东营三角洲前缘坡移扇储集体特征及成因研究

王伟锋，胡　瑜，于正军，陈　杰，单晨晨，张晓杰

(1.中国石油大学 地球科学与技术学院，山东 青岛　266580； 2.中国石化 胜利油田 物探研究院，山东 东营　257000)



东营三角洲前缘坡移扇储集体特征及成因研究

王伟锋1，胡瑜1，于正军2，陈杰2，单晨晨1，张晓杰1

(1.中国石油大学 地球科学与技术学院，山东 青岛266580； 2.中国石化 胜利油田 物探研究院，山东 东营257000)

坡移扇是指在地震等因素触发下，三角洲或扇三角洲前缘斜坡带砂体以滑动、滑塌或碎屑流的形式在斜坡带内发生再搬运形成的一种事件性沉积体。经钻井岩心描述、测井、地震资料综合分析，结合野外考察和物理模拟实验研究表明：坡移扇储集体以细、粉砂岩为主，发育块状层理、重荷模、滑塌构造等，测井曲线为中等至高幅的齿化箱型、指形，地震相呈丘形、楔形，中强振幅，岩心和野外地质特征上，坡移扇表现为滑动型砂体、滑塌型砂体以及碎屑流型砂体；根据沉积模拟实验结果，按成因划分出7种坡移扇砂体，并结合东营凹陷牛庄洼陷地质条件对坡移扇的分布进行预测，划分出2个有利勘探目标区。

坡移扇；储集体特征；成因；沉积模拟；三角洲；东营凹陷

东营凹陷经过40余年的勘探开发，已进入高勘探成熟期，随着油田勘探不断取得新的进展，油田上报探明储量类型中岩性油藏所占比例不断增加，是油田最主要的勘探开发类型。其中，河道砂、浊积岩和砂砾岩体等传统隐蔽油藏勘探程度较高，而坡移扇这种新的油藏类型的研究还处于起步阶段。前人认为，三角洲前缘斜坡带主要发育浊积岩[1-2]和碎屑流[3-8]沉积。目前，东营凹陷有关碎屑流沉积的研究较少，多数学者认为东营凹陷主要发育滑塌浊积岩[9-22]，笼统地将前缘砂体都归为滑塌浊积岩沉积，忽视了对于坡移扇类砂体特别是碎屑流的研究，制约了坡移扇类型油藏的勘探。胜利油田专家详细对比了坡移扇与滑塌浊积岩在岩石学、测井、地震等方面的差异性，认为两者在以下几个方面有所区别。首先，坡移扇的岩性主要与浅水砂体密切相关，粒度分析显示牵引流与重力流均发育，滑塌浊积扇则以粉砂岩为主，反映浊流特征。其次，坡移扇位于前积层，滑塌浊积岩位于底积层。再者，坡移扇自然电位曲线以反旋回为主，滑塌浊积扇以正旋回为主。基于以上认识，胜利油田物探研究院提出了坡移扇的概念。至今，已部署主探坡移扇井位8口，其中4口出油，2口已投入生产，勘探成功率达80%，表明坡移扇有良好的勘探潜力。笔者经过研究，对坡移扇定义进行了完善：坡移扇是指在地震等因素触发下，三角洲或扇三角洲前缘斜坡带砂体以滑动、滑塌或碎屑流的形式在斜坡带内发生再搬运形成的一种事件性沉积体。并拟通过分析坡移扇储集体岩心、测井等资料，归纳坡移扇砂体特征，开展沉积模拟实验，揭示坡移扇的形成过程，以探究其成因，并结合牛庄洼陷地质条件对坡移扇分布进行预测，以期对坡移扇砂体的勘探和开发提供借鉴和指导作用。

1　研究区概况

东营凹陷是渤海湾盆地济阳坳陷南部的次级构造单元，东西长90 km，南北宽65 km，面积约5 700 km2。东营凹陷古近系依次发育孔店组(Ek)、沙河街组(Es)、东营组(Ed)。东营三角洲位于东营凹陷东南部，是凹陷内沙三段沉积时期的重要沉积体系。从沙三段沉积早期开始发育，沙三段沉积中期达到鼎盛，规模逐渐扩大(图1)。到沙三段沉积晚期，三角洲覆盖了凹陷的大部分区域，到沙二段沉积早期，河流相在盆地内占主导地位，盆地绝大部分露出水面，三角洲消失[23]。沙三时期的东营三角洲长宽各为50 km。物源自东向西推进，三角洲沿凹陷长轴发育，属于典型的长轴河控三角洲。东营三角洲前缘斜坡对应于前积层，地形坡度大，以砂质沉积物为主[1]，该沉积坡折带主要发育在沙三中亚段，是大型东营三角洲沉积体向前推进所形成的，具有明显的S型前积结构[24]，在地震、波浪、压实沉陷作用影响下，前积层砂体易发生沉积再搬运作用[25]。

