西湖凹陷北部渐新统花港组湿地扇沉积学分析

陈琳琳

(中国石化上海海洋油气分公司研究院，上海 200120)

西湖凹陷北部渐新统花港组湿地扇沉积学分析

陈琳琳

(中国石化上海海洋油气分公司研究院，上海 200120)

东海陆架盆地西湖凹陷北部渐新统花港组巨厚湿地扇砂体蕴藏着丰富的油气资源，其岩相属性关系到油气勘探中的储层认识。研究区北部G构造G-2井百米岩心所展示的丰富内容，揭示了花港组构造旋回底部湿地扇雏型期、建设期、消亡期的微相变化，以及不同微相碎屑粒度特征所反映的水力学行为。岩心所揭示的水道、坝滩沉积学特征差异，丰富了湿地扇沉积学特征、层序演化以及控相机制的内涵，为深层储层的分析与研究奠定了基础。

沉积学特征 湿地扇 花港组 渐新统 西湖凹陷

东海陆架盆地西湖凹陷渐新世是一个经历了两个构造旋回，由湿地扇、扇三角洲、三角洲、湖泊充填的陆相盆地。近几年在凹陷北部的Y、G及H构造上，钻探至渐新统花港组上段底部巨厚砂体时发现了工业油气藏。对于深层巨厚砂体的岩相属性的认识研究，不仅有助于对储层分布、侧向变迁以及物性条件的认识，而且对其内部结构、层序叠加、碎屑构成所涉及到的深层次生溶蚀作用的理解也是十分重要的。

2013年，G-2井在花港组上段底部的巨厚砂体中完整取心百米，为研究深层巨厚砂体提供了基础资料(从沉积学角度，探讨深层巨厚砂体的岩相属性以及发生、发展过程)。

1 花港组湿地扇层序地层学背景

凹陷北部的Y构造、G构造、H构造位于中央背斜带北部(图1)，目前已完井10口。渐新统花港组由两个构造旋回组成，G-2井百米取心取自上段旋回底部，上段旋回对比关系见图2。

图2中各井构造旋回的顶、底界面均为层序界面(侵蚀面)，代表着基准面快速下降所形成的侵蚀作用，该构造旋回由低位域、水进域、高位域以及水退域组成，而G-2井湿地扇完整取心即发育于低位域背景之下。

图1 西湖凹陷构造格局简图

湿地扇发育在基准面缓慢上升阶段的低位域中，其底部侵蚀面代表着长期剥蚀，而低位域层序的发展将在物源供给和基准面缓慢上升的相互作用中展示了进积或退积的变化。

2 湿地扇沉积特征概要

综合联井层序对比、测井曲线、岩心观察，湿地扇主要依据有：

(1)位于低位域底部，具侵蚀底形，垂向由多套层序构成，垂向上演化由扇向扇三角洲发展；平面展布上，向下游方向(H构造向G构造、Y构造)由扇向扇三角洲渐变。

(2)扇体受辫状河道主导，并保留大量初始化河道，冲沟梳篱状侵蚀扇面。

(3)从上游到下游，湿地扇辫状河道由纵向砂坝、斜列砂坝向横向砂坝演化；纵向砂坝具有初始河道特征，因此包含很多片流沉积；斜列砂坝与废弃泥沼河道共生，因此河道沉积多见不规则泥砾；横向砂坝表明河道低弯度倾向，发育在扇下游远端区域。

(4)测井GR曲线呈箱状、箱—钟状特点(图2)，而内部结构由多个向上变粗或向上变细的垂向层序构成。

(5)扇面沉积呈片流作用特征，常见薄层分选好的砂砾层或砾层，杂基较少，此区别于泥石流。

(6)粒度资料既有大量河道粒度特征，也常见筛积特点，细砾孔隙中充填较细的碎屑，形成双众数、多众数特点。

图2 西湖凹陷北部渐新统花港组上段层序对比

3 湿地扇垂向演化

从沉积特征分析，湿地扇沉积演化经历了的发生、发展、消亡三个阶段(图3)。

3.1早期—下切谷充填，扇雏型出现

湿地扇的发育是从下切谷充填发展而来的。从几口钻井GR特征可见，湿地扇底部普遍以侵蚀方式与下伏地层接触，GR突变证实了这一接触方式。但是，G-2井在湿地扇底部并未揭示到下切谷河道沉积，而是溢岸砂坝(图3b)。

