渤海湾盆地廊固凹陷泉241−州16区块沙三中亚段沉积特征

白淳元 胡望水 周振永 万 敏 李相明 张惠文 李 硕

（1.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；
2.油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430100；
3.中国石油华北油田公司第四采油厂，河北 廊坊 065000）

当前，中国的油气资源勘探难度越来越大，主要体现在勘探对象越来越复杂、勘探目标隐蔽性加强、勘探难度日益增大等方面，陆上油气勘探主要对象已经从构造油气藏为主逐渐过渡为岩性、地层油气藏与构造油气藏勘探并重的新阶段［1］。岩性、地层油气藏具有生烃面积广、成藏面积大、丰度低、规模大的特点，已经逐渐成为油气储量增长的主体［2］。国外油气勘探主要对象是海相油气藏，国内对“非构造油气藏”的研究主要集中在陆相断陷，李丕龙等［3］提出了陆相断陷型盆地富油气凹陷砂砾岩“隐蔽油气藏”的地质理论与勘探方法。岩性、地层油气藏勘探难度大，亟待找到有效的勘探技术和方法。

近年来，渤海湾盆地勘探开发工作逐渐转向岩性油气藏领域，摆脱“纯构造”勘探方式［4］、找出新的勘探思路是目前有待解决的问题。渤海湾盆地廊固凹陷沙三段沉积时期经历了大幅度的湖盆扩张和收缩，这个时期物源供给多样，沉积环境变化和水平面升降都会导致凹陷内不同沉积砂体发育和沉积相发育的巨大区别［5⁃8］。张文朝等［9］认为东西分带的沉积格局控制了冀中坳陷整体东富西贫的油气分布特点。由于前人的研究主要以凹陷区域层位为主，针对开发井的研究较少，影响了岩性油藏勘探开发的进程。本文从旧州‒固安构造带内的重点开发区块泉241‒州16区块入手，对区块内168口井的岩心进行观察、取样分析，综合岩心、分析测试及测井曲线等资料，以沉积学和层序地层学及断层封闭性等理论为指导［10］，确定泉241‒州16区块沙三中亚段湖盆扩张期扇三角洲前缘沉积特征，精细刻画进积型扇三角洲前缘砂体的纵向叠置分布规律和平面展布特征，提出了进积型扇三角洲前缘沉积模式，为后续勘探开发提供了理论依据。

廊固凹陷在地理位置上处于河北省廊坊市永清县到固安县一带，构造上位于冀中坳陷北部，属于冀中坳陷的次级构造单元，是一个北东走向的古近系断陷，表现为一条沿隆起带轴部发育北东走向大断层的大型鼻状隆起带，隆起带内部旧州断层将其分隔出2个二级构造带，柳泉‒曹家务构造带和旧州‒固安构造带［11⁃13］，泉241‒州16区块位于旧州‒固安构造带中部靠近柳泉‒曹家务构造带的一侧（图1（a））。

由于受到多期构造运动的改造，廊固凹陷地层极为破碎［6］，早期沉积的孔店组—沙四段主要分布在凹陷的东部，沉积较厚的沙三段主要分布在凹陷的西部［14］，由于构造抬升作用，东部地区地层剥蚀较为严重，导致地层厚度分布具有极为明显的西厚东薄的特点，沙二段‒东营组则主要残存在桐南和廊东洼槽内，分布具有局限性［15］，地层自上而下发育平原组、明化镇组、东营组、沙河街组、孔店组、二叠系、石炭系及奥陶系，其中沙河街组沙三中亚段（Es3中）为本文研究的目的层位，依据研究区地层划分对比结果，将沙三中亚段分成Es33和Es34⁃1两个小段，在此基础上又进一步划分出10个小层，其中Es33段内6个小层，Es34⁃1段内4个小层（图1（b））。

图1 廊固凹陷构造分区及沙三段地层柱状图Fig. 1 Structural division and stratigraphic column of Es3 in Langgu Sag

2.1 区域沉积环境

冀中坳陷从孔店期到东营期的沉积先后经历了分割、扩展和收缩3个时期。分割期经历地质时期相对较短，从孔店组到沙四段，古地貌高差悬殊，彼此孤立分割；
扩展期基本覆盖了整个沙三段至沙一段沉积时期，沙三段沉积时期坳陷整体下沉，湖盆扩大、水体加深，沉积物可容纳空间急剧增大，在大兴断层活动影响下，周边不同时代的地层强烈抬升遭受剥蚀，为湖盆提供了大量的沉积物源，沙二段沉积时期开始出现水退，湖盆内沉积物全部来自周边隆起区，盆地物源消失，湖域面积开始收缩；
收缩期从沙一上亚段至东营组，坳陷整体继续抬升，湖域大面积收缩，湖泊零星分布在湖域内部，沉积环境几乎全部转变为河流相沉积［16］。

冀中坳陷整体的沉积环境变化反映出沙三中亚段沉积时期湖域较为开放，砂体分布范围广泛，大套的暗色泥岩夹厚层浅灰色砂岩为主要的岩性组合，研究区目的层埋藏较深，沙三中亚段湖盆发育达到鼎盛，成为本区主要的一套含油气层系［17］。

