張自力 朱筱敏 李 琦 張銳鋒 耿榮燕 曹蘭柱 施瑞生

1 中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249 3 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京 100083 4 中國石油華北油田分公司，河北任丘 062552

1 概述

沉積盆地的層序地層格架和沉積充填結(jié)構(gòu)的形成演化及其控制因素，是層序地層學(xué)不斷探索的基本科學(xué)問題(林暢松，2009)。在陸相盆地，特別是內(nèi)陸湖盆，層序的形成和發(fā)育與海平面變化的內(nèi)在聯(lián)系很小，而對(duì)古構(gòu)造、古氣候和物源補(bǔ)給等因素十分敏感(Ravnas and Steel，1998；朱筱敏，2000；Catuneanu，2006，2019；鄧宏文等，2008；王華等，2010)。在斷陷湖盆中，構(gòu)造活動(dòng)是控制層序界面成因、沉積中心遷移、層序構(gòu)型及沉積體系多樣性的根本因素，多幕、多期次構(gòu)造活動(dòng)形成的特定古沉積背景與物源供給之間的配置，控制了沉積物的運(yùn)輸路徑及層序格架下的分散樣式，從而決定了斷陷盆地的充填演化過程(Gawthorpe and Ledder， 2000；王華等，2010；Geetal.， 2017； 葛家旺等，2018； 張自力等，2019)。對(duì)層序格架下地層發(fā)育特征、砂體成因類型、砂體與烴源巖的配置關(guān)系等解剖，既是認(rèn)識(shí)巖性油氣藏形成和分布的關(guān)鍵，又是當(dāng)今地學(xué)研究的熱點(diǎn)(Fengetal.， 2015，2016；Geetal.， 2017)。

渤海灣盆地古近紀(jì)演化過程中經(jīng)歷了多期湖侵，在沙河街組沙三段沉積時(shí)期和沙一段沉積時(shí)期的大規(guī)模湖侵作用下，分別形成了優(yōu)質(zhì)的烴源巖及湖泊碳酸鹽巖和烴源巖的混合沉積。對(duì)于陸相斷陷湖盆湖侵背景條件下這種沉積物差異充填的原因，尤其是層序格架下沉積體系的響應(yīng)，值得進(jìn)一步深入研究和探討。為此，以渤海灣盆地霸縣凹陷古近系為研究對(duì)象，基于覆蓋全區(qū)的2552ikm2三維地震資料解釋，利用鉆/測(cè)井、巖心、分析測(cè)試等資料，通過分析沙河街組一段和三段沉積體系時(shí)空展布的差異性特征，試圖解釋造成渤海灣盆地沙一段沉積期和沙三段沉積期廣泛湖侵的原因，并建立湖侵背景下層序格架內(nèi)部沉積體系的充填響應(yīng)模型，從而為下一步巖性油氣藏勘探中明確有利砂體類型及其與烴源巖空間配置關(guān)系、預(yù)測(cè)巖性油氣藏類型和分布等提供必要的理論方法和技術(shù)支持。

a—研究區(qū)位置；b—井位分布；c—古近系地層柱狀圖圖 1 冀中坳陷霸縣凹陷井位位置及古近系地層柱狀圖Fig.1 Wells location and stratigraphic colnmn of the Paleogene in Baxian sag， Jizhong Depression

2 區(qū)域地質(zhì)背景

霸縣凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷內(nèi)部中新生代發(fā)育的次一級(jí)凹陷(圖 1)，西部以牛東斷層與牛駝鎮(zhèn)凸起為界，東部向東過渡為文安斜坡，北部以霸縣二臺(tái)階斷層和里瀾斷層分別與廊固凹陷、武清凹陷相隔，南部以徐水—安新橫向調(diào)節(jié)帶與饒陽凹陷相接。霸縣凹陷古近紀(jì)整體上呈北東—南西走向，東西寬約70ikm，南北長約80ikm，總勘探面積約5600ikm2(圖 1-b)(翟光明，1998；張文朝等，2001)。

霸縣凹陷古近系發(fā)育齊全，前人依據(jù)巖性和古生物化石組合，將古近系自下而上依次劃分為孔店組(Ek)、沙河街組(Es)和東營組(Ed)(圖 1-c)(翟光明，1998；張文朝等，2001；杜金虎等，2007；紀(jì)友亮等，2009)。斷裂活動(dòng)的不均衡性使地層具有南北分區(qū)、東西分帶特點(diǎn)，地層厚度變化大，巖相變化快，控盆斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，致使古近系沉積厚度超過8000im。古近系主要由棕紅色、紫紅色、褐色、灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及砂礫巖所組成(圖 1-c)，垂向上形成3個(gè)水進(jìn)到水退的沉積序列，總體上可劃分為3個(gè)典型的超層序。張自力等(2019)依據(jù)地震反射終止樣式、巖性組合特征、古生物組合及垂向演化、鉆井巖電響應(yīng)特征等，將霸縣凹陷古近系進(jìn)一步劃分為3個(gè)二級(jí)層序和14個(gè)三級(jí)層序(圖 2)。

