垦利A油田沙三上段近源辫状河三角洲沉积特征

赵汉卿，温慧芸，穆朋飞，李 超，吴穹螈

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300459）

0 引言

近年来，渤海湾盆地莱州湾凹陷油气勘探取得了突破，相继发现了多个油气田［1-3］，含油气层位多为古近系沙河街组，前人对莱州湾凹陷做了大量的研究工作，但研究方向多为构造演化及其对沉积、油气成藏的控制方面［4-5］，受海上钻井资料少和地震分辨率低的影响，对沙河街组的沉积储层研究较少，通过文献调研及相关研究工作［6］，表明垦利A油田沙三上段主要发育近源辫状河三角洲沉积。辫状河三角洲由于水浅、坡缓，河道垂向下切叠置频繁、河道横向迁移变化快，砂岩储集性和含油气性良好，成为众多学者的重点研究对象。

现有研究成果多集中在对岩石学和沉积学特征岩性组合和沉积模式等方面［7-9］，而对于层序格架下近源辫状河三角洲的砂体展布及受控因素研究较少。充分利用岩心、测井和地震等资料，对沙三上段层序格架下近源辫状河三角洲沉积体系进行研究，以期为莱州湾凹陷储层评价及滚动勘探开发提供有力依据。

1 区域地质特征

图1 垦利A油田构造位置Fig.1 Tectonic location of Kenli A oilfield

莱州湾凹陷为典型的“北断南超”箕状断陷［10-12］（图1），垦利A油田位于该凹陷的南部缓坡带，圈闭为受东西向大型滑脱断裂控制的似花状构造，依附于边界断层形成的断块、半背斜构造。北侧紧邻莱州湾凹陷北部生烃坳陷，成藏位置非常有利。

垦利A油田钻井揭示的地层，自上而下为第四系平原组、新近系明化镇组和馆陶组、古近系东营组和沙河街组。沙三上段为垦利A油田的主要含油层系（图2），岩性以细砂岩、中砂岩、粉砂岩、泥岩为主，自上而下可分为Ⅰ油组、Ⅱ油组及Ⅲ油组，共13个小层，含油层段主要位于Ⅱ油组与Ⅲ油组。

垦利A油田沙三上段岩性主要为岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩。砂岩成分成熟度低，富含长石和岩屑，石英含量低，其体积分数仅为32.4%；结构成熟度低，碎屑颗粒为次棱角状，分选差—中等；垦利A油田沉积物源来自西南方向的垦东凸起，二者之间的距离仅20 km［13］，与其他辫状河三角洲相比［14-16］，沉积物的搬运距离更短。

2 沉积相类型

依据岩心、岩屑及测井资料，将垦利A油田沙三上段识别出辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和前辫状河三角洲3种亚相［17-18］，平原亚相以包含杂色砾石、红褐色泥岩为特征，是辫状河三角洲处于陆地未进入水下的表现；前缘亚相以灰色砂泥岩为沉积特征，偶夹炭质条带，发育前积结构，是辫状河三角洲进入湖盆坡折带的表现；前辫状河三角洲亚相以暗色泥岩沉积为主，是处于相对静水环境的表现。在亚相的基础上，进一步划分出辫状河道、冲积平原、水下分流河道、水下分流河道间、河口坝及席状砂等6种沉积微相特征（表1）。

2.1 辫状河三角洲平原

辫状河三角洲平原亚相主要由辫状河道和冲积平原构成，发育在沙三上段顶部，是三级层序结束时辫状河三角洲向湖盆不断推进的沉积响应。

辫状河道：岩性以长石岩屑砂岩为主，色杂、粒粗、分选较差，分选系数可达3.2，在录井岩屑中可见砾石。GR曲线多为钟型或齿化钟型，显示出正粒序的沉积特征，粒度概率曲线为两段式，表现出沉积物搬运以牵引流为主。

