济阳拗陷孔店组沉积体系及其构造成因

刘见宝，闫云明，宋志敏，崔树军，廉有轩

河南工程学院，河南郑州451191

济阳拗陷孔店组沉积体系及其构造成因

刘见宝，闫云明，宋志敏，崔树军，廉有轩

河南工程学院，河南郑州451191

济阳拗陷是中国东部主要含油气盆地，其地质构造相当复杂，是我国研究含油气盆地最典型的地区.本文以地震和钻井资料为基础，研究了构造对主要储层孔店组沉积体系的控制作用，为油气勘探和开发提供地质依据.孔店组具典型陆相走滑-伸展断陷盆地早期幕式充填的多物源、快速堆积的特征.砂质沉积体系以冲积扇和扇三角洲为主要类型，深洼内为干旱盐湖的膏盐层、灰岩层及韵律层理泥岩层沉积.3种类型的陡坡边界具有近岸沉积的共同特征，但沉积的平面和纵向分布存在差异.与陡坡边界类型相比较，缓坡边界沉积相类型相对简单，冲积扇及近岸水下扇不甚发育，相带宽，沉积物运移较远.

济阳拗陷;孔店组;沉积体系;构造成因

0 前言

济阳拗陷在区域地质构造单元上属于渤海湾盆地的一部分，位于渤海湾盆地东南缘，郯庐断裂带西侧，是在晚白垩世末期上地幔隆升的构造背景上发育起来的断陷盆地.拗陷南临鲁西隆起，东接郯庐断裂带，北部和西部则为埕宁隆起带，总面积 26 500 km2［1-4］（图1）.济阳拗陷总体由多个次一级北断南超的半地堑凹陷组成.前人分别在弧形断裂坡折带的沉积特征［5］、断裂对层序的控制作用［6］、断裂对盆地沉降的影响［7］、板块运动对盆地沉积的控制作用［8］等方面进行了研究，取得了一定的成果，但在构造对沉积体系、沉积环境的影响研究不够系统.平衡剖面伸展率的计算结果表明，孔店组沉积时期的地层伸展率最大，表明区域主拉张应力大，拉伸构造明显［9］，且孔店组为盆地主要油气储层.本文通过地震相识别和钻井岩心分析，从盆地边界类型对沉积体系控制的角度，研究济阳拗陷孔店期沉积体系分布规律及其构造成因.研究成果可为含油气盆地构造－沉积耦合提供理论模式，也可为油气资源勘探开发提供参考.

图1 渤海湾盆地区域构造格架图Fig.1 Regional tectonic framework of the Bohai Bay Basin

1 孔店组主要沉积体系

济阳拗陷孔店期为典型的陆相断陷盆地，发育快速充填的冲积体系和湖盆沉积体系［10-15］.通过钻井资料精细解剖，结合地震资料解释［16-17］，可识别出冲积扇、扇三角洲、近岸水下扇、浊积扇、半深湖沉积、浅湖沉积、干盐湖沉积等，其中以冲积扇、扇三角洲及湖泊沉积为主（表1）.

1.1 冲积扇

冲积扇是济阳拗陷孔店组发育的重要沉积体系之一.主要分布在各凹陷的陡坡带，尤其是在阶梯状构造坡折带的上台阶部位.在已揭露的钻孔岩心和测井曲线上均有很好的反映，并大致可划分出扇根、扇中、扇端沉积组合，总体以向上变细的垂向序列为主.

扇根部分主要发育泥石流沉积.泥石流沉积为分选性、磨圆性差，杂基支撑的块状角砾岩.砾石呈棱角状，成分有变质岩角砾、灰岩角砾和泥质角砾，角砾最大直径大于200 mm，一般为8～64 mm，属中粗角砾（图 2a、b）.

图2 济阳拗陷孔店组冲积扇沉积Fig.2 Alluvial fan sediments of Kongdian Formation in Jiyang Depression

扇中部分主要发育辫状河道充填沉积.底部为河道冲刷面，冲刷面之上发育具有一定磨圆性的粗角砾岩，为河底滞留，其上发育块状、磨圆度较高的中砾岩（图2c）、细砂岩（图2d）构成正旋回沉积序列.砾石磨圆度较好，以石英砾为主.沉积构造主要为块状，也有递变层理、砾石定向排列的交错层理等.辫状水道充填具有冲刷底界面，往往多个水道叠置.以块状层理为主，也见有板状和槽状交错层理.无论是单个层序或整个沉积序列，粒度总体向上变细.露头中可见砾岩中发育的叠瓦构造或砾石定向排列，显示交错层理.

