劉玉瑞

(中國石化 江蘇油田分公司 科技處，江蘇 揚(yáng)州　225009)

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蘇北盆地高郵凹陷戴南組物源—坡折控扇研究

劉玉瑞

(中國石化 江蘇油田分公司 科技處，江蘇 揚(yáng)州225009)

摘要：高郵凹陷為蘇北—南黃海泰州組—阜寧組統(tǒng)一盆地解體形成的戴南組箕狀斷陷之一。戴南組斷陷有斷裂、侵蝕、撓曲成因3大類坡折，坡折平面凸緣、凹緣2類樣式，構(gòu)成10種坡折類型；存在泰州組—阜寧組新巖系、基底巖系2套物源，前者大套泥巖深刻影響了戴南組沉積體系建設(shè)。在明確巖相概念后，發(fā)現(xiàn)和命名了泥屑流扇相新類型，提出水下沖積扇、泥屑流扇、泥石流扇、扇三角洲、三角洲、辮狀三角洲是戴南組主要沉積相類型。闡述了戴南組低位、湖侵、高位體系域中，斷陷陡坡、緩坡和洼陷不同坡折帶的沉積體系類型、展布及演化特征；發(fā)現(xiàn)了凸緣坡折沉積富砂的扇，凹緣坡折建設(shè)富泥的扇，總結(jié)出物源—坡折—扇相—砂體之間關(guān)系規(guī)律，并指出了砂巖發(fā)育主控因素。

關(guān)鍵詞：再沉積物源；泥屑流；凸緣坡折富砂；凹緣坡折富泥；源坡控扇；沉積體系；高郵凹陷；蘇北盆地

中國陸相斷陷湖盆沉積體系的研究理論、方法和成果豐碩[1-10]，渤海灣盆地常作借鑒模式。高郵凹陷是蘇北盆地最富油氣的地區(qū)，戴南組(E2d)巖相前人有諸多工作和認(rèn)識(shí)[11-20]，推動(dòng)了油田發(fā)展。

高郵凹陷是由蘇北—南黃海泰州組(K2t)—阜寧組(E1f)統(tǒng)一盆地解體形成的始新世眾多獨(dú)立斷陷之一。這點(diǎn)與渤海灣斷陷成盆背景有極大不同。前人對(duì)此重視不夠，導(dǎo)致描述E2d巖相都有偏差：(1)不認(rèn)識(shí)E1f泥巖物源再沉積的巖相；(2)未發(fā)現(xiàn)物源、坡折與扇相、砂體之間規(guī)律，不能有效預(yù)測(cè)砂體發(fā)育特點(diǎn)；(3)許多人硬套渤海灣斷陷模式研究蘇北盆地，得出錯(cuò)誤的構(gòu)造巖相認(rèn)識(shí)，如文獻(xiàn)[21]描述高郵凹陷與東營凹陷總體相似是完全不符合本區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況的。

本文以高郵E2d斷陷形成背景、坡折帶和物源特征為基礎(chǔ)，全面梳理各體系域、各坡折帶的沉積體系特征，首次識(shí)別出泥屑流扇相，揭示了E2d源—坡控扇—砂規(guī)律，指出凸緣坡折建造富砂的扇，凹緣坡折建設(shè)富泥屑流或泥質(zhì)的扇，旨在預(yù)測(cè)砂體和描述巖性圈閉，指導(dǎo)隱蔽油藏的勘探。

1沉積背景

1.1　斷陷古地質(zhì)背景

蘇北盆地系指晚白堊世—新生代蘇北—南黃海盆地西部的陸上部分，基底是前Z結(jié)晶基巖，Pz海相和Mz陸相基巖；蓋層由下構(gòu)造層K2t-E1f、中構(gòu)造層E2d-E2s和上構(gòu)造層Ny-Qd組成?，F(xiàn)今盆地呈斷陷格局。對(duì)K2t-E1f原型盆地有4種不同看法，即斷陷、拗陷、斷拗、拗?jǐn)嗯璧?；也有一些共識(shí)：(1)K2t-E1f期，蘇北—南黃海是統(tǒng)盆，沉積相為跨現(xiàn)今凹、凸構(gòu)造單元的大型巖相帶；(2)古新世末，吳堡事件使盆地反轉(zhuǎn)抬升，統(tǒng)盆解體，各凹陷開始了E2d分隔斷陷演化階段(圖1)。

