中國(guó)湖底扇研究現(xiàn)狀與建議*

謝曉軍 劉麗芳 唐 武 沈 樸 張錦偉

(1. 中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028; 2. 中海石油(中國(guó))有限公司 北京 100010)

在復(fù)雜含油氣盆地,隨著淺層和構(gòu)造油氣藏勘探程度的逐漸增高,油氣勘探將持續(xù)向中深層儲(chǔ)層、地層-巖性油氣藏、潛山油氣藏等復(fù)雜而隱蔽的領(lǐng)域拓展[1]。中國(guó)近海盆地油氣勘探較陸地盆地起步晚,但目前也進(jìn)入了地層-巖性油氣藏勘探階段,重點(diǎn)勘探方向包括環(huán)渤中凹陷的大中型巖性勘探、遼東灣東營(yíng)組湖底扇巖性勘探等[2],由此可見(jiàn)湖底扇是今后重要的勘探領(lǐng)域之一。

湖底扇在中國(guó)陸相盆地中廣泛發(fā)育,在渤海灣、松遼、鄂爾多斯、二連、海拉爾、江漢和北部灣等盆地均有發(fā)現(xiàn)。中國(guó)海域湖底扇發(fā)育及其研究主要集中在渤海灣盆地渤中凹陷東營(yíng)組[3-7]、遼中凹陷東營(yíng)組[8-11]和歧口凹陷主凹西側(cè)沙一段[12]、北部灣盆地潿西南凹陷[13-14]和富山凹陷始新世流沙港組[15-17]。國(guó)內(nèi)關(guān)于湖底扇的研究很多,但不同時(shí)期、不同學(xué)者在湖底扇概念、湖底扇成因分類(lèi)、相帶劃分等方面,存在不同程度的認(rèn)識(shí)分歧,本文旨在通過(guò)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的系統(tǒng)分析,了解國(guó)內(nèi)關(guān)于湖底扇研究的歷程,梳理湖底扇概念、成因分類(lèi)、相帶劃分等不同觀(guān)點(diǎn),總結(jié)與油氣勘探密切相關(guān)的湖底扇層序發(fā)育位置、主控因素和儲(chǔ)層物性等方面的共識(shí),并在文獻(xiàn)綜述基礎(chǔ)上針對(duì)儲(chǔ)層物性等方面提出了研究建議。以期為今后湖底扇的深入研究和指導(dǎo)勘探提供參考。

1 湖底扇研究歷程

1984—2021年,以湖底扇為關(guān)鍵詞的公開(kāi)發(fā)表中文文獻(xiàn)近100篇(圖1)。本文依據(jù)研究側(cè)重點(diǎn)和研究程度,將中國(guó)國(guó)內(nèi)湖底扇研究大致劃分為三個(gè)階段。

圖1 中國(guó)歷年來(lái)湖底扇文獻(xiàn)的發(fā)表篇數(shù)

第一階段,初期探索階段(1984—1998年)。1984—1985年劉孟慧、趙澄林 等[18-19]學(xué)者首次公開(kāi)發(fā)表關(guān)于湖底扇研究的相關(guān)文獻(xiàn),該階段主要是提出湖底扇概念以及對(duì)渤海灣盆地下第三系湖底扇的認(rèn)識(shí),側(cè)重于基礎(chǔ)的相模式及巖相研究;1986—1998年的13年間,幾乎沒(méi)有關(guān)于湖底扇的公開(kāi)中文文獻(xiàn)發(fā)表。因此,該時(shí)期是中國(guó)國(guó)內(nèi)學(xué)者或企業(yè)研究人員對(duì)湖底扇領(lǐng)域開(kāi)始探索的時(shí)期。

第二階段,沉積模式大發(fā)展階段(1999—2012年)。1999年以來(lái),湖底扇的研究整體呈上升趨勢(shì),國(guó)內(nèi)陸上探區(qū)全面開(kāi)展湖底扇層序劃分、沉積特征、主控因素/觸發(fā)機(jī)制、成因與沉積模式等方面的研究。從遼河西部凹陷冷家油田[20]研究開(kāi)始,先后涉及沾化凹陷(2000年),江漢盆地潛江凹陷廣北油田[21-22](2002—2003年),北部灣盆地福山凹陷[15]、伊通盆地莫里青斷陷[23](2003年),二連盆地烏里雅斯太凹陷[24-25](2005年),勝利油區(qū)五號(hào)樁油田與依舒地塹湯原斷陷[26](2006年),鄂爾多斯盆地[27]、東營(yíng)凹陷與車(chē)鎮(zhèn)凹陷[28]、遼河西部凹陷[29](2007年),塔里木盆地阿克庫(kù)勒地區(qū)[30]、泌陽(yáng)凹陷(2008年),伊通地塹、松遼盆地英臺(tái)-他拉哈地區(qū)、孫吳-嘉蔭盆地等[31-34](2009年),松遼盆地北部英臺(tái)大安地區(qū)、貝爾凹陷和塔河油田等[35-37](2010年),克拉瑪依油田、板橋凹陷、烏爾遜凹陷和泌陽(yáng)凹陷等[38-39](2011年),黃河口凹陷、黃驊坳陷港中地區(qū)、遼河油田、遼中凹陷和鄂爾多斯盆地下寺灣油田等[40-41](2012年)。

