金小燕，王清斌，黃曉波，趙國(guó)祥，于 茜

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遼西低凸起北段東二下亞段湖底扇沉積特征及成因機(jī)制

金小燕，王清斌，黃曉波，趙國(guó)祥，于 茜

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

遼西低凸起北段JZ20構(gòu)造區(qū)東二下亞段湖底扇巖性主要為中–細(xì)粒砂巖，顆粒分選中等，孔隙發(fā)育，可分為內(nèi)扇、中扇和外扇亞相，其中內(nèi)扇、中扇多為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，表現(xiàn)為單一水道、辮狀水道的特征，自然伽馬（）曲線表現(xiàn)為微齒化箱形和齒化狀鐘形，地震剖面上表現(xiàn)為下切反射和疊瓦狀反射特征；湖底扇受物源和觸發(fā)機(jī)制等多因素制約，物源來(lái)自古遼河水系的大型辮狀河三角洲前緣砂體，受強(qiáng)烈的正斷層活動(dòng)、斜坡坡度與湖浪擾動(dòng)等影響，原始沉積物沿著斜坡向下滑塌，在深湖–半深湖中形成扇形沉積體；遼西低凸起北段湖底扇緊鄰遼中富生烴凹陷、儲(chǔ)蓋組合好、運(yùn)移通暢，具有較好的勘探潛力。

遼西低凸起；東二下亞段；湖底扇；沉積特征；成因機(jī)制

湖底扇是指湖盆中以重力流搬運(yùn)方式堆積在浪基面以下的扇形沉積體[1–3]。前人研究已取得較好的勘探效果[4–6]，但渤海海域湖底扇埋藏深度大、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大、勘探風(fēng)險(xiǎn)程度高，對(duì)其研究程度尚不深入，大多停留在理論、調(diào)研等方面，隨著勘探的不斷深入，湖底扇的勘探潛力逐漸引起重視[7–8]。本文以遼西低凸起JZ16–20構(gòu)造區(qū)東二下亞段湖底扇為研究對(duì)象，對(duì)其沉積特征進(jìn)行分析，探討湖底扇形成機(jī)制，以期對(duì)該區(qū)下一步的油氣勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

遼西低凸起位于渤海海域東北部遼東灣地區(qū)，北東東向展布，其西以遼西1號(hào)、遼西2號(hào)斷層為界與遼西凹陷相鄰，向東以緩坡的形式過(guò)渡至遼中凹陷[9–10]。研究區(qū)整體為依附于遼西低凸起北傾末端而形成的大型鼻狀構(gòu)造，斷裂發(fā)育，JZ20鼻狀構(gòu)造主要受一條長(zhǎng)期活動(dòng)的北東–南西向邊界大斷層控制，JZ16構(gòu)造發(fā)育一系列 “近梳狀”斷裂體系（圖1），斷裂長(zhǎng)期活動(dòng)。區(qū)域沉積相資料表明[10–12]，東二段時(shí)期湖泊明顯擴(kuò)展，沉積類(lèi)型以深湖–半深湖為主，但在東二下亞段沉積時(shí)期，受來(lái)自于古遼河水系的大型辮狀河三角洲前緣沉積的影響，研究區(qū)在半深湖–深湖相帶內(nèi)發(fā)育因三角洲前緣滑塌作用形成的湖底扇沉積，成為該區(qū)主要的含油氣儲(chǔ)層。

圖1 遼西低凸起JZ20、JZ16構(gòu)造區(qū)域位置

2 湖底扇沉積特征

2.1 巖石學(xué)特征

錄井、巖心和鏡下薄片鑒定等資料的綜合分析表明，東二下亞段湖底扇儲(chǔ)層巖石類(lèi)型以巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石砂巖為主，砂巖粒度級(jí)別以中砂、細(xì)砂為主，其次為粗粉砂和細(xì)粉砂。顆粒分選中等，磨圓度呈次棱–次圓狀，顆粒間接觸關(guān)系以點(diǎn)–線接觸為主。鑄體薄片和掃描電鏡鑒定結(jié)果顯示，湖底扇儲(chǔ)層內(nèi)部較疏松，孔隙發(fā)育，連通性較好，以原生粒間孔為主，見(jiàn)少量溶蝕粒間孔及溶蝕擴(kuò)大孔，部分被泥質(zhì)、碳酸鹽晶體充填。實(shí)測(cè)孔隙度最大值31.1%，最小值18.6%，平均值22.7%。