由圖1可知，E2d各斷陷范圍，既小于K2t-E1f殘盆，也小于各凹陷自身。由此可見，與渤海灣、北部灣、南襄、二連等繼承性同生斷陷盆地相比，高郵斷陷有截然不同的成盆背景。

1.2　坡折帶特征

坡折帶指地形坡度發(fā)生突變的地貌帶，對(duì)層序、沉積、儲(chǔ)層和非構(gòu)造圈閉的發(fā)育有重要控制意義[1-5]。林暢松[2]把斷陷盆地沉積構(gòu)造長期活動(dòng)引起的古地貌突變帶稱為構(gòu)造坡折帶，半地塹盆地有4種邊緣類型的斷裂坡折帶。蔡希源[1]稱構(gòu)造坡折帶為構(gòu)造古地貌，分?jǐn)喟櫺?、斷坡?大類坡折。張善文[5]將斷裂活動(dòng)引起的沉積古地貌稱為斷坡，分同沉積斷坡、前沉積斷坡2大類，其控相定儲(chǔ)作用稱為斷坡控砂。王英明[3]認(rèn)為陸相盆地有侵蝕、構(gòu)造和沉積3種地質(zhì)營力形成的斷裂、撓曲、沉積、侵蝕4類坡折帶，常呈多級(jí)坡折帶特點(diǎn)。周立宏[4]將岐口凹陷分構(gòu)造、撓曲、沉積、古地貌和侵蝕5種坡折帶。

坡折帶分類多以成因?yàn)橹?，結(jié)合其他特點(diǎn)命名；但分類和術(shù)語不統(tǒng)一，如三角洲前緣古地貌有叫同沉積坡折[3-4]，也有稱前沉積盆內(nèi)坡折[5]。

本文將高郵凹陷E2d坡折帶分3類10種(圖2)。(1)先按成因分?jǐn)嗔?、侵蝕、撓曲3大類坡折。

圖1　蘇北盆地E2d斷陷格局及前E2d古地質(zhì)背景

圖2　蘇北盆地高郵斷陷E2d坡折類型及物源特征

將坡折帶平面形態(tài)向斷陷內(nèi)凸的叫凸緣坡折，向斷陷外凸的叫凹緣坡折。(2)再按斷裂位置、斷階結(jié)構(gòu)、斷面形態(tài)和坡折平面凹凸，分陡坡帶斷裂坡折6種，洼陷邊緣斷裂坡折1種。(3)依緩坡剝蝕面和物源區(qū)性質(zhì)及坡折平面形態(tài)，分靠老山的緩坡侵蝕帶—凸緣坡折和靠新山的緩坡侵蝕帶—凹緣坡折。

E2d建于E1f區(qū)域剝蝕面上，坡折帶平面凹凸與底層性質(zhì)密切相關(guān)。底層為E1f砂巖及基巖的坡折帶呈凸緣邊界，物源粗，建設(shè)富砂相區(qū)；底層為E1f大套泥巖的易形成凹緣坡折，物源細(xì)，發(fā)育富泥相區(qū)。這次發(fā)現(xiàn)斷陷邊界坡折平面形態(tài)與相域、砂泥含量存在明確關(guān)系；而渤海灣盆地邊界溝槽控制物源入口和儲(chǔ)層發(fā)展方向[1-5]，兩盆差別大。

1.3　物源特征

縱觀E2d巖相沿革[11-18]，有2點(diǎn)看法：(1)各論文中砂巖相區(qū)輪廓和物源方向近似，差別在相類型和資料豐度；如文獻(xiàn)[16-18]用更多手段刻畫了母源特征；(2)未認(rèn)出E1f泥巖再沉積的巖相，把斷陷長軸端定為濱淺湖、半深湖，凹緣坡折巖相描述有偏差。