G-2井湿地扇底部未见河道侵蚀作用，灰白色含泥砾块状细砂岩直接覆盖在含粉砂质条带的灰黑色泥岩之上。突变而无侵蚀，表现为溢岸砂坝沉积，这恰恰证明低位域底部侵蚀面代表着若干稳定的主干河道侵蚀作用，而低位域起始阶段下切谷充填后随即出现溢岸砂坝，表明下凹底形已经夷平。

下切谷充填标志着前期迅速下降的基准面(形成侵蚀面)开始转入上升背景，而溢岸砂坝标志着湿地扇雏型已经出现。

湿地扇早期纵向砂坝呈现进积旋回，砂坝上游的砾石层覆盖在下游砂石层之上，表明湿地扇早期物源供给对层序演化的影响强于基准面上升的影响。

从内部结构看，纵向砂坝是由块状、或原始水平层理的砂砾层组成[1]。不稳定的辫状河道仅仅切割了纵向砂坝的上部表层，因此，并不发育基于一定水深条件的沙波或沙丘，也没有强烈下蚀作用形成的滞留河道砾石，纵向砂坝迎水面砾石层向下游具水平层理的砂层进积，表现出碎屑粒级的过渡特征(图4a)。从早期沉积特征看，纵向砂坝垂向迁移方向表明层序发展呈现进积特征。说明低位域早期基准面上升是缓慢的，碎屑供给充分决定了层序演化特征。

3.2中期—扇建设期，辫状河道活跃阶段

在沉积特征上，辫状河道活跃凸显其河道形成过程(图3b)。

a.湿地扇雏型期；b.扇建设期，辫状河道活跃；c.扇建设期，片流主控阶段；d.扇消亡期，低弯度砂质河

图3 G-2井取心段层序及微相分析

层系疏密变化的板状层理发育在具有一定水深的稳定河道中，水深、流量、碎屑供给的变化导致层系宽度变化；指证浅水化的依据还有向上叠加的小型槽型层理(图4b)，或者冲刷现象。

层理构造内部的复合面表明河道出现迁移、弯曲，结合泥沼河道的出现，说明在基准面上升背景下，碎屑过量供给现象得到遏制，河道作用增强，相对稳定的河道出现并成为主干河道，一些砂坝出现接岸趋势形成台地，而主干河道的出现意味着一些河道废弃，演化成斜列砂坝间的泥沼河道。因此，撕裂状泥砾的出现(图4e、4i)，表明辫状河道的演化出现河道拓深，河道弯曲的倾向。

岩心中河道沉积与斜列砂坝下游砂滩虽然都出现低角度板状交错层理，但是河道沉积的稳定性保证了层理的稳定性，并逐步浅水化；而斜列砂坝下游砂滩经常出现含砾冲刷现象(图4c，砾石具定向排列)。

河道侧向迁移形成了下游砂滩的交错层理(4d)。

辫状河道活跃期形成了该阶段层序垂向演化的退积/加积的总特征。由于该阶段处于扇建设期初期，沉积坡度较缓，基准面上升导致大量碎屑停滞在扇上游，然而，上游滞留必将导致陡坡不稳定，必然引发下一个发展阶段：片流主控阶段。

3.3中期—扇建设期，片流主控阶段

片流是一种高流态的薄层坡面流，流通时间较短，以纹沟、细沟方式切割扇表面，形成分选较好的砂砾层，或透镜体夹层，以及冲刷构造(图3c)。

关于这种高流态坡面流的水力学特征还存在很多讨论，早先Horton[2]，Emmett[3]都认为湍流中仍保留着层流的性质。吴普特[4]定义为：“搅动层流”，张广辉[5]通过水力学实验认为：“坡面薄层流流态与水深密切相关，坡面流的流态基本上呈过渡流和紊流，是两种流态交替”。田连权则认为[6]：片流系指坡面面状水流和散状股流，这里的散状股流即纹沟、细沟水流总称。他认为，片流的发展可以从层流坡段，发展到纹沟、细沟流坡段，反映侵蚀作用的变化。

