歧口凹陷板桥—滨海地区沙二段沉积体系展布特征及成藏效应

郑斯赫， 韩国猛， 汪晓敏， 陈长伟， 王锦程， 付东立， 王 旭

( 1. 成都理工大学 沉积地质研究院，四川 成都 610059； 2. 中国石油大港油田分公司，天津 300280； 3. 中国石油山西煤层气勘探开发分公司，山西 长治 046000 )

0 引言

陆相断陷盆地是中国东部重要的含油气盆地类型，具有盆地规模小、多物源充注、古地貌与沉积体系类型多样的特点[1-2]。时间上，断陷盆地构造演化阶段主要包括初始断陷期、断层相互作用与连接期、强烈断陷期、断陷衰退期[3-6]；空间上，受控盆断层的差异活动影响，形成陡坡带、缓坡带等古地貌类型，不同组合形式使盆地呈双断中隆型、地堑型、不对称地堑型等盆地结构特征[7]。陆相断陷盆地的沉积体系类型主要包括扇三角洲、近岸水下扇、辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖泊等，受构造古地貌的影响，空间上呈一定的分布规律，如陡坡带一般发育近岸水下扇、扇三角洲，缓坡带一般发育辫状河三角洲、曲流河三角洲[8-9]。由于陆相断陷盆地构造复杂、沉积体系类型多样，储层预测难度相对较大。

歧口凹陷是渤海湾盆地黄骅坳陷的两个富油气凹陷之一[10]，位于歧口凹陷西部的板桥—滨海地区油气勘探主要集中于古近系沙河街组，分别是沙一段碳酸盐沉积体系及沙三段碎屑岩沉积体系，沙二段厚度相对较薄，开展的研究相对较少[11-13]。沙二段沉积期，研究区存在西部沧县隆起、北部燕山隆起及盆内港西凸起等潜在物源区[14-15]，有利于形成规模较大的砂体，具有良好的油气勘探前景。

以岐口凹陷板桥—滨海地区沙二段为例，笔者利用岩心观察、测录井等资料，结合轻重矿物特征、砂地比统计数据等，分析研究区沉积体系类型，厘定沙二段沉积期物源体系，明确沉积体系展布特征并探讨成藏效应，为岐口凹陷板桥—滨海地区油气勘探提供基础地质资料。

1 地质背景

板桥—滨海地区包括歧口凹陷、板桥凹陷、歧北支凹3个负向单元(见图1)，北侧以新港—海河断层为界与海河次凸相接，海河次凸在沙二段沉积期与燕山褶皱带相连，西北和西南分别紧挨沧县隆起和港西凸起(北大港凸起)[16-19]。目前，发现新近系明化镇组、馆陶组，古近系东营组、沙河街组一段上亚段(沙一上亚段)、沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)、沙河街组二段(沙二段)、沙河街组三段(沙三段)7套含油气层系。板桥—滨海地区沙二段厚度最大为820 m，岩性以灰白色砂砾岩、泥岩为主，砂泥岩呈薄互层状。沙二段沉积期，气候干燥，代表干燥气候的麻黄粉属连续大量出现[20-21]，湖盆水体浅，钙质层发育，常以低电阻泥岩段的钙质层集中段、正旋回砂组底作为沙二段底界。

图1 渤海湾盆地板桥—滨海地区构造位置及地层特征(据文献[20]修改)

2 物源体系分析

收集47口井324块样品岩石薄片资料、57口井576块样品重矿物资料，以及98口井的砂地比统计数据，选取典型井的数据研究板桥—滨海地区的物源体系。

2.1 轻矿物特征

根据轻矿物特征，可以厘定板桥—滨海地区在沙二段沉积期存在三大物源方向，分别为北部燕山隆起物源、西部沧县隆起物源和南部港西凸起物源(见表1、图2)。

表1 板桥—滨海地区沙二段轻矿物体积分数

图2 板桥—滨海地区沙二段岩屑体积分数三角图

北部燕山隆起物源岩屑整体以岩浆岩岩屑为主，占岩屑体积分数的80%以上；还含有少量的沉积岩岩屑，占岩屑体积分数的10%左右。西部沧县隆起物源岩屑特征总体以岩浆岩岩屑为主，含少量的沉积岩和变质岩岩屑，岩浆岩岩屑体积分数占岩屑体积分数的60%以上，沉积岩和变质岩岩屑体积分数占岩屑体积分数的15%左右。南部港西凸起物源与燕山隆起、沧县隆起物源相比岩浆岩岩屑体积分数明显降低，沉积岩和变质岩岩屑体积分数明显增加，其中岩浆岩岩屑体积分数占岩屑体积分数的40%～51%，沉积岩岩屑体积分数占岩屑体积分数的20%～40%，变质岩岩屑体积分数占岩屑体积分数的14%～25%(见表1、图2)。

