渤海湾盆地济阳坳陷渤南洼陷古近系辫状河三角洲沉积特征

渤海湾盆地济阳坳陷渤南洼陷古近系辫状河三角洲沉积特征

1沉积体系及沉积相特征渤海南洼凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷的中部。北部是滨东突出的，南部是孤岛突出的，南部与陈家庄突出的相邻突出区域（图1）。研究区除渤南洼陷外,还包括其西侧的四扣洼陷。四扣洼陷西与义和庄凸起毗邻(图1)。渤南洼陷内的渤南油田、罗家油田均以古近系沙河街组为主要产油层,详细研究沙河街组各层段沉积相的展布与演化,对于油气滚动勘探开发具有重要现实意义。渤南洼陷古近系发育良好,总厚度可达6000m以上,共划分3个组,自下而上依次为孔店组、沙河街组和东营组。其进一步细分见表1。渤南洼陷古近系沙河街组的沉积相类型有:扇三角洲相、辫状河三角洲相、曲流河三角洲相、近岸水下扇相、湖泊相及盐湖相。此外局部见少量生物礁相。扇三角洲相多发育于盆地裂陷的早期,是在湖盆与物源区之间高差大、坡度陡的条件下形成的。渤南洼陷沙河街期的扇三角洲相,主要发育于洼陷南部边缘的沙四早期,当时气候比较干旱,盆缘山麓地带易形成冲积扇;同时由于该地段狭窄坡陡,冲积扇易直接入湖而形成扇三角洲体系。辫状河三角洲相是渤南洼陷最重要的沉积相类型,渤南油田的绝大部分油气储存于该相砂体中。这些砂体长期以来被认为属于浊积岩或其它重力流沉积。近期研究表明它们为辫状河三角洲沉积。辫状河三角洲相以沙三段最为发育,次为沙二段,沙四段也有见及。其分布主要位于洼陷的东南部,这与物源主要来自东南方有关。在洼陷西缘与义和庄凸起毗邻处也有规模较小的辫状河三角洲沉积分布。曲流河三角洲沉积在渤南洼陷仅局部见及,这显然与当时地貌条件有关,不利于要求地形平坦的曲流河发育。渤南洼陷北缘与埕东凸起之间有同生断层发育,地形陡峭,成为近岸水下扇发育的有利场所。自沙四期至沙二期,该近岸水下扇均不断接受粗碎屑沉积。湖泊沉积在沙河街期自始至终均很发育。但随着时间的推移,湖盆的范围、深度、水介质盐度、物源供给情况等均在不断发生变化。在沙四期由于气候比较干旱,盐湖沉积比较发育;自沙三期开始之后则均为湖泊碎屑沉积。在沙河街期,湖泊范围经历了若干次扩大→缩小→再扩大→再缩小的过程,而以沙一期湖泊范围最为广阔;湖泊的深度也经历了若干次加深→变浅→再加深→再变浅的过程,其中以沙三期和沙一期的深湖、半深湖最为发育。在以下各节中将依次论述各个时期沉积相的展布与演化情况。为叙述方便,沙四段沉积时期称为“沙四期”,沙三段沉积时期称为“沙三期”,依此类推。2沙第四阶段2.1扇三角洲沉积相沙四早期研究区为盆地断陷期,由于构造活动强烈,造成盆地与物源区之间高差大,加之气候较干旱,大量的陆源碎屑物质从盆地周缘近距离向盆地供给,形成不同的陆源碎屑沉积沿盆地周缘相间分布,并向盆地中心推进的格局(图2A)。该时期发育的沉积相有:扇三角洲相、辫状河三角洲相、近岸水下扇相、湖泊相、盐湖相及生物礁相。扇三角洲相是该时期发育最具特征的一种沉积体系,主要分布于南部边缘地区(图2A),是由陈家庄凸起供给的大量粗碎屑近距离搬运直接进入湖泊形成,以扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相最为发育。