断陷湖盆差异湖侵过程与层序格架下沉积体系特征响应： 以霸县凹陷古近系沙河街组为例*

张自力 朱筱敏 李 琦 张锐锋 耿荣燕 曹兰柱 施瑞生

1 中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249 2 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249 3 中国地质大学(北京)海洋学院，北京 100083 4 中国石油华北油田分公司，河北任丘 062552

1 概述

沉积盆地的层序地层格架和沉积充填结构的形成演化及其控制因素，是层序地层学不断探索的基本科学问题(林畅松，2009)。在陆相盆地，特别是内陆湖盆，层序的形成和发育与海平面变化的内在联系很小，而对古构造、古气候和物源补给等因素十分敏感(Ravnas and Steel，1998；朱筱敏，2000；Catuneanu，2006，2019；邓宏文等，2008；王华等，2010)。在断陷湖盆中，构造活动是控制层序界面成因、沉积中心迁移、层序构型及沉积体系多样性的根本因素，多幕、多期次构造活动形成的特定古沉积背景与物源供给之间的配置，控制了沉积物的运输路径及层序格架下的分散样式，从而决定了断陷盆地的充填演化过程(Gawthorpe and Ledder， 2000；王华等，2010；Geetal.， 2017； 葛家旺等，2018； 张自力等，2019)。对层序格架下地层发育特征、砂体成因类型、砂体与烃源岩的配置关系等解剖，既是认识岩性油气藏形成和分布的关键，又是当今地学研究的热点(Fengetal.， 2015，2016；Geetal.， 2017)。

渤海湾盆地古近纪演化过程中经历了多期湖侵，在沙河街组沙三段沉积时期和沙一段沉积时期的大规模湖侵作用下，分别形成了优质的烃源岩及湖泊碳酸盐岩和烃源岩的混合沉积。对于陆相断陷湖盆湖侵背景条件下这种沉积物差异充填的原因，尤其是层序格架下沉积体系的响应，值得进一步深入研究和探讨。为此，以渤海湾盆地霸县凹陷古近系为研究对象，基于覆盖全区的2552ikm2三维地震资料解释，利用钻/测井、岩心、分析测试等资料，通过分析沙河街组一段和三段沉积体系时空展布的差异性特征，试图解释造成渤海湾盆地沙一段沉积期和沙三段沉积期广泛湖侵的原因，并建立湖侵背景下层序格架内部沉积体系的充填响应模型，从而为下一步岩性油气藏勘探中明确有利砂体类型及其与烃源岩空间配置关系、预测岩性油气藏类型和分布等提供必要的理论方法和技术支持。

a—研究区位置；b—井位分布；c—古近系地层柱状图图 1 冀中坳陷霸县凹陷井位位置及古近系地层柱状图Fig.1 Wells location and stratigraphic colnmn of the Paleogene in Baxian sag， Jizhong Depression

2 区域地质背景

霸县凹陷是渤海湾盆地冀中坳陷内部中新生代发育的次一级凹陷(图 1)，西部以牛东断层与牛驼镇凸起为界，东部向东过渡为文安斜坡，北部以霸县二台阶断层和里澜断层分别与廊固凹陷、武清凹陷相隔，南部以徐水—安新横向调节带与饶阳凹陷相接。霸县凹陷古近纪整体上呈北东—南西走向，东西宽约70ikm，南北长约80ikm，总勘探面积约5600ikm2(图 1-b)(翟光明，1998；张文朝等，2001)。

霸县凹陷古近系发育齐全，前人依据岩性和古生物化石组合，将古近系自下而上依次划分为孔店组(Ek)、沙河街组(Es)和东营组(Ed)(图 1-c)(翟光明，1998；张文朝等，2001；杜金虎等，2007；纪友亮等，2009)。断裂活动的不均衡性使地层具有南北分区、东西分带特点，地层厚度变化大，岩相变化快，控盆断裂活动强烈，致使古近系沉积厚度超过8000im。古近系主要由棕红色、紫红色、褐色、灰色泥岩、砂质泥岩、砂岩及砂砾岩所组成(图 1-c)，垂向上形成3个水进到水退的沉积序列，总体上可划分为3个典型的超层序。张自力等(2019)依据地震反射终止样式、岩性组合特征、古生物组合及垂向演化、钻井岩电响应特征等，将霸县凹陷古近系进一步划分为3个二级层序和14个三级层序(图 2)。

