渤海灣盆地東營凹陷始新統紅層沉積再認識

年濤 楊金川 姜在興 賈光華 閆曉倩 孟嘉軼 呂江鋒

關鍵詞 陸相紅層；東營凹陷；始新統；洪水漫湖；時令湖沉積

0 引言

渤海灣盆地東營凹陷孔一段—沙四下亞段（孔店組一段和沙河街組四段下部）發育了巨厚的陸相紅層。以往的研究僅關注該套地層中的紅層本身，認為從盆緣到洼陷帶紅層及相關的鹽湖沉積具有分帶性，凹陷邊緣發育了沖積扇，緩坡帶為漫湖三角洲和漫湖灘壩，至洼陷帶主要沉積了膏質泥巖和膏鹽巖[1?8]，沉積水體具有高頻振蕩性[5，9]。少數學者也認為該地層中存在風成砂巖和風塵泥質巖等風成沉積物[10]。

孔一段—沙四下亞段沉積期對應新生代東營凹陷裂陷發育的早期，凹陷的不同構造部位古地形存在明顯差異[11]；同時，這一時期古氣候雖然整體表現為干旱、炎熱的特征，但是還存在干濕交替的變化過程[12]。上述構造和富有特色的氣候特征在地層中產生了豐富的沉積相類型。筆者在對其沉積體系進行剖析時發現，在紅層背景中還存在多套旋回狀穩定分布的、相對紅層而言較薄的（分米級—米級尺度）、以灰綠色為主的“異色”薄砂泥巖沉積層。這些沉積層與相鄰的紅層表現為突變接觸，同時具有與紅層全然不同的沉積相類型，前者主要為洪水漫湖沉積，后者則表現出湖泊沉積特征。這一現象在全球不同陸相沉積盆地的紅層都有出現[13?18]，而在孔一段—沙四下亞段的出現動搖了過去認為的、單一的洪水漫湖沉積模式。因此，通過綜合孔一段—沙四下亞段最新的地震、測井、巖心、錄井和分析測試等資料，對其沉積體系進行再認識，提出了洪水漫湖—時令湖沉積模式，認為地層中存在兩類特征迥異的沉積相組合，分別為干旱期的沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積組合和周期性濕潤期的湖泊—近岸水下扇沉積組合。前者包含干旱型沖積扇、辮狀河、洪水漫湖和干鹽湖等沉積相類型，后者則包括湖泊、近岸水下扇和局部發育的風暴相，其中湖泊相又可劃分為濱淺湖、半深湖和深湖等亞相類型。在整個地層發育時期，對應兩類沉積組合的沉積過程交替發生。這一認識有助于更好地揭示始新世早期中國東部的區域構造古地理環境和古氣候特征，深入理解這一時期區域古氣候的“緯向分帶特征”[19?21]，并指導濟陽坳陷“紅層”儲層的勘探和開發，同時，能夠對相同或相似地層的沉積過程、沉積環境和沉積控制因素的研究起到很好的指導作用。

1 地質概況

東營凹陷是我國渤海灣盆地濟陽坳陷東南部的一個次級構造單元（圖1），是在華北古生界基巖古地形背景上經多期構造運動發育而來的一個中新生代半地塹陸相疊合構造單元[25?26]。凹陷北斷南超、北陡南緩，西部以青城凸起和林樊家構造為界，與惠民凹陷相毗鄰，北部以陳家莊凸起為界，與沾化凹陷相鄰，東部通過青南洼陷與青東凹陷相連通，南部緊鄰魯西隆起和廣饒凸起，四面環山，整體呈北東向展布[7，11]。根據斷裂體系及構造特征，凹陷進一步被劃分為北部陡坡帶、中央洼陷帶和南部緩坡帶，每個構造帶又可以劃分為幾個次級構造單元。

區內地層包括太古界、古生界、中生界和新生界，且以新生界為主，缺失元古界、上奧陶統、志留系、泥盆系、下石炭統、上二疊統、三疊系和古新統[25]。新生界古近系從下往上又依次發育孔店組、沙河街組和東營組。按照巖性組合特征，東營凹陷孔店組細分為孔二段和孔一段，沙河街組細分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，其中，沙四段進一步劃分為沙四下亞段和沙四上亞段（圖2a）。由于孔一段和沙四下亞段都表現為紅層特征，因此習慣將二者并稱為孔一段—沙四下亞段。凹陷不同構造部位的巖性存在差異。孔一段在凹陷北部陡坡帶發育深灰色砂礫巖和礫巖；洼陷帶為白色、灰白色、灰色碳酸鹽巖、膏鹽巖、鹽巖、石膏與深灰色—黑色泥巖、粉砂質泥巖互層；中央隆起帶、南部緩坡帶為紫紅色泥巖與棕紅色、灰色砂巖、粉砂巖不等厚互層（圖2b），部分地區巖石顏色出現“全紅”[3，10]；下伏孔二段主要為暗色湖相泥巖沉積，夾薄層砂巖。沙四下亞段巖性具有繼承性，北部陡坡帶為深灰色砂礫巖；中央洼陷帶為深灰色泥巖與碳酸鹽巖、膏鹽巖互層，向南部凹陷邊緣變為紫紅色泥巖夾棕色、棕褐色粉砂巖和砂質泥巖，可見灰綠色砂泥巖夾層。

