沿岸流控湖泊三角洲沉积演化特征研究

邱隆伟，白立科，杨勇强，葛 君，韩晓彤

(1.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580； 2.海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东 青岛 266071； 3.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257077)

0 引 言

对于三角洲的分类方案，多数学者采用Galloway所提出的方案——根据河流、波浪和潮汐作用的相对强弱，将三角洲分为河控三角洲、潮控三角洲以及浪控三角洲的分类方案[1]。Fisk通过对密西西比鸟足状三角洲的研究将河控三角洲分为深水型及浅水型2种类型[2]。目前，对于湖盆三角洲，国内学者对其不同类型划分、沉积特征研究、沉积模式和砂体充填模式的建立均有了重要研究进展[3-7]，如邱隆伟根据成因及形态，将湖盆三角洲分为河控-水位控三角洲、浪控三角洲、湖流控三角洲以及过渡类型三角洲，且认为湖流作用是决定湖泊三角洲形态及砂体分布的重要因素之一[8]。实际上，虽然近年来许多学者对湖泊三角洲研究发现沿岸流是湖泊三角洲形成中不容忽视的控制因素之一[9-11]，在形态上具有明显特征，如宋春晖等认为强大的风浪作用产生的沿岸流及波浪限制了青海湖哈尔盖河三角洲的入湖伸展[12]，但关于沿岸流对湖泊三角洲的发育及演化规律的具体控制作用和识别特征还鲜有报道，也未见沿岸流对不同沉积背景下湖泊三角洲的改造作用进行总结。

不同学者对于孤北洼陷沉积研究方面比较成熟，如史文东等认为沙三段西部陡坡带与南部缓坡带均发育扇三角洲，南部较为发育，且可划分为退积型、进积型、陡坡型和缓坡型4种[13]。实际上，对于湖盆缓坡带三角洲的发育，波浪及沿岸流对于三角洲沉积相带展布以及砂体发育有着重要作用，不仅在平面形态对其进行改造，垂向上还影响着其内部砂体发育演化及连续性，进而影响有利储层的发育规模。通过岩心观察、粒度、测井、录井以及地震等资料，对沾化凹陷孤北洼陷沙二—沙三中亚段南部三角洲发育演化及沉积地层进行系统分析，认为该区南部缓坡带主要发育沿岸流控湖泊三角洲。研究结果对于提高三角洲有利区带识别及划分具有重要意义，也可为孤北洼陷下一步勘探提供新的认识。

1 地质概况

孤北洼陷位于渤海湾盆地东南部济阳坳陷内沾化凹陷东北部，北部与埕北断层及桩西潜山相接，西以埕东断层和埕子口凸起相邻，东以长堤断层与长堤潜山相邻，向南以孤北断层与孤岛凸起相接，西南方以孤西断层与渤南洼陷相连，呈半地堑形态，是中生代区域构造背景下经历燕山运动和喜马拉雅运动而发育的新生代断陷湖盆[13-15]。孤北洼陷受控于埕东、桩西、五号桩-长堤断裂带，其北缘、东缘、西缘均为陡坡断阶带，南部则为一个大型缓坡断阶带，中部存在一个中央低凸起(鼻状构造带)，总体呈现为马蹄形的断洼，具有北断南超的特征[16]，南部缓坡带沉积体系和相带发育受多条次级断裂控制(图1)。

孤北洼陷已钻穿部分中生界、沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组和平原组等地层[17]。此次研究的主要层段为沙二—沙三中亚段地层。在孔店组—沙四段快速充填沉积之后，末期出露地表经过长期剥蚀，孤北洼陷作为一个稳定内陆湖泊已经形成。古近系整个沾化凹陷水体分布范围广，总体为稳定的深湖相沉积，而沙三段沉积期发生大幅度沉降，北东向构造活动强烈，在沙四段浅湖沉积的背景上快速沉降形成湖盆深化沉积，从而形成了具有3期旋回的沙三段地层，包括沙三下亚段、沙三中亚段以及沙三上亚段，与下伏沙四段为不整合接触，与上覆沙二段为冲刷或不整合接触[18]。总体上，沙三段沉积时期，孤北洼陷整体构造活动稳定，且受孤北断层构造转化带及内部次级断裂的影响，为盆内主要充填时期，物源供给充足[4]。结合测录井资料，根据地震剖面中强反射振幅，将沙二—沙三中亚段总体分为1、2+3、4、5+6砂层组及7砂层组，各砂层组内部较为连续，沙三下亚段多为泥岩段[19]，且2+3、5+6砂层组受沿岸流改造最为明显，湖盆构造稳定，波浪作用较为强烈，物源供给充足，处于湖盆充填阶段。经研究，孤西断层、五号桩-长堤断裂带是活动最早的控凹断层，而由于NE向压应力和NW向张应力的增强，NW向断层活动性降低，埕东断层和孤北断层在沙三段沉积期活动强度增大[4,20]，逐渐成为该区控盆断层，湖盆经历构造反转之后的湖平面上升及沉积充填阶段，并且这种周边及内部断裂发育在时空上的差异，也导致不同时期洼陷内部沉积体系发育及沉积充填的不均一性。