图 2 霸县凹陷古近系层序格架下湖盆充填演化特征(据张自力等，2019；有修改)Fig.2 Feature of basin-filling evolution within the Paleogene sequence framework in Baxian sag(modified from Zhang et al.，2019)

3 古近纪湖盆演化

古近纪霸县凹陷是一个较为典型的箕状断陷湖盆，其西部牛东断层的伸展活动控制了霸县古湖盆的形成和演化。依据断层活动性质以及断裂组合样式，将这一裂谷发育期湖盆构造演化细分为3幕裂陷过程和6个演化阶段(图 2)(Maetal.， 2019；张自力等，2019)。

3.1 强烈断陷Ⅰ幕

对应孔店组—沙四段2个沉积期(图 1-c)。

孔店组沉积期(I-1)，冀中坳陷古生界基岩解体，先存的基底差异伸展(拉伸率5%～8%)，在各级断层强烈活动下形成洼隆相间的构造格局。盆地构造沉降速率为100～110im/Ma，总沉降速率为145～150im/Ma，地层最大厚度1400im。孔店期气候干旱炎热，霸县凹陷发生古近纪首次小规模湖侵(第1次湖侵)，形成多个分隔性较强的小型湖盆，整体发育一套近物源堆积的冲积扇及冲积扇末端的辫状河、辫状河三角洲粗粒沉积。

到沙四段沉积期(I-2)，霸县凹陷牛东断层南段和北段剧烈活动并相互延伸(拉张率大于7%)，基底呈现出西断东翘的地层结构样式。构造沉降速率205～220im/Ma，总沉降速率340～355im/Ma(纪友亮等，2009)。沉积中心和沉降中心位于高家堡—岔河集一线，最大厚度超过2000im。沙四期气候温暖湿润，发生首次大规模湖侵(第2次湖侵)，与持续强烈的构造作用一起使霸县凹陷形成了完整、统一的湖盆，周缘物源区供给强烈，形成向盆内强烈进积的辫状河三角洲(图 1)。

3.2 强烈断陷Ⅱ幕(SSQ2)

对应沙三段—沙二段沉积期(图 1-c)。

进入沙二段沉积时期(Ⅱ-2)，受区域构造升降影响，边界牛东断层活动急剧减弱(拉张率小于3%)，霸县凹陷沉降速率降低，构造沉降速率40～50im/Ma，总沉降速率145～153im/Ma(纪友亮等，2009)。霸县凹陷沉积中心和沉降中心位于牛东断层中段高家堡附近地区，最大厚度约1000im。沙二段时期气候温热、干旱，霸县凹陷发生大范围湖退，古湖盆持续萎缩，至沙二段沉积晚期湖水仅分布于牛东断层中南段下降盘等局部地区，霸县凹陷形成了一套膏盐岩(陶明华，2001)(图 2)。

3.3 强烈断陷Ⅲ幕(SSQ3)

对应沙一段—东营组沉积期(图 1-c)。

结束了沙二段沉积末期盆地构造回返、广泛剥蚀、夷平后，霸县凹陷在沙一段沉积期(Ⅲ-1)快速、大幅度沉降，边界牛东断层拉伸率为4%～7%，盆地构造沉降速率为135～142im/Ma，总沉降速率为235～250im/Ma，沉降中心位于边界断层下降盘，最大厚度为1400im。此时，霸县凹陷发生了古近纪第3次大规模湖侵(第6次湖侵)作用，在较平缓的古地貌背景下，湖侵作用具有速度快、水体浅(水深小于25im)、覆盖范围最广等特点(图 1-b)。沙一段沉积期气候温暖、湿润，在大规模湖侵作用下陆源供给少，盆地处于饥饿状态，形成大量内源性混积滩坝，后期形成小型三角洲、扇三角洲沉积。

