樁海地區(qū)沙二段沉積體系特征與控制因素研究

摘 要：【目的】對樁海地區(qū)沙二段沉積體系及其控制因素進行研究，為有效指導(dǎo)其有利含油圈閉勘探提供參考?！痉椒ā渴紫纫詫有虻貙訉W(xué)理論為指導(dǎo)，通過巖心觀察、巖屑錄井、測井曲線和粒度分析，闡述了各類沉積體系在地震剖面上和測井曲線上的特征及其粒度曲線特征。其次在綜合分析沉積體系在空間上展布情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合構(gòu)造、物源、沉積基準面分析，對區(qū)內(nèi)沙河街組二段的沉積體系控制因素進行詳細研究。【結(jié)果】樁海地區(qū)沙二段在濟陽運動二幕區(qū)域構(gòu)造背景下，發(fā)育有近岸水下扇、濱淺湖灘壩、扇三角洲等3類沉積體系。進一步研究認為，本區(qū)沙二段沉積體系主要受以下方面的因素控制：古地貌及其樣式組合控制了沉積體系的成因類型、空間展布特征及沉積構(gòu)成；湖盆水動力條件控制了灘壩沉積體系；層序地層與沉積基準面變化控制了洼陷陡坡帶和緩坡帶的沉積體系發(fā)育類型?！窘Y(jié)論】通過對樁海地區(qū)沙二段沉積體系進行較為系統(tǒng)的研究，能夠為研究區(qū)油氣勘探開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：樁海地區(qū)；沙二段；沉積體系；主控因素；古地貌；沉積基準面

中圖分類號：P618.13 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）21-0087-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.21.018

Study on Characteristics of Sedimentary System and Control Factors in the Sha 2 Member of Shahejie Formation in Zhuanghai Area

LIU Jiaqi

（Geophysical Research Institute， SINOPEC Shengli Oilfield Company， Dongying 257022， China）

Abstract： [Purposes] In order to effectively guide the exploration of favorable oil-bearing traps in the Sha 2 Member of Shahejie Formation in Zhuanghai Area， it is necessary to study the sedimentary system and its controlling factors.[Methods] Guided by the theory of sequence stratigraphy， this study elucidates the characteristics of various sedimentary systems on seismic profiles and well log curves， as well as their grain size curve features， through core observation， cuttings logging， log curve analysis， and grain size analysis. Based on a comprehensive analysis of the spatial distribution of sedimentary systems and combined with tectonic， provenance， and sedimentary base-level analyses， detailed research is conducted on the controlling factors of the Sha 2 Member of Shahejie Formation in the area. [Findings] It is considered that the Sha 2 Member of Shahejie Formation in Zhuanghai Area developed three types of sedimentary systems under the structural background of the second phase of Jiyang movement， such as near-shore underwater fan， shore-shallow lake beach bar and fan delta. Further studies suggest that the sedimentary system of the Sha 2 Member of the Shahejie Formation in this area is mainly controlled by the following factors： the paleogeomorphology and its style combination control the genetic type， spatial distribution characteristics and sedimentary composition of the sedimentary system; the hydrodynamic conditions of the lake basin controlled the beach-bar sedimentary system; the sequence stratigraphy and sedimentary base-level change control the sedimentary system development types of steep slope zone and gentle slope zone in the sag. [Conclusions] Through a systematic study of the sedimentary system of the Sha 2 Member of the Shahe Formation in the Zhuanghai Area， it provides a geological basis for oil and gas exploration and development in the study area.

Keywords： Zhuanghai Area; Sha 2 Member of Shahejie Formation; sedimentary system; main contrdling factors; paleogeomorphology; sedimentary base-level

0 引言

樁海地區(qū)位于渤海灣盆地東南部濟陽坳陷的沾化凹陷北部，埕島、埕東、長堤等潛山的結(jié)合部位，處于樁南斷層的上升盤，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。該地區(qū)以中、古生界隆起為背景，第三系超覆或披覆于中、古生界隆起之上，總體上表現(xiàn)為北斷南超，東斷西超的構(gòu)造格局（如圖1所示），勘探面積約為150 km2。

勘探開發(fā)實踐表明，沉積體系及其控制因素的研究是有效指導(dǎo)沙二段有利含油圈閉勘探的重要基礎(chǔ)。樁海地區(qū)沙二段沉積時期構(gòu)造活動復(fù)雜、斷裂復(fù)雜、沉積類型多樣、沉積相變化快。因此，本研究以濟陽坳陷樁海地區(qū)沙河街組二段為例，利用巖心觀察、巖屑錄井、粒度分析、測井曲線及地震相，結(jié)合構(gòu)造形態(tài)特征進行系統(tǒng)分析，著重對研究區(qū)沉積體系與分布規(guī)律進行研究，同時對沉積體系的控制因素進行探討，以期為研究區(qū)油氣勘探開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

