渤海灣盆地濟陽坳陷渤南洼陷古近系辮狀河三角洲沉積特征

1沉積體系及沉積相特征渤海南洼凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷的中部。北部是濱東突出的，南部是孤島突出的，南部與陳家莊突出的相鄰突出區域（圖1）。研究區除渤南洼陷外,還包括其西側的四扣洼陷。四扣洼陷西與義和莊凸起毗鄰(圖1)。渤南洼陷內的渤南油田、羅家油田均以古近系沙河街組為主要產油層,詳細研究沙河街組各層段沉積相的展布與演化,對于油氣滾動勘探開發具有重要現實意義。渤南洼陷古近系發育良好,總厚度可達6000m以上,共劃分3個組,自下而上依次為孔店組、沙河街組和東營組。其進一步細分見表1。渤南洼陷古近系沙河街組的沉積相類型有:扇三角洲相、辮狀河三角洲相、曲流河三角洲相、近岸水下扇相、湖泊相及鹽湖相。此外局部見少量生物礁相。扇三角洲相多發育于盆地裂陷的早期,是在湖盆與物源區之間高差大、坡度陡的條件下形成的。渤南洼陷沙河街期的扇三角洲相,主要發育于洼陷南部邊緣的沙四早期,當時氣候比較干旱,盆緣山麓地帶易形成沖積扇;同時由于該地段狹窄坡陡,沖積扇易直接入湖而形成扇三角洲體系。辮狀河三角洲相是渤南洼陷最重要的沉積相類型,渤南油田的絕大部分油氣儲存于該相砂體中。這些砂體長期以來被認為屬于濁積巖或其它重力流沉積。近期研究表明它們為辮狀河三角洲沉積。辮狀河三角洲相以沙三段最為發育,次為沙二段,沙四段也有見及。其分布主要位于洼陷的東南部,這與物源主要來自東南方有關。在洼陷西緣與義和莊凸起毗鄰處也有規模較小的辮狀河三角洲沉積分布。曲流河三角洲沉積在渤南洼陷僅局部見及,這顯然與當時地貌條件有關,不利于要求地形平坦的曲流河發育。渤南洼陷北緣與埕東凸起之間有同生斷層發育,地形陡峭,成為近岸水下扇發育的有利場所。自沙四期至沙二期,該近岸水下扇均不斷接受粗碎屑沉積。湖泊沉積在沙河街期自始至終均很發育。但隨著時間的推移,湖盆的范圍、深度、水介質鹽度、物源供給情況等均在不斷發生變化。在沙四期由于氣候比較干旱,鹽湖沉積比較發育;自沙三期開始之后則均為湖泊碎屑沉積。在沙河街期,湖泊范圍經歷了若干次擴大→縮小→再擴大→再縮小的過程,而以沙一期湖泊范圍最為廣闊;湖泊的深度也經歷了若干次加深→變淺→再加深→再變淺的過程,其中以沙三期和沙一期的深湖、半深湖最為發育。在以下各節中將依次論述各個時期沉積相的展布與演化情況。為敘述方便,沙四段沉積時期稱為“沙四期”,沙三段沉積時期稱為“沙三期”,依此類推。2沙第四階段2.1扇三角洲沉積相沙四早期研究區為盆地斷陷期,由于構造活動強烈,造成盆地與物源區之間高差大,加之氣候較干旱,大量的陸源碎屑物質從盆地周緣近距離向盆地供給,形成不同的陸源碎屑沉積沿盆地周緣相間分布,并向盆地中心推進的格局(圖2A)。該時期發育的沉積相有:扇三角洲相、辮狀河三角洲相、近岸水下扇相、湖泊相、鹽湖相及生物礁相。扇三角洲相是該時期發育最具特征的一種沉積體系,主要分布于南部邊緣地區(圖2A),是由陳家莊凸起供給的大量粗碎屑近距離搬運直接進入湖泊形成,以扇三角洲平原亞相、扇三角洲前緣亞相最為發育。扇三角洲平原亞相主要由泥石流沉積的礫巖夾紫紅色泥巖組成,扇三角洲前緣亞相主要由灰色砂礫巖組成,而相對較細的前扇三角洲沉積呈較窄的條帶環繞扇三角洲前緣分布,與半深湖或淺湖亞相毗鄰(圖2A)。