潿西南凹陷A井區古近系流沙港組一段砂體沉積特征及分布規律①

劉 杰 操應長 王 健 劉明全

(1.中國地質大學能源學院 北京 100083;2.中國石油大學地球科學與技術學院 山東青島 266580;3.中國海洋石油(中國)有限公司湛江分公司研究院 廣東湛江 524057)

0 引言

在斷陷湖盆活動強烈期，受控盆斷層活動強烈、構造坡折帶發育明顯及沉積物物源近等特征的控制，在斷陷湖盆陡坡帶或緩坡帶的局部地區常發育規模較大、成因類型多樣的砂礫巖扇體沉積［1，2］，受重力流作用的控制，這些砂礫巖扇體一般在半深湖—深湖沉積區成群發育，與深灰色、黑色泥巖、油頁巖呈指狀接觸，具有良好的生儲蓋組合等特點，非常有利于油氣藏的形成［3］。研究表明，近年來國內發現的大型巖性油氣藏主要蘊藏在近岸水下扇、湖底扇、滑塌濁積扇等深水重力流砂礫巖扇體中［4］，砂礫巖扇體油氣藏已成為中國斷陷盆地巖性油氣藏勘探的重要領域［4～6］。因此，研究砂礫巖體的成因類型及分布規律，對于認識其生儲蓋組合規律，指導巖性油氣藏的勘探具有重要的意義。

潿西南凹陷位于南海北部邊緣西區北部灣盆地的北部坳陷東北部，是北部灣盆地的一個三級構造單元，為典型的陸相斷陷盆地，具有北斷南超、北陡南緩的基本構造格局(圖1)［7，8］。潿西南凹陷古近系廣泛發育長流組、流沙港組和潿洲組。流沙港組自上而下可進一步分為流一段、流二段和流三段［9～12］。流二段沉積時期為潿西南凹陷強烈斷陷期，控盆斷層活動強烈，以半深湖—深湖沉積環境為主，發育了巨厚的半深湖—深湖相泥巖和油頁巖，是潿西南凹陷的主力烴源巖層［13］。5號斷層下降盤A井區流一段下亞段發育了一套砂礫巖其與深灰色、黑色泥巖、頁巖互層，流一段中亞段主要發育深灰色、黑色泥巖、頁巖夾薄層砂巖，流一段上亞段早期主要發育深灰色、黑色泥巖、頁巖夾薄層砂巖，晚期主要發育灰色泥巖與含礫砂巖、砂巖互層(圖1)。劉震等［8］認為從流沙港組一段發育早期到晚期，在整個凹陷范圍內以沉積一套泥巖為主夾薄層砂巖的濱淺湖相演化為廣泛發育的沖積平原和自西向東的大型軸向三角洲等淺湖相沉積。董貴能等［13］認為潿西南凹陷流沙港組一段自下而上，沉積環境由中深湖演變為濱淺湖背景，盆地邊緣不同方向的(扇)三角洲繼承性發育，并且規模逐漸變大。目前只有少數學者針對潿西南凹陷A井區流一段下亞段發育的沉積相及其沉積特征進行了研究，劉震等［8］，李茂［9］及江文榮［12］等學者研究認為其發育為緩坡陡傾扇三角洲沉積，沉積特征具有反映近源、深水、沉積速率較快的重力流—牽引流過渡沉積的特征［9］。董貴能等認為A井區在流一段下亞段沉積時期主要發育的是辮狀河三角洲沉積［7］。由此可見，A井區流一段下亞段砂體成因類型尚存在爭議。潿西南凹陷A井區流一段下亞段砂體緊臨烴源巖發育，并且被流一段早期發育的半深湖泥巖包圍，具有非常有利的油氣成藏條件［14，15］，是巖性油氣藏或構造—巖性油氣藏的有利發育區。目前勘探成果表明，A井區砂體中蘊含豐富的油氣資源，已發現多個構造—巖性油氣藏，但是由于鉆井資料較少，砂體的成因類型及分布規律尚不明確。本文在砂體沉積特征分析的基礎上，充分利用鉆井、測井、錄井及地震資料，探討砂體的成因類型及分布規律。

圖1 北部灣盆地潿西南凹陷構造特征、研究區位置及流一段綜合柱狀剖面Fig.1 Tectonic characteristic of Weixinan Depression，position of the study area and integrative column of the first member of Liushagang Formation in BBW Basin