2 沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積組合

2.1 干旱型沖積扇

區內沖積扇從主要的供源山口呈放射狀向盆內堆積，遠端漸變為漫湖混合坪，按照扇體沉積物特征的差異，可以進一步劃分為扇根、扇中和扇緣三個亞環境。扇根主要發育紫紅色中礫巖、細礫巖和含礫砂巖，礫石成分與沖積扇所在地區基巖的巖性有關，其中金家—柳橋地區、平南斷層的下降盤礫石以石英巖礫為主，也可見玄武巖礫或灰巖礫，粒徑在2～6 mm之間，最大可達2 cm；青坨子凸起一帶礫石主要為火成巖礫和泥礫，粒徑在1～2 cm之間，最大超過巖心尺寸；青城凸起一帶礫石也以石英巖礫為主。扇根沉積類型主要為泥石流和河道沉積，其中泥石流沉積泥、砂、礫混雜，礫石可直立或大角度斜列，分選差，磨圓中等偏差，主要表現為雜基支撐（圖3a）；局部層段可見粒序層理，而當礫石混雜堆積時，則更多地表現為塊狀層理。河道沉積由砂、礫沉積物組成，成層性一般，但較泥石流沉積好，可見沖刷—充填構造（圖3b）和粒序層理特征。

扇中具有較為明顯的牽引流沉積作用，發育河道沉積和漫流沉積。巖性主要為紫紅色含礫砂巖、粉砂巖、砂質泥巖和泥巖等。河道沉積的砂巖和粉砂巖層可見斜層理或平行層理（圖3c，d）。相較于扇根，扇中沉積物的粒度整體變細。扇緣位于沖積扇的遠端，缺少明顯的河流沖刷作用，但仍然可見牽引流特征，主要發育漫流沉積。巖性主要為紫紅色或棕紅色含礫砂巖、砂質泥巖、泥巖，可見具生物擾動的塊狀砂巖（圖3e）、塊狀泥巖（圖3f）；砂巖分選較好，有時也可見平行層理。沖積扇上不同類型的沉積物具有不同的粒度概率累計曲線。扇根泥石流沉積具有重力流沉積特征，在概率累計圖表現為單段式，而河道沉積兼有重力流和牽引流的水動力特征，多見低斜兩段式；扇中辮狀水道也是低斜兩段式，而漫流沉積主要為低截點高斜兩段式；扇緣沉積物粒度進一步變細，概率累計曲線可為低截點高斜兩段式、高截點高斜兩段式和細粒三段式等[28]。

單個沉積旋回均表現為下粗上細的特征，代表沖積扇中一次完整的洪水事件，對應GR曲線的測井相主要為鐘形。測錄井和巖心觀察顯示進積型和退積型的相序在孔一段—沙四下亞段都有發育，但以退積型相序為主（圖3g）。不同地區沖積扇的地震相特征存在差異，在青坨子凸起一側沖積扇主要表現為雜亂前積反射相，而在凹陷南部邊緣表現為無反射結構相。

2.2 辮狀河

辮狀河出現在凹陷周緣、沖積扇的前端，巖性為紫紅色細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖。鏡下觀察巖石主要為長石砂巖、巖屑長石粉砂巖（圖4a）。顆粒成分包括石英、長石（鉀長石和斜長石）和巖屑，且以巖漿巖和變質巖巖屑為主（圖4b）；泥質雜基為2%～35%，膠結物主要為方解石和鐵方解石。顆粒粒徑在0.06～0.25 mm之間，分選中等偏差，顆粒多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐、點—線接觸。沉積構造包括槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理、沖刷面以及生物潛穴，生物潛穴可見明顯的回填構造（圖5a～e）。粒度概率累計曲線表現為高截點高斜兩段式（圖6a），且以發育跳躍次總體為主要特征，含量大于60%，分布范圍在1～3.5 Φ，兩個粒度次總體的交切點在3～4 Φ 之間。

辮狀河二元結構的頂層欠發育或者完全缺失，主要發育下部的細砂、粉砂巖層。單個沉積序列中砂體厚度最大可達4 m，從底部的沖刷侵蝕界面向上依次發育塊狀層理、槽狀交錯層理和平行層理等（圖5f）；生物潛穴在局部較為發育。與沉積序列相對應，SP曲線測井相主要表現為鐘形或箱型特征，前者反映了下粗上細的正旋回，箱形特征則暗示單個沉積旋回的頂積層欠發育或不發育。地震反射剖面為亞平行的中振中連反射相，反映其沉積時研究區內沉降較為穩定，辮狀河穩定發育。

