1. 引言
随着油气勘探程度的不断提高，油气勘探目标已逐渐从中浅层转向中深层。中深层油气藏具有地质特征复杂、勘探难度大的特点，成为当今石油行业普遍关注的领域。渤南洼陷是济阳坳陷开展深层勘探的重要地区，资源潜力巨大。前人针对该区的研究，重点以整个渤南地区为研究对象，重点开展不同构造带沉积相的展布特征、优质储层形成机制研究，初步明确了渤南洼陷自北向南发育近岸水下扇体系、湖泊体系、扇三角洲体系等类型，缓坡扇三角洲和陡坡近岸水下扇中前端砂体，是渤南洼陷沙四段优质储层发育区[1]-[5]。然而，针对南部缓坡带尚未针对性地开展过沉积特征的系统分析。本文综合利用已钻井岩心、测井、岩石薄片等分析化验资料，在精细地层划分对比的基础上，系统开展沉积特征研究，明确沉积相展布的受控因素，相关研究成果能够为该区下步勘探提供重要的理论依据。
2. 区域地质概况
渤南洼陷位于济阳坳陷北部的沾化凹陷内，是沾化凹陷最大的次级洼陷[6]。该区北部以埕南断裂带与埕东凸起相接，向东以孤西断裂带与孤北洼陷、孤岛凸起相连，向南以缓坡形式过渡至陈家庄凸起，向西以义东断裂带与义和庄凸起相连[7]。渤南南坡位于渤南洼陷南部，勘探面积约500 km2 (见图1)。研究区经过50多年的勘探，已发现寒武–奥陶、石炭–二叠系、中生界、沙四段、沙三段、沙二段、沙一段、东营组、馆陶组等九套含油层系，沙四段是近年来主要勘探目的层系之一。沙四段沉积时期处于渤海湾盆地断陷活动初期，受东西向埕南断层及南北向的孤西断层控制，决定了洼陷的基本形态[8]。渤南洼陷整体呈现南缓北陡的特征，洼陷内部发育一系列的次级断层，表现为伸展半地堑的构造样式。研究区沙四段可划分为沙四上亚段和沙四下亚段。其中，沙四上亚段多类型储层紧邻沙三下－沙四上主力烃源，成藏条件有利，易形成大面积分布的岩性油藏。目前已上报探明储量1206.25万吨，控制储量1276.93万吨，预测储量10815.35万吨，是重要的油气储量阵地。依据层序划分研究结果，该区沙四上亚段沉积时期是一个完整的三级层序单元，主要包括3个准层序组，分别对应沙四上亚段一、二、三砂组(见图1)。综合岩心、测录井资料，以砂层组为研究对象，研究不同层组沉积发育特征，明确沉积演化规律，对于该区下步储量升级和岩性油藏油气勘探具有重要的现实意义。
figure 1. structural location of the southern slope of bonan sag
图1. 渤南南坡构造位置图
3. 沉积特征
figure 2. typical core characteristics of the upper submember of es4
图2. 沙四上亚段典型岩心特征
3.1. 岩性特征
通过对lx601、xl39等10余口取芯井的岩心观察、单井分析及镜下薄片分析，渤南洼陷沙四上亚段发育多种岩石类型，主要包括碎屑岩、碳酸盐岩、混积岩、膏岩等(见图2(a)~(d))。其中碎屑岩主要为砾岩及含砾砂岩、细砂岩(见图3(a)~(c))、粉砂岩、灰(褐)色泥岩，陆源碎屑成分主要包括石英、长石和岩屑，其中石英含量10%~55%，长石含量5%~45%，岩屑含量9%~85%，岩屑成分以岩浆岩、变质岩为主，其次为沉积岩、云母类。储层胶结类型以孔隙－接触式为主(见图3(d))，胶结物主要为方解石、黄铁矿，杂基为泥质，含量2%~35%，孔隙类型为粒间孔，接触关系以点－线式为主，分选中等－好，见油斑、油迹、荧光级显示；碳酸盐岩以灰白色—深灰色灰岩及泥灰岩为主(见图3(e)、图3(f))，成分主要为方解石、白云石，其中方解石含量1%~100%，长石含量2%~60%，泥质含量1%~50%，黄铁矿含量0.5%~4%，陆源碎屑含量0.5%~40%，发育孔洞、裂缝(见图3(g)、图3(h))等；混积岩主要包括砂质灰岩(见图3(i))、灰质砂岩等，主要由方解石、陆源碎屑及少量黏土矿物组成，方解石多呈泥晶结构，裂缝发育，可见植物根茎，具有较好的油气显示。
3.2. 沉积构造特征
