惠民凹陷商河油田商三区沙三上亚段浊积扇沉积特征

王宁，何幼斌，王思文，张竹林

（1.长江大学地球科学学院，武汉430100；2.中国石化胜利油田分公司临盘采油厂地质研究所，山东临盘251507）

惠民凹陷商河油田商三区沙三上亚段浊积扇沉积特征

王宁1，何幼斌1，王思文2，张竹林2

（1.长江大学地球科学学院，武汉430100；2.中国石化胜利油田分公司临盘采油厂地质研究所，山东临盘251507）

针对惠民凹陷商河油田商三区沙三上亚段砂体平面及纵向分布规律认识不清的问题，从岩心观察、测井资料分析、薄片分析以及区域地质背景入手，对该区浊积扇的岩石类型、粒度特征和沉积构造等进行了详细研究。研究结果表明，该区岩石类型包括粉砂岩、细砂岩和泥页岩，发育侵蚀面、沟模、粒序层理、包卷层理和火焰状构造等沉积构造以及小型同生断层构造，砂岩粒度分析显示其具有浊流沉积特征。在该区划分出了中扇和外扇亚相以及辫状沟道、沟道间、沟道侧缘和外扇泥4个微相，其中中扇亚相较为发育。分析了浊积扇纵向沉积序列及沉积微相平面演化规律，并对其控制因素进行了探讨。

浊积扇；沉积相；沙河街组沙三上亚段；商三区；惠民凹陷

0 引言

沙三上亚段是商河油田的主要产油层位之一［1-4］，属于低渗透油藏。随着开采程度的不断提高，对其砂体平面及纵向分布规律认识不清的问题日益突出。前人曾对该区做过相关的沉积相研究，但多是从中小比例尺进行研究［5-8］，且并未对沉积微相进行细分，难以满足开发中后期沉积相精细化的要求。笔者在参考前人研究成果的基础上，综合研究区60余口钻井的测井、录井岩心以及室内测试分析等资料，着重分析沙三上亚段浊积扇的沉积特征及沉积微相类型，探讨其成因机制并建立相应的沉积模式，以利于正确认识砂体形态及展布，挖掘剩余油潜力。

1 区域地质概况

商三区位于惠民凹陷商河油田南部，属于渤海湾盆地济阳坳陷惠民凹陷中央隆起带临商帚状断裂体系［2］（图1）。该区自下而上发育古生界、古近系、新近系及第四系地层，古近系包括孔店组、沙河街组和东营组，其中沙河街组自上而下可进一步分为沙一段、沙二段、沙三段和沙四段，沙三段又可分为上、中、下3个亚段［6］。在研究区，沙三上亚段为灰、深灰色泥岩与灰色粉、细砂岩互层，厚200 m左右。根据小层对比结果，该亚段可分为6个砂组，26个小层。

2 沉积相标志

2.1 岩石学特征

商三区沙三上亚段岩石类型比较简单，以粉砂岩、细砂岩和泥页岩为主，其中细砂岩含量较低。泥页岩多呈灰色、深灰色及灰黑色，反映出弱还原—还原的沉积环境。薄片鉴定结果表明，浊积砂岩成分成熟度及结构成熟度均较低，储层岩石类型主要为粉—细粒长石岩屑质石英砂岩，岩屑质长石粉砂岩次之。碎屑组分中，石英体积分数为54%～71%，部分具有自生加大边，波状消光现象明显；长石体积分数为7%～30%，主要为钾长石和斜长石，常被溶蚀和交代，且可见高岭土化及绢云母化等现象；岩屑体积分数为10%～25%，以黏土岩岩屑和燧石为主，部分为喷出岩和石英岩岩屑。碎屑颗粒分选中等，磨圆度差，多为棱角—次棱角状。胶结物主要为方解石，局部可见铁白云石，颗粒之间多为线接触，胶结类型以接触-孔隙式胶结为主。泥质和有机质为杂基的主要成分。岩心观察发现粉砂岩中黄铁矿颗粒多以细脉的形式出现，也可见菱铁矿结核，代表了水体较深的弱还原—还原沉积环境［9］。