沙一段沉积晚期，受区域构造抬升、气候逐渐转干的影响，霸县湖盆迅速缩小，向西部牛东断层处逐渐收敛。东营组沉积期(Ⅲ-2)继承了沙一段沉积晚期湖盆格局，整体处于缓慢差异沉降阶段，边界断层拉张率2%～8%，构造沉降速率为10～20im/Ma，总沉降速率80～90im/Ma(纪友亮等，2009)，差异性沉降导致地层厚度分布不均，沉降中心位于霸州地区，地层厚度超过1600im。东营组沉积期霸县凹陷内部广泛发育河流—泛滥平原沉积。在经历了东营组二段沉积时期的最后一次湖侵(第7次湖侵)后，受区域抬升作用继续增强、气候转干影响，霸县凹陷古近纪湖盆彻底消亡(图 2)(陶明华，2001)。

4 差异湖侵与沉积体系组合

霸县凹陷古近纪7次湖侵产生了不同沉积响应，其中沙河街组沙三段(Es3)和沙一段(Es1)这2次较大规模湖侵作用造成的沉积体系差异特征最为明显，是文中重点研究层段。

4.1 差异湖侵及特征

4.1.1 沙三段沉积时期湖侵特征

湖侵过程发生于整个沙河街组三段沉积时期(SQ5-SQ7，37.5～35.0iMa)(杜金虎，2007)，地层厚度为0～2000im(图 2)。岩性由灰色砂岩、细砂岩、粉砂岩和灰色、深灰色泥岩、油页岩组成(图3)，文安斜坡带可见灰黑色玄武岩。整体发育三角洲、扇三角洲、盆底扇及深湖泥质沉积。

综上所述，霸县凹陷沙三段沉积时期湖侵作用具有多期次、缓慢湖侵特征，湖岸线迁移不明显，湖盆具有窄、深、咸—微咸、近—欠补偿等特点。

a—含泥砾粗砂岩，扇三角洲前缘水下分支河道，CS2，3720.17～3726.47im；b—冲刷面，扇三角洲前缘水下分支河道，CS2，3720.17～3726.47im；c—同生变形构造，三角洲前缘河口坝底部，M14，4088.6～4096.6im；d—爬升纹层砂岩，三角洲前缘河口坝，M14，4088.6～4096.6im；e—含螺泥岩，三角洲前缘支流间湾，W72，2555.15im；f—波状层理、虫孔，三角洲前缘支流间湾，W83，2581.25im； g—包卷层理，三角洲前缘席状砂，W83，2758.05～2765.6im图 3 霸县凹陷古近系沙河街组三段三角洲沉积典型岩相及沉积构造Fig.3 Typical lithofacies and sedimentary structures of delta of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

4.1.2 沙一段沉积时期湖侵特征

湖侵只发生于沙一段沉积初期(SQ10)，约32.6 Ma开始(杜金虎，2007)，推测持续时间小于0.5iMa，地层厚度为100～600im(图 2)。岩性以深灰色、灰色、灰绿色泥岩、油页岩为主，夹薄层细砂岩、粉砂岩、鲕粒灰岩、泥灰岩及白云岩，主要发育滩坝、湖泥及少量近岸水下扇(扇三角洲)沉积。

综上所述，沙一段沉积时期(SQ10)湖侵迅速，湖岸线迁移速度快，湖盆具有宽、浅、咸及欠补偿等特点。

4.2 沙三段沉积时期缓慢湖侵沉积特征

4.2.1 陡坡带退积型扇三角洲

a—CS1井SQ6钻井岩/电特征；b—过CS1井地震反射剖面；c—过CS1井波阻抗反演剖面图 4 霸县凹陷古近系沙河街组三段扇三角洲沉积特征识别(位置见图 1)Fig.4 Fan delta characteristic identification of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag(location seen in Fig.1)

