松遼盆地興城地區泉四段淺水三角洲沉積特征

孫春燕，胡明毅，胡忠貴，薛　丹，劉詩宇

（1.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，武漢430100；2.長江大學地球科學學院，武漢430100）

松遼盆地興城地區泉四段淺水三角洲沉積特征

孫春燕1，2，胡明毅1，2，胡忠貴1，2，薛丹1，2，劉詩宇1，2

（1.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，武漢430100；2.長江大學地球科學學院，武漢430100）

松遼盆地北部興城地區泉四段主要發育泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和粉砂巖沉積。通過泥巖顏色、古生物化石、沉積構造和測井相特征等分析，確定研究區泉四段為一套退積型淺水三角洲沉積，包括三角洲平原和三角洲前緣2種亞相，分流河道和決口扇微相較發育。應用高分辨率層序地層學原理，對泉四段進行層序劃分，結合砂泥巖分布規律，編制研究區沉積相平面展布圖，并分析其垂向演化規律。研究認為，泉四段內部可劃分出Q4-SSC1～Q4-SSC7等7個短期旋回，其中，Q4-SSC7時期水體達到最深，研究區內僅發育三角洲前緣亞相；Q4-SSC1時期河道砂體最為發育，為儲集層發育的最佳時期。泉四段自上而下經歷了由三角洲平原到三角洲前緣水體由淺變深的一個沉積演化過程，反映了研究區泉四段沉積時期為一次湖侵的沉積過程。

淺水三角洲；沉積特征；泉四段；興城地區；松遼盆地北部

0　引言

淺水三角洲及其河道砂體是近年來油氣勘探的重點目標之一。淺水三角洲發育于坡度較緩的湖盆，湖水的漲落對湖岸線的變遷影響較大，造成一部分區域時而處于水上暴露環境，時而處于水下淺水環境，這是淺水三角洲區別于正常三角洲最主要的特征。Postma［1］認為低能盆地中的三角洲可分為淺水三角洲和深水三角洲兩大類，并識別出了8種淺水三角洲類型；張昌民等［2］提出了不同于常規枝狀和分流砂壩型的淺水三角洲模式；紀友亮等［3］針對高郵凹陷阜寧組一段地層，提出了一種“淺水三角洲和灘壩混合”的新的沉積模式；尹太舉等［4］通過對分流體系的追蹤，構建出了疊覆式淺水三角洲的發育過程。淺水三角洲通常是指在水體較淺和物源充沛的陸表海或地形平緩、構造運動緩慢的坳陷盆地形成的以分流河道砂體為主體的三角洲類型。近年來，國內外眾多學者針對不同地區淺水三角洲沉積特征做了大量深入的研究，表明不同地區、不同盆地由于所處大地構造背景、物源供給及盆地沉降演化史等特征的差異，發育有不同類型的淺水三角洲沉積［5］。

筆者以松遼盆地興城地區泉四段為研究層段，應用高分辨率層序地層學原理，對典型單井進行層序劃分和連井層序地層對比，同時結合砂泥巖分布規律，總結該區泉四段河控淺水三角洲的沉積特征以及沉積相平面展布和垂向演化規律，以期為該區有利砂體儲層預測和油氣勘探提供依據。

1　研究區概況

松遼盆地是我國東北地區中新生代一個大型陸相復合型含油氣盆地［6］，具有斷坳雙重結構，總面積約26萬km2。興城地區屬于我國黑龍江省肇州市，地理位置處于大慶長垣太平屯油田的東部、衛星油田和升平油田的東南部及宋芳屯油田的北部；從構造背景來看，位于松遼盆地東南隆起區徐家圍子斷陷帶及北部中央凹陷區，在朝陽溝階地以北，綏化凹陷西南部及三肇凹陷南部［7］（圖1）。

圖1　興城地區地層（a）及構造位置（b）Ⅰ.大慶長垣；Ⅱ.齊家—古龍凹陷；Ⅲ.三肇凹陷；Ⅳ.朝陽溝階地；Ⅴ.長嶺凹陷；Ⅵ.龍虎泡—紅崗階地；Ⅶ.黑魚泡凹陷；Ⅷ.明水階地Fig.1　The strata（a）and structural location（b）of Xingcheng area