2 三角洲沉积特征

对孤北洼陷南部缓坡带Z391、Z394、Z399等9口井的岩心观察及粒度特征进行分析，并结合测井曲线特征及地震属性认为，孤北洼陷沙二段—沙三中亚段南部三角洲相主要发育三角洲平原、三角洲前缘及前三角洲亚相，并以三角洲前缘亚相最为发育。

图1 孤北洼陷研究区及构造位置(据文献[13]修改)

2.1 三角洲平原亚相

三角洲平原亚相在研究区发育规模较小，靠近南部孤北断层物源区，主要由分流河道、分流河道间以及泛滥平原微相组成，牵引流特征明显。分流河道微相岩性以杂色砂岩及少量砾岩为主，粒度较粗，砂泥比高，分选性较好，测井曲线以钟型或齿化箱型为主；分流河道间及泛滥平原微相主要以褐色泥岩及粉砂岩沉积为主。分流河道微相沉积构造主要发育槽状或板状交错层理，分流河道间及泛滥平原微相则以平行层理以及块状层理为主。

2.2 三角洲前缘亚相

三角洲前缘亚相为研究区三角洲沉积砂体主要储集相带，发育规模较大，研究区东部沙三段中期Z394、Z392、Z942等井以厚层砂岩沉积为主，测井曲线响应特征明显；而西部Z390、Z395等井缺失砂岩沉积，以半深湖—深湖相泥岩为主；北部Z26、Z898井及Z397井同样砂质含量较少，且沙三段沉积末期变化不大。该亚相主要发育水下分流河道以及河口坝微相，岩性主要以细砂岩及粉砂岩为主，粒度较细，分选较好，常见碳质纹层，受波浪作用影响明显，尤其以Z394井沙二段—沙三段中期厚层砂岩沉积为主，普遍发育浪成波痕及波状交错层理，并且出现滑塌变形构造、泥岩撕裂屑等沉积构造(图2)。

三角洲前缘亚相以河口坝微相发育分布范围较广为特征，岩性主要以粒度较细的灰色、灰白色、暗红色细砂岩及粉砂岩组成，厚度相对较大，偶见泥砾和砾石，呈反粒序或复合粒序特征，且受波浪改造作用明显，常含炭屑及泥砾，沉积构造主要发育浪成交错层理、波状复合层理、平行层理以及滑塌变形构造，测井曲线以漏斗形或箱形特征为主。水下分流河道微相以含砾中砂岩、细砂岩为主，主要为正粒序，底部具有明显的冲刷构造，且偶见泥砾及细砾沉积，测井曲线呈中幅钟形。席状砂微相分布较少，粒度较细，局部可见远砂坝以及支流间湾微相。

图2 孤北洼陷南部缓坡带沙二—沙三中亚段主要沉积构造

三角洲前缘亚相粒度概率曲线可分为低斜两段式、中高斜两段式和冲洗三段式3种类型。

(1)低斜两段式：特点为跳跃次总体直线斜率相对较小，与悬浮次总体直线截点变化范围不大，交截点ø值在1.0左右。跳跃次总体含量为10%～50%，悬浮次总体含量为50%～85%，曲线斜率不高，分选中等。此类粒度特征主要指示滩坝沉积或者三角洲前缘河口坝沉积。

(2)中高斜两段式：是由代表跳跃次总体的直线段和代表悬浮次总体的直线段组成，曲线斜率较高，分选较好，交截点ø值在0.8左右。跳跃次总体含量变化较大，含量为20%～80%，对应悬浮次总体含量变化幅度较大。此类粒度特征主要指示三角洲前缘水下分流河道沉积。

