斷陷湖盆陡坡帶重力流沉積特征及模式
——以遼河西部凹陷興馬地區沙三段為例

李洪楠

（中國石油遼河油田分公司勘探開發研究院，遼寧盤錦 124010）

重力流沉積是沉積學領域的研究熱點，也是油氣勘探的重點[1]。近年來，多個油田在重力流成因砂體的勘探工作中取得突破[2–5]。一般而言，沉積物重力流是指沉積物或沉積物與水的混合物在重力作用下順斜坡運動形成的高密度非牛頓流體，又稱密度流或塊體流，在陸上和水下均能產生。重力流的分類方案多樣，目前較為普遍的是按照沉積物顆粒的支撐機制將重力流分為顆粒流、碎屑流、液化流和濁流四種類型[6]。斷陷湖盆陡坡帶具有坡度陡、近物源、構造活動強的特點[7]，使得在陡坡帶各級坡折多發育重力流沉積體系，重力流砂體成為陡坡帶巖性油氣藏勘探的重要領域[8]。

興馬地區是渤海灣盆地典型的富油氣區帶，目前已發現太古界潛山、中生界潛山、古近系沙三段、沙二段、沙一段、東營組等六套含油氣層系。興馬地區的勘探成果表明，儲量分布主要集中于淺層的東營組、沙一段、沙二段以及深層的太古界潛山，沙三段勘探程度相對較低，尤其是沙三段重力流成因砂體勘探潛力巨大，是今后一定時期的重點勘探領域。因此，本次研究以興馬地區沙三段重力流砂體為研究對象，結合巖心、分析化驗、測井、地震等資料，對區內重力流砂體的沉積特征及沉積模式進行分析，為研究區重力流砂體的勘探提供支撐。

1 區域地質特征

興馬地區位于遼河西部凹陷中段，以興隆臺潛山構造帶為中心，西至盤山–陳家洼陷區，北部為冷家壓扭構造帶，南鄰清水洼陷區，東部包括冷家壓扭構造帶南段，直至中央凸起帶，面積約200 km2（圖1）。

沙三段沉積厚度為300～1 500 m，分為上、中、下三個亞段。構造演化研究表明：沙四段沉積時期，興馬構造帶仍屬于中央凸起的一部分，與中央凸起一起出露于水面之上，因此，本區缺少沙四段地層；沙三段沉積早期，邊界斷層臺安–大洼斷層強烈活動，同時，興西斷層等基底斷層活躍，興馬潛山帶與中央凸起脫離并迅速下陷，形成了“洼中之隆”的構造雛形，沙三段地層直接披覆于興隆臺潛山之上，與下伏太古界地層呈不整合接觸，形成近北東向的背斜；沙三段沉積中、晚期，形成的近東西向南傾斷裂切割沙三段地層，同時，東營組沉積期，冷家逆斷層走滑反轉，最終形成了現今“東西分帶、南北分塊”的復雜構造格局。

圖1 西部凹陷構造分區

沙三段沉積時期，興馬地區主要接受來自東側中央凸起的短軸物源，局部存在來自北側的長軸物源。臺安–大洼斷層活躍于整個沙三段沉積階段，對沙三段地層的沉積起主要控制作用。古地貌恢復結果表明，由于臺安–大洼斷層的持續活動，使研究區與中央凸起間形成巨大的高差，有利于發育重力流沉積。同時，臺安–大洼斷層與派生的小斷層形成多級斷坡，各級坡折帶發育沖積扇、近岸水下扇及深水濁積扇沉積體系。沙三段沉積時期，興隆臺潛山帶為洼陷區的高地勢區，對重力流扇體的形成起到遮擋作用，東側的扇體展布范圍較為局限，南北兩側扇體沿潛山分布，直至推進至潛山西側盤山洼陷地區（圖2）。

圖2 興馬地區沙三段沉積時期古地貌

2 重力流沉積特征

2.1 重力流沉積成因類型

研究區重力流沉積砂體主要由礫巖、砂礫巖和含礫砂巖組成，沉積物粒度較粗，多呈塊狀或發育遞變層理；沉積物成分成熟度和結構成熟度均較低，泥質雜基含量較高；粒度概率曲線呈微彎曲的上凸弧形曲線，滾動、跳躍和懸浮3個組分分異不清，C–M圖中C、M點群平行于C–M線分布，以上特征均表明研究區沉積物為典型的重力流沉積。

