惠民凹陷临南地区古近系沙三下亚段沉积特征

张春明，姜在兴，王俊辉，姜 华

（1.中国石油勘探开发研究院 石油地质研究所，北京 100083； 2.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）

0 引言

随着渤海湾盆地惠民凹陷临南地区中深层勘探开发不断进展，古近系沙三下亚段成为下一步勘探的重要层系.夏口断裂带西部兴隆寺背斜构造北翼临南地区古近系沙三下亚段油层已经提交石油地质储量4.23×106t，显示较大的勘探潜力.由于研究区地层埋深相对较大，地震资料不理想，钻穿地层井数量少（2口取心井），给研究工作带来较大难度.人们研究该地区沉积相和砂体展布，认为它属于冲积扇或水下扇沉积[1]，但按照扇体沉积模式布置井位均未成功.因此，缺乏沉积相类型及砂体展布规律研究成为制约研究区下一步勘探的重要因素.

目前有关陆相断陷湖盆三角洲沉积的研究比较成熟[2]，涉及三角洲沉积体系划分、层序地层学和油气成藏条件等方面[2－7]，如姜在兴等以东营凹陷为例，探讨三角洲沉积体系的层序地层、三角洲沉积的建设和破坏等[3]；朱筱敏等以松辽盆地为例，研究大型浅水三角洲的沉积特征[4].人们研究下切谷沉积的发育背景、识别标志、充填特征及其意义，如杨道庆等以泌阳凹陷为例，研究下切谷的沉积充填特征[8]；尹微等研究下切谷特征及其对油气的意义[9]，认为下切谷可以发育在湖盆的陡坡带、缓坡带和凸起等位置[8－9].形成下切谷的条件较多，如在海（湖）平面相对下降后，河流向盆地方向延伸，侵蚀下伏地层可以形成下切谷[10－11]；在断陷湖盆缓坡三角洲沉积的大背景下及前期特殊沉积地貌基础上，也可以继承性地发育下切谷充填沉积，目前对这种沉积类型认识还不多.

在分析岩心观察、录井、测井及地震资料的基础上，笔者对临南地区古近系沙三下亚段进行沉积学研究，认为它不是冲积扇或者水下扇沉积，而是在三角洲前缘细粒沉积的大背景下，发育下切谷充填沉积，进而建立新的沉积模式.

1 区域地质背景

惠民凹陷南邻齐河—广饶断裂和鲁西隆起，北与陵县—阳信断裂与埕宁隆起相接，东西分别与东营凹陷和临清坳陷相通，可划分为临南洼陷、阳信洼陷、临邑洼陷、里则镇洼陷、肖庄洼陷、惠民南斜坡、林樊家凸起和中央隆起带等8个次级构造单元[12].临南地区在构造位置上处于临商断层南边、夏口断层北边的构造斜坡（见图1）.

图1 临南地区构造位置及构造单元Fig.1 The structural position and unit of Linnan area

惠民凹陷属于中新生代断陷—断坳—坳陷型盆地，与渤海湾盆地的其他凹陷一样，在新生代构造演化中经历初始断陷、强烈断陷和沉降期3个时期；存在特殊性[13－16]，在惠民凹陷的强烈断陷分为2个阶段，即孔店—沙四时期（始新世）的初始断陷和沙三早期（渐新世早期）的断陷.研究层段为沙三下亚段，它发育于惠民凹陷的第二个强烈断陷阶段，反映在湖盆发育初期，构造不稳定.

2 沉积相类型

临南地区沙三下亚段包括三角洲前缘和下切谷2种亚相沉积类型.

2.1 三角洲前缘

沙三下亚段岩性主要为灰色、灰白色、棕褐色细砂岩和泥质粉砂岩等细粒沉积物.根据岩心观察（X70－01井）、测录井及粒度分析等资料，分析研究区大部分细粒沉积井段的沉积相，认为沉积亚相类型为三角洲前缘沉积[17]，并进一步细分为水下分流河道、河口砂坝、远砂坝和水下分流间湾等沉积微相.

2.1.1 水下分流河道

水下分流河道微相以细砂岩沉积为主，砂岩含泥质较少，较纯净.常见冲刷充填构造，规模不大，冲刷面被泥质充填；层理类型以块状层理为主；垂向序列主要为正粒序，测井曲线以箱形和钟形为主；粒度概率累积曲线以“两段式”为主，沉积物粒度主体在2.0Φ～3.0Φ之间，跳跃次总体占45%，斜率高，分选好；悬浮次总体占55%，斜率低，分选差；两者交截点在3.0Φ～3.5Φ之间（见图2）.

