构造-沉积耦合格架下深层砂体展布及储层特征——以东濮凹陷古近系沙三段中亚段为例

王羽君，靳亚勤，郭金兰

(1.中国石油化工股份有限公司中原油田分公司开发管理部，濮阳 457001； 2.中国石油化工股份有限公司中原油田分公司勘探开发研究院，濮阳 457001)

盆地的构造演化和断裂活动影响沉积相及砂体展布[1-2]，同沉积断裂活动对不同沉积时期砂体的分布样式具有重要的控制作用，从而致使断阶带和斜坡带油气富集规律具有较大的差异，对有利砂体的预测、隐蔽油气藏的开发有着重要的意义。前人对砂体的研究大多基于构造和沉积相平面的考虑，忽略了构造演化和沉积体系演化的纵向控砂；对储层的研究重点放到了储层的成岩演化，忽略了同生构造对初始储层物性的影响和后期构造对储层微观的改变。

东濮凹陷地处环渤海湾断陷盆地的西南缘(图1)，是中国环渤海湾断陷盆地群中唯一一个富含盐富含油气的盆地，油气勘探已进入高成熟阶段，储量产量持续下降形势下，深层碎屑岩油气藏的勘探是东濮凹陷油气储量新的增长点，但砂体及有利储层的展布与主要控制因素依然是困惑勘探工作者的问题。如在有利的油气范围内，砂体和有效储层变化非常快，非均质强。因此东濮解决深层砂体展布及储层的发育是东濮凹陷进一步油气勘探部署的首要问题。

图1 东濮凹陷区域位置图Fig.1 Location map of Dongpu Sag

东濮凹陷受构造活动频发和古气候波动频繁影响，具有“脉冲式断陷、快进慢退、持续充填”沉积演化特点，从单一洼陷到多隆多洼的盆地演化，构造-沉积耦合控制下砂体呈规律性变化，在层序地层格架内，受“层控”“相控”影响，不同体系域内储层特征差异明显[3]。为此，通过跳出沉积固有模式，利用东濮凹陷高密度井网优势，首次应用在构造-沉积体系演化的控制下，对构造和沉积进行耦合，对东濮凹陷深层沙三段中亚段沉积相及砂体展布和储层微观特征精细研究，分析不同构造变革期沉积体系演化及分布特点，采取微观、宏观研究相结合的方法，建立新的同沉积断层控砂模式，明确优质储层的分布区，指导东濮凹陷深层油气的勘探方向。

1 地质背景

古生代末以来的构造运动逐步形成了古近系初东濮邻区整体上西高东低的区域地貌特征[4-5]；在此基础上，喜马拉雅运动形成的东濮箕状凹陷，具有东陡西斜、远源汇聚、高隆闭流特征[6]。东濮凹陷在古近系主要经历4期大的沉积断裂构造活动：初始断陷(沙四段)、强烈断陷(沙三下亚段)、多断断陷(沙三中亚段)、断陷减弱(沙二段)。在重力和断裂活动的共同作用下，东濮凹陷从单一洼陷到多隆多洼的盆地演化[7-8](图2)。

图2 东濮凹陷主要断裂系统图Fig.2 Main fault system in Dongpu Sag

2 多隆多洼构造背景下的沉积体系演化及沉积体系分布特点

构造活动影响沉积盆地的形态和决定着盆地可容空间的大小。构造因素通过改变地貌特征、断裂距离和坡度去影响沉积类型和快慢[9]。由于东濮凹陷是构造断陷盆地，当时的构造运动比较强烈，地形变化急剧，形成干热的封闭谷地，生长在谷地里的耐旱植物(麻黄种属)正是这种干热的小气候的反映。孢粉分析干湿交替与沉积旋回具有一定对应关系，沙三下5、下1麻黄粉含量较少，气候潮湿；沙三中6，麻黄粉含量较高，表明气候干旱；从沙三上9到沙二上整体表现为潮湿向干旱过渡(图3)。气候的干湿变化通过控制降水量的多少，进而影响到湖平面的变化及碎屑物质的供给量。气候干旱期，河流注入量减小，湖平面降低，从盆地外围带来的碎屑物质少，盆内化学沉积增加；气候潮湿期，河流注入量增多，湖平面升高，从盆地外围带来的碎屑物质增多，盆内水体淡化，化学沉积减弱。物源供给速率受构造活动及气候条件影响，同时可以引起湖平面的升降变化，而且其周期短，对沉积演化的控制作用更加明显[10-14]。在系统沉积体系基础上，对柳屯洼陷在构造演化控制下的沉积充填演化进行了解剖。