樁海地區(qū)區(qū)域構(gòu)造背景和盆地發(fā)育演化完全受控于渤海灣盆地乃至西太平洋構(gòu)造域整體演化的動力學(xué)特征［1］。其東西兩側(cè)分別發(fā)育長堤、埕東兩大走滑斷裂帶，受其影響發(fā)育的近東西向的樁南斷層、埕北斷層使樁海地區(qū)成為一個近似菱形的負向構(gòu)造單元，周圍緊臨埕島、埕東、長堤三大凸起和樁西潛山，具有多物源、近物源、多沉積中心、相帶窄、相變快等特點。

樁海地區(qū)從始新世晚期（沙三段）至漸新世早期（沙二段）發(fā)生了一次區(qū)域抬升，進入斷陷湖盆發(fā)育階段。同時，因漸新世早期（沙二段）發(fā)生的濟陽運動二幕使本區(qū)發(fā)生區(qū)域抬升、遭受剝蝕，使其沙二段內(nèi)發(fā)育區(qū)域不整合，缺失沙二下亞段，僅發(fā)育沙二上亞段地層。根據(jù)區(qū)域?qū)有虻貙友芯勘砻?，沙二段與沙一段為連續(xù)沉積，整體構(gòu)成一個三級層序［2］。

沙二段沉積時期為盆地整體抬升末期到再次下陷的轉(zhuǎn)折時期，氣候較干旱，屬于干燥氣候條件下的氧化淺湖沉積［3］。巖性以灰色含礫砂巖、砂巖為主，夾灰綠色、灰色泥巖與鈣質(zhì)砂巖為主，處于三級層序的“低位體系域”或基準面上升早期，以發(fā)育上升半旋回為主，形成水體向上逐漸變深的旋回。根據(jù)巖性、電性特征可以將研究區(qū)沙二段進一步分為上升半旋回和下降半旋回，級別相當(dāng)于四級旋回（如圖2所示），樁海地區(qū)沙二段時期為構(gòu)造抬升期，沉積厚度總體較薄，一般為10～100 m，主要分布于凹陷區(qū)和斜坡帶，向邊緣和凸起往往變薄至缺失，在凹陷區(qū)地層厚度一般為50～100 m，在潛山頂部地層厚度由幾十米減薄至幾米。

2 沉積體系類型及特征

沉積體系指與特定沉積環(huán)境和沉積作用方面具有成因聯(lián)系的三維巖相組合體，其注重的是三維上的概念，強調(diào)在沉積環(huán)境下沉積過程和沉積物的成因關(guān)系。首先，根據(jù)樁海地區(qū)沙二段的沉積環(huán)境，通過鉆井巖心和巖屑錄井觀察沉積物的結(jié)構(gòu)、成分、巖性及其組合和垂向變化規(guī)律。其次，依據(jù)測井曲線形態(tài)、地震反射特征和粒度特征分析其在三維空間上沉積過程。最后，將樁海地區(qū)沙二段的沉積體系劃分為近岸水下扇、扇三角洲、濱淺湖灘壩（砂質(zhì)灘壩、碳酸鹽巖灘壩）沉積體系。

2.1 近岸水下扇沉積體系

樁海地區(qū)沙二段處于第二次深陷擴張期的早期階段，由于周邊埕北斷層、長堤斷層、埕東斷層等盆地邊界大斷層的持續(xù)活動，在其下降盤發(fā)育了規(guī)模不等的近岸水下扇砂礫巖體，物源來自各自的邊界凸起或古潛山，扇體沿斷層呈朵狀分布，厚度一般為20～60 m，地震剖面上由于沙一段油泥巖與下覆砂巖形成的強反射掩蓋了沙二段沉積體的地震反射，因而其地震反射特征不甚明顯。巖性主要以灰色、灰綠色及褐灰色礫巖、含礫砂巖、砂巖為主，夾灰色粉砂巖及泥巖組成的韻律層。層理以遞變層理、塊狀層理和平行層理為主。扇中辮狀水道微相自然伽馬曲線表現(xiàn)為箱狀、鐘形或鐘形箱狀組合，底部突變、頂部加速漸變；扇中前緣微相自然伽馬曲線表現(xiàn)為低幅度的箱形和鐘形。粒度概率曲線以兩段式的弧形為主，呈上拱弧形態(tài)，沒有明顯的截點，顆粒粗細混雜，跳躍組分和懸浮組分兩者延長線的交點為80%～95%。較平緩的上拱弧形對應(yīng)碎屑流沉積（曲線首尾連線傾角20°～30°），其顆粒為雜基支撐懸浮搬運，碎屑的粒級變化大，雜基含量不等；較陡的上拱弧形一般對應(yīng)顆粒流沉積（曲線首尾連線傾角50°～60°），顆粒分選較碎屑流分選好，砂礫級顆粒含量80%～90%，粗砂、細礫和中礫等大顆粒由中砂、細砂和粉砂等細小顆粒支撐［4］。此類沉積相以樁148-斜1、樁125井為代表（如圖3所示）。

