东营凹陷坡移扇形成机制与分布规律

陈 杰，于正军，韩宏伟，王伟锋，朱传华

(1.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257100；2.中国石油大学，山东 青岛 257061)



东营凹陷坡移扇形成机制与分布规律

陈 杰1，于正军1，韩宏伟1，王伟锋2，朱传华2

(1.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257100；2.中国石油大学，山东 青岛 257061)

东营凹陷牛庄洼陷南缘沙三中段的三角洲前缘斜坡带发育事件型沉积(俗称“坡移扇”)。在钻井、测井、录井及化验数据分析的基础上，利用岩心描述、野外观察及水槽模拟实验方法，明确了坡移扇的基本识别特征、形成机制和分布规律，并初步厘定了坡移扇的概念。研究表明：坡移扇发育在三角洲前缘砂体前积层内，主要存在厚砂薄泥、砂泥互层和厚泥薄砂3种类型；坡移扇存在滑动、滑塌和碎屑流3种搬运类型，存在地震、波浪侵蚀和水平面快速下降3种触发机制；坡移扇规模除与固结程度呈负相关之外，与地震强度、斜坡倾角、水流量和水平面变化等因素均具有较好的正相关性；滑动、滑塌与碎屑流3种类型在斜坡带不同角度范围内发育，且可依次转化，滑塌与碎屑流2种类型后期保存较多。

三角洲前缘；水槽实验；事件型沉积；坡移扇；牛庄洼陷；东营凹陷

0 引 言

东营凹陷牛庄洼陷南缘在沙三中段发育东营三角洲，其传统储集层类型主要为三角洲前缘河口坝、水下分流河道以及湖相浊积岩3种类型(图1)。近年来，随着岩性油藏勘探的深入，由河口坝等正常沉积砂体发生脱离而在前缘斜坡带上形成的事件型沉积逐渐引起了勘探人员的注意。由于以往未作为主力储层类型进行勘探，该沉积类型的研究工作相对较少，须通过明确形成机制和分布规律，为其成藏条件评价奠定基础。

图1 研究区位置及前缘斜坡事件型沉积搬运机制及立体分布模式

胜利油田油气勘探人员对于这种因三角洲前缘砂体发生脱离而主要在前缘斜坡带内发生再搬运和再沉积的、不同于浊积岩的沉积类型称之为“坡移扇”。此次研究过程中，借用了“坡移扇”名称对研究目标进行代指。

1 坡移扇基本识别特征

根据对N100、N119和N116等43口井坡移扇段的分析结果，对坡移扇的岩石学和测井曲线响应特征进行了初步总结。

1.1 岩石学特征

1.1.1 岩性特征

坡移扇段厚度变化范围为8～30 m，平均厚度为15 m左右，表现为砂岩和泥岩的组合，主要为厚砂薄泥、砂泥互层和厚泥薄砂3种组合类型。坡移扇的砂岩段，其颜色变化不大，主要为浅灰色；岩性变化较大，包括粉砂岩、细砂岩、含砾细砂岩及含砾中砂岩等多种类型，其中以粉砂岩和细砂岩为主。坡移扇的泥岩段的颜色跨度较大，从灰色至暗红色，体现了半氧化—半还原的沉积环境。

1.1.2 粒度分析

坡移扇粒度测试结果主要表现为三段式、两段式和两跳一悬式3种样式，具有明显的前缘砂体继承特征，且与悬浮次总体占明显优势的浊积岩差别明显。

1.1.3 矿物组成特征

全岩矿物X衍射实验分析统计结果显示，坡移扇砂岩段的矿物组成为石英(64%)、斜长石(14%)、钾长石(9%)、黏土矿物(8%)、白云石(4%)及方解石(1%)，整体上以石英、斜长石和钾长石为主，成分成熟度较高。

1.2 测井曲线特征

对应厚砂薄泥、砂泥互层和厚泥薄砂3种组合类型，坡移扇自然电位曲线响应特征主要表现出漏斗形、箱形、箱形—漏斗形及指形—漏斗形4种类型；而漏斗形坡移扇段的反旋回特征体现了对前缘砂体明显的继承性。

2 坡移扇形成机制研究

2.1 搬运机制

2.1.1 岩心描述研究

根据对W107、N116和W100等7口井岩心描述结果的分析发现，研究区坡移扇可以见到滑塌和碎屑流2种搬运机制[1]。

滑塌作用识别标志表现为不同程度的滑塌变形构造，碎屑流作用识别标志主要有单期及多期碎屑流中的漂砾定向构造、砂质碎屑流挤入构造。此外，重荷模构造、砂枕构造、火焰构造及液化构造等同生变形的普遍发育，充分说明了坡移扇沉积的事件型特征(图2)。

