渤南洼陷沙二段沉积体系分析

李利波，武法东，姜大伟，彭 刚

(1.中国地质科学院 地质力学研究所，北京 100081;2.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083;3.内蒙古地质勘查有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020)

渤南洼陷沙二段沉积体系分析

李利波1，武法东2，姜大伟3，彭 刚2

(1.中国地质科学院 地质力学研究所，北京 100081;2.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083;3.内蒙古地质勘查有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020)

根据层序地层分析的基本思想，从单井岩心的成因相解释出发，在渤南洼陷沙二段详细分层对比的基础上，研究了扇三角洲沉积体系，讨论了主要储集岩特征。研究结果表明，渤南洼陷内部沙二段发育较好，边缘受凸起抬升和物源供给缺乏的影响，普遍缺失底部砂层;该区沙二段是在浅水湖泊沉积的背景条件下，以扇三角洲体系为主的沉积组合，在研究区西部和北部，小规模发育近岸水下扇沉积体系;沙二段储集岩以扇三角洲前缘的砂岩、含砾砂岩及粉砂岩为主，东南部储集层物性较好，与油气聚集的关系密切。

沉积体系;扇三角洲;沙二段;渤南洼陷

1 研究区概况

随着石油勘探开发的迅猛发展，华北油田的研究工作日益深入［1-20］。研究区渤南洼陷位于沾化凹陷的中西部，东邻孤北洼陷和孤岛凸起，西以罗西断裂为界，北以埕东断裂带、义东断裂带为界并与埕东凸起及车镇凹陷相接，南以孤南断裂带为界且与三合村向斜及陈家庄凸起相接 (见图1)。

渤南洼陷勘探历史长达几十年，在洼陷中迄今已钻探井400余口，发现了十分丰富的油气资源，开发了多个油气田，整体上属于高成熟勘探区。前人对于该区进行过大量卓有成效的石油地质研究工作，并总结出很多油气成藏的地质规律［21-25］。

研究区油气储量和产量主要集中在沙三段和沙四段，沙二段尽管储集层发育，邻近烃源层，但目前获得的储量和产量均十分有限，仅在个别区块 (如渤南4区、渤南8区以及义东断层带)发现油气［22，23，26，27］。因此，从油气资源潜力上说，对该区沙二段的研究就显得十分重要。但是由于沙二段并非主要的目的层，迄今尚未对其进行系统研究。存在的主要问题包括:①沙二段地层划分对比不统一;②沙二段沉积体系及沉积相带划分欠详细;③沙二段储集层特征和油气分布规律尚不完全清楚。

针对上述问题，本文旨在通过对研究区古近纪沙二段地层学和沉积学研究，进行沉积体系分析，研究其空间展布特征;对主要储集岩特征进行研究，为沙二段的进一步勘探提供扎实的基础。

图1 研究区位置及构造略图Fig.1 Sketch map showing the location and tectonic setting of study area

2 区域地质特征

2.1 地层划分

渤南洼陷是在前古近系基底上发育起来的新生代洼陷，地层发育全，厚度达5000～6000m。纵向上由两个构造沉积旋回组成，古近系为裂陷沉积，以湖泊相碎屑岩和碳酸盐岩为主，地层厚度和岩相变化很大;新近系为坳陷沉积充填，以河流相碎屑岩系为主，厚度变化小，具有区域性充填的特点［21，27-30］。根据前人对渤南洼陷地层的研究，将有关地层 (见图2)简述如下:

沙四段 (Es4):总体上为一套暗色砂砾岩、泥岩、石灰岩、白云岩及膏岩沉积，陆源碎屑岩多集中于下亚段，而碳酸盐岩及膏岩多分布于上亚段。

沙三段 (Es3):以泥岩、油页岩为主，夹砂岩、粉砂岩和碳酸盐岩薄层。

沙二段 (Es2):主要为灰绿色、灰色泥岩与灰色、褐灰色粉砂岩、砂岩或含砾砂岩互层，可夹碳酸盐岩、褐色油泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。砂、泥岩中常含钙质和白云质。边缘地区见有大套巨厚砾岩。

沙一段 (Es1):主要为灰色、深灰色、灰褐色泥岩、油泥岩、油页岩和碳酸盐岩组成。底部见少量生屑灰岩和粉砂岩。

由于沙二段不是渤南洼陷主要目的层，加上地层缺失，在不同地区特征亦有所区别，因此对其分层，特别是细分层缺乏系统研究，目前存在着不同的分层方案［26，29，31］。此外，在渤南洼陷西南部罗家地区，剖面中相应层位的下部普遍发育白云岩，对这些白云岩的层位归属亦有沙二段或沙三段二种不同的意见。

本文在以往分层基础上，综合地震解释剖面，电测曲线和岩性录井资料，对探井数据进行分析对比，认为渤南洼陷内部地层发育较好。根据其沉积旋回，该区沙二段由4个由细到粗的反粒序旋回组成，每个旋回可分为一层 (见表1)。通过区域地层对比分析，研究区边缘受凸起抬升和物源供给缺乏的影响，普遍缺失底部砂层;西南部发育的白云岩应归为沙二段，反映当时物源供给缺乏和气候干燥 (见图3)。

