淺水湖泊河口壩型三角洲前緣沉積特征與模式
——以文安斜坡西5井區沙河街組三段為例

范瓔寧， 李勝利， 梁星如， 杜新江， 崔 剛， 徐麗強

( 1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2. 中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062552 )

淺水湖泊河口壩型三角洲前緣沉積特征與模式
——以文安斜坡西5井區沙河街組三段為例

范瓔寧1， 李勝利1， 梁星如2， 杜新江2， 崔 剛2， 徐麗強1

( 1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2. 中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062552 )

受控于不同的水流特征、物源供給和地形坡度，淺水三角洲河口壩發育程度和特征具有較大爭議。以河北霸縣凹陷文安斜坡西5井區沙河街組三段為例，采用井震心綜合研究方法，以巖心相、測井相、地震相為標志，識別研究區淺水三角洲沉積微相類型；結合相對海平面升降變化，沉積微相、亞相的展布特征和演化規律，以及對古地貌和古水流分析其沉積控制因素和沉積模式，解釋淺水河口壩型三角洲發育規律。結果表明：西5井區位于三角洲前緣末端，水動力較弱，砂泥比較低，河道相對穩定，屬于緩坡河口壩型淺水三角洲，且地形坡度較緩、物源供給適中或不充分、水動力條件較弱、湖平面上升等因素控制淺水三角洲河口壩的發育程度。該結果對于厘清淺水三角洲河口壩形成的因素，指導該類型三角洲油氣勘探開發具有重要的意義。

湖泊淺水緩坡； 河口壩型三角洲前緣； 沙河街組三段； 沉積特征與模式； 文安斜坡； 霸縣凹陷

0 引言

淺水湖泊三角洲常發育在湖盆緩坡環境中，具有砂體發育面積較大、連續性較好的特點，是我國油氣勘探的重點[1]。Fisk H N提出淺水三角洲的概念，將淺水三角洲分為深水型三角洲和淺水型三角洲[2]。Friedman G M將三角洲的沉積環境總結為河口伴生的過渡環境，說明河口作用在三角洲沉積體系的形成過程中具有重要性[3]。Postma G結合慣性、摩擦和浮力因素，考慮蓄水體的深淺程度、地形坡度的陡緩程度、水體注入速度的大小等，對河口作用類型進行分類和描述，其中淺水河口壩型三角洲主要以摩擦和浮力共同作用為主[4]。Cornel O等研究美國墨西哥灣Booch三角洲，認為淺水三角洲形成于水體較淺、地形平緩、構造緩慢沉降的條件，分流河道發育且頻繁分汊、改道，不發育河口壩[5]。Bryan D等利用數值模擬方法，研究淺水三角洲前緣砂體沉積微相變化，指出古氣候、古構造背景及湖平面變化控制淺水三角洲前緣砂體的形成與分布[6]。

在我國松遼、鄂爾多斯、四川等盆地及一些海域中，淺水三角洲也十分發育[7-9]。朱筱敏[10]等指出淺水三角洲砂體的發育與湖平面升降變化密切相關；湖平面上升時期，河流作用變弱，分支河道向湖盆中央方向延伸距離小，砂體累計厚度小，砂地比降低，其三角洲前緣河口壩較為發育。齊亞林等[11]分析內陸湖泊三角洲前緣河口區水動力特征，表明三角洲前緣河口區主要發育河口壩砂體，而不發育水下分流河道砂體。淺水三角洲中河口壩有的時候較為發育，有的時候不太發育。因此，需要厘清淺水三角洲河口壩形成的控制因素，對該類型三角洲油氣勘探開發具有指導意義。