扇三角洲平原亚相主要由泥石流沉积的砾岩夹紫红色泥岩组成,扇三角洲前缘亚相主要由灰色砂砾岩组成,而相对较细的前扇三角洲沉积呈较窄的条带环绕扇三角洲前缘分布,与半深湖或浅湖亚相毗邻(图2A)。辫状河三角洲相分布于研究区东侧和西侧(图2A),以东侧为主。其中以三角洲前缘亚相最发育,是辫状河三角洲沉积的主体;三角洲平原亚相仅见于义121井以东,前三角洲亚相以较窄的条带状分布于三角洲前缘周围,与半深湖亚相毗邻(图2A)。近岸水下扇相分布于研究区东北部,是由于受埕东断裂带的控制,坡度陡,碎屑物质直接进入湖底而形成。以内扇和中扇沉积为主,外扇呈狭窄带状围绕中扇周缘展布,与半深湖亚相过渡(图2A)。湖泊相主要分布于洼陷中西部,可进一步划分为滨湖、浅湖、半深湖亚相,而湖泊较深部位则发育盐湖相。其中以半深湖亚相最发育,分布于洼陷中部,主要由深灰色泥岩、膏质泥岩夹薄层碳酸盐岩和膏岩组成。在盆地沉积中心的新义深9井、新渤深1井、义东36井一带及局部深洼地区沉积了一套盐湖相的膏岩。浅湖亚相呈条带状沿研究区的西部分布,东部局部也有分布(图2A),主要为灰岩与泥岩互层沉积。而滨湖亚相仅见于西南部的邵56和罗58井一带。2.2升岩相特征经过沙四早期快速充填以后,至沙四晚期,研究区地势较平坦,气候更加干旱,湖盆范围与沙四早期变化不大。但由于地势平坦,盆地与剥蚀区高差变小,陆源碎屑物质供应明显不足,研究区以化学岩和细粒的砂泥岩占绝对优势,包括湖泊相和盐湖相。扇三角洲消失,而辫状河三角洲沉积仅见于研究区东部小片地区。沙四晚期沉积相由沙四早期多种沉积相而演变成较为单一的湖泊相(含盐湖相),其中碎屑湖泊沉积可进一步划分为滨湖亚相、浅湖亚相及半深湖亚相。该期以发育半深湖亚相和盐湖相为主,广泛分布于盆地中部。盐湖相呈两个孤立状分布于盆地西南部和东部(图2B),西南部盐湖分布面积较大,东部盐湖面积小,但膏质泥岩、膏岩沉积厚度大。盐湖相周围被半深湖亚相所环绕。半深湖亚相主要分布于盆地北部,在南部呈较窄的带状分布。浅湖亚相呈环带状分布于盆地周缘,碳酸盐沉积较发育。由于研究区南部此时呈较缓的斜坡,因此浅湖亚相相带较宽,而北部坡度较大,浅湖亚相带较窄。滨湖亚相呈较窄的带状仅分布于盆地南部与陈家庄凸起接壤处。另外,在盆地的南部和西部局部分布有小型生物礁(图2B)。3沉积相与沉积格局沙三段是渤南洼陷的主要含油层段,为详细研究其沉积相展布与演化,我们把沙三段细分为10个亚段。其中1—4亚段相当于沙三上,5—9亚段相当于沙三中,10亚段相当于沙三下。下面以“亚期”为单位论述沉积相的展布与演化。沙三早期,即沙三段十亚段沉积时期,研究区气候由沙四期干旱型转变为潮湿型,植被和淡水生物繁盛,同时发生了大规模湖侵,湖泊面积明显扩大,半深湖、深湖面积相当广阔,且渤南洼陷、四扣洼陷、罗家地区形成一个统一的大湖盆,其东北角与孤北—五号桩洼陷、西北角与车镇凹陷直接相通;东南角与孤南凹陷、西南角与邵家地区湖泊紧密相连,较沙四晚期湖盆扩大了许多,是整个沙三期湖侵范围最广、深湖面积最大的沉积时期。其总的沉积格局表现为四个隆起区半环抱下的淡水湖泊沉积(图3A)。四个隆起区分别是北部埕东凸起、东南部的孤岛凸起、西南部的陈家庄凸起及西部的义和庄凸起。上述隆起区为研究区沉积提供了丰富的物质基础。这一时期,本区以大面积半深湖亚相沉积为主,为深灰色泥岩、灰质泥岩、褐灰色油泥岩、灰质油泥岩沉积。