2.2 沉积相标志

2.2.1 颜色

沉积岩最直观、明显的相标志是岩石颜色，沉积岩的颜色是沉积环境的指示［15］。研究区沙三中亚段砂岩颜色多为灰色和深灰色，符合还原环境下水体较浅的前三角洲、三角洲前缘和浅湖沉积的岩石发育特点，泥岩多显示为半还原环境中产生的灰绿色和灰色，符合三角洲前缘亚相分流间湾的泥岩发育特征，总体反映出研究区沙三中亚段为水下还原环境沉积。

2.2.2 沉积构造

沉积构造类型与水动力条件、沉积环境直接相关，是识别各类沉积微相的有力证据［15］。根据岩心观察，研究区沙三中亚段砂岩发育块状层理、波状层理、平行层理等层理构造（图2（a）—（c）），另可见冲刷充填构造，底部多为灰色、灰绿色泥砾充填，单期次砂体厚度较薄，以上沉积构造表明水动力环境较强。地层中生物遗迹主要为虫迹，多数为倾斜钻孔，局部可见生物扰动（图2（d）），表明沙三中亚段地层沉积时期水体较浅，同样反映出具有一定水动力的沉积环境。

图2 泉241-州16区块沙三中亚段沉积构造岩心照片Fig. 2 Core photos of sedimentary structures of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

2.3 测井响应特征

研究区不同的沉积微相对应自然伽马、自然电位曲线类型有所变化，通过前面相标志观察得到的沉积微相结论与测井曲线进行验证，建立了研究区沙三中亚段的沉积微相划分模式（表1）。

从表1中可以看出：（1）水下分流河道微相以灰色细砂岩、粉砂岩为主，夹薄层灰黑色泥岩，发育板状交错层理和沙纹层理，粒序特征不易识别，自然电位曲线形态为高幅弱齿化箱形或中高幅钟形；
（2）分流间湾微相以深灰色、灰黑色粉砂质泥岩为主，发育水平层理，指示该微相处于低能且稳定的沉积环境，自然电位曲线上表现为低幅平直状钟形，与泥岩基线相比，略有负偏差；
（3）河口坝微相砂体以细砂岩与粉砂岩为主，整体粒度较水下分流河道砂体稍细，下部含泥量大，上部砂岩较纯，自然电位曲线表现为漏斗形，指示反韵律的沉积特点；
（4）远砂坝微相砂体以粉砂岩和细砂岩为主，多有砂泥互层，可见沙纹层理，沉积区气候干旱，在研究区沙三中亚段中少见，自然电位曲线上表现为与河口坝相近的漏斗形；
（5）席状砂微相多分布于河道两侧，主要由细粉砂岩和泥质粉砂岩组成，观察岩心主要发育平行层理和低角度斜层理。总体上呈细粒薄层砂体，成分成熟度高，砂体分布面积广，是研究区沙三中亚段主要的砂体发育类型之一，自然电位曲线形态为指状。

表1 泉241-州16区块沙三中亚段沉积微相类型Table 1 Sedimentary microfacies types of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

2.4 沉积微相

岩心相观察和测井相分析表明，泉241−州16区块沙三中亚段属于扇三角洲前缘亚相沉积，进一步可划分为水下分流河道、分流间湾、河口坝、远砂坝和席状砂5种沉积微相类型（图3）。

图3 泉241-州16区块沙三中亚段沉积微相模式Fig. 3 Sedimentary microfacies patterns of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

研究区水下分流河道和席状砂微相发育最为广泛，这两种砂体构成了扇三角洲前缘的砂体骨架，岩性以灰色细砂岩、粉砂岩为主，夹少量灰黑色泥岩，发育板状交错层理和沙纹层理，粒序特征不易识别，砂层底部可见炭化植物化石碎块，且冲刷痕迹明显。分流间湾发育在河道间相对较低的位置，席状砂发育分布在三角洲前缘外侧，上部砂质纯净，总体呈细粒薄层砂体。

沙三段沉积时期完全处在盆地湖盆扩张时期，沙三中沉积期基准面缓慢上升，沿大兴断裂带发育一系列扇三角洲，西部发育规模较大扇三角洲，由于东南部物源恢复，东部发育辫状河三角洲沉积体［17］。

Es34-1⁃Ⅲ砂组沉积时期，泉241−州16区块受西北部物源控制影响，水下分流河道开始交汇，呈条带状向南部盆地中心方向运移并不断提供碎屑沉积物，水体逐渐变浅，从沙四上亚段辫状河三角洲沉积转变为扇三角洲前缘沉积。州16区块为近源沉积区，发育较宽河道，河道宽度最大可达2.5 km，泉241区块为远源区块，河道宽度相对窄一些，一般为200~800 m（图4（a））。

Es34-1⁃Ⅱ砂组沉积时期，水位进一步下降，湖泊面积缩小，以水下分流河道沉积为主，整体呈北东—南西方向展布，河道向西南部泉241区块整体推进，河道宽度有变窄趋势（图4（b））。