文安斜坡潛山油氣及中淺層油氣勘探較為成熟[12]，東營組、沙河街組一、二段獲得工業油氣流和高產儲量，取得良好勘探成果[13]。對于大于3 500 m的深層段的油氣潛力還不清楚。在斜坡的中部和南部地區，油氣主要賦存于沙二、三段地層[13]。特別是沙三段，以湖相暗色泥巖為主，有機碳平均質量分數在1.65%以上，多數母質類型良好[14]。已有研究主要集中在構造、儲層、油氣成藏等方面[13-16]，對于沙三段的沉積特征和沉積展布規律缺少精細刻畫。研究區位于文安斜坡中南部，也位于王仙莊斷層的上盤，整體坡度較緩。根據沙三段的沉積微相特征分析及沉積物源展布研究，結合巖心、測井及地震資料，確定研究區物源方向，識別研究區沉積微相類型，分析沙三段沉積相的垂向分布規律和平面展布特征，建立淺水湖泊河口壩型三角洲的沉積模式，指出地形坡度較緩、物源供給適中或不充分、水動力條件較弱，以及湖平面上升等因素控制淺水三角洲河口壩的發育程度。

1 區域地質概況

霸縣凹陷為中生代和新生代斷陷盆地，地層發育較完整。文安斜坡地理位置位于冀中坳陷霸縣凹陷的東北部(見圖1(a))，東部與大城凸起相鄰，西部臨近霸縣洼槽和馬西—鄲州洼槽，南部延伸至饒陽凹陷南馬莊構造帶，北部與武清凹陷、楊村斜坡之間相隔以里坦斷層[13]。在喜山運動前，文安斜坡地層產狀與現今相反，為西抬東傾。在喜山運動后，由于大幅度受單斷翹傾作用，盆地形成西斷東超的單斷箕狀凹陷，基底變成東抬西傾。文安斜坡位于凹陷東側抬升部位，與地層形成大角度不整合接觸。新生界地層由西向東逐漸減薄，地層從沙一、二、三段由東向西出現層層超覆現象，與砂巖上傾尖滅。文安斜坡新生代古地形為西低東高、地層厚度為西厚東薄[17]，其地形高差和坡降相對較小，斜坡為相對較緩的單斜。斜坡上發育大量的東西和北東走向的Y型正斷層，以及多個向洼槽傾伏的鼻狀構造帶[13]。研究區東臨大城凸起。

圖1 古水系分布、研究區位置及西5井綜合柱狀圖Fig.1 Palaeodrainage distribution, the regional location of the study area and comprehensive column of well X5

文安斜坡沙三段處于喜馬拉雅Ⅰ幕運動時期，可以分為2個亞段：沙三上段和沙三下段。其中沙三下段受斷陷擴張的影響，形成湖盆廣、水體深的沉積格局，為古近系水體最深時期；沙三上段受斷陷抬升的影響，拉張斷陷活動減弱[18]。整體呈水體淺、湖區小、巖性粗的特點。

2 沉積微相分析

2.1 沉積相標志

2.1.1 巖石學特征

霸縣凹陷文安斜坡西5井區沙三段西5-3X井底部發育灰白色細砂巖、向上變為含礫粗砂巖，可見河道沖刷，其中礫石磨圓程度較好，呈次棱狀—次圓狀，分選程度一般，呈定向排列(見圖2(a))，中部發育細砂巖，上部發育灰黃色粉砂質泥巖(見圖2(b)和圖3(a))。巖石粒度整體偏細，代表水動力條件偏弱，物源供給較弱。礫石分選程度一般，磨圓程度較好，厚度很薄，含量占巖石粒度比例很小，為河道沖刷產物，結構成熟度中等。沉積巖的顏色可以相對直觀地反映沉積環境，西5-2井發育灰白色細—中細砂巖、淺灰綠細—中細鈣質砂巖，粒度向上變粗，泥質含量減少(見圖2(c-d)和圖3(b))；灰綠色泥質粉砂巖，泥巖與砂巖互層(見圖3(c))，泥巖中可見炭屑。研究區巖石顏色整體呈灰綠色和灰白色且發育鈣質砂巖，說明西5井區沙三段沉積環境處于弱還原—弱氧化環境。

圖2 西5井區沙三段典型巖心特征Fig.2 Typical core characteristic of the 3th member of Shahejie formation in X5 well area