扇端发育网状水道漫流沉积物.由块状砂岩、含砾砂岩和砂质泥岩等组成，形成频繁薄互层的垂向序列结构［18］.

在地震反射剖面上，冲积扇沉积体系具有乱岗状、变振幅、连续性差的地震反射特征，具有前积和发散的反射结构和楔状形态，垂向叠置出现，紧贴盆缘断裂分布.从扇根到扇中和扇端，地震反射逐渐连续.

表1 济阳拗陷地震反射参数、地震相、沉积相对应表Table 1 Correlation of seismic reflection parameters，seismic facies and sedimentary facies of Jiyang Depression

1.2 扇三角洲

济阳拗陷孔店组以短源的扇三角洲沉积为主体，陡坡带和缓坡带均有发育.其中陡坡带入湖的扇三角洲更多显示深水背景，重力流沉积发育；而缓坡入湖的扇三角洲显示浅水性质，辨状水道发育，更多的反映辨状三角洲特征.

扇三角洲体系具有较强振幅、中等连续至连续和中－低频等地震反射特征.剖面形态呈楔形，3层结构（底积层、前积层和顶积层）完整，分别代表前扇三角洲、扇三角洲前缘和扇三角洲平原.发散结构明显，向盆地中部逐渐过渡为弱反射结构的湖相泥岩沉积（图3）.扇三角洲常具有斜交形、“S”形前积反射结构.湖盆水体越深，所形成的前积层厚度越大.前积反射结构的发育表明扇三角洲作用可能是以进积为主的.

图3 东营凹陷613测线孔店组扇三角洲解释Fig.3 Fan delta of Kongdian Formation interpreted by seismic li ne No.613 in Dongying sag

1.3 深水浊积扇

深水浊积扇在沿物源方向，外形呈斜丘状，其下部为空白反射，内部具波状或杂乱反射结构，反射波组为低频率、变振幅和差连续性，反映了高能快速填充的沉积特点［19-20］.扇体前方地层为平行和亚平行地震反射结构，反射波组为低频率、强振幅和高连续，表现为深水环境中稳定沉积的特征.沿物源方向，深水浊积扇可分为内扇、中扇及外扇亚相，垂向层序上显示出下粗上细的退积型沉积层序.中扇是深水浊积扇的主体，辫状沟道和主沟道沉积是主要储层.内扇和外扇亚相分布范围窄.

1.4 湖泊沉积

孔店组沉积时期，济阳拗陷各凹陷大致成较独立的湖盆体系，在两个层序的最大湖扩展期，济阳拗陷南部的东营和惠民凹陷连通，低位和高位末期分割成若干独立闭塞的盐湖盆.据钻孔揭露的岩性特征，大致可识别出半深湖沉积、浅水湖沉积和干旱盐湖沉积.

（1）半深水湖泊沉积

主要发育在孔二段层序的湖扩展体系域地层中，以深灰色的油页岩、纹层状泥岩和粉砂质泥岩为特征，具块状、水平层理，有机质含量高，富含菱铁质条带或菱铁质结核.泥岩中见水平和倾斜的生物潜穴，含微体化石，也见有生物扰动构造.半深湖沉积的岩性较单一，常夹薄层远端浊积砂薄层，沉积组合简单.

地震剖面上，厚层的湖相泥岩常显示为弱反射带，当这些沉积层与浅湖较粗碎屑或三角洲远端和前三角洲交互时，形成高频、连续性强的平行反射.

（2）浅水湖泊沉积

浅水湖泊沉积以砂质、砂泥互层为主，夹碳质泥岩及煤层，主要分布在孔二段地层中.沉积物常受湖水面波动、波浪改造以及碎屑输入、滨岸地形和气候等因素变化的影响.沉积物类型以灰色、深灰色砂岩，含砾砂岩、粉砂岩多见，局部也发育砾岩.常见的沉积构造包括小型波痕，小型交错层理及波状层理，也见有生物潜穴及扰动构造，常见碳质碎片.

沉积序列上，向上倾方向常与湖滨带沉积过渡，向湖盆方向则往往过渡为深湖相沉积.侧向上，冲积扇或扇三角洲之间发育扇间沉积体系.

