辽东湾坳陷东北部新近系馆陶组辫曲过渡型河流沉积特征

李晓辉，杜晓峰，官大勇，王志萍，王启明

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

河流相储层是陆相盆地中发育最广泛的碎屑岩储层类型之一，具有非常高的油气发现比例［1-3］。以渤海油田为例，河流相储层探明储量占总探明地质储量的53%，油气产量占总产量的64%［4-5］。勘探实践表明，河流类型控制着河流相储层的展布和物性特征，明确河流类型对于相关地区储层预测以及制定合理的开发方案都具有重要意义。

河流类型的划分方案较多，根据弯曲度与分岔指数，可将河流划分为顺直河（straight river）、辫状河（braided river）、曲流河（meandering river）及网状河（anastomosing river），这也是最常用的分类方案，其中曲流河与辫状河是现代沉积以及科研生产中出现频率最高的2 种河流类型［6-9］。随着各大盆地勘探程度的不断加深，勘探研究的不断精细，研究人员逐渐意识到，辫状河与曲流河作为河流不同的发育阶段时常在空间上同时存在，但二者之间并不是简单的非此即彼，曲流河与辫状河受地形地貌、物源供给、气候变化等条件的控制经常相互转换［10-11］，而且这种转换不是截然的，二者之间会存在一个兼具2 种河流类型沉积特征的过渡阶段［12］。Walker［13］在研究河道废弃过程时首先提出了过渡型河道的发育机理；Schumm［14］和Hooke［15］则通过现代沉积的观察证实了这种河流类型的存在，并将河流的这个阶段命名为“辫曲过渡型河流”。近些年，国内学者基于现代沉积及露头观察，对辫曲过渡型河流进行了研究。其中，谭程鹏等［16］在对准噶尔盆地头屯河组露头研究的基础上，建立了辫曲过渡型河流的沉积模式；李胜利等［17］研究了辫曲过渡型河流的沉积转换特征及河道废弃模式，并建立了辫曲过渡型河流的典型沉积序列。然而，国内学者对这种过渡型河流的研究仍相对较少，且相关研究缺少勘探实践的验证。

以渤海湾盆地辽东湾坳陷东北部馆陶组为研究对象，在现有研究成果的基础上，识别出辫曲过渡型河流沉积，并系统对比辫状河、辫曲过渡型河流及曲流河的沉积差异，分析辫曲过渡型河流沉积在油气勘探中的成藏优势，以期为相似地区油气勘探提供借鉴。

1 地质概况

辽东湾坳陷位于渤海海域东北部，是渤海湾盆地的一个次级构造单元，面积约2.6×104km²，坳陷内自西向东细分为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷等5 个构造单元，各单元均呈北东—南西向近平行展布，形成“三凹夹二凸”的构造格局［18-19］。新生代以来辽东湾坳陷构造演化比较复杂，先后经历了古新世至始新世早期伸展拉张裂陷阶段（裂陷Ⅰ幕，38.0～65.0 Ma）、始新世晚期盆地裂后热沉降阶段（32.8～38.0 Ma）、渐新世再次裂陷阶段（裂陷Ⅱ幕，24.6～32.8 Ma）以及新近系整体坳陷下沉阶段［20］。研究区位于辽东湾坳陷东北部（图1a），受控于构造演化及断裂活动，研究区新生界沉积有沙河街组、东营组、馆陶组和明化镇组（图1b），其中在凹陷区，新生界沙河街组二段至明化镇组直接覆盖在前新生界基底之上；凸起区新生界主要发育东营组一段和二段以及新近系，只在局部沉积有较薄的沙河街组［18，21］。

辽中凹陷北部是整个辽东湾坳陷新生代的沉积中心，特别是新近纪以来，辽中凹陷及辽东凹陷填平补齐作用明显，伴随构造沉降作用，辽东凸起逐渐消失，整个辽东湾坳陷北部地区呈现出均一化沉积的特点。研究区作为一个统一的沉积中心接受了来自胶辽隆起大量的陆源碎屑，为该区新近系沉积体系的发育提供了充足的物质基础［22］。