2.1.2 河口砂坝

河口砂坝微相主要为粉砂岩沉积，分选较好，较纯净，可见较为典型的“S”形前积层理及少量水平纹理.由于水流方向变化，“S”形前积纹层的倾向比较多变；垂向序列表现为反粒序，测井曲线以上陡下缓的漏斗状为主；粒度概率累积曲线以“三段式”为主，3个次总体较为发育，跳跃和悬浮2个次总体占比例较高，两者交截点在3.5Φ左右（见图2），滚动总体相对较少，斜率较低.

图2 临南地区古近系沙三下亚段三角洲前缘亚相沉积特征（X70－01井）Fig.2 The sedimentary characteristics of the delta front subfacies of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area（Well X70－01）

2.1.3 远砂坝

远砂坝微相主要为粉砂岩、泥质粉砂岩，含有少量泥岩.沉积构造主要为水平纹理，可见较多植物碎屑沿纹层面分布，生物潜穴和生物扰动构造较发育；粒度概率累积曲线以较复杂的“四段式”为主，与河口砂坝微相相比，滚动次总体占比例更低；悬浮次总体占较高比例，可分为两段；跳跃次总体的斜率相对较高，悬浮和跳跃次总体的交截点在3.5Φ左右（见图2）.

2.1.4 水下分流间湾

水下分流间湾微相沉积类型比较简单，主要以灰色、灰绿色泥岩沉积为主，夹少量的泥质粉砂岩，可见到少量虫孔（见图2）.

2.2 下切谷

沙三下亚段地区的另一口取心井X70－08井岩性与其他大多数井岩性明显不同，以含砾粗砂岩、粗砂岩为主.根据此井粗碎屑岩性将沙三下亚段定为扇体沉积，确立其沉积模式；按照该沉积模式，开发前期向扇根方向布井，结果所有探井未发现粗碎屑沉积，这与扇体沉积模式不相符.在研究过程中，重新对比研究区钻井的测井曲线，发现X70－4、X70－015、X70－017等井同样存在粗碎屑沉积（见图3），属于在三角洲前缘细粒沉积背景下的下切谷充填沉积.

图3 临南地区古近系沙三下亚段粗粒沉积井位分布Fig.3 The well location map of coarse clastic sediments of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

在海（湖）平面下降后，河流向盆地方向延伸，侵蚀下伏地层，形成的河道或沟谷可以形成下切谷[10－11].湖盆发育早期，构造不稳定，在干旱或半干旱气候条件下，存在一些洪水相的洪水水道，到后期湖盆稳定后，当湖平面再次相对下降时，洪水水道重新复活，成为湖盆稳定期的下切谷[18].

在沙三下亚段沉积前，临南地区处于惠民凹陷强烈断陷期，湖盆不稳定，发育洪水—漫湖相沉积，存在洪水水道[19－20]，物源来自西南方向.研究区粗粒碎屑的沉积特征研究结果表明，沙三下亚段的粗粒沉积为前期洪水水道复活形成的下切谷充填亚相沉积，可进一步细分为下切谷水道、水道天然堤和水道间漫溢等沉积微相[19－20].

2.2.1 下切谷水道

下切谷水道微相主要以灰白色、灰色含砾粗砂岩和粗砂岩沉积为主，其次为中砂岩和细砂岩，夹杂少量灰色泥岩，形成不等厚互层.含砾粗砂岩底部砾石质量分数较高，可达30%左右，砾石分选差，磨圆中等，呈次圆—次棱角状.垂向序列上与河流沉积河道叠置韵律类似，为多套向上变细正韵律，部分韵律“二元结构”完整，部分顶部缺乏细粒沉积，单个韵律厚度为1～6m，平均为3～4m.沉积物粒度较粗，粒度概率累积曲线主要以“两跳一悬”的两段过渡式为主：跳跃次总体约占60%，斜率较大；悬浮次总体占30%～40%，分选中等，两者截点在2.0Φ～2.5Φ之间，反映较强的牵引流特征.沉积构造非常发育，常见冲刷充填构造和交错层理.冲刷面被泥质充填，常见到泥砾且大小不一.层理类型多样，常见高角度楔状交错层理，呈“鱼骨头”状；还可见板状交错层理、平行层理、粒序层理和波状层理等（见图4）.

