歧口凹陷北塘次凹沙三段物源—沉积体系分析

汤 戈， 王振升， 钱茂路

( 中国石油大港油田公司 勘探开发研究院，天津 300280 )



歧口凹陷北塘次凹沙三段物源—沉积体系分析

汤 戈， 王振升， 钱茂路

( 中国石油大港油田公司 勘探开发研究院，天津 300280 )

为明确歧口凹陷北塘次凹物源体系砂体展布、确定勘探目标区带，根据布格重力异常、古地貌和地震资料等分析物源口分布及运移方向；根据轻重矿物特征分析物源波及范围；利用砂体分散体系分析物源与砂体分布，构建物源—沉积体系.结果表明：研究区沙三段发育西部及北部物源，包括西部葛沽、塘沽、军粮城，以及北部汉沽、大神堂和涧南等6个子物源，其中大神堂、涧南、塘沽与军粮城子物源供给强度大、波及范围广，是北塘次凹主要物源供给区；受物源体系影响，北部发育冲积扇—辫状河三角洲—远岸水下扇沉积体系，西部发育扇三角洲—远岸水下扇体系，多种沉积体系相互匹配，形成北塘次凹“满盆皆砂”的砂体分布格局；三角洲前缘与远岸水下扇主水道微相区砂体是油气聚集成藏优质储层，为下一步油气勘探有利目标区.

物源体系； 沉积体系； 沙三段； 北塘次凹； 歧口凹陷

0 引言

物源体系分析是盆地沉积学研究的重要内容之一，能够为分析盆地沉积类型与规模、预测储集砂体、确定未来勘探方向提供指导[1].随着分析化验技术的提高，逐步形成重矿物法定源[2]、同位素法定源[3]、碎屑岩类分析法定源[4]、裂变径迹法定源[5]、古水流与古地貌法定源[6]及测井曲线法定源[7]等物源分析方法.在实践中，单一方法定源受资料所限，难以准确确定物源波规模和波及范围，物源分析方法已逐渐由单一法定源向多种方法综合定源转变，如王世虎等采用矿物成分、重矿物特征、古水流测量、砂分散体系制图和古地貌恢复等方法,研究鄂尔多斯盆地西北部物源，确定鄂尔多斯盆地主要受西北部阿拉善古陆、大罗山逆冲席隆起及盆地东北部物源的影响[8]；徐田武等利用重矿物法、碎屑岩类分析法和沉积法，认为高邮凹陷存在通扬隆起、建湖隆起及菱塘低凸起等3个方向的物源，并确定不同物源对凹陷碎屑物质的贡献[9]；陈戈等利用轻重矿物、古水流、构造属性等方法，明确塔里木盆地库车坳陷白垩系巴什基奇克组受北部天山、东南部库鲁克塔格和西南部温宿凸起三大物源9个次级物源影响[10].在判断物源方向、确定波及范围、建立盆地宏观物源体系等方面，运用多种方法综合定源具有优越性.

北塘次凹是歧口凹陷北部的次级构造单元，沙河街组三段(沙三段)湖盆范围大、油气资源丰富，具有巨大的勘探潜力.受资料及研究方法所限，人们对物源分布及沉积体系精细度研究尚有不足，难以为油气勘探提供强有力的支撑.笔者以歧口凹陷北塘次凹沙三段为例，利用重磁及地震资料在宏观上分析盆地古地貌特征，明确物源区、沉积区分布和主要物源口分布；以碎屑岩轻、重矿物特征微观描述物源口运移方向与波及范围，确立物源体系平面展布特征；以砂岩厚度、砂地比等信息说明盆地物源与砂体分布特征，构建盆地物源—沉积体系，确定勘探主要目标区，为下一步油气勘探与规模增储奠定基础.

1 地质概况

北塘次凹位于渤海湾盆地歧口凹陷中北部，北依燕山，南临渤海，西靠沧县隆起，东接南堡凹陷，总体呈西高而窄、东深而阔的特点，勘探面积约为2 000 km2，是黄骅裂谷盆地北部的一个新生代次凹.