研究区主要发育平行层理、交错层理、波状层理、递变层理、块状层理和水平层理等层理构造(见图2(e)~(h))。由湖盆边缘向湖盆中心，岩石类型呈现由碎屑岩向混积岩、碳酸盐岩、泥页岩过渡的特点；层理类型表现为由大型平行层理、大型交错层理、波状层理、块状层理向递变层理、波状层理，再向块状层理、水平层理、水平纹层过渡变化的特点。
figure 3. typical microscopic characteristics of the upper subsegment of es4
图3. 沙四上亚段典型镜下特征
4. 沉积相类型
结合研究区岩心观察、镜下薄片及测录井资料分析，明确了研究区发育的主要沉积相类型，包括扇三角洲、滩坝、湖泊相3种(见图4)。
4.1. 扇三角洲相
在沙四上亚段时期，湖平面相对较低，受南部陈家庄凸起提供充足的物源影响，在渤南洼陷南坡形成大规模扇三角洲沉积，主要包括扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲亚相[9]。其中扇三角洲平原指扇三角洲的陆上部分，包括辫状分支河道和泛滥平原沉积微相。辫状分支河道岩性粒度粗，岩性以灰色砾岩、含砾砂岩为主，发育大型交错层理，分选磨圆均差，自然电位曲线形态主要为齿化钟形和齿化箱形；泛滥平原主要则以棕红色泥岩沉积为主，夹薄层粉砂质泥岩沉积，自然电位曲线形态主要为低幅指状和平直状。
扇三角洲前缘亚相是扇三角洲的主体部位，主要包括水下分流河道、河口坝、席状砂等微相类型[10]。水下分流河道岩性以灰白色粗砂岩、粉细砂岩为主，储层单层厚度大，发育交错层理、平行层理等沉积构造，粒度呈现正旋回特征，自然电位曲线形态主要为钟形、箱形；河口坝主要发育在分流河道前缘及两侧，岩性以灰色粉细砂岩为主，发育平行层理、交错层理等沉积构造，粒度呈现反旋回特征，自然电位曲线形态主要为漏斗形。前扇三角洲位于扇体前缘向湖一侧，沉积物以深灰色泥岩或粉砂质泥岩为主，主要发育水平层理、块状层理等沉积构造，自然电位曲线形态主要为低幅平直状。
4.2. 滩坝相
在扇三角洲发育前端，主要发育滩坝体系，重点依据岩石发育类型将滩坝划分为灰岩滩坝、砂岩滩坝两种类型。灰岩滩坝岩性主要为灰色、深灰色灰岩、生物灰岩，含少量泥灰岩、白云岩、膏质灰岩，矿物成分以方解石为主，是由内碎屑、生物碎屑等在湖盆内部凸起处原地形成，自然电位曲线形态主要为高幅箱形，依据储层发育厚度，将灰岩滩坝划分为滩核和滩缘两类。砂岩滩坝岩性主要为灰色粉细砂岩、粉砂岩为主，发育平行层理、小型交错层理等沉积构造。受长期搬运及湖浪改造，滩坝砂岩分选性和物性相对较好，自然电位曲线形态主要为中–高幅箱形。
4.3. 湖泊相
在沙四上亚段沉积时期，渤南洼陷发育湖相沉积，依据水深变化特征，将湖泊相划分为滨浅湖亚相和半深湖–深湖亚相[11]。其中滨浅湖分布范围最广，岩性以浅灰色泥岩–粉砂岩沉积为主，发育小型交错层理、平行层理。半深湖–深湖亚相分布在洼陷带，受气候变化及湖盆深处卤水上涌影响，沙四上亚段沉积晚期在洼陷带主要表现为大规模膏岩沉积，水体盐度高，岩性以灰白色石膏岩、泥膏岩沉积为主。
figure 4. sedimentary microfacies characteristics of the upper submember of es4
图4. 沙四上亚段沉积微相特征
5. 沉积相分布规律
5.1. 沉积相及储层展布特征
结合单井相、连井剖面相分析，并综合砂岩厚度等值线图、灰岩厚度等值线图及地震相平面预测图，分砂组开展渤南南坡沙四上亚段沉积相平面分布研究。结果表明，受物源供给、湖盆水体变化等因素影响，渤南洼陷在不同沉积时期沉积相空间展布呈现规律性变化。
在3砂组沉积时期，渤南洼陷湖盆面积较小，湖平面相对较低，南部陈家庄凸起可提供物源，在罗家地区发育扇三角洲相，扇体发育集中在l9-l10井区，扇体分布面积24 km2，由实钻井统计可知，砂砾岩累计厚度最大可达40 m，在扇三角洲发育前端，砂岩滩坝平面连片广泛发育，储层厚度主要集中在5~10 m，分布面积约97 km2 (见图5(a))。