2.2 沉積亞相特征

本文綜合利用鉆井、測(cè)井、地震資料等將研究區(qū)東二下亞段湖底扇劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇等亞相，由內(nèi)扇到外扇，水動(dòng)力逐漸減弱且沉積物粒度逐漸變細(xì)[13]。

2.2.1 內(nèi)扇亞相

內(nèi)扇亞相主要發(fā)育在湖底扇底部，表現(xiàn)為單一水道特征，即主水道，橫向延伸較窄，縱向下切較深，巖性以厚層含礫砂巖、細(xì)砂巖為主，自然伽馬曲線呈微齒化箱型，幅度高、寬度大、曲線上下值基本一致（圖2），反映了沉積物在沉積過(guò)程中物源供應(yīng)豐富與水動(dòng)力條件較為穩(wěn)定情況下快速堆積，底部見(jiàn)沖刷面；地震剖面上表現(xiàn)為下切反射特征（圖2）。已鉆井統(tǒng)計(jì)，內(nèi)扇中砂巖含量為80%～100%，單層最大砂巖厚度17.3 m，測(cè)井平均孔隙度為26%，是湖底扇最重要的儲(chǔ)集體。

2.2.2 中扇亞相

中扇亞相辮狀水道發(fā)育，厚層砂巖、含礫砂巖與泥巖不等厚互層，垂向上表現(xiàn)由多個(gè)由粗到細(xì)的正粒序結(jié)構(gòu)相互疊置的特征，反映了多期溝道的疊加沉積；靠近內(nèi)扇的辮狀水道砂巖單層厚度較大，中扇前緣的辮狀水道特征不明顯，單層厚度較??；自然伽馬曲線呈齒化狀鐘形、中高幅（圖2），表明水動(dòng)力能量相對(duì)較高，水體能量向上逐漸減弱；地震剖面上表現(xiàn)為疊瓦狀特征（圖2）。已鉆井統(tǒng)計(jì)，中扇砂巖含量為50%～80%，單層最大砂巖厚度8.0m，測(cè)井平均孔隙度24.3%，實(shí)測(cè)平均孔隙度22.7%，最小值18.6%，最大值31.1%。綜合分析認(rèn)為中扇也是湖底扇重要的儲(chǔ)集體。

2.2.3 外扇亞相

外扇亞相位于中扇辮狀水道逐漸消失的扇體外側(cè)，位于湖底扇的最前緣，與正常深水湖泊相鄰，以細(xì)粒沉積物為主，沉積環(huán)境穩(wěn)定。巖性主要為厚層泥巖夾薄層粉砂巖，自然伽馬曲線呈低幅度齒化，偶見(jiàn)低幅指狀，幅度較小，反映了較低能量的水流環(huán)境；外扇亞相在地震剖面上表現(xiàn)為明顯的近平行–平行反射特征（圖2）。外扇砂巖含量較低，為13.6%，單層最大砂巖厚度3.0 m，測(cè)井平均孔隙度23.7%，綜合分析認(rèn)為，外扇以泥巖沉積為主，發(fā)育的細(xì)粒沉積砂體以薄層為主，是湖底扇中較差的儲(chǔ)集體。

圖2 JZ20構(gòu)造湖底扇不同亞相測(cè)井–地震響應(yīng)特征

3 湖底扇形成機(jī)制及沉積模式

已有研究成果表明，湖底扇可由碎屑物源區(qū)洪泛事件形成的重力流直接注入深水區(qū)而成，也可由三角洲前緣等碎屑沉積物順坡滑塌快速堆積而成[2]。綜合遼西低凸起斷裂發(fā)育特征、區(qū)域沉積特征等分析，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)湖底扇主要是由碎屑沉積物滑塌堆積而成，受物源供給、觸發(fā)機(jī)制等因素綜合控制。

3.1 物源供給是湖底扇形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

物源供給控制三角洲沉積體系的發(fā)育程度及規(guī)模，在一定程度上控制了湖底扇的巖性、物性及發(fā)育規(guī)模。東二下亞段沉積時(shí)期處于裂陷晚期，物源主要來(lái)自于盆外長(zhǎng)軸方向的古遼河水系，以大規(guī)模的辮狀河三角洲沉積為主，大型的沉積砂體很容易地向前延伸至凹陷內(nèi)部，尤其是辮狀河三角洲前緣砂體主要是以線性物源形式，通過(guò)補(bǔ)給水道進(jìn)行補(bǔ)給，具有補(bǔ)給穩(wěn)定、供給量大、搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)，為湖底扇的形成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)（圖3）。

