巖心觀察可見小型槽狀交錯層理、揉皺變形構(gòu)造和礫石的定向排列，測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬（GR）曲線齒狀箱型、漏斗型或指型低值間互。沉積微相可進一步劃分為水下分流河道、河口壩和水下分流河道間。其中水下分流河道微相巖性以中細砂巖、含礫中—粗砂巖為主，分選中等—好，磨圓度次棱—次圓狀，表現(xiàn)為向上逐漸變細的正粒序，底部發(fā)育沖刷面，沉積構(gòu)造主要有塊狀層理、槽狀交錯層理，自然伽馬曲線形態(tài)呈齒狀箱形。河口壩微相巖性為含礫細砂巖，在垂向上一般呈下細上粗的反韻律，沉積構(gòu)造主要有交錯層理、平行層理和斜層理，自然伽馬曲線形態(tài)多呈漏斗形和齒化漏斗形。水下分流河道間微相巖性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖為主，發(fā)育低幅度小型波紋交錯層理，見生物擾動變形構(gòu)造，自然伽馬曲線呈低平或小齒狀。

對于陸源碎屑沉積砂體而言，物源的遠近強弱控制著砂體規(guī)模大小和巖相組合模式，因此區(qū)域構(gòu)造演化是辮狀河三角洲砂體規(guī)模大小的重要控制因素［11］。

根據(jù)區(qū)域沉積演化研究，遼東灣區(qū)域中遼西凸起和遼東凸起中生界地層遭受長期風化已剝蝕殆盡，古生界碳酸鹽巖和太古界花崗巖潛山廣泛出露。古近系早期，孔店組和沙河街組2段—4段沉積時期區(qū)域裂陷活動強烈，靠近邊界斷裂地層強烈剝蝕，在遼西凸起東側(cè)斜坡帶和遼東凸起西側(cè)斜坡帶形成相對低洼區(qū)。古近系晚期，東營組和沙河街組1 段沉積時期區(qū)域海平面整體上升，早期剝蝕形成的低洼區(qū)處于湖平面以下，形成有效可容納空間，開始接受來自凸起的沉積物，并超覆于古潛山之上，因此受不同物源作用影響，在遼東灣區(qū)域內(nèi)不同構(gòu)造帶發(fā)育多種類型的辮狀河三角洲沉積。

其中綏中36 油田和旅大16 油田發(fā)育在遼西凸起向遼中凹陷過渡的斜坡帶上，綏中36油田在沙一段和沙二段時期沉積了三套厚砂體，各期次砂體疊置連片發(fā)育，巖相上為砂泥巖不等厚互層沉積，伽馬曲線具有齒化漏斗狀特征，地震軸具有斜交復合形前積反射特征。旅大16 油田在東營組時期只沉積了一套砂體，巖相上為砂泥巖不等厚互層沉積，伽馬曲線具有齒化箱狀特征，地震軸具有亂崗狀前積反射特征，砂巖百分含量44.7%～78.9%，平均57.7%，儲層厚度77.0～113.1 m。而旅大29 油田發(fā)育在遼東凸起向遼中凹陷過渡的斜坡帶上，在沙二段時期沉積了四套砂體，巖相上為砂泥巖不等厚互層沉積，伽馬曲線具有齒狀特征，地震軸具有楔狀斜交前積反射特征（圖3）。

圖3 渤海灣盆地遼東灣海域各油田辮狀河三角洲砂體巖-電柱

3 辮狀河三角洲發(fā)育主控因素

目前許多學者對辮狀河三角洲的受控因素進行了分析研究，總體上認為其發(fā)育主要受古物源、古地貌和古氣候3 大因素控制［12-13］，其中古物源供給強弱是控制辮狀河三角洲規(guī)模大小的決定性因素，沉積坡折帶古地貌形態(tài)控制了砂體沉積位置及砂體邊界范圍，而古氣候影響了湖平面的升降控制并形成了辮狀河三角洲砂體時間上先后發(fā)育、空間上互補錯位的關系［14］。