文安斜坡沙三段儲層巖石類型主要為巖屑質長石砂巖，含少量的長石質巖屑砂巖和長石砂巖[19]。巖石顆粒中，石英平均體積分數為39.12%，長石平均體積分數為37.06%，平均Q/(F+R)為0.68，說明其成分成熟度中等，沉積水動力環境較弱。

2.1.2 沉積構造與化石

不同的水動力條件、沉積速度、水流方式決定沉積構造類型。研究區三角洲前緣亞相水下分流河道多發育板狀交錯層理、小型槽狀交錯層理；水下分流間灣多發育水平層理、塊狀層理、生物鉆孔等，說明處于水動力較弱的沉積環境。

平行層理為較強水動力條件下流動水作用的產物，在中、細砂巖中發育良好，發育小型流水沙紋，常與交錯層理共生(見圖3(a(ⅰ-ⅱ)))。研究區一般發育于河流環境砂質沉積區。

研究區細—中細砂巖中常見板狀交錯層理，多數呈反粒序(見圖2(d)、圖3(a(ⅰ)))，反映床沙底形的遷移作用；常與中、細砂巖中的平行層理伴生，主要形成于河口壩。

研究區河道沉積中細—中細砂巖，多發育槽狀交錯層理(見圖3(a(ⅰ-ⅱ)))，多數由舌狀沙紋拖移而成，底部常見礫巖和含礫粗砂巖(見圖2(a))，主要發育于水下分流河道沉積微相。在研究區粉砂質泥巖(見圖2(b))發育的槽狀交錯層理中，槽深較小，比較平緩，紋層相互平行，反映水動力相對較弱，主要形成于河口壩。

圖3 西5井區沙三段典型沉積微相特征及測井相特征Fig.3 The typical microfacies types and their features and characteristic of typical logging facies of the 3th member of Shahejie formation in X5 well area

研究區泥巖主要為塊狀層理，局部發育水平層理，水平層理通常代表相對安靜的低能環境，屬于低流態產物，主要發育于分流間灣(見圖3(a(ⅲ)))。

巖心中出現炭化植物屑和生物碎屑(見圖3(a(ⅱ-ⅲ)))，說明沉積環境水體循環良好，氧氣充足且透光性好，為淺水沉積環境下的產物，且物源供給較弱。

2.2 沉積微相類型

沙三段沉積時期，湖盆范圍擴大，在文安斜坡形成辮狀河三角洲沉積體系[20]。其中，沙三段沉積早期，冀中坳陷快速下陷，凹陷邊界的同生斷層強烈活動，形成湖盆廣、水體深的沉積格局。該沉積期是冀中坳陷古近系水體最深時期，大套暗色泥巖發育。沙三段沉積晚期，拉張斷陷活動減弱，斷陷抬升，湖區變小，水體變淺[21]。根據巖石學特征、沉積構造與化石描述，結合西5井綜合柱狀圖(見圖1(b))，明確西5井區是典型的淺水湖泊三角洲前緣沉積，主要發育水下分流河道、河口壩、水下分流間灣和席狀砂等微相，其中河口壩沉積十分發育。

2.2.1 水下分流河道

水下分流河道微相是三角洲前緣亞相中主要微相類型之一，發育于三角洲平原亞相中分流河道的水下延伸部分，河道穩定性差，水下分支河道底部一般具有河道沖刷現象，底部常見沖刷面，沖刷面上多見礫石，單個的水下分支河道具有正粒序特點(見圖3(a(ⅰ)))。單砂體厚度一般為3～6 m，巖性較細，以細砂巖為主，向上粒度變粗。水下分流河道砂體為三角洲沉積中的骨架砂體，砂體表現為下部粒度粗、分選好、泥質含量低，向上變細、分選差和泥質含量增加。在測井相識別上，分支河道特征十分明顯，自然電位曲線和電阻率曲線呈鐘狀和箱狀，自然電位曲線呈明顯負異常。鐘狀電阻率反映向上變細的復合韻律序列；箱狀電阻率反映沉積河道砂體疊復，頂底為突變接觸，沉積過程中水動力相對穩定(見圖3(b(ⅰ)))。

