东营凹陷沙三中亚段东营三角洲沉积期次成因及对含油性的影响①

陈秀艳 姜在兴 杜 伟 王 剑 张月巧

(1．中国石油勘探开发研究院 北京 100083;2．中国地质大学(北京)能源学院 北京 100083;3．中海油研究总院 北京 100027)

20世纪六七十年代至今，国外三角洲研究蓬勃发展，对世界著名的大型三角洲沉积过程、水动力条件、沉积机理及三角洲类型和控制因素都进行了详细分析［1，2］。随着石油勘探的实践，人们发现三角洲沉积结构、砂体组合方式均有利于形成良好的生储盖组合及油气聚集成藏，并且世界上许多大油气田的形成都与三角洲沉积有关。研究表明国外大型三角洲多为海相三角洲，而国内大型三角洲主要是湖泊三角洲，其沉积主要受波浪和河流作用，几乎没有潮汐作用。国内著名的含油三角洲有大庆油田的大庆长垣三角洲、胜利油田的东营凹陷古近系东营三角洲及鄂尔多斯盆地延长组三角洲等，大量学者对其沉积成因及砂体分布进行了详细刻画以满足油气勘探的需求［3～6］。对于这些大型三角洲的油气勘探开发工作已进入后期，残留的不易于预测的油气多集中在薄砂层中，规模小但总资源量巨大。为了揭示湖泊中巨厚三角洲的成因，对厚层砂岩沉积区局部含油的砂体进行预测，本文以东营凹陷古近系沙三中亚段东营三角洲为研究目标，首次详细刻画各期三角洲砂体展布规律，深入分析其沉积演化期次、沉积动力条件及对含油性的影响，为进一步油气勘探及成藏理论研究提供依据。

1 区域地质概况

东营凹陷位于济阳坳陷的东南部，北接陈家庄凸起，东接垦东青坨子凸起，南靠鲁西隆起，西临青城凸起和滨县凸起，是一个北断南超的开阔型箕状湖盆。受北部陈南断裂影响，自北向南依次发育北部陡坡带、中央洼陷带、南部斜坡带。其中，中央洼陷带包括利津洼陷、民丰洼陷、牛庄洼陷和博兴洼陷［7］，此外还发育典型的塑性拱张构造—中央隆起带构造(图1)。古近系东营三角洲沿东营凹陷长轴方向自东向西推进，主要发育在沙三段和沙二段，以沙三中亚段为鼎盛时期，分布在牛庄洼陷、中央隆起带和部分利津洼陷，厚度近千米。该时期陈官庄—王家岗断裂带和中央隆起断裂带活动强烈，落差可达300 m以上，造成基底起伏较大，沉积坡角达5°～19°，因此，东营三角洲发育大量前缘滑塌沉积，构成东营凹陷主要的岩性透镜油气藏，而东部三角洲主体砂岩厚度大，物性好，往往局部含油。

2 东营三角洲沉积期次演化特征

前人对东营三角洲沙三中亚段层序及沉积期次进行了大量研究［8～10］，划分方案为七个或九个期次。沉积期次的划分要具备实用性，能够横向追踪对比并将沉积结构更准确的刻画，从而有利于勘探精细研究。

图1 东营凹陷构造单元分布图Fig．1 Tectonic unit distribution map of Dongying depression

2．1 沉积期次划分

邱桂强［8］和方勇［9］将沙三中亚段划分为七个期次，中7发育在海侵体系域，沉积厚度薄，中6至中1前积层厚度大。其中，中4和中3是前积倾角由陡变缓的转折时期，地震剖面反射结构由具斜交形特点向更具S形特点变化。本次研究认为该时期前三角洲、三角洲前缘及三角洲平原“三层结构”明显，旋回性易于识别，可进一步依据钻井和地震资料将中4和中3细化为三个准层序组。若按照李宇志［10］的观点划分为九个期次，第八期次厚度薄，且大部分为泥质沉积，砂体规模极小，仅在井上标定，在地震资料上很难识别，划分误差大且不利于横向对比，认为将第八、九期次合并更为合理。

