东营凹陷沙三中亚段沉积特征及复合砂体沉积过程
——以牛庄洼陷南坡为例

秦国省，吴文丽，秦国利，刘 臻，杨 超

(1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，东营 257000)

东营凹陷是渤海湾盆地油气最为富集的地区之一，经过多年的勘探开发已取得丰硕的研究成果，复式油气聚集理论创新成功指导了油田的勘探开发[1-4]。近年来随着勘探开发的不断深入，非常规和深层成为勘探主体的同时[5-8]，常规三角洲油藏精细表征、剩余油挖潜亦成为主体开发方向。沙三中亚段整体处于湖泊扩张至收缩的过渡期，湖平面变化震荡频繁，砂体发育类型多样[9-10]，前人对于东营凹陷三角洲研究已积累了较多的成果，明确了三角洲沉积类型及其对油气成藏的主要控制作用[11-13]，同时近年来对于半深湖相浊积扇等沉积类型亦有了深入的认识[14-19]，成功指导了近年来的勘探开发。然而，前人研究多集中于单一沉积相带，对砂砾岩沉积、三角洲沉积和浊积岩沉积研究各成体系，不同沉积类型之间的交互沉积过程及演化规律缺乏系统研究。同时，随着油田开发的不断精细化，对于单一砂体的精细表征以更好的指导注采井网部署变得愈加迫切，单砂体刻画、连片砂体的地质成因及其沉积过程亦引起更多重视[20-26]，其对于油气开发及进一步剩余油的预测挖潜起到决定性作用。

现以牛庄洼陷南坡为例，充分发挥密井网的优势，综合应用区域地质、测井、岩心分析等资料，厘定沉积相类型，明确三角洲沉积与湖相浊积岩的交互沉积演化规律，识别单一砂体边界，刻画单一砂体范围，并进一步对复合砂体的沉积过程进行重建，以更好的阐明三角洲及半深湖过渡阶段演化及复合砂体沉积过程，指导该类油藏的高效勘探和精细开发。

1 研究区概况

研究区N区块地理上位于山东省东营市东南约25 km，构造上处于渤海湾盆地东营凹陷牛庄洼陷南坡，陈家庄断层上盘，整体为南东-北西向单斜构造(图1)。研究目的层沙三中亚段埋藏中深约3 000 m，为中深层油藏。研究区面积4.1 km2，长约3.0 km，宽约2.5 km。研究区共有39口井，其中A1、A5、A7-A9,、A11-41、A43和C19井为开发井，A6和C20为取心井，平均井距约500 m，为精细地下地质表征奠定了基础。

东营凹陷新生界地层发育连续，自下而上发育孔店组、沙河街组、东营组[27-28]，其中沙河街组为主要油气储层，厚度1 000～4 000 m，自下而上划分为沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，目的层为沙三段中亚段d砂组，根据其内部沉积特征及岩性组合的差异可进一步划分为d1、d2、d3和d4共4个单层，各单层平均地层厚度12 m。东营凹陷沙三中段沉积初期构造活动强烈，沉降速率较快，以欠补偿状态为主，发育滨浅湖、深湖和半深湖主要沉积类型；中晚期物源供给充足，呈现过补偿状态，沉积以不断进积的三角洲为特征。由取心井C20可知，底部d4和d3单层对应基准面上升的超短期旋回，顶部d2和d1单层为基准面下降的超短期旋回，整体为基准面不断上升的中期旋回(图2)。

2 沉积特征

2.1 沉积相识别

2.1.1 岩石类型

取心井岩石颜色以灰色、深灰色及浅褐色为主，岩性以细砂岩和粉砂岩为主，矿物成分主要由石英、长石(钾长石和斜长石)和岩屑(大部分为岩浆岩和变质岩岩屑，少部分沉积岩岩屑)组成，其中石英含量36.6%～54.8%，平均含量44.6%，长石含量30.2%～35.8%，平均含量33.4%，岩屑含量14.3%～54.4%，平均含量23.2%，胶结物以铁方解石及白云石为主，研究区岩石定名为岩屑质长石砂岩[图3(a)]。研究区长石含量较高，成分成熟度低，反映了距物源区较近且水动力不稳定的沉积特征。

