辽西凹陷南洼东营组第二段沉积充填演化特征

彭思雨, 陈洪德, 邹 灏, 钟怡江, 王 峻, 刘 磊

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.构造成矿成藏国土资源部重点实验室，成都 610059)

陆相断陷盆地作为中国已发现油气储量的主要来源区，地质学者对中国陆相断陷盆地做了大量研究，在油气勘测与开发中得到了实际性的应用，并在构造样式、层序格架、沉积响应、砂体充填、油气成藏等研究方向上取得了大量成果[1-10]。因陆相断陷盆地构造非常复杂，砂体充填与演化样式多样，沉积体系在各个时期变化较多，所以其储层预测难度很大[11]。渤海湾盆地是中国东部陆相走滑断陷盆地中沉积相类型最丰富的盆地之一。辽东湾拗陷位于渤海湾盆地的东北部，是渤海湾盆地的一个次级构造单元，通过近半个世纪的研究，由最初短暂而迅猛的勘探开采阶段进入低谷期，到创新性地提出“源-汇”的重要思想，使渤海湾盆地辽东湾古近系储层预测的成功率大幅度提高，对类似的陆相走滑断陷盆地的油气勘探有重大启发[12-15]。辽西凹陷作为辽东湾西部一个负向构造单元，呈北东-南西走向，凹陷南洼总体勘探程度偏低，发育了一个“凹间链状岛”——辽西低凸起。该岛两侧沉积差异明显，其基底呈整体缓慢持续沉降状态，发育的砂体厚度较大[16]。层序地层的研究主要是根据Walther相序分析进行层序分析，并对沉积物的搬运过程进行模拟和预测，建立沉积相模式；但直到层序研究和地震地层解释相结合，建立等时的地层格架，对盆地的充填模式分析才是真正达到可行的地步[17-18]。近些年来许多地质工作者对辽东湾地区及辽西凹陷南洼的古近系做了系统的研究工作并取得了一些成果[19-23]，这为作者研究辽西凹陷南洼古近系东营组第二段(简称“东二段”)时期控砂模式提供了多方面的参考；但辽西凹陷南洼整体勘探程度较低，对辽西凹陷南洼东二段沉积体系的研究存在分歧，并且该地区沉积充填演化过程未做详细的研究。本文在前人的研究基础上，通过对辽西凹陷南洼的大量岩心、录井、测井以及高精度地震资料的详尽分析，揭示辽西凹陷南洼东二段沉积层序和砂体充填演化特征，建立辽西凹陷南洼的沉积充填模式——盆满溢砂，确定有利的沉积砂体分布，指出有利勘探目标。

1 研究区概况

辽东湾拗陷作为渤海湾盆地东北端的一个次级构造单元，是下辽河拗陷向海延伸的区域，具有“南北分块，东西分带”的特点[24]，郯庐断裂的右行走滑变形构造运动决定了其北东-南西向展布，发育了三凹两凸5个次级构造单元[25-26]，自东向西分别是辽东凹陷、辽东凸起、辽中凹陷、辽西凸起、辽西凹陷，各个次级构造单元展布与辽东湾拗陷一致且相互平行(图1)，盆地总体上呈西高东低、北高南低的特征。辽西凹陷为单断箕状断陷，西靠燕山褶皱带，东以辽西1号断层为边界与辽西低凸起相邻，是已发现油气田的主要区域之一。本文研究区为辽西凹陷南洼，由于凹陷结构和断裂特征的不同，古地貌上产生明显的差异，自西向东可将研究区分为西部缓坡带、洼陷带、凸起带3个构造单元。辽西凹陷古近系构造演化可划分为伸展裂陷期、裂后沉降期、走滑拉伸再裂陷期3个阶段[27]。其中辽西凹陷东二段裂陷期发育了1.5个Ⅲ级层序：东二下亚段为SQd2，东二上亚段和东一段合为SQd1。东营期受郯庐断裂右旋走滑拉分影响，再次进入强烈构造活动阶段，东二晚期盆地构造活动减弱，大部分断裂作用停止，晚期趋于稳定和逐渐萎缩。根据钻井、测井和地震资料的研究，SQd2时期表现为强烈的充填补齐作用特征，SQd1时期表现为充填补齐后的缓慢沉降充填，因此本文重点研究该时期沉积体系平面分布和沉积充填演化规律。

图1 研究区构造单元区划图Fig.1 Map showing tectonic units in the study area

2 层序界面识别与层序划分

2.1 层序界面的识别

2.2 层序划分方案

近些年来，国内许多学者已依据Vail理论将辽东湾拗陷古近系层序进行了初步划分。通过对辽东湾地区古近系-新近系沉积、层序的研究，参照“十二五”国家科技攻关课题层序方面的研究标准，重新厘定了辽东湾地区古近系层序划分方案[29]。本文主要针对Ⅲ级层序充填特征的研究，根据陆相盆地基准面旋回级次划分依据，将辽东湾古近系东营组划分为3个Ⅲ级层序，东一段和东二上亚段地层合为SQd1，东二下亚段为SQd2，东三段为SQd3(图3)。各个层序时期构造演化活动既有继承也有差异，控制了该地区Ⅲ级层序格架内部沉积充填的过程和沉积体系的发育[30]，是盆满溢砂模式形成的背景条件。