2 层序地层划分及沉积类型

2.1 层序地层划分

辽东湾坳陷东北部共有探井16 口，结合探井地质资料及覆盖全区的三维地震资料，以层序地层理论为指导，建立了研究区层序地层格架。其中馆陶组底部为一套厚层含砾砂岩，与东营组呈角度不整合接触，馆陶组顶部发育一套稳定的泥岩，可将其作为地层对比及层序划分的标志层。在馆陶组内部，经过井震标定和对比分析，识别出2 个可进行区域对比追踪的层序界面，自下而上分别命名为SB1 和SB2，这2 个层序界面将馆陶组划分为3个层段，自下而上分别为馆下段、馆中段和馆上段（图2a）。

2.2 沉积类型

辽东湾坳陷东北部馆下段砂岩含量相对较高，岩性组合主要为厚层砂砾岩或含砾砂岩夹薄层泥岩；测井曲线上，以箱形或下部箱形顶部钟形叠加为典型特征，整体上反映出强水动力、河流不断改道、相互冲刷叠加的沉积特征，为典型的辫状河沉积。馆上段砂岩含量相对较低，岩性组合主要为中—厚层砂岩夹中—厚层泥岩；测井曲线上，以完整的钟形为典型特征，反映出单期河道砂岩向上变细的“二元结构”，同时可见少量指形和漏斗形，反映出天然堤和决口扇的沉积相组合，综合判断为曲流河沉积［23-24］。馆中段主要发育中—薄层砂岩与中—厚层泥岩的互层；测井曲线主要为小幅度箱形、钟形和指形的叠加（图2b）。

对于馆中段的沉积体系类型，部分研究人员认为其属于辫状河沉积，也有人认为属于曲流河沉积，或者将馆中段一分为二，认为下部发育辫状河，上部发育曲流河。针对馆中段沉积体系类型认识不清的问题，此次研究以馆中段为重点层段，结合辽东湾坳陷东北部馆陶组钻井、测井、取心、岩矿及地震等资料，从现代沉积类比、构造演化趋势、岩心沉积特征和地震正演模拟4 个方面进行系统分析，认为研究区馆中段沉积体系类型主要为辫曲过渡型河流沉积。

（1）现代沉积类比

借助遥感地图软件，对我国长江上游（宜宾段）、黄河上游（银川段）、松花江、雅鲁藏布江、滦河进行了现代沉积形态学观察，发现在辫状河向曲流河演化的过程中，普遍发育兼具辫状河与曲流河沉积特征的辫曲过渡型河流（图3）。河流类型的转化是沉积旋回、地貌、地形坡度、气候、流量、含砂量、河床抗冲程度等多种因素共同影响的结果［10-11，25］，而且这些控制因素的变化并不是截然突变的，辫状河不会骤然转化成曲流河，也不存在大规模心滩沉积的突然消失和曲流河边滩沉积的突然出现。通过对现代沉积的观察也进一步证实了辫曲过渡型河流是广泛存在于辫状河与曲流河之间的沉积形式，主要发育在辫状河心滩规模和数量逐渐减小、边滩开始出现并且规模逐渐增大的阶段，此时辫状河河道开始变得弯曲，但还没有达到常规曲流河的弯曲度。

（2）构造演化趋势

辽东湾坳陷新近系处于整体沉降阶段，特别是辽中凹陷北部地区，构造沉降最明显，是辽东湾坳陷新近系的沉降和沉积中心［17］。构造沉降导致整个辽东湾坳陷在新近系的可容纳空间不断增大，基准面持续上升。同时，研究区处于物源区与区域沉降沉积中心的过渡区域，受构造和沉积旋回的控制，具有沉积体系持续顺向演化的条件，即垂向上河流相持续地从低成熟阶段（辫状河）向高成熟阶段（曲流河）演化。研究区馆下段属于辫状河沉积，馆上段属于曲流河沉积，馆中段具备发育辫曲过渡型河流的宏观地质条件。通过观察研究区内已钻井岩性组合特征后发现，馆中段在砂岩厚度、泥岩厚度以及砂地比等方面与馆下段和馆上段均具有明显差异，且存在自下而上逐渐过渡的特征，这也表明研究区馆中段具有发育辫曲过渡型河流沉积的可能。

