1. 引言
东营凹陷沙二段是油气勘探程度较高的层系 [1] 。前人研究认为，沙二段沉积相主要为河流–三角洲，储集砂体主要发育在三角洲前缘水下分流河道、河口坝等沉积相类型中，并且认为河流建设性作用显著，导致砂体沿主河流及分流河道向盆地方向进积 [2] [3] [4] 。笔者通过对东营凹陷岩芯及数百口井测录井资料分析后认为，沙二段沉积特征表现为2个特点：1) 厚层箱状砂体发育，岩芯上可见砂体底部河道冲刷特征(如泥砾)，测井相显示厚层砂岩底部与下部岩层呈平滑渐变接触关系，不具有显著突变接触特征，与典型河流冲刷有差异；2) 发育多层反序砂岩(砂体)且占比高，反序砂岩单体厚度达5~8 m。反序砂体与正序砂岩、箱状砂岩复合出现，累计厚度达20~30米。此外，发育碳质页岩(沙二下亚段)或棕红色–紫色泥岩(沙二上亚段)。这与前人认识有所差异，对进积型三角洲沉积模式提出挑战。
为此，本文开展了东营凹陷沙二段时期沉积体系再认识研究。基于多口取芯资料描述、测井相及地震相解释，对东营凹陷沙二段多期沉积体系进行了恢复，提出了三角洲具有改造期和破坏期沉积砂体等类型及新认识，讨论其与隐蔽圈闭发育之间的关系，从而为成熟含油气盆地精细勘探提供借鉴作用。
2. 地质概况
东营凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷东南部，构造属于中新生代陆相单断型的断陷盆地，盆地四周被凸起所环绕，包括北部的陈家庄凸起、东部的青坨子凸起、东南部的广饶凸起和潍北凸起西北缘、南部的鲁西隆起、西部的青城凸起和林樊家凸起以及西北部的滨县凸起。凹陷整体呈“北断南超”构造样式，凹陷内部发育北东–南西向展布的中央隆起区，同时受控于纯化–草桥鼻状构造带、胜坨古隆起、广利潜山披覆带、尚店–平方王潜山披覆带，凹陷内部进一步形成次级洼陷，包括利津、民丰、牛庄、广利南、博兴、花沟、里则镇等，从而形成东营凹陷整体的构造沉积样式(图1)。
沙二时期经历了断陷盆地从发展到鼎盛的变化，同时经历了晚始新世的气候变化，同时叠加物源供给、古地理等条件，形成多样的沉积类型。早期研究认为，沙二段中下部主要为三角洲沉积，向上部演变为河流–三角洲相沉积。在沉积早期沉积相在区域上的分布特征表现出三角洲相由凹陷东北部向中西部进积，而到沉积后期上部地层发育分流河道、漫滩相。东营凹陷北部沙二段沉积晚期处于陡坡、近物源环境，形成冲积扇砂砾岩沉积 [4] [5] 。此外，沙二上砂体发育河流相和浊积相，指示水体变浅、气候干旱 [6] 。而对于勘探层系与沉积砂体之间的关系，以胜坨油田为例，研究表明对储量贡献更大的是三角洲前缘砂体 [7] ，并以构造–岩性圈闭为主要类型。
Figure 1. Structural distribution of Dongying Sag, Bohai Gulf Basin, China
图1. 东营凹陷构造单元分布图
Figure 2. Stratigraphy of the second member (Es2) of Shahejie Formation and basin structure of Dongying Sag
图2. 东营凹陷盆地结构及沙二段地层分布(A-A'剖面位置见图1)
前人对济阳坳陷层序地层研究时，将下第三系地层(孔店组、沙河街组、东营组)划分出6个三级层序 [3] [8] [9] 。其中，沙二段地层(沙二下亚段、沙二上亚段)位于层序III和层序IV，层序III为沙三上亚段–沙二下亚段，层序IV为沙二上亚段–沙一段)。对层序III、层序IV进行体系域划分，其中沙二下亚段为层序III的湖退域(RST)，沙二上亚段为层序IV的低位域(LST)，并将沙二下亚段(湖退域)时期划分出早期下降、快速湖侵和后期下降三个阶段(图2)。
3. 沉积相特征
3.1. 沙二下亚段沉积特征
沙二下不同时期三角洲沉积表现为：早期盆地面积较大，凹陷南北边缘向凹陷内部持续供源，形成规模较大的三角洲沉积体系，并一直延伸至牛庄洼陷、利津洼陷东南和博兴洼陷的东部；后期构造抬升后，湖盆边缘沉积区向凹陷内部发展，湖盆构造形态变缓，湖平面降低，叠加气候向干旱特征变化，三角洲平原面积有所增加，特别是在南部缓坡物源及其沉积区表现明显(图3)。