圖 2 霸縣凹陷古近系層序格架下湖盆充填演化特征(據(jù)張自力等，2019；有修改)Fig.2 Feature of basin-filling evolution within the Paleogene sequence framework in Baxian sag(modified from Zhang et al.，2019)

3 古近紀(jì)湖盆演化

古近紀(jì)霸縣凹陷是一個(gè)較為典型的箕狀斷陷湖盆，其西部牛東斷層的伸展活動(dòng)控制了霸縣古湖盆的形成和演化。依據(jù)斷層活動(dòng)性質(zhì)以及斷裂組合樣式，將這一裂谷發(fā)育期湖盆構(gòu)造演化細(xì)分為3幕裂陷過程和6個(gè)演化階段(圖 2)(Maetal.， 2019；張自力等，2019)。

3.1 強(qiáng)烈斷陷Ⅰ幕

對(duì)應(yīng)孔店組—沙四段2個(gè)沉積期(圖 1-c)。

孔店組沉積期(I-1)，冀中坳陷古生界基巖解體，先存的基底差異伸展(拉伸率5%～8%)，在各級(jí)斷層強(qiáng)烈活動(dòng)下形成洼隆相間的構(gòu)造格局。盆地構(gòu)造沉降速率為100～110im/Ma，總沉降速率為145～150im/Ma，地層最大厚度1400im?？椎昶跉夂蚋珊笛谉幔钥h凹陷發(fā)生古近紀(jì)首次小規(guī)模湖侵(第1次湖侵)，形成多個(gè)分隔性較強(qiáng)的小型湖盆，整體發(fā)育一套近物源堆積的沖積扇及沖積扇末端的辮狀河、辮狀河三角洲粗粒沉積。

到沙四段沉積期(I-2)，霸縣凹陷牛東斷層南段和北段劇烈活動(dòng)并相互延伸(拉張率大于7%)，基底呈現(xiàn)出西斷東翹的地層結(jié)構(gòu)樣式。構(gòu)造沉降速率205～220im/Ma，總沉降速率340～355im/Ma(紀(jì)友亮等，2009)。沉積中心和沉降中心位于高家堡—岔河集一線，最大厚度超過2000im。沙四期氣候溫暖濕潤，發(fā)生首次大規(guī)模湖侵(第2次湖侵)，與持續(xù)強(qiáng)烈的構(gòu)造作用一起使霸縣凹陷形成了完整、統(tǒng)一的湖盆，周緣物源區(qū)供給強(qiáng)烈，形成向盆內(nèi)強(qiáng)烈進(jìn)積的辮狀河三角洲(圖 1)。

3.2 強(qiáng)烈斷陷Ⅱ幕(SSQ2)

對(duì)應(yīng)沙三段—沙二段沉積期(圖 1-c)。

進(jìn)入沙二段沉積時(shí)期(Ⅱ-2)，受區(qū)域構(gòu)造升降影響，邊界牛東斷層活動(dòng)急劇減弱(拉張率小于3%)，霸縣凹陷沉降速率降低，構(gòu)造沉降速率40～50im/Ma，總沉降速率145～153im/Ma(紀(jì)友亮等，2009)。霸縣凹陷沉積中心和沉降中心位于牛東斷層中段高家堡附近地區(qū)，最大厚度約1000im。沙二段時(shí)期氣候溫?zé)?、干旱，霸縣凹陷發(fā)生大范圍湖退，古湖盆持續(xù)萎縮，至沙二段沉積晚期湖水僅分布于牛東斷層中南段下降盤等局部地區(qū)，霸縣凹陷形成了一套膏鹽巖(陶明華，2001)(圖 2)。

3.3 強(qiáng)烈斷陷Ⅲ幕(SSQ3)

對(duì)應(yīng)沙一段—東營組沉積期(圖 1-c)。

結(jié)束了沙二段沉積末期盆地構(gòu)造回返、廣泛剝蝕、夷平后，霸縣凹陷在沙一段沉積期(Ⅲ-1)快速、大幅度沉降，邊界牛東斷層拉伸率為4%～7%，盆地構(gòu)造沉降速率為135～142im/Ma，總沉降速率為235～250im/Ma，沉降中心位于邊界斷層下降盤，最大厚度為1400im。此時(shí)，霸縣凹陷發(fā)生了古近紀(jì)第3次大規(guī)模湖侵(第6次湖侵)作用，在較平緩的古地貌背景下，湖侵作用具有速度快、水體淺(水深小于25im)、覆蓋范圍最廣等特點(diǎn)(圖 1-b)。沙一段沉積期氣候溫暖、濕潤，在大規(guī)模湖侵作用下陸源供給少，盆地處于饑餓狀態(tài)，形成大量內(nèi)源性混積灘壩，后期形成小型三角洲、扇三角洲沉積。