李新坡等人[7]对太原盆地风峪沟冲积扇的研究认为：片流沉积和河道充填沉积共同组成了冲积扇上的水流沉积物。片流沉积形成典型的平行层理、透镜体状砾石坝。

Terence[8]对加里福利亚的Derth山谷的泥石流主控冲积扇，片流主控冲积扇的比较学研究，再次梳理了旱地扇概念与湿地扇概念。

G-2井片流沉积特征可概括为：

(1)硅质砾石磨圆较好，或与撕裂状泥砾共生；

(2)分选较好、较差均有(图4g)，反映流态变化；

a.进积背景中具反向韵律的纵向砂坝(3 797.57 m)；b.河道砂体浅水化小型槽形层理(3 764.12 m)；c.纵向砂坝顶部片流形成的定向砾石(3 780.6 m)；d.河道迁移形成的不同层系交错层理的叠合现象(3 763.54 m)；e.砂坝顶部片流作用下的泥砾，分选差，具正韵律(3 752.3 m)；f.废弃河道，枯水期粉砂、泥岩充填河道(3 750.1 m)；g.片流作用下砾石层、砂层成对出现(3 729.84 m)；h.具正韵律结构的砾石层，多期出现(3 728.8 m)；i.分选很差的撕裂状泥砾，长轴方向具定向特征(3 722.58 m)；j.具正韵律的多期砾石层，硅质砾石，泥质砾石混杂(3 741.2 m)

图4 G-2井湿地扇雏型期、建设期各微相岩心照片

(3)垂向变化无规律，既有正韵律(图4h)，也有反韵律，或出现河道砂背景中，砾石层突然发生，突然结束的情况；

(4)同层砾石尽管分选一般、或较差，但具有明显定向特征，与所在层系层面保持一致(图4g)，因此，相邻不同层系中的片流显示不同的定向性；

(5)反复出现的片流形成多次叠加的砾石层，每次片流作用的流态差异形成砾石层分选，粒级，韵律的差异；垂向上多期片流形成砂砾层，砾石层的互层现象(图4j)；

(6)撕裂状泥砾与硅质砾石沿层理面定向分布，表明沉积环境出现废弃河道，河道已经弯道化；

(7)频繁出现的冲刷构造，无明确侵蚀底形，砾石成群出现，指证扇表面细沟化，是片流扇面活动标志。

粒度分析进一步揭示了片流中的紊流效应。比较河道砂体与片流砂体的粒度资料(图5)，辫状河道砂(样品a、b、c)的极细砂已经进入悬浮总体，因此，悬浮段表现出一段较宽的过渡段，含量达到20%；而中砂、细砂表现出分选很好的跳跃总体；推移总体含量很低。三个样品取自三段不同时期辫状河道沉积，但水动力学行为表现出高度的一致。

片流作用的砂体，碎屑颗粒水动力学行为则表现多样性。样品d细砂以下细粒碎屑含量极低，部分中砂处于悬浮状态，从细砾到粗砂，表现出多个跳跃段；样品e粗砂、巨砂、细砾、中砾含量很高，中砂以下细粒碎屑含量极低且表现为悬浮状态，跳跃总体多期混合，推移与跳跃之间状态模糊，表现出流态的极不稳定；样品f中砂及以下细粒碎屑含量达到18%，但处于悬浮状态，跳跃总体多期混合，少量细砾的水动力学也表现出跳跃特征。从d、e、f三个样品看，片流作用下的粒度特征有二：