（3）盐湖沉积

干盐湖环境发育在东营凹陷孔一段.它是干旱气候条件下，注入湖盆的水量小于湖泊蒸发量，而形成的一个闭流湖［21］.沉积岩石类型以红色碎屑岩和石膏、盐岩为主.

据沉积区某井资料，岩石类型有：棕褐色、紫红色泥岩夹薄层紫红色粉砂岩，发育紫红色泥岩含石膏斑纹，深灰色泥岩与盐膏层互层，无色透明盐岩夹深灰色石膏层、厚层盐膏层、波状层理和棕褐色泥岩含盐膏斑纹.

其岩相组合和垂向沉积序列为：在盐膏层沉积序列的底部为紫红色粉砂岩夹紫红色泥岩；中部为厚层泥质盐膏层及盐膏层夹紫红色泥岩、粉砂岩；顶部为泥质盐膏层与紫红色泥岩互层.这种沉积序列反映了气候变化而导致沉积序列从干旱浅湖的紫红色粉砂夹紫红色泥变化为干盐湖的泥质盐膏层、盐膏层夹紫红色泥岩序列.据此，干盐湖沉积环境可分为湖岸冲积扇区、湖泊中央泥滩和干盐湖沉积区三部分（图4）.

图4 济阳拗陷孔店期干盐湖沉积序列及模式Fig.4 Sedimentary sequence and mode of Kongdian playa lake in Jiyang Depression

2 边界类型对沉积体系的控制

2.1 阶梯式陡坡边界

阶梯断层为同生断层，发育冲积扇—近岸水下扇—滑塌浊积扇体，类型较多.相带宽，砂砾岩体延伸远，达5～9 km.叠置厚度较小，一般不超过400 m.沉降和沉积中心统一，位于近盆断层下降盘.由于受次级断层持续活动的影响，发育了高低不平、宽窄不一的断阶.在平面上，陡坡带断阶外侧斜坡发育冲积扇、扇三角洲砂砾岩扇体；断阶上发育扇三角洲、近岸水下扇砂砾岩扇体，局部地区发育洪积扇或辫状河三角洲砂砾岩扇体；断阶内侧向湖盆倾没部位则发育近岸水下扇及浊积扇砂砾岩扇体（图5）.

2.2 座椅式陡坡边界

座椅式陡坡边界为继承性断层，为前古近纪逆冲断层基础上，发生负反转形成的断层.发育冲积扇—扇三角洲/近岸水下扇—滑塌浊积扇，类型较多.相带宽，砂砾岩沿水流方向呈链条状展布.叠置厚度小，一般不超过300 m.多沉降中心，沉积中心靠近盆地中心断层的下降盘（图6）.

发育马尾式断裂，控砂模式由主断裂和与其斜交的一系列顺向断裂组合而成，多条断裂向下倾方向收敛构成马尾状.因此，近岸水下扇或扇三角洲体内幕破碎，沿断裂破碎带构造裂缝发育，地下水活跃，溶蚀孔、洞较易产生，从而改善了砂、砾岩扇体的储集性能，尤其是以下古生界灰岩为母岩的砂、砾岩体，油气沿断裂带富集.这种特殊的断裂带与独特的构造位置有关，如位于北西向、北东向两组大断裂的交汇处，应力集中，主断裂长期活动，落差大，易产生次级断裂.此类以埕南地区为典型.

图5 阶梯式陡坡边界对沉积体系的控制模式图Fig.5 The control mode of step-type steep slope boundary on the sedimentary system

图6 座椅式陡坡边界对沉积体系的控制模式图Fig.6 The control mode of chair-type steep slope boundary on the sedimentary system

2.3 铲式陡坡边界

夏口断层为更高一级控拗断层上盘的调节性断层.发育近岸水下扇、少量滑塌浊积扇，低洼处发育较大规模湖底扇/低位扇.相带较宽，低位期扇体规模较大，为3～7 km.叠置厚度较大，一般不超过500 m.沉降和沉积中心统一，位于断层根部一定距离的深洼区，低水位期岩性较粗（图7）.

