南堡凹陷北部东营组同沉积断裂对沉积体系及岩性圈闭的控制作用

康海亮，林畅松，刘　晓，高　平

(1.中国地质大学(北京)能源学院，北京　100083；2.中国地质大学(北京)海洋学院，北京　100083；3.中国石油 冀东油田分公司 勘探开发研究院， 河北 唐山　063000；4.北京科泰锐哲沃斯科技有限公司，北京　100085)



南堡凹陷北部东营组同沉积断裂对沉积体系及岩性圈闭的控制作用

康海亮1，林畅松2，刘晓3，高平4

(1.中国地质大学(北京)能源学院，北京100083；2.中国地质大学(北京)海洋学院，北京100083；3.中国石油 冀东油田分公司 勘探开发研究院， 河北 唐山063000；4.北京科泰锐哲沃斯科技有限公司，北京100085)

同沉积断裂对断陷湖盆层序格架内沉积体系类型及发育分布具有重要的控制作用，也影响了岩性圈闭的发育，已成为当前石油地质领域研究的热点。以层序地层学理论为指导，综合南堡凹陷地震、测井、岩心等资料进行分析，研究认为其北部老爷庙、杜林和高南地区东营组为一个完整的二级层序，内部可划分为4个三级层序。受边界同沉积陡断裂、古地貌、物源供给及凹陷内同沉积断裂等因素影响，主要发育3种沉积体系组合样式及其相应的岩性圈闭类型：在西南庄边界断裂控制下，受物源供给和古地貌影响，老爷庙地区发育单断陡坡扇三角洲-湖底扇型，控制了砂岩透镜体圈闭的发育；杜林地区发育单断陡坡近岸水下扇-浊积扇型，此类型内岩性上倾尖灭圈闭发育；受柏各庄边界断裂和高柳同沉积断裂控制，高南地区发育多断阶扇三角洲前缘加厚型，易形成前缘分流河道砂和滑塌浊积扇砂体形成的岩性圈闭。

同沉积断裂；沉积体系；岩性圈闭；东营组；南堡凹陷

0　引　言

陆相湖盆沉积体系的发育与分布、沉积层序充填受多种因素影响，其中同沉积断裂及与同沉积断裂活动相关的古地貌、物源供给和水体变化是其中重要的因素，同沉积断裂对沉积层序及油气形成的控制作用已成为当前国内研究的热点[1-4]。

南堡凹陷为典型的多断裂、多物源、多种沉积体系、沉积层序样式及岩性圈闭发育的陆相断陷湖盆。南堡凹陷构造作用对沉积体系及砂体的控制前人已做过相关研究，包括构造古地貌背景控制下的扇三角洲体系成因类型分析，同沉积断裂平面组合样式对物源、可容纳空间及沉积相和砂体分散方向的控制作用等[5-8]。南堡凹陷北部东营组边界同沉积大断裂具有分段性，各段对层序、沉积体系类型及发育和相应的岩性圈闭控制的差异研究较少，边界同沉积断裂与凹陷内控洼断裂组合对沉积体系类型及圈闭的控制研究也有待深入。本文通过层序地层格架建立、沉积体系类型及分布与同沉积断裂的响应关系研究，揭示同沉积断裂对沉积层序的控制和岩性圈闭发育的影响，对不同沉积储层成因的岩性圈闭勘探具有指导意义。

图1　南堡凹陷构造单元划分及研究区位置Fig.1　Structural units of Nanpu sag and location map of the study area

1　研究区概况

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部，为发育在中生界基底之上呈“北断南超”的箕状凹陷，面积约1 932 km2。其东部以柏各庄断层为界与柏各庄凸起、马头营凸起毗邻，北部以西南庄控盆断层为界与西南庄、老王庄凸起为邻，南部缓坡与沙垒田凸起呈超覆关系[9-11](图1)。

研究区包括南堡凹陷北部老爷庙—杜林、高南地区和林雀次洼北斜坡(图1)，其中林雀次洼是南堡凹陷内面积最大的负向构造单元，发育沙一段—东三段烃源岩，油源条件充足，为北部的老爷庙、杜林和高南地区提供了充沛的油源。研究区断层发育，主要有西南庄断层、高柳断层和庙高断层，其中西南庄断层为一级控凹断层，高柳断层为二级控洼断层，庙高断层为三级控带断层。断层均为正断层，其中西南庄断层、高柳断层为同沉积断层，断距较大，都在400 m以上。已钻井揭示研究区地层自下而上依次发育古近系沙一段、东营组及新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组。