2.2 沉积构造特征

研究区原生沉积构造比较丰富，包括层理构造、层面构造和同生变形构造三大类，具体可见代表侵蚀作用及强水动力条件的侵蚀面（图版Ⅰ-1）和沟模（图版Ⅰ-2）；代表递变悬浮和整体沉降作用的递变粒序层理（图版Ⅰ-3）；代表重力作用和差异负载的重荷模和火焰状构造（图版Ⅰ-4）；代表重力滑塌变形作用的包卷层理（图版Ⅰ-5）和撕裂状泥砾［10-12］（图版Ⅰ-6），泥砾多富集出现，其排列表现出一定的定向性，与层面低角度平行或近于斜交，多呈长条状或者半月形。粉砂岩与泥岩的薄互层段可见代表断裂活动或重力滑塌的小型同生断层构造［13］（图版Ⅰ-7）。细砂岩中发育鉴定浊流最主要的依据，即递变粒序层理，其下部粒度稍粗，自下而上泥质含量增加，上部与泥岩突变接触，构成鲍马序列的AE组合。上述三大类沉积构造组合在一起为鉴别浊流沉积的重要依据［14］。同时，细砂岩中发育平行层理，纹层厚度为0.5～0.8 mm，粉砂岩中发育块状层理（图版Ⅰ-8）以及爬升波状层理（图版Ⅰ-9），泥岩中发育水平层理，组成AB，CDE和DE等鲍马序列的组合类型，表明浊流沉积包含有近源至远源的类型。岩心观察发现，薄层浊积岩在该区的一种表现形式是砂质条带和泥质条带［13］，通常下部为细—粉砂岩，上部为粉砂质泥岩或泥岩；此种组合具有多个韵律，呈现出砂泥岩薄互层，细—粉砂岩底部常有微型重荷模出现，发育正粒序，上部发育水平层理，相当于鲍马序列的ADE段或者DE段。

2.3 粒度特征

以S13-107井2419.73～2445.00 m井段54个样品的粒度分析结果为基础数据，得到的粒度概率曲线类型主要有2种（图2）：一种为宽缓上拱形，该类曲线多见于块状砂岩及正粒序砂岩中，以无明显截点、粒度分布区间宽、颗粒粗细混杂以及形态上拱为特征，说明了重力流沉积分选较差；另一种为两段式，由低斜率的跳跃总体和悬浮总体组成，该类曲线主要出现在平行层理砂岩段中。以上2种曲线的共同特点为悬浮总体含量比较高，分选较差。沉积物在长距离搬运过程中，颗粒较粗沉积物的卸载使得流体的密度和悬浮物的沉降速度降低，水流的牵引沉积作用增强，这也解释了少量粒度概率曲线呈现三段式及多段式的原因。对取自块状粉—细砂岩段的样品做C-M图（图3）。从图3可看出：M=60～110 μm，平均为81.9 μm；C=130～220 μm，平均为162.5 μm；点群基本上与C=M基线平行，表现出重力流快速沉积且无分选的特征，C值和M值随着水流强度的减弱而减小，表现出递变悬浮的特点。

图2 商河油田商三区S13-107井沙三上亚段粒度概率图Fig.2The probability of cumulative grain size curve of upper submember of Es3of S13-107 well in the third area of Shanghe Oilfield

图3 商河油田商三区沙三上亚段C-M图Fig.3The C-M diagram of upper submember of Es3in the third area of Shanghe Oilfield

2.4 测井曲线特征

研究区沙三上亚段的测井曲线主要表现为微齿平直状泥岩基线背景上的中高幅齿化箱形、钟形、指形及其组合（图4）。齿化程度反映了流体能量的变化及粒序混杂的沉积特征。岩心观察中常见的块状砂岩在测井曲线上多表现为箱形、钟形或者二者的叠加组合，反映其为沟道的充填体并可能经过多次沉积覆盖。测井曲线底界面突变，常指示发育冲刷面，形态上以多个钟形或者箱形组成，表明浊积扇可能由多期重力流叠置形成。

图4 商河油田商三区S13-351井沙三上亚段典型测井曲线Fig.4Typical logging curve of upper submember of Es3of S13-351 well in the third area of Shanghe Oilfield