图2 滑塌变形构造

2.1.2 野外露头研究

选取青岛市灵山岛白垩系莱阳组进行三角洲前缘亚相露头观察[2-3]，识别出前缘斜坡存在较多的滑动及滑塌沉积构造现象(图2)。结合前人研究结果[4]，推断研究区坡移扇应存在除滑塌、碎屑流之外的第3种搬运作用机制——滑动作用。

2.1.3 水槽模拟实验研究

以实钻井岩性数据和水深数据为参考，按比例完成了坡移扇形成的水槽模拟实验[5]。实验结果表明，前缘斜坡带由近至远可以依次发育并保存滑动、滑塌以及碎屑流3种搬运机制坡移扇类型。结合前人对三角洲的认识[6-9]，认为该3种类型的坡移扇与前缘和浊积岩一起，可形成三角洲前缘—滑动性坡移扇—滑塌型坡移扇—碎屑流型坡移扇—坡移浊积岩—远源浊积岩沉积序列。

2.2 触发机制

水槽实验依据需要分别设计了大型水槽和小型水槽2种实验仪器，其中大型水槽实验主要用于坡移扇形成机制和形成模式的研究，而小型水槽设备则主要用于坡移扇触发机制与多种因素对坡移扇形成和分布定量控制作用等方面的研究。

针对三角洲为物源的事件型沉积，前人研究较多的是浊积岩类型，包括利用水槽实验模拟浊积岩的触发机制和分布特征[6-10]。针对坡移扇类型形成过程，主要设计并研究了地震作用、波浪侵蚀作用以及水平面下降作用3种触发机制对坡移扇形成的影响。

2.2.1 地震作用

实验采用小型朵叶体模拟三角洲前缘砂体，震点在图片右方(图3a)。实验表明，在模拟地震作用下，当震动达到一定强度时，朵叶体前端砂体会发生脱离形成坡移扇，震动越强烈，坡移扇与母砂分离越彻底。

图3 不同触发机制模拟下坡移扇分布特征

2.2.2 波浪侵蚀作用

实验发现，当波浪侵蚀作用较弱时，朵叶体前端多表现为席状扩散而不会发生脱离，只有当波浪作用强烈时(湖啸)，才会发生砂体脱离形成坡移扇。

2.2.3 水平面下降作用

为便于实验操作，实验模拟使用了2个水槽，在小水槽中使用彩砂模拟多个期次，并将小水槽斜插入大水槽中。实验结果同波浪侵蚀模拟实验类似，当水平面下降作用缓慢时，不易形成砂体脱离；当水平面快速下降时，前缘砂体才会由于浮力突然减小而发生脱离形成坡移扇。实验中，坡移扇的形成通常会伴随前缘砂体小断裂的出现，且这种情况下形成的坡移扇通常与母砂体相连通(图3b)。

2.3 形成模式

母砂固结程度是影响脱离的重要因素。当超过脱离临界点时，相同固结程度的砂体容易同时发生大面积脱离。结合水槽模拟实验结果，总结了坡移扇的3种形成过程演化模式，分别是纵向后退扩展型、横向扩展型和随机扩展型(图4)。纵向后退扩展型是指形成砂体脱离的破碎带向物源方向不断扩大，其主要是由前缘砂体(母砂)横向固结程度差异较大引起；横向扩展型是指坡移扇沿着母砂前边界横向形成并扩展，其多由母砂纵向固结程度差异较大引起；随机扩展型是指坡移扇形成演化不遵循一定规律，多由母砂固结程度非均质性较大引起。

图4 坡移扇形成过程演化模式

3 坡移扇分布规律研究

3.1 影响因素定量分析

主要依据小型水槽实验结果，对地震强度(震动频率)、母砂固结程度(含水率)、斜坡倾角、水流量和水面升降等5个影响因素对坡移扇分布的影响进行了分析，针对每种影响因素至少得到3组数据(表1)。数据显示，除坡移扇厚度与固结程度呈负相关之外；坡移扇规模与地震强度、母砂固结程度和斜坡倾角等因素均具有较好的正相关性。由此可知，坡移扇的形成和分布应该是以上多种因素综合影响的结果，在具体情况下，每种因素都可能对坡移扇的形成与分布起到决定性的作用。