第三階段,多學(xué)科綜合砂體精細(xì)描述與評(píng)價(jià)研究階段(2013—2021年)。在前期研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上,隨著高分辨率三維地震資料逐漸普及,以及地球物性屬性分析等技術(shù)手段、鉆井和分析化驗(yàn)資料逐漸豐富,該時(shí)期研究趨向于多學(xué)科綜合應(yīng)用的巖性圈閉精細(xì)描述和評(píng)價(jià),在扇體邊界及砂體精細(xì)刻畫(huà)、儲(chǔ)層物性及主控因素、流體流態(tài)、油氣成藏主控因素等方面的研究逐漸增強(qiáng),旨在指導(dǎo)地層-巖性圈閉精準(zhǔn)勘探,該時(shí)期有關(guān)湖底扇相控建模和單砂體構(gòu)型等方面的文獻(xiàn)相繼公開(kāi)發(fā)表。主要涉及準(zhǔn)噶爾盆地[42]和高郵凹陷(2013年)、北部灣盆地潿西南凹陷等[43-44](2014年)、北部灣盆地福山凹陷[17]、 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷、 遼中凹陷和二連盆地阿爾凹陷等(2015年)、遼河盆地西部凹陷(2016年)、北部灣盆地烏石凹陷、賽漢塔拉凹陷、遼東灣地區(qū)和渤中凹陷[45]等(2017年)、塔北輪南地區(qū)[46]、潿西南凹陷、 遼西低凸起、 歧南斷階帶和渤中凹陷東南斜坡帶等(2018年)、北部灣盆地潿西南凹陷C洼[13]、遼河雙南構(gòu)造、歧口凹陷歧北斜坡、 查干諾爾凹陷、渤中凹陷、遼中凹陷北洼[10]等(2019年)、渤海海域相關(guān)氣田[4]、渤海灣盆地濱海地區(qū)[12]、潿西南凹陷[14]、海拉爾盆地霍多莫爾構(gòu)造帶等(2020年)、遼東灣地區(qū)遼中凹陷[8]、東營(yíng)凹陷民豐地區(qū)[47]、鄂爾多斯盆地合水地區(qū)[48]、 渤中凹陷石南陡坡帶東段[6]等(2021年)。

2 湖底扇概念

湖底扇(sublacustrine fan)一詞最早由劉孟慧[18]等(1984)基于Walker R G.(1978)海底扇(submarine fan)模式[49](圖2)提出,針對(duì)湖泊深水環(huán)境中的濁積扇建議采用湖底扇(sublacustrine fan)這一名稱(chēng),并反映中國(guó)中—新生代沉積中湖相水下扇發(fā)育的特色;國(guó)內(nèi)不同學(xué)者對(duì)湖底扇研究主要是借鑒了 Walker R G.提出的海底扇模式,由 “海底扇”衍生出“湖底扇”,并逐漸將其完善。對(duì)于湖底扇的概念尚未統(tǒng)一,目前中國(guó)國(guó)內(nèi)主要存在3種觀(guān)點(diǎn)。

圖2 Walker R G.海底扇沉積模式(據(jù)文獻(xiàn)[49]修改)

第一種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為,湖底扇是指湖盆中以重力流搬運(yùn)方式堆積在深水區(qū)的粗碎屑扇形體[24,26,33,38,42],該定義認(rèn)為湖底扇沉積物是粗碎屑,平面形態(tài)上是扇形。該定義對(duì)物源區(qū)的巖性和平面形態(tài)未考慮十分周全。若湖底扇的物源區(qū)是偏泥巖或細(xì)粒地質(zhì)體,其最終形成粗碎屑沉積體的概率不大,平面形態(tài)也可以是非扇形的[38]。

第二種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為,湖底扇是指湖盆中由重力流搬運(yùn)并沉積于浪基面以下的碎屑巖體[9]。該觀(guān)點(diǎn)內(nèi)涵主要針對(duì)碎屑巖湖底扇,對(duì)碳酸鹽巖湖底扇考慮較少。

第三種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為,湖底扇是指陸相湖盆三角洲前緣或者濱岸淺水區(qū)尚未完全固結(jié)的碎屑沉積物,受一定因素觸發(fā),由重力流沉積所搬運(yùn)的沉積物在湖底堆積形成的沉積體[10]/扇形粗碎屑沉積[14]/扇狀沉積物[43]。與第一種定義相比,該定義進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了湖底扇物質(zhì)主要來(lái)自盆內(nèi)物源,未考慮湖底扇有來(lái)自盆地外的物源通過(guò)洪水沿盆地底部搬運(yùn)并在深水區(qū)堆積[3],國(guó)內(nèi)外有些學(xué)者將這類(lèi)湖底扇稱(chēng)為異重流(hyperpycnal flow)成因的湖底扇[50-54]。