图2 辽西凹陷东二段层序界面特征Fig.2 Characteristics of sequence boundary surface of the Member 2 (E3d2)of Dongying Formation in Liaoxi sag

图3 辽西凹陷东二段沉积层序特征[31]Fig.3 Characteristics of sedimentary sequences of E3d2 in Liaoxi sag

3 沉积体系特征

通过对研究区内岩心、录井、测井、地震相剖面等资料分析，东二段时期主要识别出辫状河三角洲和湖泊2种沉积相。

3.1 辫状河三角洲相

研究区东二段时期，辫状河三角洲基本不发育前辫状河三角洲和辫状河三角洲平原，主要表现为辫状河三角洲前缘。在钻井岩心上主要表现为中粗、中细砂岩和灰色泥质粉砂岩，发育块状层理(图4-A)和楔状交错层理(图4-B)。辫状河三角洲水下分流河道沉积以粉砂质泥岩、泥岩等细粒沉积为主，在测井曲线上表现为中—高幅箱形、钟形，反映了水动力向上减弱的过程。河口坝沉积主要为细砂岩、粉砂岩，表现为中—高幅漏斗形测井相模式。远砂坝沉积主要为粉砂岩，并有少量黏土和细砂，水动力很弱，表现为中低幅指状测井相模式。辫状河三角洲前缘沉积在地震剖面上是一系列中—高振幅、高频率前积反射结构，连续性较好，其顶积层为弱振幅，内部地震剖面上多为中弱振幅反射同相轴，其产状为发散或亚平行，垂向上振幅、频率差异较大。在底积层地震剖面上表现为中弱振幅、连续性较低的亚平行发散反射结构(图4)。

3.2 湖泊相

湖泊相主要发育在东二下亚段时期的洼陷带和凸起带，为滨浅湖和半深—深湖。沉积物主要为大套泥岩、深灰色泥质粉砂岩和粉砂岩，含大量介壳，可见冲刷面，发育水平或小型砂纹层理，无明显粒序特征，部分区域湖泊沉积中可见沉积物快速堆积使孔隙水迅速排出而产生的泄水构造(图4-C、D、E、F)。在测井曲线上，如表现为指状频繁出现的测井相模式，指示砂泥互层，为滨浅湖亚相；如指状曲线不频繁则指示厚层泥岩，为半深—深湖亚相。滨浅湖在地震剖面上表现为中到高振幅、强连续性的席状亚平行发散结构特征，反映了沉积环境平静，地层连续性好的沉积特征。半深湖—深湖是在浪基面以下无波浪作用影响的湖区，地震剖面上表现为高振幅、强连续性、席状平行—亚平行反射结构(图4)。

4 东二段沉积演化与分布

通过对研究区大量的钻井资料分析，编制了SQd1、SQd2时期沉积相平面分布图，并在斜坡带、洼陷带和凸起带分别取代表井编制成东西走向的连井沉积相对比图。研究区该时期发育的沉积体系类型有辫状河三角洲、滨浅湖和半深-深湖。

图4 研究区东二段沉积体系特征Fig.4 Characteristics of sedimentary system of E3d2 in the study area(A)A-1-23井，东二段，深度1 374.5 m，块状层理; (B)B-2-3井，东二段，深度1 599.9 m，楔形交错层理; (C)A-1-11井，东二段，深度1 566 m，泥质粉砂岩与粉砂岩界线，砂纹层理，见冲刷面; (D)A-1-23井，东二段，深度1 546.4 m，泄水构造、 砂纹层理; (E)A-1-11井， 东二段， 深度 1 570.2 m， 深灰色泥质粉砂岩; (F)A-1-21井， 东二段， 深度1 385.65 m，粉砂岩，含大量介壳

4.1 SQd2沉积充填特征

SQd2在地层上主要由东二下亚段组成。该时期断陷作用减弱，属于沉积物快速堆积过程，沉积物供给速率大于可容纳空间增长速率。在水系作用、物源大量供给下，湖相沉积减少，辫状河三角洲朵体加大，对整个辽西南洼陷进行充填。

斜坡带SQd2时期，地层厚度较大，岩性主要为厚层细砂岩夹少量泥质粉砂岩和泥岩，整体沉积物粒度相对较粗。在洼陷带，湖侵体系域时期地层厚度变薄，继承了斜坡带沉积特征，发育了辫状河三角洲前缘沉积体系，岩性主要为厚层细砂岩夹少量泥质粉砂岩；高位体系域时期地层泥质含量明显增多，发育了厚层泥岩夹薄层细砂岩。凸起带地层岩性发生较大变化，砂质含量大幅度减少，整个SQd2时期在地层上表现为厚层泥岩。由于凸起带处于深洼内的水下低凸起，主体上并没有起到供源作用，局部出露地区在湖侵体系域时期，由于受到冲刷搬运及堆积作用，发育小范围辫状河三角洲，其岩性以细砂岩为主，如A-1-15井(图5)。这一时期三角洲结构为退积式，是对SQd3时期的继承，沉积物质继续对盆地进行地形的差异补齐，具有EST

