引用本文
蔡文慧, 赵紫汐, 李京京, 刘芳, 秦莉玲. 冀中坳陷文安斜坡沙河街组物源判识与沉积相特征解析[J]. 录井工程, 2025,36(2): 118-124.
CAI Wenhui, ZHAO Zixi, LI Jingjing, LIU Fang, QIN Liling. Provenance discrimination and analysis on sedimentary facies characteristics for Shahejie Formation in Wen’an slope, Jizhong Depression[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(2): 118-124.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.02.018  
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冀中坳陷文安斜坡沙河街组物源判识与沉积相特征解析
蔡文慧, 赵紫汐, 李京京, 刘芳, 秦莉玲
中国石油华北油田公司第二采油厂

作者简介：蔡文慧 工程师,1982年生,2010年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查专业,现在中国石油华北油田公司第二采油厂主要从事油田评价建产工作。通信地址：065700 河北省廊坊市霸州南孟镇胜利路采油二厂。E-mail：cy2_czcwh@petrochina.com.cn

收稿日期: 2025-04-26
基金: 中国石油华北油田公司滚动开发评价项目“南孟-龙虎庄文安斜坡北段成藏规律研究及有利目标评价”（编号：HBYT-CY2-2022-JS-265）
摘要

冀中坳陷文安斜坡沙河街组含油层系物源方向、沉积相演化历史及展布规律尚不明确。基于岩心、测井、地震等多种地质资料,通过古地貌恢复法和重矿物Q型聚类法,深入探讨了沙河街组物源体系及沉积相特征。结果表明：文安斜坡沙河街组沉积具有多源性,物源主要来自西北部牛驼镇凸起和文安斜坡东南部,两大物源区发育多个输送通道,沉积物沿斜坡地形依次发育了若干级次砂体。受西部陡峭、东部宽缓古地貌格局影响,沙河街组沉积时期主要发育扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3种沉积相。沙三段沉积时期,研究区主要发育扇三角洲平原、前缘,辫状河三角洲平原、前缘,滨浅湖5种沉积亚相,并沿水下分流河道形成了多个三角洲朵叶体;沙二段沉积时期,研究区西北方向主要发育滨浅湖泥微相,东南方向主要发育辫状河三角洲平原、前缘2种沉积亚相;沙一段沉积时期,研究区西北方向则主要发育扇三角洲平原、前缘2种沉积亚相,东南方向主要发育辫状河三角洲平原,少量发育辫状河三角洲前缘沉积亚相。该研究成果可为冀中坳陷文安斜坡沙河街组油气资源下一步精细化勘探开发提供理论依据与指导。

关键词: 物源; 沙河街组; 沉积特征; 冀中坳陷; 文安斜坡; 三角洲
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Provenance discrimination and analysis on sedimentary facies characteristics for Shahejie Formation in Wen’an slope, Jizhong Depression
CAI Wenhui, ZHAO Zixi, LI Jingjing, LIU Fang, QIN Liling
The Second Exploitation Factory, PetroChina Huabei Oilfield Company, Bazhou, Hebei 065700, China
Abstract

The source direction, sedimentary facies evolution history and distribution law of oil-bearing series of Shahejie Formation in Wen'an slope, Jizhong Depression, are still unclear. Based on core, well logging, seismic and other geologic information, the provenance system and sedimentary facies characteristics of Shahejie Formation were discussed in depth through paleogeomorphological restoration method and heavy mineral Q type clustering procedure. The results indicate that the sedimentation of Shahejie Formation in Wen′an slope has multi-source characteristics, and the provenance mainly comes from the northwest of Niutuozhen uplift and the southeastern Wen′an slope. Two major source areas developed multiple transport pathways. Sediments have developed several graded sand bodies along the slope topography. Influenced by the steep western and wide-flat eastern paleogeomorphological pattern, Shahejie Formation mainly developed three sedimentary facies during its sedimentary period： fan delta, braided river delta and lake. During Member 3 of Shahejie Formation sedimentary stage, five sedimentary subfacies were mainly developed in the study area： fan delta plain and front, braided river delta plain and front and shore-shallow lacus. Multiple delta lobes were formed along the subaqueous distributary channels. During Member 2 of Shahejie Formation sedimentary stage, the northwest of the study area mainly developed shore-shallow lacustrine mud microfacies, while the southeast mainly developed two sedimentary subfacies of braided river delta plain and front. During Member 1 of Shahejie Formation sedimentary stage, the northwest of the study area mainly developed two sedimentary subfacies of fan delta plain and front. The southeast mainly developed braided river delta plain, with a small amount of braided river delta front sedimentary subfacies. The study results can provide theoretical basis and guidance for the further refined exploration and development of hydrocarbon resources in Shahejie Formation of Wen′an slope in Jizhong Depression.