(1)普遍悬浮段细粒碎屑含量很低；

(2)筛积特征，即双众数，多众数特征；反复水流冲刷，形成了粗碎屑粒间孔隙渗入细粒碎屑现象，这是扇面沉积多期改造所致。

图5 G-2井河流作用与片流作用碎屑粒度累积曲线(a、b、c为河道砂，d、e、f为片流砂)

3.4晚期—扇消亡，低弯度砂质河

河道演化进入低弯度砂质河阶段，表明扇演化出现下游特征，也表明扇出现退却趋势(图3d)。

两个因素导致扇消亡：第一，扇上游碎屑经过前期倾泻，沉积坡降减弱，过量供给现象必然减弱；第二，基准面持续升高迫使扇退却。

辫状河下游河型演化出现砂质低弯度河，大型河道的出现使河道的活动时间比砂坝长久得多，因此，沉积特征显示更多的大型床砂底形的运动标志。

大套板状层理的出现说明河道稳定迁移，主干河道轻微蛇曲化，因此，水流没有像辫状河那样网状分隔。

频繁出现的板状交错层理表明河道具备一定的水深及流速，这显然区别于片流环境。但扇环境常见的水位涨落使河道周期性进入枯水期，河底暴露致使板状交错层理之间出现片流砾石(图4e)。

水位涨落也导致底形叠加现象，低弯度河道砂坝常常是不同规模交错层理的混合体，岩心中常见沙波复活面。

4 湿地扇控相机制

4.1 “扇”类型分析

从G-2井低位域巨厚砂体的百米取心看，沉积体内部充斥大量片流沉积，表明扇面活动活跃，这样的沉积特色凸显了物源供给充沛的大背景，如果放在基准面上升背景下看之，这样的物源过量供给通常出现在“扇体系”中。

关于冲积扇中半旱地扇、湿地扇的讨论，前人已有论述(Reading，1978)。但在Reading的模式中，泥石流、片流属于上、下游演化关系，可见，对于扇型差异并不强调气候控制。

岩心中常见的片流沉积引发两点思考：

(1)粒度分析表明，岩心中分选较差，硅砾、泥砾混杂的砂砾岩，砾石砂岩仍属于牵引流沉积，因此，可以明确为“湿地扇”特征。

(2)从发生、发展到消亡，河道过程并未占据，或仅仅阶段性占据主导地位。早期河道在纵向砂坝间穿梭，改造砂坝表层；中期主干河道出现，才得以发育一些板状交错层理；晚期低弯度河道的出现，导致相对深水的，大型床沙底形活动。这些微相变化都是扇根、中扇以至扇缘的演化过程。

因此，就岩心所展示的牵引流主导下的辫状河和片流主导下的滩坝交替演化特点分析，定义为湿地扇比较恰当。

4.2基准面上升与物源供给的控相关系

西湖凹陷北部钻井所揭示的湿地扇沉积，是在基准面上升和物源供给两个因素的共同作用下形成的。从湿地扇发生、发展、消亡全过程看，早期下切谷充填，基准面上升尚且缓慢，碎屑供给主导层序演化，形成扇雏型期的进积特征；扇中期辫状河活跃，缓坡条件下基准面上升遏制了碎屑供给强度，基准面上升成为层序垂向演化主控因素；而扇中期片流大量出现，表明缓坡阶段在上游滞留的大量碎屑出现不稳定陡坡倾泻，物源超量供给不仅使扇地形向“上凸”发展，也压制了基准面上升影响从而形成进积，或进积+加积的总特征；扇消亡期，基准面上升再次主导层序垂向演化，下游低弯度河道的出现，表明沉积相整体向上游方向迁移。

上述过程表明，基准面上升与物源供给的控相关系是相互对抗，互为消长；这一过程还伴随着沉积坡降的变化。

4.3沉积水动力环境

独特的水动力环境决定了独特的沉积特征。

4.3.1 间隙性水流

水流流量不稳定、经常出现的枯水期使河道与砂坝之间频繁岩相切换。流量不稳定既有气候因素，也与辫状河道体系的分散水流有关。河道砂体一旦进入枯水期即暴露遭受表面侵蚀冲刷改造，形成砂坝顶层沉积；河道侧向迁移也促使砂坝侧向生长，河道底砾经常出现在砂坝底部。