2.2 重矿物特征

根据锆石、金红石、电气石、石榴石、白钛矿、锐钛矿、磁铁矿等主要重矿物成分，分析北部燕山隆起、西部沧县隆起和西南部港西凸起物源体系(见表2)。

北部燕山隆起物源重矿物特征显示锆石、白钛矿、石榴石和锐钛矿体积分数占明显优势，含少量的金红石，其中锆石体积分数占比超过50%，白钛矿体积分数占比在15%～20%之间，石榴石和锐钛矿体积分数占比介于5%～15%。西部沧县隆起物源重矿物特征总体表现为锆石和石榴石体积分数占明显优势，含极少量的金红石与磁铁矿，其中锆石体积分数占比在30%～80%之间，石榴石体积分数占比在15%～40%之间，金红石与磁铁矿体积分数占比一般不超过5%。南部港西凸起物源重矿物特征与西部沧县隆起物源具有相似的优势矿物组合，但石榴石体积分数占比明显高于锆石的，其中石榴石体积分数占比为45%～55%，锆石体积分数占比为20%～30%；此外，磁铁矿、金红石、电气石、锐钛矿及白钛矿的体积分数占比一般小于5%(见表2)。

表2 板桥—滨海地区沙二段重矿物体积分数

2.3 砂地比

板桥—滨海地区沙二段沉积期湖盆范围较小，港西凸起出露，与沧县隆起连为一片。该时期北部燕山隆起物源与西部沧县隆起物源砂体波及范围广，南部港西凸起物源波及范围相对较小(见图3)。

北部燕山隆起物源砂体向南延伸范围广，呈北东—南西向展布，最远延伸至Bins1井附近，砂地比主要在30%以上，砂地比为20%～30%的地区范围较小。西部沧县隆起物源砂体相对较小，砂地比相对较高，一般超过40%，向东砂地比逐渐变小，在Bs20—Gs6井一带出现低值区，砂地比小于20%。南部港西凸起物源砂体最不发育，分布范围最小，砂地比介于40%～60%，呈东西向展布。

图3 板桥—滨海地区沙二段砂地比等值线

3 沉积体系类型

板桥—滨海地区沙二段识别辫状河三角洲、扇三角洲及湖泊3种沉积相类型，划分为辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘、扇三角洲平原、扇三角洲前缘、滨浅湖、半深湖6种沉积亚相类型。

3.1 辫状河三角洲

辫状河三角洲是由辫状河体系前积到停滞水体形成的富含砂和砾石的三角洲，介于粗粒扇三角洲与细粒曲流河三角洲之间的、一种具有独特属性的三角洲。辫状河三角洲是研究区的主要沉积相类型，发育于凹陷缓坡的滨浅湖区，划分为辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘亚相，其中前缘亚相是辫状河三角洲的主体。根据测录井和岩心资料，识别辫状河三角洲平原亚相，分流河道间沉积为氧化色的泥岩，反映水上的氧化环境，分流河道主要为厚层的砾质砂岩沉积(见图4(a))。辫状河三角洲前缘亚相识别水下分流河道、分流间湾、河口坝和席状砂等沉积微相。F12井沙二段辫状河三角洲前缘主要为厚层砂岩夹薄层泥岩，沉积微相对应水下分流河道和分流间湾，水下分流河道多为块状层理、平行层理的含砾中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩沉积，单层砂岩在纵向上显示正韵律旋回特征，测井曲线呈钟形或箱形(见图4(b))。Gs39井沙二段辫状河三角洲前缘主要为薄层粉砂岩与泥岩互层，河口坝为粉砂岩沉积，岩心可见明显的波状交错层理和沙纹交错层理，测井曲线呈齿状漏斗形反旋回特征。席状砂为薄层粉砂岩，与水下分流间湾泥岩呈互层状，二者在测井曲线上显示指状特征(见图4(c))。

3.2 扇三角洲

扇三角洲是由冲积扇直接从紧邻高地进入稳定水体而形成的富含砾石的扇状沉积[22]，主要发育于活动断裂形成的湖盆陡岸区，背靠物源区，相对近岸水下扇，扇三角洲具有延伸距离远、扇体规模大、砂层厚度大、砂地比高、砂泥分异较好等特点。扇三角洲由水上扇三角洲平原及水下扇三角洲前缘组成。扇三角洲平原以厚层砾岩及含砾不等粒砂岩夹泥岩组合为特征，砾岩中砾石直径较大，最大直径约为10.0 cm，分选和磨圆较差，为分流河道沉积，泥岩颜色显示棕红色、褐色等氧化色，为分流间湾沉积，分流河道与分流间湾在纵向上叠置发育，在测井曲线上显示箱形和钟形特征(见图5)。扇三角洲前缘显示灰白色含砾砂岩—粗砂岩夹暗色泥岩的组合特征，其中含砾砂岩及粗砂岩为扇三角洲前缘水下分流河道沉积，与扇三角洲平原亚相分流河道沉积物相比，含砾砂岩中砾石直径明显变小，最大直径小于0.5 cm，磨圆明显变好，发育正粒序层理，测井曲线以箱形为主(见图5)。过Bs72井地震剖面显示楔状的外形反射特征，内部由沧东断层根部向盆内方向显示杂乱—前积反射结构，外形和内部反射特征是扇三角洲的典型特征[23](见图5)。