下切谷水道微相表现出很强的水动力条件，在岩心中可见少量的泥岩撕裂屑、变形构造和砂岩底面构造等重力流特征的沉积构造.在X70－08井3 565.6m附近出现一层厚度约为20cm的螺类化石，大量密集堆积；在这层生物碎屑层上部，可见大的砾石凹坑和泥岩漂砾，表现出现强烈水动力冲刷并导致生物大量死亡（见图4）.下切谷水道微相的发育伴随多期次、大规模的强烈水动力冲刷.

下切谷水道微相在地震反射剖面上主要表现为与周边相邻同向轴明显不协调的、两翼近对称的“U”形；自然伽马曲线大多为总体光滑或微齿化的箱形和钟形，为中等振幅（见图4）.

图4 临南地区古近系沙三下亚段下切谷水道沉积特征（X70－08井）Fig.4 The sedimentary characteristics of the incised valley of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area（Well X70－08）

2.2.2 水道天然堤

水道天然堤微相主要发育细砂岩，是由下切谷水道内水流漫过下切谷水道，将携带的大量细砂和粉砂沿着下切谷水道两岸堆积而成的.其典型特点是细砂岩中夹泥岩纹层，形成一些小型的前积纹层、水平波状层理和水平纹理，还可见一些虫迹；粒度比下切谷水道细，粒度概率累积曲线有多段悬浮次总体，悬浮次总体占比例高，达65%左右，跳跃次总体具有斜率高的特点，两者交截点在2.5Φ～3.0Φ之间（见图5）.

2.2.3 水道间漫溢

水道间漫溢微相属于间歇性沉积微相，主要沉积在下切谷水道的谷间地带，是下切谷水道水流溢出后，水流流速迅速降低，由大量的悬浮沉积物堆积形成的.水道间漫溢微相沉积类型相对比较简单，以较纯净的泥岩和泥质粉砂岩为主，见少量的粉砂岩条纹，显水平纹理.在泥岩层面上见到较多的植物碎屑（见图5）.

3 沉积模式

3.1 剖面分布

研究区沉积相类型主要为三角洲前缘沉积，南北向以三角洲前缘为主，东西向以下切谷为主.在三角洲前缘细粒沉积的大背景下，存在下切谷水道沉积.由近南北向剖面（剖面位置见图3）可以看出，仅在X70－4井发育下切谷粗粒沉积，其余为三角洲前缘细粒沉积（见图6）.由近东西向剖面（剖面位置见图3）可以看出，在X70－015井、X70－017井和X70－08井一线，出现大量的粗碎屑沉积，发育下切谷粗粒沉积，向东西两侧过渡形成细粒沉积为主的井为三角洲前缘沉积（见图7）.

3.2 平面分布

根据研究区钻井的砂岩厚度和砂地比等统计资料，绘制临南地区古近系沙三下亚段沉积微相分布图（见图8）.平面上，在X70－4井、X70－08井和X70－017井一线，发育粗粒碎屑沉积，是有利储集体，主要为继承性的下切谷充填沉积，发育方向为西南—东北方向，与物源方向一致.其余地区几乎全部发育细碎屑沉积，主要为三角洲前缘沉积，有利砂体主要为三角洲前缘的水下分流河道、河口砂坝和远砂坝微相.

图5 临南地区古近系下切谷水道天然堤、水道间漫溢沉积特征（X70－08井）Fig.5 The sedimentary characteristics of the the channel levee and the channel overflowing of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area（Well X70－08）

图6 临南地区古近系沙三下亚段南北向连井剖面Fig.6 The south to north connecting－well section of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

图7 临南地区古近系东西向连井剖面Fig.7 The east to west connecting－well section of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

图8 临南地区古近系沙三下亚段沉积微相分布Fig.8 The sedimentary micro－facies map of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

3.3 沉积模式

建立研究区古近系沙三下亚段新的沉积模式（见图9），即：整体为三角洲前缘沉积，主要沉积细砂岩、粉砂岩等细粒沉积物；在此大背景下，湖平面下降时，前期洪水水道复活，形成下切谷，在下切谷水道中沉积条带状含砾粗砂岩、中粗砂岩等粗粒沉积物.