在借鑒前人各種定義的基礎(chǔ)上,綜合考慮湖底扇類(lèi)型、成因及發(fā)育特征,本文對(duì)湖底扇的定義是指沉積物以重力流方式堆積在湖盆浪基面之下的地質(zhì)體。

3 湖底扇成因

根據(jù)前人對(duì)湖底扇成因研究的認(rèn)識(shí),國(guó)內(nèi)勘探已揭示的湖底扇中,主要存在4種成因類(lèi)型(表1),分別是滑塌型、洪水重力流型(部分學(xué)者稱(chēng)為深水濁積扇)、重力流-牽引流復(fù)合型和濁流型。

表1 國(guó)內(nèi)主要湖底扇實(shí)例成因劃分表

滑塌型湖底扇主要由盆內(nèi)發(fā)育的三角洲/扇三角洲提供物源,受地震、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素觸發(fā),導(dǎo)致三角洲/扇三角洲沉積物失穩(wěn)發(fā)生滑塌作用而形成的。進(jìn)一步可以劃分水下泥石流搬運(yùn)和整體滑塌搬運(yùn)2種搬運(yùn)方式;伊通地塹永一段湖底扇卷曲紋理、液化變形、球狀-枕狀構(gòu)造、微斷層等準(zhǔn)同生變形構(gòu)造十分發(fā)育,體現(xiàn)了湖底扇主要為滑塌型水下泥石流沉積[31],北部灣盆地福山凹陷流沙港組湖底扇[17]亦屬于該類(lèi)搬運(yùn)方式;松遼盆地英臺(tái)-他拉哈地區(qū)青一、二段湖底扇由英臺(tái)扇三角洲前緣相帶的砂體整體滑塌并近距離搬運(yùn)所形成,形成過(guò)程具多期次性[32];遼中凹陷北洼東二下亞段[10]、北部灣盆地潿西南凹陷C洼流沙港組[13]、阿克庫(kù)勒地區(qū)三疊系[38]、黃河口凹陷西北部沙三下亞段[40]、塔北輪南地區(qū)三疊系[46]等層系的湖底扇,本文均將其歸到滑塌型湖底扇。

洪水重力流型湖底扇是由洪水?dāng)y帶大量碎屑物直接搬運(yùn)到湖盆深水區(qū)形成的。如塔河油田AT1井三疊系湖底扇[36],是在地形平緩、湖平面逐漸上升、氣候潮濕和物源供給強(qiáng)等條件下,三角洲前緣的水下分流河道形成湖底扇的補(bǔ)給水道而形成的。

重力流-牽引流復(fù)合型湖底扇是由不同性質(zhì)的流體共同作用下形成的,該類(lèi)湖底扇的重力流沉積類(lèi)型包含滑塌、砂質(zhì)碎屑流、濁流等沉積類(lèi)型。如潿西南凹陷流一段高位體系域晚期的無(wú)水道化富砂型湖底扇[14],巖心見(jiàn)塊狀構(gòu)造、砂礫泥混雜堆積、泥巖撕裂屑等典型的碎屑流沉積構(gòu)造,粒度概率累積曲線(xiàn)以跳躍和懸浮的兩段式為主,跳躍次總體含量達(dá)30%以上,懸浮次總體小于 70%。泌陽(yáng)凹陷核三段Ⅲ—Ⅳ油組的湖底扇[39],該湖底扇是湖盆內(nèi)活躍流體底流與陣發(fā)性洪水形成的密度流雙重作用下形成的重力流-牽引流復(fù)合搬運(yùn)機(jī)制,巖心見(jiàn)包卷變形層理和交錯(cuò)層理,交錯(cuò)層理發(fā)育的砂巖,在粒度概率曲線(xiàn)上存在牽引總體。而黃驊坳陷港中地區(qū)沙三段湖底扇[41],沉積早期主要受重力流控制,巖心見(jiàn)滑塌變形構(gòu)造、遞變層理構(gòu)造以及不完整的鮑馬序列;沉積晚期則受牽引流和重力流雙重控制,小型槽狀交錯(cuò)層理和楔狀交錯(cuò)層理構(gòu)造逐漸增多。從國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)湖底扇的成因認(rèn)識(shí)可以看出,濁流型湖底扇的成因劃分比較混亂,且對(duì)滑塌成因和濁積成因湖底扇的內(nèi)涵存在不同的認(rèn)識(shí);有的學(xué)者命名為滑塌濁積扇和深水濁積扇,認(rèn)為滑塌濁積扇是指近岸水下扇扇端部位進(jìn)一步滑塌而成,而深水濁積扇則是指洪水重力流直接注入湖盆沉積中心而成[29],這種深水濁積扇的內(nèi)涵容易與洪水型湖底扇混淆。