沙一段沉積晚期，受區(qū)域構(gòu)造抬升、氣候逐漸轉(zhuǎn)干的影響，霸縣湖盆迅速縮小，向西部牛東斷層處逐漸收斂。東營組沉積期(Ⅲ-2)繼承了沙一段沉積晚期湖盆格局，整體處于緩慢差異沉降階段，邊界斷層拉張率2%～8%，構(gòu)造沉降速率為10～20im/Ma，總沉降速率80～90im/Ma(紀(jì)友亮等，2009)，差異性沉降導(dǎo)致地層厚度分布不均，沉降中心位于霸州地區(qū)，地層厚度超過1600im。東營組沉積期霸縣凹陷內(nèi)部廣泛發(fā)育河流—泛濫平原沉積。在經(jīng)歷了東營組二段沉積時(shí)期的最后一次湖侵(第7次湖侵)后，受區(qū)域抬升作用繼續(xù)增強(qiáng)、氣候轉(zhuǎn)干影響，霸縣凹陷古近紀(jì)湖盆徹底消亡(圖 2)(陶明華，2001)。

4 差異湖侵與沉積體系組合

霸縣凹陷古近紀(jì)7次湖侵產(chǎn)生了不同沉積響應(yīng)，其中沙河街組沙三段(Es3)和沙一段(Es1)這2次較大規(guī)模湖侵作用造成的沉積體系差異特征最為明顯，是文中重點(diǎn)研究層段。

4.1 差異湖侵及特征

4.1.1 沙三段沉積時(shí)期湖侵特征

湖侵過程發(fā)生于整個(gè)沙河街組三段沉積時(shí)期(SQ5-SQ7，37.5～35.0iMa)(杜金虎，2007)，地層厚度為0～2000im(圖 2)。巖性由灰色砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和灰色、深灰色泥巖、油頁巖組成(圖3)，文安斜坡帶可見灰黑色玄武巖。整體發(fā)育三角洲、扇三角洲、盆底扇及深湖泥質(zhì)沉積。

綜上所述，霸縣凹陷沙三段沉積時(shí)期湖侵作用具有多期次、緩慢湖侵特征，湖岸線遷移不明顯，湖盆具有窄、深、咸—微咸、近—欠補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)。

a—含泥礫粗砂巖，扇三角洲前緣水下分支河道，CS2，3720.17～3726.47im；b—沖刷面，扇三角洲前緣水下分支河道，CS2，3720.17～3726.47im；c—同生變形構(gòu)造，三角洲前緣河口壩底部，M14，4088.6～4096.6im；d—爬升紋層砂巖，三角洲前緣河口壩，M14，4088.6～4096.6im；e—含螺泥巖，三角洲前緣支流間灣，W72，2555.15im；f—波狀層理、蟲孔，三角洲前緣支流間灣，W83，2581.25im； g—包卷層理，三角洲前緣席狀砂，W83，2758.05～2765.6im圖 3 霸縣凹陷古近系沙河街組三段三角洲沉積典型巖相及沉積構(gòu)造Fig.3 Typical lithofacies and sedimentary structures of delta of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

4.1.2 沙一段沉積時(shí)期湖侵特征

湖侵只發(fā)生于沙一段沉積初期(SQ10)，約32.6 Ma開始(杜金虎，2007)，推測(cè)持續(xù)時(shí)間小于0.5iMa，地層厚度為100～600im(圖 2)。巖性以深灰色、灰色、灰綠色泥巖、油頁巖為主，夾薄層細(xì)砂巖、粉砂巖、鮞?；?guī)r、泥灰?guī)r及白云巖，主要發(fā)育灘壩、湖泥及少量近岸水下扇(扇三角洲)沉積。

綜上所述，沙一段沉積時(shí)期(SQ10)湖侵迅速，湖岸線遷移速度快，湖盆具有寬、淺、咸及欠補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)。

4.2 沙三段沉積時(shí)期緩慢湖侵沉積特征

4.2.1 陡坡帶退積型扇三角洲

a—CS1井SQ6鉆井巖/電特征；b—過CS1井地震反射剖面；c—過CS1井波阻抗反演剖面圖 4 霸縣凹陷古近系沙河街組三段扇三角洲沉積特征識(shí)別(位置見圖 1)Fig.4 Fan delta characteristic identification of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag(location seen in Fig.1)