图3 东濮凹陷孢粉化石麻黄粉含量与古气候变化分析图Fig.3 Analysis of pollen content of fossil ephedra and paleoclimate change in Dongpu Sag

初始断陷期(沙四段)：主要为兰聊断裂，成盐中心及沉降中心位于湖盆中央的文留东部,沉积沉降中心一致。沉积体系的展布主要受古地貌、物缘的影响。柳屯洼陷为其中一部分。西部物源汇聚到柳屯地区卸载形成三角洲，其东侧为在沙四下为漫湖沉积，在沙四上为盐湖沉积。

强烈断陷期(沙三下亚段)：此时期东倾石家集断层和西倾文西断层强烈活动，柳屯洼陷形成，西部远源汇聚的物源在马寨断层下降盘卸载形成三角前缘，在石家集断层下降盘形成浊积，柳屯洼陷东部因古地貌隆起，在地貌高部位形成滩坝沉积、碳酸盐坪和混合坪。

多断断陷期(沙三中亚段)：沙三中5～9时期，西倾文西断层和东倾石家集断层活动减弱，整体为水退旋回。沙三中1～4时期，东倾石家集断层继续活动，但强度不大,生长指数为1.11；而文西断层活动强烈，生长指数可达3.66，造成柳屯洼陷西高东低[15]；西部物源仍然在马寨断层下降盘卸载，越过石家集断层卸载一部分，形成三角洲前缘，东侧发育泥灰坪。

断陷减弱期(沙二段): 此时期石家集与文西断层活动继续减弱，柳屯洼陷继续变浅，西部远源汇聚的物源卸载到前梨园洼陷；形成大范围的网状河三角洲前缘，东侧为漫湖泥坪(图4)。

图4 东濮凹陷构造演化控制下的沉积充填演化模式图Fig.4 Tectonic-sedimentary evolution section of Dongpu Sag

3 构造-沉积演化对砂体纵向分布的控制

东濮凹陷古近纪“远源汇聚、高隆闭流”源汇体系及多种沉积体系时空叠置，决定了东濮古近系砂泥薄互层满盆分布的基本特点[3]。砂体的分布受构造、气候、地形等因素的共同影响[16]。表现在沉积演化方面，强烈断陷期地形分异大，可容空间大，地震频繁引起的同沉积垮塌位移多，因此，各类三角洲物源砂体发育，与同生断裂及坡折带相关的浊积砂体发育，横向上砂体相带窄；构造宁静的稳定期，可容空间停滞，以沉积充填为主，地形分异变小，砂体进积，相带叠加较宽，同时，水体变浅，滩坝砂体更发育。与气候小旋回相关的沉积小旋回对砂体分布的影响，主要表现在，洪水期，搬运能力强，陆源碎屑沉积发育，湖相成因的沉积如化学沉积、滩坝沉积萎缩，具有水进物源砂进、水退滩坝砂进的特点。