受构造演化控制，北塘次凹沙三段主要发育近东西向、近北东向两组同沉积断裂系统,在其控制下,形成北塘次凹内部“三洼两凸、隆凹相间”的构造格局[11]，自西向东依次为茶淀洼陷、大神堂潜山凸起、大神堂洼陷、涧南潜山凸起及涧南洼陷(见图1).在沧县隆起和燕山褶皱带两大隆起控制下，北塘次凹夹持在南堡凹陷与歧口主凹之间，沉积巨厚的沙三段砂泥岩地层，油气资源潜力巨大，是勘探的重点目标区域.

图1 北塘次凹区域位置与构造格架

2 古地貌特征

盆地古地貌特征是控制盆地物源区分布、砂体输送方式及沉积体系空间展布特征的重要因素.借助古地貌特征，可以明确主要物源输送区、砂体输送通道及碎屑物质沉积中心，为物源体系分析提供宏观研究方向[12].根据布格重力异常确定剥蚀区与沉积区分布，通过盆地构造特征、去压实及古水深校正等方法恢复北塘次凹古地貌特征.

布格重力异常是利用地球各部分物质组成和地壳构造差异，使测量重力值与理论值存在异常差，通过校正反映地层的地质构造和物质分布[13].重力异常高值区代表地势相对较高的地貌单元，低值区对应低洼地区；地貌高处间的鞍部或断层之间的转换带是物源输送通道[14]，北塘次凹周边布格重力异常见图2.由图2可见，该区北部、西部及东部存在重力高值区，重力异常值在-18～-9 μGal之间，分别对应北部燕山褶皱带、西部沧县隆起区及东部沙垒田凸起区；北塘次凹与歧口主凹陷分别对应2个重力低值区，重力异常值为-36 μGal.燕山褶皱带呈半环带状包围北塘次凹西北及东北部，北塘次凹东北部存在3个向北塘次凹过渡鞍部，分别位于涧南、大神堂及汉沽地区，表明燕山褶皱带在涧南、大神堂及汉沽地区发育3个子物源输送通道；沧县隆起区呈带状包围北塘次凹西部，重力异常值在-21～-9 μGal之间，向北塘次凹发育3个隆起间鞍部，分别位于葛沽、塘沽及军粮城地区，表明西部沧县隆起在葛沽、塘沽及军粮城地区发育3个子物源输送通道；沙垒田凸起向北塘次凹过渡区发育塘沽—新港潜山带，难以对北塘次凹形成物源供给，表明它对北塘次凹的影响相对较小.因此，判断北塘次凹主要受燕山褶皱带与沧县隆起两大物源影响，并发育6个子物源体系.

2.2 构造格架及古地貌恢复

北塘次凹早第三纪期处于强烈拉张断陷阶段，受右旋应力作用控制，发育近北东向和近东西向展布的

图2 北塘次凹周边布格重力异常

一系列同沉积断层.盆地北部发育茶淀断层、大神堂断层和涧南断层等北东向展布断层，形成茶淀洼陷、大神堂洼陷和涧南洼陷等3个负向构造，提供碎屑物质沉积的可容纳空间；同时，这些断层与汉沽断层相接，形成断层转换带，是良好的物源输送通道[15].盆地南部发育大神堂南断层、海河断层和新港断层等近东西向展布断层，形成具有多级断阶状特征的海河—新港构造带，顺该构造带形成西东向物源输送通道[16](见图1).

采用沉降回剥分析法、去压实及古水深等校正技术，恢复北塘次凹沙三段底界面同沉积期古地貌特征(见图3).古地貌显示，北塘次凹沙三段紧邻沧县隆起、燕山褶皱带两大古地貌隆起区域，为北塘次凹主要物源供给区.隆起间地势较低的鞍部往往是碎屑物质的输入通道，北部燕山褶皱带发育3个子物源输送通道，分别为①东北角的涧南子物源、②北面的大神堂子物源和③西北角的汉沽子物源；西部沧县隆起发育

图3 北塘次凹沙三段底界面同沉积期古地貌

3个子物源输送通道，分别为④军粮城子物源、⑤塘沽子物源和⑥葛沽子物源.

在妊娠期给予孕妇产前超声检查，能够准确检出胎儿是否存在肢体缺陷，有利于降低畸形儿发生率和家庭、社会负担，适宜临床中推广普及。

2.3 地震反射特征

在北塘次凹构造格架和古地貌特征基础上，利用地震反射特征指示物源口分布及物源输送方向[17].地震剖面中下切沟槽反射特征一般指示物源输送通道，前积反射结构可以判断物源输送方向[18].

