渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷渤南洼陷古近系辮狀河三角洲沉積特征

渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)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(jì)陽(yáng)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?fù)怀鰠^(qū)域（圖1）。研究區(qū)除渤南洼陷外,還包括其西側(cè)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(nèi)的渤南油田、羅家油田均以古近系沙河街組為主要產(chǎn)油層,詳細(xì)研究沙河街組各層段沉積相的展布與演化,對(duì)于油氣滾動(dòng)勘探開發(fā)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。渤南洼陷古近系發(fā)育良好,總厚度可達(dá)6000m以上,共劃分3個(gè)組,自下而上依次為孔店組、沙河街組和東營(yíng)組。其進(jìn)一步細(xì)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(fā)育于盆地裂陷的早期,是在湖盆與物源區(qū)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(fā)育于洼陷南部邊緣的沙四早期,當(dāng)時(shí)氣候比較干旱,盆緣山麓地帶易形成沖積扇;同時(shí)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(chǔ)存于該相砂體中。這些砂體長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為屬于濁積巖或其它重力流沉積。近期研究表明它們?yōu)檗p狀河三角洲沉積。辮狀河三角洲相以沙三段最為發(fā)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(lái)自東南方有關(guān)。在洼陷西緣與義和莊凸起毗鄰處也有規(guī)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(dāng)時(shí)地貌條件有關(guān),不利于要求地形平坦的曲流河發(fā)育。渤南洼陷北緣與埕東凸起之間有同生斷層發(fā)育,地形陡峭,成為近岸水下扇發(fā)育的有利場(chǎng)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(fā)育。但隨著時(shí)間的推移,湖盆的范圍、深度、水介質(zhì)鹽度、物源供給情況等均在不斷發(fā)生變化。在沙四期由于氣候比較干旱,鹽湖沉積比較發(fā)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(jīng)歷了若干次擴(kuò)大→縮小→再擴(kuò)大→再縮小的過(guò)程,而以沙一期湖泊范圍最為廣闊;湖泊的深度也經(jīng)歷了若干次加深→變淺→再加深→再變淺的過(guò)程,其中以沙三期和沙一期的深湖、半深湖最為發(fā)育。在以下各節(jié)中將依次論述各個(gè)時(shí)期沉積相的展布與演化情況。為敘述方便,沙四段沉積時(shí)期稱為“沙四期”,沙三段沉積時(shí)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(qū)為盆地?cái)嘞萜?由于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,造成盆地與物源區(qū)之間高差大,加之氣候較干旱,大量的陸源碎屑物質(zhì)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(jìn)的格局(圖2A)。該時(shí)期發(fā)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(shí)期發(fā)育最具特征的一種沉積體系,主要分布于南部邊緣地區(qū)(圖2A),是由陳家莊凸起供給的大量粗碎屑近距離搬運(yùn)直接進(jìn)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(fā)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(duì)較細(xì)的前扇三角洲沉積呈較窄的條帶環(huán)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(qū)東側(cè)和西側(cè)(圖2A),以東側(cè)為主。其中以三角洲前緣亞相最發(fā)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(qū)東北部,是由于受埕東斷裂帶的控制,坡度陡,碎屑物質(zhì)直接進(jìn)入湖底而形成。以內(nèi)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(guò)渡(圖2A)。湖泊相主要分布于洼陷中西部,可進(jìn)一步劃分為濱湖、淺湖、半深湖亞相,而湖泊較深部位則發(fā)育鹽湖相。其中以半深湖亞相最發(fā)育,分布于洼陷中部,主要由深灰色泥巖、膏質(zhì)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(qū)沉積了一套鹽湖相的膏巖。淺湖亞相呈條帶狀沿研究區(qū)的西部分布,東部局部也有分布(圖2A),主要為灰?guī)r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(jīng)過(guò)沙四早期快速充填以后,至沙四晚期,研究區(qū)地勢(shì)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(shì)平坦,盆地與剝蝕區(qū)高差變小,陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)明顯不足,研究區(qū)以化學(xué)巖和細(xì)粒的砂泥巖占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),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(qū)東部小片地區(qū)。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(jìn)一步劃分為濱湖亞相、淺湖亞相及半深湖亞相。該期以發(fā)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(gè)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(zhì)泥巖、膏巖沉積厚度大。鹽湖相周圍被半深湖亞相所環(huán)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(huán)帶狀分布于盆地周緣,碳酸鹽沉積較發(fā)育。由于研究區(qū)南部此時(shí)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(xì)研究其沉積相展布與演化,我們把沙三段細(xì)分為10個(gè)亞段。其中1—4亞段相當(dāng)于沙三上,5—9亞段相當(dāng)于沙三中,10亞段相當(dāng)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(shí)期,研究區(qū)氣候由沙四期干旱型轉(zhuǎn)變?yōu)槌睗裥?植被和淡水生物繁盛,同時(shí)發(fā)生了大規(guī)模湖侵,湖泊面積明顯擴(kuò)大,半深湖、深湖面積相當(dāng)廣闊,且渤南洼陷、四扣洼陷、羅家地區(qū)形成一個(gè)統(tǒng)一的大湖盆,其東北角與孤北—五號(hào)樁洼陷、西北角與車鎮(zhèn)凹陷直接相通;東南角與孤南凹陷、西南角與邵家地區(qū)湖泊緊密相連,較沙四晚期湖盆擴(kuò)大了許多,是整個(gè)沙三期湖侵范圍最廣、深湖面積最大的沉積時(shí)期。其總的沉積格局表現(xiàn)為四個(gè)隆起區(qū)半環(huán)抱下的淡水湖泊沉積(圖3A)。四個(gè)隆起區(qū)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(qū)為研究區(qū)沉積提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。