扇三角洲主要发育于霸县凹陷西部陡坡带，为近源快速堆积的粗粒沉积产物。钻井取心(CS2井)显示扇三角洲岩性为灰色砂岩、细砂岩、含砾砂岩与灰色泥岩，砂岩发育平行层理、块状层理等，局部可见冲刷充填构造(图 3-a)，偶见泥砾顺层排列(图 3-b)。录井岩性剖面主要为灰色砂岩、细砂岩、粉砂岩与灰色、深灰色泥岩、碳质泥岩，整体呈“频繁”的不等厚互层，局部发育油页岩、页岩(图 4)。其中，泥岩段不“纯”，多为粉砂质泥岩，单层厚度2～6im，砂岩段较“薄”，单层厚度1～7im(图 4-a)。测井曲线形态多样，泥岩呈低幅度“微齿化”，砂岩呈“齿化钟形”，“齿化漏斗形”，少见“齿化箱形”等特征(图 4-a)。层序结构不对称，垂向上以湖侵域地层为主，沙三段中部具有明显的退积叠加特征(厚度450im)，从水下分流河道与分流间湾叠置向分流间湾和远砂坝叠置转化，地震相以中频、较连续砂质反射为特征，呈现多期向边界断层退积的叠加(图 4-b；图 5)。波阻抗反演剖面中也呈现出同样的现象，可以在湖侵域地层中识别出4期扇体(砂体)连续退积叠置(图 4-c)。

图 5 霸县凹陷古近系沙河街组三段(SQ5-SQ7)连井沉积相对比(位置见图 1)Fig.5 Well correlation of sedimentary facies of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation (SQ5-SQ7) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

4.2.2 缓坡带退积型三角洲

退积型三角洲主要分布于文安斜坡和霸县凹陷西南部鄚州地区(图 6-a)，岩性由灰色含砾砂岩、砂岩、粉砂岩与灰色、深灰色、棕红色泥岩组成(图 3-c，3-d)，偶见深灰色含螺泥岩(图 3-e)。三角洲岩心具有丰富的沉积构造类型，见平行层理、爬升层理、波状层理等(图 3-d，3-e，3-f)，也发育同生变形层理，如W83井包卷层理等(图 3-g)，局部可见虫孔(图 3-f)。录井岩性剖面为灰色砂岩、细砂岩、粉砂岩与灰色、深灰色泥岩，整体呈不等厚互层，单层砂岩厚度2～14im，局部可见多层厚度不等的灰黑色玄武岩(1.5～35im)和油页岩(图 5)。SP测井曲线泥岩段为贴近泥岩基值，砂岩段呈“箱形”、复合“箱形”、“钟形”、“漏斗形”，偶见“指形”等(图 5)。缓坡带三角洲层序结构较为对称，沙三段(SQ5-SQ7)垂向上由3个粗—细—粗旋回构成，由下而上，砂岩含量减少，单层砂体厚度降低，泥质含量增加，单层泥岩厚度增大并逐渐出现厚层油页岩，反映出水深逐渐增加(图 5)。

以研究区西南部鄚州物源口为例，三角洲朵体呈“羽状”沿牛东断层南段下降盘形成的坡折带向高家堡—兴隆宫地区延伸(图 6-a，图 7)(张自力等，2019)。XJ4井钻遇高家堡沙三段沉积中心附近，沙三段岩性剖面垂向上的3个粗—细—粗旋回较为明显，以深湖、半深湖泥质、粉砂岩沉积为主，层序结构较为对称，但缺失SQ7高位域部分地层(图 7-a)。M14井钻遇鄚州坡折带，以三角洲前缘水下分支河道沉积为主(图 7-a)。沙三段垂向岩性剖面由向上变粗的3套退积叠加序列组成，M14井位于坡折带上部，大部分地层过路不堆积，只保存部分湖侵域地层，而相对较粗、厚层的低位域和高位域地层多发育于坡折带两侧(图 7-b，7-c，7-d，7-e)。其中低位域地层地震相靠近物源斜坡呈连续上超，高位域地层呈现出多个顶超现象和前积反射(图 7-c，7-d，7-e)。受湖平面持续上升影响，沙三段沉积时期鄚州三角洲逐渐向物源区后退，至Es3s(SQ7)沉积时期部分粗粒沉积物可以在斜坡上保存，形成相对厚层的分流河道砂岩段(图 7-a)。