2　层序地层格架

2.1层序界面识别

南堡凹陷东营组层序地层划分和对比前人已进行过多次研究，一般认为东营组可以划分为1个二级层序、4个三级层序，也有学者将其划分为3个3级层序[12-15]。本文依据大量钻井、高分辨率地震资料，结合前人研究基础，遵循先大后小、先主后次、逐级对比的原则，建立多条井震层序对比剖面，认为研究区东营组可划分为1个二级层序、4个三级层序(图2)，识别出2个二级层序界面SB1和SB5，3个三级层序界面SB2、SB3和 SB4，4个最大湖泛面MFS1、MFS2、MFS3和MFS4。

图2　南堡凹陷北部地层充填及层序划分Fig.2　Filling sequence and sequence stratigraphy division in the north of Nanpu sag

研究区内层序界面主要由构造运动形成的区域性不整合面、沉积间断面和沉积转换面组成。不同类型层序界面所限定的层序，其内部地层发育特征不同，层序结构样式也有差异。

各层序界面特征如下：SB1为沙一段和东营组之间的区域性不整合面，在地震剖面上界面之下表现为强烈的削截特征，在湖盆的边缘地区，特别是在远离边界断层的斜坡地带，界面之上可见到明显的上超现象(图3)。SB5同样为区域性不整合面，分隔了东营组和馆陶组地层，在整个渤海湾盆地均发育。地震剖面上，界面之下具有明显的削截现象(图3)，钻井揭示界面之下为一套扇三角洲沉积，界面之上为冲积扇、辫状河形成的砂砾岩沉积(图2)。以SB5和SB1为顶底界面的东营组地层为一个完整的二级构造层序，对应南堡凹陷新生代以来幕式裂陷活动的裂陷四幕[6]。SB2、SB3和 SB4均为由进积到退积的转换面，界面上、下地层堆砌样式不同。SB2位于东三下亚段附近，SB4位于东三段上部，SB4位于东一段下部(图2)。

最大湖泛面对应泥岩厚度较大、颜色较深、岩性较纯的位置，在测井曲线上表现为高GR、平直SP和低电阻率的特征；在测井曲线叠加样式上，通常其下为一系列钟形叠加样式，而界面上部为一系列的漏斗形叠加样式。在地震剖面上往往对应强振幅、高连续性的“双轨反射”，其界面之上常见下超现象。

2.2层序地层格架及特征

图3　南堡凹陷北部层序界面地震反射特征Fig.3　Features of sequence boundary in the seismic profile in the north of Nanpu sag

图4　南堡凹陷北部东营组层序地层格架及地震解释剖面Fig.4　Sequence stratigraphic framework of Dongying Formation and the seismic interpretation section in the north of Nanpu sag

在层序界面和最大湖泛面识别的基础上，通过多条井震骨架剖面，建立了研究区等时地层格架(图4)。地层格架内各层序发育特征如下：SQ1层序底界面SB1为一区域性角度不整合面，界面之下地层发生削截，界面之上局部地区有下超现象。SQ2顶、底界面均为沉积转换面。SQ1和SQ2层序沉积具有继承性，在老爷庙和高南地区发育一套扇三角洲前缘-湖底扇沉积，杜林地区为近岸水下扇沉积。 老爷庙靠近西南庄断层附近地震剖面上主要表现为楔状、帚状杂乱反射，老爷庙主体呈斜交前积，邻近次洼表现为亚平行-中强振幅席状反射。靠近西南庄断层的唐海、杜林地区地震剖面上主要表现为短楔形、内部空白-杂乱反射或丘形杂乱反射。SQ3层序顶、底界面均为沉积转换面，界面之下见顶超现象，老爷庙和高南地区主要发育湖相背景下的扇三角洲前缘及浊积扇沉积，靠近西南庄断层的唐海、杜林地区主要发育近岸水下扇沉积。地震剖面上老爷庙主体和高南地区表现为中振幅、断续反射，向洼陷方向变为中强振幅、连续性较好的平行、亚平行反射特征，中间夹杂一些弱振幅、断续或空白反射。SQ4底界面为一沉积转换面，顶界面为新近系馆陶组与古近系东营组之间的区域性不整合面，顶界面之下地层发生削截；主要发育水退扇三角洲和滨浅湖沉积，西南庄断层附近地震剖面上主要表现为楔状、帚状杂乱反射，老爷庙主体背斜和高南地区表现为中弱振幅、断续反射，受后期地层剥蚀，部分反射轴向断层方向发生终止。靠近西南庄断层的唐海、杜林地区，地震剖面上表现为中强振幅、较连续亚平行反射，夹杂一些弱振幅、断续或空白反射。