辮狀河三角洲相分布于研究區東側和西側(圖2A),以東側為主。其中以三角洲前緣亞相最發育,是辮狀河三角洲沉積的主體;三角洲平原亞相僅見于義121井以東,前三角洲亞相以較窄的條帶狀分布于三角洲前緣周圍,與半深湖亞相毗鄰(圖2A)。近岸水下扇相分布于研究區東北部,是由于受埕東斷裂帶的控制,坡度陡,碎屑物質直接進入湖底而形成。以內扇和中扇沉積為主,外扇呈狹窄帶狀圍繞中扇周緣展布,與半深湖亞相過渡(圖2A)。湖泊相主要分布于洼陷中西部,可進一步劃分為濱湖、淺湖、半深湖亞相,而湖泊較深部位則發育鹽湖相。其中以半深湖亞相最發育,分布于洼陷中部,主要由深灰色泥巖、膏質泥巖夾薄層碳酸鹽巖和膏巖組成。在盆地沉積中心的新義深9井、新渤深1井、義東36井一帶及局部深洼地區沉積了一套鹽湖相的膏巖。淺湖亞相呈條帶狀沿研究區的西部分布,東部局部也有分布(圖2A),主要為灰巖與泥巖互層沉積。而濱湖亞相僅見于西南部的邵56和羅58井一帶。2.2升巖相特征經過沙四早期快速充填以后,至沙四晚期,研究區地勢較平坦,氣候更加干旱,湖盆范圍與沙四早期變化不大。但由于地勢平坦,盆地與剝蝕區高差變小,陸源碎屑物質供應明顯不足,研究區以化學巖和細粒的砂泥巖占絕對優勢,包括湖泊相和鹽湖相。扇三角洲消失,而辮狀河三角洲沉積僅見于研究區東部小片地區。沙四晚期沉積相由沙四早期多種沉積相而演變成較為單一的湖泊相(含鹽湖相),其中碎屑湖泊沉積可進一步劃分為濱湖亞相、淺湖亞相及半深湖亞相。該期以發育半深湖亞相和鹽湖相為主,廣泛分布于盆地中部。鹽湖相呈兩個孤立狀分布于盆地西南部和東部(圖2B),西南部鹽湖分布面積較大,東部鹽湖面積小,但膏質泥巖、膏巖沉積厚度大。鹽湖相周圍被半深湖亞相所環繞。半深湖亞相主要分布于盆地北部,在南部呈較窄的帶狀分布。淺湖亞相呈環帶狀分布于盆地周緣,碳酸鹽沉積較發育。由于研究區南部此時呈較緩的斜坡,因此淺湖亞相相帶較寬,而北部坡度較大,淺湖亞相帶較窄。濱湖亞相呈較窄的帶狀僅分布于盆地南部與陳家莊凸起接壤處。另外,在盆地的南部和西部局部分布有小型生物礁(圖2B)。3沉積相與沉積格局沙三段是渤南洼陷的主要含油層段,為詳細研究其沉積相展布與演化,我們把沙三段細分為10個亞段。其中1—4亞段相當于沙三上,5—9亞段相當于沙三中,10亞段相當于沙三下。下面以“亞期”為單位論述沉積相的展布與演化。沙三早期,即沙三段十亞段沉積時期,研究區氣候由沙四期干旱型轉變為潮濕型,植被和淡水生物繁盛,同時發生了大規模湖侵,湖泊面積明顯擴大,半深湖、深湖面積相當廣闊,且渤南洼陷、四扣洼陷、羅家地區形成一個統一的大湖盆,其東北角與孤北—五號樁洼陷、西北角與車鎮凹陷直接相通;東南角與孤南凹陷、西南角與邵家地區湖泊緊密相連,較沙四晚期湖盆擴大了許多,是整個沙三期湖侵范圍最廣、深湖面積最大的沉積時期。其總的沉積格局表現為四個隆起區半環抱下的淡水湖泊沉積(圖3A)。四個隆起區分別是北部埕東凸起、東南部的孤島凸起、西南部的陳家莊凸起及西部的義和莊凸起。上述隆起區為研究區沉積提供了豐富的物質基礎。這一時期,本區以大面積半深湖亞相沉積為主,為深灰色泥巖、灰質泥巖、褐灰色油泥巖、灰質油泥巖沉積。深湖亞相次之,分布于渤南洼陷北部、四扣洼陷東部及羅家地區北部,且三處連為一體,為褐灰、深灰色油頁巖夾泥巖、油泥巖的沉積,是本亞期沉積中心(圖3A)。