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造運動研究認識，遼東灣海域古近系沉積中心主要為遼中凹陷，且具有由南向北遷移特征。沙河街組四段到孔店組沉積時期，湖泊分布局限，僅在遼中凹陷和遼西凹陷接受沉積，其沉積中心為遼中凹陷的中部，最厚沉積厚度可達2 000 m。沙河街組三段沉積時期，隨著湖平面上升沉積范圍擴大，其沉積仍集中在遼中凹陷與遼西凹陷，其中遼中凹陷的沉積中心有兩處，一個位于中部，一個位于西南部，接受來自遼東凸起和遼西凸起的沉積物，地層厚度在2 200～2 400 m。沙河街組一、二段沉積時期，湖泊分布廣泛，沉積中心主要有三個，分別位于遼中凹陷北部（綏中36 油田）、中部和西南部（旅大29 油田），但沉積厚度總體不大，全區(qū)平均厚度為200～300 m。東營組三段沉積時期，沉積中心位于遼中凹陷的南部（旅大16油田），地層最厚處可達2 000 m。東營組二段沉積時期，湖平面進一步上升，沉積范圍進一步擴大，遼西凸起大部分區(qū)域已處于水下接受沉積，沉積中心位于遼中凹陷北部，沉積厚度最大可達1 400 m。東營組一段沉積時期，出露湖面的隆起區(qū)范圍更小，多集中在遼東凸起的中北部，沉積中心北移，且位于遼中凹陷的北部，沉積厚度在500 m 左右?？傮w上來看沉積砂體受盆地形態(tài)控制，沿邊界斷層和盆內(nèi)兩凸起的主要控制斷層呈北東—南西向展布。

通過對遼東灣海域古近系辮狀河三角洲實鉆情況統(tǒng)計，遼西凸起中段斜坡帶綏中36 油田鉆探4口井，沙一段和沙二段共發(fā)育3期砂體，縱向上各期砂體發(fā)育程度不一，但橫向分布較穩(wěn)定具有一定的對比性。通過區(qū)域研究，結(jié)合古物源、古地貌和古氣候分析，第1 期砂體沉積時期，湖平面相對較淺，可容空間較小，物源供給能力強，該時期砂體沉積厚度大，展布范圍廣；而第2 期砂體沉積時期，隨著湖平面上升，可容空間變大，同時物源供給能力降低，導致儲層發(fā)育程度減弱，砂體主要在沉積中心的2 井區(qū)和3 井區(qū)附近發(fā)育；第3 期砂體沉積時期，隨著湖平面上升，可容空間進一步變大，雖然物源供給能力較強，但儲層厚度繼續(xù)減薄，同時該時期古地貌相對平緩，砂體展布范圍相對較廣。

綜上所述，該區(qū)域受古物源強弱的影響，形成了3 期砂體厚度及發(fā)育程度上的差異，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可見第1 期砂體凈毛比最高，反映該時期古物源最強（圖3、表1）；同時結(jié)合古地貌特征以及湖平面變化導致可容空間的影響，各期砂體表現(xiàn)出平面上沉積位置和展布范圍的差異，從沉積相圖和順物源、垂直物源地震剖面可見，古地貌溝谷位置控制了砂體沉積中心位置，并且對于同一期砂體而言，古地貌特征是影響砂體厚度的關鍵因素（圖4）。平面上，與溝谷體系對接的2 井區(qū)為該時期油田的沉積中心，砂體最發(fā)育，多期砂體疊置沉積，儲層厚度大，而位于中心兩側(cè)的扇緣區(qū)域北部的4 井區(qū)和南部的1 井區(qū)，沉積期次相對較少，儲層厚度相對較薄（圖5）。

圖4 綏中36油田沙河街組沙一段古地貌和地震剖面

圖5 綏中36油田沙河街組沙一段沉積微相

遼西凸起南段斜坡帶旅大16 油田鉆探3 口井，東三段主要發(fā)育1 期砂體，根據(jù)古物源和古地貌研究結(jié)果，結(jié)合井上實鉆情況分析，砂體富集區(qū)主要受古物源與古地貌溝谷地形耦合控制，耦合好的位置對應砂體富集區(qū)，1 井位于古物源與古溝谷耦合的辮狀河三角洲扇體發(fā)育區(qū)，其砂體厚度最大，而與之相距較遠的3 井則未鉆遇該期砂體，其砂體的發(fā)育模式類似于綏中36油田第2期砂體（圖6）。