3.2 分布模式

3.2.1 剖面模式

三角洲前缘斜坡上可以依次完整地发育滑动、滑塌以及碎屑流3种事件型沉积类型，分别发育在不同斜坡角度发育范围，且可以依次转化(图1)。滑动型坡移扇主要发育在斜坡上部，现今保存斜坡倾角一般大于9 °，原生发育角度一般大于15 °(压

表1 坡移扇分布控制因素定量分析统计

实恢复后)；滑塌型坡移扇主要发育在斜坡中部，现今保存斜坡倾角一般为5～9 °，原生发育角度为7～15 °，可由母砂直接形成，也可由单个或多个不稳定滑动型砂体演化形成，厚度相对较大；碎屑流型坡移扇主要发育在斜坡下部，现今保存的斜坡倾角一般为1～5 °，原生发育角度为1～7 °，在固结程度较弱或震动强度较大时，母砂可以不经历滑动和滑塌过程而直接形成碎屑流型坡移扇，但由于搬运距离较远，该类型厚度一般较小。

3.2.2 平面模式

坡移扇平面分布模式主要表现的是对坡移扇现今保存状态的认识(图5)：滑动型坡移扇多呈土豆形平行湖岸分布，因与母砂距离最近，其势能较大，不易保存；滑塌型坡移扇多呈条带状垂直湖岸分布，发育坡度适中，较易保存；碎屑流型坡移扇多呈舌状垂直湖岸分布，因发育位置势能最小，容易保存。

3.2.3 立体模式

空间上，坡移扇发育在三角洲前缘的斜坡带内(图1)，位于浊积岩沉积之前，滑动、滑塌、碎屑流及浊流4种搬运机制可以依次演化而成。结合前面3种演化模式的形成过程，推断坡移扇不仅可以在三角洲前缘环境发育，也可以在扇三角洲等其他浅水斜坡发育，其发育情况受角度控制。当原始沉积斜坡为1～15 °时，易形成坡移扇；而角度过大，砂体脱离后动能较大，难以在斜坡保存，多进入深水形成浊积。

图5 坡移扇平面分布模式

4 结 论

(1) 坡移扇发育位置介于前缘砂体与浊积岩之间，成分成熟度较高，其岩性组合主要存在厚砂薄泥、砂泥互层和厚泥薄砂3种类型，粒度特征主要表现为三段式、两段式和两跳一悬式3种样式，自然电位曲线主要有漏斗形、箱形、箱形—漏斗形及指形—漏斗形4种类型。

(2) 坡移扇存在滑动、滑塌与碎屑流3种搬运类型，存在地震、波浪侵蚀和水平面快速下降3种触发机制，存在纵向后退扩展型、横向扩展型和随机扩展型3种形成过程演化模式，沿物源方向可以依次发育三角洲前缘—滑动性坡移扇—滑塌型坡移扇—碎屑流型坡移扇—坡移浊积岩—远源浊积岩的沉积序列。

(3) 坡移扇的形成分布是地震强度、母砂固结程度和斜坡倾角等多个因素综合影响的结果，在具体情况下，每种因素都可能对坡移扇的形成分布起到决定性作用。

(4) 推断三角洲和扇三角洲前缘斜坡均可形成坡移扇，不同斜坡角度范围分别发育滑动、滑塌与碎屑流3种搬运机制，且可依次转化，滑塌与碎屑流2种类型坡移扇保存较多。

(5) 初步厘定了坡移扇概念：在构造缓坡带上，浅水区各类砂体(主要为三角洲和扇三角洲前缘)，在构造活动、波浪侵蚀或水平面快速下降等突发因素影响下，其部分砂体脱离母体后因在前缘斜坡带内发生了短距离再搬运而形成的一种事件性沉积。需要说明的是，坡移扇砂体不一定表现为“扇”的形状，一定程度上也可以称之为“坡移岩”。

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编辑 黄华彪

20150623；改回日期：20151012

中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司项目“坡移扇形成机制与地震描述方法研究”(YKW1405)；中国石油化工股份有限公司胜利石油管理局博士后科研工作站项目“三角洲水下交汇区沉积建模与储层预测”(YKB1406)

陈杰(1983-)，男，高级工程师，2005年毕业于山东科技大学资源环境与城乡规划管理专业，2011年毕业于中国石油大学(华东)地质资源与地质工程专业，获博士学位，现为胜利石油管理局在站博士后，主要从事石油勘探研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.010

TE122.3

A

1006-6535(2015)06-0045-05