图7 铲式陡坡边界对沉积体系的控制模式图Fig.7 The control mode of listric steep slope boundary on the sedimentary system

2.4 缓坡带

平面上，断陷盆地缓坡带相带分布较宽，靠近盆地边缘部位主要发育冲积扇－河流相沉积，向盆地方向发育有三角洲、滩坝、远岸浊积扇等沉积体系类型.纵向上，沉积体系演化是拗陷构造运动、气候、沉积物供给、湖平面升降造成的，这些控制因素周期性的变化影响着沉积体系垂向演化的周期性、旋回性.受构造升降运动等影响明显，缓坡带沉积体系的旋回性比较清楚.孔店组一段—孔店组二段沉积时期，由于湖盆范围的不断扩大，盆地边缘的冲积扇呈明显的退积叠加样式.缓坡一侧低级序断层的强烈活动，使得缓坡地形高差一定幅度增加和沉积格局复杂化，导致沉积环境多变和沉积物在断层下降盘增厚（图8）.

3 边界类型对沉积的控制规律

不同控盆边界类型对沉积体系的控制作用存在差异（表2）：3种类型陡坡边界具有近岸沉积的共同特征，但是沉积的平面和纵向分布存在差异.阶梯式断层边界沉积相带最宽，可能与同生断裂活动引起的边界多次后退有关［22］；座椅式断层沉积砂砾岩体纵向上叠置厚度最小，多沉降中心；铲式陡坡带沉积体系相带平面上相对窄，但是叠置厚度最大.与陡坡边界类型相比较，缓坡边界沉积相类型相对简单，冲积扇及近岸水下扇不甚发育，相带宽，沉积物运移较远.

图8 缓坡带沉积体系模式图Fig.8 The sedimentary system pattern of gentle slope

4 结论

（1）济阳拗陷孔店组具典型陆相走滑－伸展断陷盆地早期幕式充填的多物源、快速堆积的特征.

（2）砂质沉积体系以冲积扇和扇三角洲为主要类型，深洼内为干旱盐湖的膏盐层、灰岩层及韵律层理泥岩层沉积.

（3）不同的类型边界对沉积体系的控制作用有差异.3种类型陡坡边界具有近岸沉积的共同特征，但平面和纵向分布存在差异.阶梯式断层边界沉积相带宽；座椅式断层边界沉积砂砾岩体叠置厚度小，多沉降中心；铲式陡坡带相带窄，但叠置厚度大.缓坡边界沉积相类型简单，冲积扇及近岸水下扇不甚发育，相带宽，沉积物运移远.

表2 济阳拗陷新生代控洼边界沉积特征对比表Table 2 Sedimentary characteristics of the Cenozoic basin-controlling boundary in Jiyang Depression

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SEDIMENTARY SYSTEM AND STRUCTURAL GENESIS OF KONGDIAN FORMATION IN JIYANG DEPRESSION

LIU Jian-bao，YAN Yun-ming，SONG Zhi-min，CUI Shu-jun，LIAN You-xuan
Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 451191，China

The Jiyang Depression，one of the main petroliferous basins in eastern China with fairly complex geological structures，is the most typical area for petroliferous basin study.Based on the seismic and drilling data，this paper studies the structural control on the sedimentary systems of Kongdian Formation which is the main reservoir.The Kongdian Formation is characterized by typical early continental strike-slip and extensional fault basin with fastaccumulated episodic filling of multisource.Alluvial fan and fan delta are the two main types of sandy sedimentary system.Gypsum salt，limestone and rhythmic-bedding mudstone in dry playa are distributed in deep sags.Three types of steep slope boundaries share the common characteristics of nearshore sediments，but differ in horizontal and vertical distribution of sedimentation.Compared with steep slope boundaries，the sedimentary facies of gentle slope boundary are relatively simple with underdeveloped alluvial fan and nearshore subaqueous fan，wide facies belts and farthertransported sediments.

JiyangDepression；KongdianFormation；sedimentarysystem；structuralgenesis

1671-1947（2017）05-0467-07

P588.2

A

2016－10－21；

2017－02－21.编辑：张哲.

国家自然科学基金“琼东南盆地新生代构造东西分异的动力学机制研究”（41206037）；河南工程学院博士基金项目“济阳拗陷新生代构造与油气成藏”（D2015010）.

刘见宝（1982—），男，讲师，博士后，现从事构造地质、瓦斯地质的研究、教学工作，通信地址河南省郑州市新郑龙湖祥和路1号，E-mail//514348839＠qq.com.