歧口凹陷板橋—濱海地區沙二段沉積體系展布特征及成藏效應

鄭斯赫， 韓國猛， 汪曉敏， 陳長偉， 王錦程， 付東立， 王 旭

( 1. 成都理工大學 沉積地質研究院，四川 成都 610059； 2. 中國石油大港油田分公司，天津 300280； 3. 中國石油山西煤層氣勘探開發分公司，山西 長治 046000 )

0 引言

陸相斷陷盆地是中國東部重要的含油氣盆地類型，具有盆地規模小、多物源充注、古地貌與沉積體系類型多樣的特點[1-2]。時間上，斷陷盆地構造演化階段主要包括初始斷陷期、斷層相互作用與連接期、強烈斷陷期、斷陷衰退期[3-6]；空間上，受控盆斷層的差異活動影響，形成陡坡帶、緩坡帶等古地貌類型，不同組合形式使盆地呈雙斷中隆型、地塹型、不對稱地塹型等盆地結構特征[7]。陸相斷陷盆地的沉積體系類型主要包括扇三角洲、近岸水下扇、辮狀河三角洲、曲流河三角洲、湖泊等，受構造古地貌的影響，空間上呈一定的分布規律，如陡坡帶一般發育近岸水下扇、扇三角洲，緩坡帶一般發育辮狀河三角洲、曲流河三角洲[8-9]。由于陸相斷陷盆地構造復雜、沉積體系類型多樣，儲層預測難度相對較大。

歧口凹陷是渤海灣盆地黃驊坳陷的兩個富油氣凹陷之一[10]，位于歧口凹陷西部的板橋—濱海地區油氣勘探主要集中于古近系沙河街組，分別是沙一段碳酸鹽沉積體系及沙三段碎屑巖沉積體系，沙二段厚度相對較薄，開展的研究相對較少[11-13]。沙二段沉積期，研究區存在西部滄縣隆起、北部燕山隆起及盆內港西凸起等潛在物源區[14-15]，有利于形成規模較大的砂體，具有良好的油氣勘探前景。

以岐口凹陷板橋—濱海地區沙二段為例，筆者利用巖心觀察、測錄井等資料，結合輕重礦物特征、砂地比統計數據等，分析研究區沉積體系類型，厘定沙二段沉積期物源體系，明確沉積體系展布特征并探討成藏效應，為岐口凹陷板橋—濱海地區油氣勘探提供基礎地質資料。

1 地質背景

板橋—濱海地區包括歧口凹陷、板橋凹陷、歧北支凹3個負向單元(見圖1)，北側以新港—海河斷層為界與海河次凸相接，海河次凸在沙二段沉積期與燕山褶皺帶相連，西北和西南分別緊挨滄縣隆起和港西凸起(北大港凸起)[16-19]。目前，發現新近系明化鎮組、館陶組，古近系東營組、沙河街組一段上亞段(沙一上亞段)、沙河街組一段下亞段(沙一下亞段)、沙河街組二段(沙二段)、沙河街組三段(沙三段)7套含油氣層系。板橋—濱海地區沙二段厚度最大為820 m，巖性以灰白色砂礫巖、泥巖為主，砂泥巖呈薄互層狀。沙二段沉積期，氣候干燥，代表干燥氣候的麻黃粉屬連續大量出現[20-21]，湖盆水體淺，鈣質層發育，常以低電阻泥巖段的鈣質層集中段、正旋回砂組底作為沙二段底界。

圖1 渤海灣盆地板橋—濱海地區構造位置及地層特征(據文獻[20]修改)

2 物源體系分析

收集47口井324塊樣品巖石薄片資料、57口井576塊樣品重礦物資料，以及98口井的砂地比統計數據，選取典型井的數據研究板橋—濱海地區的物源體系。

2.1 輕礦物特征

根據輕礦物特征，可以厘定板橋—濱海地區在沙二段沉積期存在三大物源方向，分別為北部燕山隆起物源、西部滄縣隆起物源和南部港西凸起物源(見表1、圖2)。

表1 板橋—濱海地區沙二段輕礦物體積分數

圖2 板橋—濱海地區沙二段巖屑體積分數三角圖

北部燕山隆起物源巖屑整體以巖漿巖巖屑為主，占巖屑體積分數的80%以上；還含有少量的沉積巖巖屑，占巖屑體積分數的10%左右。西部滄縣隆起物源巖屑特征總體以巖漿巖巖屑為主，含少量的沉積巖和變質巖巖屑，巖漿巖巖屑體積分數占巖屑體積分數的60%以上，沉積巖和變質巖巖屑體積分數占巖屑體積分數的15%左右。南部港西凸起物源與燕山隆起、滄縣隆起物源相比巖漿巖巖屑體積分數明顯降低，沉積巖和變質巖巖屑體積分數明顯增加，其中巖漿巖巖屑體積分數占巖屑體積分數的40%～51%，沉積巖巖屑體積分數占巖屑體積分數的20%～40%，變質巖巖屑體積分數占巖屑體積分數的14%～25%(見表1、圖2)。

