高陽地區沙一下亞段灘壩砂體沉積特征及控制因素

王麗娟，陳曉平

（1.中國石化華北石油工程有限公司錄井分公司，河南鄭州 450000； 2.中國石化河南油田分公司第一采油廠，河南南陽 473132）

灘壩砂巖作為陸相斷陷湖盆中重要的儲集類型，因距烴源巖近、儲集性能好、生儲蓋配置合理[1–6]，一直以來都是油氣勘探的重點領域。近年來，在渤海灣盆地、準噶爾盆地、江漢盆地等均發現以灘壩砂體為儲集體的油氣田[7–9]，并顯現出良好的油氣勘探開發前景。高陽地區沙一下亞段灘壩砂體發育，前人的研究多側重于砂體類型和儲層特征[10–11]，對灘壩砂體沉積特征和控制因素的分析相對缺乏，嚴重制約了該區下一步勘探開發。

高陽地區位于冀中坳陷饒陽凹陷蠡縣斜坡帶上，北鄰雁翎潛山構造帶，南至劉村低凸起，西部以高陽斷層為界，東接任西潛山構造帶和肅寧潛山構造帶[12]，整體具有西抬東傾、北高南低的構造特征（圖1）。研究區坡度較緩，斷裂體系不發育。沉積初期為斷坳湖盆擴展期，經歷古近系以來最大規模的湖侵[13]，湖域范圍廣，廣泛發育濱淺湖灘壩，以淺灰色細砂巖為主，含少量粉砂巖，夾灰綠色泥巖、薄層狀灰褐色鮞狀灰巖及生物灰巖；沙一下亞段沉積末期，區域性構造抬升，湖盆開始收縮，研究區主要發育辮狀河三角洲沉積體系，灘壩不發育。

圖1 高陽地區地理位置

1 灘壩砂體沉積特征

1.1 巖性特征

通過對研究區13 口取心井約400.0 m 巖心的觀察，67 塊巖心薄片的分析，并結合95 口井基礎地質資料，認為高陽地區沙一下亞段沉積砂體可分為灘砂和壩砂，其中灘砂巖性較細，以粉砂巖、泥質粉砂巖為主；壩砂巖性較粗，以細砂巖為主，不含粗砂和礫巖。沙一下亞段地層總厚度70.0～90.0 m，統計發現，灘壩砂體平均厚度占地層總厚度的27.9%，且整個灘壩砂體中細砂巖占85.0%以上，說明灘壩砂體中以壩砂為主。通過對砂體中礦物成分含量的分析，認為高陽地區灘壩砂體主要巖石類型為巖屑長石砂巖，其中石英含量為45.0%～55.0%，長石含量為30.0%～40.0%，巖屑含量為10.0%～15.0%，具有中等結構成熟度和成分成熟度。

研究區沙一下亞段灘壩砂體粒度概率累計曲線主要表現為“多跳一懸式”（圖2），跳躍總體往往由3～4 個直線段組成，且直線段斜率較低，跳躍組分體積分數較大，約70.0%～90.0%，說明河水攜帶大量碎屑物質入湖[14]，同時，濱淺湖水體動蕩，對沉積物反復淘洗、改造，造成粒度曲線呈現多段式特征。進一步分析發現，粒度概率曲線懸浮組分體積分數較少，為10.0%左右，跳躍與懸浮總體交切點位于3.5 φ附近，反映出水體流速較慢且穩定性較差。

圖2 高34 井沙一下亞段灘壩砂體粒度概率曲線

1.2 沉積構造特征

通過對高30、高105、高34 等取心井的巖心觀察，發現灘壩砂體沉積構造多樣，且灘砂與壩砂因形成條件的差異沉積構造明顯不同，其中，灘砂巖性較細，反映沉積水動力較弱，主要發育水平層理、波狀層理和小型交錯層理，縱向上單砂層厚度較薄（1.0～3.0 m），表現為“泥包砂”沉積組合特征，同時在灘砂頂面偶見植物碎片；壩砂巖性較粗，反映沉積水動力強，多發育平行層理、波狀交錯層理、板狀交錯層理，單砂層厚度大（3.0～8.0 m），表現為厚層砂巖與泥巖互層，如高30 井巖心可見多套壩砂與濱淺湖泥相互疊置，在井深2 565.5 m 處壩砂下粗上細，呈正韻律特征，底部見沖刷面構造（圖3a）。