图2 研究区沙河街组综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Shahejie formation in the study area

2.2 构造演化

渤南洼陷整体上为北断南超的箕状结构 (见图4)。渤南洼陷的发育主要受控于埕南断裂和孤西断层［33，34］。北部埕南断层及孤西断层的交汇处为洼陷的沉降中心及沉积中心，古近系最大埋深达5500m左右。洼陷中有机质类型好，演化程度高，为沾化凹陷最主要的富生烃区，是周围多个大型油气田的油源区和含油气区［25，29，35］。

表1 义88井地层综合特征Table 1 Comprehensive stratigraphic column of the study area(Yi-88 well as an example)

3 区域沉积体系分析

3.1 沉积体系分析

渤南洼陷古近系总体表现为南北不对称的断阶型小盆地，其中南部为缓坡断阶带，以扇三角洲沉积为主。洼陷北部为同生断裂控制的陡坡断阶带，以典型的水下扇、浊积扇沉积为主［21-24，29］。两断阶带之间保持了相对稳定的湖泊沉积。

图3 研究区沙二段地层柱状图Fig.3 Comprehensive stratigraphic column of the second member of Shahejie Formation in the study area

图4 渤南洼陷南北向627.4地震测线解释剖面图［32］Fig.4 Profile along N-S-trending seismic section 627.4 in Bonan Sag［32］

此次研究汲取层序地层分析的基本思想，采用沉积体系分析的研究思路与工作方法，从岩心的成因相精细解析出发，以沉积体系内部构成和过程沉积学分析为基础，通过对研究区的钻井岩芯进行详细地观察，辅以测井、地震等技术手段，识别出3种沉积体系、8种沉积组合及19种主要成因相 (见表2)。

表2 渤南洼陷古近系沙二段沉积体系、沉积组合及成因相类型Table 2 Sedimentary system，association and facies of the second member of Paleogene Shahejie Formation in Bonan Sag

通过上述分析认为，研究区沙二段主要是在浅水湖泊的沉积背景条件下，以扇三角洲体系为主的沉积组合;在研究区西部和北部，小规模发育近岸水下扇沉积体系 (见图5);扇三角洲沉积类型分布于研究区南部斜坡带。随着扇三角洲沉积由盆缘向湖中心推进，陆源碎屑岩逐渐减少、变细，而碳酸盐岩则由少变多，混合沉积现象主要发生于扇三角洲前缘。扇三角洲平原亚相位于陆上坡度较大处，陆源碎屑供给充足，形成大量的粗粒陆源碎屑堆积。扇三角洲前缘位于水下坡度较缓的浅湖地带，由于陆缘沉积物供给相对减少，盐湖水受到河流注入水的影响，盐度较低，有利于碳酸盐岩的生成，因而在此区域形成混合沉积。其中，扇三角洲前缘沉积组合比较发育，且与油气聚集的关系密切。

3.2 区域演化特征

根据区域构造和沉积演化规律的研究结果，在沙三期末，研究区南部大部迅速抬升成为剥蚀区，经过剥蚀，地势相对变缓［29］。沙二期在此基础上沉积范围有所扩大，南部中部区域又重新接受沉积。同时由于沉积物填充作用，湖水变浅，沙二期以浅湖为主，仅有一些零星分布的半深湖，深湖消失 (见图5)。沙二期渤南洼陷呈北陡南缓的“箕状”洼陷，沉降中心位于洼陷北部埕东断裂带附近，为近岸水下扇沉积，沉积中心则位于洼陷中部的罗152井、义73井一带，沉积中心与沉降中心不一致，沉积物北厚南薄。

根据区域构造和沉积演化规律的研究结果，沙三段后期构造运动较为强烈，南部陈家庄凸起、垦西凸起和孤岛凸起明显抬升，成为剥蚀区;盆地逐渐萎缩，水体范围只局限在北部洼陷中心区，在此基础上沉积了沙二段四砂层，其分布最为局限。随着盆地逐渐下沉，凸起范围后退缩小，四砂层在南部超覆于沙三段之上，沉积范围有所扩大。到二砂层和一砂层沉积时期，在南部和东南部盆地迅速下降，二砂层和一砂层依次超覆在沙三段之上，沉积范围扩大，但是仍然未恢复到沙三段沉积时期的范围。由于凸起的隆起幅度、物源供给以及沉积介质物化条件的差异，在洼陷中心发育厚层碎屑沉积，西南的罗家地区发育白云岩，而在东南部则仍以粗碎屑岩为主。

沙二期的物源来自于渤南洼陷的周边高地，其中长期而主要的物源为洼陷东南的孤岛凸起，其次是西边的义和庄凸起，北边的埕东凸起提供短暂而突发的、以重力流沉积为主的沉积物，南边的陈家庄凸起提供少量物源。

图5 研究区沙二段沉积相图Fig.5 A map showing the sedimentary facies of the second member of Shahejie Formation in the study area