Es33⁃Ⅱ砂组沉积时期，水下分流河道大规模发育，湖泊面积大范围缩小，分汊改道特征明显增多，这段时期州16区块河道宽度达到4 km，泉241区块河道宽度进一步变窄，平均宽度150~250 m（图4（c））。

图4 泉241-州16区块沙三中亚段沉积微相Fig. 4 Sedimentary microfacies of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

到了沙三上亚段沉积时期，研究区湖盆开始收缩，至沙一段沉积时期均处在湖盆萎缩期，基准面下降速度加快，湖盆面积逐渐变小，东部湖岸线向西移动，主要发育辫状河三角洲沉积体，三角洲沉积体由扇三角洲模式转变为以辫状河三角洲为主，湖相为滨浅湖亚相。

沉积作用控制砂体展布范围，砂岩的平面展布与沉积微相的空间分布存在密切的联系。在沙三中亚段沉积微相平面刻画的基础上，可以根据沉积微相发育位置预测出对应砂组内主力小层砂体的发育特征。通过统计泉241-州16区块沙三中亚段168口井的砂岩厚度，刻画出沙三中亚段3个主力小层砂体的平面展布特征（图5）。

图5 泉241-州16区块沙三中亚段主力小层砂岩厚度Fig. 5 Sandstone thickness of main sub-layers of Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

（1）Es33⁃Ⅲ⁃2小层：泉241区块砂体整体发育较薄，横向连通性相对较差，呈南北向条带状分布，Q241-65x井区砂体发育较厚，可达8 m，井区整体厚度2~4 m（图5（a））；
州16区块整体砂岩较为发育且横向连通性较好，砂体呈南北向辫状分布，砂体在平面上表现出近物源较厚而远物源逐渐减薄的发育特点，其中Z16⁃77x井区南部区域砂岩发育较厚，最厚可达14 m（图5（a））。

（2）Es34-1⁃Ⅱ⁃3小层：泉241区块砂体发育较好，横向连通性好，呈北东—南西向条带状分布，反映出砂体从近物源位置到远物源位置在河道砂体搬运过程中整体堆积良好的特点，厚度主要在10~12 m（图5（b））；
州16区块砂体发育良好，连通性较好，整体呈南北向辫状分布，表现出砂体在河道中部大量堆积的特点，砂岩厚度为8~12 m（图5（b））。

（3）Es34-1⁃Ⅲ⁃3小层：泉241区块砂体发育较一般，但连通性较好，呈北东—南西向辫状分布，表现出近物源位置砂体发育较厚的特点，厚度在4~6 m（图5（c））；
州16区块发育较好，连通性较好，呈南北向条带状分布，同样表现出近物源位置沉积砂体相对较厚的特点，砂岩厚度为8~10 m（图5（c））。

泉241-州16区块沙三中亚段沉积期整体上为湖退进积的沉积环境，盆地基底稳定下降，自沙四段沉积期大兴断裂开始活动起，上下盘落差较小，沙三中亚段地层地形坡度缓，物源供给充足，属于扇三角洲前缘沉积体系。

沙三中亚段沉积期作为湖盆扩张的最后一个时期，分流河道在研究区的发育达到顶点，河道分汊频繁交汇，向前进积至湖盆中央，河道宽度逐渐变窄，砂层变细变薄，席状砂包围分流河道形成了扇三角洲前缘沉积体系的骨架，席状砂在河道末端发育明显，分流间湾在河道起始位置发育，河口坝和远砂坝在研究区发育较少（图6）。

图6 泉241-州16区块沙三中亚段进积型扇三角洲前缘沉积模式Fig. 6 Sedimentary pattern of progradational fan delta front in Es3m in Quan 241-Zhou 16 block

沙三上亚段和沙二段沉积期，盆地西部大兴断裂活动逐渐变弱，经历隆起带风化剥蚀及低洼带沉积填充，地形坡度变缓，逐渐转变为扇三角洲平原沉积体系。

（1）渤海湾盆地廊固凹陷泉241-州16区块沙三中亚段属于扇三角洲前缘亚相沉积，发育水下分流河道、分流间湾、河口坝、远砂坝及席状砂5种微相类型。整体上表现为湖退进积的沉积过程，水下分流河道为最主要的沉积类型，在平面上呈北西—南东向辫状分布。

（2）泉241-州16区块沙三中亚段沉积物源来自西北方向，大兴断裂的活动导致西北部地层抬升形成区域隆起带，为湖盆提供充分的沉积物源。砂体在平面上呈现由近源到远源逐渐减薄的分布特点。

（3）建立了泉241-州16区块浅水进积型扇三角洲前缘的沉积模式，沙三中亚段分流河道在研究区的发育达到顶点，砂体由湖盆边缘向中心推进时，河道频繁分汊交汇，河道宽度逐渐变窄，砂层变细变薄，河道周围的席状砂与分流河道共同形成了扇三角洲前缘沉积体系的骨架。

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