可見，E2d物源的顯著特點(diǎn)：一是有基巖系和新巖系的雙重物源體系；二是新巖系以大套深湖泥巖為主，有先剝蝕、就近快速堆積的優(yōu)勢(shì)。

2主要沉積相類型

高郵E2d斷陷有不同坡折帶，新、老2套物源系統(tǒng)，牽引流、重力流2種搬運(yùn)，沉積環(huán)境和地理形態(tài)多樣，由此建設(shè)了豐富的沉積體系。下面著重闡述其中6種主要巖相類型及新認(rèn)識(shí)。

2.1水下沖積扇

斷陷陡岸扇體發(fā)育，類型多樣，概念混亂。吳崇筠[11]認(rèn)為：(1)具扇平原、扇前緣和扇前三層結(jié)構(gòu)的是扇三角洲。(2)湖擴(kuò)期以辮狀河道沉積為主，剖面具粒序、韻律、旋回三正特征，全沒于濱淺湖水下的扇形砂礫巖體稱水下沖積扇。(3)湖擴(kuò)期全沒于浪基面以下深湖的重力流砂礫巖扇體為近岸濁積扇，其外扇呈CDE段鮑馬層序?，F(xiàn)在，很多學(xué)者將此扇定義為近岸水下扇。

2.2　泥屑流扇、泥石流扇

2.2.1泥屑流扇

(1)一種罕見的砂狀泥巖巖屑砂巖。E1f泥巖除供給E2d大量泥質(zhì)外，還以砂狀等粗巖屑再沉積，形成獨(dú)特巖石(圖4)、罕見的砂狀泥巖巖屑扇群。觀察周26、竹1、邵9等幾十口井巖心，此類巖石具泥狀—砂狀—極細(xì)礫狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，基質(zhì)是褐灰、暗棕色泥質(zhì)；碎屑組分為E1f2-4暗色泥巖巖屑和少量泥灰?guī)r巖屑，砂狀為主，少量極細(xì)礫狀，母巖色調(diào)。按巖石命名，有泥質(zhì)砂狀泥巖巖屑砂巖，細(xì)泥礫石質(zhì)或砂狀泥巖巖屑質(zhì)泥巖，泥質(zhì)泥灰?guī)r巖屑細(xì)角礫巖等類型。如周26井從2 630~2 790.51 m連續(xù)取心，在E2d1底界2 785 m見到一層1 m厚的圖4a的巖類，從2 730~2 784 m全部是圖4b的巖類。這套巖石與洪水水道撕裂屑泥礫巖、湖浪攪動(dòng)泥礫巖等原地成因巖石特征完全不同，也不是成巖或斷裂破碎形成的，實(shí)乃重力流異地搬運(yùn)沉積的產(chǎn)物。

沉積體系展布

(2)巖石剖面特點(diǎn)(圖5)。剖面介于E1f4和典型E2d之間，巖電性獨(dú)特[18]。如圖4、圖5巖心，有灰、暗棕和雜色，復(fù)合結(jié)構(gòu)，顆粒形態(tài)、含量多變，分布不均；缺乏內(nèi)部紋層，偶見流動(dòng)面，厚層塊狀。薄片中顆粒呈坨狀，大小混雜，邊緣不清晰，無法定量統(tǒng)計(jì)組分。產(chǎn)始新世E2d介形類標(biāo)準(zhǔn)化石，見豐富的再沉積E1f介形類化石，后者殼飾有磨損、蜂窩狀溶蝕標(biāo)志，并呈反時(shí)序分布；常見腹足類化石，反映淺水環(huán)境。此剖面厚度變化大，凹緣坡折帶處單套厚40~320 m不等；凸緣坡折帶僅少數(shù)井E2d1底部零星數(shù)米，如永13井有11 m是厚的。

泥屑流扇巖心

(3)巖石流態(tài)成因類型。這類巖石錄測(cè)井貌似“泥巖”，前人一直誤當(dāng)靜水產(chǎn)物，定為濱淺湖—半深湖相[11-18]。實(shí)際上，這是一種泥質(zhì)包裹砂狀泥巖巖屑為主的高密度重力流沉積產(chǎn)物。