在研究區重力流沉積確定的基礎上，根據砂體的支撐機制、粒度和層理構造等特征，將研究區重力流沉積劃分為泥石流、碎屑流、高密度濁流和低密度濁流四種類型。

2.1.1 泥石流

泥石流是由黏土碎屑、砂質碎屑和水組成的黏滯性流體與其所支撐的礫石共同組成的塊體流，在重力作用下順坡面發生快速運動而形成的堆積體，泥石流多發生在水上氧化環境，沉積特征表現出“粗、紅”的特點。研究區泥石流主要分布在臺安–大洼斷裂至盆地邊緣之間的斷階部位，陡坡帶L68井巖心可識別出泥石流沉積，主要的巖石類型為紫紅色及雜色的礫巖、砂礫巖和泥質砂礫巖，砂礫巖層間的泥巖夾層多為紫紅色、棕紅色。其中，礫石多為雜基支撐，成分成熟度和結構成熟度均較低，礫石一般為次棱角狀至次圓狀，分選磨圓很差，雜亂排列；雜基成分多為粉砂巖和黏土，雜基含量較高，一般大于15%，橫向變化迅速。測井響應上，泥石流發育層段自然伽馬值（GR）較高，呈齒化箱形，視電阻率（RT）曲線呈高幅齒狀，自然電位（SP）曲線呈低幅度變化，滲透性較差，一般為非儲層。

2.1.2 碎屑流

碎屑流是一種在陸上沖積扇環境和水下沉積體系中均可發生的沉積物重力流，是基質支撐的塊體流，為塑性流體，內部流動形態表現為層流，因此，沉積物多呈厚層狀或塊狀。根據基質含量的高低，碎屑流可分為富基質和貧基質兩類。研究區碎屑流主要發育于陡坡帶近岸水下扇的中扇主水道部位，L182井巖心為典型的碎屑流沉積，沉積物主要形成于水下環境，多為貧基質型。沉積物主要由礫巖和砂礫巖構成，礫石多呈次棱角狀、次圓狀，大小混雜，雜亂排列，粒徑一般1.0～2.0 cm，含量為70%～85%，礫石骨架顆粒間多被粉砂、細砂級顆粒充填，而砂粒之間又被泥質雜基充填，呈致密的鑲嵌狀，表明在流動過程中除了基質支撐外，顆粒的相互接觸也是一種支撐因素。垂向上多呈塊狀，一般不顯粒序或僅在頂部發育正粒序，缺乏與牽引流相關的層理構造，表明其具有塑性流體、塊體搬運的特點。電性特征表現為GR和RT曲線均顯示為齒化的鐘形或箱形，SP曲線呈現低幅度變化。

2.1.3 高密度濁流

研究區L169井高密度濁流由砂礫巖、含礫中砂巖、粗砂巖和細砂巖構成，礫石含量一般為 20%～40%，較碎屑流低。垂向上常見多期沖刷面，構成類似于鮑馬序列的AAA序或ABAB序，而單期沉積多呈塊狀或略顯正粒序，特征體現在旋回底部，多為砂礫巖，礫石含量高，粒徑約0.5～1.0 cm，至頂部多為含礫中砂巖和粗砂巖沉積，礫石含量低，粒徑約0.3～0.5 cm。高密度濁流底部的礫石多呈次棱–次圓狀，略具定向排列，其下部的泥巖、粉砂巖等細粒沉積層常發育同沉積褶皺。高密度濁流內部多見“漂浮”的泥礫和泥巖撕裂屑，前者磨圓差，包裹在砂巖中，而后者多呈順層排列，均為早期沉積物被后期強水動力侵蝕和再次搬運的結果。高密度濁流的頂部有時可見沙紋交錯層理，其上直接與暗色泥巖接觸，構成類似于鮑馬序列的ACE序，指示在其沉積演化的后期開始向濁流轉變。這些特征表明，研究區高密度濁流具有塑性流體的特征，是碎屑流向濁流轉化的過渡類型。高密度濁流 RT曲線為齒化箱形，SP曲線多顯示高幅度的負幅差，儲層物性較好。

2.1.4 低密度濁流

研究區 Mg3井巖心為典型的低密度濁流沉積，主要由薄層細砂巖和粉砂巖構成，砂巖粒度細，發育平行層理和小型交錯層理，常見BCE序或CE序等不完整的鮑馬序列，表明能量較低并具有一定牽引流的特征，是研究區沉積物重力流演化的最終類型。低密度濁流表現為自然伽馬高值、電阻率低值的測井響應特征，自然電位無明顯異常，滲透性較差，一般為非儲層。

