同沉积断层控砂模式——以南堡凹陷南部地区Es1段为例

杨晓利，张自力，孙 明，石文武，李瑞升

(1.中国石油 冀东油田 勘探开发研究院，河北 唐山 063004； 2.潜能恒信能源技术股份有限公司，北京 100107)

同沉积断层控砂模式
——以南堡凹陷南部地区Es1段为例

杨晓利1，张自力2，孙 明1，石文武1，李瑞升2

(1.中国石油 冀东油田 勘探开发研究院，河北 唐山 063004； 2.潜能恒信能源技术股份有限公司，北京 100107)

同沉积构造活动的时空差异性对盆地的可容纳空间、沉积速率、物源体系的类型及展布特征等都具有深刻的影响。南堡凹陷幕式构造活动是沉积物可容纳空间的主要贡献者,其南部物源区沙河街组沉积时期发育的多条NE-SW向同沉积断层增强了湖盆的分隔性,一系列向湖盆内延伸、呈雁列状排布的生长断层控制了沙河街组地层的分布,与生长断层走向一致并形成于断层下降盘的线状洼槽是沉积物的主要卸载区,辫状河三角洲、远岸水下扇、滩坝以及湖泊体系是南堡凹陷南部物源区主要的沉积体系组合。在此基础上，建立了南堡凹陷南部地区同沉积断层控洼槽、洼槽控砂的沉积模式，总体上表现为：向湖盆内部伸展的同沉积断层控制了辫状河三角洲砂体的展布，呈现出平面上沿断层走向分布于下降盘的朵状沉积体，剖面上呈楔状叠加的沉积特点。辫状河三角洲、辫状河三角洲前缘末端形成的远岸水下扇以及断块翘倾一侧发育的滨浅湖滩坝砂体是下一步油气勘探的有利目标。

生长断层；沉积模式；沉积相；沙河街组；南堡凹陷

渤海湾盆地南堡凹陷是中-新生代以来发育的陆相断陷含油气盆地，其演化过程具有多幕性特点，发育不同级别的幕式构造所控制的沉积旋回。精细的构造-沉积分析是近年来沉积体系研究的热点问题。南堡凹陷构造控砂、控沉积的研究以往较多是对北部的西南庄断层、柏各庄断层及北部物源体系的研究，而对南部物源体系的研究相对较少。本文以南堡凹陷南部物源区沙河街组(Es)地层为例，通过对构造特征、地层充填特征、同沉积断层的活动性及沙(沙河街组)一段沉积期古地貌特征的分析，建立了南堡凹陷南部沙一段的同沉积断层控砂模式，并对南堡凹陷南部深层油气的勘探前景及勘探方向进行了探讨。

1 地质背景

1.1 区域地质背景

南堡凹陷位于黄骅坳陷北部，是在中-新生代叠合盆地基础上经过多次裂陷作用演化而来的新生代裂谷盆地，总体上具有北断南超的箕状凹陷特征。北部的西南庄断层和柏各庄断层分别与西南庄凸起、老王庄凸起、柏各庄凸起、马头营凸起相隔，南以沙北断层和缓坡带与沙垒田凸起(海中隆起)呈断超接触，面积1 932 km2(图1)，形成了北东走向和北西走向的11个断裂构造带。其中，有利构造带有南堡1号(NP1)、南堡2号、南堡3号、南堡4号、南堡5号、老爷庙和高柳等，并已发现10个油气田[1-5]。

本文研究区位于南堡凹陷南部地区，西起南堡一号构造，东到南堡四号构造，北至林雀次洼、曹妃甸次洼。主要发育地层包括奥陶系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系，是冀东油田油气勘探的重点区域之一。

1.2 构造演化特征

通过对南堡凹陷南部地层接触关系、构造变形、 构造样式及构造发育特征进行综合分析，认为南堡凹陷的构造演化基本上与渤海湾盆地内其他凹陷一致，整体可以划分为三大构造演化阶段，即断陷期、断-拗转换期及拗陷期[6-11](图2)。