图1 研究区位置及井位分布Fig.1 Location of the study area and wells’ distribution

图2 研究区C20取心井综合柱状图Fig.2 Stratigraphic column of cored well C20 in the study area

2.1.2 粒度分析

由研究区两口取心井的粒度分析化验数据得到C-M图[图3(b)],可见典型的多段式特征，尤以PQ段和QR段特征较明显，指示了典型的牵引流特征。粒度累积概率曲线可分为两段式及三段式两类[图3(c)]，两段式曲线表现为滚动段组分不甚明显，以跳跃段组分较发育为特征，其斜率较大，指示了水动力较稳定的牵引流特征，悬浮组分亦较发育，与跳跃组分交切点(φ=3.2)偏细，指示了整体粒度偏细的特征；三段式曲线较二段式曲线发育滚动组分，但其含量较少，滚动组分与跳跃组分曲线交切点偏细(φ=2.5)，指示了滚动组分的粒度整体偏细的特征。

2.1.3 砂体展布特征

研究区平均单层砂体厚度约5.5 m，最厚处可达14 m。砂体发育可分为三类：一类为交织条带状分布的砂体，该类砂体多呈条带状展布，厚度由中心向两侧减薄，一般对应河道沉积；另一类砂体为近连片分布，砂体分布区域占研究区80%以上，砂体厚度大小基本一致，仅在部分井点可见厚度较大的砂体发育，多为复合砂体；此外，研究区还存在另一类砂体呈孤立状分布，多由1-2口井控制，如A33和C19井共同控制西南部孤立砂体，A39井单独控制东北部砂体(图4)。

图3 岩心典型相标志Fig.3 Typical facies marks in core analysis

图4 典型单层砂体分布特征Fig.4 Sandbody distribution characteristics of typical layers

研究区砂体剖面形态通过连井对比表现为不同的特征，既有顶平底凸的形态，又有底平顶凸的形态。顶平底凸形态砂体多由河道侵蚀下伏地层而成，指示了河道的发育。底平顶凸的砂体形态多形成于堆积环境，在三角洲环境中多指示了分流河道末端沉积物卸载形成的河口坝沉积类型。研究区砂体剖面形态既有河道典型的顶平底凸形态，又有河口坝典型的底平顶凸形态，反映研究区三角洲前缘河道沉积和河口坝沉积共同发育的特征。

研究区岩石颜色以灰色、深灰色及浅褐色为主，反映了弱-强还原水下环境，粒度分析指示牵引流的沉积水动力特征，加之砂体平面呈条带状及近连片状展布特征及顶平底凸和底平顶凸的砂体剖面形态特征，综合反映了研究区发育水下分流河道及河口坝沉积类型，可判断其沉积亚相为三角洲前缘。同时，孤立状砂体发育于厚层泥岩中的特征，指示了浅湖相滩坝沉积的特征。综上研究区主要发育三角洲和湖相沉积，以三角洲前缘分流河道、河口坝微相及湖相滩坝沉积为主。

2.2 沉积相划分

研究区主要发育三角洲前缘亚相和湖泊相，其中三角洲前缘主要发育分流河道、河口坝、支流间湾微相，湖泊相主要发育滩坝和湖相泥微相(图5)。

(1)水下分流河道。水下分流河道为研究区三角洲前缘的主要沉积微相，其岩性一般以中粗砂岩为主，向上多过渡为细砂岩，底部可见较粗粒的中砂岩，河道冲刷构造发育。水下分流河道厚度多为3.5～7.5 m，一般小于平原分流河道厚度。垂向以正韵律为主，测井响应为中-高幅钟形，底部接触以突变式为主。

(2)河口坝。河口坝是由分流河道携带沉积物入湖后卸载堆积而成的沉积体，为三角洲前缘重要的沉积单元。根据其物性的差异可进一步分为河口坝主体和坝缘。坝主体为河口坝的中部凸起沉积部位，该处水动力最强，为主要的沉积场所，岩性以中砂岩和粗砂岩为主，分选磨圆较好，以典型的反韵律为特征，厚度5～8 m，一般多为6 m，测井响应为中-高幅漏斗形；坝缘为河口坝沉积的边部区，其物性较差，特征与坝主体有明显的差别，因此将其与坝主体区分开来，坝缘沉积岩性以粉砂岩为主，厚度较小(一般1.5～3.5 m)，垂向多呈砂泥互层分布，无明显韵律性，测井响应特征为中-低幅齿形。