扇三角洲主要發(fā)育于霸縣凹陷西部陡坡帶，為近源快速堆積的粗粒沉積產(chǎn)物。鉆井取心(CS2井)顯示扇三角洲巖性為灰色砂巖、細(xì)砂巖、含礫砂巖與灰色泥巖，砂巖發(fā)育平行層理、塊狀層理等，局部可見沖刷充填構(gòu)造(圖 3-a)，偶見泥礫順層排列(圖 3-b)。錄井巖性剖面主要為灰色砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖與灰色、深灰色泥巖、碳質(zhì)泥巖，整體呈“頻繁”的不等厚互層，局部發(fā)育油頁巖、頁巖(圖 4)。其中，泥巖段不“純”，多為粉砂質(zhì)泥巖，單層厚度2～6im，砂巖段較“薄”，單層厚度1～7im(圖 4-a)。測(cè)井曲線形態(tài)多樣，泥巖呈低幅度“微齒化”，砂巖呈“齒化鐘形”，“齒化漏斗形”，少見“齒化箱形”等特征(圖 4-a)。層序結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，垂向上以湖侵域地層為主，沙三段中部具有明顯的退積疊加特征(厚度450im)，從水下分流河道與分流間灣疊置向分流間灣和遠(yuǎn)砂壩疊置轉(zhuǎn)化，地震相以中頻、較連續(xù)砂質(zhì)反射為特征，呈現(xiàn)多期向邊界斷層退積的疊加(圖 4-b；圖 5)。波阻抗反演剖面中也呈現(xiàn)出同樣的現(xiàn)象，可以在湖侵域地層中識(shí)別出4期扇體(砂體)連續(xù)退積疊置(圖 4-c)。

圖 5 霸縣凹陷古近系沙河街組三段(SQ5-SQ7)連井沉積相對(duì)比(位置見圖 1)Fig.5 Well correlation of sedimentary facies of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation (SQ5-SQ7) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

4.2.2 緩坡帶退積型三角洲

退積型三角洲主要分布于文安斜坡和霸縣凹陷西南部鄚州地區(qū)(圖 6-a)，巖性由灰色含礫砂巖、砂巖、粉砂巖與灰色、深灰色、棕紅色泥巖組成(圖 3-c，3-d)，偶見深灰色含螺泥巖(圖 3-e)。三角洲巖心具有豐富的沉積構(gòu)造類型，見平行層理、爬升層理、波狀層理等(圖 3-d，3-e，3-f)，也發(fā)育同生變形層理，如W83井包卷層理等(圖 3-g)，局部可見蟲孔(圖 3-f)。錄井巖性剖面為灰色砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖與灰色、深灰色泥巖，整體呈不等厚互層，單層砂巖厚度2～14im，局部可見多層厚度不等的灰黑色玄武巖(1.5～35im)和油頁巖(圖 5)。SP測(cè)井曲線泥巖段為貼近泥巖基值，砂巖段呈“箱形”、復(fù)合“箱形”、“鐘形”、“漏斗形”，偶見“指形”等(圖 5)。緩坡帶三角洲層序結(jié)構(gòu)較為對(duì)稱，沙三段(SQ5-SQ7)垂向上由3個(gè)粗—細(xì)—粗旋回構(gòu)成，由下而上，砂巖含量減少，單層砂體厚度降低，泥質(zhì)含量增加，單層泥巖厚度增大并逐漸出現(xiàn)厚層油頁巖，反映出水深逐漸增加(圖 5)。

以研究區(qū)西南部鄚州物源口為例，三角洲朵體呈“羽狀”沿牛東斷層南段下降盤形成的坡折帶向高家堡—興隆宮地區(qū)延伸(圖 6-a，圖 7)(張自力等，2019)。XJ4井鉆遇高家堡沙三段沉積中心附近，沙三段巖性剖面垂向上的3個(gè)粗—細(xì)—粗旋回較為明顯，以深湖、半深湖泥質(zhì)、粉砂巖沉積為主，層序結(jié)構(gòu)較為對(duì)稱，但缺失SQ7高位域部分地層(圖 7-a)。M14井鉆遇鄚州坡折帶，以三角洲前緣水下分支河道沉積為主(圖 7-a)。沙三段垂向巖性剖面由向上變粗的3套退積疊加序列組成，M14井位于坡折帶上部，大部分地層過路不堆積，只保存部分湖侵域地層，而相對(duì)較粗、厚層的低位域和高位域地層多發(fā)育于坡折帶兩側(cè)(圖 7-b，7-c，7-d，7-e)。其中低位域地層地震相靠近物源斜坡呈連續(xù)上超，高位域地層呈現(xiàn)出多個(gè)頂超現(xiàn)象和前積反射(圖 7-c，7-d，7-e)。受湖平面持續(xù)上升影響，沙三段沉積時(shí)期鄚州三角洲逐漸向物源區(qū)后退，至Es3s(SQ7)沉積時(shí)期部分粗粒沉積物可以在斜坡上保存，形成相對(duì)厚層的分流河道砂巖段(圖 7-a)。

a—沙三中亞段(SQ6)；b—沙一下亞段(SQ10)圖 6 霸縣凹陷古近系沙河街組三段中亞段(SQ6)和一段下亞段(SQ10)沉積相Fig.6 Sedimentary facies of the middle Member 3 (SQ6) and lower Member 1 (SQ10) of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

a—坡折帶地震剖面；b—地震—地質(zhì)解釋剖面；c—Es3s(SQ7)沉積演化模式；d—Es3z(SQ6)沉積演化模式；e—Es3x(SQ5)沉積演化模式圖 7 霸縣凹陷古近系沙河街組三段(SQ5-SQ7)坡折帶三角洲地震反射及解釋剖面(位置見圖 1)Fig.7 Seismic reflection and interpretation of delta in slope break of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation(SQ5-SQ7) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