a—沙三中亚段(SQ6)；b—沙一下亚段(SQ10)图 6 霸县凹陷古近系沙河街组三段中亚段(SQ6)和一段下亚段(SQ10)沉积相Fig.6 Sedimentary facies of the middle Member 3 (SQ6) and lower Member 1 (SQ10) of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

a—坡折带地震剖面；b—地震—地质解释剖面；c—Es3s(SQ7)沉积演化模式；d—Es3z(SQ6)沉积演化模式；e—Es3x(SQ5)沉积演化模式图 7 霸县凹陷古近系沙河街组三段(SQ5-SQ7)坡折带三角洲地震反射及解释剖面(位置见图 1)Fig.7 Seismic reflection and interpretation of delta in slope break of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation(SQ5-SQ7) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

4.2.3 洼槽区湖泥沉积

沙三段缓慢湖侵过程中，湖泥多为厚层深灰色、灰黑色泥岩、油页岩。暗色泥岩单层厚度和累积厚度较大，其中累积厚度超过300im(图 1-a，图 5)。厚层泥岩中常夹泥质粉砂岩、粉砂岩层，厚度普遍小于4im，偶见细砂岩夹层。湖相泥岩SP测井曲线为泥岩基线特征，GR曲线为高幅“齿化”特征，局部盆底扇细砂岩、粉砂岩呈“指状”特征。地震反射多为中—高频、连续性好、强振幅特征(图 7-a)。此外，沙三段(SQ5-SQ7)发育丰富的盆地扇体，通常是由(扇)三角洲前缘砂体滑塌并在前三角洲和半深湖等深水区域再堆积的结果，夹于厚层暗色泥岩及油页岩中。

沙三段(SQ5-SQ7)是霸县凹陷古近系最主要的烃源岩层系，沉积类型多样，同样是华北油田重要的油气产层。

4.3 沙一段沉积时期快速湖侵沉积特征

4.3.1 缓坡带内源性混积滩坝

滩坝主要发育于霸县凹陷东部文安斜坡中外带和鄚州地区沙一下亚段(SQ10)中(图 2，图 6)，岩性包括灰色、深灰色细砂岩、粉砂岩与灰岩、鲕粒灰岩、泥灰岩和泥质白云岩(图 8)，偶见陆生植物化石碎片(图 8-c)。鲕粒灰岩具有块状、粒序层理(图 8-a)，灰岩、泥灰岩具水平层理并与深灰色钙质泥岩互层产出，灰岩段底部常见同生变形构造(图 8-b)。灰白色砂岩段常夹泥质条带(图 8-d)，砂岩内部可见变形层理和泥质底劈(图 8-e)。岩屑录井滩坝单层厚度一般为1～5im，局部可见1.5～3.5im厚的鲕粒灰岩段；累积厚度可达10～50im。在霸县凹陷，沙一段下部这套厚度20～90im的砂岩、碳酸盐岩及油页岩互层被称之为“特殊岩性段”。根据岩性组合，可将滩坝划分为碎屑岩滩坝、碳酸盐岩滩坝和混积滩坝3类。测井SP曲线在“特殊岩性段”多为低幅“齿化”特征，局部厚层碎屑岩滩坝、碳酸盐岩滩坝可见低幅“舌状”、“漏斗形”、复合“漏斗形”等。GR曲线呈低幅齿化，电阻率“R4”曲线在该段呈“弹簧状”，具明显“刺刀状”高峰(图 9)。沙一下亚段(SQ10)层序结构不对称，缺少低位域地层，垂向上由薄层湖侵域和厚层高位域地层构成。湖侵域早期沉积由三角洲前缘和碎屑岩滩坝组成，湖侵域晚期以较深湖暗色泥岩和油页岩沉积为主，局部井段可见薄层碳酸盐岩。高位域早期以碳酸盐岩滩坝沉积为主并与油页岩相伴生，中期发育碎屑岩和碳酸盐岩混积滩坝沉积(图 10)，晚期伴随着湖退发育浅水三角洲(河流—泛滥平原)沉积(图 9)。

