济阳坳陷车镇凹陷沙河街组三段沉积充填样式及断裂坡折带的控制作用

刘丽军 (北京温菲尔德石油技术开发有限公司, 北京 100083)

林畅松 (中国地质大学(北京)海洋学院, 北京 100083)

盆地沉积充填的特征、沉积分散体系的样式及其控制因素是沉积盆地分析的一项重要内容[1]。近二十年来，构造坡折带(或断裂坡折带)对断陷盆地层序分析、沉积砂体的分布和控制作用一直是国内外的研究热点[2]。这一重要概念被广泛用于我国东部中、新生代断陷盆地的研究并取得长足进展，大量研究结果表明，断裂坡折带对断陷盆地内沉积体系的发育和砂体充填分布起重要的控制作用[3～9]。近年来兴起的对断陷湖盆进行“源-汇”过程和沉积体系的研究，更验证了断裂坡折带对盆地沉积物沉积充填样式具有的主控作用[10,11]。

车镇凹陷是渤海湾盆地济阳坳陷西北部的一典型箕状断陷半地堑盆地。经过50余年的勘探开发，迄今已发现了数十个油田和多套含油气层系，富含油气资源，具有广阔的勘探前景[12～15]。但因该凹陷长期复杂的构造活动和“S”形古地貌恢复的难度，导致对凹陷内沉积体系的配置样式、储集砂体分布规律及其控制因素认识不清，仍有许多需探讨之处[16～19]，对有利油气富集区预测的难度也制约了进一步的油气勘探工作。笔者在总结前人研究成果的基础上，综合利用地震、钻井、岩心资料，应用层序地层和构造沉积学的理论与方法，引入“构造坡折带”的概念和分析方法，对盆内古近系沙河街组三段(以下简称沙三段)进行深入剖析，阐明了沉积充填样式的分布规律，分析了断裂坡折带对沉积充填样式的控制作用，以期为进一步油气有利聚集区带的预测提供参考。

1 地质背景

济阳坳陷的形成演化主要受燕山期残留盆地逆冲-褶皱基底、郯庐、兰聊走滑构造体系的活动，以及深部地幔物质上涌和迁移等因素的控制，经历了前古近纪叠合盆地阶段、古近纪断裂阶段和新近纪拗陷阶段。车镇凹陷是济阳坳陷北部的一个次级凹陷，构造演化与济阳坳陷相似。车镇凹陷是在改造前新生代构造格局的基础上发育起来的，其基底经过地台前的太古代阶段、元古-中生代早期的地台阶段和中生代晚期的断陷阶段，基底断裂对凹陷形成起到了明显控制作用。古近纪时期，车镇凹陷的构造演化主要经历了早古新世-早始新世初始断陷、强烈断陷、断陷晚期3个阶段，此期间断裂活动最为强烈，基底断层控制着该凹陷“隆洼相间”的复杂沉积构造格局。

车镇凹陷整体走向为东西向，呈狭长“S”形，为一北陡南缓、北断南超的半地堑断陷湖盆，面积约2400km2。凹陷自西向东可划分为车西洼陷、车中大王北洼陷和车东郭局子洼陷3个次级洼陷，其间为次级洼间低凸起带所分隔。自南向北可划为南部缓坡带、中央洼陷带和北部陡坡带3个次级构造单元。四周为无隶凸起、庆云凸起、埕子口凸起和义和庄凸起所包围(见图1)。钻井资料揭示，凹陷自下而上发育古近系始新统沙河街组和渐新统沙河街组二段至东营组，厚1000～2000m，以陆源碎屑岩沉积为主，不整合于白垩系或前白垩系地层之上。沙河街组自下而上分为沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，主要物源来自北部埕子口凸起。凹陷北部陡坡带以粗粒砂砾岩沉积为主，南部缓坡带发育中细粒砂质沉积，凹陷中部以泥质沉积为主，洼间低凸起部位发育砂砾泥岩混杂堆积的沉积物。

2 层序地层特征

3 沉积体系和充填样式

车镇凹陷在沙三段沉积期构造活动最强烈，不同部位沉积体系配置不同。综合分析表明，凹陷北部陡坡带发育形成扇三角洲-滨浅湖-半深湖-湖底扇沉积体系，凹陷南部缓坡带发育形成河流三角洲、湖底扇和湖泊相。