2.2 扇三角洲沉積體系

樁海地區(qū)扇三角洲要主分布在埕東凸起北部緩坡帶，埕東斷層末梢。地震剖面上同樣由于沙一段油泥巖與下覆砂巖形成的強反射掩蓋了沙二段沉積體的地震反射，而在地震剖面上不易識別。巖性主要以灰色、淺褐灰色含礫砂巖、細砂巖為主，具有平行層理、斜層理和不明顯的交錯層理。底部見礫石沖刷面，呈疊瓦狀定向排列，反映牽引流形成的河道砂礫滯留沉積。扇中水下分流河道微相自然伽馬曲線形態(tài)底部表現(xiàn)為向上變粗的漏斗形，反映向湖盆進積的特征；中部為微齒化箱狀；頂部為向上變細的鐘形，反映水動力能量向上減弱、巖性變細。粒度概率曲線主要發(fā)育“兩段式”，以跳躍組分為主，滾動組分欠發(fā)育。跳躍組分曲線首尾連線傾角65°～70°，其含量小于70%，懸浮組分含量為0%～5%，曲線首尾連線傾角40°。將其各成分數(shù)據(jù)與近岸水下扇對比可知，其顆粒粒級小于近岸水下扇，分選好于近岸水下扇。此類沉積相以L17井為代表（如圖4所示）。

2.3 灘壩沉積體系

根據(jù)巖心、巖屑錄井和測井觀察，樁海地區(qū)灘壩沉積按物質(zhì)成分可分為陸源碎屑灘壩（即砂質(zhì)灘壩）和由湖內(nèi)生物、鮞粒等內(nèi)碎屑碳酸鹽物質(zhì)組成的碳酸鹽巖灘壩兩種類型。

2.3.1 砂質(zhì)灘壩。樁海地區(qū)沙二段的第二次深陷擴張期為灘壩砂體的發(fā)育提供了區(qū)域構(gòu)造條件。砂質(zhì)灘壩的砂質(zhì)物質(zhì)主要來源于附近的近岸水下扇和扇三角洲等較大砂體，屬于湖泊中獨立的砂體類型，是近岸水下扇和扇三角洲的砂體經(jīng)過波浪和湖流再搬運改造作用形成的，發(fā)育在Es2上中期旋回的下降半旋回，顆粒分選好，結(jié)構(gòu)成熟度高，儲集物性好，為良好的儲層。根據(jù)砂體的厚度可分為灘砂體和壩砂體兩種。灘砂體砂層多但厚度薄，粒度不明顯，呈較寬的條帶狀或席狀。壩砂體泛指砂壩、障壁島等，與灘砂相比，水動力能量較強，它們多呈長條形，多與湖岸平行分布，少數(shù)有一定的交角。巖性為淺灰色泥巖與粉、細砂巖互層。發(fā)育波狀層理、平行層理、沖洗層理、浪成砂紋層理等層理構(gòu)造。根據(jù)古地理位置、物源供給條件及形成灘壩的水動力條件［5］，樁海地區(qū)的灘壩屬于水下古隆起的砂質(zhì)灘壩、生物灘壩和三角洲側(cè)緣的砂質(zhì)灘壩。本區(qū)灘壩砂體由于其厚度較?。ㄒ话阈∮?0 m）而在地震剖面上無法識別，只能通過地震屬性識別其大體范圍。壩砂在自然伽馬測井曲線呈現(xiàn)出典型的齒化或者光滑漏斗狀，底部漸變，頂部突變，反旋回特征明顯；灘砂在測井曲線上常呈指狀特征。粒度概率曲線主要發(fā)育“兩段式”，為跳躍組分和懸浮組分，滾動組分欠發(fā)育。碎屑顆粒的粒度中值0.13～0.45 mm，分選系數(shù)1.35～3.46。粒度概率累積曲線細截點2Φ，跳躍總體占10%～70%，懸浮組分含量較高，約占10%～30%。此類沉積相以Z121-6、Z129等井為代表（如圖5所示）。