4.2.3 洼槽區(qū)湖泥沉積

沙三段緩慢湖侵過程中，湖泥多為厚層深灰色、灰黑色泥巖、油頁巖。暗色泥巖單層厚度和累積厚度較大，其中累積厚度超過300im(圖 1-a，圖 5)。厚層泥巖中常夾泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖層，厚度普遍小于4im，偶見細(xì)砂巖夾層。湖相泥巖SP測(cè)井曲線為泥巖基線特征，GR曲線為高幅“齒化”特征，局部盆底扇細(xì)砂巖、粉砂巖呈“指狀”特征。地震反射多為中—高頻、連續(xù)性好、強(qiáng)振幅特征(圖 7-a)。此外，沙三段(SQ5-SQ7)發(fā)育豐富的盆地扇體，通常是由(扇)三角洲前緣砂體滑塌并在前三角洲和半深湖等深水區(qū)域再堆積的結(jié)果，夾于厚層暗色泥巖及油頁巖中。

沙三段(SQ5-SQ7)是霸縣凹陷古近系最主要的烴源巖層系，沉積類型多樣，同樣是華北油田重要的油氣產(chǎn)層。

4.3 沙一段沉積時(shí)期快速湖侵沉積特征

4.3.1 緩坡帶內(nèi)源性混積灘壩

灘壩主要發(fā)育于霸縣凹陷東部文安斜坡中外帶和鄚州地區(qū)沙一下亞段(SQ10)中(圖 2，圖 6)，巖性包括灰色、深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖與灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥質(zhì)白云巖(圖 8)，偶見陸生植物化石碎片(圖 8-c)。鮞粒灰?guī)r具有塊狀、粒序?qū)永?圖 8-a)，灰?guī)r、泥灰?guī)r具水平層理并與深灰色鈣質(zhì)泥巖互層產(chǎn)出，灰?guī)r段底部常見同生變形構(gòu)造(圖 8-b)?；野咨皫r段常夾泥質(zhì)條帶(圖 8-d)，砂巖內(nèi)部可見變形層理和泥質(zhì)底劈(圖 8-e)。巖屑錄井灘壩單層厚度一般為1～5im，局部可見1.5～3.5im厚的鮞?；?guī)r段；累積厚度可達(dá)10～50im。在霸縣凹陷，沙一段下部這套厚度20～90im的砂巖、碳酸鹽巖及油頁巖互層被稱之為“特殊巖性段”。根據(jù)巖性組合，可將灘壩劃分為碎屑巖灘壩、碳酸鹽巖灘壩和混積灘壩3類。測(cè)井SP曲線在“特殊巖性段”多為低幅“齒化”特征，局部厚層碎屑巖灘壩、碳酸鹽巖灘壩可見低幅“舌狀”、“漏斗形”、復(fù)合“漏斗形”等。GR曲線呈低幅齒化，電阻率“R4”曲線在該段呈“彈簧狀”，具明顯“刺刀狀”高峰(圖 9)。沙一下亞段(SQ10)層序結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，缺少低位域地層，垂向上由薄層湖侵域和厚層高位域地層構(gòu)成。湖侵域早期沉積由三角洲前緣和碎屑巖灘壩組成，湖侵域晚期以較深湖暗色泥巖和油頁巖沉積為主，局部井段可見薄層碳酸鹽巖。高位域早期以碳酸鹽巖灘壩沉積為主并與油頁巖相伴生，中期發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖混積灘壩沉積(圖 10)，晚期伴隨著湖退發(fā)育淺水三角洲(河流—泛濫平原)沉積(圖 9)。

圖 9 霸縣凹陷古近系沙河街組一段下亞段(SQ10)連井沉積相對(duì)比剖面(位置見圖 1)Fig.9 Well correlation of sedimentary facies of the lower Member 1 of Paleogene Shahejie Formation(SQ10) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

a—典型地層切片；b—沉積相解釋圖 10 霸縣凹陷古近系沙河街組一段下亞段(SQ10)典型地層切片及沉積相解釋(位置見圖 1)Fig.10 Strata slices and sedimentological interpretation of the lower Member 1 of Paleogene Shahejie Formation(SQ10) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

a—近岸水下扇地震反射剖面；b—剖面地震—地質(zhì)解釋；c—J20井鉆井巖/電特征圖 11 霸縣凹陷古近系沙河街組一段下亞段(SQ10)陡坡帶近岸水下扇地震剖面及解釋(位置見圖 1)Fig.11 Seismic reflection and interpretation of nearshore subaqueous fan in steep slope of the lower Member 1 of Paleogene Shahejie Formation (SQ10) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

a—Es3緩慢湖侵特征；b—Es1x快速湖侵特征；c—Es3沉積模式；d—Es1x沉積模式圖 12 霸縣凹陷古近系沙河街組一段下亞段和三段湖侵差異及沉積模式對(duì)比Fig.12 Differential lake transgression and sedimentary model of the lower Member 1 and Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