圖6 旅大16油田東營組東三段沉積相

遼東凸起南段斜坡帶旅大29 油田根據(jù)區(qū)域已鉆3 口井和沉積體系研究發(fā)現(xiàn)，該油田砂體發(fā)育同樣受控于古物源、古地貌和古氣候三個主要因素，其中古溝谷與邊界斷層控制了沉積物的初始卸載位置，古氣候控制湖平面的升降影響了砂體的沉積范圍，古物源的強弱則控制了砂體的厚度及規(guī)模。油田沙二段發(fā)育四套砂體，平面上來看，位于古物源與古溝谷的主沉積帶上的2 井和3 井，4 期砂體沉積厚度均較大，巖性也相對較粗，為砂礫巖或含礫粗砂巖，物性也較好，而位于扇體邊緣的1井僅鉆遇3 期砂體，其厚度整體相對變薄，巖性為砂礫巖、含泥礫巖和灰質(zhì)粉砂巖，物性變差。縱向上來看，除第2期砂體物源相對較弱局限發(fā)育于2井和3井外，其余3 期砂體物源強度相當，各期砂體厚度及凈毛比較為相近（表1），但整個沙二段時期湖平面整體下降，同時受古地貌形態(tài)填平補齊作用影響，導致后兩期砂體沉積時期古地貌相對前兩期平緩，且可容空間較小，因此前兩期砂體展布范圍明顯小于后兩期砂體展布范圍（圖7）。

圖7 旅大29油田沙河街組沙二段沉積相

綜合以上分析，古地貌形態(tài)控制了辮狀河三角洲儲層的沉積中心位置，古物源強弱控制了辮狀河三角洲砂體粒度粗細、展布范圍及儲層厚度大小。古氣候主要是通過引起湖平面升降，導致可容空間變化，從而影響辮狀河三角洲砂體展布的范圍。古物源、古地貌和古氣候三大因素相輔相成，共同作用形成了遼東灣海域古近系辮狀河三角洲多樣的沉積特征［15］。

4 辮狀河三角洲沉積模式

俗話說“山有多高、水有多深”，這是對辮狀河三角洲沉積環(huán)境的形象比喻，體現(xiàn)的是古物源與可容空間的變化和古地貌形態(tài)的結(jié)合［16］，形成了遼東灣海域古近系辮狀河三角洲進積型和復合型兩種典型沉積模式（圖8）。

圖8 遼東灣海域辮狀河三角洲沉積模式

進積型沉積模式縱向上從下往上粒度逐漸變粗，沉積相及巖性由前三角洲泥巖過渡到三角洲前緣遠端席狀砂粉—細砂巖、三角洲前緣水下分流河道沉積的含礫砂巖和砂礫巖；并且后一期砂體披覆在前一期砂體之上，并超出前一期砂體沉積范圍，表現(xiàn)出“前進”形態(tài)；旅大29 油田為該類沉積模式，此模式成因是沉積過程中快速湖退和沉積古地貌坡度變緩所致。

復合型沉積模式縱向上從下往上粒度表現(xiàn)為先變細之后又變粗的復合韻律，沉積相及巖性由三角洲前緣水下分流河道含礫砂巖和粗砂巖過渡到三角洲前緣遠端席狀砂粉—細砂巖、三角洲前緣水下分流河道沉積的中—粗砂巖；綏中36油田為該類沉積模式，此模式成因是在沉積過程中湖退后湖進和沉積古地貌坡度變緩共同作用造成的。

5 結(jié)論

遼東灣海域古近系辮狀河三角洲前緣砂體發(fā)育主要受“古物源、古地貌、古氣候”三方面因素耦合控制，根據(jù)三因素之間關系結(jié)合砂體發(fā)育形態(tài)可劃分為進積型和復合型兩種辮狀河三角洲沉積模式。其中古物源供給強弱控制了辮狀河三角洲規(guī)模大小及巖性粗細，沉積古地貌中古溝谷位置控制了砂體沉積位置，而古氣候影響了湖平面的升降導致可容空間的變化，同時受古地貌坡度陡緩共同控制并形成了辮狀河三角洲砂體展布范圍。針對不同受控因素、地質(zhì)模式下的測井相、巖相、地震相等資料進行了統(tǒng)計分析，位于古物源與古溝谷的主沉積帶上、且古地貌平緩的沉積區(qū)多期砂體疊置發(fā)育，厚度大、范圍廣。