3 沉积相类型及特征

前人研究认为商河油田商三区沙三上亚段属于基山砂体的一部分，为一套三角洲—浊积扇沉积，其前端发育浊积扇［7，15-16］。本次研究通过岩心观察，并综合录井、测井、分析化验及区域地质资料，结合典型的沉积构造等相标志，认为商三区沙三上亚段发育浊积扇沉积。滑塌构造及同生小断层反映了沉积物不稳定的沉积状态，存在于暗色泥岩中的多层砂岩可用ABE和CDE等鲍马序列组合来描述，这些现象都反映了滑塌浊积扇沉积物的浊积特征。

区域沉积背景分析表明，研究区浊积扇的物质来源可能由三角洲前缘滑塌所提供［8］，因此沉积物粒度较细，以粉砂岩为主，夹少量细砂岩及泥质粉砂岩。根据浊积扇的岩石类型、粒度、沉积构造及测井曲线等特征，认为研究区主要发育中扇和外扇，内扇不发育。中扇亚相可分为辫状沟道、沟道间和沟道侧缘微相，外扇亚相主要包括外扇泥微相。

3.1 辫状沟道

辫状沟道微相是中扇亚相的主体，由一系列分支辫状沟道组成。水道的经常性迁移使该微相分布广泛。岩性以粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩为主。砂岩底部常含泥砾，冲刷面比较明显。沉积构造以块状层理、正递变粒序层理、平行层理、重荷模和底模构造为主，也可见同生变形构造。单个砂体垂向上显示正韵律，多期形成的砂岩构成叠合砂岩体，厚度一般为3～10 m，有的可达十几米。自然电位曲线表现为中高幅齿化钟形、指形、箱形和齿化漏斗形及其组合。

3.2 沟道间

沟道间微相由水流溢出辫状沟道后沉积而形成，从而分布于辫状沟道之间。岩性一般为泥质粉砂岩及灰色泥岩夹粉砂岩，构成鲍马序列的ABE段和CDE段。以发育平行层理和同生变形构造为主，砂体厚度一般为0～2 m。自然电位曲线齿化程度较强，为薄层钟形或泥岩基线背景上的中低幅齿形或指形。

3.3 沟道侧缘

沟道侧缘微相是由于水流流出辫状沟道后，所携带的物质在沟道出口及两侧堆积而形成，位于辫状沟道的边缘。该微相顶部常与辫状沟道渐变接触，底部与沟道间暗色泥岩突变接触［17］。由于水流的侵蚀能力减弱，泥砾及底冲刷面较少发育，但泥质条带、泥岩和泥质粉砂岩夹层增多。岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩为主，相当于鲍马序列的CDE段。与辫状沟道微相相比，其厚度较小，发育平行层理、包卷层理、波状层理及火焰状构造等。自然电位曲线较辫状沟道微相幅度小，为中低幅齿形、指形或二者的组合。

3.4 外扇泥

外扇泥微相位于外扇的前缘，水动力条件最弱，向湖方向逐渐变为深湖—半深湖沉积。岩性主要为深灰色、灰色泥岩、粉砂质泥岩及薄层粉砂岩，常见水平层理。自然电位曲线以泥岩基线为主。

以S67井为例（图5），浊积扇在剖面上主要表现为粉砂岩、细砂岩与泥岩的互层，以中扇和外扇的相互叠置为特征，呈现向上变厚、变粗的序列，即自下而上泥岩减少，浊积岩层变厚、变粗，再向上变为厚层的块状砂岩夹薄层泥质沉积。从图5中可以识别出至少3期扇体，这是由于辫状沟道以及扇体的迁移，造成了多个扇体在垂向上的叠加。结合其他井的垂向沉积序列分析表明，扇体之间有时也发育半深湖—深湖泥，为沉积间歇期，浊流事件停止，接受了正常的湖相泥岩沉积。

图5 商河油田商三区S67井沙三上亚段垂向沉积序列Fig.5Vertical sedimentary sequences of upper submember of Es3of S67 well in the third area of Shanghe Oilfield