深湖亚相次之,分布于渤南洼陷北部、四扣洼陷东部及罗家地区北部,且三处连为一体,为褐灰、深灰色油页岩夹泥岩、油泥岩的沉积,是本亚期沉积中心(图3A)。浅湖亚相分布于近源区,相带一般较窄。在工区北部陡坡带,发育近岸水下扇,接受了大套碎屑流砾岩夹含砾砂岩的沉积。此外,在东部、西南部及西部,发育小规模的辫状河三角洲沉积(图3A)。沙三期九亚期,沉积中心与前亚期位置大致相似,湖盆沉积范围也与前亚期基本一致,但沉积格局发生了一定变化,即半深湖与深湖沉积区有所缩小;北部近岸水下扇范围也明显缩小;东部与南部浅湖沉积区有所扩大;最为显著的区别为源自研究区东南部的孤岛凸起的辫状河流变得异常活跃,向研究区东南部倾注了大量粗碎屑物质,形成具相当规模的辫状河三角洲沉积(图3B)。另外,研究区西部紧靠义和庄凸起东缘,也形成小规模辫状河三角洲(图3B)。沙三期八亚期沉积中心位置与前亚期大致相当,沉积格局基本继承了前期的面貌,东南部辫状河三角洲沉积仍相当发育,且三角洲前缘面积明显扩大,研究区西缘仍接受小规模辫状河三角洲沉积。湖泊相中,浅湖、半深湖区分布格局与前亚期基本相同,深湖区则连片性差,演变为6个孤立的小区块(图4A)。沙三期七亚期,沉积格局发生了一定变化,表现为西南部剥蚀线明显向北偏移;孤岛凸起前缘的剥蚀线也向西有所推进。显然,沙三期七亚期的沉积物残存区较前期有所缩小。东南部辫状河三角洲格局发生了变化,三角洲前缘在近岸地区没有连片分布,南北两条入湖河道之间被浅湖沉积区所分开,而向湖延伸至远岸地带后,由于三角洲朵体的强烈摆动,使得南、北两个三角洲前缘合二为一并连为一体,成为一个统一的三角洲前缘(图4B)。西部的辫状河三角洲范围已缩小。湖泊相也发生了明显变化,半深湖区有所缩小,浅湖区相应扩大,且非仅限于盆地边缘,可分布于盆地中心地区,与前辫状河三角洲沉积相邻,其沉积物以灰色泥岩、粉砂质泥岩为主,常夹有分选好的灰质粉砂岩与灰质细砂岩。深湖沉积区减少为4个孤立区块(图4C)。沙三期六亚期沉积格局基本继承了七亚期面貌,东南部仍具有两个三角洲前缘合并为一个三角洲前缘的特征,南部在陈家庄凸起东北缘发育了小范围辫状河三角洲沉积,研究区西缘三角洲则进一步缩小。孤岛凸起前缘的剥蚀线向湖区有所推进(图4C)。沙三期五亚期沉积格局有所变化,湖水相对变浅,表现为深湖区范围有所缩小,西部和南部辫状河三角洲消失,为浅湖所代替;东部发育新的辫状河三角洲沉积,东南部辫状河三角洲向湖心突出三个朵体(图4D)。西南部剥蚀线进一步向北推移,孤岛凸起前缘剥蚀线又向西有所推移。沙三期四亚期湖水进一步变浅,表现为湖泊相中,浅湖区明显扩大。东南部辫状河三角洲形态发生了一定变化,整体说来,三角洲前缘向湖心推进更远,且向北西西方向偏移。此外,在南部的罗10井区,首次发育了小规模辫状河三角洲沉积(图5A)。沙三期三亚期沉积格局与前亚期相比,深湖沉积区缩小,半深湖沉积区相应有所增加,浅湖沉积区则基本保持不变。辫状河三角洲相中,南部罗10井区辫状河三角洲消失;东南部辫状河三角洲规模缩小,先期的合二为一的三角洲前缘格局也演化为单一的三角洲前缘(图5B)。此外,孤岛凸起前缘剥蚀线向湖心有所推移。进入沙三期二亚期,辫状河三角洲体系变化明显,由三个三角洲前缘合并为一个连片的三角洲前缘,并向湖心伸出两个明显的长带状朵体,三角洲前缘呈东西向延伸,其面积明显扩大。最远端(西端)的前三角洲与浅湖相邻,北部的部分前三角洲与半深湖相接。湖泊相中浅湖沉积范围明显缩小。