1 砂體沉積特征

1.1 巖石學特征

鉆井取芯及錄井資料表明，A井區流一段下亞段砂體粒度較粗，巖性主要為灰色、灰白色細礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、中粗砂巖等，砂體邊緣等位置主要發育薄層灰色粉細砂巖和灰黑色泥巖互層。薄片資料分析表明，流一段下亞段砂體中石英和長石含量相對較高，巖屑含量較少，砂巖類型主要為亞長石砂巖和巖屑質長石砂巖，另外發育少量的長石質巖屑砂巖、長石砂巖和亞巖屑砂巖等(圖2)。砂體中礫石分選和磨圓中等偏差，巖石成分成熟度和結構成熟度相對較低，成分成熟度一般為0.2～2.3，平均值0.93，表明砂體搬運距離較近，且沉積速率較快。

圖2 A井區流一段下亞段砂體巖石類型Fig.2 Sedimentary rock types of lower submember of the first Member of Liushagang Formation of A area

1.2 沉積構造特征

通過對A井區流一段下亞段鉆井進行精細觀察描述，發現表明研究區砂體沉積構造類型多樣，以正序遞變層理、疊覆遞變層理及變形構造為主(圖3)，另外可見到交錯層理、平行層理及波狀層理等。研究區沉積中反映濁流沉積的鮑馬序列較發育，常見鮑馬序列“ABC”序、“ABAB”序及“ABA”序(圖3-A、圖3-B和圖3-G)。鮑馬序列“ABC”序底部可見沖刷充填構造，由下部的塊狀遞變礫巖或砂礫巖向上逐漸變為平行層理砂巖或含礫砂巖，頂部一般為變形構造發育的粉砂巖、泥質粉砂巖等;鮑馬序列“ABAB”序及鮑馬序列“ABA”序由多個塊狀遞變層理礫巖(砂礫巖)到平行層理砂巖(含礫砂巖)旋回垂向疊加而成。鮑馬序列A段中常見礫石定向排列特征。局部地區含礫砂巖、砂巖沉積中常見泥礫、泥巖撕裂屑等，反映了強水動力作用特征。砂體中變形構造類型多樣，常見砂球構造、重荷模及火焰構造、滑塌變形構造等，并且與之同時發育的為典型的半深湖—深湖相深灰色、黑色泥巖、頁巖(圖3-D、E、H、I)。這些典型的沉積構造反映了流一段下亞段砂體具有明顯的半深湖—深湖區發育的濁流沉積特征。

圖3 A井區流一段下亞段砂體沉積構造特征Fig.3 Characteristics of sedimentary structure of lower submember of the first Member of Liushagang Formation of A area

圖4 A井區流一段下亞段砂體粒度概率曲線類型Fig.4 Types of grain size probability plot of lower submember of the first Member of Liushagang Formation of A area

1.3 沉積物粒度特征

潿西南凹陷A井區流一段下亞段砂體取芯樣品激光粒度分析資料表明，砂體的粒度變化范圍非常大，既發育細礫巖沉積又發育粉細砂巖沉積，砂巖粒度概率圖類型多樣，常見的粒度概率圖主要有直線一段式、上拱一段式、高斜兩段式三種類型(圖4)［16］。直線一段式粒度概率圖和上拱一段式粒度概率圖的粒度區間跨度一般較大，前者范圍一般為-1～8φ，后者范圍一般為0～8φ，兩種粒度概率圖均反映了沉積物整體以懸浮狀態搬運，為典型的重力流(如泥石流和濁流)沉積特征，常對應鮑馬序列的A段;高斜兩段式粒度概率圖粒度范圍跨度同樣較大，一般為-1～9φ，滾動次總體不發育，跳躍次總體與懸浮次總體的交切點粒度較粗，一般為1～1.5φ，跳躍次總體含量和懸浮次總體含量一般均為50%左右，但跳躍組分分選相對較好，懸浮組分分選較差，常對應鮑馬序列的B段。由此表明，流一段下亞段砂體以重力流沉積為主，局部層段具有牽引流沉積特征。

1.4 沉積相序特征

研究區鉆井取芯資料較少，A-6井取芯井段沉積特征如圖5所示，垂向上整體表現為正序特征，下部為厚度較大的含礫砂巖、砂巖沉積，上部發育厚度較薄的砂巖及深灰色、黑色泥巖互層沉積。下部厚度較大的含礫砂巖、砂巖沉積由多個底部發育沖刷充填構造的正旋回疊加而成，這些正旋回常為鮑馬序列AB段或AA段，下部為塊狀遞變砂礫巖，礫石層呈定向排列，礫石分選和磨圓中等偏差，上部為平行層理砂巖和含礫砂巖。因此，這些正旋回砂體為具有重力流性質且重力流向牽引流過渡的性質。圖5上部為多個呈微弱正粒序或粒序不明顯的薄層砂巖、含礫砂巖與半深湖—深湖相泥巖互層沉積，薄層砂巖、含礫砂巖中常可見到平行層理(圖5)。