横切沧县隆起地震剖面(见图4(a))显示，葛沽、塘沽、军粮城位置发育3个古下切沟槽，向盆地内表现为顶平底凸充填式反射结构，是长期继承性发育的物源通道，分别对应葛沽、塘沽与军粮城子物源.葛沽子物源的下切沟槽深且范围广，顺沟槽向凹陷区以楔形杂乱反射为主，延伸距离不远，说明该子物源强度大，以近源快速沉积为主；塘沽与军粮城子物源下切沟槽浅且范围小，顺沟槽向凹陷区见前积反射特征，延伸至北塘次凹中心，说明该子物源强度较小，但波及范围较大.顺茶淀洼陷东南向地震剖面，沿茶淀断层下降盘可见明显楔形帚状前积反射特征，延伸距离不远(见图4(b))，说明汉沽子物源的波及范围不大；顺大神堂断层南北向地震剖面可见明显前积特征，向前延伸距离远(见图4(c))，说明大神堂子物源强度大，波及范围广；顺涧南断层南北向地震剖面亦见明显前积反射特征，向凹陷区呈阶状进积，延伸至坳陷中心(见图4(d))，说明涧南子物源强度较大，波及范围广.北塘次凹中心区可见席状、丘状、透镜状及充填反射地震特征,其中席状强振幅反射特征反映远物源低能三角洲前缘砂泥岩互层沉积，席状空白反射反映深湖—

图4 北塘次凹沙三段地震反射特征(位置见图1)

半深湖沉积的大套泥岩；丘状、透镜状及充填地震反射特征连续性不强，且发育位置在前积反射前端，表明它为重力流沉积.

3 岩矿特征

利用岩矿资料中的岩石成分和重矿物组合特征，精细划分物源运移方向和波及范围，有效界定混源区的归属[19].

3.1 岩石成分特征

碎屑岩岩石成分主要指石英、长石和岩屑3类.随着运移距离增加，稳定矿物(石英)含量增多，成分成熟度增大；岩屑代表母岩岩石类型，不同物源母岩类型存在差异.对北塘次凹沙三段砂岩中石英、长石、岩屑及岩屑类型(沉积岩岩屑、变质岩岩屑、岩浆岩岩屑)进行组合分析，结合成分成熟度指数(即石英含量与长石和岩屑总含量比值)等值线(见图5)反映砂岩成分成熟度变化规律，可以综合确定物源运移方向和波及范围.

靠近隆起区成分成熟度相对较低，基本在0.4～0.6之间，顺成分成熟度指数变大方向为物源方向，表明研究区发育大神堂、涧南、汉沽、军粮城、塘沽和葛沽等6个子物源(见图5(a)).成分成熟度变化特征显示，大神堂与涧南子物源沿北东方向向盆内输送碎屑物质；汉沽子物源顺汉沽断层下降盘沿西北方向向盆内输送碎屑物质；西部沧县隆起3个子物源沿西向东方向向盆内输送碎屑物质.

图5 北塘次凹沙三段成分成熟度与ZTR等值线

北塘次凹北部物源与西部物源轻矿物特征差异明显，而西部各子物源差异相对较小，不易区分(见表1).西部军粮城、塘沽子物源与北部汉沽子物源岩石成分组合特征相似，为高石英—中长石—低岩屑组合特征.，其中石英质量分数为40%～70%，长石质量分数为20%～40%，岩屑质量分数相对较少，低于30%；岩屑中以岩浆岩岩屑为主，质量分数约占60%.西部葛沽子物源与北部大神堂子物源岩石成分组合特征相似，为高长石—中石英—中岩屑组合特征，其中石英质量分数为25%～45%，长石质量分数为40%～60%，岩屑质量分数为7%～35%；岩屑以岩浆岩岩屑为主，质量分数占70%以上.

表1 北塘次凹沙三段各子物源轻矿物质量分数与组合特征Table 1 Contents and association of light minerals of sub-rovenances of Es3 of the Shahejie formation of the Beitang sub-sag

3.2 重矿物特征

重矿物是指碎屑岩中密度大于2.86 g/cm3的矿物，在碎屑岩中所占比例很少，可分为稳定重矿物和不稳定重矿物两类[19].稳定重矿物分布广泛，抗风化能力强、耐磨蚀，能较多地保留母岩的特征，在远离物源区的沉积岩中含量相对较高；不稳定重矿物抗风化能力弱、易磨蚀，在远离物源区的沉积岩中含量相对较低[20].