據(jù)報(bào)道，沉積物重力流按顆粒支撐機(jī)理，分碎屑流、顆粒流、液化流、濁流4種。碎屑流是一種飽含高濃度分選差的沉積物與水混合的黏滯塑性流。其中，由泥級(jí)顆粒組成的碎屑流稱泥流；泥質(zhì)組分體積占比大于5%，顆粒包含砂、巨石、漂礫的稱泥石流；碎屑流與顆粒流過渡的，基質(zhì)由松散的砂、礫石組成的稱砂質(zhì)碎屑流。

圖5　蘇北盆地高郵凹陷竹1井E2d泥屑流扇巖電性及巖相特征

可見，上述巖石屬碎屑流成因，又與上述3個(gè)亞類有區(qū)別，體現(xiàn)為：碎屑組分不是中—高成熟度的礦物、巖屑或巖塊，而是極不穩(wěn)定的砂狀泥巖巖屑為主，故本文稱之為泥質(zhì)泥巖巖屑碎屑流，簡(jiǎn)稱泥屑流，是碎屑流的一種特型新成員。

分析表明，這類巖石主要發(fā)育在陡坡帶、緩坡帶的凹緣坡折，平面呈扇形，縱剖面呈楔狀，單扇體邊界模糊，呈裙邊狀復(fù)合扇體展布。以圖5為例，單井相扇大致可分出扇根、扇中和扇端3帶，但準(zhǔn)確刻畫3帶空間展布較困難。

由此可見，此類扇難歸入已知沉積相的任何一類；若按流態(tài)體制成因定相，既符合理論，也呈現(xiàn)很好的物源—坡折控扇特點(diǎn)，故定為泥屑流扇。

2.2.2泥石流扇

分析認(rèn)為，這些扇體有如下重要特征：(1)圖3反映這些扇的砂礫巖含量小于10%，而泥屑流沉積占優(yōu)勢(shì)。(2)邵9井在2 982 m和2 984.4 m巖心見雜色基質(zhì)支撐雜礫巖，礫石成分雜，形態(tài)各異，分選差，混雜堆積；2 975.4 m巖心暗棕色泥巖中常見漂礫石，此剖面占比大；邵6井3 055.3 m巖心見泄水構(gòu)造。(3)扇剖面呈正旋回變化。可見，此扇示泥石流塊體搬運(yùn)成因機(jī)制，定為泥石流扇更合適。

2.3　扇三角洲

沉積體系展布

圖7　蘇北盆地高郵凹陷高位域E2d2沉積體系展布

研究還發(fā)現(xiàn)，圖6、圖7陡岸扇三角洲分富砂的和富泥的2種，前者見于凸緣坡折，扇主體砂巖含量大于20%~30%；后者在凹緣坡折，砂巖含量小于20%，邵伯、黃玨、周南扇體砂巖小于10%。

2.4　三角洲

見于北斜坡E2d各體系域中，按河流性質(zhì)，分正常的三角洲和辮狀三角洲。有關(guān)識(shí)別標(biāo)志前人有闡述[18]，下面補(bǔ)充點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

(2)辮狀三角洲。見于北斜坡沙埝、南部富民—周莊E2d2中，兩者連成一片。沙埝的巖相意見一致，富民—周莊前人定為扇三角洲，現(xiàn)修改為：E2d2期，富民—周莊斷裂坡折帶古地形坡度趨緩，出現(xiàn)短河流，缺乏陡坡近源沉積標(biāo)志，泥巖更紅，辮狀河道砂巖建設(shè)為主，沉積特征與沙埝巖相無異，故定為辮狀三角洲。

此外，E2d斷陷還有濱淺湖、半深湖及中央凹陷區(qū)的濁積扇、灘壩等相類，這里不作詳述。

3源—坡控扇—砂

3.1　沉積體系展布

3.1.1低位域沉積體系

表1　蘇北盆地高郵E2d斷陷坡折—體系域—扇關(guān)系

3.1.2湖侵域沉積體系

湖侵域期，高郵斷陷構(gòu)造及坡折處于相對(duì)穩(wěn)定狀況，泥屑流停止。表1和圖6反映，沿陡岸帶鑲嵌生長著一批富砂、富泥的扇三角洲，呈裙邊狀展布；凸緣坡折有富民、真許和大儀3個(gè)富砂扇體；凹緣坡折有周莊、肖劉莊、邵伯、黃玨4個(gè)富泥扇體。緩坡帶，沙埝富砂三角洲、碼—馬富泥三角洲進(jìn)一步生長。上述扇體間為濱淺湖區(qū)，中央洼陷帶、斷陷長軸端呈半深湖區(qū)；漢留型坡折、撓曲坡折處，發(fā)育了較多的小型濁積扇、淺湖灘壩。