研究區白堊系地層主要發育泉三段（K1q3）、泉四段（K1q4）、青山口組（K2q）、姚家組（K2y）和嫩江組（K2n）等5套含油層系，具有沉積厚度大、分布廣泛等特點。研究區泉四段主要發育一套灰色、深灰色粉砂巖和灰綠色、紫紅色泥巖組成的淺水三角洲沉積體系，并與上覆上白堊統的青一段（K2q1）呈整合—平行不整合接觸，與下伏泉三段呈整合接觸，地層厚度為80～95 m。

2　層序地層特征

泉頭組（K1q）形成于松遼盆地進入坳陷期的初始階段，盆地基底持續穩定沉降，廣泛接受沉積，地形十分平緩，研究區地層厚度總體變化不大。泉頭組自下而上可劃分為4段，依次為泉一段至泉四段（K1q1～K1q4）。在泉頭組發育過程中，由于盆地整體處于坳陷階段，水體不斷加深，沉積物可容納空間逐漸增大，泉四段整體上表現為一套退積型淺水三角洲沉積體系，結構上具有明顯的正旋回沉積特征，其底界為一個短期旋回界面，頂界為K1q—K2q沉積分界面，界面以上發育青一段黑色油頁巖。該區泉四段巖性主要為細砂巖、粉砂巖、泥巖及其過渡類型，砂巖以粉砂巖為主，粒度較細，分選較好。以典型單井層序劃分（圖2）和連井層序地層對比為基礎，以22口預探井精細巖心觀察描述為依據，結合巖性、測井響應以及沉積旋回等特征，可將興城地區泉四段劃分為7個短期旋回，即Q4-SSC1～Q4-SSC7。

圖2　興城地區泉四段層序地層和沉積相綜合柱狀圖（徐14井）Fig.2　Sequence strata and comprehensive column of sedimentary facies of Quan-4 member in Xingcheng area

以單井層序劃分（圖2）為例進行分析，Q4-SSC1時期主要為紫紅色泥巖，夾少量紫紅色粉砂質泥巖，發育洪泛沉積微相；Q4-SSC2時期河道砂體沉積范圍較小，以紫紅色泥巖為主，夾少量灰色或灰綠色泥巖和泥質粉砂巖，發育洪泛沉積和決口扇微相；Q4-SSC3時期下部河道砂體發育，頂界為三角洲平原與三角洲前緣的分界面，泥巖顏色以紫紅色為主，向上水體加深，開始出現灰色或灰綠色沉積物；Q4-SSC4～Q4-SSC6時期，由于水體上升，沉積物以還原色為主，發育水下決口扇和支流間灣微相；Q4-SSC7時期以發育灰綠色泥巖為主，局部夾少量灰色粉砂巖和泥質粉砂巖，頂界為泉頭組頂部與青山口組底部的交界面，為一明顯的巖性-巖相轉換界面，其頂界面為K1q—K2q沉積時期的最大湖泛面。每個短期旋回的地層厚度均為10～20 m，且旋回結構發育完整，其中K1q4以發育正旋回沉積為主，具有不對稱層序結構特征［8］。

3　淺水三角洲沉積特征

3.1泥巖顏色及巖石類型

泥巖顏色是地層所處沉積環境的標志［9-10］（表1）。研究區泉四段下部旋回泥巖顏色以紫紅色為主，泥質粉砂巖條帶比較常見，發育塊狀層理和水平層理，說明水動力較弱，為靜水懸浮沉積，反映了氧化—弱氧化環境，屬于三角洲平原亞相沉積；中部旋回以紫紅色和灰綠色混合型泥巖為主，指示弱氧化—弱還原過渡環境，表明沉積時處于高沉積速率區；上部旋回泥巖顏色以灰綠色、灰色為主，指示弱還原環境，屬于三角洲前緣亞相沉積。由上述泥巖顏色的變化可以看出，研究區泉四段整體表現為湖平面上升的沉積演化過程。

表1　興城地區泉四段（粉砂質）泥巖相劃分Table1　（Silty）mudstone facies of Quan-4 member in Xingcheng area