高陽地區沙一下亞段灘壩砂體還具有一些特殊的沉積構造現象，既有反映水流或波浪作用較弱的植物炭屑、生物潛穴（圖3b），也有反映砂體迎水面向上爬升沉積形成的上攀層理（圖3c），還有因砂體供應不足形成的透鏡狀層理，同時，還可見到球枕構造（圖3d）、包卷層理（圖3e）等因砂泥巖組合不穩定而形成的揉皺變形構造。

1.3 測井相特征

圖3 高陽地區沙一下亞段灘壩砂體沉積構造

通過對13 口取心井的巖性與電性關系的分析，發現自然電位曲線能夠很好的區分巖性，根據曲線形態的不同，認為高陽地區沙一下亞段灘壩砂體存在以下4 種測井相特征：

指形：自然電位曲線表現為尖峰或較圓滑的指狀形態，曲線在砂巖段呈現明顯的負差異，且差異幅度較大，同時見向上逐漸增大的反韻律特征，頂底為突變接觸。此種曲線特征對應于砂泥薄互層，砂巖巖性主要為粉砂巖、泥質粉砂巖，少量細砂巖，砂體厚度較薄，單層厚度一般小于3.0 m，此種沉積序列說明砂體物源供應不足，反映低能沉積環境，代表灘砂沉積。

箱形：自然電位曲線表現為高幅微齒化箱形，頂底都為突變接觸，略顯下粗上細的正韻律特征，對應砂體較厚，單層厚度一般大于5.0 m，以細砂巖為主，此種曲線形態反映沉積過程中物源充足，水動力條件較強，代表壩砂沉積。

漏斗形：自然電位曲線表現為頂部高幅、底部漸變為低幅形態，曲線值下小上大，頂部為突變接觸、底部為漸變接觸。此類曲線下部對應泥巖或粉砂巖，上部為細砂巖，表現為向上變粗的反韻律特征，說明沉積時水動力逐漸增強，反映沉積物逐漸前積或順流加積的沉積環境[15]，一般代表壩砂沉積。

鐘形：自然電位曲線形態與漏斗形相反，曲線值下部最大，向上逐漸變小，頂部為漸變接觸、底部為突變接觸，反映砂體下粗上細，為典型的正韻律特征，是水動力逐漸減弱，物源供給逐漸減小的表現，代表灘砂沉積。

1.4 分布特征

高陽地區沙一下亞段經歷低位體系域、湖侵體系域、高位體系域3 個沉積期，不同沉積時期灘壩砂體的分布特征明顯不同[16]。低位體系域砂體分布廣泛，主要發育三角洲前緣–濱淺湖亞相；湖侵體系域時期，湖平面上升，研究區主要發育濱淺湖灘壩亞相；高位體系域，西南部物源供應充足，主要發育三角洲前緣–濱淺湖亞相。

在低位體系域時期（圖4），研究區西部靠近主物源區，物源供應充足，從高陽低凸起至東南方向發育大面積辮狀河三角洲前緣砂體，在沿岸流和波浪的作用下，水下分流河道砂體被搬運至東北部（高30、高33、高43 井區）和東南部（高22、高23、西柳101 井區）等地區，在靠近湖盆中心處形成大面積的灘壩砂體，其中壩砂多呈橢圓狀或長條狀排列，長軸方向大致為西南向，與湖岸線平行，灘砂發育面積更大，呈席狀展布。低位體系域時期，灘壩發育區砂地比普遍大于0.4，說明水動力較強，波浪或湖浪的沖刷改造使得灘壩砂體在垂直物源方向上均勻分布。鉆井資料顯示，灘壩砂體厚度變化穩定，單井平均厚度為23.3 m，僅東北部高51 井區，厚度最大，可達35.0 m。