图 9 霸县凹陷古近系沙河街组一段下亚段(SQ10)连井沉积相对比剖面(位置见图 1)Fig.9 Well correlation of sedimentary facies of the lower Member 1 of Paleogene Shahejie Formation(SQ10) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

a—典型地层切片；b—沉积相解释图 10 霸县凹陷古近系沙河街组一段下亚段(SQ10)典型地层切片及沉积相解释(位置见图 1)Fig.10 Strata slices and sedimentological interpretation of the lower Member 1 of Paleogene Shahejie Formation(SQ10) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

a—近岸水下扇地震反射剖面；b—剖面地震—地质解释；c—J20井钻井岩/电特征图 11 霸县凹陷古近系沙河街组一段下亚段(SQ10)陡坡带近岸水下扇地震剖面及解释(位置见图 1)Fig.11 Seismic reflection and interpretation of nearshore subaqueous fan in steep slope of the lower Member 1 of Paleogene Shahejie Formation (SQ10) in Baxian sag(location seen in Fig.1)

a—Es3缓慢湖侵特征；b—Es1x快速湖侵特征；c—Es3沉积模式；d—Es1x沉积模式图 12 霸县凹陷古近系沙河街组一段下亚段和三段湖侵差异及沉积模式对比Fig.12 Differential lake transgression and sedimentary model of the lower Member 1 and Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

滩坝主要形成于沙一下亚段(SQ10)沉积时期。霸县凹陷结束了沙二段(SQ9)沉积末期(Ⅱ-2)的整体抬升夷平后，发生快速构造沉降、快速湖侵(图 2)。沙一下亚段(SQ10)沉积期霸县凹陷气候温暖、湿润，在湖侵域时期盆地处于“饥饿”状态，形成了“较纯”的泥岩和油页岩段。随着最大湖泛后湖平面趋于稳定，在文安斜坡原始地形高部位和断层上升盘的构造高点以及马西断层北段发育碳酸盐岩滩坝沉积(图 10)，在局部地区发育鲕粒灰岩和鲕粒白云岩滩坝(图 8-a)，代表了浅水、强水动力特征。高位域时期，湖平面逐渐下降，陆源供给增强，形成陆源碎屑与湖盆内自生沉淀碳酸盐岩混积滩坝(图 9)。

4.3.2 洼槽区湖泥沉积

沙一下亚段(SQ10)快速湖侵过程中，湖泥多由薄层灰色、深灰色、灰绿色、棕红色泥岩、油页岩组成(图 8-f，8-g)。湖泥与缓坡滩坝砂岩、灰岩呈频繁互层，单层泥岩厚度相对较小，累积厚度普遍小于100im(西部洼槽区累积厚度大于300im)，湖相泥岩SP、GR测井曲线均为低幅齿化特征(图 9)。

4.3.3 陡坡带近岸水下扇

沙一下亚段(SQ10)沉积时期，在盆地西缘陡坡带牛东断层下降盘形成一系列小型近岸水下扇(扇三角洲)沉积(图 6-b；图 11)。扇根由杂色、灰色角砾岩、砂岩、细砂岩、粉砂岩与灰色泥岩组成，单层角砾岩厚度1～25im，砂岩厚度2～8im。砂岩、砾岩SP测井呈复合“箱形”、“钟—漏斗”复合形、“漏斗形”等高幅特征。近岸水下扇紧贴边界断层发育，地震成像具隐性叠瓦状前积特征(图 11-a，11-b)。扇中沉积以灰色砂砾岩、砂岩、粉砂岩和灰色、深灰色泥岩互层为主，局部层段可见薄层油页岩，单层砂岩厚度1～5im不等。SP测井曲线在泥岩段具低平基线特征，砂岩段多呈指状、“钟形”特征(图 11-c)。扇中地震相呈中—高频、连续—较连续、中—强振幅反射特征(图 11-a，11-b)。沙一下亚段(SQ10)沉积时期近岸水下扇位于霸县凹陷沉降中心附近，快速的构造沉降和快速的湖侵致使可容纳空间增量远大于沉积物供给，沿牛东断层下降盘一线盆地欠补偿作用明显，湖侵域、高位域均由多个向上退积的准层序组叠加构成，多发育分支水道和水道间沉积或湖泥沉积。