至2砂组沉积时期，研究区断裂活动强烈，伴随着湖盆的快速沉降，湖平面持续升高，使得可容空间逐渐变大，南部的陈家庄凸起和西部的孤岛凸起为研究区提供物源[12]，在供源凸起下降盘发育扇三角洲相，其中陈家庄凸起北侧发育罗家扇体，较孤西断裂带附近垦西扇体发育面积更大，罗家地区l9扇体发育规模最大，分布面积约52 km2，储层厚度可达70 m，垦西扇体位于k628井区，分布面积约33 km2，储层厚度约为25 m。此时，在扇三角洲相前端发育平面成带状展布的灰滩沉积，分布面积约100 km2，灰岩储层厚度集中在5~30 m，其中lx601井区灰岩储层厚度最大，可达50 m。在yi113、yi142井区发育规模较小的砂滩沉积，分布面积约12 km2，砂岩储层厚度主要分布在10~25 m。靠近洼陷处，膏岩普遍发育，主要为盐湖沉积，在yi64井附近灰岩滩坝零星发育，此外，在义东断层下降盘，发育平面上连片发育的生物礁(见图5(b))。
figure 5. sedimentary facies map of each sand group of the upper submember of es4
图5. 沙四上亚段各砂组沉积相平面展布图
table 1. statistical table of physical properties of sedimentary facies zones in the upper submember of the fourth member of the southern slope of bonan sag
表1. 渤南地区南坡沙四上亚段各沉积相带物性统计表
相带类型 |
岩石类型 |
储层物性 |
实例 |
孔隙度/% |
渗透率/md |
扇三角洲水下分流河道 |
砾岩、砂砾岩、粗砂岩 |
1.9~19.7 |
0.5~210 |
l9、l10 |
砂岩滩坝 |
细砂岩、粉细砂岩 |
5~27.5 |
2~320 |
yix145 |
灰岩滩坝滩核 |
灰岩、砂质灰岩 |
0.5~27 |
0.2~36.5 |
yi633、lx601 |
灰岩滩坝滩缘 |
泥灰岩、灰岩 |
0.2~21 |
0.1~105 |
l35、yi 41 |
至1砂组沉积时期，研究区沙四上亚段沉积相展布特征与2砂组沉积时期类似，在孤西断层下降盘垦西扇体发育规模减少，储层厚度10~20 m，罗家地区东部l9-l10扇体储层厚度最大可达45 m，西部l803扇体储层厚度约为10 m，在yi113、yi142井区仍发育砂岩滩坝沉积，滩坝沉积范围略有减少，灰岩滩坝平面呈带状展布，其厚度中心略有变化，储层厚度最大位于l53、yix146井区附近，灰岩储层厚度最大约30 m (见图5(c))。
结合储层物性资料分析(见表1)，不同沉积相带物性存在明显差异，砂岩滩坝和扇三角洲水下分流河道物性最好，其中砂岩滩坝孔隙度分布区间位于5%~27.5%，平均值为14%，渗透率分布区间为2~320 md，平均值为45 md；扇三角洲水下分流河道孔隙度分布区间位于1.9%~19.7%，平均值为10.2%，渗透率分布区间为0.5~210 md，平均值为31 md；灰岩滩坝中滩核物性好于滩缘，其中滩核孔隙度分布区间位于0.5%~27%，平均值为9.5%，渗透率分布区间为0.01~1100 md，平均值为17 md；滩缘孔隙度分布区间位于0.2%~21%，平均值为5.2%，渗透率分布区间为0.1~105 md，平均值为10.5 md，分析认为沉积相带对储层物性起到了控制作用。
5.2. 受控因素分析
渤南地区沙四上亚段沉积时期，沉积类型多样，沉积特征复杂[13]。结合研究区钻井、测录井及分析化验测试资料，系统分析研究区沉积的受控因素，明确沉积形成机理。分析认为，渤南南坡沙四上亚段沉积受古气候及水体性质、古物源和古地貌等多因素影响，三者共同控制了该区的沉积展布特征。
1) 古气候及水体性质