圖4 高陽地區沙一下亞段低位體系域沉積相

在湖侵體系域時期（圖5），隨著湖水范圍擴大，水體變深，可容納空間增大，西部三角洲前緣亞相開始萎縮，整個研究區處于濱淺湖亞相。由于物源供應不足，砂地比多為0.2～0.4，灘壩砂體逐漸向岸方向退積，呈“條帶狀”分布在西部高陽斷層一側，分布范圍明顯較低位體系域時期小，主要集中分布在高14 井區，而靠近湖盆中心位置灘壩砂體則不發育。統計砂體厚度發現，湖侵體系域時期砂體厚度較薄（15.3～25.6 m），平均厚度為17.8 m。

圖5 高陽地區沙一下亞段湖侵體系域沉積相

在高位體系域時期（圖6），湖平面整體上升，但由于沉積物供給速率大于湖平面上升速率，故相對湖平面下降，在西部造成等效湖退，原湖侵體系域時期發育的灘壩砂體基礎上疊置發育辮狀河三角洲砂體，而東南部高29、高22 井區，灘壩砂體則繼承性發育，厚度較湖侵體系域時期厚。高位體系域時期，灘壩砂體分布范圍進一步縮小，但略向湖盆中心遷移。

圖6 高陽地區沙一下亞段高位體系域沉積相

2 灘壩砂體控制因素

2.1 物源供應

高陽地區沙一下亞段灘壩砂體物源主要來自于西部辮狀河三角洲，西部陸源碎屑物質供應的多少一定程度上控制了灘壩砂體的大小和規模[17]。低位體系域時期，西部辮狀河三角洲體系發育，陸源碎屑供應充分，河流搬運作用強，波浪或湖流改造作用弱，灘壩砂體不發育；而中東部靠近湖盆中心地區，河流作用弱，所攜帶的砂體供應有限，受波浪和湖流的改造、搬運、再沉積作用，形成較大面積的灘壩，如高43、高22 等井區（圖4）。在湖侵體系域時期，湖盆范圍擴大，水體加深，湖岸線向西部遷移，辮狀河三角洲萎縮，陸源碎屑供應不足，可供波浪和湖流影響的砂體減少，西部靠近物源區發育小規模的灘壩砂體（圖5）。在高位體系域時期，陸源碎屑物質供應相對充足，砂體向湖盆方向推進，水體較深，造成浪基面以下大部分砂體很少受湖浪的搬運、遷移和改造，限制了灘壩砂體的大面積發育，僅在靠近湖盆中心西側發育小范圍的灘壩砂體（圖6）。

2.2 古地貌

研究區整體上屬于發育在古高陽背斜東翼的沉積型緩坡上，地勢平緩、坡度較小。通過恢復沙一下亞段的古地貌發現，研究區西北高、東南低，在緩坡背景下局部存在古地貌高地，結合灘壩砂體的平面分布發現，灘壩砂體的展布受古地貌控制明顯，在古地貌高地，波浪淘洗作用充分[18]，以沉積厚層壩砂為主，如高9 井、高9–1X 井位于古高地，發育細砂巖21.0 m，而高9–3X 井、高9–4X1 井位于古隆起周緣，沉積以粉砂巖為主的灘砂，厚度較薄。

進一步分析發現，古地貌控制灘壩砂體展布特征的另一方面表現在地形坡折帶上。研究區西部發育的高陽斷層作為同沉積斷層，在斷陷湖盆內部形成同沉積斷裂坡折帶，坡折帶造成波浪能量突然變化[19]，能夠加大可容空間，有利于沉積物大量堆積，如西部高陽斷層下降盤，砂體明顯加厚，為灘壩砂體的沉積提供了充足的物質基礎，在坡折帶附近，高28 井—高115 井—高11 井—高14 井—高30 井一線，以發育厚層灘壩砂體為主，夾碳酸鹽巖灘壩和濱淺湖泥。而研究區北部，地勢比較平緩，坡折不明顯，因缺乏砂體突然卸載的觸發機制[20]，使得大部分砂體被搬運至遠端，主要發育濱淺湖泥，灘壩不發育。