从砂地比统计来看，沙四下、沙三下8、沙三中9、沙三上8、沙二下砂岩较发育；符合构造活动与沉积充填耦合的结果(图5)。沙四下，湖侵早期，东部受兰聊、杜寨断层控制的洪水重力扇块状浊积砂体发育，西部辫状河三角洲前缘河道砂体发育。沙四上，为湖侵晚期，水体加深，湖水域面积扩大，形成西部网状河三角洲前缘砂、东部扇三角洲砂围绕盐湖沉积中心分布，形成围绕沉积中心，膏盐岩、碳酸质岩、泥质岩、砂质岩有序分布的格局。沙三下水体加深、同生断裂活动强，半深湖区浊积砂体发育，受物源供给的各类三角洲砂体发育各类三角洲前缘砂体围绕凹陷周边分布；沙三中同生断裂活动加剧，古地貌复杂，造成多种沉积体系并存；沙三上水体变浅，浊积砂体逐渐不发育，滩坝砂体和各类三角洲河道砂体发育；沙二段，强烈断陷进入萎缩期，浅-漫湖滩坝砂体发育。

图5 东濮凹陷古近系砂地比纵向分布图Fig.5 Longitudinal distribution of Paleogene sand ratio of Dongpu Sag

4 构造控制下的沙三中沉积相及砂体展布

东濮地区沉积相比较复杂，沙三中具有多种沉积体系共存的沉积体系分布特点，是东濮凹陷构造演化和沉积充填特征决定的。沙三中时期东濮凹陷同生断裂发育，同生断裂一是影响古地貌，形成多隆多洼的古地貌特征；湖流的搬远、波浪的淘洗在古地貌高部位形成滩坝砂体富集区。二是与同生断裂频繁脉冲式活动相伴生的地震，触发先期沉积的未固结砂体沿地貌陡峭处垮塌形成浊积砂，并起到对滩坝边缘、三角洲前缘并不富集的砂体具有再次分选富集的作用。从沉积相展布图(图6)可以看出，东部物源区由于兰聊断裂的持续脉冲式活动，地貌较陡，发育小型扇体，形成局部砂砾岩发育区；从濮城东绵延至白庙东、东明集等区块。扇三角洲向凹陷延伸较短，大致4 km；沙三中亚段时期在断层下降盘发育多个浊积扇朵体。北部为辫状河三角洲沉积，北部三角洲规模较大，河道延伸较远，向中央隆起带延伸至濮卫地区，可为凹陷中部的滩坝、浊积扇等盆地内部相提供物质来源。西部三角洲在卫城、马寨地区延伸较短，大致2～3 km，三角洲前端可由于地形地势的不同继续沉积浊积扇，或者滩坝。西部物源区，地貌较缓，形成网状河三角洲物源砂体富集区，胡状集、庆祖集和桑村的网状河三角洲规模较大，水下分流河道为主要砂体，向文留等区块延伸，由于文西、长垣断层影响，出现古地形高差，可形成深水浊积扇体。西南部为网状河三角洲沉积，三角洲延伸至马厂地区。受沉积旋回控制，在各个砂层组三角洲面积和具体形态有所不同，沙三中6以上砂层组，三角洲延伸距离缩短，在东濮凹陷南部桥口、三春集等地区出现滨浅湖滩坝沉积。古地貌高点的中央隆起带濮城、文留地区以滨浅湖滩坝为主要沉积相，主要微相砂体为坝顶、坝侧和席状滩。在濮城断层、文东断层下降盘等深水区发育浊积扇沉积，辫状水道为主要砂体(图6)。

图6 东濮凹陷沙三段中亚段沉积相平面图Fig.6 Sedimentary facies of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

通过分析构造、物源及古气候的相互影响及组合关系，建立了东濮沙三中砂层组内6种典型极小沉积旋回模式(图7)。

图7 东濮凹陷构造演化控制下的沉积充填演化模式图Fig.7 Sedimentary filling evolution model under the control of tectonic evolution of Dongpu Sag

(1)低水位断陷期，此时气候干旱，断裂活动强，物源供给速率低。气候条件干旱使得沉积物注入具有间歇性，断裂活动造成古地貌的地形高差变大，浊积发育，物源体系不发育。

(2)高水位洪泛期，此时气候潮湿，断裂活动弱，物源供给速率高。气候条件潮湿使得沉积物注入量大，洪水活动造成沉积物注入具有间歇性、时间短、搬远强度大、快速沉积的特征，物源体系发育。