4.2 SQd1沉积充填特征

SQd1在地层上主要由东二上亚段与东一段组成，地层厚度较薄。该时期为断陷活动晚期，盆地处于萎缩期，湖水深度降低，可容纳空间减少，并由于古水系河流自西向东的推动作用，辽西南洼内的三角洲朵体整体东移，整体洼陷湖泊与三角洲沉积区域也将近减少一半。并且随着湖平面的相对下降，地层暴露剥蚀，使辫状河三角洲大量剥蚀，三角洲沉积的粒度都是较粗粒的砂质沉积物。SQd1层序也可拉通对比，在剖面上湖侵体系域或高位体系域中物质组成均为三角洲中粗粒沉积物。其中湖侵体系域小于高位体系域，即EST

图5 辽西凹陷南洼东二段沉积相对比图Fig.5 Correlation of sedimentary facies of E3d2 in the southern Liaoxi sag

图6 辽西凹陷南洼钻井地震对比图Fig.6 Contrast of the drilling wells and seismic data of the southern Liaoxi sag

图7 辽西凹陷南洼沉积相平面图Fig.7 The plane graph showing sedimentary facies of the southern Liaoxi sag

该时期由于地层遭到剥蚀，东一段极少发育，SQd1地层厚度明显变薄。斜坡带地层岩性由厚层砂岩变为薄层砂泥间互，指示辫状河三角洲沉积。洼陷带和凸起带地层岩性发生明显变化，沉积物粒度较SQd2时期明显变粗，由厚层泥岩变为含砾不等粒砂岩、细砂岩、粉砂岩，这表明SQd2时期水下辽西低凸起对洼陷内沉积物的阻挡筛选作用消失，碎屑沉积物对湖盆洼陷的充填已经饱和(图5)。从井震剖面上可以看出，西部来的砂质在该时期填满洼陷后从辽西低凸起上溢出，这与沉积相对比图上反映的沉积充填演化特征一致(图6)。因此，在SQd1沉积时期，由于物源自西向中部推进，也使辫状河三角洲整个朵体的位置越过辽西低凸起，几乎一半沉积面积在辽中凹陷，形成大量的辫状河三角洲沉积体系，湖泊相大范围减少(图7)。

5 东二段盆满溢砂模式

图8 辽西凹陷南洼东二段盆满溢砂模式图Fig.8 Controlling pattern of E3d2 sand body in the southern Liaoxi sag

在对研究区不同构造单元沉积相时空展布与特征研究的基础上，建立了辽东湾盆满溢砂模式(图8)。东二段时期，辽西凹陷进入走滑拉伸再次裂陷期，可容纳空间增大，辽西凹陷内部形成大的深洼，大量的沉积物从西部源区进入凹陷内。SQd2时期在西部缓坡带上形成一系列辫状河三角洲朵体，向凹陷内部延伸不远，主要以湖相沉积为主。由于古地貌、区域构造运动的影响，整个盆地向东部倾斜对沉积体系的控制较为明显，辫状河三角洲规模增大并向着东部延伸，沉积物流入湖盆，湖盆不断萎缩，湖泊相逐渐缩小。SQd1时期，在继承早期的沉积背景下，丰富的物源供给，稳定的充填作用，可容纳空间减少，西侧水系作用下发育的辫状河三角洲越过辽西低凸起向东部继续展布，洼陷带和凸起带的湖泊沉积相基本消失(图8)。该模式证实了远源砂体并不全都来源于长轴方向的曲流河三角洲，也有可能为近源辫状河三角洲沉积，这对类似的陆相断陷盆地构造单元内砂体分布与朔源、沉积相演化和储层预测都具有重要意义。

6 结 论

a.辽西凹陷南洼东二段时期主要发育辫状河三角洲和湖泊这2种相类型。东二下亚段时期在缓坡带主要发育辫状河三角洲体系，在洼陷带和凸起带发育滨浅湖、深湖—半深湖亚相。东二上亚段时期，广泛发育了辫状河三角洲沉积体系。

b.在东二段共识别2个Ⅲ级层序界面，其中东二下亚段为SQd1，东二上亚段和东一段组合为SQd2。层序地层合理配置控制了砂体充填和沉积体系的发育和展布。

c.通过解释辽西凹陷南洼东二段时期的沉积分布和演化特征，建立了盆满溢砂沉积充填模式。该模式为类似的陆相断陷盆地盆外供砂来源分析、盆内砂体富集展布因素及不同构造单元内的砂体特征对比、古地貌恢复等研究提供参考；而砂体作为油气的主要储集层，它的富集和展布特征对油气的储存有重要的指示作用，为今后的勘探部署提供更为准确的依据。

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