灘壩主要形成于沙一下亞段(SQ10)沉積時(shí)期。霸縣凹陷結(jié)束了沙二段(SQ9)沉積末期(Ⅱ-2)的整體抬升夷平后，發(fā)生快速構(gòu)造沉降、快速湖侵(圖 2)。沙一下亞段(SQ10)沉積期霸縣凹陷氣候溫暖、濕潤，在湖侵域時(shí)期盆地處于“饑餓”狀態(tài)，形成了“較純”的泥巖和油頁巖段。隨著最大湖泛后湖平面趨于穩(wěn)定，在文安斜坡原始地形高部位和斷層上升盤的構(gòu)造高點(diǎn)以及馬西斷層北段發(fā)育碳酸鹽巖灘壩沉積(圖 10)，在局部地區(qū)發(fā)育鮞?；?guī)r和鮞粒白云巖灘壩(圖 8-a)，代表了淺水、強(qiáng)水動(dòng)力特征。高位域時(shí)期，湖平面逐漸下降，陸源供給增強(qiáng)，形成陸源碎屑與湖盆內(nèi)自生沉淀碳酸鹽巖混積灘壩(圖 9)。

4.3.2 洼槽區(qū)湖泥沉積

沙一下亞段(SQ10)快速湖侵過程中，湖泥多由薄層灰色、深灰色、灰綠色、棕紅色泥巖、油頁巖組成(圖 8-f，8-g)。湖泥與緩坡灘壩砂巖、灰?guī)r呈頻繁互層，單層泥巖厚度相對(duì)較小，累積厚度普遍小于100im(西部洼槽區(qū)累積厚度大于300im)，湖相泥巖SP、GR測(cè)井曲線均為低幅齒化特征(圖 9)。

4.3.3 陡坡帶近岸水下扇

沙一下亞段(SQ10)沉積時(shí)期，在盆地西緣陡坡帶牛東斷層下降盤形成一系列小型近岸水下扇(扇三角洲)沉積(圖 6-b；圖 11)。扇根由雜色、灰色角礫巖、砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖與灰色泥巖組成，單層角礫巖厚度1～25im，砂巖厚度2～8im。砂巖、礫巖SP測(cè)井呈復(fù)合“箱形”、“鐘—漏斗”復(fù)合形、“漏斗形”等高幅特征。近岸水下扇緊貼邊界斷層發(fā)育，地震成像具隱性疊瓦狀前積特征(圖 11-a，11-b)。扇中沉積以灰色砂礫巖、砂巖、粉砂巖和灰色、深灰色泥巖互層為主，局部層段可見薄層油頁巖，單層砂巖厚度1～5im不等。SP測(cè)井曲線在泥巖段具低平基線特征，砂巖段多呈指狀、“鐘形”特征(圖 11-c)。扇中地震相呈中—高頻、連續(xù)—較連續(xù)、中—強(qiáng)振幅反射特征(圖 11-a，11-b)。沙一下亞段(SQ10)沉積時(shí)期近岸水下扇位于霸縣凹陷沉降中心附近，快速的構(gòu)造沉降和快速的湖侵致使可容納空間增量遠(yuǎn)大于沉積物供給，沿牛東斷層下降盤一線盆地欠補(bǔ)償作用明顯，湖侵域、高位域均由多個(gè)向上退積的準(zhǔn)層序組疊加構(gòu)成，多發(fā)育分支水道和水道間沉積或湖泥沉積。

5 差異湖侵與沉積—層序響應(yīng)

構(gòu)造古地貌與物源供給之間的時(shí)空組合，控制了斷陷盆地層序格架下的充填演化過程。斷陷湖盆中構(gòu)造活動(dòng)通過對(duì)新增可容納空間的控制，進(jìn)而控制地層厚度和分布，決定層序格架的構(gòu)型(張自力等，2019)。根據(jù)層序格架和湖侵差異特征，可將霸縣凹陷沙三段和沙一段分別歸結(jié)為緩慢湖侵過程欠—近補(bǔ)償充填模式和快速湖侵過程欠補(bǔ)償充填模式(圖 12)。