2.3.2 生物灘壩。生物灘壩在樁海地區(qū)沙二段分布較為局限，主要分布在扇三角洲前緣或近岸水下扇側(cè)緣離岸較遠處、水動力相對較強的水下低凸起，厚度一般在2～10 m。垂向上是在沙二段低位體系域晚期的扇三角洲或近岸水下扇沉積結(jié)束后，在其頂部沉積的一套生物灰?guī)r。形成于水體較淺、能量弱、陽光充足、遠離物源的沉積環(huán)境，由原生生物堆積形成的生物灰?guī)r沉積，樁海地區(qū)大部分生物屬原地生物灘。巖性上表現(xiàn)為砂泥含量較多，為生物灰?guī)r（螺灰?guī)r、鮞粒、生物碎屑）與細砂-粉砂巖的混雜。自然電位和自然伽馬均表現(xiàn)為低值，以正旋回為主，垂向上厚度變化不一，平面上變化大，預(yù)測難度較大。

2.4 沉積體系的空間展布特征

陸相斷陷盆地由于構(gòu)造活動的差異性和沉積體系的多樣性，在沉積體系的空間組合上具有不同的分布特征，形成獨特的沉積體系的配置關(guān)系［5］。

沙二段沉積時期，埕島、埕東、樁西、長堤凸起對樁海地區(qū)的沉積影響很大，不僅為該區(qū)沙二段的沉積提供了豐富的物源，而且由于差異性的構(gòu)造活動，在不同構(gòu)造帶發(fā)育了不同的沉積體系類型。邊界斷層和凸起邊緣控制了近岸水下扇的發(fā)育，溝谷地形為緩坡帶扇三角洲的發(fā)育提供了條件，生物灰?guī)r則形成在安靜平緩的水體環(huán)境中。

樁海地區(qū)Es2上-Es1沉積時期，盆地經(jīng)歷了整體抬升-再次沉降的過程。盆地的整體抬升使Es2下遭受剝蝕，而Es2上沉積時期，盆地再次拉張，由于氣候干旱，湖泊水體較淺，在埕島、長堤、埕東三大凸起剝蝕面積較大，物源充沛，在其邊界斷層下降盤發(fā)育了粒度較粗的近岸水下扇。單個砂體呈扇形，多個扇體疊合沿斷層構(gòu)成裙帶狀。其中埕島斷層下降盤發(fā)育的樁斜148近岸水下扇扇體物源豐富、規(guī)模大、延伸遠，其前緣已離樁西潛山不遠。由于長堤斷層延伸至本區(qū)已處于斷層的末梢，古地形高差較小，其下降盤發(fā)育的Z125-Z130水下扇體規(guī)模不大，粒度相對較細，向前只延伸了3 km。埕東斷層在沙二段時期斷距大、坡度陡，沿斷層發(fā)育了一系列相帶窄的水下扇，扇體規(guī)模小，相變快，但由于砂體快速堆積，沉積厚度較大。在埕東凸起北部緩坡帶，主要是發(fā)育了一系列物源來自埕東凸起的扇三角洲，沿L451-L453-L25-L17一帶分布，多個扇體在平面上相互疊置。在近岸水下扇、扇三角洲的前方和側(cè)翼、樁西潛山周圍，發(fā)育了一系列大小不一、粒度較細、分選較好的壩砂沉積，主要有ZX147、ZX149、ZX140、Z120、Z121及ZG32壩砂。生物灘壩在樁海地區(qū)沙二段分布較局限，主要分布在L8-L9、樁西潛山周圍的ZG32-ZG18一帶（如圖6所示）。

3 沉積體系控制因素

3.1 古地貌及其樣式組合對沉積體系的控制

樁海地區(qū)沙二段低位體系域沉積體系的成因類型、空間展布特征及沉積構(gòu)成與層序界面形成時期的古地貌密切相關(guān)。古地貌對沉積體系的控制主要表現(xiàn)在不同類型和成因的古地貌單元在時空中耦合，組成面貌各異的物源供給系統(tǒng)，物源供給的方向和數(shù)量控制著沉積層序發(fā)育的位置、規(guī)模、內(nèi)部構(gòu)成及充填樣式?？傮w上“隆”是物源區(qū)；“坡”為沉積物的搬運提供了通道與堆積場所；“凹”則成為沉積物堆積的主要場所［6］。