2.2.2 河口壩

河口壩是三角洲前緣非常重要的微相類型，形成于分支河道入湖后。由于研究區斜坡角度小，坡度整體較緩，水流分散，入湖后水流流速降低，大量砂質物質在河口處沉積下來，沉積速率高?？傮w上，分支河道進入湖水后并不立即發生沉積作用，而是在水下繼續延伸一段距離，因此河口壩很少發育在入湖的河口處，大多數發育在離湖岸線較遠處，即水下分支河道末端。河口壩一般具有向上粒度變粗的反粒序特征(見圖3(a(ⅱ)))，砂巖含量增加。單砂體厚度多為10 m左右，砂質純凈，分選較好。河口壩在測井曲線上表現為漏斗狀，幅變組合呈前積、加積形態，頂部突變而底部漸變，反映沉積過程中水動力逐漸增強和物源供給量相對適中的特征(見圖3(b(ⅱ)))。

2.2.3 水下分流間灣

水下分流間灣發育于三角洲向前推進過程，在水下分支河道間形成泥質沉積；其沉積作用主要以懸浮沉積為主，巖性一般為灰綠色泥巖、灰黃色粉砂質泥巖。砂體厚度一般小于3 m，呈均質韻律(見圖3(a(ⅲ)))。水下分流間灣電測曲線多呈平直微齒狀，反映沉積過程中相對較弱的水動力環境和靜水沉積的特征(見圖3(b(ⅲ)))。

2.3.4 席狀砂

席狀砂形成于三角洲前緣河口壩經湖水沖刷并重新分布在側翼而形成的薄砂層，常見平行層理。尤其三角洲以摩擦作用為主時，三角洲朵葉體發育，當海水作用較強時，可使席狀砂與河口壩連成片。

3 沉積展布規律

3.1 沉積物源分析

霸縣凹陷及文安斜坡古近系物源存在三大物源區，分別為東北部的牛駝鎮凸起、東部的大城凸起和東南方向的隆起區[22]，研究建立在整個文安斜坡基礎上，未分析研究區的物源來源。根據古水系和古地貌資料、地震相特征，明確研究區具體物源方向，為研究區物源方向研究提供證據，有利于確定研究區沉積體系展布規律，為淺水河口壩型三角洲沉積模式的刻畫提供依據。

3.1.1 古水流分析

一直以來，冀中凹陷宏觀的沉積大格局研究建立在東、西物源直接向東部匯集上[22]。隨著研究的不斷深入，發現物源方向并不是簡單地東西走向，盆地內的沉積體系展布呈較為復雜的格局[23]。根據文安斜坡沙三段碎屑物質供應、卸載特征[23]，以及沙三段古水系分布(見圖1(a))，文安斜坡西5井區物源方向來自于大城凸起。

3.1.2 古地貌特征

西5井區從沙三段沉積時期開始變為強伸展構造運動[16]，喜馬拉雅Ⅰ幕構造運動加劇，持續發生斷陷作用，且斷陷發育較為明顯。古地貌圖比較直觀地反映古凸起和古溝道的分布特征和形態(見圖4(a))。古溝道通常發育在古凸起周圍的地貌低勢區域。隆起區處于剝蝕區，平原處于物源的搬運區，凹陷地區處于沉積物的沉積埋藏區。因此，觀察古地貌的形態可以追蹤物源的供給方向。沙三段在湖平面上升及構造下降背景下接受沉積，為西低東高的地勢形態，整體坡度較緩，高勢區為臨近的大城凸起，進一步確定物源主要來自于斜坡東部的大城凸起。

蠡縣斜坡整體平緩，坡度較小，研究區地震反射同相軸連續性較好，吉爾伯特型三角洲模式中的三層式結構不明顯。盆地內無明顯的坡折，多形成低角度前積反射(見圖4(b))。

圖4 西5井區沙三段沉積時期古地貌及地震剖面前積反射特征Fig.4 Palaeogeomorphology of the 3th member of Shahejie formation and characteristics of progradation reflection in the seismic profile in X5 well area

