小湖盆淺水三角洲沉積特征及其等時格架劃分方案
——以南堡4-3區東二段為例

李彥澤，王志坤，商琳，王雨佳

1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249

2.中石油冀東油田，河北唐山 063000

0 引言

近年，淺水三角洲的研究受到了廣泛的關注，其中富存的油氣資源成為各大油田開發的重點，如何通過研究其形成機理、解剖其沉積特征，來更好的提供優質儲量、優化開發部署、提高油氣產能，成為了油氣勘探開發專家研究的重要課題[1-2]。

“淺水三角洲”這一概念，首先由Fisk et al.[3]于1954 年在研究密西西比河時提出，將河控三角洲劃分為深水型和淺水型，揭示了注入環境的影響對三角洲沉積特征的形成十分重要。后由Postma[4]提出了河控三角洲在低能盆地中受注入環境的影響更為顯著，并著重研究了三角洲前緣坡度對其形成產生的明顯差異，將這一類淺水三角洲進一步劃分為緩坡型淺水三角洲和陡坡吉爾吉伯特型三角洲，闡明了沉積特征受沉積過程與沉積構造背景的共同控制，并揭示了二者在塑造沉積形態時相互發揮的作用。國內相關研究，主要是從鄂爾多斯盆地、松遼盆地、塔里木盆地、渤海灣盆地等坳陷入手，對淺水三角洲的概念、分類、形成地質背景、沉積特征等方面進行研究[5-8]，代表性成果主要包括：樓章華等[9]著重從沉積過程受地質運動演化的角度，突出沉積可容空間的變化幅度和頻率不同，導致淺水三角洲沉積展布形態有明顯差異。鄒才能等[10]通過對大型敞流坳陷湖盆中淺水三角洲的研究，結合前緣斜坡坡度和古水流，以供源體系為基礎，將湖盆三角洲劃分為6種淺水三角洲和3種深水三角洲。朱筱敏等[11-12]以松遼盆地大型中、新生代陸相含油氣盆地為研究對象，強調供源系統對三角洲的控制作用，總結出淺水三角洲沉積主要具備以下特點：1）沉積古地貌坡度較緩，沉積環境較為干旱炎熱；2）淺水三角洲沉積缺乏傳統三角洲沉積的三層結構；3）沉積不發育河口壩砂體，三角洲以河道砂為骨架，能夠通過河道砂串聯起三角洲不同的沉積相；4）沉積相仍可劃分為平原、內前緣、外前緣、前三角洲等亞相，并進一步細分為分流河道、水下分流河道、水下分流河道間等微相。

同時，尹太舉等[13]、蔡文[14]也通過對洞庭湖和鄱陽湖等現代淺水湖盆三角洲沉積研究及水槽模擬實驗研究發現，還存在一種特殊形態的淺水三角洲——疊覆式三角洲[15]。與上面所提的三角洲的主要區別在于：1）該類三角洲沒有相對統一的分流系統，分流河道多不沉積而作為沉積物通道；2）該類三角洲以單一的沉積朵體為沉積單元，多個同級別朵體疊置構成高級別復合朵體，從而形成三角洲骨架系統，且不能細分為其他微相。蔡文[14]、尹太舉等[15]以大慶油田的杏樹崗地區葡I 油組為例研究了該模式在油田開發中的應用。

以上學者的研究，切入點雖各有不同，但有兩點認識是較為統一的：1）從研究對象來看，淺水三角洲注入的海（或河）規模較大，潮汐改造作用明顯、地型坡度寬緩，空間上有利于三角洲各沉積構成單元的延展，層次上有利于各沉積單元的依次疊置[16-17]；2）從研究結論看，都強調了沉積過程對沉積單元形態的控制作用，因此在對沉積單元劃分時，都質疑了在研究淺水三角洲的沉積等時界面時以傳統的層狀模型為基礎、依據“相似性”進行對比，而提出了應基于沉積過程對等時單元進行劃分，這種對比方式是“異相同時”的[18-19]。