Keyword: provenance; Shahejie Formation; sedimentary characteristic; Jizhong Depression; Wen′an slope; delta
0 引言

冀中坳陷位于渤海湾盆地西北部, 整体构造格局表现为北东-南西走向的长条形坳陷, 面积约3.2× 104 km2, 可划分为12个凹陷和7个凸起, 是盆地内主要富烃坳陷之一[1]。历经40余年的勘探与开发, 目前已在晋县、束鹿、霸县、廊固及饶阳等多个凹陷发现大量油气藏[2, 3]。文安斜坡是大城凸起和霸县凹陷之间的转换斜坡带, 处于油气运移的有利位置, 是油气勘探的重要目标[4]。自19世纪70年代发现并投入开发以来, 该区域已发现南孟、龙虎庄、苏桥、文安4个油气田, 累计提交探明地质储量3 383.71× 104 t, 产油660× 104 t, 产气2.3× 108 m3。目前油、气探明率分别仅为45.7%、11.0%, 最新一次资源勘探评价证实文安斜坡仍蕴藏近3× 108 t资源潜力, 表明该地区仍存在大量低勘探区[1, 5]。

古近系沙河街组是文安斜坡重要的勘探目的层位。截至目前, 众多学者已针对该地区构造断裂演化、储层、油气运移、成藏机理等方面开展了大量研究工作, 例如：胡望水等[6]、龙小军等[7]、渠永宏等[8]、杨伟荣等[9]、刘峻桥等[10]从断裂形成演化规律和断层圈闭形成机理入手, 对比探讨了文安斜坡顺、反向断裂圈闭发育部位, 垂向调整油气分布层位及断层圈闭形成时期的差异性特征; 王超等[11]结合断层侧向封闭油气SGR下限法, 利用双井Knipe图解法, 定量分析了文安斜坡史各庄鼻状构造带沙河街组一段和二段油气跨断层侧向运移的可能性以及具体发生部位; 王伟[12]系统研究了文安斜坡沙河街组砂岩输导层的宏观发育特征、砂体纵横向连通性及油气运移聚集成藏模式, 并基于油气运移综合数值模拟方法, 精细刻画了砂岩输导层中油气运移路径及砂岩输导层对油气成藏的控制作用。然而, 对于沙河街组地层沉积的物源方向、沉积相演化历史及展布规律等研究甚少或精细化程度较低, 尤其是在沉积相、古构造、古地貌三者之间的空间匹配关系方面存在较多争议, 加之文安斜坡沙河街组油气藏地质条件复杂、构造破碎、储层厚度薄且分布零散, 不同沉积砂体间物性、含油气性差异显著, 难以准确寻找有效储层, 导致现有认知难以满足下一步精细勘探要求。

鉴于上述原因, 明确研究区物源方向并精细刻画沉积相成为预测有效砂体分布和提高勘探效率的关键。本文基于地震、岩心、测井等多种地质资料, 通过古地貌恢复和重矿物Q型聚类法, 深入探讨研究区物源方向和沉积相特征, 以期为沙河街组剩余油后期挖潜和高效勘探提供一定的地质依据。