图5 研究区沉积相综合特征Fig.5 Faices characteristics and identification criterions

(3)支流间湾。支流间湾为分流河道间及河口坝间的相对局限的湖湾地区，因受分流河道或河口坝的阻隔其与外界水体的沟通较差，沉积水动力较弱，形成于较安静的沉积环境，沉积岩性以泥质粉砂岩和泥岩为主，测井响应特征为平直近基线。

(4)滩坝。滩坝是由于浅湖沉积物受波浪的冲洗和改造作用所形成的沿湖岸线展布的沉积体，岩性以中细砂为主，平面上呈土豆状，测井曲线响应上呈正韵律，具有低幅齿状异常。

(5)湖相泥。前三角洲末端湖泊水动力较弱所形成的细粒沉积物，以泥岩发育为主。厚度一般较厚，测井曲线为平直近基线特征。

2.3 沉积相演化

在单井沉积微相解释的基础上结合砂体厚度分析图，在沉积模式的指导下开展沉积微相表征。研究区沉积微相的平面展布可分为三类：一类以分流河道的交织条带状分布为主，该类以发育于d1单层的三角洲前缘分流河道为特征；另一类为近连片分布的河口坝发育为主，该类以发育于d2和d4单层的三角洲前缘河口坝为主；此外，研究区d3单层滩坝砂体多呈孤立状分布，其长轴方向多平行于岸线，呈椭圆状分布(图6)。

交织条带分流河道主要发育于d1单层，其总体呈条带状分布。地层自下而上而上分流河道规模不断减小，d4单层分流河道宽度平均为150～250 m，d2单层分流河道宽度平均为100～250 m，d1单层分流河道宽度较小，平均为100～200 m。各单层分流河道规模在不同部位宽度亦存在不同的差异，在近物缘方向(东南部)分流河道宽度一般大于湖盆方向(西北部)，近物缘方向分流河道宽度多为200 m，随着分流河道向湖中心延伸，其宽度减小为100 m。

研究区剖面沉积自下而上由三角洲前缘演化为前三角洲，中上部d2单层分流河道总体较d4单层和d1单层发育,d4单层分流河道多呈孤立分布。d2单层以河口坝发育为主，可见不同河口坝间的侧向拼接。不同分流河道及河口坝的宽度大小不一，一般分流河道宽度平均为200 m，多由1口井控制，图6(b)中AA’剖面C20井即控制了东北部分流河道。河口坝宽度较大，平均宽度300 m。

图6 研究区沉积微相平面及剖面分布图Fig.6 Plane and profile characteristics of sedimentary facies

通过以上分析明确了研究区三角洲前缘沉积演化特征，建立了研究区的沉积模式。研究区三角洲前缘以近连片河口岸边发育为主，各河口坝一般由不同的分流河道控制而成，其大小差异明显，分流河道规模自物源区向湖盆区逐渐减小，不同河口坝通过侧向拼接和垂向叠置最终成连片状分布，湖相滩坝多呈孤立状分布于前三角洲前端(图7)。

3 复合河口坝沉积过程

3.1 单一砂体边界识别标志

三角洲内部不同单一砂体间的边界常表现为泥岩相隔、坝缘相隔、测井响应差异和坝体底面不等高程等特征差异，根据这些特征的差异，可以区分不同的单一砂体，进而划分不同期次的沉积，为沉积过程的重建奠定基础。

(1)坝间以泥岩相隔。坝间泥岩往往为分流间湾沉积，代表河口坝未沉积区，说明河口坝发育的终止。A26井发育坝间泥岩分隔了不同期次河口坝[图8(a)]，因此坝间泥岩可作为单一河口坝边界识别的标志。

(2)坝间以坝缘相隔。坝缘是单一河口坝的沉积边界区，两河口坝以坝缘接触说明两河口坝的边界在此重合。A24井发育坝缘沉积[图8(b)]，指示了两河口坝的边界，坝缘的出现可作为单一河口坝边界识别的依据。

(3)测井响应差异。不同单一河口坝形成时的水动力条件各有差异，因此其反映在测井曲线上亦表现为不同的特征。A18井和A13井虽同为河口坝沉积，但其曲线形态差异明显[图8(c)]，代表了不同沉积环境的产物，测井响应的差异可作为识别不同单一砂体的标志。