南堡油田4-3區東二段屬于淺水三角洲沉積，具有典型的水下分流河道發育、幾乎不發育河口壩沉積等特征。但前人[20-23]研究淺水三角洲沉積特點均為大湖盆沉積背景下形成的，而4-3區屬于小湖盆淺水環境下形成的三角洲，具有沉積相變更快，疊置關系更復雜等特點，特別是4-3 區發育于斷階帶上升盤，搬運距離短、落差大，使得相變受控于高程差的影響更為明顯，直接表現為注入水流能量更強、限制了水流攜砂能力的分散。因此基于前人成果，以南堡4-3區東二段為例，開展斷階帶下小湖盆淺水三角洲的研究，對認識其沉積過程，明確其沉積單元特征具有重要意義，并針對這類模式下如何劃分“異相同時”等時地層界面提出了一些思路方法。

1 地質背景

南堡油田是小型中、新生代形成的陸相含油盆地系統，區域構造隸屬渤海灣盆地黃驊坳陷北部的南堡凹陷，面積約1 000 km2。4號構造位于南堡凹陷南部控凹斷層——柏各莊斷層的下降盤，是凹中隆的有利位置。該構造區是一個北西走向的潛山披覆背斜構造帶，被多條斜列的斷層復雜化，平面呈帚狀構造。構造主體部位受堡古1大斷層切割，分為兩個部分，西南側為主斷層下降盤復雜斷塊區、呈節節南掉的西傾斷階，為南堡4-2 區；東北側為較簡單的向東南抬升的鼻狀構造，為南堡4-1 區；西北部南堡403X1斷階帶為南堡4-3區（圖1）。

圖1 南堡4-3 區區域構造位置圖Fig.1 Regional tectonic location map of 4-3 zone, Nanpu oilfield

南堡盆地演化大致經歷了熱隆張裂，裂陷、拗陷和萎縮褶皺四個階段。本次研究的東營組沉積背景為斷陷轉坳時期，該時期為陸相碎屑巖沉積建造，砂體發育范圍廣，厚度大，是盆地主要的儲油巖系。東營組自下而上可劃分為東三段、東二段、東一段。其中東二段約400 m，以深湖—半深湖下形成的黑色、深灰色泥巖和水下分流河道形成的不等粒砂巖為主，是本次研究的目標層位。

2 沉積特征研究

根據巖芯資料、綜合地球物理資料分析，研究區物源來自北部，為三角洲前緣沉積，整體為一套水下沉積，上部大套泥巖為深湖—半深湖相沉積，中部砂泥巖間互層為三角洲前緣末端沉積，下部砂巖集中發育段為三角洲前緣水下分流河道沉積、偶見河口壩沉積。通過恢復古地貌可知，4-3區發育的三角洲在河流入湖處恰恰屬于斷階帶上升盤，河流快速下降至湖盆中。

從沉積體的巖性特征來看，巖性較細。通過粒度分析資料研究，沉積砂體粒度中值為0.047～0.620 mm，為不等粒砂巖，平均粒度中值0.248 mm，以中細砂巖為主，粒度分選系數平均為1.89，分選較差。從成分分類看，儲層巖石類型以巖屑長石砂巖為主。碎屑成分主要由石英、長石和巖屑組成，石英平均含量35.6%，長石平均含量34.6%，巖屑平均含量29.8%。碎屑顆粒以次圓狀—次棱狀為主，分選差、磨圓中等。顆粒間以點—線接觸為主，膠結類型多為孔隙式，膠結物以泥質為主，含量1.0%～11.33%，平均6.2%左右。粒度概率曲線主要表現為兩段式，反映了本區儲層沉積為以牽引流為主、水動力條件較強；粒度C-M圖發育遞變懸浮段（QR段）和均勻懸浮段（RS段）。遞變懸浮搬運段最大粒徑800μm，均勻懸浮的最大粒徑350μm，反映了沉積時期的水動力條件較強（圖2）。