1) 断陷期(沙河街组沉积期)

在拉张应力作用下，沙三段沉积期南堡凹陷南部主要发育南堡1-5井东断层、南堡2号断层、南堡3号断层、南堡3号东断层及南堡4号断层，在其下降盘形成单断型、双断型的洼槽，是深层砂体的主要发育区。沙二段沉积期断层活动明显减弱，构造稳定，盆地趋于填平，末期发生构造隆升、剥蚀，形成沙二段、沙三段与沙一段之间的不整合面。沙一段沉积期为再伸展期，早期断层再次活动，但活动强度相对较弱，沉积厚度较薄，总体上以深湖-半深湖沉积为主，南部缓坡带发育辫状河三角洲沉积体系。沙一段沉积末期，发生构造隆升、剥蚀，形成沙一段与东营组之间的不整合界面。

2) 断-拗转换期(东营组沉积期)

南堡凹陷进入稳定沉降阶段，南部应力场转变为张扭性应力场，发育走滑-伸展构造，以南堡4号构造最为典型，沉积中心移至南堡4号断层下降盘的曹妃甸次洼。东营组底部发育一套以粗碎屑为主的冲积扇、辫状河三角洲体系，向上变为扇三角洲沉积。

图1 南堡凹陷构造纲要Fig.1 Structure outline of the Nanpu Sag

图2 南堡凹陷地层综合柱状图Fig.2 Composite stratigraphic columnar section of the Nanpu Sag

东二段沉积期南堡凹陷发生了最大的一次湖侵，沉积了一套厚达200～400 m的暗色泥岩。东一段沉积期构造发生反转，南堡凹陷湖盆开始逐渐萎缩，形成了一套以粗碎屑为主的冲积扇、辫状河三角洲体系。东营组沉积末期发生区域性隆升、剥蚀，形成与馆陶组之间的区域性不整合界面。

3) 拗陷期(馆陶组、明化镇组、第四系沉积期)

馆陶组沉积期断裂活动弱，热沉降作用强，西南部大规模火山喷发；明化镇组沉积晚期构造运动再次活 化，走滑-伸展断层发育，形成多个张扭断裂带；第四系沉积期盆地稳定沉降。

2 断层特征及地层结构

南堡凹陷不同级次、不同期次的断层十分发育，断层与其分割的断块构成复杂的断层系统是南堡凹陷的主要构造特点。断层多呈NNE向和近EW向延伸，按断层的规模与作用的不同可以分为一级“控凹”断层、二级“控带”断层和三、四级“控局部构造”断层[1-4]。从发育期次来看，主要发育3期断层，即断陷期断层(沙河街期活动，如南堡3号断层)、断-拗期断层(东营期、馆陶期活动)、晚期断层(明化镇期活动)，此外，部分断层长期活动，如南堡4号断层。

从南堡凹陷南部地层接触关系及地层展布特征来看，新生界主要存在4个不整合面(沙河街组底、沙一段底、东营组底及馆陶组底)，3套构造层(断陷期构造层——沙河街组、断-拗转换期构造层——东营组及拗陷期构造层——馆陶组+明化镇组+第四系)。断陷期构造层在南堡2号构造、南堡3号构造及南堡4号构造表现为主干断层下降盘厚，上倾方向减薄的特征。断-拗转换期构造层整体表现为南堡4号断层下降盘厚、向西逐渐减薄的特征。拗陷期构造层相对平缓，地层厚度横向上变化比较小(图3)。

3 同沉积断层与控砂模式

南堡凹陷南部古近系断层活动主要有两期：一期是主要在沙河街组沉积期活动的同沉积断层，如南堡2号断层、南堡3号断层，对沙河街组沉积的控制作用比较明显；另外一期是东营组沉积期活动的断层，对东营组地层，尤其是东三段和东二段的沉积控制作用比较明显，如南堡4号断层。以南堡3号构造Es1段为例，通过对常规的断层活动性及单井和连井砂体展布分析，结合地震和储层反演、预测等技术手段，建立了南堡3号构造同沉积断层控砂模式。