(3)冲洗三段式：即具冲刷回流点的多段式，在粒度概率曲线上表现为由多个斜率差距很小的跳跃次总体和一个悬浮次总体组成，一般2个跳跃次总体的含量约在80%左右，斜率较高，分选较好，通常含2个跳跃次总体之间的交截点为冲刷回流点。研究区此种粒度概率曲线反映浅水环境下，多方位水流对沉积物进行多次冲刷改造，受物源供给影响，可指示砂泥混合坪的沉积环境。

2.3 前三角洲亚相

前三角洲亚相发育规模较为局限，岩性以深色泥岩、泥质粉砂岩为主，沉积构造发育不明显，偶见平行层理及砂泥薄互层，局部可见滑塌砂体沉积。

3 沿岸流控湖泊三角洲相带发育特征

3.1 沿岸流改造特点

3.1.1 波浪改造特征明显

通过对研究区取心井段的岩心观察、粒度分析测试以及测井相的分析，南部缓坡带三角洲前缘具有明显的湖浪改造特征。研究区2砂层组至5砂层组沉积期为湖盆主要沉积充填时期，三角洲前缘河口坝相明显呈侧向堆积，横向连续性较好，可形成似沿岸砂坝，以较厚的细砂岩、粉砂岩沉积为沉积特征，夹有少量的泥岩条带及泥岩、粉砂岩薄互层；垂向上表现为河口砂坝与水下分流河道的多期叠置，受沿岸流作用改造常发育较厚的分选较好的细砂—中砂岩，整体以复合韵律为主；测井曲线以齿化箱形或钟箱形为主；厚层砂岩中常发育有大量以波浪作用为主的沉积构造，如浪成交错层理及波状复合层理(图2)；前缘中部及东北部泥岩撕裂屑及泥砾的存在反映出波浪对于水下分流河道以及河口砂坝砂体进行强烈冲刷改造；顺物源前缘前端粒度概率曲线以低斜两段式及冲洗两段式为主，东北部偏离物源方向则以低斜两段式及中高斜两段式为主，河口砂坝及水下分流河道亚相受波浪改造影响，跳跃组分及悬移组分含量变化较大，细截点范围较大；前缘前端低斜两段式及冲洗两段式主要出现在滩坝沉积，同样指示了水动力条件复杂，水流多期改造及湖平面的频繁变化。

3.1.2 前缘砂体侧向迁移

在沙三段中晚期，随着孤北断层活动强度增加，物源供给系统改变，对于孤北洼陷独特的构造形态，南部缓坡三角洲显示出横向发育面积扩大的趋势。

赵国祥等通过对庙西南凸起馆陶组浅水三角洲研究发现，对于缓坡浅水三角洲而言，物源供给充足对于大面积浅水三角洲的形成有决定性作用[21]。但研究区水动力条件相对于之前的认知可能更为复杂，因其受到湖流强烈的改造作用影响，三角洲沉积物由河流搬运沉积下来或沉积过程中受到湖流侵蚀冲刷改造，继续往湖流方向延伸形成似沿岸砂坝而难以继续沿物源方向生长发育，导致其虽受古物源供给影响，但在沙二—沙三中时期三角洲前缘亚相纵向发育变化不大。研究区各砂层组连井剖面及平面相对比显示(图3、4)，沙三段晚期至沙二段沉积期，三角洲砂体向湖盆延伸距离较小，但横向砂体侧向迁移现象明显。

图3 孤北洼陷Z399—Zx792井连井剖面

3.2 沉积演化分析

对孤北洼陷湖盆演化的整体分析结果表明，孤北洼陷经历了从湖侵到高位体系域的演化过程，边界断层的活动性控制了湖盆内部的物源供给体系，构造活动强度、湖水位变化使得可容空间增加速率由快变缓，鼻状构造带及南部缓坡控制了三角洲体系发育的位置。古构造环境、古物源及古水深与三角洲体系的发育密切相关，而湖浪作用成为三角洲沉积体系后期形态改造的关键因素。

沙三中亚段时期，湖盆在经历了沙三下亚段时期湖盆强烈裂陷期，湖水位上升速率开始变缓，沉降速率下降，物源供给充足，可容空间上升缓慢，三角洲沉积体系发育不断向湖盆方向推进，但受湖盆内部湖流(沿岸流)或波浪作用影响越来越明显，自沙三上亚段各砂层组砂体均表现出向湖内推进距离有限或受到抑制，而有向东或东北部发育的趋势。河口坝及分流河道微相较为发育，且沿湖流方向发育似沿岸沙坝沉积，已具有明显的“斜前缘”特征。湖盆整体处于物源供给与可容空间平衡补偿阶段。