2.2 重礦物特征

根據鋯石、金紅石、電氣石、石榴石、白鈦礦、銳鈦礦、磁鐵礦等主要重礦物成分，分析北部燕山隆起、西部滄縣隆起和西南部港西凸起物源體系(見表2)。

北部燕山隆起物源重礦物特征顯示鋯石、白鈦礦、石榴石和銳鈦礦體積分數占明顯優勢，含少量的金紅石，其中鋯石體積分數占比超過50%，白鈦礦體積分數占比在15%～20%之間，石榴石和銳鈦礦體積分數占比介于5%～15%。西部滄縣隆起物源重礦物特征總體表現為鋯石和石榴石體積分數占明顯優勢，含極少量的金紅石與磁鐵礦，其中鋯石體積分數占比在30%～80%之間，石榴石體積分數占比在15%～40%之間，金紅石與磁鐵礦體積分數占比一般不超過5%。南部港西凸起物源重礦物特征與西部滄縣隆起物源具有相似的優勢礦物組合，但石榴石體積分數占比明顯高于鋯石的，其中石榴石體積分數占比為45%～55%，鋯石體積分數占比為20%～30%；此外，磁鐵礦、金紅石、電氣石、銳鈦礦及白鈦礦的體積分數占比一般小于5%(見表2)。

表2 板橋—濱海地區沙二段重礦物體積分數

2.3 砂地比

板橋—濱海地區沙二段沉積期湖盆范圍較小，港西凸起出露，與滄縣隆起連為一片。該時期北部燕山隆起物源與西部滄縣隆起物源砂體波及范圍廣，南部港西凸起物源波及范圍相對較小(見圖3)。

北部燕山隆起物源砂體向南延伸范圍廣，呈北東—南西向展布，最遠延伸至Bins1井附近，砂地比主要在30%以上，砂地比為20%～30%的地區范圍較小。西部滄縣隆起物源砂體相對較小，砂地比相對較高，一般超過40%，向東砂地比逐漸變小，在Bs20—Gs6井一帶出現低值區，砂地比小于20%。南部港西凸起物源砂體最不發育，分布范圍最小，砂地比介于40%～60%，呈東西向展布。

圖3 板橋—濱海地區沙二段砂地比等值線

3 沉積體系類型

板橋—濱海地區沙二段識別辮狀河三角洲、扇三角洲及湖泊3種沉積相類型，劃分為辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣、扇三角洲平原、扇三角洲前緣、濱淺湖、半深湖6種沉積亞相類型。

3.1 辮狀河三角洲

辮狀河三角洲是由辮狀河體系前積到停滯水體形成的富含砂和礫石的三角洲，介于粗粒扇三角洲與細粒曲流河三角洲之間的、一種具有獨特屬性的三角洲。辮狀河三角洲是研究區的主要沉積相類型，發育于凹陷緩坡的濱淺湖區，劃分為辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣亞相，其中前緣亞相是辮狀河三角洲的主體。根據測錄井和巖心資料，識別辮狀河三角洲平原亞相，分流河道間沉積為氧化色的泥巖，反映水上的氧化環境，分流河道主要為厚層的礫質砂巖沉積(見圖4(a))。辮狀河三角洲前緣亞相識別水下分流河道、分流間灣、河口壩和席狀砂等沉積微相。F12井沙二段辮狀河三角洲前緣主要為厚層砂巖夾薄層泥巖，沉積微相對應水下分流河道和分流間灣，水下分流河道多為塊狀層理、平行層理的含礫中粗砂巖、細砂巖、粉砂巖沉積，單層砂巖在縱向上顯示正韻律旋回特征，測井曲線呈鐘形或箱形(見圖4(b))。Gs39井沙二段辮狀河三角洲前緣主要為薄層粉砂巖與泥巖互層，河口壩為粉砂巖沉積，巖心可見明顯的波狀交錯層理和沙紋交錯層理，測井曲線呈齒狀漏斗形反旋回特征。席狀砂為薄層粉砂巖，與水下分流間灣泥巖呈互層狀，二者在測井曲線上顯示指狀特征(見圖4(c))。

3.2 扇三角洲

扇三角洲是由沖積扇直接從緊鄰高地進入穩定水體而形成的富含礫石的扇狀沉積[22]，主要發育于活動斷裂形成的湖盆陡岸區，背靠物源區，相對近岸水下扇，扇三角洲具有延伸距離遠、扇體規模大、砂層厚度大、砂地比高、砂泥分異較好等特點。扇三角洲由水上扇三角洲平原及水下扇三角洲前緣組成。扇三角洲平原以厚層礫巖及含礫不等粒砂巖夾泥巖組合為特征，礫巖中礫石直徑較大，最大直徑約為10.0 cm，分選和磨圓較差，為分流河道沉積，泥巖顏色顯示棕紅色、褐色等氧化色，為分流間灣沉積，分流河道與分流間灣在縱向上疊置發育，在測井曲線上顯示箱形和鐘形特征(見圖5)。扇三角洲前緣顯示灰白色含礫砂巖—粗砂巖夾暗色泥巖的組合特征，其中含礫砂巖及粗砂巖為扇三角洲前緣水下分流河道沉積，與扇三角洲平原亞相分流河道沉積物相比，含礫砂巖中礫石直徑明顯變小，最大直徑小于0.5 cm，磨圓明顯變好，發育正粒序層理，測井曲線以箱形為主(見圖5)。過Bs72井地震剖面顯示楔狀的外形反射特征，內部由滄東斷層根部向盆內方向顯示雜亂—前積反射結構，外形和內部反射特征是扇三角洲的典型特征[23](見圖5)。