5.1 緩慢湖侵與欠—近補(bǔ)償充填

沙三段(SQ5-SQ7)沉積時(shí)期屬于強(qiáng)烈構(gòu)造Ⅱ幕第1階段，邊界斷層活動(dòng)較為強(qiáng)烈，盆地穩(wěn)定沉降，湖盆處于深凹時(shí)期，緩慢的湖侵過程使霸縣古湖盆湖區(qū)面積逐漸擴(kuò)大(圖 5)。霸縣凹陷地形坡度相對(duì)較大，整體具有東高西低的結(jié)構(gòu)特征。西部由牛東斷層北、南2條斷層相互鏈接，形成斷裂陡坡帶，成為該時(shí)期沉降中心，中部地區(qū)盆地持續(xù)穩(wěn)定沉降形成深洼沉積中心，東部緩坡帶盆內(nèi)次級(jí)同沉積斷層活動(dòng)減弱形成古地貌坡折，從而形成斷坡—坡折型層序結(jié)構(gòu)樣式(圖 7；圖 12-c；圖 13-b)。在沙四期古構(gòu)造格局基礎(chǔ)上沙三期(SQ5-SQ7)經(jīng)歷3次連續(xù)湖侵作用，湖侵速率較緩慢，水深增加明顯，湖區(qū)面積增加有限，但霸縣凹陷處于欠—近補(bǔ)償狀態(tài)，發(fā)育退積型三角洲和湖泥沉積(圖 12-a，12-c；圖 13)。

a—Es3砂體疊置樣式；b—Es3斷坡—坡折層序結(jié)構(gòu)樣式；c—Es1x砂體疊置樣式；d—Es1x彎折—寬緩坡型層序結(jié)構(gòu)樣式圖 13 霸縣凹陷古近系沙河街組三段(SQ5-SQ7)和一段下亞段(SQ10)層序結(jié)構(gòu)樣式及砂垂向砂體疊置樣式Fig.13 Sequence architecture and vertical stacking pattern of sandbodies of the Member 3 (SQ5-SQ7) and lower Member 1 (SQ10) of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

東部文安斜坡廣泛發(fā)育三角洲沉積，三角洲沿早期斜坡帶生長斷層形成的古地貌坡折分布(圖 13-a)。其中，三角洲平原相帶較窄，具有“小”平原、“大”前緣特征，平面上呈變形羽狀(圖 6-a；圖 12-c)。斜坡帶三角洲通常向盆地內(nèi)部延伸距離較遠(yuǎn)，垂向上巖性同樣具有粗—細(xì)—粗旋回變化。低位域三角洲主要分布于坡折帶之下，多期砂體向盆內(nèi)強(qiáng)烈進(jìn)積，具有雙向超覆特征(圖 13-a，13-b中的C井、D井)。坡折帶之上以多期退積疊置的湖侵域三角洲沉積為主，此處低位域時(shí)期沉積物多為過路不堆積(圖 13-a，13-b中的E井、F井)。上部的高位域三角洲在湖侵三角洲形成的沉積坡折之上向盆內(nèi)明顯進(jìn)積(圖 13-a，13-b中的D井、E井、F井)。廣泛發(fā)育深湖湖泥、油頁巖和盆底扇沉積，由多期粉砂巖、細(xì)砂巖及泥巖組成的正粒序垂向上呈加積疊置(圖 13-a，13-b中的B井、C井)。

5.2 快速湖侵與欠補(bǔ)償充填

SQ10(Es1x)沉積時(shí)期屬于強(qiáng)烈構(gòu)造Ⅲ幕第1階段，霸縣凹陷快速沉降。此時(shí)，霸縣凹陷沉積、沉降中心位于牛東斷層下降盤一線，文安斜坡為局部殘余凸起的寬緩斜坡帶，牛東斷層強(qiáng)烈伸展、沉降，差異沉降在靠近牛東斷層下降盤地層發(fā)生撓曲并出現(xiàn)明顯彎折，湖盆充填沉積構(gòu)成半地塹式扇形的地層格架，形成彎折—寬緩坡型層序結(jié)構(gòu)樣式(圖 11；圖 12-d；圖 13-d)。湖侵發(fā)生在寬緩斜坡之上，具有速度快、分布范圍大的特點(diǎn)，霸縣凹陷處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，廣泛發(fā)育灘壩和湖泥沉積，體系域具二分結(jié)構(gòu)(圖 12-b，12-d；圖 13)。

盆地西部陡坡帶形成了小型近岸水下扇沉積，平面上呈裙帶狀沿牛東斷層下降盤分布(圖 6-b)。除高位域晚期外，各體系域扇體多呈向上退積準(zhǔn)層序組疊置樣式，剖面上呈小型楔狀結(jié)構(gòu)，各時(shí)期近岸水下扇扇中砂體彼此孤立，以厚層泥巖相隔，扇根局部固定物源口形成的厚層水道砂體垂向相互切割而連通(圖 13-c，13-d中的A井)。近岸水下扇外扇和湖泊較難區(qū)分，均以細(xì)粒沉積為主，垂向上呈多期加積疊置特征(圖 13-c，13-d中的B井)。