(a) 草702，槽状交错层理，三角洲平原分流河道，867.8 m；(b) 草702，低角度交错层理，铁质结核，三角洲平原天然堤，882.7 m；(c) 河56，2108.6，浪成交错层理，生物扰动，河口坝；(d) 河56，低角度交错层理，水下分流河道，2106.6 m；(e) 金9，粉砂岩含生屑，河口坝，929.2 m；(f) 永15，平行层理，砂质滩坝，1821.08 m。
Figure 3. Sedimentary characteristics of lower interval of Es2 of Shahejie Formation
图3. 沙二下亚段早期沉积特征
沙二下亚段发育湖退背景下短周期快速湖侵过程，以博兴洼陷取芯井高80强风浪–风暴沉积特征、含生屑砂岩的出现和全盆泥岩颜色加深、泥岩含量增加特征为标志(图4)。在沙二下后期湖平面下降阶段，沉积前缘砂体，在取芯层段可见岩芯发育浪成交错层理、波状层理等特征，指示水下分流河道砂体受到湖浪改造作用。在电性曲线特征上，下部河口坝与上部水下水流河道构成的沉积组合表现为漏斗–箱型或漏斗–钟型特征(图5)。
(a) 高80井，截切构造，下部为泥质粉砂岩，上部为泥岩，2217.2 m；(b) 高80井，泥质粉砂岩中发育生物碎屑，强风浪由湖泊搬运而来，2215.4 m；(c) 高80井，粉砂岩上部发育洼状层理，2218.3 m；(d) 河56，含生屑细砂岩，浅湖生物经湖平面上升搬运而来)。
Figure 4. Core and well characteristics of lower interval of Es2 in Shahejie Formation
图4. 沙二下亚段快速湖侵时期岩芯及单井沉积特征
Figure 5. Sedimentary characteristics of lower interval of Es2 of Shahejie Formation (Xin17)
图5. 沙二下亚段不同时期沉积相特征(辛17)
3.2. 沙二上亚段沉积特征
三角洲平原主要分布在凹陷边缘，由于没有取芯井，因此以单井相特征进行解释。如南部草104为例，录井显示该井发育厚层砾岩、含砾砂岩，电性曲线表现为钟型、箱型，代表三角洲平原分流河道，同时发育天然堤(细砂岩)和河道间湾(泥岩、粉砂质泥岩)。其中，浪控砂坝发育槽状交错层理，冲洗交错层理，波状层理，指示波浪作用显著且普遍(图6)。
(a) 王18，细砂岩，浪成上攀沙纹层理、低角度浪成交错层理；(b) 坨13，冲洗层理，三角洲前缘，1521.5 m；(c) 王18，水下分流河道底部含砾砂岩，底部冲刷特征，1315.3 m；(d) 坨30，浪成交错层理，三角洲前缘，1527.2 m；(e) 河156，冲洗层理，1462.8 m；(f) 樊101，截切构造，2243.1 m。
Figure 6. Sedimentary features of upper interval of Es2 of Shahejie Formation based on cores
图6. 沙二上亚段岩芯沉积特征
其中，河156在2431~2462 m井段发育厚层反序砂体，上部发育多套变薄反序砂岩。取芯特征表明该层段发育浪成沙纹层理、冲洗交错层理，一种解释为河口坝沉积，然而在浪控三角洲沉积体系中，沿岸砂坝(砂脊)或障壁砂坝同样具备上述特征(图7)。以辛15为例，沙二上地层不发育正序砂岩，且不具备典型的河道底部冲刷界面，而出现厚度不等的反序砂岩，表明河道输入砂体受到波浪强烈地改造，易形成多期、多排的平行岸线砂坝。
3.3. 沙二段地震相特征
建设性三角洲表现为S型进积特征，而改造性三角洲同相轴表现为连续性变差并向两端收敛的特征，表明水体往复导致砂体频繁迁移。类似河口坝的地震相表现为进积特征同相轴远端终端，并出现断续反射特征。而浅湖相滩坝同样表现为类似的局部砂体同相轴反射并与稳定的盆地泥岩强相位临近出现(图8)。
(a) 河156井 (b) 辛15井
Figure 7. Sedimentary features of upper interval of Es2 of Shahejie Formation based on cores
图7. 沙二上亚段岩芯沉积特征
Figure 8. Seismic facies of the second member (Es2) of Shahejie Formation