3.1 断层活动性分析

南堡3号构造最典型的沙河街组沉积期间同沉积断层有南堡3号断层和南堡3号东断层。从南堡3号构造的勘探实践来看，中-深层已发现的规模油气藏主要沿南堡3号断层分布，断层对油气成藏的控制作用比较明显。南堡3号断层沿走向活动性差异比较大，具有分段性的特点。其中，南段靠近南部沙垒田凸起物源区，断层活动较弱；中段为主体洼槽区，断层活动性明显较强；北段深入到曹妃甸次洼，断层活动性逐渐减弱。从纵向上看，南堡3号断层沙河街组沉积期间整体活动性逐渐减弱，并可细分为Es3-Es2和Es1两个活动期。本次研究的Es1沉积期，南堡3号断层在短暂间歇期后再次活动，对下降盘的Es1砂体沉积的控制作用较明显，尤其是该断层的中段(图4)。

此外，南堡3号东断层是南堡3号断层以东斜坡 区发育的同沉积断层，断层性质与南堡3号断层相似，整体活动性比南堡3号断层稍弱。沿断层走向，断层活动性呈弱—强—弱的特点，在洼槽区被近东西向断层切割消失。虽然南堡3号东断层延伸距离相对较短，但其下降盘洼槽是有利砂体发育区，同时断层沟通深层油源，对油气成藏控制作用比较大(图4)。

3.2 古地貌特征恢复

从南堡凹陷南部地区Es1段沉积期古地貌图可以看出，Es1段沉积期整体南高北低，被南堡1-5断层、南堡2号断层和南堡3号断层切割成多条NE向的沟槽，同时沿沟槽走向可以看到明显的坡折带(缓坡—陡坡—缓坡)，沟槽和构造坡折对有利砂体的沉积控制作用比较强(图5)。

3.3 砂体展布规律

从过南堡2号构造东部斜坡和南堡3号断层的地震剖面(图3)可以明显看出，Es1段地层呈西薄东厚的特征。从已钻井情况来看，斜坡上的NP2-60井Es1

图4 南堡凹陷南堡3号断层活动性Fig.4 Activity of NP3 faults in the Nanpu Sag

图5 南堡凹陷南部地区Es1沉积期古地貌Fig.5 Palaeogeomorphic map of Es1 depositional stage in the southern Nanpu Sag

段以泥岩为主，仅有两套薄砂层，而南堡3号断层下降盘洼槽区的PG2井Es1段顶部为连续发育的4套以上的厚层细砂岩。

从南堡3号断层下降盘的叠后波阻抗反演剖面也可以看出，南堡3号断层下降盘洼槽区砂体比较发育，自下而上，逐渐向斜坡高部位扩展。PG2井靠近生长断层，为砂体集中发育区；向NP2-60井方向砂体厚度逐渐减薄，层数均逐渐减少，由砂夹泥过渡为泥夹砂(图6)。南堡凹陷南部钻遇沙河街组沉积时期同沉积断层下降盘构造的井位较少，砂体的平面分布特征需要通过地震信息及储层预测技术手段来刻画。通过对南堡3号构造Es1段上部含砂率预测来看，含砂率高值区域主要位于南堡3号断层下降盘的PG2井、NP3-82井 和NP3-15井附近，而且砂岩高值区域成裙状分布，分布位置与南堡3号断层下降盘所控制的洼槽区重合，说明生长断层下降盘的洼槽控砂是南堡3号构造Es1段主要的砂体展布规律(图7)。