3.2 觸發(fā)機(jī)制是湖底扇形成的重要因素

利用水槽實(shí)驗(yàn)對(duì)湖底扇進(jìn)行物理模擬[14–15]，證實(shí)了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、重力、波浪等作用是控制湖底扇發(fā)育的重要因素。研究區(qū)湖底扇表現(xiàn)出厚度大、分布廣，具有明顯的滑塌成因，強(qiáng)烈的正斷層活動(dòng)等構(gòu)造事件、斜坡坡度和湖浪擾動(dòng)作用等是湖底扇形成的主要原因。

圖3 JZ20–16構(gòu)造區(qū)東二下亞段沉積體系

強(qiáng)烈正斷層活動(dòng)是該區(qū)湖底扇形成的主要觸發(fā)機(jī)制。研究區(qū)位于遼西低凸起北段，受長(zhǎng)期活動(dòng)性大斷裂的影響，控制沉積的同沉積斷層極其發(fā)育，主要表現(xiàn)為由北向南，斷層上盤(pán)地層厚度大，下盤(pán)地層厚度薄，向洼陷內(nèi)部斷層上盤(pán)地層厚度呈明顯的逐漸增厚的特點(diǎn)，形成多級(jí)斷階帶（圖4）。這些斷層的發(fā)育表明當(dāng)時(shí)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，強(qiáng)烈的正斷層活動(dòng)觸發(fā)了滑塌重力流的廣泛發(fā)育，有利于湖底扇的形成和發(fā)育。

斜坡坡度與湖浪擾動(dòng)作用是研究區(qū)湖底扇形成的次要觸發(fā)機(jī)制。在東二下亞段低位域和湖泛域時(shí)期，湖平面逐漸上升，三角洲以退積型沉積模式為主，沉積坡折繼承性發(fā)育的同時(shí)，坡度逐漸積累；隨著三角洲前緣斜坡坡度的增加，加之處于湖平面相對(duì)上升期，很容易遭受湖浪的擾動(dòng)、沖擊和破壞，導(dǎo)致坡折帶頂部的三角洲前緣富砂沉積物不穩(wěn)定，容易繼續(xù)沿斜坡向低洼處沉積，進(jìn)而在坡折帶中下部形成規(guī)模較大的湖底扇。

圖4 JZ16構(gòu)造同沉積斷層發(fā)育特征（剖面位置見(jiàn)圖1）

3.3 沉積模式

遼西低凸起北段東二下亞段湖底扇主要是由強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起沉積物沿斜坡滑塌形成，主要沉積特征為：來(lái)自于古遼河水系的大型辮狀河三角洲在斜坡上建設(shè)性發(fā)育，原始的地形斜坡疊加三角洲前緣斜坡，使得三角洲前緣沉積坡折坡度不斷積累加大，進(jìn)而導(dǎo)致斜坡沉積物的穩(wěn)定性降低；先期沉積于坡折帶頂部的三角洲前緣富砂沉積物，因松散不具有黏聚性，不穩(wěn)定性強(qiáng)，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、波浪擾動(dòng)等外界因素的觸發(fā)下，沿斜坡發(fā)生滑塌，并在相對(duì)低洼處發(fā)生再次沉積并形成扇形沉積物（圖5）。

圖5 遼西低凸起北段東二下亞段湖底扇沉積模式

4 結(jié)論

（1）遼西低凸起北段東二下亞段湖底扇的巖性主要為中–細(xì)粒砂巖，孔隙發(fā)育，物性較好，可細(xì)分為內(nèi)扇、中扇和外扇亞相，其中內(nèi)扇、中扇為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，表現(xiàn)為單一水道、辮狀水道的特征；自然伽馬曲線表現(xiàn)為微齒化箱形和齒化狀鐘形，地震剖面上表現(xiàn)為下切反射和疊瓦狀反射特征。

（2）遼西低凸起北段東二下亞段湖底扇受物源和觸發(fā)機(jī)制等多因素制約，物源主要來(lái)自古遼河水系的大型辮狀河三角洲前緣砂體，受強(qiáng)烈的正斷層活動(dòng)、斜坡坡度與湖浪擾動(dòng)等影響，原始沉積物沿著斜坡向下滑塌，在深湖–半深湖中形成湖底扇。

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編輯：蒲洪果

2017–10–31

金小燕，工程師，1984年生，2010年畢業(yè)于成都理工大學(xué)能源學(xué)院礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事石油地質(zhì)與勘探研究。

國(guó)家“十二五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目（2011ZX05023–002）。

1673–8217（2018）04–0035–04

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