正是基于沉積物由分選差、磨圓中等的次成熟中細砂巖組成，表現為以牽引流沉積為主且水動力較強的特點，因此，前人研究中認為該區水下分流河道沉積具有近源、快速沉積的特點，將其定義為扇三角洲。但該模式并未考慮到斷階斷層造成的強制湖退，導致湖平面下降、沉積速率加速、可容空間減小對沉積砂體的影響[6,24]。因此，前人所定義的扇三角洲的沉積結論欠妥。

結合東營時期4-3區的演化過程，此時氣候處于干旱—半干旱時期，在強制湖退作用過程中，陸源碎屑供給物充足，但平原相不發育，也不發育三角洲典型的“三層結構”，整體表現為向湖盆陡坡坡底快速加積的特點。同時，在小湖盆中沉積受湖水潮汐破壞不明顯，更多是受水深變化的影響。斷階帶正是水深突變的分界線，造成分流河道快速的推進與湖平面快速的后退，小湖盆范圍的局限性亦不利于沉積砂體的橫向展開，因而河道頻繁改道、廢棄，沉積地貌起伏不斷接替變化，難以找到統一、穩定的水流線，無法進一步區分分流河道、河口壩、席狀砂等沉積微相。單河道擺動形成的朵體是最小的沉積單元，單朵體獨立發育、依次疊置，逐級拼合為高級次沉積朵體，最終形成疊覆式淺水三角洲（圖3）。

圖2 南堡4-3 區東營組二段三角洲水下分流河道沉積構造（井深2 630～2 660 m）Fig.2 Sedimentary structures of subaqueous distributary channel of delta front in Dongying section of Nanpu 4-3 zone (depth 2 630-2 660 m)

通過地震相識別，三角洲整體平原相不發育，而常具有斜交前積反射結構（圖4），這與朱筱敏等[11]、劉自亮等[25]對淺水三角洲沉積特征的研究相吻合。利用地震沉積學，可以對疊覆式三角洲的沉積展布特征有更清晰的認識。

地震沉積學是綜合了地震巖性學和地震地貌學的綜合學科，應用于研究巖性、沉積成因、沉積體系和盆地充填歷史[26]。在識別地球物理特征時，需首先對地震數據體進行90°相位轉換，建立地震同相軸與巖性地層的關系。

結合對地震屬性體研究，利用Petrel 2014地球物理模塊，通過提取目標層位的敏感屬性（包括RMS、Max amplitude、Mid amplitude 等），在自Ed2III 底面以上，以2 毫秒相對地質時間采樣率（相當于2 m 深度采樣率）獲得的大量地層切片。自下而上的切片展示出地貌和沉積體的演化過程，我們可以清晰的發現，三角洲的分流河道，攜帶著砂體以朵體的形態沉積，朵體的發育一方面橫向擺動、遷移，另一方面縱向上時有類似填洼補齊式的依次疊置的沉積關系。使得三角洲朵體逐級復合，逐漸發育成更復雜的復合朵體（圖5）。這與朱筱敏等[11-12]研究的淺水三角洲沉積特征有很大不同，即無法進一步細分水下河道、席狀砂等沉積微相[5,18,20,24]。

圖3 斷層活動對斷階帶沉積環境的影響示意圖Fig.3 Scheme of deposit influence between fault activity and step-fault zone

圖4 南堡4-3 區斷陷湖盆中強制湖退前積特征Fig.4 Foreset sandbody formed during forced lacustrine regression period in the rift lacustrine basin of Nanpu 4-3 zone