1 区域地质概况

文安斜坡是冀中坳陷东北部次一级构造单元, 西侧与霸县凹陷相接, 东侧为沧县隆起, 南部延伸至饶阳凹陷[13]（图1）, 是古近纪时期不均衡区域断裂活动与盆地基底断裂继承性翘倾共同作用下形成的西断东超箕状单斜构造, 现今为北东-南西走向展布的东抬西倾沉积斜坡[14]。钻井资料显示, 文安斜坡古近系地层发育齐全, 自下向上依次发育孔店组（Ek）、沙河街组（Es）、东营组（Ed）[15]。孔店组地层属于河流、三角洲及冲积扇沉积, 地层厚度介于394~950 m之间, 岩性以红色泥岩、灰色泥岩夹灰色泥灰岩为主, 夹少量杂色砾岩。沙河街组地层主要为河流、三角洲、湖泊沉积, 纵向上分为4段, 岩性整体上以砂泥岩互层为主, 其中沙一下亚段、沙三段、沙四段主要发育富有机质暗色泥岩、油页岩, 是研究区重要的烃源岩, 为油气生成提供了良好基础条件。东营组主要以辫状河沉积为主, 纵向上分为3段, 其中东一段岩性主要为砂岩与紫红色泥岩互层, 东二段主要为紫红色泥岩夹灰白色砂岩, 东三段主要发育辫状河砂岩。东三段及沙二段、沙三段砂岩较为发育, 是研究区重要的油气储集层位。目前, 文安斜坡已在下古生界奥陶系、寒武系海相碳酸盐岩地层以及古近系沙河街组陆相河流相、滩坝相砂岩地层中, 发现了深层潜山油藏、浅层岩性油藏和构造油藏等多类型油气藏, 成为华北油田主要油气产区之一[16]。

图1 冀中坳陷文安斜坡构造位置

2 沙河街组物源判识
2.1 古地貌恢复法物源判识

古地貌是控制盆地后期沉积相发育与分布的主要因素。本研究利用三维地震资料, 在剥蚀厚度恢复和压实校正基础上, 重建了古近系沙河街组沉积前古地貌。研究结果表明, 在沙河街组沉积时期, 文安斜坡东南侧海拔较高, 长期暴露遭受风化剥蚀, 是本区的主要物源区; 西北部牛驼镇凸起的部分物源发生运移并穿过霸县凹陷, 进入文安斜坡西北部沉积, 成为局部的次要物源（图2a）。

图2 文安斜坡古地貌与沙河街组物源判识

2.2 重矿物Q型聚类法物源判识

不同类型的母岩由于其矿物组分不同, 经风化后会产生不同的重矿物组合, 其中ZTR指数（重矿物指数, 即碎屑岩中锆石、电气石和金红石3种矿物占透明重矿物的百分含量）是指示物源的重要指标。对研究区163个重矿物Q型聚类分析表明, 文安斜坡西北、东南两侧发育多个物源, 不同物源体系间重矿物组成差异显著（图2b）。西北部牛驼镇地区磁铁矿和石榴石含量最高, 为“ 磁铁矿+石榴石” 组合, 含少量金红石、电气石、黑云母; 中部地区磁铁矿含量明显减少, 石榴石含量增加, 同时见少量金红石、电气石, 为“ 石榴石+磁铁矿+锆石” 组合; 南部地区锆石含量相对中部地区减少, 但仍以石榴石、磁铁矿、锆石为主, 见少量金红石和电气石, 仍为“ 石榴石+磁铁矿+锆石” 组合; 东南部地区相对西北部牛驼镇地区磁铁矿、石榴石、锆石含量整体相对较高, 且均发育少量金红石、电气石, 整体由东南向西北呈现稳定重矿物逐渐增加的趋势。

已有研究表明, 远离物源区的沉积物在搬运、磨蚀、溶解等作用下, 重矿物组合趋于稳定, 且稳定组分的相对含量逐渐升高, 而不稳定组分含量随之降低, 该现象可间接反映搬运距离, 即搬运距离越大, 重矿物成熟度越高[17]。