5 差异湖侵与沉积—层序响应

构造古地貌与物源供给之间的时空组合，控制了断陷盆地层序格架下的充填演化过程。断陷湖盆中构造活动通过对新增可容纳空间的控制，进而控制地层厚度和分布，决定层序格架的构型(张自力等，2019)。根据层序格架和湖侵差异特征，可将霸县凹陷沙三段和沙一段分别归结为缓慢湖侵过程欠—近补偿充填模式和快速湖侵过程欠补偿充填模式(图 12)。

5.1 缓慢湖侵与欠—近补偿充填

沙三段(SQ5-SQ7)沉积时期属于强烈构造Ⅱ幕第1阶段，边界断层活动较为强烈，盆地稳定沉降，湖盆处于深凹时期，缓慢的湖侵过程使霸县古湖盆湖区面积逐渐扩大(图 5)。霸县凹陷地形坡度相对较大，整体具有东高西低的结构特征。西部由牛东断层北、南2条断层相互链接，形成断裂陡坡带，成为该时期沉降中心，中部地区盆地持续稳定沉降形成深洼沉积中心，东部缓坡带盆内次级同沉积断层活动减弱形成古地貌坡折，从而形成断坡—坡折型层序结构样式(图 7；图 12-c；图 13-b)。在沙四期古构造格局基础上沙三期(SQ5-SQ7)经历3次连续湖侵作用，湖侵速率较缓慢，水深增加明显，湖区面积增加有限，但霸县凹陷处于欠—近补偿状态，发育退积型三角洲和湖泥沉积(图 12-a，12-c；图 13)。

a—Es3砂体叠置样式；b—Es3断坡—坡折层序结构样式；c—Es1x砂体叠置样式；d—Es1x弯折—宽缓坡型层序结构样式图 13 霸县凹陷古近系沙河街组三段(SQ5-SQ7)和一段下亚段(SQ10)层序结构样式及砂垂向砂体叠置样式Fig.13 Sequence architecture and vertical stacking pattern of sandbodies of the Member 3 (SQ5-SQ7) and lower Member 1 (SQ10) of Paleogene Shahejie Formation in Baxian sag

东部文安斜坡广泛发育三角洲沉积，三角洲沿早期斜坡带生长断层形成的古地貌坡折分布(图 13-a)。其中，三角洲平原相带较窄，具有“小”平原、“大”前缘特征，平面上呈变形羽状(图 6-a；图 12-c)。斜坡带三角洲通常向盆地内部延伸距离较远，垂向上岩性同样具有粗—细—粗旋回变化。低位域三角洲主要分布于坡折带之下，多期砂体向盆内强烈进积，具有双向超覆特征(图 13-a，13-b中的C井、D井)。坡折带之上以多期退积叠置的湖侵域三角洲沉积为主，此处低位域时期沉积物多为过路不堆积(图 13-a，13-b中的E井、F井)。上部的高位域三角洲在湖侵三角洲形成的沉积坡折之上向盆内明显进积(图 13-a，13-b中的D井、E井、F井)。广泛发育深湖湖泥、油页岩和盆底扇沉积，由多期粉砂岩、细砂岩及泥岩组成的正粒序垂向上呈加积叠置(图 13-a，13-b中的B井、C井)。

5.2 快速湖侵与欠补偿充填

SQ10(Es1x)沉积时期属于强烈构造Ⅲ幕第1阶段，霸县凹陷快速沉降。此时，霸县凹陷沉积、沉降中心位于牛东断层下降盘一线，文安斜坡为局部残余凸起的宽缓斜坡带，牛东断层强烈伸展、沉降，差异沉降在靠近牛东断层下降盘地层发生挠曲并出现明显弯折，湖盆充填沉积构成半地堑式扇形的地层格架，形成弯折—宽缓坡型层序结构样式(图 11；图 12-d；图 13-d)。湖侵发生在宽缓斜坡之上，具有速度快、分布范围大的特点，霸县凹陷处于欠补偿状态，广泛发育滩坝和湖泥沉积，体系域具二分结构(图 12-b，12-d；图 13)。