2　坡移扇储集体特征

2.1沉积特征

研究区典型井的岩石主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩等，根据坡移扇的岩心特征，可以将其划分为3种类型：(1)滑动型坡移扇：砂体整体呈块状，顶或底与围岩突变接触(图2a，b)，围岩发育揉皱构造或剪切面(图2c)，表明砂体呈整体搬运，主要发育块状层理(图2a)、重荷模构造(图2d)；(2)滑塌型坡移扇：块体连续，上下岩层之间突变接触，内部砂泥岩互层，发生强烈滑塌变形、褶皱(图2e)，部分岩层产状近乎直立，发育滑塌构造(图2f)、碟状构造(图2g)；(3)碎屑流型坡移扇：大套厚层块状砂岩中部或底部夹定向漂砾，多呈叠瓦状排布，砾石直径2～7 cm不等，成分为泥质或砂质(图2h)。从岩心特征可以看出，坡移扇砂体既有三角洲前缘砂体特征，又能反映砂体的沉积再搬运特点。

2.2测井特征

坡移扇测井曲线形态主要表现为箱型、指形、漏斗形等。牛48井2 824～2 933 m井段测井曲线整体表现为平直泥岩基线上顶底界突变的箱型(图3a)，官118井取心层段测井曲线表现为顶界突变、底界渐变的漏斗形和顶底界突变的齿化箱型(图3b)，牛100、牛117井测井曲线表现为顶界突变、底界渐变的漏斗形。牛116井测井曲线表现为顶底界突变的齿化箱型(图3c)，官11井测井曲线表现为中—低幅指形、顶底界突变的齿化箱型。

2.3地震特征

坡移扇砂体位于前积层内，呈丘形、楔形，内部杂乱反射结构，与前缘砂体脱离，侧向尖灭，中强振幅，一般延伸较长(图4)。滑塌浊积岩砂体则位于底积层内，地震相表现为变振幅、短同相轴，一般为弱—中振幅[12]。

图1　东营凹陷沙三中中晚期沉积体系

图2　东营三角州坡移扇岩心特征

图3　东营地区代表性井部分井段测井曲线

2.4野外识别特征

青岛灵山岛晚中生代发育一套陆内三角洲前缘浅水沉积[26]，地质露头现象与东营三角洲研究区典型井的岩心特征相似，对坡移扇砂体的研究具有重要的借鉴作用。

图4　东营凹陷牛116井—牛100井—牛48井连井地震剖面剖面位置见图1。

2.4.1滑动

灵山岛城口子村西南的野外露头主要表现为滑动特征，滑动体整体可以分为滑动主体及下部变形地层两部分，与岩心中的滑动型坡移扇特点相似。滑动主体为厚层(>4 m)的块状砂岩或多层厚度不等的砂岩断裂组成的巨大块体，该部分发生滑动时已完全固结，从而能够完整地保持母岩的原始沉积结构和构造；下部变形地层可以分为塑性地层和刚性地层，塑性地层受上部滑动主体的影响主要发生揉皱变形，内部的薄层砂岩被拉伸、断裂，刚性地层则主要会发生刚性破裂，刚性地层表面密集分布小型共轭剪切面(图5a)。

2.4.2滑塌

灵山岛李家村野外露头照片主要表现为滑塌特征：不同厚度未完全固结的岩层内部发生强烈的揉皱变形，伴生有碟状构造，且上下相邻地层产状水平，未发生变形，与岩心中的滑塌型坡移扇特点相似。滑塌发生于半固结的沉积物形成阶段，母岩的沉积结构和构造被破坏。发生滑塌的地层可以为单层厚度为20～40 cm的块状砂岩层，也可以为1～2 cm的砂岩薄互层(图5b)。