东南边缘剥蚀线又向湖心方向迁移(图5C)。沙三期一亚期,研究区的一个显著特点是掀斜运动较为强烈,表现为研究区东南部明显抬升,大片原浅湖沉积区上升为剥蚀区;而北部深湖、半深湖沉积区明显扩大。辫状河三角洲相中,一方面表现为原东南部的辫状河三角洲前缘缩小,并分为2个孤立的小型三角洲前缘;另一方面延伸方向又重新偏向北西。西部义东181—义东22井区首次接受了正常三角洲前缘的沉积,为细砂岩、粉砂岩夹灰色泥岩的沉积。东南部剥蚀线大幅度向北西方向偏移,此期是沙三期剥蚀面积最大的时期(图5D)。4沉积相及亚相沙三期末,研究区南部大片地区迅速抬升成为剥蚀区(图5D)。经过一段时间的剥蚀,地势有所变缓,沙二期在此基础上沉积范围有所扩大,南部中段大片地区又重新接受沉积。同时由于填平补齐作用,湖水变浅,沙二期以浅湖为主,仅有一些零星分布的半深湖,深湖消失(图6A)。沙二期渤南洼陷依然呈北陡南缓的“箕状”洼陷,沉降中心位于洼陷北部埕东断裂带附近,为近岸水下扇沉积(图6A),沉积中心则位于洼陷中部的罗152井、义73井一带(图6A),沉积中心与沉降中心不一致。沉积物北厚南薄。沙二期的物源来自于渤南洼陷的周边高地,其中,长期而主要的物源为洼陷东南的孤岛凸起,其次是西边的义和庄凸起,北边的埕东凸起提供短暂而突发的、以重力流沉积为主的沉积物,南边的陈家庄凸起提供少量物源(图6A)。沙二期,渤南洼陷出现的沉积相有:湖泊相、辫状河三角洲相及近岸水下扇相,其中以湖泊相及辫状河三角洲相为主(图6A)。湖泊相广泛分布在渤南洼陷的中部地区,由浅湖亚相及半深湖亚相构成,其中,浅湖亚相是湖泊相的主体,由浅湖泥夹浅湖砂坝组成;半深湖亚相零星分布(图6A)。辫状河三角洲相在研究区非常发育,分布面积约占渤南洼陷的2/5,东边主要分布在义115井—义155井—义37-13井—义78-1井—义61井—垦27井—垦51井一线以东靠近孤岛凸起的广大地区;西边分布在义深3井—义深6井—义东24井—义古32井一线以西靠近义和庄凸起的区域;研究区辫状河三角洲体系出现的亚相类型有辫状河三角洲前缘亚相及前三角洲亚相,其中辫状河三角洲前缘亚相是主体(图6A),辫状河三角洲前缘以水下分流河道沉积的含砾砂岩及砂岩为主,砂体厚度大。近岸水下扇相仅分布在洼陷北边靠近埕东断裂附近,可分出内扇亚相、中扇亚相及外扇亚相;沉积物以碎屑流沉积的砾岩为主。总体看,研究区沙二期沉积环境同沙三晚期沉积环境有某些相似之处,仍然具有北陡南缓的箕状洼陷特征,周缘物源区基本一致,只是沙二期的物源区范围已较沙三晚期明显退缩;沙二期湖泊水体较沙三期浅,未见深湖沉积。5渤南洼陷阶段由于沙二末期,研究区基底抬升,局部发生风化剥蚀,趋于夷平,渤南洼陷周缘地形高差变缓,然后在此基础上发生了大规模的湖侵,因而沙一期的古地理格局同沙二期相比已有明显不同,渤南洼陷沙二期北陡南缓的“箕状”洼陷格局虽仍存在,但已没有沙二期显著,沉降中心同沉积中心基本一致,位于洼陷中部。沙一期的物源仍然来自于渤南洼陷的周边高地,但高地已明显地萎缩后退,北边埕东凸起位于埕古12井—埕99井一线以北,义和庄凸起及孤岛凸起后退到远离研究区,南边的陈家庄凸起亦后退到罗古6井以南(图6B)。沙一期,渤南洼陷出现的沉积只有湖泊一种,由浅湖亚相、半深湖亚相及深湖亚相组成。浅湖亚相分布在研究区东南部大片地区,由灰色、绿灰色泥岩夹细砂岩及粉砂岩组