3.2生物化石標志

研究區泉四段生物化石比較少見，而生物遺跡蟲孔十分常見（圖版Ⅰ-1）。蟲孔一般個體較大，密度較小。研究區生物擾動現象也比較多見，在泥巖中可見植物根莖化石［11］，反映出淺水過渡環境特征。

3.3特殊礦物標志

研究區泉四段主要見鐵質礦物和鈣質礦物，前者多以結核或晶體（如黃鐵礦等）形式出現，后者多以鈣質結核或方解石晶體出現［12］。黃鐵礦（圖版Ⅰ-2）和鈣質結核（圖版Ⅰ-3）在研究區比較常見，一般為弱還原沉積環境下的產物。鈣質結核在泥巖中比較常見，方解石晶體在泥質粉砂巖中可見，二者均為弱氧化沉積環境下的產物。

3.4沉積構造標志

碎屑巖中的沉積構造，特別是物理成因的原生沉積構造，是反映沉積物形成過程中沉積速度、水流作用方式、水動力條件和沉積環境特征的最有效的標志，一直被視為沉積相分析和劃分的重要相標志［11］。研究區泉四段河道砂體底部發育沖刷面構造（圖版Ⅰ-4～Ⅰ-5），在其內部可見交錯層理（圖版Ⅰ-6）及平行層理（圖版Ⅰ-7）等；小型交錯層理多發育于天然堤和決口扇等沉積微相中；在河道砂體中平行層理較為發育，多出現在水流較強及高能環境下的分流河道及水下分流河道等各類河道沉積中；在三角洲前緣沉積上部的薄層粉砂巖中可見變形層理（圖版Ⅰ-8），反映水動力中等；三角洲平原洪泛沉積和三角洲前緣支流間灣可見水平層理、塊狀層理及生物擾動等沉積構造，反映了水動力較弱的低能沉積環境。

4　淺水三角洲沉積相類型

通過對研究區22口預探井泉四段地層進行精細的巖心觀察和描述，并結合各種地質資料（巖性、古生物化石、單砂體形態及測井曲線等）進行單井相研究表明，研究區泉四段為一套河控淺水三角洲沉積，并可識別出2種亞相、7種微相［12］（表2）。

表2　興城地區泉四段淺水三角洲沉積相特征Table2　Sedimentary characteristics of shallow water delta of Quan-4 member in Xingcheng area

4.1淺水三角洲平原亞相

淺水三角洲平原一般位于水面以上，只有在出現周期性或季節性湖平面上升時，可短時期處于水下環境，僅受河能作用的影響，且長期處于氧化環境。在研究區該亞相主要發育于泉四段下部，其沉積物顏色多以紫紅色為主，泥巖中可見大量鈣質結核、蟲孔構造和少量植物碎片，化石較為少見，反映出水上強氧化暴露沉積環境［13］。該亞相中河道砂體發育規模較大，底部可見沖刷構造，具槽狀和板狀交錯層理等。研究區淺水三角洲平原亞相可識別出分流河道、天然堤、決口扇及洪泛沉積4種沉積微相。

（1）分流河道

研究區三角洲平原砂體主要分布在分流河道中，其巖性以粉砂巖為主，砂體厚度一般為1.5～5.0 m，偶爾可見沖刷泥礫。沉積物粒度在各微相中相對較粗，呈明顯的正韻律，底部沖刷突變面和正韻律旋回十分明顯，自下而上具有河流垂向結構特征。在測井曲線上通常呈高幅圣誕樹形、箱形或鐘形［圖3（a）～（b）］。

（2）天然堤

研究區陸上天然堤發育相對較少，一般發育在分流河道周緣，通常與分流河道構成典型的“二元垂向結構”，在平面上多分布在分流河道兩側。其沉積物比分流河道細，以泥質粉砂巖和泥巖為主，單層砂體厚度一般小于0.5 m，生物擾動現象明顯。在測井曲線上呈中—低幅的指形或扁鐘形［14］［圖3（b）］。

圖3　興城地區泉四段沉積微相測井響應特征Fig.3　The log response characteristics of sedimentary microfacies of Quan-4 member in Xingcheng area