4 沉积相平面展布及演化

在取心井沉积微相分析的基础上，对研究区60余口井的钻井及测井资料进行了详细研究，并分别进行了单井相分析。以小层为单位确定每口井的优势相，再结合连井剖面沉积相分析及小层砂体厚度等值线图，编制了研究区沙三上亚段26个小层的沉积相平面展布图。从图中可以看出浊积扇从北部或者西北部进入研究区，扇体的展布明显受断层走向控制，辫状沟道呈单一或多分支状，大致呈南北向展布。

不同砂组之间浊积扇扇体的差异主要体现在展布方向上，而同一砂组不同小层浊积扇的发育则具有一定的继承性，但规模及形态有所不同。自下而上依次选取浊积扇发育较好、含油面积较大的6砂组4小层、5砂组2小层、3砂组2小层及2砂组3小层对沉积微相平面展布进行研究，如图6所示。6砂组沉积时期经历了一个浊积扇体规模增大的过程，沉积早期的浊积扇仅分布在研究区北部。6砂组4小层沉积时期，在研究区中部演化出3条明显的辫状沟道，自北向南分别延伸至S745井、S13-31井及S13-13井一带。5砂组沉积时期浊积扇体的规模先增大后减小。5砂组2小层沉积时期，辫状沟道主要分布在研究区的中部，东北方向发育有较小规模的辫状沟道，S93井和S13-39井等砂体厚度较大的区域发育该微相。4砂组沉积时期扇体向研究区推进，规模逐渐增大。3砂组沉积时期经历了扇体规模先增大后减小的过程，扇体面积在3，4小层沉积时期最大，分布范围有自东向西增大的趋势，主要分布在研究区中部及西北部。3砂组2小层沉积时期，辫状沟道主要分布在研究区西北部S67井及S13-69井一带，研究区中部的单一辫状沟道大体向南延伸至S13-39井附近。2砂组沉积早期扇体自西北部进入研究区，分布面积较小，之后浊积扇向前推进，辫状沟道砂体在全区均较发育。2砂组3小层沉积时期，辫状沟道分布范围较广，分布在研究区的西北部及中部，大体向南及东南延伸至S745井及S13-20井一带。1砂组沉积时期，浊积扇规模较2砂组沉积时期小，平面上呈马蹄状或片状分布，难以细分相带。

图6 商河油田商三区沙三上亚段典型小层沉积相平面展布特征Fig.6Planar distribution of typical sublayer sedimentary facies of upper submember of Es3in the third area of Shanghe Oilfield

5 沉积相控制因素分析

研究区的构造发育特征直接受到惠民凹陷大的构造格局的影响。惠民凹陷的构造演化大致可分为断陷初始期、断陷强烈活动期、断陷衰退期和坳陷期4个阶段，而沙三段沉积时期对应于济阳运动强烈活动时期，此时惠民凹陷处于强烈断陷期，伸展裂陷作用剧烈，是古近系及新近系湖盆最大断坳期，发育了较厚的砂岩与泥岩互层沉积［18］。沙三上亚段沉积时期，研究区北部边界发育了较大规模的同生断层，导致研究区南部地形变陡，从而为滑塌浊积扇的发育创造了有利的坡降条件。岩心观察发现的岩脉及小型同生断层表明，该区沉积时期可能受到构造运动的影响。同沉积断层对沉积类型和砂体的发育及分布具有重要的控制作用［19］。同时，断层是促使浊积扇体向前推进的主要因素［20］。当扇体推进到断层附近，断层的落差使沉积物产生了再搬运的动力，沉积物便会以该断层为起点，发育成为新的滑塌浊积扇体。

此外，三角洲的规模和建设性是影响该区滑塌浊积扇体发育范围和规模的重要因素。前人研究认为，商河地区浊积扇是由基山三角洲前缘滑塌而形成［8，21］。沙三上亚段沉积时期，基山三角洲发育规模较大，水动力较强，其发育具有明显的继承性，为浊积扇的发育提供了充足的物源。

如图7所示，沙三上亚段沉积时期，基山三角洲的推进造成沉积物的堆积厚度增大，使前缘坡度不断增加，当沉积界面的倾斜角超过内部休止角时，在地震及波浪等因素的触发下，大量沉积物沿斜坡发生重力滑塌及流动而形成浊流，并在更远的深水区形成滑塌浊积扇沉积。