综合前人研究方案，作者充分利用岩性变化、测井曲线叠加样式及地震反射不整一面的特征，对沙三中亚段准层序组进行划分。划分依据:(1)单井划分，准层序组多为向上变粗的岩性组合，自然电位值向上逐渐减小，测井曲线的形态为漏斗型或箱型，越过准层序组界面自然电位值突然增大，沉积相向上逐渐变浅(图2A-a，b)。准层序组界面也可以为岩性突变面，界面之下为灰黑色炭质泥岩，界面之上变为深灰色砂质泥岩和泥岩(图2A-b)，或者界面之下为红褐色泥岩，界面之上突变为深灰色泥岩，均代表沉积环境发生变化，水体由浅变深(图2A-c)。(2)连井对比，在三角洲主体厚层砂岩沉积序列中，突然出现薄层暗色泥岩或页岩，并且泥岩和页岩厚度向岸方向减薄，表现为泥岩楔向岸延伸(图2B)，它代表了两期三角洲沉积之间小规模湖泛作用和物源供给减弱所形成的泥质沉积。(3)在地震剖面上两期三角洲之间表现为地震反射不整一面，地震同向轴强振幅较连续，将各期三角洲的S形前积或斜交前积结构间隔分开，并在每一期前积结构的顶部可见向岸方向的退积弱反射(图2C)。据此，本文将沙三中亚段划分为一个T-R层序［11］，即仅发育快速湖侵和湖退两个体系域，进一步划分为八个准层序组，对应东营三角洲八个期次。湖侵体系域包括准层序组PS8，湖退体系域对应准层序组PS1～PS7(图3)。各准层序组沉积特征见表1。

表1 东营三角洲沙三中亚段准层序组特征Table 1 Parasequence set characteristics of Dongying delta in Mid-Es3

图2 东营三角洲沉积期次划分依据Fig．2 Identification marks of Dongying delta cycles division in logging and seismic profileA．单井准层序组界面识别标志;B．连井对比两期三角洲朵体之间泥岩楔沉积;C．沉积期次划分地震资料识别标志

图3 牛116井层序地层划分Fig．3 Column of sequence stratigraphy division of Niu 116 Well

2．2 沉积砂体类型及分布特征

2．2．1 沉积砂体类型

沙三中亚段沉积时期是东营三角洲快速进积的鼎盛时期，砂体类型丰富，以三角洲前缘分流河道、河口坝、席状砂及其相伴生的坡移堆积体、滑塌浊积岩和远源浊积岩为主［12］(图 4，5)。

水下分流河道砂体垂向上一般表现为正粒序，自然电位曲线多表现为钟形，牛102井2 900 m附近是典型的水下分流河道微相(图4A)。河口坝和席状砂微相垂向上构成典型的反粒序，其自然电位及伽玛曲线特征均呈漏斗状，往往上陡下缓;常发育波状层理和透镜状层理，生物扰动明显，虫孔发育(图4A)。坡移堆积体测井曲线为中高幅指形、漏斗形;层理构造以垮塌混杂堆积，搅混构造为主(图4B)。滑塌浊积岩测井曲线为中高幅齿化钟形、箱形、指形;层理类型复杂多样，以与塑性变形相关的变形层理(图4C)、包卷层理、火焰构造为主，也见递变层理、泥岩撕裂屑及透镜砂体。远源浊积岩测井曲线表现为中低幅指形;岩心上见典型鲍马序列CDE段为主(图4D)，砂岩层相对较薄。

2．2．2 砂体分布特征

湖侵体系域准层序组PS8，东营三角洲由湖盆东部向西部延伸，但此时河流输送能力小于波浪作用能量，导致三角洲规模很小，局限分布在东部入口处。东营凹陷南部缓坡带滨浅湖地区受波浪改造形成孤立滩坝砂体，西北部深水区发育小规模滑塌浊积岩和远源浊积岩(图5，6)。

湖退体系域早期准层序组PS7～PS4，物源供给增强，东营三角洲由工区东南部向西北方向快速进积，三角洲朵体发育，河道分流作用较强，发育河口坝和水下分流河道沉积，在波浪的强烈逼迫作用下，局部水下分流河道沿岸横向迁移分叉或造成局部河口坝砂体长轴方向与岸线近平行。在准层序组之间小型湖泛面附近发育席状砂，近平行于湖岸线成条带状展布。此时，三角洲前缘坡度较陡，沿主方向向湖盆深处发育各种类型重力流复合叠置砂体(图5)。准层序组PS4是过渡时期，在东部地区先期沉积的三角洲朵体已经废弃，发生湖湾沼泽化，活动的三角洲朵体之后由南向北部迁移，并在前缘局部地区发育河口坝和水下分流河道的席状砂化(图6)。