淺湖亞相分布于近源區,相帶一般較窄。在工區北部陡坡帶,發育近岸水下扇,接受了大套碎屑流礫巖夾含礫砂巖的沉積。此外,在東部、西南部及西部,發育小規模的辮狀河三角洲沉積(圖3A)。沙三期九亞期,沉積中心與前亞期位置大致相似,湖盆沉積范圍也與前亞期基本一致,但沉積格局發生了一定變化,即半深湖與深湖沉積區有所縮小;北部近岸水下扇范圍也明顯縮小;東部與南部淺湖沉積區有所擴大;最為顯著的區別為源自研究區東南部的孤島凸起的辮狀河流變得異?；钴S,向研究區東南部傾注了大量粗碎屑物質,形成具相當規模的辮狀河三角洲沉積(圖3B)。另外,研究區西部緊靠義和莊凸起東緣,也形成小規模辮狀河三角洲(圖3B)。沙三期八亞期沉積中心位置與前亞期大致相當,沉積格局基本繼承了前期的面貌,東南部辮狀河三角洲沉積仍相當發育,且三角洲前緣面積明顯擴大,研究區西緣仍接受小規模辮狀河三角洲沉積。湖泊相中,淺湖、半深湖區分布格局與前亞期基本相同,深湖區則連片性差,演變為6個孤立的小區塊(圖4A)。沙三期七亞期,沉積格局發生了一定變化,表現為西南部剝蝕線明顯向北偏移;孤島凸起前緣的剝蝕線也向西有所推進。顯然,沙三期七亞期的沉積物殘存區較前期有所縮小。東南部辮狀河三角洲格局發生了變化,三角洲前緣在近岸地區沒有連片分布,南北兩條入湖河道之間被淺湖沉積區所分開,而向湖延伸至遠岸地帶后,由于三角洲朵體的強烈擺動,使得南、北兩個三角洲前緣合二為一并連為一體,成為一個統一的三角洲前緣(圖4B)。西部的辮狀河三角洲范圍已縮小。湖泊相也發生了明顯變化,半深湖區有所縮小,淺湖區相應擴大,且非僅限于盆地邊緣,可分布于盆地中心地區,與前辮狀河三角洲沉積相鄰,其沉積物以灰色泥巖、粉砂質泥巖為主,常夾有分選好的灰質粉砂巖與灰質細砂巖。深湖沉積區減少為4個孤立區塊(圖4C)。沙三期六亞期沉積格局基本繼承了七亞期面貌,東南部仍具有兩個三角洲前緣合并為一個三角洲前緣的特征,南部在陳家莊凸起東北緣發育了小范圍辮狀河三角洲沉積,研究區西緣三角洲則進一步縮小。孤島凸起前緣的剝蝕線向湖區有所推進(圖4C)。沙三期五亞期沉積格局有所變化,湖水相對變淺,表現為深湖區范圍有所縮小,西部和南部辮狀河三角洲消失,為淺湖所代替;東部發育新的辮狀河三角洲沉積,東南部辮狀河三角洲向湖心突出三個朵體(圖4D)。西南部剝蝕線進一步向北推移,孤島凸起前緣剝蝕線又向西有所推移。沙三期四亞期湖水進一步變淺,表現為湖泊相中,淺湖區明顯擴大。東南部辮狀河三角洲形態發生了一定變化,整體說來,三角洲前緣向湖心推進更遠,且向北西西方向偏移。此外,在南部的羅10井區,首次發育了小規模辮狀河三角洲沉積(圖5A)。沙三期三亞期沉積格局與前亞期相比,深湖沉積區縮小,半深湖沉積區相應有所增加,淺湖沉積區則基本保持不變。辮狀河三角洲相中,南部羅10井區辮狀河三角洲消失;東南部辮狀河三角洲規模縮小,先期的合二為一的三角洲前緣格局也演化為單一的三角洲前緣(圖5B)。此外,孤島凸起前緣剝蝕線向湖心有所推移。進入沙三期二亞期,辮狀河三角洲體系變化明顯,由三個三角洲前緣合并為一個連片的三角洲前緣,并向湖心伸出兩個明顯的長帶狀朵體,三角洲前緣呈東西向延伸,其面積明顯擴大。最遠端(西端)的前三角洲與淺湖相鄰,北部的部分前三角洲與半深湖相接。湖泊相中淺湖沉積范圍明顯縮小。東南邊緣剝蝕線又向湖心方向遷移(圖5C)。