地震剖面中，前積地震反射特征能夠反映古水流方向，前積層的上傾方向一般指向物源區[24]。根據研究區沙三段地震資料解釋，沙三段存在前積地震體，且前積角度較小也證明研究區為緩坡沉積。圖4(b)中T5界面為沙三段頂界，T6為沙三段底界，為霸縣凹陷文安斜坡西5井區的物源方向提供有力證據，說明西5井區的沉積物運移方向為南東—西北。

3.2 沉積微相分布規律

3.2.1 沉積微相對比

在單井相分析的基礎上，對各個單井剖面進行對比，確定沉積相在橫向上的相變及砂體展布特征。西71—西5—西5-1—西59井連井剖面整體砂體厚度自西向東逐漸增加(見圖5(a))，砂體個數增多，西部主要發育水下分流河道和席狀砂，砂體規模較小，個數較少，席狀砂規模增加。向東部河口壩逐漸發育，砂體規模增加，延伸較遠。整體上，可見沙三段主要發育水下分流河道微相和河口壩微相，其中河口壩大量發育。宏觀上，砂體分布規模較大，砂體發育程度較高，連續性較好，說明它分布于水下分流河道末端位置，水動力環境相對較弱，對砂體的遷移影響不大。

根據近東西向剖面相(見圖5(b))，西5井區主要發育河口壩微相，砂體厚度自西向東減薄，砂體個數減少，沉積規模減小。西部主要發育水下分流河道微相、河口壩微相、席狀砂。東部砂體很薄，主要發育河口壩微相和席狀砂微相。沙三上段沉積時期，砂體分布范圍略增加，砂體個數增加；沙三下段沉積時期，砂體分布范圍明顯減小，東西向砂體展布具有差異性，西部發育薄層席狀砂，水下分流河道、河口壩疊置關系良好，河口壩向東部方向數量增多，總體砂體規模減小。西部砂體相對更為發育，說明西部位于分流河道發育末端，水動力能量較弱。

由于沙三段沉積時期湖平面上升，可容納空間增加，河流遷移能力減弱，水下分支河道向湖盆中央方向延伸距離減小，砂體累計厚度減小，砂地比降低，砂泥比相對適中，河道相對穩定，導致三角洲前緣河口壩大量發育。

圖5 西5井區沉積微相連井剖面圖(剖面位置見圖1)Fig.5 Well correlation sedimentary micofaciesin X5 well area(horizontal location in figure 1)

3.2.2 沉積相平面分布

沉積體的分布范圍、沉積樣式與地震均方根振幅屬性(RMS)具有良好的耦合關系。分析西5井區地震均方根振幅屬性分布，自東南部近物源區向西部，其RMS高值呈主三角洲形態展開，然后由主三角洲衍生出一個小型三角洲沉積體系。說明西5井區是以主三角洲和次級三角洲為核心的沉積特征體系展布。

沉積相的平面分布規律研究建立在單井沉積相和剖面沉積特征的基礎上，并且綜合該區的沉積背景、沉積條件及地質特征，分析平面上的沉積相展布特征。在RMS地震屬性圖的基礎上，擬合并勾畫西5井區平面沉積相展布圖(見圖6)。末端的分流河道系統和前緣的主河道構成朵葉形態，多被側向或上游遷移河口壩充填，整體為河口壩型三角洲。

圖6 西5井區沙三段地震RMS屬性及沉積相平面分布Fig.6 Attributes of seismic RMS and plane distribution of sedimentary facies in X5 well area