圖5 A-6井取芯井段沉積相序特征Fig.5 Characteristics of sedimentary phase sequence of drilling core in Well A-6

綜上所述，潿西南凹陷A井區5號斷層下降盤流一段下亞段砂體具有明顯的濁流沉積特征，并且砂體與半深湖—深湖相深灰色、黑色泥巖互層沉積，因此，本文綜合砂體沉積特征研究認為，流一段下亞段砂體為湖底扇沉積。圖5A-6井取芯井段為湖底扇中扇沉積，主要發育辮狀水道和水道間沉積。

2 湖底扇砂體分布規律

2.1 砂體沉積期次劃分

潿西南凹陷古近系區域層序地層學研究表明，流一段為一個三級層序，其頂底界面分別為T80和T83地震反射層。流一段三級層序內部存在T82和T81兩個地震反射層，根據地震反射特征、測井和錄井資料以及不整合的空間和時間規模分析，認為T82和T81為兩個四級層序界面，因此，流一段三級層序內部又可劃分出3個四級層序，分別對應于T83～T82、T82～T81和T81～T80①操應長，樂友喜，王健，等.三圍西南凹陷陌古近系高精度層序地層解釋、沉積相研究與儲集砂體預測.中國石油大學(華東)，2009。鉆井資料表明，流一段湖底扇沉積主要發育在T83～T82四級層序內(圖1)。由于湖底扇沉積為重力流沉積，沉積相序特征表明，垂向上砂體一般呈粒度向上逐漸變細、厚度逐漸變薄的的正序特征。多期湖底扇砂體之間常發育一定厚度穩定分布(厚度10～65 m)的半深湖—深湖相泥巖沉積，這些泥質巖與下伏砂巖的聲波速度差值一般較大，在三維地震上表現為1～2個連續性較好的強反射，橫向上可以較好地標定和追蹤。這種強反射具有劃分湖底扇沉積等時地層單元的重要意義，可以作為湖底扇高精度層宇地層單元的界面(圖6)。測井及錄井資料表明，每一期湖底扇沉積均呈加積式到退積式的垂向疊加樣式(圖1)，因此，T83～T82四級層序內識別出了3個五級層序，自下而上分別為MC1、MC2和MC3旋回，分別對應三期湖底扇砂體沉積(圖1和圖6)。

圖6 A井區古近系流一段下亞段湖底扇東西向地震剖面及連井對比剖面Fig.6 Seismic and correlation well section from east to west of sublacustrine fan of the lower submember of the first Member of Liushagang Formation of Paleogene in A Well field

2.2 砂體平面展布特征

由于研究區鉆井較少，且多靠近研究區南部，研究區北部尚無鉆井控制，僅僅依靠鉆井資料、測井資料和錄井資料難以確定湖底扇砂體的展布規律。本次研究采用高精度層序地層格架約束下的鉆井、錄井等地質資料與地震屬性、測井約束波阻抗反演資料等地震資料相結合的方法開展砂體的平面展布特征研究，由于地質與地震資料的互補性，可較為有效地解決工區內鉆井數量少、地質數據覆蓋范圍有限的問題，又可降低地震屬性的多解性［17～19］。下面以MC2旋回為例進行說明。

在層序地層格架的約束下，對流一段湖底扇MC2旋回進行地震屬性提取，獲取了平均波峰振幅、能量半時及瞬時頻率等地震屬性(圖7A-C)，另外在測井約束波阻抗反演數據體的基礎上對平均波阻抗進行了計算(圖7D)。平均波峰振幅特征明顯，高值區主要集中在A井區的北西方向，平面上呈扇形分布，在靠近5號斷層帶的部位，高值為狹長的條帶狀，北東方向發育孤立的團塊狀高值區，其余地區表現為相對低值;能量半時特征同樣較為明顯，其高值區分布特征與平均波峰振幅相似，同樣呈扇形分布在A井區的北西方向和孤立狀分布在北東方向;瞬時頻率的低值區的分布范圍和分布特征與平均波峰振幅和能量半時特征相似，主要集中在研究區的北西方向，呈扇形分布;平均波阻抗的高值區分布特征與平均波峰振幅和能量半時特征基本一致，主要呈扇形集中分布在A井區的北西方向，分析表明，研究區東部狹長的高值條帶為波阻抗反演過程中受斷層影響而產生的異常值。由此表明，各種地震屬性在反映砂體的分布規律上具有良好的一致性，對沉積體展布、沉積相邊界的刻畫具有很好的作用。