冲积平原：以红色、红褐色泥岩沉积为主，GR曲线较平直。

表1 垦利A油田沙三上段沉积微相类型Table 1 Sedimentary microfacies types of the upper third member of Shahejie Formation in Kenli A oilfield

2.2 辫状河三角洲前缘

在油田范围内主要发育辫状河三角洲前缘，是本次研究的重点相带，主要分为水下分流河道、水下分流河道间、河口坝及席状砂等4种沉积微相。

水下分流河道：是三角洲平原辫状河道的水下延伸，岩性以岩屑长石砂岩为主，局部含砾，GR曲线多为箱型、钟型或齿化箱型，单砂层的沉积层序为正粒序，在岩心上可观察到砂层底部有泥砾及冲刷面［图 3（a）］，可见炭质条带［图 3（b）］、火焰状构造［图3（c）］及垮塌变形构造［图 3（g）］，这都表明水下分流河道靠近物源、横向迁移快，沉积底形坡度大，粒度概率曲线表现为两段式。

河口坝：岩性以中细粒岩屑长石砂岩为主，GR曲线多为箱型和漏斗型，单砂层显示出反粒序沉积特征，厚度一般大于5 m，偶夹泥质条带［图3（d）］，在岩心上可见块状层理［图3（e）］及波状层理［图3（f）］，粒度概率曲线表现为跳跃次总体分为冲刷和回流2部分，为河湖交互作用的结果。

席状砂：由于波浪较强将水下分流河道及河口坝等砂体改造迁移连片而成，与河口坝的区别在于席状砂分布广但厚度薄，厚度多为1～3 m，最厚不超过5 m。

水下分流河道间：岩性以灰色、灰绿色泥岩为主［图3（h）］，夹薄层粉砂岩，GR曲线较平直。

图3 垦利A油田沙三上段沉积构造特征

2.3 前辫状河三角洲亚相

沉积环境水体能量弱，岩性以深灰色、灰褐色的泥岩、粉砂质泥岩为主，钻井显示在水进体系域顶端发育规模达到最大。

3 层序划分与对比

3.1 沙三上段层序划分

垦利A油田沙三上段辫状河三角洲具有典型的三角洲沉积特征。从地震剖面上可看出地震反射前积特征明显［19-20］［图 4（a）］。依据层序地层学原理，在一个完整的三级层序内部，其地震发射终止特征包括削截、上超、顶超［21-22］，并依次在层序内部划分出低水位体系域（LST）、水进体系域（TST）和高水位体系域（HST）［图 4（a）］，先利用 Fishier图解法分析垦利A油田沙三上段湖平面升降特征［23］，再依据最大湖泛面的稳定泥岩，以及砂岩厚度变化，按照测井曲线特征及岩性变化进一步划分出16个准层序（参见图2）。

图4 垦利A油田沙三上段典型地震反射特征Fig.4 Typical seismic reflection characteristics of the upper third member of Shahejie Formation in Kenli A oilfield

3.2 沙三上段层序对比

图5 垦利A油田沙三上段沉积相剖面Fig.5 Sedimentary faciessection of theupper third member of Shahejie Formation in Kenli Aoilfield

依据层序地层学原理、地震反射终止特征和岩性组合的划分与对比，建立了垦利A油田沙三上段等时层序格架（图5）。从联井剖面可以看出，沙三上段沉积初始期，油田范围内以辫状河三角洲前缘沉积为主，主要发育水下分流河道，河口坝沉积位于水下分流河道前端，零星发育，席状砂基本不发育。此时湖平面最低且沉积物供给充足，以沉积厚层砂岩为特征；随着湖平面上升，滨岸线向物源方向迁移，水下分流河道逐渐退积。至最大湖泛面，发育薄层席状砂及前三角洲暗色泥岩，此时，湖平面最高且沉积物供给相对较少；之后湖平面逐渐下降，辫状河三角洲不断向湖盆推进，逐渐发育水下分流河道沉积，至沙三上段顶部，湖盆边缘发育小范围辫状河三角洲平原沉积。沉积厚度在低水位和水进体系域大致相当，在高水位体系域，湖盆中心地层厚度较大，整个沙三上段以沉积三角洲前缘为特征。