2.3 洪水漫湖

洪水漫湖沉積與近源陣發性洪水向湖盆的注入及隨之而來的沉積作用有關，孔一段—沙四下亞段以漫湖混合坪為主，按照沉積特征的差異又劃分為漫湖泥和漫湖砂兩種。

2.3.1 漫湖泥

漫湖泥巖性為紫紅色粉砂質泥巖、泥巖和膏質泥巖。沉積構造以塊狀層理為主，反映了沉積物快速卸載的過程，其他沉積構造少見。粒度曲線反映多種類型的粒度分布特征，有兩段式，如低斜兩段式、低截點高斜兩段式、高截點高斜兩段式（圖6b），三段式，如細粒三段式，以及四段式（圖6c）等，不同的粒度曲線特征反映了沉積物中跳躍次總體和懸浮次總體比率的變化，推測可能與洪水的運移距離有關，在近源區主要為低斜兩段式，反映了重力流向牽引流過渡的特征，在遠源區粒度概率曲線變得多樣化。

漫湖泥的底界可具有不同程度的沖刷特征，裹挾了下伏或鄰層的沉積物（圖7a），層內局部可含膏質團塊（圖7b）。垂向上，相應層段缺乏明顯的粒序或相序特征，對應箱形測井相，反映沉積物供應充足、無粒序特征（圖7c）。漫湖泥與湖泊沉積互層，共同表現為中振中連發散反射相。

2.3.2 漫湖砂

漫湖砂是混合坪中的砂質沉積物，按照巖性、沉積構造和沉積序列的差異又分為漫湖砂壩和漫湖砂灘兩類。漫湖砂壩是漫湖湖泊發育期在凹陷斜坡帶形成的砂體類型，巖性主要為棕紅色、紫紅色細砂巖，次為粉砂巖。顯微薄片顯示巖石主要為巖屑長石砂巖（圖4c），顆粒包括石英、長石（鉀長石和斜長石）和巖屑，且以變質巖巖屑為主（圖4d），鐵染泥質雜基含量變化較大，膠結物主要為方解石和硬石膏。顆粒粒徑一般在0.13～0.25 mm，分選中等偏差，顆粒多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐。砂體中常含有細礫級的泥礫，局部還可見石英巖礫石（圖8a）。沉積構造以沖洗交錯層理為主（圖8b），也可見高角度斜層理和平行層理。概率累計曲線主要為高截點高斜兩段式（圖6d），包括一個較高斜率的跳躍次總體和懸浮次總體，跳躍次總體含量多大于65%，兩個粒度次總體的交切點一般小于4 Φ。垂向上，漫湖砂壩的厚度多大于4 m，底部可見含定向泥礫的沖刷面，向上沖洗交錯層理和高角度斜層理疊覆組合，組成較厚的塊狀砂壩層，對應GR和SP測井曲線常表現為箱形特征（圖8c）。

漫湖砂灘是漫湖混合坪的主要砂體類型，單砂體厚度薄且結構和構造與漫湖砂壩存在明顯差異。巖性主要為紫紅色粉砂巖，顯微薄片顯示主要為巖屑長石粉砂巖（圖4e），顆粒包括石英、長石（鉀長石和斜長石）和巖屑，且以變質巖和巖漿巖巖屑為主（圖4f）。顆粒粒徑一般在0.13～0.25 mm，多小于0.1 mm，分選中等偏差，顆粒多呈次棱角狀，支撐方式為顆粒支撐，泥質雜基含量為2%～10%，膠結物主要為硬石膏和方解石。沉積構造包括浪成砂紋層理、雙向交錯層理和脈狀層理等（圖8d～f）。其粒度分布特征主要為高截點高斜兩段式（圖6e），包含一個跳躍次總體和一個懸移次總體，且跳躍次總體含量占絕對優勢，含量多大于65%，跳躍次總體斜率中等，表示其分選中等。兩個次總體交切點相對較高，多大于4 Φ，反映沉積物粒度整體偏細。漫湖砂灘在垂向上以反粒序或復合粒序為主，偶見正粒序特征，底部多與漫湖泥巖突變接觸。與垂向沉積序列相對應，GR曲線主要表現為漏斗形（圖8g）或鐘形—漏斗形，代表反粒序和復合粒序結構。

2.4 干鹽湖

干鹽湖巖性包括紫紅色含膏泥巖、灰色含膏泥巖、膏質泥巖、泥膏巖、膏巖、含鹽泥、鹽膏巖、膏鹽巖以及灰白色鹽巖。與蒸發巖互層的既有氧化色的砂泥巖，也有非氧化色的粉砂巖和泥巖，且兩種不同顏色的碎屑巖地層具有明顯的分布規律，即紅層主要位于東營凹陷郝科1井—勝科1井—新東風10井—萊深1井一線，灰色、深灰色砂泥巖地層位于更往北的洼陷中心（如豐深2井所在區域），暗示二者在成因上存在差異。氧化色的碎屑巖主要是洪水漫湖或辮狀河沉積，而還原色的細碎屑巖主要是湖相沉積。孔一段到沙四下亞段，東營凹陷北部邊界不斷北移，導致沉降中心也不斷北移，因此不存在一個穩定的沉降中心，在間歇性濕潤期和季節性雨季，北部洼陷中心為有水的小范圍湖泊，使得蒸發巖和還原色砂泥巖地層在縱向上以特定的沉積序列頻繁互層；而漫湖湖泊在濃縮的過程中，當水體達到蒸發巖的飽和度時，在早期的紅層之上沉淀了膏鹽巖等蒸發巖系，之后又被下一次的季節性漫湖沉積物所覆蓋。