图4 板桥—滨海地区沙二段辫状河三角洲沉积特征

3.3 湖泊

研究区湖泊分为滨浅湖亚相和半深湖—深湖亚相。滨浅湖亚相主要为灰绿色、浅灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩(见图6(a))，发育水平层理及块状层理，浅湖泥岩总有机碳质量分数较低，为较差的烃源岩。半深湖—深湖亚相岩性主要为厚层灰黑色泥岩(见图6(b))，沉积物自然伽马曲线(GR)较高，总有机碳质量分数较高，具有较高的生烃潜力，是研究区重要的烃源岩。

图5 板桥—滨海地区Bs72井沙二段扇三角洲沉积特征

图6 板桥—滨海地区沙二段湖泊沉积特征

4 沉积体系展布特征

分析物源体系及沉积体系，明确板桥—滨海地区沙二段沉积体系展布特征(见图7)。三角洲主要分布于研究区西部和北部，主要发育于沧县隆起东侧陡坡带、燕山隆起南部和港西凸起东部缓坡带。湖泊相发育于研究区东南部。

西部陡坡带受沧东断层控制，下降盘发育两个扇三角洲，以前缘亚相为主体[24]，波及范围较大。北部燕山隆起物源通过北塘进入新港—海河断层下降盘，发育多个大规模辫状河三角洲，辫状河三角洲前缘相互交织，其中西部辫状河三角洲沿Bs67—G26—Bins1井方向向南部长距离输送砂体。研究区西南缘港西凸起为盆内凸起，沙二段沉积期与沙一、沙三段沉积期相比水体较浅，港西凸起出露而成为局部物源，港西凸起东部坡度较缓，发育辫状河三角洲，辫状河三角洲范围较小(见图7)，说明港西凸起该时期供源能力较差。不同三角洲的展布特征及位置，表明陆相断陷盆地构造古地貌特征是控制沉积体系展布的主要因素。板桥—滨海地区东部沉积相逐渐过渡为湖泊相，沙二段沉积期，气候干旱，水体咸化明显，咸化的湖泊环境有利于半深湖—深湖岩相泥页岩有机质的富集，是烃源岩发育的有利地区。

图7 板桥—滨海地区沙二段沉积体系

5 油气成藏效应

渐新世以来，受拉张和右旋扭应力的影响，研究区发育NE向的港东、唐家河、滨海及次级张性等断层，整体呈帚状排列，具有平面延伸长、断开层位深、断距大、发育时间长等特点。一系列NE向断层在长期活动的过程中表现为沙三、沙二、沙一段沉积期和明化镇组沉积末期活动强烈，形成4个突出活动期，为油气向4个层系的运移提供良好通道，探明油气主要分布于明化镇组、沙一、沙三段。根据板桥—滨海地区沙二段沉积体系展布特征，明确沙二段三角洲砂体发育面积较大，砂体被断层切割，在油源与储层之间形成良好的油气运移通道，按照“油源断裂供油，优势砂体储油，断裂砂体耦合控制富集高产”的断—砂控藏理论，断层附近沙二段砂体是油气勘探有利目标(见图8)。

图8 板桥—滨海地区油气成藏模式

板桥—滨海地区西部地区砂岩储层大面积连片发育，配合东部良好的烃源岩条件，有利于在三角洲前缘的砂泥交互发育地区形成岩性油气藏[25-26]，尤其是燕山隆起南部发育的大面积辫状河三角洲前缘砂体与湖泊相交互发育，是油气勘探的有利地区。

6 结论

(1)歧口凹陷板桥—滨海地区沙二段沉积期存在3个物源区，西部沧县隆起和北部燕山隆起为主要供源区；南部港西凸起范围较小，供源能力较弱。

(2)板桥—滨海地区沙二段发育扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3种沉积相类型。西部陡坡带发育扇三角洲，前缘亚相是扇三角洲的主体部分。燕山隆起南部和港西凸起东部缓坡带发育辫状河三角洲，其中，燕山隆起南部三角洲向盆地延伸较远。研究区东部发育湖泊相，是烃源岩发育的有利地区。

(3)断层附近沙二段砂体是油气勘探的有利目标。燕山隆起南部大面积辫状河三角洲前缘砂体与东部湖泊相泥岩交互沉积，是岩性油气藏勘探有利地区。