4 区域油气远景分析

沾化凹陷的地质结构复杂，具有多物源和多沉降中心的特点，同时由于各洼陷沉积和构造发育的差异性，形成了具有各自特征的生油层段。其中渤南洼陷是沾化凹陷地层发育最全、优质烃源岩厚度最大、层数最多、油气藏类型最丰富、含油气系统最复杂的次级箕状洼陷［21，27，30-36］。目前在研究区中沙二段的油气显示十分普遍，但发现的油藏少，规模小，分布零散。因此，为了打开渤南洼陷沙二段油气勘探的新局面，有必要对目前的勘探成果进行认真的梳理和分析，总结出其中的规律，以开拓勘探思路，取得新的突破。

4.1 储集岩特征

研究区沙二段的储集层主要为水下扇、扇三角洲环境下形成的砂岩，其次为滨浅湖相的砂岩。岩性包括中—细砂岩、含砾砂岩、粉砂岩以及鲕粒灰岩和白云岩。由于特定的沉积范围所限定，扇三角洲前缘沉积组合构成本区碎屑沉积的主体，其砂岩储集层比较发育，且与油气聚集的关系密切。主要的储集砂体有:水下分流河道砂、河口坝砂、扇三角洲前缘砂等(见表3)。

表3 沙二段扇三角洲砂岩储集层物性Table 3 Reservoir parameters of the fan delta sandstone from second member of the Shahejie Formation

砂岩储集层分布广泛，遍及全区，但是厚度变化大。研究区储集层主要集中在两个部位:西部义东断裂带下降盘，最大厚度达到90～100m，并以此为中心向东及东南迅速减少;东部孤岛凸起西北部砂岩层最大厚度在义102—义68井一带，可达到62m。此外，在罗353井—义112井一带，厚度为30m;而在洼陷中部砂体储集层一般厚度小于10m。北部砂岩的厚度均比较小，与埕东凸起周围扇体不太发育有关。在罗家油田砂岩储集层厚度多在5m以下，该区白云岩储集层比较发育。

4.2 油气远景分析

研究区沙二段扇三角洲的岩石分选较好，杂基含量较低，砂砾岩体的侧向连续性和连通性都较好，因而具有较好的油气储集性能。同时，分布面积达数百平方千米，且水下分流河道的砂砾岩与烃源岩呈频繁互层沉积，可能为油气初次运移的有利场所。

分析认为，研究区沙二段储集岩以扇三角洲前缘的砂岩、含砾砂岩及粉砂岩为主，储集层主要为中—低孔、中渗型 (见图6)。洼陷东南部储集层物性较好，与油气聚集的关系密切，因而应加强该区的研究和勘探。

图6 沙二段扇三角洲砂岩储集层孔隙度、渗透率总体分布直方图Fig.6 A histogram showing the distribution of fan delta sandstone reservoir permeability of second member of the Shahejie Formation

5 结论

(1)通过对沙二段地层划分对比，提出了新的分层方案，对渤南洼陷在沙二段沉积期的演化得到新认识:洼陷内部地层发育较好，边缘受凸起抬升和物源供给缺乏的影响，普遍缺失底部砂层。

(2)渤南洼陷沙二段是浅水湖泊沉积背景条件下以扇三角洲体系为主的沉积组合，在研究区西部和北部，小规模发育近岸水下扇沉积体系。

(3)渤南洼陷沙二段储集岩以扇三角洲前缘的砂岩、含砾砂岩及粉砂岩为主。研究区的东南部储集层物性较好，与油气聚集的关系密切，应加强该区的研究和勘探。

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SEDIMENTARY SYSTEM FOR THE SECOND MEMBER OF SHAHEJIE FORMATION，BONAN SAG

LI Li-bo1，WU Fa-dong2，JIANG Da-wei3，PENG Gang2
(1.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Science，Beijing 100081，China;2.School of the Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100081，China;3.The Geology of Inner Mongolia CO.，Ltd.，Hohhot 010020，China)

According to the theories of sequence stratigraphy，with the object of understanding genetic facies of the well cores，a study of fan delta sedimentary system has been made to discuss the main characteristics of reservoir rocks based on subdivision and correlation of the second member of Shahejie Formation.The results suggested that this member is well developed in the interior of Bonan sag，but lacks its lower part in the marginal parts because of uplift and insufficient supply source.In the study area，the second member of Shahejie Formation is formed in shallow-water lake and composed of fan delta deposits.In western and northern parts of the area，it occurs as smallscale near-shore subaqueous fan deposits.The reservoir rocks in the member are mainly siltstone，sandstone and pebbly sandstone indicative of fan-delta front edge.In southeast part of the area，the reservoir displays favorable physical properties and is closely related with oil and gas accumulation.

sedimentary system;fan delta;the second member of Shahejie Formation;Paleogene;Bonan Sag

TE121.3

A

1006-6616(2010)03-0281-13

2010-01-31

李利波 (1984-)，男，硕士研究生，主要从事基础地质研究。E-mail:licags@126.com