盆地西部陡坡带形成了小型近岸水下扇沉积，平面上呈裙带状沿牛东断层下降盘分布(图 6-b)。除高位域晚期外，各体系域扇体多呈向上退积准层序组叠置样式，剖面上呈小型楔状结构，各时期近岸水下扇扇中砂体彼此孤立，以厚层泥岩相隔，扇根局部固定物源口形成的厚层水道砂体垂向相互切割而连通(图 13-c，13-d中的A井)。近岸水下扇外扇和湖泊较难区分，均以细粒沉积为主，垂向上呈多期加积叠置特征(图 13-c，13-d中的B井)。

文安斜坡内带局部凸起区，高位域晚期除发育以进积叠置的准层序组浅水三角洲外，下部低位域、湖侵域和早期高位域均为碳酸盐岩滩坝沉积，垂向上呈多期加积叠置(图 13-c，13-d中的C井)。斜坡中—外带受陆源供给影响增强，低位域和湖侵域地层垂向上由多个下部混积滩坝、上部碳酸盐岩滩坝及油页岩组成的退积型准层序组叠置而成，高位域晚期随着沉积物供给恢复和湖平面下降，盆地出现近平衡状态，在斜坡之上形成了进积型准层序组叠置浅水三角洲沉积(图 13-c，13-d中的D井、E井)。斜坡外带(东侧)陆源供给增强，湖侵域以陆源碎屑滩坝为主，物源口发育小型三角洲沉积，垂向上为退积型准层序组叠置。高位域则发育进积型浅水三角洲沉积(图 13-c，13-d中的F井)。

6 讨论与结论

在断陷湖盆充填演化过程中，物源区多为盆地周缘凸起，沉积物供给量取决于物源区岩性组成、气候和地形高差等因素。在稳定的物源供给速率下，不同构造沉降速率下的湖侵速率、湖盆范围、湖盆水深均可影响沉积物供给和作用范围(Vail， 1987；Linetal.， 2001；朱筱敏等，2003；Wuetal.， 2015；朱红涛等，2018)。在剥蚀夷平基础上发生的湖侵较为迅速，陆源供给具有一定的滞后性，其结果是湖盆水浅、面积广，盆地多处于饥饿状态，内源性碳酸盐滩坝是主要的沉积类型。而盆地深陷期的湖侵作用较为缓慢，湖区面积稳定，湖水逐渐加深，陆源供给相对稳定，缓坡带三角洲、陡坡带扇三角洲朵体的空间展布与湖平面升降呈规律的变化，垂向上可见多期(扇)三角洲砂体向物源方向退积叠置。因此，断陷湖盆沉积类型多样，沉积相和砂体具有横向相变迅速、连续性差，纵向上韵律性差异较强等特点。在多幕次构造演化过程中造成了层序边界成因具有复杂性、层序结构样式具有不对称性、体系域发育具有不完整性、体系域内砂岩垂向叠加样式具有旋回性等特点。所以，任何一种层序结构模型都不能高度地概括陆相盆地实际充填演化，层序模式的运用应该与研究区实际地质背景相结合。研究认为：

1)陆相断陷盆地差异沉降控制了层序结构样式，古地貌和物源供给调节岩相的空间分布，不同构造演化阶段下层序结构和沉积体系构成存在显著差异。

2)渤海湾盆地冀中坳陷霸县凹陷古近纪经历了7次湖侵作用。其中沙三期湖侵作用时限约37.5—35.0iMa，持续时间约为2.5iMa，为缓慢湖侵过程；沙一期为快速湖侵，起始时限约32.6iMa，持续时间小于0.5iMa。沙三段的缓慢湖侵过程发育断坡—坡折层序结构，以多期退积型三角洲、扇三角洲沉积为主。缓慢湖侵过程有利于厚层优质烃源岩堆积，是岩性及构造—岩性油气藏的主力层系。沙一段的快速湖侵过程发育弯折—宽缓坡型层序结构，以混积滩坝、小型近岸水下扇(扇三角洲)沉积为主，是潜在的岩性油气勘探层段。

致谢本文原始资料来源于中国石油华北油田勘探开发研究院，对中国石油华北油田相关专家在本次研究中的大力支持和指导深表感谢!非常感谢吴冬博士、陈贺贺博士在本文的研究过程中的建设性意见!