（3）岩心沉积特征

谭程鹏等［16］、李胜利等［17］在根据露头观察和测量建立的沉积模式中，定义了辫曲过渡型河流的典型沉积序列（图4a）。通过对研究区JZ-A 井馆中段岩心进行分析和对比后发现，馆中段岩心沉积序列组合特征（图4b）与典型辫曲过渡型河流的沉积序列组合特征十分类似。馆中段岩心可见明显的河道叠加，但河道下切幅度较小，往往只有顶部被下一期河道冲刷，保留了单期河道中上部细粒沉积和下部沉积序列。具体岩相组合特征（图4c）表现为：馆中段河道底部发育冲刷面，岩性以含砾砂岩为主，底部可见砾石；河道中下部发育槽状交错层理与高角度板状交错层理组合，岩性以中—细砂岩为主，向上粒度逐渐变细，整体带有辫状河道的沉积特征；河道中上部主要发育小规模的槽状交错层理与低角度下切型板状交错层理，岩性为细—粉砂岩，局部可见粉砂岩发育，整体反映出水动力能量减弱的特点；河道上部多被下一期河道冲刷，个别发育完整的河道，可见沙纹交错层理粉砂岩、块状泥岩，局部泥岩沉积也有一定的规模，且含有炭质碎屑，来源于河道间小型泥沼沉积。从岩心反映出的水动力强度、岩相组合、沉积序列、河道叠置样式可以看出，研究区馆中段沉积特征与典型辫曲过渡型河流沉积特征相似，证明馆中段发育辫曲过渡型河流沉积。

（4）地震正演模拟

研究区馆下段辫状河河道砂体垂向上相互叠置，横向连片，厚度大，范围广，泥岩主要以薄夹层的形式出现；馆上段曲流河砂体相互孤立发育，周围被厚层泥岩包裹，砂体分布比较局限。根据现有的沉积模式，辫曲过渡型河流沉积砂体呈现出侧切叠置的沉积特征，其河道砂体分布比辫状河河道砂体的分布更加分散，但砂体之间大多没有分离，横向上多为首尾相切，相互连通，纵向上发育规模不等的泥岩夹层。基于以上认识，建立了辫状河、辫曲过渡型河流和曲流河河道砂体的地震反射正演模型（图5）。通过对比发现，研究区馆中段地震相具有中—强振幅、中等频率以及断续反射特征，与辫曲过渡型河流河道砂体的正演结果特征高度相似；同时，馆下段与馆上段的地震相也分别符合辫状河和曲流河砂体的正演特征。这从宏观上进一步说明了研究区馆陶组自下而上沉积体系类型由辫状河向曲流河过渡，其中馆中段发育辫曲过渡型河流沉积。

3 沉积特征

沉积特征是对沉积体系类型进行识别最关键的因素。截至目前辽东湾坳陷东北部共有探井16口，且均钻穿馆陶组，这为研究辫曲过渡型河流沉积特征奠定了非常丰富的资料基础，也在一定程度上弥补了这种新认识的河流类型在钻探验证上的空白。借助钻井地质资料，结合区域地质认识以及以往的研究成果，对比分析了研究区辫曲过渡型河流与辫状河及曲流河沉积特征的差异性，对加深地质认识、充分挖掘其勘探潜力具有重要意义。