4 沉積模式

對比鄂爾多斯盆地中經典淺水辮狀河三角洲沉積特征，一般淺水辮狀河三角洲沉積時期，沉積物相對較粗，多發育“砂包泥”的沉積結構，物源補給充足，水動力環境較強導致水道遷移頻繁，且水下分支河道砂體較厚、延伸較遠[2]，對河口壩的沖蝕作用較為明顯，從而導致河口壩不發育。對于近源供應體系下的細粒沉積物，鄂爾多斯盆地七里村油田三疊系延長組長62沉積時期，湖盆整體水體較淺，可與研究區進行類比，但其波浪作用對沉積物改造作用較強，表現為河口不發育[25]。研究區沉積物粒度相對較細，多為泥巖、泥質粉砂巖、細—中砂巖，多發育“泥包砂”的沉積結構(見圖1(b))，物源供給較弱，水動力環境較弱導致大量底負載沉積物在河口處沉積下來，且沙三段湖平面上升，河流作用變弱，分支河道向湖盆中央方向延伸距離較小，從而導致河口壩的大量發育，發育淺水河口壩型三角洲。

研究區整體位于王仙莊斷層上盤，地震剖面前積反射角度較小，說明為緩坡沉積，其物源方向來自于大城凸起，巖心中出現植物化石說明整體沉積環境為淺水沉積。巖心粒度細，體現水動力環境較弱。反旋回粒序明顯，河口壩大量發育，發育牽引流成因的沉積構造，體現河道沉積，研究區沙三段整體為緩坡細粒河口壩型三角洲。受王仙莊同沉積斷層控制的影響，推測斷層下盤發育次級三角洲。

沙三段沉積早中期，為水體最深時期。沙三段沉積晚期，湖區變小，水體變淺，地形坡度變緩，湖水從鄰近的大城凸起侵入，研究區可容納空間逐漸增大，河流攜帶的碎屑物質開始卸載沉積。沉積物分選一般，磨圓較好；發育各種反映牽引流成因的沉積構造，如河道沖刷面、各種交錯層理、平行層理和礫石定向排列等?？梢娭参锴o干、炭屑與碎屑物質共同沉積，說明整體沉積環境為淺水沉積。入湖后水動力條件減弱，粒級以中、細砂為主，可見反映三角洲進積特點的反韻律沉積。由于河道下切能力減弱，導致以暗色泥巖和粉砂巖為主的分流間灣相對發育。

綜上所述，研究區沉積時期地形坡度緩，水動力條件較弱，物源供給一般，植被發育，整體為由碎屑物質在經過搬運而入湖卸載背景下形成的緩坡細粒淺水河口壩型三角洲。整體上，三角洲沉積主要發育三角洲前緣亞相，其中河口壩大量發育。三角洲沉積體主要沿著東部大城凸起逐漸向湖盆推進，受物源供給能力、水動力條件及地形坡度的影響，三角洲朵體沿斜坡向西延伸。受斷層的影響，沉積物在坡度較大的斜坡前端易發生失穩，形成濁積砂體(見圖7)。

圖7 西5井區沙三段沉積模式Fig.7 Sedimentary model of the 3th member of Shahejie formation in well X5 area

5 結論

(1)冀中坳陷霸縣凹陷文安斜坡西5井區沙三段沉積模式和沉積特征相對復雜，特點突出，為淺水湖泊背景下的三角洲前緣沉積，發育河口壩、水下分流河道、水下分流間灣和席狀砂等沉積微相，其中河口壩大量發育。

(2)文安斜坡西5井區沙三段沉積分布范圍受到物源和古地貌的控制，沉積物源主要來自東部臨近的大城凸起。受控于地層坡度較緩、物源供給相對較弱和沉積環境水動力較弱等因素控制，多發育細粒沉積。

(3)研究區沙三段沉積期受控于湖平面上升因素，且河道分布穩定，反粒序河口壩沉積特征明顯，是河口壩大量發育的主要原因，具有典型的緩坡細粒、湖泊淺水河口壩型三角洲沉積特征。

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2017-03-02；編輯：任志平

國家自然科學基金項目(41572080，41272132)；中國石油股份有限公司重大科技專項(HBYT-YJY-2015-JS-89)

范瓔寧(1993-)，女，碩士研究生，主要從事沉積與儲層地質學方面的研究。

李勝利, E-mail:slli@cugb.edu.cn

TE122.2，P618.13

A

2095-4107(2017)04-0043-10

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2017.04.005