3.1 扇三角洲

扇三角洲沉积发育于沙三下亚段沉积期，在北部陡坡带沿埕南大断层下降盘呈裙带状展布，可分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲3个亚相。扇三角洲平原亚相靠近埕南大断层近端，搬运距离短，堆积速度快，以厚层砂砾岩沉积为主，分选磨圆较差，地震上为典型杂乱反射，呈楔状。扇三角洲前缘沉积由扇三角洲沉积物在水流和重力作用下向湖心前积推进形成，地震上为前积反射，同相轴连续性稍好，以中细粒砂质沉积为主。前扇三角洲沉积位于扇三角洲前缘向湖中心前方，为暗色泥岩沉积，与湖相泥页岩交互，地震上为平行反射，同相轴连续性较好。总体上扇三角洲沉积从盆缘向盆心推进，由杂乱反射渐变为平行反射结构，连续性变好(见图4)。

3.2 河流三角洲

河流三角洲沉积主要在分布于南部缓坡带凸起带，以Sq1沉积期尤为发育。可分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲3个亚相，以三角洲前缘亚相沉积为主体，进一步可细分出水下分支河道、前缘席状砂和支流间湾等微相。水下分支河道微相主要由灰白色中细砂岩及粉细砂岩组成，垂向上呈现下粗上细的正旋回沉积序列，自然电位曲线以钟形为主。席状砂多由泥质粉砂岩组成，厚度较薄，自然电位曲线呈低幅度微齿化状(见图5)。

3.3 湖底扇

湖底扇沉积是指重力流搬运粗碎屑沉积物进入湖底所形成的湖底浊积扇沉积，发育于沙三下亚段沉积时期，主要分布在车西洼陷、大王庄洼陷和郭局子洼陷的边缘带和湖心中央洼陷地带。地震反射特征为丘形双向底超反射结构，内部杂乱充填，呈朵状或扇状夹于湖相泥岩沉积中。发育砂砾岩泥混杂堆积体、中细粒块状或发育递变层理砂岩，偶见大块泥砾(见图6)。

3.4 湖泊

研究区湖泊相沉积分布于湖盆中心，主要发育滨浅湖-半深湖亚相和深湖亚相，滨浅湖-半深湖亚相以细粒粉砂质泥岩和泥岩沉积为主。地震反射特征为亚平行-平行反射结构。深湖亚相以暗色泥岩沉积为主，地震反射特征为平行反射结构。湖盆形态受控于主断裂及古地形地貌，具有南北短东西长的特点。

笔者仅以Sq1为例再现研究区沙河街组层序格架内沙河街组沉积期沉积相的空间配置关系。Sq1时期是湖盆强烈断陷期，湖平面迅速升高，湖域面积扩大。主控断裂为埕南大断层，来自北部埕子口凸起的沉积物源向盆地注入形成扇三角洲，平面上自西向东沿断层下降盘堆积呈裙带状分布在陡坡边缘。南部缓坡带发育河流三角洲沉积，以砂质沉积为主。相类型向洼陷边缘迅速相变为滨浅湖-半深湖-深湖沉积，在洼陷边缘和中央洼陷带局部发育湖底扇沉积。反映出车镇凹陷断陷湖盆在构造活动背景下，在其不同部位形成的不同沉积体系分布(见图7)。

4 断裂坡折带的主控作用

断陷盆地中的构造坡折带常表现为断裂坡折带，受控于同沉积断裂的活动和展布，对盆地充填的可容纳空间和沉积作用产生重要影响，制约着盆地沉积体系分布。研究表明，车镇凹陷内可划出南部缓坡-洼陷边缘、洼陷边缘-中央洼陷带和洼陷边缘-北部陡坡带等断裂坡折带样式。沙三段断裂坡折带对沉积砂体的分布起到主控作用。

4.1 北部陡坡带的二级断裂坡折带

北部陡坡带发育2个同沉积断阶：一级断阶为控制盆缘边界的埕南大断裂，二级断阶靠近盆内侧分布。北部埕子口凸起为主物源方向，大量粗碎屑物越过埕子口凸起在埕南大断裂下降盘一侧堆积形成扇三角洲近端粗粒沉积，砾岩体沿盆缘陡坡带发育。二级断阶位于洼陷边缘带，靠盆内侧，沿下降盘分布。扇三角洲的扇中-扇远端部分和湖底扇沉积，以砂岩沉积为主。湖盆中央洼陷带过渡为半深湖-深湖泥质沉积(见图8)。