4.3.2 薄层坡面流

薄层坡面流极不稳定的流态致使片流沉积呈现多样性。但片流沉积的特点同样容易识别：薄层砾石层，或含砾砂层；砾质层与砂质层成对出现；突然出现或渐变出现在砂体顶部；片流沉积层与同层砂层层理方向一致；由于层流、紊流流态多变，“分选”“韵律”“叠瓦”等特征变化较大。

5 结论

(1)西湖凹陷北部花港组湿地扇是由辫状河道、滩坝砂砾共同主导的粗碎屑体，从微相组合及变化中，可以识别扇雏型期，建设期，消亡期。

(2)片流沉积主要出现在滩坝微相中，片流沉积的碎屑粒度反映出紊流特征。与河道砂体的粒度特征差异明显。

(3)辫状河道体系中的纵向砂坝，斜列砂坝，横向砂坝反映了湿地扇不同坡度背景下的河型变化，也是湿地扇中河道体系从上游向下游的发展序列。

(4)滩坝与河道在微相层序上差异很大，滩坝的最大特点是片流砾石出现在层序顶部，而河道砾石则是底砾特征。

(5)西湖凹陷北部Y、G、H构造连井对比可以确定该湿地扇砂体分布范围，G-2井取心较完整地揭示了湿地扇内部结构及垂向演化，同时也揭示了微相的平面组合关系，这一认识可以推广至相邻构造的储层研究之中。

[1] Reading H G.Sedimentary environments and facies[M].Blackwell Scientific Publicatioans,1978.

[2] Horton R E,Leach H R,Ven Vliet R.Laminar sheet flow[J].Transactions of the American Geophysical Union,1934,15(2):393-404.

[3] Emmett W W.Overland flow [M].New York:John-Wiely and sons,1978.

[4] 吴普特,周佩华.坡面薄层水流流动型态与侵蚀搬运方式的研究[J].水土保持学报,1992，6(1):16-24.

[5] 张光辉.坡面薄层流水动力学特性的实验研究[J].水科学进展,2002，13(2):159-165.

[6] 田连权.亚热带山区泥石流源地的片流与泥沙[J].铁道工程学报,1988,(4):115-119.

[7] 李新坡,莫多闻,朱忠礼,等.一个片流过程控制的冲积扇——太原盆地风峪沟冲积扇[J].北京大学学报(自然科学版),2007,43(4):560-566.

[8] Terence G Blair.Cause of dominance by sheetflood vs.debris-flow processes on two adjoining fans，Death Valley，California[J].Sedimentology,1990,46:1015-1028.

(编辑 曹征远)

Sedimentary analysis of humid fan in Oligocene Huagang Formation of the northern Xihu Sag

Chen Linlin

(ResearchInstituteofShanghaiOffshoreOil&GasCompany，SINOPEC，Shanghai200120,China)

Thick humid fan sandbodies of Oligocene Huagang Formation are rich in oil and gas resources in the north of Xihu Sag，the East China Sea Shelf Basin.And their petrographic properties are related to the recognition of hydrocarbon reservoir exploration.The hundred-meter long cores，which were taken from G-2 well in G construct of the northern Xihu Sag，revealed the microfacies change from the humid fan embryonic period to the construction period，and then to the extinction period at the bottom of the Huagang Formation tectonic cycle，and the hydraulics behaviors reflected by grain-size characteristics of clastic rocks of different microfacies.The cores also revealed the sedimentary characteristics difference between channel and bar，which enriches the content of sedimentary characteristics，sequence evolution，and mechanism of controlling sedimentary facies，and then deepens the understanding of deep reservoirs.

sedimentology characteristics；humid fan；Huagang Formation；Oligocene；Xihu Sag

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.04.001

TE121.3

A

2015-04-03；改回日期2015-07-15。

陈琳琳(1964—)，硕士，高级工程师，现从事石油地质研究工作。电话：021-20896930，E-mail:951530704@qq.com。