图8. 沙二段砂体地震相特征
4. 沉积相分布
在岩芯及测录井资料分析基础上，对不同地层进行划分，得到沙二不同时期的砂体厚度、地层厚度基础数据，进一步得到砂地比数据，进行平面等值线图的绘制，进而用于沉积相分布图件的绘制。沙二下沉积期按照岩芯指示的地层及岩相特征，进一步划分为早期、中期、末期三个阶段。
其中，沙二下早期的砂地比高且连片分布，指示物源供给充足、河道载砂量大、降水充分。在砂岩厚度、砂地比等值线图基础上，结合岩相分析得到沉积相分布图。其中，沙二下早期发育三角洲–湖泊沉积体系。沙二下中期的砂地比低，对应薄层砂岩，具有片状–席状分布特征，由于对应强风浪作用标志，表明风浪对沉积砂体的改造范围较大。沉积相主要为湖泊滩坝沉积，包括碎屑岩滩坝和凹陷内部的碳酸盐岩滩。沙二下末期的砂地比中等，在凹陷南缘出现厚层砂砾岩，指示构造抬升和强烈剥蚀。物源由河流带入凹陷内部，形成进积砂体。沉积相为扇三角洲–辫状河三角洲–湖泊沉积体系，其中扇体主要出现在南部广饶凸起、鲁西隆起的物源，表明构造抬升剥蚀的砂砾岩在近岸沉积。而辫状河三角洲的分布范围依然很大，表明此时的气候是湿润的，砂体进积并充填湖盆大面积地区，逐渐将湖盆填平或近似填平(图9)。
(a) 沙二下早期地层砂地比等值线图；(b) 沙二下快速湖侵时期砂体厚度图；(c) 沙二下晚期地层砂地比等值线图；(d) 沙二上砂地比图。
Figure 9. Contours of sand body and proportion of sand and formation of Es2 Formation
图9. 沙二段各时期砂体等厚图和砂地比等值线图
沙二上的砂层厚度、砂地比等值线图显示沙二上沉积砂体厚度总体较大，分布范围也很广。物源方向与之前沉积期类似，分别为周缘凸起，仍然是构造抬升剥蚀区的产物。沙二上的沉积相表现出一定的变化性，即沙二上的早期与EOT阶段对应，是干旱气候条件的河流–三角洲沉积体系，砂体厚度普遍较小。而沙二上后期湿润性气候主导，使得辫状河三角洲沉积体系恢复。此时，在地震响应上还可以观察到前积反射特征，指示物源充足，降水量充沛。同时，季风形成的强风浪对砂体进行改造，滩坝也是发育的(图10)。
沙二上发育波浪改造性的三角洲砂体，与河流相沉积不同，靠近盆地边缘的沉积区(比如王家岗、胜坨)砂地比低(介于0.2~0.3)、发育反序沉积序列以及正序但缺乏底部明显冲刷的沉积相(底部被改造的钟型曲线)，沉积构造中浪成交错层理、冲洗层理较为发育(坨13、坨30、王18、王129、辛17等)。这些沉积特征指示水下沉积环境是普遍存在的，这些特征与河流相有较为明显的区别。因此，本研究将沙二上主体的沉积相类型解释为波浪改造的三角洲，包括三角洲平原相、三角洲前缘等。
Figure 10. Contours of sand body and proportion of sand and formation of Es2 Formation
图10. 沙二段早期及晚期沉积相分布图
5. 沉积控制因素
5.1. 构造活动及物源
东营凹陷的周缘凸起在沙二段沉积期，伴随构造抬升及风化作用，形成北部、南部、东南部方向的物源区 [10] [11] 。沙二下亚段经历构造抬升与剥蚀阶段，并在盆地内部发育古土壤风化壳结构，该时期湿润为主的气候环境有助于物源经河流作用向凹陷内部进行搬运，因此该时期表现为物源区对盆地的充填。沙二上、下界面位置的沉积特征指示干旱气候的出现，如辛17、河56取芯井钻遇的棕红色泥岩和古土壤层特征，该时期砂体由物源区搬运作用以风成沉积为主，河流和三角洲发育，形成一系列薄层经风浪改造的砂体。伴随沙二下时期构造抬升活动的减弱以及盆地早期充填，到沙二上时期盆地水体形成较浅的背景，干旱气候之后湿润期恢复，物源重新注入盆地，形成新的三角洲沉积体系。
5.2. 古气候
孢粉记录指示沙二段沉积期，气候由湿润转为干旱。沙二下为干湿气候特征，沙二上为干旱为主的古气候特征 [12] [13] [14] 。其中，沙二上亚段发育三角孢属、凤尾蕨孢属、具唇孢属Labiatae、麻黄粉属Ephedripites、拟白刺粉属、小亨氏栎粉Quercoidites、波形榆粉Ulmipollenites；沙二下亚段发育水龙骨单缝孢属Polypodiaceae、伸长杉粉属Taxodiaceae、桤木粉属Alnipollenites、拟榛粉属、小亨氏栎粉Quercoidites、小栎粉、波形榆粉Ulmipollenites、小榆粉、眼子菜属Potamogetonacidites (表1和图11)。