圖4 板橋—濱海地區沙二段辮狀河三角洲沉積特征

3.3 湖泊

研究區湖泊分為濱淺湖亞相和半深湖—深湖亞相。濱淺湖亞相主要為灰綠色、淺灰色泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖(見圖6(a))，發育水平層理及塊狀層理，淺湖泥巖總有機碳質量分數較低，為較差的烴源巖。半深湖—深湖亞相巖性主要為厚層灰黑色泥巖(見圖6(b))，沉積物自然伽馬曲線(GR)較高，總有機碳質量分數較高，具有較高的生烴潛力，是研究區重要的烴源巖。

圖5 板橋—濱海地區Bs72井沙二段扇三角洲沉積特征

圖6 板橋—濱海地區沙二段湖泊沉積特征

4 沉積體系展布特征

分析物源體系及沉積體系，明確板橋—濱海地區沙二段沉積體系展布特征(見圖7)。三角洲主要分布于研究區西部和北部，主要發育于滄縣隆起東側陡坡帶、燕山隆起南部和港西凸起東部緩坡帶。湖泊相發育于研究區東南部。

西部陡坡帶受滄東斷層控制，下降盤發育兩個扇三角洲，以前緣亞相為主體[24]，波及范圍較大。北部燕山隆起物源通過北塘進入新港—海河斷層下降盤，發育多個大規模辮狀河三角洲，辮狀河三角洲前緣相互交織，其中西部辮狀河三角洲沿Bs67—G26—Bins1井方向向南部長距離輸送砂體。研究區西南緣港西凸起為盆內凸起，沙二段沉積期與沙一、沙三段沉積期相比水體較淺，港西凸起出露而成為局部物源，港西凸起東部坡度較緩，發育辮狀河三角洲，辮狀河三角洲范圍較小(見圖7)，說明港西凸起該時期供源能力較差。不同三角洲的展布特征及位置，表明陸相斷陷盆地構造古地貌特征是控制沉積體系展布的主要因素。板橋—濱海地區東部沉積相逐漸過渡為湖泊相，沙二段沉積期，氣候干旱，水體咸化明顯，咸化的湖泊環境有利于半深湖—深湖巖相泥頁巖有機質的富集，是烴源巖發育的有利地區。

圖7 板橋—濱海地區沙二段沉積體系

5 油氣成藏效應

漸新世以來，受拉張和右旋扭應力的影響，研究區發育NE向的港東、唐家河、濱海及次級張性等斷層，整體呈帚狀排列，具有平面延伸長、斷開層位深、斷距大、發育時間長等特點。一系列NE向斷層在長期活動的過程中表現為沙三、沙二、沙一段沉積期和明化鎮組沉積末期活動強烈，形成4個突出活動期，為油氣向4個層系的運移提供良好通道，探明油氣主要分布于明化鎮組、沙一、沙三段。根據板橋—濱海地區沙二段沉積體系展布特征，明確沙二段三角洲砂體發育面積較大，砂體被斷層切割，在油源與儲層之間形成良好的油氣運移通道，按照“油源斷裂供油，優勢砂體儲油，斷裂砂體耦合控制富集高產”的斷—砂控藏理論，斷層附近沙二段砂體是油氣勘探有利目標(見圖8)。

圖8 板橋—濱海地區油氣成藏模式

板橋—濱海地區西部地區砂巖儲層大面積連片發育，配合東部良好的烴源巖條件，有利于在三角洲前緣的砂泥交互發育地區形成巖性油氣藏[25-26]，尤其是燕山隆起南部發育的大面積辮狀河三角洲前緣砂體與湖泊相交互發育，是油氣勘探的有利地區。

6 結論

(1)歧口凹陷板橋—濱海地區沙二段沉積期存在3個物源區，西部滄縣隆起和北部燕山隆起為主要供源區；南部港西凸起范圍較小，供源能力較弱。

(2)板橋—濱海地區沙二段發育扇三角洲、辮狀河三角洲及湖泊3種沉積相類型。西部陡坡帶發育扇三角洲，前緣亞相是扇三角洲的主體部分。燕山隆起南部和港西凸起東部緩坡帶發育辮狀河三角洲，其中，燕山隆起南部三角洲向盆地延伸較遠。研究區東部發育湖泊相，是烴源巖發育的有利地區。

(3)斷層附近沙二段砂體是油氣勘探的有利目標。燕山隆起南部大面積辮狀河三角洲前緣砂體與東部湖泊相泥巖交互沉積，是巖性油氣藏勘探有利地區。