濁流型是指狹義的濁流內(nèi)涵,主要是由典型濁流形成的湖底扇,國(guó)內(nèi)實(shí)例較少,在鄂爾多斯盆地西南部上三疊統(tǒng)長(zhǎng)6油層組湖底扇中見(jiàn)報(bào)道[27],該區(qū)湖底扇的砂巖粒度分析具有典型的濁流特征,沉積構(gòu)造具有明顯的韻律性和旋回性并發(fā)育典型的鮑馬序列等。

本文建議,基于 Shanmugam(1994)[54]將重力流的流態(tài)劃分為滑動(dòng)(slide)、滑塌(slump)、碎屑流(debris flow)和濁流(turbidity current)的方案,將湖底扇成因劃分為滑動(dòng)/滑塌型、碎屑流型、濁流型、洪水型(或異重流型)和混合型(重力流-牽引流型)等5種成因。可能會(huì)出現(xiàn)多種重力流流態(tài)共存的湖底扇,這類(lèi)湖底扇屬于過(guò)渡性的湖底扇,如同時(shí)出現(xiàn)滑塌和濁流的流態(tài),可以命名為滑塌-濁流型湖底扇,其他重力流流態(tài)以此類(lèi)推。這樣的劃分方案,可將前人滑塌濁積扇和滑塌型整體搬運(yùn)方式的湖底扇歸屬到滑塌型,滑塌型水下泥石流搬運(yùn)方式歸屬到碎屑流型,洪水型湖底扇和深水濁積扇歸屬到洪水型(異重流型)湖底扇。國(guó)內(nèi)各成因湖底扇主要實(shí)例可對(duì)應(yīng)到新的劃分方案中,具體見(jiàn)表1。本文提出的5種劃分方案考慮了湖底扇的成因機(jī)制,從實(shí)用角度而言更有利于不同類(lèi)型湖底扇的勘探?jīng)Q策部署。

4 湖底扇層序發(fā)育部位

從vail經(jīng)典層序地層的模式來(lái)看,湖底扇在低位體系域(如盆底扇、斜坡扇)更容易發(fā)育。但現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的湖底扇中,各個(gè)體系域都有發(fā)育湖底扇,低位體系域的湖底扇有渤海石南斜坡帶東二下段[4]、伊通地塹永一段[31]、渤中21構(gòu)造區(qū)東營(yíng)組[45]等;低位體系域+湖侵體系域早期的湖底扇有福山凹陷流沙港組[15]、依舒地塹湯原斷陷寶泉嶺組[26]等;湖侵體系域的湖底扇有松遼盆地北部英臺(tái)-他拉哈地區(qū)青山口組一、二段[32]等;低位+高位體系域的湖底扇有渤中凹陷東二下亞段[6],該區(qū)高位體系域湖底扇的數(shù)量及面積明顯高于低位體系域;三個(gè)體系域均發(fā)育湖底扇的有潿西南凹陷流一段[14]。

由于經(jīng)典層序地層學(xué)是從被動(dòng)大陸邊緣海相盆地研究中總結(jié)出來(lái)的,中國(guó)陸相湖盆構(gòu)造演化復(fù)雜、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次多,湖底扇的層序劃分不適合生搬硬套經(jīng)典的層序地層學(xué),需要結(jié)合每個(gè)研究區(qū)的具體實(shí)際,應(yīng)用最合適的層序地層方法開(kāi)展湖底扇層序劃分。

5 湖底扇相帶劃分

國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)學(xué)者對(duì)湖底扇相帶劃分主要依據(jù)Walker R G.海底扇模式,該模式將海底扇劃分為4個(gè)亞相7個(gè)微相,劃分為補(bǔ)給水道、內(nèi)扇(主溝道、溝堤)、中扇(辮狀溝道、中心微相)、外扇(末梢微相)。

趙澄林 等[19](1984)首次將Walker R G.海底扇模式應(yīng)用到渤海灣地區(qū)沙四—沙三段湖底扇研究中,并將湖底扇劃分為4個(gè)亞相,分別是補(bǔ)給水道、上部扇亞相(或叫內(nèi)部扇簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)扇)、中部扇亞相(或中部扇簡(jiǎn)稱(chēng)中扇)和下部扇(外部扇簡(jiǎn)稱(chēng)外扇),其中內(nèi)扇、中扇和外扇進(jìn)一步劃分了8個(gè)微相,內(nèi)扇亞相劃分主溝道、主溝堤和漫溢微相;中扇亞相進(jìn)一步劃分辮狀溝道、辮狀溝堤、溝間沉積和中心微相;外扇亞相主要為末梢微相。與Walker R G.海底扇模式相比,增加了內(nèi)扇漫溢微相、中扇的辮狀溝堤和溝間沉積等3個(gè)微相類(lèi)型。