鹽巖顆粒多呈半自型、他形，呈鑲嵌狀（圖9a）；石膏呈白色團塊狀（圖9b）。鹽巖層常因含陸源泥質沉積物而呈現不同的顏色，如郝科1井鹽巖因含紅層沉積物而呈淺紅色（圖9c），豐深2井鹽巖含湖相泥質沉積物呈暗灰色、黑色（圖9d）；部分鹽巖在沉積之后發生過溶解，具有鹽溶角礫化現象（圖9e）。縱向上，鹽巖、石膏、泥灰巖以及暗色泥頁巖多為平行接觸，表明沉積時水體整體上較為安靜、水動力較弱；部分層段泥灰巖可見揉皺構造（圖9f），同時在偏厚的鹽層內部常共生軟變形的石膏條帶，也呈揉皺構造，反映水體還存在過間斷性的動蕩。薄層石膏中常見順層分布的黃鐵礦，大小在0.1～0.4 mm之間，為同生—準同生期的產物。

不同蒸發巖的溶解度不同，受氣候的周期性變化其沉淀過程反復進行，從而使得蒸發巖層表現為明顯的韻律結構。孔一段—沙四下亞段干鹽湖發育時期河流的注入較弱，甚至可能沒有地表水的匯入，加之湖盆的封閉性較好，使得蒸發巖從干鹽湖邊緣到中心作近似同心圓狀分布，在最外圈一般為碳酸鹽相，向中心依次為硫酸鹽相，進一步為氯化物相，從而形成了“牛眼式”環形分布特征（圖9g，h）。鹽巖沉淀之后，當氣候周期性濕潤時，在北部洼陷帶又發生了暗色含鹽泥巖和泥巖的湖相沉積，因此在地層剖面中表現為黏土層和各類蒸發巖的互層。進一步觀察顯示在大尺度的蒸發巖韻律層中還可見更小一級的沉積韻律層，是季節性氣候變化造成的。

3 湖泊—近岸水下扇沉積組合

3.1 湖泊

3.1.1 濱淺湖灘壩

間歇性濕潤期發育的湖泊灘壩是風浪在濱岸地帶攪動沉積物形成的，按照巖石類型、沉積構造以及沉積序列的差異，劃分為沿岸灘壩、近岸灘壩和遠岸灘壩。

（1） 沿岸灘壩

巖性主要為灰色、灰綠色細砂巖，次為灰色、灰綠色粉砂巖和泥巖。薄片鑒定顯示巖石主要為巖屑長石砂巖（圖4g），顆粒包括石英、長石（鉀長石和斜長石）和巖屑，且以變質巖和巖漿巖巖屑為主（圖4h）。顆粒粒徑在0.13～0.25 mm 之間，分選中等偏好；顆粒多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐。石英次生加大現象比較常見，泥質雜基多小于6%。沉積構造以低角度沖洗交錯層理為主，可見高角度斜層理、平行層理、浪成砂紋層理和變形構造（圖10a～e），局部層段可見生物擾動構造，但發育程度比近岸和遠岸灘壩弱。典型的概率曲線為高截點高斜兩段式（圖6f），包括一個較高斜率的跳躍次總體和懸浮次總體，跳躍次總體含量也多大于65%，兩個粒度次總體的交切點一般小于4～5 Φ。

沿岸灘壩的厚度一般在0.4～9.6 m之間，底界與漫湖泥巖或粉砂質泥巖突變接觸，可見定向分布的泥礫，是湖水對早期沉積的漫湖泥再作用的結果；向上主要為沖洗交錯層理，也可見高角度斜層理與相鄰的沖洗交錯層理疊覆。現代沿岸灘壩的沉積考察顯示這種高角度的斜層理一般位于沿岸灘壩向陸一側。沿岸灘壩在GR曲線上主要表現為箱形測井相（圖10f）。單期灘壩沉積體的厚度一般小于地震的垂向分辨率，因此與漫湖沉積互層，整體表現為中振中連發散反射相。

（2） 近岸灘壩

近岸灘壩位于沿岸灘壩向湖中心一側，沉積單元的厚度以及結構構造特征與沿岸灘壩相比都發生了明顯變化。巖性主要為灰色、灰綠色粉砂巖和泥巖。顯微薄片顯示巖石主要為巖屑長石粉砂巖（圖4i），顆粒成分與沿岸灘壩相同（圖4j），但粒徑多小于0.1 mm；顆粒分選中等偏差，多呈次棱狀，支撐方式為顆粒支撐、點—線接觸。沉積構造類型相對豐富，廣泛發育丘狀交錯層理和浪成砂紋層理（圖11a，b），也可見渠模、變形構造和塊狀構造，反映了風暴浪的存在。生物擾動構造在近岸灘中較為發育，強者幾乎將原始的沉積層理構造破壞殆盡。丘狀交錯層理的發育暗示這類灘壩砂體在形成時可能受到了風暴浪的作用，加之湖平面的快速變化使得層理特征能夠得以保存。粒度概率曲線為高截高斜兩段式，即由較高斜率的跳躍次總體和較低斜率的懸浮次總體組成，二者之間多為平滑接觸，表明存在粒度的混合帶（圖6g）；跳躍次總體斜率較高，表明其分選較好，而交切點較高說明沉積物以細粒為主，反映了牽引流的沉積特征。