4.2 南部缓坡带-洼陷边缘的断裂坡折带

在洼陷边缘断裂坡折带，南部缓坡带发育规模及活动性小的二级断阶。义和庄北部凸起的碎屑物质先在凸起边缘一级断裂下降盘局部形成沉积中心，砂体厚度较薄。陆源碎屑经再搬运至二级坡折带下降盘堆积，形成洼陷边缘沉积中心。沿二级断裂坡折带以加厚三角洲前缘亚相带和湖底扇堆积为主。洼陷边缘断裂坡折带控制着三角洲前缘、湖底扇的总体展布。

研究车镇凹陷沙河街组沙三段沉积体系分布对其油气聚集成藏有重要指示意义，有利的沉积相带是油气运移聚集的有利载体。车镇凹陷发育的各级断裂坡折带是砂岩油气藏聚集形成的极有利地带。在北部陡坡带和南部缓坡带的断裂坡折带附近，沉积砂体沿断层下降盘加厚；同沉积断裂构成重要油气通道，易造成侧向岩性封堵，形成有利断层封闭。缓坡或陡坡带断裂坡折带均为砂岩油气藏易形成部位。

北部陡坡带一级断阶控制扇三角洲近端厚层砂砾岩体，但粒度粗，分选差，成熟度低，储集性能差。而二级断阶控制的扇三角洲前缘带和前三角洲浊积扇或湖底扇沉积经过再次搬运，沉积分异相对明显，分选磨圆均较好，成熟度较高，形成物性较好的砂岩储集体。缓坡洼陷边缘断裂坡折带砂体储集性能良好。断裂坡折带上倾方向多发育下切水道充填砂岩体，而下倾方向常发育厚层三角洲前缘砂体或湖底扇沉积砂体。因此，陡坡和缓坡洼陷边缘断裂坡折带应是盆内油气预测勘探的重要区域(见图9)。

另外，断裂坡折带对砂体展布的控制作用是结合湖平面的升降变化实现的。湖平面相对高低的变化也是影响充填样式及沉积体系类型的重要因素之一。断陷湖盆演化过程中的幕式构造活动会导致湖平面频繁的升降。北部陡坡带从扇三角洲沉积-湖底扇、南部缓坡带从河流三角洲沉积-滨浅湖-半深湖沉积的演化，是湖平面升降和古水深变化的结果。综合分析认为，断裂坡折带的作用在控砂机制和沉积充填中占主导地位。

5 结论与认识

1)对车镇凹陷沙河街组沙三段进行三级层序地层层序和沉积体系的研究表明，沙河街组划分为3个二级层序、6个三级层序。沙三段发育扇三角洲、河流三角洲、湖底扇、湖泊相等四种沉积相类型，它们具有不同的地质-地球物理响应特征。在平面上，河流三角洲主要分布于凹陷南部缓坡带，扇三角洲沿北部埕南大断层陡坡带下降盘分布，湖泊相见于中央洼陷带，在洼陷边缘带及中央洼陷带局部有湖底扇沉积。

2)研究区构造格局自北向南划分为北部陡坡断裂带、中央洼陷带、南部缓坡带和南部凸起带。凹陷不同部位形成了不同的断裂坡折带，可划分出南部缓坡-洼陷边缘、洼陷边缘-中央洼陷带和洼陷边缘-北部陡坡带等断裂坡折带样式；一级断阶为控制盆缘边界的埕南大断裂，二级断阶靠近盆内侧的洼陷边缘分布。

3)沙河街组沙三段沉积体系分布及空间配置主要受控于凹陷同沉积断裂坡折带样式。埕南大断裂控制着扇三角洲近端粗碎屑物沉积，洼陷边缘断裂坡折带控制扇三角洲前缘砂体和湖底扇；南部缓坡断裂坡折带控制河流三角洲和湖底扇发育。扇三角洲前缘砂体、河流三角洲前缘砂体和湖底扇砂体具有良好的储集物性，为有利油气储集发育带，为研究区古近系富油气储层预测提供依据。