3.1.3高位域沉積體系

E2d2斷陷范圍最大，水體最淺。表1、圖7反映，陡坡帶肖劉莊—大儀段5個(gè)扇三角洲繼續(xù)生長，呈凸緣富砂、凹緣富泥相區(qū)展布；富民—周莊段相變?yōu)闃O富砂的辮狀三角洲，與沙埝扇體連片。緩坡帶沙埝發(fā)育出極富砂的辮狀三角洲復(fù)合體，面積顯著擴(kuò)大；西部碼—馬富泥三角洲繼續(xù)成長，韋莊生成一個(gè)新的三角洲。斷陷長軸端泥屑流扇復(fù)活，中央洼陷帶濱淺湖區(qū)縮小，零星分布淺湖灘壩。

3.2　物源、坡折與扇關(guān)系

3.2.1物源與扇關(guān)系

3.2.2坡折帶與扇關(guān)系

與其他陸相盆地一樣，高郵E2d斷陷坡折帶控扇明顯。(1)各相圖反映，斷陷四周的扇都環(huán)繞坡折帶發(fā)育，中央凹陷區(qū)的扇則受洼陷邊緣坡折、撓曲坡折制約；(2)表1所述，坡折類型控制著各體系域不同的沉積體系類型與相域變遷；(3)坡折與物源共控了扇的泥質(zhì)和砂質(zhì)含量基本格局。

由此可見，高郵凹陷E2d物源—坡折—扇相存在很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表2)。

3.3　砂體發(fā)育主控因素

逢溝必扇是沉積學(xué)基本原理，故有大溝對(duì)大扇的說法；譬如，陸相盆地長軸端(大溝)最有利于建設(shè)大型粗碎屑扇類[1，5，11]。然而，前人研究高郵斷陷E2d沉積體系及砂體預(yù)測(cè)時(shí)，一直感到十分困惑，為何這里溝扇不對(duì)應(yīng)，大溝無大扇，反而是泥區(qū)？渤海灣斷陷沉積模式為何在此失靈？

表2　蘇北盆地高郵E2d斷陷物源—坡折—扇關(guān)系

從沿溝找扇，到坡折控扇、控相、控砂是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的飛躍。陸相盆地控砂因素多，如物源、坡折、水動(dòng)力、沉積環(huán)境、構(gòu)造活動(dòng)、火山作用等，使得砂體發(fā)育分布復(fù)雜。下面著重分析控砂主因和砂體宏觀分布規(guī)律，對(duì)儲(chǔ)層具體展布不詳述。

(2)坡折控制扇生長位置、相類型及砂體貧富程度。前面圖表充分展示了坡折與扇關(guān)系。一是陡岸、緩坡和盆內(nèi)的坡折帶都制約著扇發(fā)育位置，沉積體系規(guī)模、空間展布及成長演化。二是平面上，富砂扇全在凸緣坡折帶，砂巖含量大于20%，儲(chǔ)層規(guī)模也大；富泥扇都在凹緣坡折帶，砂巖含量多小于15%，扇體和儲(chǔ)層規(guī)模都小，陡坡帶為眾多小水流形成的扇體疊合群。這是前人未認(rèn)識(shí)的。

(3)構(gòu)造活動(dòng)對(duì)區(qū)內(nèi)沉積有2點(diǎn)重要作用。一是E2d斷陷總體沉降速率偏小、幅度較小，故水體淺，可容空間小，以過補(bǔ)償沉積為主，穩(wěn)定湖泊短暫，砂巖總體發(fā)育。二是斷裂、斷塊體活動(dòng)形成了不同類型的古地貌坡折帶，生成新物源，進(jìn)而控砂。如陡岸帶周北、富民、真許凸緣坡折，形成于控凹邊界斷裂調(diào)節(jié)帶處，下盤塊體抬升較高，物源較粗；邵伯、黃玨凹緣坡折，則處于寬緩斷階帶位置，新物源細(xì)。緩坡帶沙埝靠老山的凸緣坡折由柘垛低凸起持續(xù)抬升形成，由此發(fā)育了富砂三角洲。