單個近岸灘壩的厚度在0.2～6.3 m之間，頂底與漫湖沉積的泥巖或粉砂質泥巖呈突變接觸，在其底界有時也可見泥礫分布。沉積序列內部以粉砂巖為主，在其頂部也可見較薄的泥巖層，粉砂巖中主要發育浪成砂紋層理和丘狀交錯層理，也可見波狀層理。生物擾動在沉積序列中十分發育。近岸灘壩在GR曲線中可表現為漏斗形—鐘形復合型、鐘形、箱形、指形等（圖11c）。

（3） 遠岸灘壩

遠岸灘壩位于近岸灘壩向湖中心一側，巖性主要為灰色、灰綠色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖和泥巖。縱向上遠岸灘壩泥巖夾層出現的頻率高于近岸灘壩，沉積構造包括浪成砂紋層理以及復合層理等，常見渠模和“飄礫”結構，也可見砂巖球枕構造；生物潛穴較為發育（圖12a～e）。粒度概率曲線主要表現為高截點高斜兩段式（圖6h），即包含一個滾動次總體和一個懸浮次總體，且滾動次總體含量占絕對優勢，含量大于70%；滾動次總體斜率很高，表示其分選相對較好，兩個次總體交切點相對較高，多大于4.5 Φ，反映沉積物以細粒組分為主。垂向上遠岸灘壩多為反粒序，正粒序少見，底部與下伏的漫湖沉積突變接觸，二者之間的沖刷特征不明顯。與垂向沉積序列相對應，GR 曲線測井相主要為單一的漏斗形（圖12f）。

3.1.2 半深湖—深湖

半深湖—深湖沉積發育在間歇性濕潤期湖泊的半深湖—深湖區，與其同時期發育的沉積相類型還包括濱淺湖灘壩和近岸水下扇，屬于同一時期凹陷不同沉積部位的成因相單元。其巖性主要為灰色、灰黑色、黑色泥頁巖，沉積構造主要為水平層理（圖13）。垂向上，暗色泥巖與膏鹽巖、泥灰巖頻繁互層，反映水體化學性質的周期性變化，其中較厚的泥巖層為間歇性濕潤期的湖泊沉積，而與蒸發巖頻繁互層的泥巖紋層是干旱期季節性湖泊的沉積產物。測井曲線中頻繁互層的泥巖多表現為指狀特征；地震剖面中，暗色泥頁巖和膏鹽巖等蒸發巖互層，整體表現為三高地震反射相。

利用ICP-AES電感耦合等離子發射光譜法對洼陷帶豐深2井39個湖相泥頁巖和泥灰巖樣品進行了常、微量元素（包括P元素）測試，并計算古鹽度（具體方法見錢凱等[29]），結果表明孔一段—沙四下間歇性濕潤期發育的湖泊水體鹽度為6.41‰～57.28‰，屬于半咸水湖、咸水湖或鹽湖。另外，泥頁巖中Sr/Ba比在0.16～10.03之間，平均值為3.07，同樣暗示了半咸水—咸水的湖泊環境。

3.2 近岸水下扇

近岸水下扇是間歇性濕潤期陳家莊、青坨子凸起的粗碎屑沉積物被水流攜帶在北部陡坡帶發生快速沉積而形成的，因此主要分布在北部的勝坨、民豐和永安地區，如在豐深2井、豐深1井、永559井、坨深4井等觀察到近岸水下扇沉積。按照沉積亞環境的不同，又可以進一步分為扇根、扇中和扇端三個亞相。

扇根主要發育厚層灰色中礫巖、細礫巖、含礫泥質砂巖，填隙物為灰黑色泥質沉積物。礫石來源復雜，永安地區礫石主要包括片麻巖礫、白云巖礫、石英巖礫，粒徑在2～6 mm之間，最大可達60 mm；青坨子凸起一帶礫石包括石英巖礫、片麻巖礫、灰巖礫、白云巖礫、火成巖礫以及泥礫，粒徑在2～8 mm之間，最大可達60 mm；民豐地區礫石成分與青坨子凸起相似，包括白云巖礫、灰巖礫、泥礫、片麻巖礫、石英巖礫，粒徑在2～8 mm之間，最大可達40 mm。層理以混雜、快速堆積的塊狀層理為主（圖14a），可見粒序層理和斜層理（圖14b）。扇中主要為細礫巖、含細礫泥質砂巖，填隙物為灰黑色泥質。不同地區礫石成分與扇根具有繼承性，但礫石粒徑明顯變小，以次圓狀—圓狀為主，分選相對較好，泥質膠結。薄層灰黑色泥巖、砂質泥巖夾層在扇中出現的頻率增高，反映扇中溝道的頻繁改道。扇中沉積物兼有重力流和牽引流特征，發育了粒序層理、波狀層理（圖14c）和變形構造（圖14d）。至扇緣，沉積物中的礫石含量進一步減少，巖性以灰黑色細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖為主，層理類型主要為波狀層理（圖14e）。