（3）決口扇

決口扇沉積物粒度一般介于分流河道和天然堤之間。在研究區，巖性多為灰色泥質粉砂巖和粉砂巖，單層砂體厚度為0.8～2.0 m，局部可見泥質條帶，底部具沖刷面或突變面，垂向上呈向上變細的正韻律。在測井曲線上呈指狀或尖峰狀形態，以底部弱突變、頂部漸變為特征［圖3（c）］。

（4）洪泛沉積

洪泛沉積是發育在分流河道之間的泥質沉積，巖性以紫紅色泥巖為主，在三角洲平原亞相中較為發育，沉積物粒度較細。泥巖單層厚度較大，常見鈣質結核和塊狀層理，可見少量植物根莖和蟲孔構造，局部暴露環境可見干裂構造。在測井曲線上呈低幅齒狀線形［圖3（d）］。

4.2淺水三角洲前緣亞相

研究區三角洲前緣主要發育在泉四段上部，巖石類型以灰色粉砂巖、灰綠色泥巖及其過渡類型為主，受河能和湖能的雙重影響，河道分叉改道常見，決口扇較為發育，整體上為穩定的水下還原環境。根據巖心、單砂體形態及測井響應特征等資料，研究區淺水三角洲前緣亞相可識別出水下分流河道、水下決口扇及支流間灣3種沉積微相［15］。

（1）水下分流河道

水下分流河道是陸上分流河道的水下延伸部分，因而具有與陸上分流河道相似的特征，如具底部沖刷構造、河道垂向層序和正旋回等，但由于受到湖能阻力及頂托作用的影響，使水下分流河道又區別于陸上分流河道。在淺水三角洲沉積環境中，由于湖泊水動力較弱，攜帶能力與沖刷能力明顯減弱，底部泥礫含量減少，由陸上明顯起伏的沖刷面變為平直的巖性突變面。在研究區，河道砂體主要由砂質沉積物組成，多表現為正旋回沉積特征，砂體底部可見泥礫和沖刷構造，常發育多期次河道充填。在測井曲線上呈中—高幅箱形或鐘形［圖3（e）］。

（2）水下決口扇

水下決口扇沉積物粒度較水下分流河道細，砂體中泥質含量較高，顏色以還原色為主，單層砂體厚度較小，一般為0.5～2.0 m，底部具沖刷面，規模小于陸上決口扇，常有小型層理發育，與上下部泥巖之間存在巖性-巖相突變面。在自然伽馬測井曲線上呈低幅齒狀線形和指形［圖3（f）］。

（3）支流間灣

支流間灣微相是區別水下環境與陸上環境的最重要的標志之一，常見于水下分流河道之間相對凹陷的海灣地區，為低能還原環境。三角洲向前推進時，在分流河道間形成一系列尖端指向陸地的楔形泥質沉積體，稱為“泥楔”，故支流間灣以黏土沉積為主，且發育有水平層理、變形層理及透鏡狀層理等，可見浪成波痕和生物介殼，蟲孔及生物擾動構造發育。在自然伽馬測井曲線上通常呈極低幅或低幅齒狀線形［圖3（f）］。

5　沉積相平面展布及垂向演化

5.1砂體分布規律

通過對研究區22口預探井進行精細的巖心觀察和描述，結合測井、錄井及鉆井等資料，利用地質繪圖技術，編制了研究區典型單井沉積相綜合柱狀圖和連井地層對比剖面圖，并在此基礎上，編制了砂地比等值線圖（圖4），從而清晰地展現出了研究區砂體的分布情況，為進一步分析沉積相平面展布及垂向演化奠定了基礎。

圖4　興城地區泉四段關鍵時期砂地比等值線圖Fig.4　The sand ratio contour map in key periods of Quan-4 member in Xingcheng area

研究區儲層砂體分布與基準面旋回和沉積環境密切相關，河道砂體一般發育在長期基準面下降期。在研究區淺水三角州沉積體系中，由于河道分叉、合并頻率較高，砂體分布范圍大，單層砂體厚度較小，因此砂地比較低。在研究區，K1q4每個短期旋回的地層厚度為10～18 m，并且各短期旋回內部的砂泥巖分布有所不同［11］。以Q4-SSC1，Q4-SSC4和Q4-SSC7等3個關鍵時期為例進行分析，Q4-SSC1沉積時期，砂體最為發育，砂地比較高，為1.46%～68.86%，平均為28.82%；Q4-SSC4沉積時期，砂巖分布范圍較廣，砂地比為2.98%～81.87%，平均為24.99%，高值主要集中在研究區東南部；Q4-SSC7沉積時期，砂地比為4.35%～80.11%，平均為20.02%，較低值區域進一步擴大。由此可見，砂地比在逐漸下降，反映了K1q4沉積時期水體由淺變深的過程。