图7 商河油田商三区沙三上亚段沉积模式①辫状沟道；②沟道间；③沟道侧缘；④外扇泥Fig.7The sedimentary model of upper submember of Es3in the third area of Shanghe Oilfield

6 结论

（1）商河油田商三区沙三上亚段的沉积相类型主要为浊积扇，储层岩石类型以粉—细粒长石岩屑质石英砂岩为主，岩屑质长石粉砂岩次之。浊积砂岩的成分成熟度及结构成熟度均较低。粒度分析结果表明碎屑物质以递变悬浮搬运为主，沉积构造具有典型的重力流成因特征。

（2）商河油田商三区沙三上亚段的沉积微相可分为中扇、外扇2个亚相和辫状沟道、沟道间、沟道侧缘以及外扇泥4个微相。其中，辫状沟道微相沉积厚度较大，粒度较粗，物性较好，为最有利的油气储集相带，也是下一步调整挖潜的重点目标相带。

（3）商河油田商三区沙三上亚段单井剖面上以中扇和外扇的相互叠置为特征，呈现向上变厚、变粗的序列。同一砂组不同小层浊积扇的平面展布具有一定的继承性，但规模及方向有所不同，扇体展布受断层走向控制比较明显。该区浊积扇的形成主要源于三角洲的推进，并且在断层活动等构造因素的触发下，形成了滑塌浊积扇沉积。因此，针对沉积相演化规律和控制因素进行总结与分析，有利于寻找浊积岩的有利发育区。

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图版Ⅰ说明：商河油田商三区沙三上亚段岩心照片。1.灰色粉砂岩底部发育的侵蚀面，下伏地层为灰黑色泥岩，S13-351井，2 500.18 m；2.灰黄色细砂岩，沟模，S13-351井，2566.00m；3.下部为显粒序层理的浅灰色粉砂岩，上部为灰色泥岩，构成鲍马序列的AE段，S13-351井，2518.32m；4.灰白色粉砂岩，火焰状构造，S67井，2 509.70 m；5.灰色粉砂岩夹灰色泥岩，包卷层理，S13-351井，2 540.08 m；6.灰黄色粉砂岩，撕裂状泥砾，显示强烈的滑塌、撕裂和快速沉积作用，S13-351井，2 615.17 m；7.灰白色粉砂岩与黑色泥岩互层，低密度浊流，中部发育小型同生断层，S13-107井，2 438.50 m；8.浅灰黄色粉砂岩，块状层理，S67井，2 506.50 m；9.灰白色粉砂岩，爬升波纹层理，S67井，2 501.27 m

（本文编辑：于惠宇）

Sedimentary characteristics of turbidite fan in upper submember of E s3in the third area of Shanghe Oilfield,Huimin Sag

WANG Ning1，HE Youbin1，WANG Siwen2，ZHANG Zhulin2
（1.School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Linpan Oil Production Plant，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Linpan 251507，Shandong，China）

Based on core observation,log data,thin section analysis and regional geological background,this paper studied the rock types,grain size characteristics and sedimentary structures of turbidite fan of upper submember of the third member of Shahejie Formation in the third area of Shanghe Oilfield.The result shows that the rock types mainly includesiltstone,finesandstoneandargillutite.Erosionsurface,gloovecast,gradingbedding,convolute bedding,flame structure and small-sized contemporaneous fault are mainly developed.The granularity analysis result shows typical features of turbidite deposit.Middle fan which is dominant and outer fan are recognized,which can be further divided into channel,interchannel,channel lateral margin,and outer fan mud.The vertical sedimentary sequence,sedimentary facies distribution and evolution and the controlling factors were analyzed.

turbiditefan；sedimentaryfacies；uppersubmemberofE s3；thethirdareaofShangheOilfield；HuiminSag

TE121.3

A

1673-8926（2014）03-0038-07

2014-02-03；

2014-03-15

湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目“基于GIS的含油气盆地储层评价理论与方法研究”（编号：T200602）资助

王宁（1988-），男，硕士，主要从事沉积学的研究工作。地址：（430100）湖北省武汉市蔡甸区大学路特1号长江大学地球科学学院。E-mail：412583664@qq.com

何幼斌（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事沉积学的教学和研究工作。E-mail：heyb122@163.com。