扇體的不同亞環境具有不同的概率曲線特征，反映隨著搬運距離的增加水動力也發生了相應的改變。扇根以泥石流沉積為主，概率曲線多表現為簡單的一段式（圖6i）；扇中以泥石流和顆粒流沉積為主，概率曲線表現為低斜兩段式（圖6j）或低截點高斜兩段式（圖6k）；扇緣主要為顆粒流、濁流，兼有牽引流沉積，概率曲線多為細粒三段式或四段式。

區內近岸水下扇主要為退積型，沉積旋回表現為多個間斷正韻律，其頂部被半深湖—深湖相泥巖覆蓋，單個正韻律代表了一次水動力逐漸衰減的過程。GR曲線表現為鐘形、箱形、齒形及其復合形態等（圖14f）。測井相的差異主要取決于扇體沉積物的沉積過程。其中，齒形多出現在礫巖和泥巖等細粒沉積物頻繁變化的層段，代表了早期的扇體沉積和靜水期的半深湖—深湖相沉積；箱形主要對應厚層礫巖體；鐘形測井相則反映了單沉積旋回中與水動力減弱伴隨發生的沉積過程。地震剖面中，在平行物源方向近岸水下扇表現為雜亂前積反射相，向凹陷中央，反射結構逐漸變好且過渡為半深湖—深湖席狀三高反射相；在垂直物源方向，表現為丘狀反射特征。

3.3 風暴相

如前所述，在近岸和遠岸灘壩中可見丘狀交錯層理和渠模等風暴成因的沉積構造類型；與之相應，在博興洼陷相對水深的區域觀察到風暴沉積特征，巖性主要為灰色、灰綠色粉砂巖、泥質粉砂巖和泥巖，沉積構造包括風暴浪沖刷面、粒序層理、微波狀—平行層理和丘狀交錯層理等，同時具有侵蝕充填構造，如渠模（圖15a～d）；渠模是風暴浪產生的渦流以及風暴退潮流強烈侵蝕、沖刷湖底形成的、呈扁長狀的侵蝕充填構造，其具有深而陡的渠壁，沒有方向性、也并非一定成組出現，侵蝕沖刷出來的下伏細粒沉積物常以同生泥礫、砂球或撕裂屑的形式充填在渠模附近。風暴高潮期和衰減期具有不同的水動力特征，前者兼有重力流和牽引流特征，后者則以牽引流為主，因此不同時期發育的沉積物具有不同的粒度概率曲線特征。風暴高潮期沉積物主要表現為滾動、跳躍加懸浮三段式，衰減期包括高截點高斜兩段式、細粒三段式和四段式等（圖6l～n）。

研究區風暴沉積與濱淺湖灘壩共生，單個風暴相單元的厚度多小于1 m，以0.6 m左右厚度較為常見。一個完整的風暴沉積序列通常包括：最底部泥巖之上的沖刷面，是風暴后退時沖刷湖底形成的，向上為不太明顯的粒序層，緊鄰其上的是一套泥礫層，泥礫具有優選方位；隨著風暴強度的減弱，泥礫層之上又依次發育了平行層理或緩波狀層理層段、丘狀交錯層理段、緩波狀層理段（圖15e）；風暴沉積頂部轉變為灘壩沉積。考慮到GR曲線的縱向分辨率為0.6～0.92 m[30]，單個風暴相沉積較難利用測井曲線進行識別，不具有明顯的測井相特征。

4 沉積展布及演化模式

4.1 沉積展布特征

受周期性干濕氣候交替變化的影響，不同沉積相類型在空間上有序組合（圖16）。西北部無棣凸起向凹陷一側、濱南斷層下降盤、魯西隆起和廣饒凸起向凹陷一側以及東營凹陷北部陡坡帶發育了干旱型沖積扇，扇體規模小、延伸范圍有限，從扇體頂部向外又依次發育了扇根、扇中和扇緣三個亞相類型；扇體沉積物整體呈氧化色，沉積物粒度隨水動力的減弱而減小。沖積扇遠端沉積物粒度逐漸變細，巖性漸變為細砂巖、粉砂巖和泥巖，沉積相由沖積扇轉變為洪水漫湖和濱淺湖，其中洪水漫湖巖性主要為紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等，濱淺湖發育灰綠色粉砂巖和泥巖。北部洼陷帶向盆緣一側，如勝科1井、郝科1井和新東風1井所在地區，發育了洪水漫湖、湖相灘壩、半深湖和干鹽湖。其中，孔一段和沙四下亞段沉積的早中期主要為洪水漫湖、濱淺湖和半深湖沉積，間斷發育膏鹽巖地層，表明這一地區是干鹽湖間斷性擴展覆蓋的區域；沙四下亞段晚期沉積相轉變為以干鹽湖為主，發育了大套的蒸發巖沉積，且干鹽湖的范圍擴大至新東風1井一線的外圍地區（牛11井—史141井—濱437井—濱692井一線），分布面積是孔一段和沙四段早期的3倍以上。在構造古地理未發生明顯變化的前提下，這一現象表明沙四下亞段晚期氣候變的相對濕潤，東營凹陷主體表現為常年性的干鹽湖，推測可能存在常年有水的河流持續向湖盆注水，而湖水的蒸發量和注入量基本持平。北部洼陷帶的沉積相類型主要為干鹽湖和半深湖—深湖相，二者在垂向上頻繁交互。在周期性濕潤期或季節性的湖泊發育期沉積了暗色泥巖，而在干旱時期，則按照蒸發沉淀序列發育了不同類型的蒸發巖。凹陷的北部邊界在孔一段—沙四下亞段沉積期不斷北移，間歇性濕潤期在北部陡坡帶沉積了厚層的近岸水下扇砂礫巖體；凹陷北部邊界的繼續北移使得扇體被之后發育的干鹽湖和半深湖—深湖泥巖覆蓋。從無棣凸起向東營凹陷方向，古地形平緩，孔一段—沙四下亞段沉積時期主要為辮狀河，進一步又包括了辮狀河河道和泛濫平原沉積；兩種亞相類型在垂向上頻繁交互，其中河道沉積以棕紅色細砂巖或中砂巖為主；泛濫平原主要為棕紅色泥巖。