直至沙二段沉积期，三角洲沉积体系仍以前缘亚相最为发育，各砂层组顺物源方向及横向发育迅速，横向展布面积逐步扩大。到沙二段晚期，继续受到物源体系影响，湖盆整体处于过补偿阶段，盆内沉积物以进积、加积充填为主。但三角洲沉积体系推进距离变化很小，“斜前缘”特征依然明显，湖流(沿岸流)或波浪作用对三角洲前缘发育依然存在强烈的改造作用，使得三角洲难以顺物源方向继续生长，而砂体具有明显沿湖流方向的侧向迁移加积趋势，垂向上前缘亚相沿湖流方向以厚层砂岩沉积为主，沿岸砂坝发育趋于明显，逐渐形成一种不对称三角洲发育形态(图5)。

图4 孤北洼陷南部缓坡带沙二—沙三中亚段2+3砂层组沉积相

图5 沿岸流控湖泊三角洲演化模式

4 讨论与思考

沿岸流控三角洲与浪控、河控三角洲在沉积相带发育以及砂体演化等方面有很多不同之处。基于形态上明显受沿岸流冲刷改造的三角洲沉积演化特征，可将孤北洼陷南部沙二—沙三中亚段三角洲沉积概括为沿岸流控三角洲。研究结果一方面对于古地貌的恢复以及湖泊三角洲沉积动力机制研究具有重要意义，在湖盆缓坡带物源体系供给充足的背景下，湖流及沿岸流的强烈作用成为使得湖相三角洲演化具有特殊性的重要因素；另一方面，在中国大部分油田已进入探明程度达70%以上的中、晚期阶段背景下，为寻找新的勘探重点提出了新的思路。

对于湖泊三角洲的研究虽日益深入，但从成因角度探讨湖泊三角洲的成因类型仍为研究的重点之一，从而完善三角洲沉积演化控制因素的认识，更好地指导进一步的勘探。湖流作用是使得湖盆三角洲沉积物再分配的主控因素之一，三角洲前缘席状砂、侧缘沙嘴等都是波浪作用对三角洲体系沉积物改造的结果。Gregers Dam等人就曾对三角洲前缘砂体改造进行详细分析，结合典型沉积构造及岩相研究认为，三角洲前缘砂体的沿岸分布受到多种沿岸流体的影响[22]；Ida Lønne等人通过分析指出，波浪作用可以使得砂体迁移造成在物源供给条件相对较弱的背景下三角洲前缘的加积，沿岸流作用使得扇缘砂体横向展布及迁移[23]。国内外学者在对于古地貌研究的同时，逐渐重视对于古气候、古风向以及古水流作用等多方面因素的考虑[10]。然而对于湖泊三角洲沉积体系，直接引用海相三角洲成因理论体系可能不太适当，但在湖泊动力体系中，同样会由于风浪的作用而产生强大的湖流，使得湖盆内湖流作用以及古地貌的恢复更加复杂化[10-11,24-25]。因此，在古地貌、古水深及古物源联合控制湖泊三角洲沉积体系演化的同时，沿岸流等湖流作用成为湖泊三角洲演化改造的重要因素之一，而对于湖流及沿岸流的环流模式及动力学机制仍需进一步深入研究。

5 结 论

(1) 研究区南部缓坡带在稳定的构造环境，物源条件充足，地形坡度较缓的背景下，经历了湖水位由快速上升到缓慢趋于稳定的过程，发育大面积三角洲沉积，其沉积特征以发育大量浪成沉积构造为主，三角洲前缘亚相砂体明显有偏离物源方向，侧向迁移沉积等特点。

(2) 物源供给充足的条件下，三角洲沉积向湖盆延伸受到强烈的沿岸流作用冲刷改造，难以继续沿物源方向发育进积或者加积砂体；而在斜交三角洲入湖方向的沿岸流作用对沉积物改造的情况下，使得三角洲前缘亚相发育似沿岸沙坝沉积，具有“斜前缘”的特征，同时成为砂体横向变化较快且变化越来越复杂的原因，可总结为沿岸流控湖泊三角洲系统沉积。