由文安斜坡沙河街组重矿物特征直方图（图2b）及沙河街组重矿物指数平面分布图（图2c）可知, 文安斜坡及周边物源区域重矿物指数由50%左右向霸县凹陷中部逐渐增加至70%左右, 其物源主要来源于西北和东南两大方向且存在多个物源输送通道, 这些通道分别由西北、东南方向逐渐向中部霸县凹陷地区推进, 呈分散状态展布。由于沙河街组沉积时期研究区东南部主要发育扇三角洲平原、前缘及滨浅湖相沉积体系, 西北方向主要发育辫状河三角洲平原、前缘沉积体系[12, 13], 东南和西北两大物源、沉积体系的显著差异性导致物源自两侧斜坡、凸起向中间凹陷延伸过程中, 形成了向霸县凹陷中心展布的多个相对独立的次级砂体。另外, 研究区重矿物平面分布与含砂率平面分布特征同样具有良好的负相关性（图2d）, 即距离物源方向越远重矿物指数越高, 含砂率越低, 距离物源方向越近, 重矿物指数越低, 含砂率越高。

3 沙河街组沉积相类型与特征

通过钻井、测井、岩心对比及粒度统计资料, 对研究区沙河街组沉积相类型与特征进行研究, 结果表明：研究区主要发育扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3种沉积相。

3.1 扇三角洲沉积相

扇三角洲沉积相主要发育于沙三段晚期及全部沙二段时期, 该沉积时期西北牛驼镇凸起古地貌地形高差大、坡度陡, 碎屑物沿高地迅速迁移至霸县凹陷, 局部延伸至文安斜坡内, 并形成扇三角洲平原和前缘亚相（图3a）。平原亚相沉积物粒度较细, 岩性以泥岩、砂岩、含砾砂岩为主, 砾石分选差, 呈棱角-次棱角状, 发育较为明显的平行层理或交错层理。前缘亚相又可细分为水下分流河道与分流间湾微相, 其中水下分流河道微相岩性主要为砂岩、砂质泥岩, 底部常见冲刷面及大中型平行层理、板状交错层理、楔状交错层理; 分流间湾微相岩性主要为泥岩, 夹少量粉砂质泥岩, 是洪水期间沉积物从水下分流河道中漫溢沉积形成的, 常见波状层理等。

图3 文安斜坡W 27、S 15井沙河街组沉积特征

3.2 辫状河三角洲沉积相

辫状河三角洲沉积相主要发育于沙一段沉积期, 此时文安斜坡地形平坦、水体较浅, 东侧发育大规模浅水辫状河三角洲, 其中又以平原亚相为主, 前缘亚相次之（图3b）。

辫状河三角洲平原亚相又可细分为分流河道和泛滥平原微相, 其中分流河道微相岩性主要为极细砂岩-细砂岩, 夹少量中-细砂岩及粉砂质泥岩, 底部具起伏不平冲刷面, 其上为0.1~0.4 m的含泥砾滞留层, 泥砾直径1~5 cm, 呈椭球状、片状, 向上变为发育槽状交错层理、板状交错层理、平行层理及单向斜层理, 砂体顶部则为低角度交错层理、波状层理。分流河道微相粒度累积概率曲线呈高斜二段式或典型三段式（图4a）, 表明河道水流能量中等-较强, 水动力条件较稳定, 曲线以递变悬浮段（QR段）为主, 其次为悬浮-滚动段（PQ段）, 反映了以牵引流为主的沉积作用。泛滥平原微相岩性主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩, 夹少量泥岩, 呈薄层状夹于砂岩中, 厚2~5 m, 并发育近水平状纹层理, 且层面上见水流波痕, 剖面上则呈底凸顶平的透镜状。

图4 文安斜坡沙河街组粒度累积概率曲线

辫状河三角洲前缘亚相包括水下分流河道和分流间湾微相, 其中水下分流河道微相岩性主要为细-极细砂岩, 成分成熟度略高于三角洲平原分流河道微相。砂体底部发育冲刷面, 向上逐渐发育平行、波状和低角度交错等多种类型层理微构造, 顶部被分流河道砂体切割, 为下细上粗反粒序, 厚度0.5~4.4 m。该沉积微相粒度累积概率曲线为低斜二段式, 部分为三段式（图4b）, 反映较强和较稳定的水动力条件, 以QR段为主, 水动力较分流河道微相弱。分流间湾微相岩性以泥岩为主, 其中常见块状层理、水平层理以及生物潜穴、生物遗迹构造。