4 沙三上段砂体平面展布规律

4.1 砂体展布特征

在岩心观察、地震相和测井相分析的基础上，结合层序地层特征，以体系域为单元编制了沉积相图，用于分析垦利A油田沙三上段辫状河三角洲的形成与演化过程。在低水位体系域，湖平面相对较低，物源供给充足，垦利A油田范围内的沉积相以发育厚层相互切叠的水下分流河道为主［图6（a）］。随着湖平面升高，沉积物供给速率降低，在水进体系域以薄层水下分流河道砂岩为主，湖平面的升高使沉积物下切作用减弱，水下分流河道摆动增多，但河道间相互切割作用较弱［图6（b）］。在高水位体系域，湖平面处于高位，河道分散但相对稳定，辫状河三角洲不断向湖盆推进。至沙三上段结束，出现了红褐色泥岩，标志着开始沉积辫状河三角洲平原亚相［图 6（c）］。

4.2 控制因素

垦利A油田范围内的沉积以辫状河三角洲前缘水下分流河道为主，水下分流河道的发育规模与湖平面和沉积物供给速率密切相关，统计30口钻井不同体系域下钻遇砂岩数据（表2），可以看出在LST砂地比最大，平均为37.1%，TST砂地比次之，平均为26.6%，HST砂地比最小，平均为21.3%，表明沉积物供给速率具有自下而上逐渐减小的趋势；对单层砂岩累积厚度进行统计，在LST厚层砂岩累积厚度大，薄层砂岩占比少，而TST和HST以薄层砂岩沉积为主，单层大于3 m的砂岩累计厚度迅速降低，表明沉积物供给速率高时，河道相互切割叠置，砂岩厚度大且分布广泛，而沉积物供给速率降低时，河道相互孤立分散，砂岩厚度小且分布局限。

图6 沙三上段沉积及其演化Fig.6 Sedimentary facies of the upper third member of Shahejie Formation in Kenli A oilfield

表2 垦利A油田沙三上段砂地比与砂岩厚度统计Table 2 Sand ratio and thickness of the upper third member of Shahejie Formation in Kenli A olfield

4.3 沉积模式

通过建立垦利A油田沙三上段等时地层格架，在层序格架的约束下，分析了不同体系域下近源辫状河三角洲的沉积特征，并建立了莱州湾凹陷南部斜坡带辫状河三角洲的发育模式（图7）。在整体上仍具有三角洲前积结构的特征，但在不同体系域下，辫状河三角洲砂体展布特征明显不同。在LST沉积时期，湖平面较低、沉积物供给速率大，河道切割叠置现象明显，砂岩厚度大、面积广、连片分布；在TST沉积时期，湖平面上升，河道砂体退积明显。在HST沉积时期，湖平面较高，河道以加积、进积沉积为特征。整体上，在TST和HST沉积时期，沉积物供给速率小，河道多呈孤立状，砂岩厚度小、面积小、局限分布。

图7 断陷湖盆斜坡带近源辫状河三角洲发育模式Fig.7 Model of near-source braided river delta in gentle-slope zone of faulted lacustrine basin

5 结论

（1）垦利A油田沙三上段发育缓坡背景下的近源辫状河三角洲沉积体系，其物源来自紧邻的垦东凸起。砂岩的成分成熟度和结构成熟度均低，发育强烈的河道冲刷及垮塌变形等沉积构造、前积反射地震特征。

（2）垦利A油田沙三上段可划分为一套三级层序，砂岩以水下分流河道沉积为主，砂岩厚度与可容纳空间和沉积物供给速率密切相关，低水位体系域砂岩厚度大、连通性好，是油田内部剩余油分布及油田周边滚动挖潜的主要层位。