2.4.3碎屑流

灵山岛背来石野外露头照片主要表现为碎屑流的特征：约4 m的厚层块状砂岩内部具有大小不一的砾石呈定向排列，圆度为次棱角状到次圆状，局部见长轴直径小于30 cm的圆形砾石(图5c)，与岩心中的碎屑流型坡移扇特点相似。

3　坡移扇储集体成因研究

沉积实验模拟是沉积学研究中的一种重要手段，通过实验模拟，能够最大程度还原地质时期砂体的沉积过程。在充分了解前人研究成果、岩心观察和测井地震解释的基础上，本次实验以东营三角洲沉积为地质模型并参考图6所示参数开展了三角洲前缘斜坡母砂体在震动触发机制下再搬运沉积模拟实验。

3.1实验装置

本次模拟实验的实验装置是中国石油大学(华东)油气勘探实验教学中心水槽实验装置。该装置为一内壁长5 m、宽4 m、高1 m的室内水槽，水槽长轴为玻璃壁，便于观察和照相，可清楚地观察扇体剖面的发育特征和变化过程，水槽顶部设有2台电动搅拌机和储水箱，底部设阀门控制的排水口(图7)。该实验水槽可模拟扇三角洲、三角洲和坡移扇的形成过程。

图5　青岛灵山岛野外露头照片

图6　东营三角洲前缘斜坡压实校正前后对比

3.2实验设计

为减小误差，实验分2组进行。遵循相似性原理，实验所用砂岩为黄河下游河道砂，以细、粉砂岩为主，底形坡度10°左右，最大程度接近原始沉积条件。陆相断陷湖盆内地震事件发生频繁，尤其是盆地边缘控盆边界断层强烈活动，往往会导致较强震级的地震作用发生[27]，实验采用敲击铁锤的方法，从而引起基底震动，模拟地震作用，模拟实验各参数见表1。

实验开始之前，首先在水槽斜坡底部铺上4～6 cm厚的泥，模拟原始地形，然后由入水口向水槽中缓慢加入已配好的水与砂的混合物，模拟三角洲的形成过程。为清楚地观察砂体的变形情况，实验中分几次加入不同颜色的薄层彩砂。待完整的三角洲形成之后，在一侧连续敲击铁锤，模拟自然界中地震作用，观察坡移扇的形成过程。

3.3坡移扇储集体成因

实验结果表明，在震动作用下，三角洲前缘斜坡共出现了7种成因的坡移扇砂体，分别归纳为滑动型、滑塌型、碎屑流型、滑动—滑塌复合型、滑动—碎屑流复合型、滑塌—碎屑流复合型和滑动—滑塌—碎屑流复合型(表2)[7]。砂体成因各异，在斜坡上的分布位置也不同。可将坡移扇在斜坡上的分布分为3个带：斜坡上部带、中部带和下部带。斜坡上部带(15%)主要发育滑动型坡移扇，砂体呈土豆形平行于湖岸分布，次要发育滑塌型坡移扇和碎屑流型坡移扇。斜坡中部带(48%)主要发育滑塌型坡移扇，砂体呈条带状垂直湖岸分布，次要发育碎屑流型坡移扇。斜坡下部带(38%)主要发育碎屑流型坡移扇，砂体呈舌状垂直于湖岸分布。

图7　中国石油大学(华东)油气勘探实验教学中心水槽实验装置

实验底形坡度/(°)水深/cm流量/(mL·s-1)实验时间/min触发机制沉积物组成/%含砾砂岩细砂粉砂泥121037401440地震19.626.938.515.011.321.632.934.2

表2　坡移扇储集体成因类型及特征[7]

3.3.1滑动型坡移扇

滑动型坡移扇是最常见的坡移扇之一，仅存在滑动这一种块体搬运形式，主要分布于斜坡上部。由于斜坡上部紧邻三角洲前缘，坡度较大(20°～30°)，水动力作用较强，砂体内部成分之间联系紧密，含水率较低，在受到水动力及自身重力等条件作用下，砂体首先局部产生断裂，随着震动的继续，断裂块体保持母体原本内部结构及形态，整体脱离母体沿剪切面向下滑动，滑动过程中因受到底部泥质沉积物的阻挡，运移距离不远即停止。此类坡移扇形成过程简单，时间短(图8a)。