統計研究區鉆井鉆遇的各旋回湖底扇砂體厚度與平均波峰振幅、能量半時及瞬時頻率等地震屬性關系表明，平均波峰振幅和能量半時大小與砂體厚度呈正相關關系，而瞬時頻率大小與砂體厚度呈反相關關系(圖8)，隨著砂體厚度的增加，平均波峰振幅、能量半時及平均波阻抗值增大，瞬時頻率值減小，據此可預測湖底扇砂體的分布，圖7中平均波峰振幅、能量半時和平均波阻抗高值區及瞬時頻率低值區反映了厚層砂礫巖沉積，而前三者的低值區和后者的高值區反映了薄層砂礫巖和泥巖沉積。因此，MC2旋回湖底扇砂體分布特征如圖9B所示，砂體主要呈扇形分布在研究區的北西方向，在北東方向發育規模較小的孤立團塊狀砂體。采用相同的分析方法，對MC1旋回和MC3旋回湖底扇砂體平面分布特征進行了研究(圖9A和圖9C)。

圖7 A井區流一段湖底扇MC2旋回地震屬性及平均波阻抗特征Fig.7 Characrteristics of seismic attributions and average wave impedance in MC2 stage of sublacustrine fan of the first Member of Liushagang Formation of Paleogene in A Well field

圖8 研究區平均波峰振幅、能量半時、瞬時頻率大小與砂體厚度關系Fig.8 Relationships between seismic attributions of average peak amplitude，energy half time，instantaneous frequency and thickness of sand body

圖9 A井區流一段湖底扇砂體平面展布特征Fig.9 Distribution characteristics in two dimensional system of sublacustrine fan of the first Member of Liushagang Formation in A Well field

MC1旋回時期，砂體主體自5號斷層向北東向延伸。砂體展布面積達到34.6 km2，砂體厚度在A-1井附近達到最大為80 m，最高砂礫巖百分含量為40%，向盆地方向至A-2井附近，砂體厚度與砂礫巖百分含值均降低。MC2旋回時期，砂體主體由MC1旋回時期的北東向，偏至北西向。砂體主體的展布面積達33.2 km2，在A-5井附近砂體厚度達到最大為90 m，最高的砂礫巖百分含量為70%。同時在B-4井附近形成約7 km2的長條形的孤立砂體，其砂體的最大厚度為10 m，最高砂礫巖百分含量為30%。MC3旋回時期，砂體主體由北西向再次偏向北東向。砂體主體的展布面積達28.4 km2，在A-1井附近砂體厚度達到最大為30 m，最高的砂礫巖百分含量為40%。同時在B-1井附近形成約8 km2的長條形的孤立砂體，其砂體的最大厚度為30 m，最高砂礫巖百分含量為40%。因此，自MC1至MC3旋回，湖底扇各期砂體在平面上呈現左右遷移的特征。

2.3 縱向演化特征

上述湖底扇砂體平面展布特征表明，自MC1旋回至MC3旋回砂體呈現擺動遷移的特征。為了進一步研究流一段湖底扇砂體的垂向演化特征，本文采用貫穿該砂體的3條骨干剖面進行說明(圖6和圖10)。

過B-3井—B-1井剖面為近東西向橫貫流一段湖底扇砂體的連井對比剖面(圖6)。MC1五級層序發育早期，砂體主要分布在A-1井和B-4井區，隨著MC1旋回演化發育，湖底扇砂體呈現向西逐漸超覆遷移的特征，至MC1旋回發育晚期，砂體主要集中分布在B-3井和A-1井區;MC2旋回砂體主要集中分布在B-3井區，B-4井區發育厚度較小的孤立砂體，剖面中其余井均以發育半深湖相泥巖為特征，且地層厚度遠小于B-3井地層厚度，MC2旋回湖底扇砂體繼承了MC1旋回砂體向西超覆遷移的特征，與MC1旋回相比，MC2旋回砂體主體主要分布在研究區的北西方向;MC3旋回發育時期，湖底扇砂體主要集中分布在A-1井、B-4井和B-1井地區，B-3井砂體厚度較薄，與MC2旋回相比，MC3旋回砂體明顯向東遷移。

圖10 A井區流一段湖底扇近南北向連井對比剖面Fig.10 Well correlation section nearly from south to north of sublacustrine fan of the first Member of Liushagang Formation in A Well field