沙三期一亞期,研究區的一個顯著特點是掀斜運動較為強烈,表現為研究區東南部明顯抬升,大片原淺湖沉積區上升為剝蝕區;而北部深湖、半深湖沉積區明顯擴大。辮狀河三角洲相中,一方面表現為原東南部的辮狀河三角洲前緣縮小,并分為2個孤立的小型三角洲前緣;另一方面延伸方向又重新偏向北西。西部義東181—義東22井區首次接受了正常三角洲前緣的沉積,為細砂巖、粉砂巖夾灰色泥巖的沉積。東南部剝蝕線大幅度向北西方向偏移,此期是沙三期剝蝕面積最大的時期(圖5D)。4沉積相及亞相沙三期末,研究區南部大片地區迅速抬升成為剝蝕區(圖5D)。經過一段時間的剝蝕,地勢有所變緩,沙二期在此基礎上沉積范圍有所擴大,南部中段大片地區又重新接受沉積。同時由于填平補齊作用,湖水變淺,沙二期以淺湖為主,僅有一些零星分布的半深湖,深湖消失(圖6A)。沙二期渤南洼陷依然呈北陡南緩的“箕狀”洼陷,沉降中心位于洼陷北部埕東斷裂帶附近,為近岸水下扇沉積(圖6A),沉積中心則位于洼陷中部的羅152井、義73井一帶(圖6A),沉積中心與沉降中心不一致。沉積物北厚南薄。沙二期的物源來自于渤南洼陷的周邊高地,其中,長期而主要的物源為洼陷東南的孤島凸起,其次是西邊的義和莊凸起,北邊的埕東凸起提供短暫而突發的、以重力流沉積為主的沉積物,南邊的陳家莊凸起提供少量物源(圖6A)。沙二期,渤南洼陷出現的沉積相有:湖泊相、辮狀河三角洲相及近岸水下扇相,其中以湖泊相及辮狀河三角洲相為主(圖6A)。湖泊相廣泛分布在渤南洼陷的中部地區,由淺湖亞相及半深湖亞相構成,其中,淺湖亞相是湖泊相的主體,由淺湖泥夾淺湖砂壩組成;半深湖亞相零星分布(圖6A)。辮狀河三角洲相在研究區非常發育,分布面積約占渤南洼陷的2/5,東邊主要分布在義115井—義155井—義37-13井—義78-1井—義61井—墾27井—墾51井一線以東靠近孤島凸起的廣大地區;西邊分布在義深3井—義深6井—義東24井—義古32井一線以西靠近義和莊凸起的區域;研究區辮狀河三角洲體系出現的亞相類型有辮狀河三角洲前緣亞相及前三角洲亞相,其中辮狀河三角洲前緣亞相是主體(圖6A),辮狀河三角洲前緣以水下分流河道沉積的含礫砂巖及砂巖為主,砂體厚度大。近岸水下扇相僅分布在洼陷北邊靠近埕東斷裂附近,可分出內扇亞相、中扇亞相及外扇亞相;沉積物以碎屑流沉積的礫巖為主?？傮w看,研究區沙二期沉積環境同沙三晚期沉積環境有某些相似之處,仍然具有北陡南緩的箕狀洼陷特征,周緣物源區基本一致,只是沙二期的物源區范圍已較沙三晚期明顯退縮;沙二期湖泊水體較沙三期淺,未見深湖沉積。5渤南洼陷階段由于沙二末期,研究區基底抬升,局部發生風化剝蝕,趨于夷平,渤南洼陷周緣地形高差變緩,然后在此基礎上發生了大規模的湖侵,因而沙一期的古地理格局同沙二期相比已有明顯不同,渤南洼陷沙二期北陡南緩的“箕狀”洼陷格局雖仍存在,但已沒有沙二期顯著,沉降中心同沉積中心基本一致,位于洼陷中部。沙一期的物源仍然來自于渤南洼陷的周邊高地,但高地已明顯地萎縮后退,北邊埕東凸起位于埕古12井—埕99井一線以北,義和莊凸起及孤島凸起后退到遠離研究區,南邊的陳家莊凸起亦后退到羅古6井以南(圖6B)。沙一期,渤南洼陷出現的沉積只有湖泊一種,由淺湖亞相、半深湖亞相及深湖亞相組成。淺湖亞相分布在研究區東南部大片地區,由灰色、綠灰色泥巖夾細砂巖及粉砂巖組