(3)低水位干旱期，此时气候干旱，断裂活动弱，物源供给速率较低。沉积物搬远强度弱，湖盆内以化学沉积为主，物源体系不发育。

(4)高水位断陷期，此时气候潮湿，断裂活动强，物源供给速率较高。断裂活动造成地形高差变大，沉积物供应受构造影响具有间歇性，浊积发育。

(5)高水位蓄水期，气候潮湿，断裂活动弱，沉积物供应具有持续性、时间长、搬远强度弱、沉积速率低的特点，此时物源体系较弱，湖盆沉积物以细粒沉积为主，是标志层的主要形成时期。

(6)低水位湖侵期，此时气候潮湿，断裂活动弱，沉积物搬远强度大，沉积速率快，滩坝和物源体系发育。

5 构造-沉积控制下的储层特征

5.1 储层岩矿特征

母岩作为储层物质基础的来源，直接影响了骨架矿物的含量和填隙物类型。受多期构造活动影响，周缘物源区呈现周期性旋回变化。东濮凹陷沙三中亚段以西侧物源为主，直接控制了盆地沉积物组成和成岩演化的物质基础[6]。

根据沙三中1186块偏光显微镜下薄片分析结果显示，岩性主要为长石粉砂岩和岩屑粉砂岩；成分成熟度普遍较高，主要分布在1.5～3.0。碎屑颗粒粒径主要在0.02～0.25 mm，为细粉砂-细砂级别；颗粒之间大多为点接触、线接触；以黏土和碳酸盐胶结为主，少见硅质和硬石膏胶结。分选主要为中或好，差和极差的情况较少。不同地区存在一定差异，文留地区石英含量为26.6%～88.1%，平均73.5%，成分成熟度指数也最高，可达2.92；以沉积岩和变质岩岩屑为主，岩屑总含量低于其他地区；该段粒度均值13.6～360.2 μm，平均65.5 μm。濮卫地区石英含量29.6%～85.0%，平均61.6%；岩屑成分主要为变质岩岩屑和沉积岩岩屑；该段粒度均值12.8～290.0 μm，平均76.5 μm；以方解石胶结为主，黏土次之。胡庆石英43.0%～88.0%，平均71.4%，石英为它形粒状；岩屑总含量最高，变质岩和火成岩岩屑含量明显高于其他地区；该段粒度均值19.9～231.6 μm，平均65.2 μm；以方解石胶结为主。桥口地区石英平均69.2%，石英为它形粒状；岩屑含量较其他地区最低，分布在2.5%～3.5%；该段粒度均值42.1～230.7 μm，平均109.4 μm，以方解石胶结为主(图8)。

图8 东濮凹陷沙三段中亚段不同地区储层岩石特征Fig.8 Sandstone characteristics of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

5.2 储层类型及其特征

伴随盆地从单一洼陷到多隆多洼的构造演化，在成岩层序地层格架，不同时期储层类型呈现周期规律性变化[17-20]。东濮凹陷古近系湖侵体系域多发生杂基支撑，压实作用强易致密(图9)；高位域背景下多期胶结和差异性溶蚀显著(图10)。东濮凹陷古近系沙三中亚段储层孔隙由于构造活动、母岩类型、沉积演化和成岩作用等因素的共同作用，经257块薄片观察和统计：混合孔隙和粒间溶蚀孔隙占比大于80%，呈不规则多边形的残留原生孔隙次之，孔隙粒内溶孔和裂缝低于10%。因此认为东濮凹陷古近系沙三中亚段储层以次生粒间溶蚀孔隙、呈不规则多边形的残留原生孔隙及混合孔隙为主。

图9 东濮凹陷压实作用对储层影响示意图Fig.9 Schematic diagram of impact of compaction on reservoir in Dongpu Sag