樁海地區(qū)沙二段沉積時期的埕島、埕東、長堤三大凸起為本區(qū)提供了豐富的物源，控制了各個沉積體系發(fā)育類型、規(guī)模及分布。邊界活動性斷層在陡坡帶對沉積體系的控制作用非常明顯，主要表現(xiàn)在構(gòu)造沉降直接控制了沉積體系的形成與發(fā)育。構(gòu)造沉降的變化速率影響著可容空間的變化速率，當(dāng)沉積物供給穩(wěn)定時，構(gòu)造沉降速率越大，可容空間越大，沉積體容易保存；反之則越小，沉積體易遭受重新改造。

同時，古地地貌樣式組合也對沉積體系的發(fā)育類型起到控制作用［7］。凸起與邊界斷層耦合，物源由物源區(qū)經(jīng)斷層直接入湖，沉積快速堆積的，粒度較粗的近岸水下扇，如ZX148、Z125、L13近岸水下扇體；凸起與斜坡耦合，物源由物源區(qū)順斜坡上的溝谷搬運較長距離，在濱淺湖地區(qū)沉積粒度較細的，橫向上相互疊置的扇三角洲，如埕東凸起北部斜坡扇三角洲、孤立的低位潛山周圍及洼中低隆起，由于物源相對缺乏，沉積了厚度較薄的灘壩砂體和內(nèi)源的生物灘壩，如Z120、Z121、ZX149灘壩。

3.2 湖盆水動力條件對沉積體系的控制作用

樁海地區(qū)的物源主要來自三大凸起近源堆積的厚度大、粒度粗、分選差的近岸水下扇或扇三角洲，而在水下扇前方或側(cè)翼沉積了面積達50余平方千米的粒度細、分選好、物性好的灘壩砂體。此時，湖盆水動力條件就顯得尤為重要，是控制灘壩沉積體系的另一主要因素。湖盆水動力強，湖浪和湖流對近岸水下扇或扇三角洲的砂體進行搬運和改造，在高能環(huán)境沉積了分選好、物性好的壩砂沉積，而在水動力條件弱的低能環(huán)境沉積了厚度薄、物性差的灘砂沉積。

3.3 層序地層與沉積基準面變化對沉積體系發(fā)育的控制作用

樁海地區(qū)沙二段處于盆地第二次深陷期，洼陷基底向陡坡一側(cè)強烈沉降，向緩坡一側(cè)掀斜，呈現(xiàn)北斷南超、東斷西超的構(gòu)造格局。隨著邊界斷層的持續(xù)活動，陡坡一側(cè)水體加深，可容空間逐漸加大，以基準面上升期的沉積作用為主，形成典型的向上變深的沉積序列，呈快速堆積疊加樣式的近岸水下扇發(fā)育。如ZX148近岸水下扇體自然伽馬呈現(xiàn)底部突變，頂部漸變的形態(tài)特征。緩坡一側(cè)由于基底的掀斜作用，同一沉積時期內(nèi)可容空間則逐漸減小，以至在凹陷邊緣暴露地表而發(fā)育不整合面，斜坡構(gòu)造位置以基準面下降期沉積為主，形成典型的向上變淺的沉積序列，扇三角洲和灘壩沉積體系比較發(fā)育。如在斜坡帶發(fā)育的L17扇三角洲和Z121灘壩自然伽馬均呈現(xiàn)反旋回的沉積特征。

4 結(jié)論

①樁海地區(qū)因濟陽運動二幕而發(fā)生區(qū)域抬升，僅發(fā)育沙二上亞段g2e0Wa21+xkz+8BYlwpdZL7wvHQ39+0GWMogujLC0Rs=地層，其主要沉積體系發(fā)育在沙二上亞段至沙一段三級層序的低位體系域。

②樁海地區(qū)具有多物源、近物源、多沉積中心的沉積特點，不同的構(gòu)造位置發(fā)育不同的沉積體系。通過巖心觀察、巖屑錄井、測井曲線和粒度分析，沙二段發(fā)育有近岸水下扇、濱淺湖灘壩（碎屑灘壩、生物碎屑灘壩）、扇三角洲等3類沉積體系。

③結(jié)合構(gòu)造、物源、沉積基準面分析，認為古地貌及其樣式組合、湖盆水動力條件及層序地層和沉積基準面變化是控制本區(qū)沙二段沉積體系成因類型、空間展布特征及沉積構(gòu)成的3大控制因素。

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