气候因素对沉积环境起控制作用，影响了碎屑物质及碳酸盐岩的供给和生产。通过对该区孢粉化石资料统计分析，孢粉化石中被子植物含量最多(见图6(a))，主要以发育桦粉属、胡桃粉属等植物为主，占比达到80%以上，能够反映该区沉积环境具有温暖、潮湿的特征。该气候条件下，利于盆缘碎屑物质的注入和湖盆内部碳酸盐岩的生产。主要表现为潮湿的气候条件会将河流携带的陆源碎屑物质带入湖盆，在湖盆边缘形成扇三角洲沉积，河流携带的盐类成分，进入湖盆，为碳酸盐岩的生成提供了物质成分；气温的升高，使得河流携带的陆源碎屑物质减少，也为碳酸盐岩的生成提供了“暖、清、浅”的沉积环境；伴随着湖盆内部温度的升高，湖水盐度会逐渐增高，能够为盐类物质的析出创造有利条件。结合金属元素sr的丰度及sr/ba比值开展水体性质分析，两参数是湖泊水体盐度的重要表征参数，统计结果表明，研究区sr/ba比值主要集中在0.5~1.0 (见图6(b))，反映研究区水体环境为半咸水环境，利于砂岩滩坝、灰岩滩坝等多类型储层的形成。
2) 古物源
物源对沉积物的控制作用是多方面的。首先，物源供给能够为沉积物提供物质基础。渤南地区沙四
figure 6. palynite and sr/ba ratio distribution histogram
图6. 孢粉化石及sr/ba比值分布柱状图
上沉积时期，南部缓坡带的陈家庄凸起和东部孤岛凸起的物源供给决定了南部缓坡带和孤西断层下降盘扇三角洲的大规模沉积。此外，陈家庄凸起下古生界碳酸盐岩普遍发育，也为湖盆内部碳酸盐岩的生成提供物质保障[14]。其次，物源供给决定了沉积物的岩性特征。由沉积相展布规律来看，渤南洼陷南坡湖相沉积具有陆源碎屑岩沉积和碳酸盐岩沉积交互出现的特点。分析认为，受物源供给影响，靠近湖盆边缘，河流携带碎屑物质直接入盆，利于陆源碎屑沉积，由于该区水体透光度较差，对碳酸盐岩的生成起到了抑制作用。但进入湖盆内部，随着陆源碎屑物质含量的减少，水体变得更加清澈，且湖水中钙离子浓度增加，更利于碳酸盐岩生成。在扇体发育前端与纯碳酸盐岩沉积发育的过渡地带，存在砂质灰岩、灰质砂岩等混积岩的发育[15]。最后，物源供给强度变化直接影响了扇体发育的规模大小，呈现物源供应越充足，扇体发育规模越大的特点，表现在罗家扇体发育规模大于垦西扇体，而罗东扇体发育规模大于罗西扇体。
3) 古地貌
古地貌特征对沉积相带展布具有明显的控制作用，决定了碎屑岩扇体、灰岩滩坝和砂岩滩坝的展布形态。通过地震古地貌学恢复了沙四上亚段沉积时期渤南南坡古地貌形态，由古地貌图可以看出，渤南地区呈现南缓北低、东高西低的特征，南部缓坡带及孤西断裂带位于古构造相对高部位，向北构造位置逐渐变低，湖盆内部也呈现微幅起伏的变化特点。在此地形背景条件下，南部缓坡带的陈家庄凸起和东部孤岛凸起携陆源碎屑物质进入湖盆，在盆地边缘形成扇三角洲，此处受大量碎屑物质的输入影响，不利于碳酸盐岩的产生；进入湖盆内部，地势变得相对稳定，水体深度较浅，伴随着阳光的照射，水体温度适宜碳酸盐岩的生成，利于灰岩滩坝的发育，受地形控制，灰岩滩坝沿着近平行湖岸方向平面呈条带状展布，灰岩沉积厚度受古地貌的控制，具有古地貌高灰岩沉积厚度大、古地貌低灰岩沉积厚度小的特点。在扇三角洲发育前端，由于同时具备碳酸盐岩形成的条件和物源注入的影响，会导致碎屑组分与碳酸盐组分的混合，形成了砂质灰岩、灰质砂岩等岩石类型[15]。
6. 结论
1) 沙四上亚段发育岩石类型复杂，主要发育碎屑岩、碳酸盐岩、膏岩及混积岩等。
2) 自南部凸起区至洼陷中心依次发育扇三角洲、灰岩滩坝和砂岩滩坝、盐湖相等沉积相类型，根据不同时期的沉积微相平面展布特征可知，自沙四上亚段3砂组至1砂组沉积时期，罗家扇体发育规模逐渐变大，垦西扇体发育规模先变大后变小，3砂组沉积时期湖盆砂岩滩坝广泛发育，至1 2砂组沉积时期，砂岩滩坝零星分布，灰岩滩坝平面连片发育。
3) 沉积相带对储层物性起到了控制作用，其中砂岩滩坝和扇三角洲水下分流河道物性最好。
4) 受控古气候及水体性质、古物源和古地貌等因素共同控制，影响了碎屑物质及碳酸盐岩的供给和生产，并决定了碎屑岩扇体、灰岩滩坝和砂岩滩坝的展布形态。