2.3 湖岸線

湖岸線作為陸上與水下的沉積分界線，其位置控制濱淺湖灘壩砂體的分布[21–22]。研究區地形平緩，湖平面的升降變化會導致湖岸線的大幅度擺動，湖岸線頻繁變遷，縱向上多期砂體疊置發育，橫向上砂體向湖區進積或退積[23]。當湖岸線向湖盆中心遷移，即湖平面下降，形成進積式灘壩砂體組合；當湖平面上升，即湖岸線向陸地方向移動，發育退積式砂體組合；當湖岸線在一定時間內保持相對穩定，則形成加積式砂體組合。研究區沙一下亞段沉積期經歷古近系以來最大規模的湖侵，水體持續上漲，湖岸線頻繁后退，使得平面上三角洲前緣的外緣或側緣形成若干條平行展布的灘壩砂體（圖7），并且沿湖岸線連片發育。湖平面的頻繁變化導致湖岸線的頻繁變遷，造成灘壩砂體垂向上多期疊置發育、橫向上廣泛分布。

3 灘壩砂體沉積模式

圖7 高陽地區沙一下亞段湖岸線遷移與砂體分布示意圖

通過對高陽地區沙一下亞段灘壩砂體沉積特征、分布特征及成因機理的分析，建立灘壩砂體沉積模式（圖8）。斷陷湖盆擴張初期（低位體系域時期），西部辮狀河三角洲砂體物源供應充分，經過長距離搬運后，經湖浪的改造，在緩坡區坡折帶附近，大量卸載砂體，在古地貌高地上沉積厚層的灘壩砂體，平面上圍繞辮狀河三角洲前端呈長條狀、帶狀分布；在湖侵體系域時期，湖平面上升，湖岸線向西退卻，物源供應不足，形成的灘壩砂體厚度較薄、規模較小；在高位體系域時期，物源供給增強，辮狀河三角洲砂體向湖盆中心方向進積，經波浪的改造后，在前緣附近再次沉積形成灘壩。

圖8 高陽地區沙一下亞段灘壩沉積模式

4 結論

（1）高陽地區沙一下亞段濱淺湖灘壩砂體發育，其中灘砂巖性較細，以粉砂巖、泥質粉砂巖為主，壩砂巖性較粗，以細砂巖為主，灘壩砂體具有“多跳一懸式”粒度特征和與碳酸鹽巖灘壩、濱淺湖泥交互沉積的特征。

（2）研究區灘壩砂體發育多種波浪成因的沉積構造，反映了沙一下亞段復雜的水動力條件。灘壩砂體存在指形、鐘形、箱形、漏斗形4 種測井相類型，指形和鐘形代表灘砂沉積，箱形和漏斗形反映不同的壩砂沉積特征。

（3）沙一下亞段經歷低位體系域、湖侵體系域、高位體系域3 個沉積期。低位體系域時期，灘壩砂體靠近湖盆中心大面積分布，壩砂呈橢圓狀或長條狀分布，灘砂呈席狀展布，灘壩砂體厚度較大，且分布穩定；湖侵體系域灘壩砂體呈“條帶狀”分布在西部高陽斷層一側，分布范圍明顯較低位體系域小，厚度較薄；高位體系域灘壩砂體主要分布在湖盆中心西側，分布范圍小。

（4）物源供應控制灘壩砂體的發育程度和大小規模，古地貌影響灘壩的發育類型和分布位置，湖岸線控制灘壩的分布形態和組合樣式，多因素綜合影響導致高陽地區沙一下亞段灘壩砂體多期發育、垂向疊置、橫向上廣泛分布。