5.2沉積相平面展布特征

根據單井沉積微相劃分及砂地比等值線圖，結合連井層序對比及沉積相縱向演化和橫向展布規律，編制了研究區K1q4沉積相平面圖（圖5）。受由北向南物源的控制，研究區河道流向為自北向西南方向；受構造、地勢和環境等因素的影響，沉積水體由淺變深，從而形成了退積型淺水三角洲沉積體系。以Q4-SSC1，Q4-SSC4和Q4-SSC7等3個關鍵時期為例，分析研究區沉積微相展布及演化特征［16］。

圖5　興城地區泉四段關鍵時期沉積相平面展布Fig.5　The planar distribution of sedimentary facies in key periods of Quan-4 member in Xingcheng area

（1）Q4-SSC1沉積時期

該時期為研究區K1q4沉積水體最淺，且K1q4砂體最為發育的時期。此時研究區發育淺水三角洲平原亞相沉積［圖5（a）］，主要受到來自凹陷北部物源的控制，水體由北向西南方向變深。該時期河道頻繁改道、交匯或決口，水下決口扇微相較為發育，河道砂體大范圍發育［參見圖4（a）］。總體來看，該時期研究區三角洲平原亞相內河道寬度呈現南北寬、中部窄的特征。水體較淺或暴露使得沉積物多以紫紅色泥巖和紫紅色粉砂質泥巖等為主，鈣質結核較為發育，并含少量植物碎片，反映水上氧化沉積環境。

（2）Q4-SSC4沉積時期

該時期研究區發育淺水三角洲平原和前緣2種亞相［圖5（b）］，沉積相帶南北分異明顯，芳161井—升531井—徐深1井—升74-F2井一線為相帶分界線，南部為三角洲前緣沉積，北部為三角洲平原沉積。沉積物顏色以紫紅色和灰綠色互層為主，巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖為主，湖平面上升，沉積物的可容納空間增大。河道流向為自北向西南方向，河道砂體發育范圍逐漸減小［參見圖4（b）］，沉積物自北向西南方向運移。河道寬度由三角洲平原向三角洲前緣變窄，分叉減少。區內河道彎曲度較大，水流方向復雜，沉積水體擺動劇烈，決口扇和水下決口扇微相廣泛發育。

（3）Q4-SSC7沉積時期

該時期研究區湖平面持續上升，發育三角洲前緣亞相沉積［圖5（c）］，以灰綠色泥巖為主，局部夾少量灰色粉砂巖和泥質粉砂巖，沉積物顏色主要為灰色—灰綠色，反映沉積水體逐漸變深的還原環境。該時期發育一條主河道，但河道寬度較小。受來自北部物源的控制，河道流向仍為自北向西南方向，河道砂體發育范圍進一步減小［參見圖4（c）］，決口扇微相發育。隨著水體進一步加深，在該階段沉積末期，K1q4頂部出現了整個盆地普遍發育的K2q黑色油頁巖［17-19］。

5.3沉積相垂向演化及有利沉積相帶

從垂向演化上，可以看出興城地區泉四段Q4-SSC1，Q4-SSC4及Q4-SSC7等3個關鍵時期沉積相帶分異明顯，內部具有明顯繼承性（參見圖5）。Q4-SSC1沉積期研究區為淺水三角洲平原亞相沉積，水體較淺，河道砂體廣泛分布；Q4-SSC4沉積期水體上升，研究區南部一帶開始出現了三角洲前緣亞相沉積，河道砂體發育范圍逐漸縮小；Q4-SSC7沉積期繼承了Q4-SSC4沉積期的沉積格局，沉積水體進一步上升，在升至扶余油層最大深度時，在油層頂部形成了一套青山口組黑色油頁巖沉積。因此，研究區K1q4總體上經歷了由三角洲平原到三角洲前緣水體由淺變深的一個沉積演化過程，反映了該區K1q4沉積時期為一次湖侵的沉積過程［20-21］。