過A-5井—A-2井剖面為北東向湖底扇砂體連井對比剖面，過A-5井—A-3井剖面為北西向湖底扇砂體連井對比剖面(圖10)。MC1旋回發育時期，A-5井—A-2井剖面砂體厚度明顯大于A-5井—A-3井剖面砂體厚度，對比B-3井—B-1井剖面可以看出，MC1旋回發育早期，砂體主要發育在A-5井—A-2井剖面，到MC1旋回發育晚期，砂體逐漸向西遷移，在A-5井—A-3井剖面上發育了厚度較大的湖底扇砂體;MC2旋回發育時期，A-5井—A-2井剖面砂體主要集中分布在A-5區，砂體向北東方向推進范圍有限，A-1井和A-2井以發育半深湖相泥巖為主，地層厚度較薄，而A-5井—A-3井剖面上湖底扇砂體極為發育，砂體厚度大，并且呈現向5號斷層逐漸超覆退積的特征，由此表明MC2旋回發育時期湖底扇主體向北西方向遷移;MC3旋回發育時期，A-5井—A-2井剖面砂體厚度明顯大于A-5井—A-3井剖面，結合 B-3井—B-1井剖面砂體分布特征表明砂體主體在MC3旋回時期向北東方向遷移。

結合研究區流一段早期構造活動特征研究表明［20］①童亨茂，劉震，孟令箭，等.三圍西南凹陷斷層系統分析及其與油氣成藏關系研究.中國石油大學(北京)，2006，3號控盆斷層及0號隱伏斷層活動導致潿西南低突起北緣5號斷層差異活動從而使5號斷層下降盤可容空間發生轉換，其是控制流一段湖底扇砂體分布特征的主要因素。由上述3條骨干剖面砂體分布規律可以看出，流一段湖底扇沉積過程中可容空間存在明顯的不均衡變化特征，即可容空間轉換現象。可容空間的這種轉換特征對湖盆內砂體的分布規律具有十分明顯的控制作用［21～24］。MC1旋回沉積早期，5號斷層東段斷距大于西段斷距，研究區東部可容空間明顯大于西部可容空間，此時湖底扇砂體由5號斷層向研究區北東方向推進;MC1旋回沉積晚期，由于0號隱伏斷層南段的活動及3號控盆斷層活動，使得潿西南低突起基底產生南東方向抬升、北西方向下降的翹傾運動，導致5號斷層下降盤東段抬升而西段下降，并且由于MC1旋回早期湖底扇砂體對研究區北東方向的可容空間的充填，使得研究區北西方向可容空間逐漸增加而北東方向可容空間逐漸降低，因此MC1旋回晚期砂體呈現逐漸向北西方向超覆遷移的特征;MC2旋回發育時期，由于0號隱伏斷層南段和3號控盆斷層持續活動，使得潿西南低突起基底持續發生南東方向抬升、北西方向下降的翹傾運動，研究區北西方向可容空間持續增加，北東方向可容空間持續降低，使得MC2旋回時期湖底扇主體向北西方向推進;MC3旋回發育時期，0號隱伏斷層和3號控盆斷層活動相對減弱，并且MC2旋回沉積時期砂體大量充填北西方向的可容空間，使得研究區東部和西部可容空間趨于平衡，導致湖底扇砂體主體逐漸向研究區北東方向遷移。

3 結論

(1)A井區流一段下亞段砂體發育了豐富的能夠反映濁流沉積的鮑馬序列、沖刷充填及變形構造等沉積構造并具有直線一段式、上拱一段式及高斜兩段式等粒度概率曲線類型。垂向以多個底部發育沖刷充填構造的正旋回疊加為特征，整體表現為正序。沉積物巖性較粗，巖石成分成熟度和結構成熟度相對較低。研究區砂體為湖底扇沉積。

(2)綜合利用地震反射特征及垂向地層疊加樣式等方法，在流一段湖底扇共識別出3個五級層序，將湖底扇沉積劃分為3期。在高精度層序格架的約束下，結合鉆井及錄井資料分析與地震屬性分析，對3期湖底扇砂體平面分布特征進行了研究，各期湖底扇具有左右遷移擺動、垂向疊置發育的特征。

(3)由于受到3號控盆斷層和0號隱伏斷層的影響，使得潿西南低突起北緣發育的5號斷層幕式活動，導致研究區可容空間發生轉換，構造運動控制的可容空間不均衡轉換是控制流一段湖底扇砂體分布規律的主要因素。

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