研究区以往根据扇体沉积模式向扇根方向寻找粗碎屑的勘探思路并不正确.根据新的沉积模式，有利砂体主要发育在三角洲前缘水下分流河道、河口砂坝，以及条带状的下切谷水道和水道末端.在新的此沉积模式指导下，以寻找下切谷水道为目的的新钻井J3等井取得较好效果.

图9 临南地区古近系沙三下亚段沉积模式Fig.9 The sedimentary model of the third member of Palaogene Shahejie formation，Linnan area

4 结论

（1）惠民凹陷临南地区研究区主要沉积相类型为三角洲前缘和下切谷沉积亚相.

（2）三角洲前缘沉积为主要沉积类型，细分为三角洲前缘水下分流河道、河口砂坝、远砂坝和水下分流间湾等沉积微相.在三角洲前缘细粒沉积大背景下，继承性发育下切谷充填沉积，主要为粗碎屑沉积，细分为下切谷水道、水道天然堤、水道间漫溢等沉积微相.

（3）研究区南北向在X70－4井发育下切谷粗粒沉积，其余井为三角洲前缘细粒沉积；东西向在X70－015井、X70－017井和X70－08井一线，出现大量粗碎屑沉积，发育下切谷粗粒沉积，向东西两侧过渡为细粒三角洲前缘沉积.由此构成在三角洲前缘细粒沉积大背景下发育下切谷充填沉积的沉积模式，并指出下一步的勘探方向.

（References）：

[1]赵俊兴，田景春，蔡进功.惠民凹陷南坡古中生代沉积体系特征及时空演化[J].沉积与特提斯地质，2002，22（1）：46－52.Zhao Junxing，Tian Jingchun，Cai Jingong.Sedimentary systems and spatio－temporal evolution of the Palaeozoic and Mesozoic strata on the southern slope of the Huimin depression，Shandong[J].Sedimentary Geology and Tethyan Geology，2002，22（1）：46－52.

[2]Catuneanu O，Abreu V，Bhattacharya J P，et al.Towards the standardization of sequence stratigraphy[J].Earth Science Reviews，2009，92：1－33.

[3]姜在兴.沉积体系及层序地层学研究现状及发展趋势[J].石油与天然气地质，2010，31（5）：535－541.Jiang Zaixing.Studies of depositional systems and sequence stratigraphy：The present and the future[J].Oil ＆Gas Geology，2010，31（5）：535－541.

[4]朱筱敏，潘荣，赵东娜，等.浅水三角洲形成发育与实例分析[J].中国石油大学学报：自然科学版，2013，37（5）：7－14.Zhu Xiaomin，Pan Rong，Zhao Dongna，et al.Formation and development of shallow－water deltas in lacustrine basin and typical case analyses[J].Journal of China University of Petroleum：Natural Science Edition，2013，37（5）：7－14.

[5]杨东明，姜在兴，李葵英，等.济阳坳陷馆陶组辫状河三角洲—浅水湖泊沉积体系[J].大庆石油学院学报，2004，28（6）：16－19.Yang Dongming，Jiang Zaixing，Li Kuiying，et al.Braded river delta shallow lacustrine depositional system of Guantao formation in Jiyang depression[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2004，28（6）：16－19.

[6]卢胜虎，林承焰，程奇，等.东营凹陷永安镇沙二段三角洲相储层构型及剩余油分布[J].东北石油大学学报，2013，37（2）：40－47.Lu Shenghu，Lin Chengyan，Cheng Qi，et al.Deltaic reservoir architecture and remaining oil distribution study of Es2member in Yonganzhen oilfield，Dongying sag[J].Journal of Northeast Petroleum University，2013，37（2）：40－47.

[7]郭岭，姜在兴，李瑞锋.一种辫状河、曲流河复合沉积体层序特征及其成因[J].大庆石油学院学报，2011，35（2）：29－33.Guo Ling，Jiang Zaixing，Li Ruifeng.Characteristics of composite sedimentary sequence of braided and meandering river and their genetic interpretation[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2011，35（2）：29－33.

[8]杨道庆，邱荣华，赵追，等.泌阳凹陷北坡下切谷－低位扇沉积体系及其油气勘探意义[J].石油地球物理勘探，2002，37（5）：485－490.Yang Daoqing，Qiu Ronghua，Zhao Zhui，et al.Eroded valley－topogenetic lowstand fan sendimentary system in north slop of Biyang depression and its significance in oil and gas exploration[J].Oil Geophysical Prospecting，2002，37（5）：485－490.