3.3.2滑塌型坡移扇

滑塌型坡移扇仅存在滑塌这一种块体搬运形式，常分布于斜坡的中上部，可以由滑动砂体转化，也可由母砂体滑塌形成。斜坡中上部坡度为13°～20°，此区域的沉积物主要来自于斜坡上部：砂体在运移过程中，含水率逐渐增大，在水动力及自身重力等条件作用下母体或滑动砂体产生断裂，内部各小层由于速度的差异，沿滑动面差异运动，形成滑塌。此类坡移扇砂体成分与母体相同，但内部结构和砂体形态发生变化，层面发生揉皱、扭曲变形及旋转等现象(图8b)。

图8　东营三角州坡移扇砂体类型

3.3.3碎屑流型坡移扇

碎屑流型坡移扇搬运形式为碎屑流，砂体分布范围大，但主要集中分布于斜坡中下部(7°～13°)，随着砂体不断运移，含水率逐渐增大，砂体内部各组分之间的平衡状态被打破，砂体以泥砂混流的朵状碎屑流形式沿斜坡向下流动形成。随着砂体不断向下运动，在斜坡底部可以形成多期叠置分布的碎屑流砂体群。垂直并远离湖岸方向，坡移扇的厚度逐渐增加。此类坡移扇砂体内部结构与母体完全不同，支撑机制为杂基支撑(图8c)。

3.3.4滑动—滑塌复合型坡移扇

滑动—滑塌复合型坡移扇的形成机制主要有2种，即滑动和滑塌。三角洲前缘压实程度高的砂体首先发生滑动，随着震动的继续，已滑动的砂体平衡状态被打破，砂体部分或全部滑塌，形成滑动—滑塌复合型坡移扇。此类坡移扇分布于斜坡中上部，是滑动和滑塌相继作用的结果(图8d)。

3.3.5滑动—碎屑流复合型坡移扇

滑动—碎屑流复合型坡移扇的形成主要有2种机制，即滑动和碎屑流。三角洲前缘砂体首先发生滑动，随着震动的继续，砂体直接向碎屑流转变，形成滑动—碎屑流复合型坡移扇。此类坡移扇分布于整个斜坡，是滑动和碎屑流相继作用的结果(图8e)。

3.3.6滑塌—碎屑流复合型坡移扇

滑塌—碎屑流复合型坡移扇的形成主要有2种机制，即滑塌和碎屑流。前缘砂体首先发生滑塌，随着震动的继续，砂体向碎屑流转变，形成滑塌—碎屑流复合型坡移扇。此类坡移扇分布范围较大，可遍布整个斜坡(图8f)。

3.3.7滑动—滑塌—碎屑流复合型坡移扇

滑动—滑塌—碎屑流复合型坡移扇形成机制为滑动、滑塌及碎屑流。前缘砂体首先发生破裂，脱离母体向下滑动，然后砂体内部发生滑塌，结构发生改变，砂体最终转变为碎屑流。此类坡移扇是前缘斜坡上分布最广的坡移扇(图8g)。

自然界中的沉积过程是一个动态的过程，往往受多种复杂地质控制因素共同影响，在不同时期的沉积过程中，这些地质控制因素具有动态的变化特征，模拟实验只能对简单的沉积过程进行重现[28]。因此，受实验设备和条件的限制，不可能完全严格控制坡移扇形成条件展开模拟研究，难免会使实验结果与实际情况有一定的出入，但本实验对于三角洲前缘坡移扇形成过程的探索，对坡移扇后续的研究具有重要意义。

4　东营三角洲坡移扇分布预测

结合东营凹陷牛庄洼陷实际地质情况(图9)，按照相似性法则对牛庄洼陷南部坡移扇分布进行预测(表3)。牛庄洼陷分别存在2个北西倾和西倾的斜坡，沙三中东营三角洲前缘位于斜坡上，受地形控制，坡移扇分别向北西向和西向展布，坡移扇分布面积约239 km2，宽度约9 km。其中，3种坡移扇分布宽度约为1.7，4.7，2.6 km。由前缘向湖方向依次发育滑动型坡移扇，宽度1～2 km，此区带可发育滑动型、滑塌型、碎屑流型及其复合类型坡移扇；滑塌型坡移扇，宽度4～5 km，此区带可发育滑塌型、碎屑流型及其复合类型坡移扇；碎屑流型坡移扇，宽度2～3 km。其中，滑塌型坡移扇分布区和碎屑流型坡移扇分布区砂体分布密集、规模大、砂质含量高，为有利勘探目标区。