湖退体系域晚期准层序组PS3～PS1，物源供给继续增强，三角洲前缘坡角变缓，三角洲河道沉积快速向盆地西北方向大规模延伸，交织成网状，河口砂坝和席状砂较发育，湖盆深处发育少量滑塌浊积岩(图 5，6)。

2．3 三角洲沉积过程及水动力条件

古近系沙三中亚段时期是东营凹陷水深最大时期，可达160 m，湖盆中心位于东营凹陷北部及牛庄洼陷［13］。此时，湖盆面积大，湖水深度大，因此形成的波浪营力较大。波浪与河流的相互作用贯穿东营三角洲的整个沉积过程。根据波浪和河流两大作用力的分布，可将三角洲沉积分为5个水动力区带(图 7)。

A区带仅有河流作用力，以河流自旋回为主，发育三角洲平原水上分流河道及沼泽沉积。B区带仍以河流作用力为主，波浪作用较小，河流为维持流速，不断分叉为细小河流，形成多条水下分流河道与岸线近垂直或大角度斜交向湖方向呈网状延伸［14］，局部波浪侵蚀也可改变水下分流河道的方向，使其与岸线夹角减小。C区带河流末端能量稍大于波浪，形成河口坝，而D区带波浪能量逐渐大于河流能量，波浪及风暴浪侵蚀改造河口坝及部分水下分流河道形成大面积席状砂［15］。C、D区带是波浪与河流能量相抗衡的过程，正是二者的往复作用才形成厚度较大的三角洲楔状体叠加区。当河流与波浪能量相抵消时，沉积正常湖相泥岩薄夹层，随着三角洲沉积期次间小型湖泛发生，波浪与河流抵消点向岸迁移，从而形成向岸的泥岩楔。E区带深水沉积区，无波浪及河流作用，只有受外部其它触发作用力才能形成深水重力流沉积砂体。

图4 沉积砂体类型及沉积构造Fig．4 Sandbody types and sedimentary structure

图5 东西向连井砂体对比剖面Fig．5 E-W cross section of sandbodies correlation

东营三角洲沉积过程具有期次旋回性，这也是其能沉积近千米厚，形成有利储层的主要原因。每一期三角洲沉积都是湖泊中波浪与河流作用的博弈的过程，三角洲的沉积期是主要的造砂过程，而沉积期次之间的小型湖泛作用是对先期沉积物进行调整再分配并为下一期三角洲沉积产生新增可容纳空间的过程，同时也是造泥的过程。正是多期三角洲不断的进退、迁移和改道，才能形成巨厚的三角洲复合体。

3 三角洲沉积期次与含油性关系

东营三角洲湖侵体系域准层序组PS8和湖退体系域晚期准层序组PS3～PS1，含油性较差，而湖退体系域早期准层序组PS7～PS4，是主要的含油层位。湖平面变化、构造沉降(主要为断层活动)及沉积物供给速率控制了不同沉积期次，不同砂体类型的含油性差异。研究表明，沙三中亚段沉积时期，湖平面变化经历了快速上升、开始缓慢下降和迅速下降的过程;构造沉降速率经历了缓慢、迅速加快和减慢的过程;沉积物供给速率经历了缓慢、加快和迅速增加的过程。

湖侵体系域准层序组PS8时期，湖平面快速上升，构造沉降速率缓慢，可容纳空间迅速增加，沉积物供给速率相对缓慢，形成退积准层序组(图8)。该时期以半深湖—深湖相为主，局部夹孤立分散的滑塌浊积岩，并发育少量滩坝及三角洲砂体。砂体相对不发育，是含油性较差的主要原因。