图10 东濮凹陷胶结作用对储层影响镜下特征Fig.10 Microscopic characteristics of the influence of cementation on reservoir in Dongpu Sag

储层以特低孔低渗为主，局部发育高孔渗储层。孔渗相关性好，孔隙度大于10%的约占79.0%，渗透率大于1×10-3μm2的约占61.0%；东濮沙三中储层孔吼结构特征主要为微细喉特小孔，占48%～89%。在各地区现今孔隙度具有明显差异，高值区主要发育在南部三春集地区、西部胡状集地区，中部隆起带文留地区(图11)。

图11 东濮凹陷沙三段中亚段储层孔喉结构特征图Fig.11 Pore throat structure characteristics of reservoir of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

5.3 沉积相对储层物性的影响

沉积微相直接影响储层物性的发育。对89口取芯井845块储层物性样品测试数据统计分析，各区孔隙度的分布相差较大，网状河三角洲相的胡状集地区物性最好，各级别砂岩孔隙度均值都在16%以上，扇三角洲前缘相的白庙地区物性最差，粉砂岩孔隙度均值低至6.1%。从砂岩粒级看，各区都是细砂岩孔隙度最大，孔隙度均值分布在10.9%～20.2%，网状河三角洲相的胡状集地区细砂岩孔隙度均值可达到了20.2%；扇三角洲前缘相的白庙地区粉砂岩最差，无法达到有效储层标准(表1)。

表1 东濮凹陷沙三中亚段储层物性与岩性关系Table 1 Relationship between reservoir physical properties and lithology of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

储层物性不但与岩性相关，也与沉积微相之间很大相关性。东濮凹陷沙三段中亚段不同沉积微相孔隙度分布图可以看出，滩坝相和网状河三角洲前缘亚相物性明显要好于扇三角洲前缘亚相，孔隙度主要分布于15%～20%；而网状河三角洲前缘各微相孔隙度相差较大，水下分流河道微相物性最好，孔隙度大于20%，远砂坝和席状砂孔隙度低于4%，无法达到有效储层标准；浊积储层物性次之，孔隙度均值主要分布于10%～15%；扇三角洲各微相储层较差，孔隙度小于10%(图12)。

图12 东濮凹陷沙三段中亚段不同沉积微相孔隙度分布图Fig.12 Porosity distribution of different sedimentary microfacies of the middle sub-member of Sha-3 member in Dongpu Sag

因此认为，西部斜坡带的网状河三角洲前缘河道砂、滩坝砂和三角洲前缘砂经垮塌二次搬运在洼陷带富积的浊积砂发育区是有利储层带。

6 结论

构造因素控制了沉积体系类型，构造调节带局部改变了沉积体系的分布格局。东濮凹陷盆地从单一洼陷到多隆多洼的构造演化，首次明确了构造-沉积耦合控制下东濮凹陷沙三中亚段砂体变化规律和深层有利储层的微观特征及东濮凹陷首次将储层有利发育区寻找细致到沉积微相级别。

(1)构造-沉积耦合控制下砂体变化规律：沙三段中段沉积期为多断断陷期，断陷充填准层序组和准层序初期物源砂体、断层下降盘浊积砂体较发育，充填(浓缩)末期，滩坝砂体和三角洲前缘薄层砂体发育；总砂地比，断陷期(水退准层序组或者准层序的初期)较高。

(2)深层有利储层的微观特征：沙三中亚段砂岩成分成熟度较高，分选较好，以次生粒间溶蚀孔隙、呈不规则多边形的残留原生孔隙及混合孔隙为主；原始孔隙度值越高，残余原生孔隙的贡献越大；储层以特低孔低渗为主，压实和胶结是储层致密的重要成岩作用。孔渗关系较好说明以孔隙型储层为主，孔喉结构是决定储层有效性的重要因素。

(3)西部斜坡带的网状河三角洲前缘河道砂、滩坝砂和三角洲前缘砂经垮塌二次搬运在洼陷带富积的浊积砂发育区是有利储层带。