(4)牽引流、重力流2種搬運(yùn)，重力流多樣的沉積物流態(tài)，即多樣的輸送體系作用，形成了多樣的扇類型，控制了扇的各種水道、河口壩、前緣、濁積及灘壩等各類砂體的發(fā)育與展布。

總之，E2d扇相和砂體受控于物源、坡折、構(gòu)造和輸送4類體系耦合作用。這些認(rèn)識(shí)在近10年油氣勘探中應(yīng)用效果豐碩，是沉積—砂體—成藏建模和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)“三模一測(cè)”隱蔽圈閉勘探技術(shù)的關(guān)鍵理論，也是“沿?cái)鄬?、追雙源、探砂體”高效發(fā)現(xiàn)隱蔽油藏的部署依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了黃88—馬33—黃162、聯(lián)38—馬38、邵14、肖14等一批重要油氣突破，實(shí)現(xiàn)高郵深凹帶西部隱蔽圈閉含油的大連片。

4結(jié)論

(1)高郵E2d箕狀斷陷成盆背景特殊，形成了斷裂、侵蝕、撓曲3類成因坡折，平面凸緣、凹緣2樣式的10種坡折帶類型；存在大套泥巖K2t-E1f新巖系、基底老巖系2套物源系統(tǒng)。

(2)提出了泥屑流概念及扇相新類型，指出了水下沖積扇、泥屑流扇、泥石流扇、扇三角洲、三角洲、辮狀三角洲是E2d主要巖相類型；闡述了各體系域、各坡折帶的沉積體系特征；發(fā)現(xiàn)凸緣坡折沉積富砂的扇，凹緣坡折建設(shè)富泥的扇，并總結(jié)出物源—坡折—扇相—砂體之間關(guān)系規(guī)律。

(3)E2d扇相和砂體發(fā)育分布主要受物源、坡折、構(gòu)造和輸送4類體系耦合作用控制。

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(編輯徐文明)

Sediment sources and slope belt controlling fan systems in the Dainan

Formation in Gaoyou Sag, North Jiangsu Basin

Liu Yurui

(ScientificandTechnicalDepartment,SINOPECJiangsuOilfieldCompany,Yangzhou,Jiangsu225009,China)

Abstract:The Gaoyou Sag is a typical half graben of the Dainan Formation which is derived from the disintegration of an unified fault depression of the Taizhou and Funing formations in the North Jiangsu and South Yellow Sea basins. There are 3 genetic types of slope belt including fault slope, erosion slope and bending slope and 2 plane patterns comprising flange and concave edge slope belts which can be classified to 10 types. Sediment sources of the Dainan Formation consist of the rocks in the Taizhou and Funing formations and the basement of the North Jiangsu Basin. The former source contains a large set of mudstones and deeply influences the depositional system of the Dainan Formation. After careful consideration of the rock facies concept, a new type of facies named mud debris flow fan was discovered. Underwater alluvial fan, mud debris flow fan, debris flow fan, fan delta, delta and braided delta are the main facies types in the Dainan Formation. The type, distribution and evolution of sedimentary system in steep slope, gentle slope and depression area of LST, TST and HST in the Dainan Formation are addressed in detail. The relationship among sediment sources, slope belts, fan system and sand body and the main controlling factors of sand distribution are determined. Sand-rich fan systems usually develop along the flange edge slope belt, and mud-rich fans lie along the concave edge.

Key words:redeposited sediment source; mud debris flow; sand-rich flange edge slope belt; mud-rich concave edge slope belt; sediment source and slope controlling fan system; sedimentary system; Gaoyou Sag; North Jiangsu Basin

基金項(xiàng)目：中國石化科技部項(xiàng)目(P15077)資助。

作者簡(jiǎn)介：劉玉瑞(1962—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事油氣勘探研究及科技管理。E-mail:liuyr.jsyt@sinopec.com。

收稿日期：2015-05-15；

修訂日期：2015-12-10。

中圖分類號(hào)：TE121.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A