國(guó)內(nèi)學(xué)者在應(yīng)用Walker R G.海底扇模式的過(guò)程中,重點(diǎn)關(guān)注的是內(nèi)扇、中扇微相的相帶劃分,中扇的微相研究程度最好,內(nèi)扇的微相研究次之,外扇的研究最薄弱。不同學(xué)者對(duì)微相名稱(chēng)及劃分較為混亂,具體見(jiàn)表2 (表中“—”代表相關(guān)微相未發(fā)育或未劃分)。

表2 國(guó)內(nèi)湖底扇微相劃分綜合表

內(nèi)扇的微相中,將補(bǔ)給水道亞相劃到內(nèi)扇微相內(nèi)[36、46];天然堤微相叫法不嚴(yán)謹(jǐn)[36],容易與河流沉積體系的天然堤混淆;大部分學(xué)者稱(chēng)主溝道,也有學(xué)者稱(chēng)為主水道,為了減少與補(bǔ)給水道亞相混淆,建議稱(chēng)為主溝道;個(gè)別學(xué)者劃分出滑塌堆積,認(rèn)為也是內(nèi)扇的重要組成[23],主溝道外[26]、主溝道間[35]和水道側(cè)緣[41]等叫法應(yīng)該都屬于漫溢微相,屬于主溝道外重力流滿(mǎn)溢出主溝道而形成的。

中扇的微相中,存在辮狀溝道和辮狀水道兩種叫法,基于與內(nèi)扇主溝道叫法統(tǒng)一,建議采用辮狀溝道微相名稱(chēng)。水道間[23,30,41,46]和溝道間[35,37]微相的內(nèi)涵與溝間沉積內(nèi)涵相同,建議采用溝間沉積;前緣平坦區(qū)[26](是區(qū)域位置不是微相類(lèi)型)、中扇前緣[28]或扇中前緣[33]與中心微相的叫法相似,位于辮狀溝道體系之外,向盆地方向平坦區(qū)更加細(xì)粒沉積物的微相總稱(chēng)。相對(duì)趙澄林 等的中扇微相方案,有些學(xué)者增加了疊復(fù)扇舌微相(Walker R G.海底扇模式中有此微相),建議保留該微相類(lèi)型。

外扇的微相中,有席狀濁積砂[37]、遠(yuǎn)源濁積巖[46]等不同叫法,但只反映了成巖,未表現(xiàn)出沉積相的含義,建議統(tǒng)一叫末梢微相,其內(nèi)涵是由遠(yuǎn)源的濁積沉積體組成的。

基于Walker R G.海底扇模式、前人認(rèn)識(shí)和習(xí)慣叫法,結(jié)合塔河油田湖底扇沉積模式[36],本文建議將湖底扇劃分為4個(gè)亞相(10個(gè)微相)(圖3),分別是補(bǔ)給水道、內(nèi)扇(主溝道、溝堤、漫溢和滑塌沉積等微相)、中扇(辮狀溝道、辮狀溝堤、溝間沉積、中心微相和疊復(fù)扇舌微相)、外扇(末梢微相)。

圖3 湖底扇模式示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[36]修改)

6 湖底扇發(fā)育主控因素

湖底扇的發(fā)育是在外界一定觸發(fā)機(jī)制(如地震、火山活動(dòng)、波浪等)的作用下,受盆地內(nèi)各種因素綜合控制形成的。中國(guó)湖底扇主要在斷陷型、拗陷型和前陸型湖盆中發(fā)育,斷陷型湖盆地最為發(fā)育,前陸型與拗陷型湖盆次之。

6.1 斷陷型

斷陷湖盆湖底扇的發(fā)育主要受構(gòu)造、地形、物源、基準(zhǔn)面、水深和氣候等因素的控制[23]。構(gòu)造是主因,可以控制地形(主要是斷裂坡折)的形成及其結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響湖底扇的發(fā)育位置;構(gòu)造幕式活動(dòng)促使物源區(qū)抬升或下降,導(dǎo)致物源區(qū)的規(guī)模、暴露時(shí)間及剝蝕量等增大或減小,進(jìn)而影響湖底扇的發(fā)育規(guī)模;構(gòu)造沉降可改變基準(zhǔn)面(或湖平面)和水深的變化,進(jìn)而影響湖底扇的分布位置、保存條件等。