(4)坝体底面不等高程。河口坝的沉积是由分流河道携带沉积物入湖卸载堆积在原前三角洲湖相泥之上形成的，湖相泥岩沉积一般代表一个等时界面，河口坝底面高程(河口坝底面距该单层底面距离)的差异代表了不同时期的沉积事件。A21井和A18井控制的河口坝底面高程明显大于A13井河口坝底面高程，属不同时期沉积[图8(d)]。河口坝底面高程的差异可用来识别不同期次单一河口坝。

3.2 演化期次划分

(1)横向期次划分。由于三角洲前缘河口坝形成时期不同，其底面湖相泥岩的沉积厚度也不同，造成河口坝底面高程不同。先期沉积河口坝底部泥岩厚度较薄，河口坝底面高程较小，后期沉积河口坝底部沉积泥岩厚度较大，河口坝底面高程较大，据此可在横切物源剖面上对临近单一成因河口坝进行分期。在全区主要横剖面中可识别三期不同高程河口坝[图6(a)]，据此可将研究区d2单层沉积演化划分为至少三个沉积阶段。

(2)纵向期次划分。对于三角洲这种纵向沉积体系(沉积特征随水动力纵向变化而变化)，纵向解剖可以将三角洲特有的“前积”现象得到刻画，更能体现其成因本质。在研究区实际纵剖面中亦可见到单一河口坝不断前积[图(6b)]，三角洲前缘河口坝的前积构成了三角洲前积的主体。研究区单层内部纵向河口坝具有“逐步前积”的演化模式，即各分期河口坝不断前积，超覆于前期河口坝之上，据此可在纵向对单一河口坝进行期次划分，为沉积过程重建奠定基础。

图7 研究区沉积构型模式Fig.7 Sedimentary model of the study area

(3)三维综合分析。通过纵、横剖面的分析可在单一方向确定各单一河口坝的演化先后顺序，但对于其他方向期次的确定仍需要借助三维综合分析来完成，以精确确定各单一河口坝形成的相对顺序。本研究首先提取d2单层各井曲线及相解释结果，将其投影至三维空间，在此基础上建立井与井之间各方向的连井剖面(图9)，通过上述单一砂体边界识别标志确定边界，以纵、横向期次划分依据对不同期次单一砂体进行划分，最终结合沉积物源方向对划分的各单一砂体期次进行先后次序排列，重建其沉积过程。

3.3 沉积过程重建

在研究区各单一河口坝期次确定的基础上恢复了研究区d2单层的沉积演化过程(图10)，分析认为：研究区沉积演化共经历四期：第1期两主要分流河道携沉积物进入研究区东南部形成初期河口坝；第2期初期分流河道及河口坝进一步前积向湖盆中心发展，同时侧向扩展，在两主要分流河道间形成新的河口坝沉积；第3期为河口坝发育的主要建设阶段，分流河道大幅度前积，使得河口坝发育范围亦大幅度扩展，几乎覆盖全区，同时分流河道进一步分叉并控制形成4个河口坝；至第4期分流河道前积有所减弱，形成三个次级河口坝，最终使得河口坝连片分布，分流河道呈镶嵌状分布其上。

图8 单一砂体边界识别标志Fig.8 Boundary identification criterions of single sandbody

图9 三维分析确定各单一成因河口坝演化相对期次Fig.9 Sedimentary process identification in 3D analysis

图10 d2单层沉积过程重建Fig.10 Sedimentary process reconstruction of d2 layer

4 结论

(1)牛庄洼陷南坡沙三中亚段发育三角洲和半深湖相滩坝两种沉积环境，滩坝多为孤立分布，分流河道及河口坝多期复合使得砂体呈连片分布特征。

(2)目的层d小层自下而上对应湖平面上升又下降的完整旋回，由三角洲前缘-前三角洲沉积过渡为半深湖，而后又演化为三角洲前缘，砂体展布由d4单层条带状过渡为d3单层孤立状，而后过渡为d2和d1单层近连片状。

(3)d2单层近连片砂体由4期河口坝叠置而成，第1期两分流河道携沉积物进入研究区东南部形成初期河口坝，第2期分流河道及河口坝进一步前积向湖盆中心发展，同时侧向扩展，第3期分流河道大幅度前积，使得河口坝发育范围亦大幅度扩展，同时分流河道进一步分叉并控制形成4个河口坝；至第4期分流河道前积有所减弱，形成三个次级河口坝，最终使得河口坝连片分布，分流河道呈镶嵌状分布其上。