3.3 湖泊沉积相

湖泊沉积相主要发育于沙二段、沙三段沉积期, 其又可细分为滨浅湖泥和滨浅湖砂坝微相（图3a）。滨浅湖泥微相岩性主要为块状泥岩, 泥质不纯, 单层平均厚度4.8 m, 横向分布稳定。

滨浅湖砂坝微相岩性主要为砂质泥岩, 成层性较好, 岩心上见砂纹层理、波状层理和条带状层理, 横向上砂体连续, 单层厚度介于0.2~2 m之间, 是在近物源沉积物供给充分条件下, 湖浪对沉积物簸选、再搬运、再分配形成的。滨浅湖砂坝微相粒度累积概率曲线为一段式（图4c）, 沉积物中细粒悬移颗粒总体含量高, 表明滨浅湖砂坝沉积时期水体能量较低, 是沿湖岸能量相对较高的沿岸流和湖浪等牵引流改造作用的结果。

4 沙河街组沉积特征与演化

沙三段沉积时期, 文安斜坡处于断陷深陷期, 构造活动相对较强, 地形坡度较大, 东西两侧分别发育含泥质的碎屑物和较粗粒的砂砾岩, 物源供给充足。研究区东部在北西向物源和构造沉降差异影响下, 文安斜坡南部苏桥构造带和北部信安镇地区分别发育一个辫状河三角洲朵叶体, 以辫状河三角洲前缘沉积为主, 平原亚相局限在近构造带区域, 如研究区内W 8井附近可见少量辫状河三角洲平原沉积, 且S 8、S 60等井可见辫状河三角洲前缘亚相中的水下分流河道沉积微相。研究区西部物源规模相对较小, 形成短距离延伸的扇三角洲平原与前缘沉积, 后期经湖浪作用对扇三角洲前缘沉积物进行强烈的改造后, 形成了大面积的滨浅湖砂坝沉积体系（图5a）。

图5 文安斜坡沙河街组沉积相展布特征

沙二段沉积时期, 随着断陷抬升, 文安斜坡构造活动减弱、地形坡度减缓, 物源供给也随之减弱。东部辫状河三角洲持续推进并连为一体, 南部苏桥构造带S 34井区及北部信安镇地区可见少量含中粗砂岩的辫状河三角洲平原沉积, 且前缘延伸距离明显增大, 相对于沙三段沉积时期, 研究区西部物源不发育, 仅在岔河集背斜地区见少量滨浅湖砂坝沉积, 随着物源供给减小, 湖盆范围迅速扩张, 滨浅湖沉积由霸县凹陷向西扩大至牛驼镇凸起, 在研究区西部形成连续的滨浅湖泥沉积（图5b）。

沙一段沉积时期, 文安斜坡处于断坳转换末期, 此时东、西部物源供给充足, 东部发育大规模细粒砂泥质辫状河三角洲沉积体系, 向前持续演化发育过程中入湖并形成3个规模不等辫状河三角洲前缘朵叶体, 整体上形成了“ 大平原、小前缘” 的沉积格局, 如S 34、S 8、S 1、S 60等井区均钻遇厚层状水下分流河道砂岩, 河道之间发育大量泥岩。西部则为扇三角洲平原及扇三角洲前缘, 扇三角洲前缘沉积又向前延伸入湖, 此时湖盆面积明显缩小, 局限于霸县凹陷中西部地区（图5c）。

5 结论

（1）古地貌、重矿物分析表明, 文安斜坡沙河街组沉积时期受西陡东缓古地貌特征影响, 发育西北部牛驼镇凸起、文安斜坡东南部两大物源体系, 并沿斜坡多个物源输送通道形成了若干级次砂体。

（2）文安斜坡沙河街组沉积时期主要发育扇三角洲、辫状河三角洲及湖泊3种沉积相, 包括扇三角洲平原、前缘, 辫状河三角洲平原、前缘, 滨浅湖5种沉积亚相, 以及水下分流河道、分流间湾、泛滥平原、滨浅湖泥、滨浅湖砂坝5种沉积微相, 形成了“ 西部扇三角洲、东部辫状河三角洲” 的沉积格局。

（编辑 唐艳军）

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