[9]尹微，樊太亮，许浩，等.下切谷的特征及油气地质意义[J].大庆石油地质与开发，2006，25（2）：21－23.Yin Wei，Fan Tailiang，Xu Hao，et al.Characteristics of entrenched valley and its geologic meanings[J].Petroleum Geology ＆Oilfield Development in Daqing，2006，25（2）：21－23.

[10]冯有良.断陷湖盆沟谷及构造坡折对砂体的控制作用[J].石油学报，2002，27（1）：13－16.Feng Youliang.Control of valley and tectonic slope－break zone on sand bodies in rift－subsidence basin [J].Acta Petrolei Sinica，2002，27（1）：13－16.

[11]鲜本忠，姜在兴，操应长，等.泌阳凹陷东南部下切谷的发现及其意义[J].石油与天然气地质，2001，22（4）：304－318.Xian Benzhong，Jiang Zaixing，Cao Yingchang，et al.Discovery of incised valley in southeast of Biyang depression and its significance[J].Oil ＆ Gas Geology，2001，22（4）：304－318.

[12]崔世凌，杨泽蓉，李鑫，等.惠民凹陷构造样式及分布规律研究[J].石油物探，2010，49（2）：187－197.Cui Shiling，Yang Zerong，Li Xin，et al.Study on structural styles and distribution of Huimin depression[J].Geophysical Prospecting for Petroleum，2010，49（2）：187－197.

[13]赵密福，刘泽容，信荃麟，等.惠民凹陷临南地区断层活动特征及控油作用[J].石油勘探与开发，2000，27（6）：9－11.Zhao Mifu，Liu Zerong，Xin Quanlin，et al.Fault activity features and its control over oil of Linnan area in Huimin depression[J].Petroleum Exploration and Development，2000，27（6）：9－11.

[14]刘国臣，陆克政，徐寿根，等.惠民凹陷构造特征及圈闭类型研究[J].石油大学学报：自然科学版，1993，17（1）：16－23.Liu Guochen，Lu Kezheng，Xu Shougen，et al.A study on structural characteristics and trap types in Huimin sag[J].Journal of the University of Petroleum：Natural Science Edition，1993，17（1）：16－23.

[15]韩天佑，漆家福，林会喜.惠民凹陷西南缓坡带新生代构造演化与油气成藏特征[J].石油与天然气地质，2003，24（3）：245－248.Han Tianyou，Qi Jiafu，Lin Huixi.Study of Cenozoic tectonic evolution and hydrocarbon accumulation in southwest gentle slope belt，Huimin sag[J].Oil ＆ Gas Geology，2003，24（3）：245－248.

[16]倪金龙，刘俊来，林玉祥，等.惠民凹陷西部深层断裂样式与古近纪盆地原型的性质[J].中国石油大学学报：自然科学版，2011，35（1）：20－27.Ni Jinlong，Liu Junlai，Lin Yuxiang，et al.Style of deep faulting and its control on the Paleogene basin evolved into the western Huimin depression，Eastern China[J].Journal of China University of Petroleum：Natural Science Edition，2011，35（1）：20－27.

[17]姜在兴.沉积学[M].北京：石油工业出版社，2003.Jiang Zaixing.Sedimentology[M].Beijing：Petroleum Industry Press，2003.

[18]张春明.山东惠民凹陷临南地区古近系沙三下亚段沉积相与储集性能研究[D].北京：中国地质大学（北京），2012.Zhang Chunming.The sedimentary facies and reservoir characteristics of the lower part of the third member of Paleogene Shahejie formation，in Linnan area，Huimin depression，Shandong province[D].Beijing：China University of Geosciences（Beijing），2012.

[19]袁静.济阳坳陷南部古近系洪水—漫湖沉积[J].中国地质，2005，32（4）：655－661.Yuan Jing.Paleogene flood lake sediments in the southern part of the Jiyang depression[J].Geology in China，2005，32（4）：655－661.

[20]袁静.中国东部古近系洪水—漫湖沉积特征——以济阳坳陷南部为例[J].矿物岩石，2005，25（2）：99－103.Yuan Jing.Paleogene sedimentary characteristics of flood－overlake in the east China：An example in south of Jiyang depression[J].Mineral Petrol，2005，25（2）：99－103.