3.4 断层控砂模式

通过对Es1段沉积期古地貌、同沉积断层分布、砂体展布规律的综合分析，认为南堡凹陷南部地区Es1段具有同沉积断层控洼槽、洼槽控砂的沉积模式(图8)。

南堡凹陷南部物源来自沙垒田凸起[9]，而NNE向延伸的Es1期同沉积断层控制着南部物源的沉积体系及砂岩的展布。在断层下降盘主要发育辫状河三角洲沉积体系，在辫状河三角洲末端发育浊积扇(图8a)。垂直于生长断层走向的剖面上，在生长断层下降盘发育进积型辫状河三角洲，斜坡上倾方向地层呈楔状分布，水体逐渐变浅，辫状河三角洲砂体尖灭，高部位出现滩坝砂体(图8b，c)。

图6 南堡凹陷南堡3号构造过PG2井—NP2-60井叠后地震反演剖面Fig.6 Poststack seismic inversion section across wells NP2-60 and PG2 in the NP3 structural belt,the Nanpu Sag

4 沉积体系展布与有利勘探目标预测

4.1 沉积体系展布

通过综合分析南堡凹陷南部同沉积断层的控沉积 模式、砂岩分散体系以及测井特征等因素，恢复了沉积体系的空间配置，重建了南部物源区Es1段上部高位体系域(HST)沉积体系特征。

南堡凹陷南部物源区Es1主要存在3种类型的沉积体系类型：辫状河三角洲沉积体系、远岸水下扇沉积体系和湖泊体系。由于Es1沉积时期南堡凹陷处于稳定沉降阶段，同沉积断层活动强烈，南堡凹陷古湖盆沿同沉积断层走向，向洼槽区呈窄而深的深洼，所以南部物源区发育辫状河三角洲沉积体系。沿南堡3号和南堡3号东同沉积断层的下降盘发育辫状河三角洲，包括辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘，目标区以后者为主。三角洲末端洼槽区，发育远岸水下扇。在断层上升盘之上的浅水区域发育滩坝(图9)。

南堡凹陷南部物源区辫状河三角洲平原亚相分布范围较小，目前暂无井钻遇。前缘亚相分布范围较大，平面上呈朵状分叉，测井曲线以指形-漏斗形或齿形为主。通过连井沉积微相划分及对比分析可以看出，辫状河三角洲前缘河道微相主要分布于生长断层下降盘及附近位置(图10)。

4.2 有利勘探目标预测

沙一段沉积时期，即南堡凹陷主力烃源岩发育期，林雀次洼和曹妃甸次洼已连通，生烃中心位于北堡构造带、南堡3号构造带和拾场次洼[10]。沙三段和沙一段烃源岩分布面积广，品质好，目前大部分已处于高熟-过熟阶段。沙河街期组沉积时与东营组沉积时期强烈活动的两期断层是油气垂向运移和侧向输导的重要通道。

由于沙河街组地层埋藏深度较大，且目前钻遇井较少，加之对下部断层系统及沉积模式认识的不足，制约了深层油气的勘探。先前的油气勘探主要集中于浅部的馆陶组和东营组，而深层目标的勘探也只限于对几个正向构造带断层上升盘之上的古近系潜山地层的勘探与研究。但是从已有勘探成果和油气成藏条件综合分析， 南堡1号构造带的NP1井和NP1-4井，南堡2号构造带LPN1井已发现沙一段油气，显示了深层有利的油气勘探前景。

图8 南堡凹陷南部同沉积断层及沉积体系展布模式Fig.8 Contemporaneous fault and depositional system distribution in the southern Nanpu Sag

图9 南堡凹陷南堡3号构造Es1段HST沉积相Fig.9 Sedimentary facies of HST Es1 in the NP3 structure belt,the Nanpu Sag

图10 南堡凹陷南堡3号构造Es1段沉积微相连井对比Fig.10 Well correlation of sedimentary micro-facies of Es1 across NP3 structural belt,the Nanpu Sag