3　同沉积断裂对沉积体系及岩性圈闭的控制

对于陆相断陷湖盆而言，边界断裂和同沉积断裂是控制沉积体系发育及分布的关键因素[5,8]，古地貌主要控制了物源通道和砂体分散方向，物源充足与否和湖盆水体升降共同决定了沉积层序垂向上的叠加样式。在湖盆或凹陷的陡坡一般受边界大断裂控制，研究区北部为西南庄控凹断层，是一条长期活动的断层，具有右旋性质，控制了西南庄断裂带构造的形成[5]，在其强烈活动下，造成了各断块的差异升降，老爷庙背斜主体抬升、庙西向斜和东林里向斜下沉，形成了西南庄断裂带的构造格局(图5)。

西南庄断裂在平面上可以划分为西、中、东3段，西段控制着南堡5号构造带的发育，中、东段控制老爷庙和杜林地区的发育[7]。西南庄边界断裂的分段性、凹陷内古地貌特征和物源供给差异造成南堡凹陷北部陡坡带发育两种沉积组合样式和潜在的岩性圈闭类型，即单断陡坡扇三角洲-湖底扇型和单断陡坡近岸水下扇-浊积扇型；受边界断裂和凹陷内同沉积断裂的共同控制，在高南地区发育多断阶扇三角洲前缘加厚-浊积扇型。

图5　南堡凹陷北部东营组沉积期古地貌Fig.5　The palaeogeomorphology feature of Dongying Formation in the north of Nanpu sag

3.1单断陡坡扇三角洲-湖底扇型

此类型主要发育在老爷庙地区，老爷庙构造为受边界西南庄断裂中东段控制的滚动背斜，整体呈近北北西向的短轴背斜，构造产状平缓，呈穹窿状，由高部位向四周倾没(图5)。西南庄边界断裂中段上陡下缓，近似铲状，老爷庙构造带对应着东段和中段的连接部位,是继承性发育的物源入口[5], 来自西南庄凸起的物源充足且持续稳定，进入盆地后沿背斜枢纽部位向盆地中心运移，形成扇三角洲-湖底扇沉积体系。

老爷庙扇三角洲在整个东营组持续发育，其特点是平原范围小、前缘范围大。平原仅发育在老爷庙构造带靠近陡断裂的根部。

岩相组合为中细砾岩、含砾中粗砂岩互层，局部夹粉砂岩、泥岩，构成粒度向上变细的正旋回。平原分流河道主要由杂色成分砾岩、灰白色砂砾岩、含砾中粗砂岩、细砂岩和浅灰色粉砂岩组成，砾岩、砂岩单层厚度较大，自下而上表现为正旋回。伽马和深侧向曲线表现为底部突变的中高幅齿化钟形或箱形-钟形组合，反映了沉积过程中物源供给丰富，水动力条件较强且能量快速变化的不稳定沉积环境(图6)。分流河道间岩性主要由浅灰色、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩组成。

图6　扇三角洲平原相钻井特征(庙30井)Fig.6　Drilling characteristics of the fan delta plain(well Miao30)

扇三角洲前缘在垂向上为由灰-深灰色泥岩、粉砂岩、细-中砂岩组成的反旋回沉积序列，岩心可见大型交错层理、平行层理、脉状层理、透镜状层理、冲刷面和泥砾(图7)。水下分流河道主要由灰色砂质细砾岩和含砾粗砂岩组成，为向上变细的正韵律，自然伽马曲线上表现为底部突变的中高幅齿化箱形或齿化箱形-钟形组合。水下分流间湾主要由灰色、深灰色泥岩和粉砂质泥岩组成，发育波状层理、弱变形层理，含植物化石残片及碳屑，见虫孔、虫迹等生物扰动构造。河口坝以灰色细砂岩、泥质粉砂岩为主，具有典型的反韵律结构。自然电位曲线和双侧向曲线往往下缓上陡，分别在砂层上呈现负高值和高阻特征，总体为中幅漏斗形。

图7　扇三角洲前缘沉积构造特征Fig.7　Sedimentary structures of the fan delta front(a)M6，2 833.46～2 833.6 m，冲刷面、平行层理，水下分流河道；(b)M6x1， 2 583.77～2 583.92 m，平行层理，水下分流河道；(c)M7，2 847.87～2 848 m，脉状层理、流水沙纹，河口坝

前扇三角洲由灰色、暗灰色厚层状泥岩、粉砂岩夹薄层的浊积砂层组成，测井曲线呈平直状。

湖底扇主要发育在林雀次洼及庙西向斜的斜坡地带，岩性由厚层泥岩夹不等厚的砂砾岩、含砾不等粒砂岩和细砂岩组成，颗粒分选、磨圆较差。岩石分选极差，见颗粒大小不等的砾石“漂浮”于杂基中，湖底扇在伽马曲线上表现为齿化箱形(图8)。与滑塌浊积扇不同，湖底扇是由固定的水道将沉积物输送到洼陷内，发育重力流和牵引流形成的沉积构造。