這一時(shí)期,本區(qū)以大面積半深湖亞相沉積為主,為深灰色泥巖、灰質(zhì)泥巖、褐灰色油泥巖、灰質(zhì)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(qū)北部,且三處連為一體,為褐灰、深灰色油頁(yè)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(qū),相帶一般較窄。在工區(qū)北部陡坡帶,發(fā)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(fā)育小規(guī)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(fā)生了一定變化,即半深湖與深湖沉積區(qū)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(qū)有所擴(kuò)大;最為顯著的區(qū)別為源自研究區(qū)東南部的孤島凸起的辮狀河流變得異常活躍,向研究區(qū)東南部?jī)A注了大量粗碎屑物質(zhì),形成具相當(dāng)規(guī)模的辮狀河三角洲沉積(圖3B)。另外,研究區(qū)西部緊靠義和莊凸起東緣,也形成小規(guī)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(dāng),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(dāng)發(fā)育,且三角洲前緣面積明顯擴(kuò)大,研究區(qū)西緣仍接受小規(guī)模辮狀河三角洲沉積。湖泊相中,淺湖、半深湖區(qū)分布格局與前亞期基本相同,深湖區(qū)則連片性差,演變?yōu)?個(gè)孤立的小區(qū)塊(圖4A)。沙三期七亞期,沉積格局發(fā)生了一定變化,表現(xiàn)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(jìn)。顯然,沙三期七亞期的沉積物殘存區(qū)較前期有所縮小。東南部辮狀河三角洲格局發(fā)生了變化,三角洲前緣在近岸地區(qū)沒(méi)有連片分布,南北兩條入湖河道之間被淺湖沉積區(qū)所分開,而向湖延伸至遠(yuǎn)岸地帶后,由于三角洲朵體的強(qiáng)烈擺動(dòng),使得南、北兩個(gè)三角洲前緣合二為一并連為一體,成為一個(gè)統(tǒng)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(fā)生了明顯變化,半深湖區(qū)有所縮小,淺湖區(qū)相應(yīng)擴(kuò)大,且非僅限于盆地邊緣,可分布于盆地中心地區(qū),與前辮狀河三角洲沉積相鄰,其沉積物以灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主,常夾有分選好的灰質(zhì)粉砂巖與灰質(zhì)細(xì)砂巖。深湖沉積區(qū)減少為4個(gè)孤立區(qū)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(gè)三角洲前緣合并為一個(gè)三角洲前緣的特征,南部在陳家莊凸起東北緣發(fā)育了小范圍辮狀河三角洲沉積,研究區(qū)西緣三角洲則進(jìn)一步縮小。孤島凸起前緣的剝蝕線向湖區(qū)有所推進(jìn)(圖4C)。沙三期五亞期沉積格局有所變化,湖水相對(duì)變淺,表現(xiàn)為深湖區(qū)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(fā)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(gè)朵體(圖4D)。西南部剝蝕線進(jìn)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(jìn)一步變淺,表現(xiàn)為湖泊相中,淺湖區(qū)明顯擴(kuò)大。東南部辮狀河三角洲形態(tài)發(fā)生了一定變化,整體說(shuō)來(lái),三角洲前緣向湖心推進(jìn)更遠(yuǎn),且向北西西方向偏移。此外,在南部的羅10井區(qū),首次發(fā)育了小規(guī)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(qū)縮小,半深湖沉積區(qū)相應(yīng)有所增加,淺湖沉積區(qū)則基本保持不變。辮狀河三角洲相中,南部羅10井區(qū)辮狀河三角洲消失;東南部辮狀河三角洲規(guī)?？s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(jìn)入沙三期二亞期,辮狀河三角洲體系變化明顯,由三個(gè)三角洲前緣合并為一個(gè)連片的三角洲前緣,并向湖心伸出兩個(gè)明顯的長(zhǎng)帶狀朵體,三角洲前緣呈東西向延伸,其面積明顯擴(kuò)大。最遠(yuǎn)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(qū)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是掀斜運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈,表現(xiàn)為研究區(qū)東南部明顯抬升,大片原淺湖沉積區(qū)上升為剝蝕區(qū);而北部深湖、半深湖沉積區(qū)明顯擴(kuò)大。辮狀河三角洲相中,一方面表現(xiàn)為原東南部的辮狀河三角洲前緣縮小,并分為2個(gè)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(qū)首次接受了正常三角洲前緣的沉積,為細(xì)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(shí)期(圖5D)。4沉積相及亞相沙三期末,研究區(qū)南部大片地區(qū)迅速抬升成為剝蝕區(qū)(圖5D)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的剝蝕,地勢(shì)有所變緩,沙二期在此基礎(chǔ)上沉積范圍有所擴(kuò)大,南部中段大片地區(qū)又重新接受沉積。同時(shí)由于填平補(bǔ)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(lái)自于渤南洼陷的周邊高地,其中,長(zhǎng)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(fā)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(xiàn)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(qū),由淺湖亞相及半深湖亞相構(gòu)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(qū)非常發(fā)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(qū);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(qū)域;研究區(qū)辮狀河三角洲體系出現(xiàn)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(nèi)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。總體看,研究區(qū)沙二期沉積環(huán)境同沙三晚期沉積環(huán)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(qū)基本一致,只是沙二期的物源區(qū)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(qū)基底抬升,局部發(fā)生風(fēng)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(chǔ)上發(fā)生了大規(guī)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(méi)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(lái)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(yuǎn)離研究區(qū),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(xiàn)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(qū)東南部大片地區(qū),由灰色、綠灰色泥巖夾細(xì)砂巖及粉砂巖組