南堡凹陷南部地区沙河街组同沉积断层下降盘之上发育的辫状河三角洲体系砂体成为有利的勘探方向。其中南堡3号构造带发育的辫状河三角洲前缘，前缘末端发育的远岸水下扇以及断层上升盘之上发育的滨浅湖滩坝砂体，是油气进一步勘探的优选目标。南堡2号构造物源也主要来自于南部沙垒田凸起物源区，在沙河街组地层中应具有相同的砂体展布模式，也应该具有南堡3号构造带物源体系组合样式，所以南堡2号构造带下降盘发育的辫状河三角洲前缘和远岸水下扇是有利的勘探目标。

5 结论

南堡凹陷南部地区沙河街组是下一步油气勘探的重点区域之一，通过对南堡凹陷构造演化以及南部物源充填特征进行综合分析，可以得出以下结论：

1) 南堡凹陷古近系断层可以分为两期，下部沙河街组断层以控沉积的同生断层为主，而上部东营组断层则以走滑性质为主。多期构造旋回使沙河街组地层呈楔形超覆与基底之上，而又与上部东营组呈角度不整合接触。沙河街组地层内部也存在局部角度不整合接触。

2) 南堡凹陷南部地区Es1段时期地形起伏变化较为明显，沿断层走向发育窄而深的洼槽，各生长期断层对整体凹陷分割性很强。沿生长断层走向，由洼槽区向沙垒田凸起方向，呈明显缓坡。

3) 研究区沙河街组的沉积特点是以南部沙垒田凸起为主要物源,以生长断层走向为砂体分散的主要方向,以沿生长断层下降盘沟槽为沉积体系的主要分布区域。沙一段主要发育辫状河三角洲沉积体系、远岸水下扇沉积体系和湖泊体系。南堡凹陷南部Es1段沉积时期具有同沉积断层控洼槽、洼槽控砂的控砂模式。

4) 南堡2号和南堡3号构造带生长断层下降盘之上发育的辫状河三角洲前缘以及前缘末端发育的远岸水下扇砂体，是南堡凹陷南部地区沙河街组地层油气勘探的有利目标。此外，在下降盘翘倾的一侧浅水区域，滨浅湖滩坝的集中发育，也是形成油气藏的有利目标。

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(编辑 张玉银)

Models of contemporaneous fault controlling sandstone deposition:
a case study of Es1in southern Nanpu Sag

Yang Xiaoli1，Zhang Zili2，Sun Ming1，Shi Wenwu1，Li Ruisheng2

(1.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment，JidongOilfieldCompany，Tangshan,Hebei063004,China;2.SinoGeophysicalCo.,Ltd.,Beijing100107)

Temporal-spatial differences of syndepositional tectonics have profound impact on accommodation space，sedimentation rate,types and distributional characteristics of provenance systems of a basin.Episodic tectonic movement of the Nanpu Sag is a major contributor to accommodation space.Several NE-SW-trending contemporaneous faults that were developed in the period of Esin the southern provenance enhanced the compartmentalization of lake basin.A series of echelon growth faults extending toward the basin controlled the distribution of the Shahejie Formation.The linear subsags with the same strike as the growth faults formed in the downthrown blocks are the main unloading areas for sediments.The main depositional system is the combination of braided river delta,infralittoral subaqueous fans,beach bar and lake system in the southern provenance.On this basis,a model of contemporaneous fault controlling sandstone distribution is established in southern Nanpu Sag.The contemporaneous faults stretching into the lake basin controlled the sandstone distribution of braid river delta,with lobate deposits occurring laterally along strikes on the downthrown blocks of faults and superimposing vertically in the shape of wedges.The favorable objectives for future exploration are braided river delta,infralittoral subaqueous fans at the distal end of these deltas,and the beach bars developed on the tilted blocks.

contemporaneous fault,depositional model,sedimentary facies,Shahejie Formation,Nanpu Sag

2014-02-18;

2014-04-10。

杨晓利(1981—)，男,工程师，地震资料解释与储层预测。E-mail：yangxiaoli81926@163.com。

国家科技重大专项(2001ZX05006)。

0253-9985(2014)04-0526-08

10.11743/ogg201412

TE121

A