4.2 沉積演化模式

孔一段—沙四下亞段可以識別多個反映氣候由干旱到間歇性濕潤的沉積旋回，每個沉積旋回的干旱期在凹陷的不同部位發育了不同的沉積相類型，進而在平面上展現為有序的沉積組合；每個沉積旋回的間歇性濕潤期也形成了對應的沉積相組合。根據上述沉積相類型及沉積相的空間展布，總結了孔一段—沙四下亞段洪水漫湖—時令湖沉積充填模式。

紅層沉積期，漫湖沉積的發育主要受控于季節性、短時期暴雨洪水的快速注入。東營凹陷周緣的凸起和隆起區在間洪水期處于長期暴露的狀態，物理風化作用使得母巖區產生大量的風化殘積物，當發生暴雨時，洪水將母巖區產生的風化殘積物搬運，在出山口的地方形成一系列沖積扇體，如無棣凸起、濱縣凸起、陳家莊凸起、青坨子凸起、廣饒凸起以及魯西隆起向凹陷一側。當魯西隆起等物源區產生的山區沖積物近距離搬運進入漫湖湖泊時，沖積扇和漫湖湖泊直接相鄰；而當無棣凸起產生的沖積物向東營凹陷遠距離搬運時，在沖積扇和漫湖湖泊之間則發育了一系列搬運沉積物的辮狀河道（圖17a）。洪水的注入在東營凹陷形成了漫湖湖泊，相應地，在漫湖湖泊內部發育了混合坪漫湖砂和漫湖泥的互層沉積，在東營凹陷八面河、廣利—青南地區的漫湖湖泊邊緣可能還發育了漫湖泥坪。洪水期后（間洪水期），強烈的蒸發作用使得漫湖湖泊不斷向北部洼陷帶方向萎縮，水體中鹽類的礦化度不斷升高；當水體濃縮達到各類蒸發巖的溶解度時，便按照鹽類礦物的結晶順序依次沉淀碳酸鹽巖、石膏、石鹽等。干鹽湖發育時期鹽湖水體則主要受控于地下水的補給。

孔一段—沙四下亞段發育的非紅層砂泥巖地層屬于周期性濕潤期的湖泊沉積（并非漫湖沉積）。東營凹陷邊緣鉆井取心較少，目前還沒有恰好鉆遇濕潤氣候時期穩定河道的巖心，但是根據沉積相的分布規律，推測這一時期凹陷周緣應存在若干條河流持續向凹陷內部供水、可能是洪水期的主河道，湖盆的發育主要受控于這些入湖的河流，即地表水作用。這一時期不僅研究區周緣的凸起和隆起區處于暴露狀態，凹陷邊緣沖積扇發育區以及西北部的辮狀河發育區也處于暴露狀態，而東營凹陷的主體則發育了“ 常年性”的半咸水— 咸水湖泊（圖17b）。按照湖泊的水動力分帶及沉積特征，又包括了濱淺湖、半深湖—深湖以及湖盆陡坡帶的近岸水下扇。由于孔一段—沙四下亞段東營凹陷斜坡帶表現為平盆廣水的特征，因此受波浪和沿岸流的影響，濱淺湖地區廣泛發育了灘壩砂，在博興洼陷主要為壩砂沉積，而在純梁—王家崗地區主要為灘砂沉積。錄井油氣顯示表明這些濕潤氣候下發育的濱淺湖灘壩砂是東營凹陷孔一段—沙四下亞段最為重要的一類油氣儲層。

5 沉積過程的控制因素

東營凹陷孔一段—沙四下亞段的沉積相類型極為豐富，且表現為特征迥異的兩類沉積組合，其發育除了受古氣候影響外，還可能受控于古地理（包括區域構造古地理和東營凹陷孔一段—沙四下亞段原型盆地特征）、古緯度、古物源和古水流方位等。