1) 構(gòu)造。主要指幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其產(chǎn)生的斷裂帶,控制湖底扇的發(fā)育時(shí)間、規(guī)模和位置。如車(chē)鎮(zhèn)凹陷陡坡帶沙三段湖底扇[28],構(gòu)造幕式活動(dòng)的時(shí)間和斷裂結(jié)構(gòu)控制湖底扇的發(fā)育,湖底扇主要發(fā)育在強(qiáng)烈斷陷幕式活動(dòng)初期,四種斷裂結(jié)構(gòu)中(板式、鏟式、階梯式)坡折帶坡度變化可以控制湖底扇形成過(guò)程中流體流態(tài)的變化。受先期沖積和垮塌作用后,黃驊坳陷港中地區(qū)坡折帶的坡度大幅度變緩,沙三段湖底扇形成過(guò)程中的重力作用控制的占比減小,牽引流作用的占比逐漸增大[41];不同坡度可以形成不同成因的重力流類(lèi)型,坡度越陡,越容易發(fā)生滑動(dòng)/滑塌,坡度越緩,越容易發(fā)生濁流沉積;在東營(yíng)凹陷民豐地區(qū)沙三段中亞段湖底扇[47],地層古坡度為 4°～9°的區(qū)域以滑動(dòng)-滑塌砂巖沉積體為主,地層古坡度為 3°～8°的區(qū)域以砂質(zhì)碎屑流砂巖沉積為主,地層古坡度<3°的區(qū)域則主要沉積濁流砂巖體。同時(shí),坡折帶之間的斷坡規(guī)模控制不同重力流類(lèi)型、砂泥的分異程度,如遼中凹陷北洼東二下亞段湖底扇[10],斷坡長(zhǎng)達(dá)11.2 km,使得重力流在搬運(yùn)過(guò)程中砂泥徹底分離,分別形成富砂和富泥型湖底扇;而當(dāng)斷坡規(guī)模變小時(shí),砂質(zhì)碎屑流和濁流不能徹底分異,濁流分布在砂質(zhì)碎屑流尾端。

2) 物源。物源供給強(qiáng)弱控制了湖底扇的沉積規(guī)模、存活時(shí)間、數(shù)量和類(lèi)型。如北部灣盆地福山凹陷流沙港組湖底扇[17],主要物源來(lái)自南部斜坡的辮狀河三角洲群,次要物源來(lái)自于西部和東部的小型辮狀河三角洲。南部充足的物源使得湖底扇沉積持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng);而西部和東部湖底扇沉積規(guī)模和持續(xù)時(shí)間都較小而短。不同體系域三角洲供給能力的差異,導(dǎo)致渤中凹陷東二下亞段湖底扇發(fā)育的數(shù)量及類(lèi)型存在明顯差異[6],低位體系域時(shí)期物源供給能力弱,湖底扇數(shù)量少且單層厚度薄,具多期疊置的特征;高位體系域域物源供給能力強(qiáng),湖底扇數(shù)量多、類(lèi)型多,主要類(lèi)型包括透鏡體型、底部波浪型、前積型等。其中,鉆井揭示透鏡體型最富砂,含砂率大于50%;底部波浪型最富泥,含砂率在10%～20%,前積型的含砂率介于二者之間。

物源富砂程度決定湖底扇水道發(fā)育程度。遼中凹陷北洼古近系東二下亞段湖底扇[10],物源富砂程度決定湖底扇水道發(fā)育程度,三角洲早期富砂,且當(dāng) 物源含砂率大于30%左右時(shí),易形成非水道化-砂 質(zhì)碎屑流型湖底扇;三角洲沉積晚期逐漸富泥,當(dāng)物 源含砂率小于 30% 左右時(shí),易形成水道化湖底扇。

3) 基準(zhǔn)面。基準(zhǔn)面變化控制了湖底扇具有不同的巖性特征、垂向演化特征和平面分布規(guī)律。如伊通盆地莫里青斷陷雙陽(yáng)組湖底扇[23],基準(zhǔn)面上升階段容易形成退積型湖底扇,自下而上,粒度變細(xì)、砂巖厚度變薄的巖性特征,基準(zhǔn)面下降階段則容易形成進(jìn)積型湖底扇,自下而上的相序?yàn)橥馍取猩取獌?nèi)扇亞相。基準(zhǔn)面下降半旋回階段,砂體強(qiáng)下切作用容易發(fā)育濁積水道,垂向上,多期扇體在相互切割疊置,超短期基準(zhǔn)面下降過(guò)程中,多期砂體疊置厚度為0.5～8 m;基準(zhǔn)面上升半旋回階段,砂體呈點(diǎn)狀或串珠狀分布,以滑動(dòng)的方式分布在泥巖之中,多期砂體疊置厚度相對(duì)較薄,為0.3～4 m,如東營(yíng)凹陷民豐地區(qū)沙三段中亞段湖底扇[47]。同時(shí),基準(zhǔn)面變化形成的可容納空間分布方向決定了湖底扇發(fā)育的平面形態(tài)及展布規(guī)模[6],渤中凹陷東二下亞段湖底扇低位體系域時(shí)期,可容納空間小,呈 NE—SW 向展布,該期湖底扇展布方向與可容納空間的方向一致,最大厚度與發(fā)育面積明顯受控于可容納空間形態(tài)控制明顯;高位體系域時(shí)期,可容納空間明顯增大且展布方向變?yōu)榻麰W向,該期湖底扇展布方向同樣呈近EW向,且規(guī)模較低位體系域的湖底扇明顯增大。