图9　东营凹陷牛庄洼陷南部沙三中5砂岩地震相

类型发育位置原生角度现今角度厚度形态滑动型斜坡上部,宽度1～2km>15°>9°较小土豆状滑塌型斜坡中部,宽度4～5km7°～15°5°～9°较大垂直于湖岸条带状碎屑流型斜坡下部,宽度2～3km1°～7°1°～5°较大舌形

结合牛庄洼陷南部沙三中5砂岩地震相(图9)分析，沿三角洲发育延伸方向，前缘砂、坡移扇和浊积扇砂体依次相邻分布，分带性明显。前缘砂分布带窄且长，紧邻三角洲大致平行岸线分布，坡移扇分布带呈北宽南窄形态，总体宽度比前缘砂分布带大，而浊积扇分布带位于坡移扇和湖盆之间，走向与岸线大体斜交。该地震相图中显示的砂体分布情况与实验预测结果既具有一定相似性又相互补充。

5　结论

(1)坡移扇储集体岩性主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩等。发育块状层理、重荷模、滑塌构造、碟状构造等。测井曲线显示中等至高幅齿化箱型、箱形、指形。砂体位于前积层内，地震相呈丘形、楔形，内部杂乱反射，中强振幅，一般延伸较长，在岩心和野外露头上，坡移扇砂体表现为3种类型，滑动型坡移扇主要为大段块状砂岩，顶底与围岩突变接触，围岩发育剪切面和挤压变形；滑塌型坡移扇内部砂泥岩互层，层理发生强烈揉皱，伴有同沉积变形构造；碎屑流坡移扇为厚层砂岩内部夹大小不一的漂砾。

(2)坡移扇储集体有7种成因类型：滑动型、滑塌型、碎屑流型、滑动—滑塌复合型、滑动—碎屑流复合型、滑塌—碎屑流复合型和滑动—滑塌—碎屑流复合型。斜坡上部主要发育滑动型坡移扇，其次为滑塌型坡移扇和碎屑流型坡移扇。斜坡中部主要发育滑塌型坡移扇，其次为碎屑流型坡移扇。斜坡下部主要发育碎屑流型坡移扇。

(3)牛庄洼陷南部由前缘向湖方向依次发育滑动型坡移扇，宽度1～2 km；滑塌型坡移扇，宽度4～5 km；碎屑流型坡移扇，宽度2～3 km。其中，滑塌型坡移扇分布区和碎屑流型坡移扇分布区为有利勘探目标区。

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(编辑黄娟)

Reservoir characteristics and genesis of slope fans in Dongying delta front

Wang Weifeng1, Hu Yu1, Yu Zhengjun2, Chen Jie2, Shan Chenchen1, Zhang Xiaojie1

(1.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China; 2.GeophysicalResearchInstituteofSINOPECShengliOilfield,Dongying,Shandong257000,China)

Slope fan refers to a sedimentary sand body which evolved from retransportation of delta or fan delta sand. It is caused by earthquakes and other factors and is transported in the form of slide, slump or debris flow. Based on core description, well logging and seismic data, combined with field investigation and sedimentation simulation, the reservoir characteristics and genesis were summarized. The lithology of a slope fan sand body is mainly fine sandstone and siltstone. Sedimentary structures are characterized by massive bedding, load cast and slump structures. It can be identified as a blocky or finger wireline log. The seismic facies is moundy or sphenoid shaped and the amplitude is moderate to strong. Slope fans are manifested as slide, slump and debris flow sand bodies. According to sedimentation simulation, 7 slope fan styles were differentiated. Combined with the geology of the Niuzhuang Subsag in the Dongying Sag, the distribution of slope fans was forecasted and two favorable prospecting target areas of slope fan were identified.

slope fan; reservoir characteristics; genesis; sedimentation simulation; delta; Dongying Sag

1001-6112(2016)05-0600-09doi：10.11781/sysydz201605600

2015-09-28；

2016-07-26。

王伟锋(1958—)，男，教授、博士生导师，从事含油气盆地构造、油气储层及油气地质工程等研究和教学工作。E-mail:wangwf@upc.edu.cn。

中国石化胜利油田分公司科研项目(YKW1405)资助。

TE122.2

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