首先，研究區在孔一段—沙四下亞段沉積期，即約54.9～45.4 Ma之間，處于中國東部高原區，高原海拔在2 000～2 500 m之間[31]（相當于現今青海省西寧市的海拔高度），這一高度使得夏季從海洋吹向陸地的季節性濕潤空氣，受高原迎風坡的抬升，在高原東側形成地形雨，形成（夏）季風性濕潤氣候；而在高原地區（以及高原西側）則相對干旱少雨，只有強風暴登陸時才能形成短時期的暴雨，而只有周期性的強季風發育期才能形成湖泊。因此，雖然研究區在早始新世毗鄰太平洋，但是這一時期的古東亞季風并沒有對這一區域產生明顯的影響。從古緯度區間看，東營凹陷這一時期的古緯度和現今緯度基本一致[32?33]，位于北緯35°～40°之間，屬于行星風系副熱帶高壓作用的范圍[19?21]，因此氣流下沉導致該地區常年降雨稀少，氣候以干旱型為主；同時，亞洲現代季風在這一時期還遠未形成。

其次，在研究區內部，地殼構造運動導致了陸內裂陷作用的發生[34?35]，東營凹陷繼承中生界的構造格局，形成了半地塹的構造地貌特征；期間受郯廬斷裂帶走滑運動方式的轉變，東營凹陷還可能由孔一段早中期的北東斷南西超轉變為孔一段晚期和沙四下亞段時期的北斷南超的特征[36]。凹陷周緣則一直被無棣凸起、濱縣凸起、陳家莊凸起、青坨子凸起、廣饒凸起以及魯西隆起所包圍，從巖屑成分及比例關系推測凸起區主要為變質巖系。由于副高壓的作用使得研究區主要為炎熱、干旱的古氣候，因此這些暴露在地表的凸起和隆起區的巖石主要遭受物理風化作用，產生了大量的碎屑殘留物質。

受這一半地塹構造形態的控制，區內最大的沉降和沉積中心分布在陳家莊控盆斷層一側，使得研究區周緣的古水流呈收斂特征向沉降中心流動。當干旱期短時強風暴登陸時，產生的暴雨以洪水的形式將凸起和隆起區的風化殘留物快速搬運至東營凹陷所在的沉積區，從而在約9.5 Ma期間形成了孔一段—沙四下亞段較為顯著的厚層洪水漫湖紅層。周期性濕潤氣候下的湖泊沉積在孔一段早期、孔一段晚期和沙四下亞段最發育，表現為紅層中多套相對較薄的、呈灰綠色調的砂泥巖地層（王46井錄井剖面中可見121套灰綠色砂泥巖層）。這些湖相沉積與偏心率、歲差及其控制的周期性氣候變化具有緊密的關系[37?39]；年濤等[39]認為偏心率值為極大值時，湖泊沉積頻繁發生，反之主要為洪水漫湖紅層，而歲差的極小值主要對應湖泊沉積，反之則發生了紅層沉積。軌道參數的周期性變化導致太陽輻射能（日照量）也發生了周期性變化，而太陽輻射能是大氣環流的動力，其變化促使始新世早期東營凹陷所在的區域在軌道尺度上發生行星風系副高壓和強季風環流的時空耦合，進一步的古氣候模擬研究有助于揭示此類地層的成因機理。

6 結論

（1） 孔一段—沙四下亞段存在兩種截然不同的沉積組合，分別為沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積組合和周期性濕潤期的湖泊—近岸水下扇沉積組合，前者包含了干旱型沖積扇、辮狀河、洪水漫湖和干鹽湖等沉積相類型，后者包括了湖泊、近岸水下扇和風暴相等，湖泊相又可劃分為濱淺湖灘壩、半深湖—深湖等亞相類型。

（2） 提出了孔一段—沙四下亞段陸相紅層洪水漫湖—時令湖沉積模式，即受干濕氣候周期性變化的影響，兩類沉積組合交互發生。在干旱氣候下，從東營凹陷的邊緣到洼陷帶依次發育了沖積扇—洪水漫湖—干鹽湖沉積，其中在盆緣的金家—柳橋、廣饒凸起北緩坡等地區主要為沖積扇；在凹陷內部的純梁、王家崗一直到中央隆起帶主要為洪水漫湖沉積，至凹陷最北部的利津—民豐洼陷帶演變為干鹽湖沉積。在周期性濕潤氣候階段，主要發育了湖泊沉積，其中博興洼陷、純梁、王家崗一直到中央隆起帶主要發育濱淺湖灘壩沉積、北部利津—民豐洼陷發育半深湖—深湖沉積，凹陷北部陡坡帶存在沖溝的部位發育了近岸水下扇體。這一模式也從沉積成因的角度解釋了為什么陸相紅層中會出現以灰綠色為主色調的砂泥巖韻律層。

（3） 該類地層的沉積可能是區域構造古地理、東營凹陷原型盆地特征、古緯度、古物源和古水流方位以及古氣候條件等共同作用的結果，使得東營凹陷在孔一段—沙四下亞段出現了兩類完全不同的沉積相組合方式。其中，氣候在軌道尺度上的周期性變化應是這一地層發育的主控因素，進一步的軌道參數古氣候模擬試驗將有助于揭示這一過程。