圖5 南堡4-3 區Ed2III 上部的一張RMS 屬性體地層切片，顯示了疊覆式淺水三角洲地貌模式。紅黃色振幅（波峰）指示高速偏砂相，紫藍色（波谷）代表低速偏泥相，井旁數字指示鉆遇的朵體砂巖厚度（m）Fig.5 A stratal slice from upper part of Ed2III in Nanpu 4-3 zone, displaying typical sedimentary geomorghological features of an overlapping shallow-water delta. Red and yellow amplitude (peak) indicate high-velocity sand-prone facies. Purple and blue amplitude (trough) indicate low-velocity mudstone-rich facies; the number beside wells indicates lobe thickness of (m)

3 建立等時的地層格架

通過以上研究，確定研究區的沉積模式為疊覆式淺水三角洲。應以單河道擺動形成的朵體為最小研究單元。在一個長期基準面旋回過程中，多個單朵體疊置成復合朵體。因此單朵體相當于砂組級別，而復合朵體相當于油組級別。在單朵體內進一步細分的等時單元，界面與頂底界面近似于平行；而在復合朵體內部，各單朵體自成單元，朵體間的接觸關系及接觸界面的滲流能力，決定了朵體間能否建立流動能力。

在這一模式的指導下，依靠井—震結合識別等時界面。但研究區地震資料分辨率較低，頻寬0～70 Hz，主頻15 Hz。分辨率55 m，只能分出砂組級別（準層序組）的地層單元。因此，充分利用地震資料橫向展布分辨率高的特點，通過90°相位數據體中進行砂組級別的朵體界面的識別，并將地震解釋層位標定于測井資料上，井—震結合搭建砂組級別的地層格架后。再利用測井信息細分朵體單元直至小層級別，建立砂組—朵體—小層的劃分體系（圖6）。

利用地震解釋識別出28 個砂組級別的朵體單元，并自下而上、自西向東，依次命名為1 號朵體，2號朵體……至28 號朵體。需要特別說明的是，這樣的命名，本意是希望能夠通過編號順序說明朵體沉積先后關系，但實際研究中則難以執行。對于側上方形成的朵體晚于其下方的朵體，并無爭議；而一個朵體左右兩側的朵體單元孰先孰后則難以判斷。因此，這樣的命名最終只能表示朵體單元的不同，而無法提供嚴格的時間先后關系。

在砂組級別的朵體間，普遍發育在河流萎縮期短暫沉積的湖湘泥巖，成為了朵體間發育的穩定隔層，是分隔各個朵體有效的標志。在此基礎上，利用測井信息，進一步針對各個朵體劃分小層單元。

前人研究表明，在低級別朵體內部非均質性較弱，沉積砂體按朵體沉積輪廓樣式層狀細分。因此，在每個砂組級朵體內，按測井曲線旋回特征細分，并自下而上命名某朵體某小層，如1 號朵體，則小層單元自下而上命名為1-1 小層、1-2 小層……（圖7），不同朵體單元的小層數量并不統一。最終構建了單朵體為單元的，細分至小層的等時地層單元格架。

4 結論

（1）南堡4-3區東二段發育的小湖盆淺水三角洲沉積體系處于斷陷轉坳陷時期，沉積體發育在斷階帶上升盤，造成了強制湖退的現象，因而表現出近源沉積的特點。

（2）東二段淺水三角洲為疊覆式淺水三角洲，其形成以單河道橫向擺動形成的朵體為基本單元，多河道形成的朵體三維空間相互疊置，形成更高一級立體的復合朵體。朵體內具有統一滲流特征，朵體間的滲流特征則由其相互間的接觸關系及接觸界面滲流差異決定，表現出“體外獨立，體內統一”的特點。

圖6 4-3 區淺水三角洲沉積結構組合示意圖Fig.6 Schematic of components in deltaic deposit model of shallow water in 4-3 zone

圖7 等時地層格架劃分方案Fig.7 The scheme of isochronous stratigraphic framework division

（3）通過井—震結合搭建等時地層格架：在地震分辨率可靠的尺度下識別單朵體等時界面并標定測井信息，利用測井信息進一步識別刻畫朵體間的沉積界面、細分朵體內的等時界面。