根據上述沉積相平面展布及垂向演化特征，并結合該區地質條件及油氣成藏條件等分析，認為分流河道砂體及水下分流河道砂體為研究區主要儲集砂體，并具有規模大、分布范圍廣及延伸較遠等特點。此外，天然堤和決口扇砂體也可作為良好的儲集層。綜上所述，分流河道、水下分流河道、天然堤和決口扇微相為研究區的有利沉積相。

6　結論

（1）依據巖-電響應和層序地層等特征，將興城地區泉四段劃分為Q4-SSC1～Q4-SSC7等7個短期旋回，且旋回結構發育完整，以發育正旋回沉積為主，具有不對稱層序結構特點。

（2）研究區K1q4沉積時期受北部物源的控制，湖水攜帶大量泥沙，故K1q4為建設性的河控淺水三角洲沉積。在泉四段識別出三角洲平原和三角洲前緣2種沉積亞相，并進一步識別出分流河道、天然堤、決口扇、洪泛沉積、水下分流河道、水下決口扇和支流間灣等7種沉積微相。

（3）研究區K1q4河道砂體由北向南或西南方向展布。Q4-SSC1沉積時期，研究區為淺水三角洲平原亞相沉積，砂地比平均為28.82%，河道砂體最為發育，為有利的油氣聚集和儲集相帶發育時期；Q4-SSC4沉積時期，砂地比平均為24.99%，湖平面上升，在研究區南部開始出現淺水三角洲前緣亞相沉積；Q4-SSC7沉積時期，砂地比平均為20.02%，水體持續加深，研究區為淺水三角洲前緣亞相沉積。由此反映出，研究區K1q4沉積時期為一次湖侵的沉積過程，整體為一套退積型淺水三角洲沉積。

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圖版Ⅰ

（本文編輯：于惠宇）

Sedimentary characteristics of shallow water delta of Quan-4 member in Xingcheng area，Songliao Basin

SUN Chunyan1，2，HU Mingyi1，2，HU Zhonggui1，2，XUE Dan1，2，LIU Shiyu1，2
（1.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.College of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China）

The fourth member of Quantou Formation in Xingcheng area in Songliao Basin is mainly consisted of mudstone，silty mudstone，pelitic siltstone and siltystone.Based on the analysis of mudstone color，palaeophyte fossil，sedimentary structure and logging facies，the fourth member of Quantou Formation was confirmed as retrograding shallow water delta depositional system which develops delta plain and delta front subfacies，and distributary channel and crevasse splay are the main microfacies.According to the principle of high sequence resolution stratigraphy，this paper divided the sequence of Quan-4 member，combining with the distribution regularity of sandstone and mudstone，prepared the distribution layout of sedimentary facies，and analyzed the regularity of vertical evolution.The result shows that：Quan-4 member can be divided into seven short-term sequences，from Q4-SSC1 to Q4-SSC7.During the Q4-SSC7 period，water reached the deepest，and only developed delta front subfacies；during the period of Q4-SSC1，channel sand body is mostly developed，which is the best period for development of reservoir.In the vertical，Quan-4 member experienced a sedimentary evolution process from shallow to deep water，which is an transformation processfrom delta plain to delta front，reflecting an lake invasion of the sedimentary process in the study area.

shallowwater delta；sedimentary characteristics；the fourth member of Quantou Formation；Xingcheng area；northern SongliaoBasin

TE121.3

A

1673-8926（2015）03-0066-09

2014-12-04；

2015-01-16

中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院項目“三肇目標區扶余油層細分層沉積微相研究”（編號：2013-JS-1003）資助

孫春燕（1989-），女，長江大學在讀碩士研究生，研究方向為儲層地質學和層序地層學。地址：（430100）湖北省武漢市蔡甸區大學路特1號長江大學武漢校區。E-mail：1045286355@qq.com

胡明毅（1965-），男，教授，博士生導師，主要從事沉積學和層序地層學方面的研究與教學工作。E-mail：humingyi65@163.com。