重矿物ZTR等值线图显示(见图5(b))，北塘次凹沙三段发育大神堂、涧南、汉沽、军粮城、塘沽和葛沽等6个子物源，近物源区稳定重矿物ZTR在5%～10%之间，顺物源方向ZTR逐渐增大，至T28、T32、T37-1井一线ZTR达到35%以上，说明该处碎屑岩成熟度较高、经历较长搬运距离.ZTR等值线变化特征显示，大神堂与涧南子物源沿北东向向盆内输送碎屑物质；汉沽子物源顺汉沽断层下降盘沿西北向向盆内输送碎屑物质；西部沧县隆起3个子物源沿西向东向盆内输送碎屑物质.

利用重矿物组合特征能较好地区分西部沧县隆起及北部燕山褶皱带各子物源.北部燕山褶皱带发育涧南、大神堂及汉沽3个子物源，涧南子物源为低锆石—中石榴石—高磁铁矿组合特征，大神堂子物源为中锆石—高石榴石—低磁铁矿组合特征，汉沽子物源为低锆石—高石榴石—高磁铁矿组合特征，各子物源重矿物组合特征差异明显.西部沧县隆起发育军粮城、塘沽及葛沽3个子物源，军粮城子物源为高锆石—高石榴石—低磁铁矿组合特征，塘沽子物源为中锆石—高石榴石—高磁铁矿组合特征，葛沽子物源则为高锆石—中石榴石—低磁铁矿组合特征，各子物源重矿物组合特征差异明显(见表2).

表2 北塘次凹沙三段各子物源重矿物质量分数与组合特征Table 2 Contents and association of heavy minerals of sub-Provenances of Es3 of the Shahejie formation of the Beitang sub-sag

3.3 混源区界定

在北部物源与西部物源之间及西部各子物源之间存在多个混源区，混源区单井碎屑岩中重矿物往往具有多种组合类型，通过聚类对比分析可界定混源区归属.

如T41井具有两类重矿物组合，A类组合具有中锆石—高石榴石—低磁铁矿组合特征，与大神堂子物源特征相似；B类组合具有中锆石—高石榴石—高磁铁矿特征，与塘沽子物源特征相似，判断该井受北部大神堂子物源与西部塘沽子物源双重影响，为混源交汇区.T2井具有两类重矿组合类型，C类组合具有中锆石—高石榴石—高磁铁矿特征，与塘沽子物源特征相似；D类组合具有低锆石—高石榴石—高磁铁矿特征，与汉沽子物源特征相似，判断该井受西部塘沽和北部汉沽子物源双重影响，为混源交汇区(见图6).

图6 T41、T2井沙三段重矿物组合

4 砂岩展布特征

砂体空间展布受控于古地貌与物源口分布特征，遵循重力驱动机制，在正地貌单元区(物源区)，以河道搬运输导为主；在负地貌单元区(沉积区)，受河流或三角洲水体牵引逐步沉降[21].因此，通过砂体空间展布特征研究，可以反推物源口的分布及推进方向，更加精确地描述物源体系空间配置[22].

根据砂岩厚度与砂地比等值线图显示(见图7(a-b))，北塘次凹发育3个砂岩朵体，向湖盆中心形成3个砂岩进积方向.第一砂体朵体是由北向、北东向顺断槽进入沉积区的北部砂体，该砂岩朵体分布范围大，至沉积区后变为两支，一支向西南部茶淀洼陷进积，砂岩厚度逐渐降低，砂地比减小，指示该方向发育一支物源；另一支向北塘次凹湖盆中心进积，由北向南砂岩厚度逐渐降低，砂地比减小，指示该方向发育另一支物源.第二个砂岩朵体是由西北角茶淀斜坡进入湖盆的西北部砂体，朵体分布范围较小，由西北角向茶淀洼陷砂岩厚度与砂地比逐渐降低，显示该方向发育物源.第三个砂岩朵体是由西部沧县隆起进入湖盆的西部砂体，朵体进入盆地后分3支向湖盆中心进积, 北面一支顺着茶淀断层下降盘向茶淀洼陷中心推进，中间一支顺着大神堂南断层下降盘向湖盆中心推进, 南面一支顺海河断层下降盘向湖盆进积，显示西部发育3个向盆地进积的物源.