图8　湖底扇钻井识别特征(庙105X1井)Fig.8　Drilling characteristics of the sublacustrine fan(well Miao105X1)

由于多数时期物源供给速率大于可容纳空间增长速率，在SQ1—SQ4层序内垂向上整体以进积和加积叠加样式为主。 SQ1和SQ2层序沉积时期，在洼陷内部发育湖底扇，在东营组层序内形成扇三角洲-湖底扇加积-进积的沉积层序充填结构(图9)。

图9　单断陡坡扇三角洲-湖底扇型沉积特征Fig.9　Depositional sequence structure of single faulted steep slope pattern with fan delta and sublacustrine fan

由于SQ1和SQ2层序沉积时期，林雀次洼内沉积的深湖相泥岩是研究区重要的烃源岩，湖底扇砂体与烃源岩直接接触，易形成砂岩透镜体岩性圈闭，随着勘探向洼陷内推进，目前已在林雀次洼北斜坡附近发现相关类型的圈闭。

3.2单断陡坡近岸水下扇-浊积扇型

图10　近岸水下扇地震反射特征与单井相分析(林1井)Fig.10　Seismic reflection characteristics of nearshore subaqueous fan and single well facies analysis(well Lin1)

此类型主要发育在杜林地区以及西南庄断裂带下降盘东段。以西南庄断层、高柳断层、庙高断层为界，西南方向与老爷庙背斜东翼相接的菱形区域，构造整体呈现为由四周向中间倾没的向斜(图5)。由于西南庄边界断裂东段倾角大、坡度陡，来自凸起的物源规模小，而断裂下降盘水体深、可容纳空间大、物源供给不足，垂向上东营组层序内自下而上发育近岸水下扇-浊积扇沉积(图10和图11)，平面上成裙带状分布于西南庄断裂带下降盘。近岸水下扇由近源至远源可细分为扇根、扇中和扇端(图11)。岩心由灰白、褐灰色、灰黄色等杂色砂砾岩、砂岩组成。测井曲线为大套的齿形曲线组合，幅度中到高值，在齿形叠置时形成箱形、钟形和漏斗形的包络线，视电阻率曲线为一套低平背景上出现的齿形组合(图10)。地震剖面上呈短楔形、内部空白-杂乱反射或丘形杂乱反射。整体以水进退积叠加样式为主，局部物源加强时，可见进积样式。

由于坡度陡，受湖水位下降或基底断陷活动以及洪水流冲蚀作用的诱发，近岸水下扇沉积物堆积不稳，易发生滑塌，在前端向湖内形成浊积扇(图11)。岩性上由细-粗粒砂岩、含砾砂岩组成，底部见冲刷，含大量砂岩、泥岩碎块，具滑塌构造、变形层理、递变层理，测井曲线呈低幅参差尖齿状。

SQ1和SQ2沉积时期，由于近岸水下扇砂体直接入湖，与深湖相泥岩呈交叉状，易于形成砂岩上倾尖灭型岩性油气藏，并已获林1井钻探证实(图11)。在西南庄东段边界断裂下降盘，此种沉积层序组合控制下的砂岩上倾尖灭型岩性圈闭是下步勘探的重点。此外，SQ3和SQ4层序内发育的浊积扇砂体如有断层沟通下部油源，可形成断层-岩性遮挡油气藏。

图11　单断陡坡近岸水下扇-浊积扇型Fig.11　Depositional sequence structure of single-faulted steep slope pattern with nearshore subaqueous fan

3.3多断阶扇三角洲前缘加厚型

高柳断层为长期活动的控洼断裂，控制了东林里向斜和林雀次洼沉积，与南堡凹陷东部的边界同沉积断裂——柏各庄断裂在剖面上组成了多级断阶地貌[16]，在高柳同沉积断裂的控制下，高北地区东二段及以上剥蚀的地层在其下降盘堆积形成扇三角洲前缘-浊积扇(图12)。与老爷庙扇三角洲沉积不同，高南扇三角洲仅发育扇三角洲前缘沉积，且沉积物粒度总体偏细，水下分流河道以中细砂岩为主，呈正韵律，岩心多见交错层理、平行层理，在自然电位曲线和双侧向曲线上，多表现为底部突变的箱形-钟形组合。河口坝较老爷庙地区发育，以灰色粉细砂岩、粉砂岩为主，呈下细上粗的反韵律结构。现有地层揭示，同沉积断裂下降盘地层厚度明显大于上升盘，随着物源不断向林雀次洼内推进，扇三角洲前缘沉积物堆积不稳或受水流冲刷容易发生滑塌，在前端半深湖内形成滑塌浊积扇。