2.2 重力流沉積相劃分及特征

沉積相標志是分析沉積相的基礎[9–11]，根據巖心相標志結合測井響應特征分析表明，研究區重力流沉積主要包括沖積扇、近岸水下扇及深水滑塌濁積扇沉積體系。沖積扇主要形成于臺安–大洼斷層上升盤一側，向前延伸至下降盤根部主要發育近岸水下扇沉積體系，而在深水湖盆區的斷坡部位主要發育深水滑塌濁積扇沉積體系。

2.2.1 沖積扇

沖積扇是由山間洪流所攜帶的粗粒碎屑物質在坡度由較陡突變為較緩的山前地帶形成的扇形堆積體[12]。研究區沙三段沉積時期氣候較為干燥，物源區基巖遭受強烈的風化剝蝕，形成大量粗碎屑物質，同時控邊斷層強烈的拉張斷陷造成地勢高差顯著，在季節性山洪和頻繁構造運動的觸發下，來自東側中央凸起的粗碎屑以泥石流的形式堆積在凹陷邊緣的陡坡帶，多期泥石流沉積物的疊合便構成了沖積扇的主體。

研究區沖積扇主要發育沖積扇扇中亞相，扇根和扇端亞相不發育。扇中亞相的重力流類型以泥石流沉積為主，主要巖石類型為紫紅色和雜色的礫巖、砂礫巖和泥質砂礫巖，砂礫巖層間的泥巖夾層多為紫紅色、棕紅色。礫石多為雜基支撐，成分成熟度和結構成熟度均較低，礫石一般為次棱角狀–次圓狀，分選、磨圓很差，雜基多為粉砂巖和黏土，橫向變化快。這些特征反映出研究區沖積扇近源陸上快速堆積的特征，測井曲線呈齒化的箱形（圖3a）。

2.2.2 近岸水下扇

研究區近岸水下扇沉積緊貼臺安–大洼斷層的下降盤分布，為陡岸的近岸水下扇體。根據重力流砂體的成因類型、組合樣式及測井響應特征的差異，將本區近岸水下扇沉積劃分為3種微相，包括辮狀溝道、辮狀溝道側緣及溝道間。

辮狀溝道微相以高密度濁流組合為主，垂向上為一套砂礫巖、礫狀砂巖、含礫中砂巖、粗砂巖與深灰色泥巖的不等厚互層，主要發育于扇中亞相。與主溝道微相相比，砂體粒度變細，厚度變薄，一般4.0～8.0 m，砂體間發育較薄的泥巖夾層，GR、SP和RT曲線均呈中–高幅的齒化鐘形特征。

辮狀溝道側緣是辮狀水道的溢出物，以低密度濁流沉積為主，巖性為粉砂巖和泥質粉砂巖，垂向上分布于主溝道之間，GR、RT曲線均表現為低幅的平直或微齒狀。

溝道間微相是重力流溢出辮狀溝道沉積而形成的，以低密度濁流沉積為主，巖性主要為泥巖、粉細砂巖和泥質粉砂巖。在垂向上和平面上，夾于辮狀溝道之間，受后期重力流的侵蝕改造，厚度較薄，GR和RT曲線表現為低幅的齒狀或指狀特征（圖3b）。

2.2.3 滑塌濁積扇沉積體系

本區陡坡帶多級斷階延伸至深水區，在一些坡度大的地區，由于重力作用，沉積物產生滑塌，在深水湖盆中形成滑塌濁積扇體，可進一步劃分為濁積水道和濁積水道側緣兩種微相。

濁積水道是深水中碎屑物質搬運的主要通道和沉積的場所。巖石類型以砂巖為主，夾于大套暗色泥巖之中，顆粒磨圓度較好，可見遞變層理，砂巖中可見泥巖撕裂屑，砂層單層厚度為l.0～10.0 m。砂巖含量為30%～50%。SP和RT曲線呈中等幅度箱形。

濁積水道側緣分布于水道兩側，是水道內碎屑物質漫溢的產物。巖性組合特征表現為大套暗色泥巖中夾中厚–薄層遞變層理砂巖、粉砂巖。砂層單層厚度多小于1.5 m，砂巖含量小于25%，SP呈中等–低幅度鐘形，RT呈低幅度“尖峰”狀（圖3c）。

圖3 興馬地區重力流沉積類型

2.3 重力流沉積主控因素

研究區重力流沉積主要受控于構造、古地貌及物源供給。構造活動提供了重力流的形成動力條件，并通過控制基準面的旋回變化來控制重力流砂體的層序充填。沙三段沉積時期，臺安–大洼斷層強烈的幕式拉張斷陷，形成較深水環境，臺安–大洼斷層及其分支斷層的差異活動形成湖盆邊緣坡度較陡的階梯狀或陡崖地貌，利于重力流的形成。在控邊斷層的構造活動期，可容空間迅速增大，基準面快速上升，重力流沉積較為發育，而在控邊斷層構造活動間歇期，重力流沉積逐漸衰退。