3.1 宏观特征

辽东湾坳陷东北部馆陶组沉积时期，基准面持续上升。馆下段辫状河发育时期，基准面较低，水动力较强，河道平直，下切明显，河道砂体相互冲刷叠加，沉积作用以垂向加积为主，形成厚层连片砂体，且泥岩分布比较局限；在测井曲线上，辫状河砂体主要呈箱形或下部箱形上部钟形相叠加的形态特征。馆中段沉积时期，随着基准面逐渐上升，河水水动力减弱，河道弯曲度增加，河流类型转变为辫曲过渡型河流，此时心滩在河道凹岸一侧逐渐出现侧积作用，并伴随着加积作用的减弱，河床整体变窄，心滩数量逐渐减少，同时在河道凸岸开始出现小规模的边滩沉积；辫曲过渡型河流河道砂体首尾相切叠加，横向上多相互连通，砂体间发育规模不等的泥岩夹层，部分泥岩分布比较稳定；测井曲线上，辫曲过渡型河流河道砂体呈下部箱形上部钟形或者多个钟形曲线连续叠加的形态组合特征。馆上段曲流河发育时期，基准面较高，水动力较弱，河道弯曲度较高，河道砂体沉积作用以侧向加积为主，边滩为最主要的砂质沉积，但不同的边滩砂体相互孤立，砂体多被厚层泥岩包裹，连通性较差；测井曲线上，曲流河河道砂体具有明显的钟形形态，且常伴有少量漏斗形和指形曲线组合。通过统计研究区已钻井馆陶组不同层段岩性组合特征发现，辫状河单砂体平均厚度为7.5 m，单层泥岩厚度平均为2.7 m，砂地比为65%～90%，平均砂地比为77%；辫曲过渡型河流单砂体平均厚度为3.6 m，单层泥岩厚度平均为3.5 m，砂地比为45%～55%，平均砂地比为51%；曲流河单砂体平均厚度为3.1 m，单层泥岩厚度平均为4.2 m，砂地比为35%～45%，平均砂地比为39%（图6）。

3.2 微观特征

辽东湾坳陷东北部馆陶组3 种河流类型微观沉积特征（图7）的差异主要表现在以下几个方面：①在辫状河到曲流河的演化过程中，砂岩中层理规模与倾角逐渐变小，其中辫状河河道砂岩槽状交错层理规模最大且呈现多层叠加的特点，发育高角度下截型板状交错层理，冲刷面频繁出现；辫曲过渡型河流河道砂岩中交错层理规模变小，冲刷面间隔发育，且部分冲刷面下可见沙纹层理；曲流河中槽状交错层理规模更小，且集中发育在河道下部，向上逐渐过渡为低角度下切型板状交错层理，河道中上部细砂岩中可见多套沙纹层理，顶部为河漫相块状泥岩沉积。②通过统计不同河流类型砂岩薄片数据发现，辫状河砂岩岩屑平均体积分数达47%，石英平均体积分数为24%；辫曲过渡型河流砂岩岩屑平均体积分数为31%，石英平均体积分数为32%；曲流河砂岩岩屑平均体积分数为29%，石英平均体积分数为31%。总体表现为，从辫状河向曲流河转化过程中，砂岩成分成熟度逐渐升高。③在典型河道砂岩粒度分布柱状图上，辫状河在中砂岩上出现单个高峰值，且在不同粒度区间内均有一定数量分布，体现出分选较差的特点；辫曲过渡型河流砂岩粒度分布比较均匀，并在中砂岩及细粉砂岩处出现2 个峰值；曲流河砂岩则在细粉砂岩处出现单个峰值，粒度集中分布在细粉砂岩周围。④通过壁心观察发现，研究区辫状河河道砂岩含砾较多，壁心可见砾石最大直径可达7 mm，且砂岩整体偏粗，分选较差；辫曲过渡型河流砂岩中也可见砾石发育，粒径普遍为2～4 mm，砂岩分选中等；曲流河在河道底部冲刷面附近可见砾石，但更多的壁心显示曲流河以细粉砂岩为主，砂岩分选好，结构成熟度高。

4 油气勘探意义

辽东湾坳陷东北部馆陶组总体上体现出自下而上、自物源区向凹陷区，由辫状河向曲流河逐渐过渡转换的演化特征。在沉积相类型划分的基础上，统计了研究区已钻探井馆陶组不同河流类型已钻遇砂岩的油气成藏情况。结果表明，研究区辫状河砂岩油气显示非常活跃，89%的储层至少有D 级荧光显示，而油气成藏比例只有52%，尤其是大于30 m 的厚层砂岩，成藏比例不足20%，且已经成藏的往往油气只集中在厚层砂岩顶部；辫曲过渡型河流沉积有87%的砂岩有油气显示，而有显示的砂岩中82%形成油藏，综合砂岩成藏比例达到71%；曲流河砂岩油气显示比例只有52%，其中有显示的砂岩几乎全部成藏，综合砂岩成藏比例为47%（图8）。此外，在研究区16 口已钻井中，辫曲过渡型河流砂体累计发现油层174.5 m，占已发现油层的56%，探明储量占研究区总储量的61%，在3 种类型河流砂体中占据绝对的主导地位。