湖退体系域早期PS7～PS4时期，湖平面开始缓慢下降，构造沉降速率迅速加快，可容纳空间缓慢增加，沉积物供给速率加快，形成进积准层序组(图8)。在这一过程中伴随明显的小型湖泛作用，向岸沉积泥岩楔，用以抗衡河流的供给作用，但仍以河流作用为主，形成进积准层序组。湖平面开始下降，断层活动强烈，犹如打开了沉积物向深水区供应的开关，开始形成大量的重力流沉积。因此，该时期地形较陡，三角洲前缘高角度进积，同时在其前方发育大量坡移堆积体、滑塌浊积岩和远源浊积岩。这些重力流砂体处于异常超压系统，自身具有良好的生储盖条件并形成有效的砂岩透镜圈闭，油气在砂岩透镜体中充注强度可达 29．02%～90．11%，平均 59%［16～18］。部分油气在断层与油源的沟通作用下会继续充注准层序组界线附近由次级湖泛作用沉积的泥岩楔侧向封堵的席状砂及少量河口坝，形成砂岩上倾尖灭油气藏或与断层组合为断层—岩性油气藏(图9)。同时湖平面频繁波动，波浪与河流的往复运动，导致在准层序组PS4时期，大量分流河道迁移改道，形成三角洲朵体的废弃而发育湖湾沼泽化，湖湾泥岩、油页岩和薄层砂进一步向岸延伸，扩大了区域盖层的范围，更有利于完善PS7～PS4砂岩中的岩性圈闭，进而聚集油气。

图6 东营三角洲沙三中亚段砂体展布图Fig．6 Sandbody distribution map of Dongying delta in Mid-Es3

湖退体系域晚期PS3～PS1时期，湖平面迅速下降(次级湖泛作用明显减小)，构造沉降速率减慢，可容纳空间增加速率进一步减小，而沉积物供给速率迅速增加(图8)。在前期填平补齐沉积过程后，地形变缓。沉积物开始在向岸一侧堆积，在深水的沉积物数量减少。因此，该时期发育大型低角度进积准层序组，大型建设期三角洲极其发育，而其前端发育极少量滑塌浊积岩。厚层储集砂体虽然发育，但断层活动减弱，与油源沟通差，因此导致含油性也较差，仅在断层附近圈闭条件较好的席状砂、河口坝和河道砂体局部含油(图9)。

图7 三角洲沉积水动力分带及沉积特征Fig．7 Hydrodynamic zone and depositional characteristics of delta

图8 湖平面变化、构造沉降速率、可容纳空间增长速率、沉积物供给速率与沉积充填样式的关系Fig．8 The relationship among lake level change，tectonic subsidence rate，accommodation accretion rate，sediment supply rate and filling types

综上，对于沉积期间的小型湖泛作用要加以重视，它有助于形成良好的储盖组合，并完善圈闭条件。换言之，在砂岩沉积区不缺少有利储层的情况下，要更加关注泥岩沉积的分布，它对于油气藏分布具有重要意义。

图9 东营三角洲沉积期次控油模式Fig．9 Dongying delta depositional cycles controlling hydrocarbon model

4 结论

东营三角洲沙三中亚段能够沉积近千米厚，其根本原因在于三角洲具有期次旋回性。本文将沙三中亚段东营三角洲划分为一个T-R三级层序，包括八个准层序组。各期三角洲分流河道砂体、河口坝、席状砂向湖盆进积，其前缘伴生重力流沉积，而各期三角洲之间发育小型湖泛作用沉积泥岩楔。准层序组PS8～PS1，东营三角洲活动朵体经历了由南至北的迁移演化过程，这个过程是波浪与河流作用的相互博弈的过程。当波浪与河流能量相互往复抗衡时，三角洲前缘斜坡沉积厚度较大，伴生重力流砂体丰富，而席状砂和河口坝砂体物性好。湖平面变化、构造沉降及沉积物供给速率控制了不同沉积期次沉积充填样式，进而影响各沉积期次含油性。湖退体系域早期准层序组PS7～PS4是主要的含油层位，主要含油砂体为坡移堆积体和滑塌浊积岩，其次为席状砂和河口坝，并且席状砂和河口坝含油区主要分布在前缘斜坡准层序组界线附近泥岩楔发育的位置。可见，三角洲期次划分和各期次间泥岩对比及分布的详细刻画对三角洲厚层砂岩区寻找油气藏具有重要意义。

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