4) 水深。水深可以控制湖底扇的保存條件及可容納空間的變化。劉招君[23]認(rèn)為湖盆深水區(qū)具有滯水條件,可以使湖底扇能較好地保存下來(lái),淺水區(qū)即使有湖底扇發(fā)育,但容易受后期破浪等作用改造而難以保存下來(lái)。水體具一定的深度可以為較大規(guī)模的湖底扇發(fā)育提供足夠的可容納空間,如北部灣盆地福山凹陷流沙港組湖底扇[17]。

5) 氣候。氣候主要控制植被和水系的發(fā)育,潮濕氣候條件更易形成湖底扇。如二連盆地烏里雅斯太凹陷早白堊世湖底扇的發(fā)育,氣候是重要的條件之一[25],該凹陷在早白堊世屬于典型的溫暖潮濕氣候,植被茂盛、水系充沛,發(fā)育巨厚的湖底扇,鉆井揭示厚度1 500 m左右(太參1井、太參21井)。

6.2 拗陷型

拗陷型湖盆的湖底扇主要受物源和地形等因素的控制[27]。如松遼盆地英臺(tái)地區(qū)青山口組湖底扇的粉砂巖主要來(lái)自英臺(tái)扇三角洲前的緣粉、細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖的整體滑塌搬運(yùn)[32]。地形分斜坡和坡折帶兩種類(lèi)型,斜坡的坡度影響湖底扇的規(guī)模,坡度大小與湖底扇規(guī)模呈正相關(guān)關(guān)系[43],斜坡也為湖底扇的發(fā)育提供了移動(dòng)動(dòng)力[27];坡折帶的存在,使得可容納空間突然變大,并控制湖底扇的形成和發(fā)育,如鄂爾多斯盆地華池地區(qū)長(zhǎng)6油層組湖底扇,坡折帶之下發(fā)育橫向連片的砂質(zhì)碎屑流砂體[44]。

6.3 前陸型

前陸湖盆湖底扇主要受構(gòu)造、地形及物源等控制。如塔北輪南地區(qū)三疊系湖底扇,構(gòu)造活動(dòng)是湖底扇發(fā)育的誘因,幕式擠壓構(gòu)造活動(dòng)不僅可以使物源區(qū)隆升剝蝕形成大量物源,促使(扇)三角洲的持續(xù)建設(shè)作用,同時(shí)可以使地形變陡和沉積物失穩(wěn)等;地形影響了湖底扇的分布位置,形成的破折帶使得湖底扇沿坡折帶之下分布;物源決定了湖底扇的巖性、物性和規(guī)模,辮狀河三角洲前緣砂體提供的物源供給使得湖底扇富砂,巖性以礫狀砂巖、含礫粗砂巖以及中粗砂巖為主[46]。準(zhǔn)噶爾盆地克拉瑪依油田五八區(qū)二疊系下烏爾禾組湖底扇形成過(guò)程中[42],西緣構(gòu)造帶的沖斷作用使該區(qū)具有充足的物源供應(yīng),而且扇三角洲前緣的斜坡地形為形成濁流提供了有利場(chǎng)所。

物源供給控制湖底扇的發(fā)育規(guī)模及儲(chǔ)集性。塔里木盆地阿克庫(kù)勒地區(qū)三疊系湖底扇[38],發(fā)育富砂和富礫兩類(lèi)湖底扇。富砂湖底扇來(lái)自北部線(xiàn)狀物源辮狀河三角洲前緣砂體,搬運(yùn)距離遠(yuǎn)、扇體規(guī)模大,以礫狀砂巖、含礫砂巖及中細(xì)砂巖為主,分選中等;富礫湖底扇來(lái)自南部點(diǎn)狀物源,搬運(yùn)距離近、扇體規(guī)模小,以基質(zhì)支撐或顆粒支撐的細(xì)礫巖,礫狀砂礫巖及巖屑砂巖為主為主,分選磨圓差。同時(shí)、古地貌對(duì)上述兩類(lèi)湖底扇也有控制作用,富砂型湖底扇形成的地形較平緩、平面上具有明顯的相分異特征,容易區(qū)分出內(nèi)扇、中扇和外扇;富礫砂湖底扇形成的地形較陡,沉積物迅速卸載、以點(diǎn)物源為軸心呈扇狀分布,相分異特征不明顯。

基于不同盆地類(lèi)型,以上是從單因素論述湖底扇的主控因素。實(shí)際上,不同因素之間也存在一定的因果關(guān)系,湖底扇的形成是多因素綜合作用的結(jié)果。如遼中凹陷東營(yíng)組湖底扇同時(shí)受物源、地形和基準(zhǔn)面等因素控制[8]、塔北輪南地區(qū)三疊系湖底扇受構(gòu)造、地形和物源等多因素控制[46]等研究過(guò)程中需要多因素同時(shí)考慮。