構造演化和物源供給控制了各期近岸水下扇體的疊置和演化過程。沙三下亞段沉積時期為裂陷初期，可容空間逐漸增大，但沉積物供給不足，重力流沉積規模較??；沙三中亞段沉積時期為強烈裂陷期，可容空間迅速增大，重力流沉積相帶向岸遷移，但物源供給略有增加，扇體橫向分布范圍略有擴大；沙三上亞段沉積時期為裂陷晚期，可容空間增大的速度減緩，物源供給速率較大，重力流分布規模最大，粒度最粗。古地形、古地貌特征控制了重力流砂體的分配。重力流砂體主要沉積在興隆臺潛山的東側以及南北兩側的洼陷內，而興隆臺潛山對砂體的分配起阻滯作用，頂部多為外扇和湖相泥巖沉積，只有當能量較強時，砂體才向興隆臺潛山方向逐層超覆或繞過潛山推進至西部的盤山洼陷。

2.4 重力流沉積展布特征

選取北東–南西向垂直物源沉積剖面進行研究，該剖面構造位置上貫穿興馬構造帶，物源方向較明顯，主要為東南部和北部兩個方向，其中 Mg1井、Mg3井、Xg5井和Xg8井鉆穿沙三段地層，Xb3井、L169井、L10井和L141井只揭露沙三上亞段及部分沙三中亞段地層。沙三下亞段沉積時期，Mg1井離物源較近，砂體沉積較厚，主要為近岸水下扇中扇沉積，向Mg3井逐漸演變為深水濁積扇沉積，在Xg5井處則為湖相沉積；沙三中亞段沉積時期，仍然是在Mg1井處為較厚的近岸水下扇沉積，向北逐漸變為外扇和湖相，北側的L141井區物源供給充足，發育沖積扇，向潛山逐漸演化為近岸水下扇及深水濁積扇沉積；沙三上亞段沉積時期，東南部沉積厚度較小，但是重力流沉積發育頻繁，為多期的薄層中扇和外扇沉積，而北部物源比較充足，砂體沉積厚度大，發育多套沖積扇、近岸水下扇砂體，向南延伸較遠，深水濁積扇發育，直到潛山附近開始演化為湖相（圖4）。

圖4 Mg1–L141井垂直物源方向沉積剖面

平面上各期重力流沉積展布具有繼承性和變化性，以沙三上段重力流砂體最為發育。沙三下亞段沉積時期，湖盆處于裂陷初期，湖泊水體逐漸加深，發育南、北兩支近岸水下扇體。在陡坡帶，以L121井為界，南部為剝蝕區，該段的臺安–大洼斷層活動也較弱，因此，由中央凸起帶向興隆臺潛山方向形成一個地勢較高的地帶，在Xg10井區發育濱淺湖亞相。南部物源由研究區南部進入，在近物源區形成沖積扇，進而向北西推進至Mg7井區形成近岸水下扇。受興西斷層活動的影響，盤山洼陷地勢較低，碎屑物質繞過潛山及其翼部向前推進至Xx1井、Mg3井附近，同時受斷階控制，發育深水滑塌濁積扇沉積，形成由沖積扇到近岸水下扇再到深水滑塌濁積扇的沉積演化序列。L121井以北地區，受階梯狀地貌控制，北部物源首先在L68井附近形成沖積扇相砂礫巖沉積，由于地形坡度大，碎屑物質向凹陷中再搬運，形成近岸水下扇沉積（圖5）。

圖5 沙三下亞段沉積相展布特征

沙三中亞段沉積時期，構造活動最為強烈，湖盆迅速下降，湖泊水體急劇加深，潛山頂部的濱淺湖和陡坡帶的剝蝕區的范圍迅速減小，同沙三下亞段沉積時期相比，仍發育南北兩支物源，南部的近岸水下扇物源轉變為東側的中央凸起短軸物源。該沉積期由于湖平面快速上升，沉積相帶向岸遷移，沉積物粒度變細，以含礫細砂巖、細砂巖和粉砂巖為主，但由于湖盆供屑能力增強，扇體橫向分布略有擴大。受興隆臺潛山的阻擋，重力流砂體仍圍繞潛山分布，沖積扇沉積體展布范圍明顯縮小，僅在近中央凸起區域有所發育。北側扇體在L47井區附近開始發育近岸水下扇沉積，推進范圍至Xg9井區，前端 Xb1井區發育滑塌濁積扇；南部 Mg8、Ms1、Mg7、Mg6、L182及Mg2井區主要發育近岸水下扇，在Xx1井區發育滑塌濁積扇（圖6）。