文安斜坡內(nèi)帶局部凸起區(qū)，高位域晚期除發(fā)育以進(jìn)積疊置的準(zhǔn)層序組淺水三角洲外，下部低位域、湖侵域和早期高位域均為碳酸鹽巖灘壩沉積，垂向上呈多期加積疊置(圖 13-c，13-d中的C井)。斜坡中—外帶受陸源供給影響增強(qiáng)，低位域和湖侵域地層垂向上由多個(gè)下部混積灘壩、上部碳酸鹽巖灘壩及油頁巖組成的退積型準(zhǔn)層序組疊置而成，高位域晚期隨著沉積物供給恢復(fù)和湖平面下降，盆地出現(xiàn)近平衡狀態(tài)，在斜坡之上形成了進(jìn)積型準(zhǔn)層序組疊置淺水三角洲沉積(圖 13-c，13-d中的D井、E井)。斜坡外帶(東側(cè))陸源供給增強(qiáng)，湖侵域以陸源碎屑灘壩為主，物源口發(fā)育小型三角洲沉積，垂向上為退積型準(zhǔn)層序組疊置。高位域則發(fā)育進(jìn)積型淺水三角洲沉積(圖 13-c，13-d中的F井)。

6 討論與結(jié)論

在斷陷湖盆充填演化過程中，物源區(qū)多為盆地周緣凸起，沉積物供給量取決于物源區(qū)巖性組成、氣候和地形高差等因素。在穩(wěn)定的物源供給速率下，不同構(gòu)造沉降速率下的湖侵速率、湖盆范圍、湖盆水深均可影響沉積物供給和作用范圍(Vail， 1987；Linetal.， 2001；朱筱敏等，2003；Wuetal.， 2015；朱紅濤等，2018)。在剝蝕夷平基礎(chǔ)上發(fā)生的湖侵較為迅速，陸源供給具有一定的滯后性，其結(jié)果是湖盆水淺、面積廣，盆地多處于饑餓狀態(tài)，內(nèi)源性碳酸鹽灘壩是主要的沉積類型。而盆地深陷期的湖侵作用較為緩慢，湖區(qū)面積穩(wěn)定，湖水逐漸加深，陸源供給相對(duì)穩(wěn)定，緩坡帶三角洲、陡坡帶扇三角洲朵體的空間展布與湖平面升降呈規(guī)律的變化，垂向上可見多期(扇)三角洲砂體向物源方向退積疊置。因此，斷陷湖盆沉積類型多樣，沉積相和砂體具有橫向相變迅速、連續(xù)性差，縱向上韻律性差異較強(qiáng)等特點(diǎn)。在多幕次構(gòu)造演化過程中造成了層序邊界成因具有復(fù)雜性、層序結(jié)構(gòu)樣式具有不對(duì)稱性、體系域發(fā)育具有不完整性、體系域內(nèi)砂巖垂向疊加樣式具有旋回性等特點(diǎn)。所以，任何一種層序結(jié)構(gòu)模型都不能高度地概括陸相盆地實(shí)際充填演化，層序模式的運(yùn)用應(yīng)該與研究區(qū)實(shí)際地質(zhì)背景相結(jié)合。研究認(rèn)為：

1)陸相斷陷盆地差異沉降控制了層序結(jié)構(gòu)樣式，古地貌和物源供給調(diào)節(jié)巖相的空間分布，不同構(gòu)造演化階段下層序結(jié)構(gòu)和沉積體系構(gòu)成存在顯著差異。

2)渤海灣盆地冀中坳陷霸縣凹陷古近紀(jì)經(jīng)歷了7次湖侵作用。其中沙三期湖侵作用時(shí)限約37.5—35.0iMa，持續(xù)時(shí)間約為2.5iMa，為緩慢湖侵過程；沙一期為快速湖侵，起始時(shí)限約32.6iMa，持續(xù)時(shí)間小于0.5iMa。沙三段的緩慢湖侵過程發(fā)育斷坡—坡折層序結(jié)構(gòu)，以多期退積型三角洲、扇三角洲沉積為主。緩慢湖侵過程有利于厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖堆積，是巖性及構(gòu)造—巖性油氣藏的主力層系。沙一段的快速湖侵過程發(fā)育彎折—寬緩坡型層序結(jié)構(gòu)，以混積灘壩、小型近岸水下扇(扇三角洲)沉積為主，是潛在的巖性油氣勘探層段。

致謝本文原始資料來源于中國石油華北油田勘探開發(fā)研究院，對(duì)中國石油華北油田相關(guān)專家在本次研究中的大力支持和指導(dǎo)深表感謝!非常感謝吳冬博士、陳賀賀博士在本文的研究過程中的建設(shè)性意見!