Table 1. Pollen types of the second member of Shahejie Formation in Jiyang Depression
表1. 济阳坳陷沙二段孢粉类型
沉积岩特征方面，沙二下早期凹陷北部发育的碳质泥页岩，代表了沼泽湿润环境。在构造抬升背景下，物源供给能力下降，可能是盆地降水有限，河流注入碎屑岩的能力显著降低直接造成的，该时期沉积砂体厚度减薄，与沙二下部地层的厚层三角洲砂体建设特征显著不同。同时，岩芯揭示了在沙二上、下沉积期古土壤以旱成土、氧化土为主，钙质结核和富铁质淋滤指示干旱气候条件，这与该时期的孢粉特征指示类似的干旱气候条件。同时，杂色泥岩和潜育层的出现指示干湿交替特征及湖平面在很小范围内的波动对沉积物的影响。通过钙质结核下渗深度与年平均降水量的计算，数值介于104~183.85 mm，表明当时的东营古湖盆处于干旱气候区。
Figure 11. Distribution of pollen types and proportions of Es1, Es2, Es3 of Shahejie Formation, Dongying Sag
图11. 东营凹陷沙二段及沙一段、沙三段的孢粉类型和占比分布图
5.3. 古风向及风浪条件
在长周期的地质历史中，风场对沉积物及岩石的影响是重要因素之一。前人曾对中生代以来中国大陆主要非海相盆地的古风向进行过研究，指出古近纪开始的古风向分布主要表现为夏季东南风向和冬季西北风向 [15] [16] 。这一时期被限定在特提斯洋闭合、印度板块与欧亚板块碰撞之前，然而板块碰撞之后并伴随青藏高原隆升，对气候及风向的影响，尚不能获得准备的推断。然而，从地理分布来说，即便青藏高原隆升对中国大陆气候带分布及古风向调整有影响，但是位于中国东部沿海的渤海湾盆地远离当时的隆升波及范围，渤海湾盆地(包括东营凹陷在内)的古风向与当地陆地临近海洋的位置有关，因此东南、西北古风向的影响是不可忽略的。通过对东营凹陷沙四段(大约为45 Ma.)湖泊相滩坝沉积研究，定性及半定量的恢复了当时的沉积物受到东南向、北向的季节性风向控制(图12)。因此，推断沙二段、沙一段(33~40 Ma.)沉积物，同样由于东南向、北向或北西风向的存在，对沉积相分布造成影响。
6. 油气地质意义
资料分析表明，沙二段建设期、改造期、破坏期沉积砂体不同程度含油。从沙二段油气产层分布区域和沉积相分布关系来看，三角洲前缘砂体和湖泊滩坝砂体是主要的油气储集层。采用录井含油气显示级别为标准，针对东营凹陷沙二上、下亚段的含油砂岩测井相特征(正序、反序)进行统计(初步)，在有录井油气显示记录的297口中，沙二下636个含油气显示层中反序砂岩及反序砂岩为主的复合砂岩占比超过60%；沙二上1358个含油气显示层中该占比超过50%。这些特征表明即在湖盆三角洲类型中，除了建设期三角洲，改造期和破坏期三角洲是重要的砂体类型。
Figure 12. Contours of sand body and proportion of sand and formation of Es2 Formation
图12. 东亚季风影响下的古近纪东营凹陷湖泊滩坝砂体分布模式
7. 结论
1) 基于岩芯、测录井及地震资料综合研究，表明东营凹陷沙二段不仅发育建设性三角洲，同时发育改造期和破坏期三角洲砂体，从而形成沙二段具有四期沉积相及砂体分布特征。
2) 沙二段沉积期三角洲是东营凹陷经历构造抬升、具备碎屑物源区、古气候条件(包括湿润期和干旱期)及古风浪条件共同作用的结果，其中古气候及古风浪条件对砂体的改造作用显著。
3) 东营凹陷沙二段三角洲改造期、破坏期(滩坝砂)砂体具有良好含油性，是在成熟探区隐蔽圈闭研究中值得关注的重要领域。
致谢
感谢编辑部及评审专家对本文提出的宝贵意见。
基金项目
本文研究受中国石化科技部项目“塔北–塔中震旦系–寒武系储盖条件研究”(P22122)和中国石化青年博士专项课题“塔里木盆地震旦系–奥陶系台缘类型、演化与深层优质储层研究”共同资助。