圖6 沙三中亞段沉積相展布特征

沙三上亞段沉積時期為湖盆裂陷晚期，湖盆整體處于穩定拉張狀態，該沉積時期湖盆的供屑速度超過湖盆的沉降速度，扇體分布范圍最大。陡坡帶L120井以北至L113井以南地區形成半深湖–深湖沉積環境，仍發育南、北兩支物源，北部扇體繞過潛山向南推進至潛山西部的Xx1井區附近。南部扇體由東向西推進，在近物源L125井區形成沖積扇沉積，推進至L182、Mg8、Ms1、Mg11及Mg2井區，主要發育近岸水下扇沉積，扇體在長軸方向分布范圍逐漸擴大，但受物源供給控制，扇體在短軸方向展布范圍有限。向西受斷階控制，在X45井附近發育深水滑塌濁積扇，北部扇體在L66及L140井區發育沖積扇沉積，向前推進至L68、Xb1、Xg12井區，逐漸演化為近岸水下扇沉積，西側推測發育一定規?；鷿岱e扇，但目前暫無鉆井揭示（圖7）。

圖7 沙三上亞段沉積相展布特征

2.5 重力流沉積模式

在重力流沉積特征、砂體平面分布和縱向演化規律分析的基礎上，建立興馬地區沙三段重力流沉積模式。興馬地區陡坡帶沙三段屬于典型的重力流沉積體系，平面上由中央凸起向洼陷中心輸送陸源碎屑，流體性質由高密度、高黏度向低密度、低黏度轉化，每個流態之間沒有明顯的界線，呈逐漸過渡關系，沉積物粒度由粗變細，形成沖積扇—近岸水下扇—深水濁積扇沉積演化模式。沉積機制可以劃分為洪水型和滑塌型兩種，洪水型重力流沉積包括沖積扇沉積及近岸水下扇沉積，以臺安–大洼斷層為依托，在上升盤一側及下降盤根部形成多套沖積扇沉積體系，隨著重力流體向前推進入湖，在水下坡折帶部位形成大規模近岸水下扇沉積體系。在興隆臺高潛山東側，由于受到潛山阻擋，重力流攜帶陸源碎屑難以向前推進，而高潛山南北兩側地勢較低，陸源碎屑向前推進至深水湖盆，在斷坡部位受重力作用而發生滑塌，形成滑塌型深水濁積扇沉積體系?？v向上，單期次重力流沉積為退積模式，自下而上沉積物逐漸變細，沉積厚度逐漸減薄，對于多期重力流沉積而言，縱向上重力流沉積相互疊置，橫向上依次推進或后退，構成多期重力流扇體相互疊置沉積模式（圖8）。

3 結論

圖8 興馬地區沙三段重力流沉積模式

（1）興馬地區沙三段整體為重力流沉積，可識別出泥石流、碎屑流、高密度濁流和低密度濁流四種成因類型，形成環境由陸上過渡為水下再到深水環境，水體逐漸加深，沉積物粒度由粗變細，其中高密度濁流砂體物性最好，為本區最有利砂體。

（2）興馬地區沙三段發育沖積扇、近岸水下扇、滑塌濁積扇三種沉積相類型，其中近岸水下扇可進一步分為辮狀溝道、辮狀溝道側緣及溝道間三種微相，滑塌濁積扇可分為濁積水道及水道側緣兩種微相。沖積扇為泥石流成因，近岸水下扇辮狀溝道對應碎屑流及高密度濁流成因類型，辮狀溝道側緣及溝道間主要為低密度濁流，滑塌濁積扇濁積水道為高密度濁流成因，濁積水道側緣為低密度濁流成因。

（3）沙三段重力流沉積主要受控于構造、古地貌及物源供給。平面上由中央凸起向湖盆中心形成由沖積扇到近岸水下扇再到滑塌濁積扇的沉積演化序列，沖積扇主要發育于水上陡坡，物源推進至水下斷坡帶形成近岸水下扇，興隆臺潛山帶對于扇體展布起遮擋作用，在潛山南北兩側深水區形成一定規模的滑塌濁積扇?？v向上由下至上重力流砂體規模逐漸變大，形成單期重力流成因砂體退積，多期砂體互相疊置并向湖盆中心進積的沉積模式。