辽东湾坳陷东北部油源充足，油气纵向运移通畅［26］，同时馆陶组埋深浅，压实程度低，储层孔渗条件普遍比较优越，综合分析认为，油气保存条件以及横向疏导是影响研究区馆陶组成藏差异的主要因素。研究区馆下段辫状河储层厚度大且连片发育，厚层砂岩中发育薄层泥岩，但泥岩范围局限，整体呈现砂包泥的岩石组合特征，难以形成足够的封盖条件；此外，受断裂控制的厚储层砂泥对接困难，需要更加苛刻的侧封条件才能形成有效圈闭，这些因素致使辫状河沉积虽然储层厚、连通性好，但是油气容易通过过度连通的储层发生溢散而导致“运而不聚”，油气显示活跃但是成藏比例较低。馆上段曲流河沉积具有泥包砂的岩石组合特征，且泥岩厚度大、分布广，盖层条件普遍比较好，但曲流河砂岩相互孤立发育，砂体之间连通性差，单个砂体如果不直接与油源沟通，则难以形成油气聚集，所以研究区馆上段曲流河砂体往往缺少油气显示，一旦有油气显示，则成藏的概率比较大。馆中段辫曲过渡型河流沉积则兼具了辫状河与曲流河的优点，储层厚度适中，河道砂体横向侧切叠加，具有较好的连通性，纵向上间隔发育稳定分布的中—厚层泥岩，砂泥互层的岩石叠置样式形成了优越的储盖组合条件，有利于油气的运移与保存以及大规模油气藏的形成。

在已钻井沉积相和地震相的约束下，对辽东湾坳陷东北部馆陶组不同层段沉积体系及砂体展布特征进行了精细刻画（图9）。结果表明：馆下段沉积时期，研究区内大部分地区以辫状河沉积为主，大范围连片的心滩砂体占据绝对主导地位，同时在西南部，河流接近沉积中心，能量减弱，河流类型转换为辫曲过渡型河流；馆中段沉积时期，研究区整体发育辫曲过渡型河流沉积，但结合区域地质认识认为，西南部储层发育程度较东北部偏差；馆上段沉积时期，研究区整体发育曲流河沉积。总体而言，研究区馆陶组自下而上，由东北物源区向西南凹陷区，沉积体系类型由辫状河向曲流河逐渐过渡转变，其中在馆下段西南部和馆中段大部分地区发育辫曲过渡型河流沉积，具有较优越的储盖组合条件，相应的具有较大的勘探潜力。

需要指出的是，河流相沉积，不管是辫状河、曲流河还是辫曲过渡型河流，都是储层条件比较好的沉积体系类型，随着勘探程度的逐渐提高，精细勘探要求优中选优，因此辫曲过渡型河流相对而言具有最有利的成藏条件。

5 结论

（1）辽东湾坳陷东北部新近系馆陶组馆中段发育辫曲过渡型河流沉积，馆陶组自下而上、由物源区至凹陷区，沉积体系类型由辫状河逐渐过渡转化为曲流河，河流类型的不同直接控制了馆陶组不同层段储层展布和成藏条件的差异。

（2）研究区辫状河、辫曲过渡型河流及曲流河在地震相特征、测井形态特征、沉积水动力、岩石组合特征、岩矿成分以及成熟度等方面均存在显著差异，且这3 种河流类型沉积特征均呈现出由辫状河向曲流河逐渐过渡的演化趋势。

（3）研究区辫状河沉积储层厚，连通性好，但盖层条件较差，不利于油气保存；曲流河沉积储层孤立发育，连通性差，不利于油气运聚；辫曲过渡型河流沉积河道砂体横向侧切叠加，相互连通，垂向上间隔发育规模性泥岩夹层，相对于辫状河与曲流河具有更好的储盖组合和油气疏导条件，有利于油气规模性成藏。