图12　高南地区多断阶扇三角洲前缘加厚型Fig.12　Depositional sequence structure of multi-faulted slope pattern with thick layer fan delta front

高南扇三角洲前缘向湖内形成的滑塌浊积扇岩性相对杜林地区浊积扇较细，多为厚层泥岩夹细砂岩和粉砂岩，无固定水道，岩心可见大量准同生变形构造，自然电位曲线上多为齿化漏斗形和指状，垂向上位于扇三角洲前缘下部，整体以反旋回沉积为特征(图13)。

图13　浊积扇钻井识别特征(高21X1井)Fig.13　Drilling characteristics of the slumped turbidite fan(well G21X1)

SQ1和SQ2沉积时期形成的滑塌浊积扇砂体处于成熟烃源岩包围中，易形成自生自储型的透镜状岩性油气藏，而前缘分流河道砂在断层沟通油源的情况下易于形成断层-岩性遮挡油气藏，二者均是当前研究区油气勘探的重点(图12)。

4　结　论

(1)依据地震、钻测井等资料分析，南堡凹陷北部东营组顶、底界面为区域性不整合面构成的二级层序界面，其内部3个三级层序界面为沉积转换面，可划分为1个二级层序和4个三级层序。

(2)研究区东营组各层序主要发育扇三角洲、近岸水下扇、滨浅湖、半深湖、湖底扇和滑塌浊积扇等沉积相，各层序内沉积相分布主要受同沉积边界断裂、古地貌、凹内同沉积断裂和物源供给等因素影响。

(3)研究区发育3种沉积体系组合样式及其相应的岩性圈闭类型：受西南庄边界断裂中东段控制及物源供给和古地貌影响，老爷庙地区发育单断陡坡扇三角洲-湖底扇型，主要控制了砂岩透镜体圈闭的发育；杜林地区发育单断陡坡近岸水下扇-浊积扇型，此类型内岩性上倾尖灭圈闭发育；受柏各庄边界断裂和高柳同沉积断裂控制，高南地区发育扇三角洲前缘加厚型，易形成前缘分流河道砂和滑塌浊积扇砂体形成的岩性圈闭。

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Syndepositional Fault Control on Types and Distribution of Depositional System and Lithologic Trap of Dongying Formation in the North of Nanpu Sag

KANG Hailiang1,LIN Changsong2,LIU Xiao3,GAO Ping4

(1.SchoolofEnergyResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083,China；2.SchoolofOceanSciences,ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；3.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment，JidongOilfieldCompany，PetroChina,Tangshan,Hebei063000，China；4.BeijingCo-techReservoirsTechnologyCo.Ltd，Beijing100085，China)

The types and distribution of depositional systems and lithologic traps in the sequence stratigraphic framework are controlled by the syndepositional faults. It is a hot research topic in the petroleum geology field at present. The Dongying Formation in the north of Nanpu Sag including Laoyemiao-Dulin and Gaonan areas can be divided into a second-order sequence and four third-order sequences in the guidance of the theory of sequence stratigraphy, combined with seismic, logging and core data. There are three types of sedimentary assemblage styles under the control of boundary faults，palaeogeomorphology, sediment source and syndepositional faults. Controlled by Xinanzhuang boundary fault, source supply and palaeogeomorphology, a single-faulted steep slope pattern with fan delta and sublacustrine fan is developed in Laoyemiao, and the lithologic lenticular hydrocarbon reservoir is developed; a single-faulted steep slope pattern with nearshore subaqueous fan is deve-loped in Dulin, and the lithologic updip pinchout reservoir is developed. Controlled by the Baigezhuang boundary fault and Gaoliu syndepositional fault, a multi-faulted slope pattern with thick layer fan delta front is deve-loped in Gaonan, and the lithologic trap controlled by distributary channel sand and turbidite fan sand body is inclined to form.

syndepositional fault；depositional system；lithologic trap；Dongying Formation；Nanpu sag

2015-03-27；改回日期：2016-02-29；责任编辑：潘令枝。

国家重大科技专项项目(2011ZX05023-002-004)。

康海亮，男，博士研究生，1981年出生，矿产普查与勘探专业，主要从事沉积学、层序地层和油气地质学研究。Email：lianghk2008@163.com。

P512.2；P539.2

A

1000-8527(2016)02-0286-08