图7 北塘次凹沙三段砂岩厚度、砂地比等值线

综上所述,北塘次凹受燕山褶皱带和沧县隆起区两大物源区控制的6支子物源体系影响，具有多物源体系三向输砂特点，形成盆内多个砂体富集区.

5 物源—沉积体系

在古地貌特征宏观控制物源区与沉积区分布的基础上，以局部地震反射特征、轻重矿物特征揭示物源口的分布及波及范围，以砂体宏观展布特征明确各物源体系的空间配置关系及其对砂体分布的控制，构建北塘次凹沙三段的物源体系.

大量探井岩心观察、测井曲线特征及粒度分析资料显示，北塘次凹沙三段发育冲积扇、辫状河三角洲、扇三角洲、远岸水下扇、湖泊相等5种沉积相类型，进一步划分为冲积扇扇根、冲积扇扇中、冲积扇扇端、辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘、扇三角洲平原、扇三角洲前缘、远岸水下扇内扇、远岸水下扇外扇、滨浅湖、半深湖—深湖等10余种亚相类型.北塘次凹北部受燕山褶皱带控制，发育冲积扇和辫状河三角洲相,如XG2井录井时见砾岩夹红棕色泥岩岩性组合，呈多个正旋回特征，指示该井处于暴露环境的辫状河三角洲平原相区[23](见图8(a))；C1井粒度概率曲线以二段式为主，细组分较多，录井见红棕紫色泥岩，指示该井段以冲积平原沉积为主(见图8(b)).北塘次凹西部地区受沧县隆起控制，发育扇三角洲和近岸水下扇相，如T21井见明显粒序层理特征，岩性以厚层砂砾岩夹泥岩为主，为扇三角洲水下分支河道沉积特征[24](见图8(c)).北塘次凹中部发育远岸水下扇及湖泊相，如T28井可见明显包卷层理现象，指示该井段为重力流沉积(见图8(d)).

图8 北塘次凹沙三段典型沉积相特征

通过沉积相类型与物源体系分析可知，西北部汉沽子物源规模不大，波及范围相对较小，发育冲积扇沉积体系；北部大神堂与东北部涧南子物源规模大，波及范围远，以辫状河三角洲体系向盆内输砂，前端发育规模较大的远岸水下扇砂体；西部军粮城与塘沽子物源规模中等，砂体可输送至北塘次凹中心部位，以扇三角洲体系向盆内输送，前端发育规模中等的远岸水下扇砂体；葛沽子物源紧靠边界大断裂，物源规模与波及范围中等，以近源快速沉积为主，发育近岸水下扇体系，前端发育规模较小远岸水下扇体系砂体(见图9).

图9 北塘次凹沙三段物源体系综合分析

由于各子物源向北塘次凹输送砂体的波及范围不同，形成盆内多种类型沉积体系，构建良好的时空耦合关系，使得北塘次凹具备“三面物源共同输砂”“沙三段满盆富砂”的特征，为后期的油气富集成藏奠定基础.

6 结论

(1)北塘次凹紧邻沧县隆起和燕山褶皱带两大隆起，内部呈凸凹相间的构造格局，盆缘发育多个古下切沟槽，碎屑物质从6个方向进积到凹陷中,从西至东北部分别为西部葛沽子物源、塘沽子物源、军粮城子物源、西北角的汉沽子物源、北部大神堂子物源和东北角涧南子物源，其中北部大神堂与涧南子物源是北塘次凹的主物源供给体系，波及范围大；西部塘沽与军粮城子物源对北塘次凹碎屑供给也较为充分，可波及至凹陷中心地带.

(2)受物源体系控制，北塘次凹沙三段北部发育辫状河三角洲体系，前端发育大型远岸水下扇沉积；西部则以扇三角洲、近岸水下扇体系为主，前端发育小型远岸水下扇体，使得北塘次凹具有“满盆富砂”特点.

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2015-09-01；编辑：朱秀杰

中国石油重大科技专项(2008E-0601)

汤 戈(1985-)，男，硕士，工程师，主要从事层序地层与沉积储层方面的研究.

TE122.2

A

2095-4107(2015)06-0045-11

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.06.006