7 湖底扇儲(chǔ)集性

目前,共收集了8個(gè)湖底扇的公開(kāi)發(fā)表儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù),其中7個(gè)扇體具有含油氣性或有一定產(chǎn)能(表3)。埋深從1 500 m至4 400 m不等,一般小于2 000 m[37],以二連盆地下白堊統(tǒng)湖底扇埋深最淺,車(chē)鎮(zhèn)凹陷沙三段湖底扇[28]和阿克庫(kù)勒地區(qū)三疊系湖底扇[38]埋深最深,分別達(dá)4 350 m和4 380 m左右。巖性以砂礫巖、中粗(含礫)砂巖、中—細(xì)砂巖等為主;中扇的辮狀溝道是有利儲(chǔ)層最發(fā)育的微相類(lèi)型。整體來(lái)看,儲(chǔ)層物性與巖性、埋深沒(méi)有明顯的線(xiàn)性關(guān)系。如埋深均為4 300多米、巖性粒度也基本一致情況下,渤海灣盆地車(chē)鎮(zhèn)凹陷的湖底扇和塔里木盆地阿克庫(kù)勒地區(qū)的湖底扇儲(chǔ)存物性存在很大差異。車(chē)鎮(zhèn)凹陷巖性砂礫巖、細(xì)砂巖、細(xì)礫巖,孔隙度主要集中在3%～9%、平均7.28%,滲透率主要集中0.1～2 mD,平均1.14 mD;阿克庫(kù)勒地區(qū)湖底扇的巖性為含礫中—粗粒巖屑砂巖及中粗粒巖屑砂巖,孔隙度20%～26%,滲透率400～1 500 mD。

表3 國(guó)內(nèi)湖底扇儲(chǔ)層物性綜合表

在相同埋深的單個(gè)湖底扇中,微相類(lèi)型和巖性主要控制了湖底扇的物性。如烏里雅斯太凹陷下白堊統(tǒng)湖底扇[37],內(nèi)扇主溝道較中扇辮狀溝道的孔隙度稍差,主溝道的孔隙度6%～12%、平均8.9%,辮狀溝道孔隙度8%～18.2%、平均11.9%。車(chē)鎮(zhèn)凹陷沙三段湖底扇的巖性對(duì)儲(chǔ)層物性有重要的影響[28],砂礫巖平均孔隙度為7.28%、平均滲透率1.14 mD;中礫巖平均孔隙度為5.876%、平均滲透率1.648 mD;細(xì)礫巖平均孔隙度為5.857%、平均滲透率0.521 mD;細(xì)砂巖平均孔隙度為10.56%、平均滲透率0.924 mD。

8 研究建議

1) 進(jìn)一步加強(qiáng)湖底扇形成機(jī)理的研究。湖底扇在從淺水區(qū)到深水區(qū)的沉積過(guò)程中,水動(dòng)力條件復(fù)雜,流體性質(zhì)和類(lèi)型會(huì)發(fā)生變化;同一時(shí)期不同區(qū)域、不同時(shí)期同一區(qū)域重力流流態(tài)變化、主控因素及形成機(jī)制等方面研究較為薄弱;特別是混合型成因的湖底扇,重力流與牽引流相互轉(zhuǎn)化的主控因素及其形成機(jī)制需要進(jìn)一步深入研究。

2) 進(jìn)一步加強(qiáng)湖底扇有利砂體定量預(yù)測(cè)。目前比較一致的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為,有利砂體主要分布在中扇亞相中,但其內(nèi)部有利砂體的典型地震內(nèi)幕結(jié)構(gòu)、空間展布規(guī)模及其主控因素、地質(zhì)-地震綜合預(yù)測(cè)方法等方面需要加強(qiáng)。建議在細(xì)化湖底扇發(fā)育期次的基礎(chǔ)上,在亞相或微相的約束下,綜合考慮源匯系統(tǒng)定量分析、輸砂通道定量刻畫(huà)、微古地貌恢復(fù)等。

3) 進(jìn)一步加強(qiáng)湖底扇有利儲(chǔ)層的綜合預(yù)測(cè)。對(duì)湖底扇有利儲(chǔ)層成巖分析的文獻(xiàn)較少,可能與資料條件不夠有關(guān);儲(chǔ)層的非均質(zhì)性具有普遍性,有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面,前人重點(diǎn)從沉積-成巖相的角度開(kāi)展有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè),但難以滿(mǎn)足提高鉆井成功率、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求,建議同時(shí)考慮沉積(巖性、粒度、礦物、相帶、流體流態(tài)、古地貌等)和成巖(深度、古溫壓場(chǎng)、古應(yīng)力場(chǎng)、古水文場(chǎng)、構(gòu)造演化過(guò)程等)兩大重要因素,并重視準(zhǔn)確、有效的綜合預(yù)測(cè)方法與技術(shù)的研究。