0 引言

　　牛居地區位于遼河盆地東部凹陷北部，為典型的新生代伸展盆地，蘊含著豐富的油氣資源 [1-2]。

　　該研究區沉積相橫向變化快，垂向上扇體與砂體疊置，使得運用常規地震預測技術預測此類復雜沉積環境面臨重大挑戰，而地震沉積學方法在分析沉積相的橫向和縱向變化方面顯示出獨特優勢，此技術可以清晰地描繪沉積的平面分布特征，為識別和描繪細微沉積相展布提供創新技術手段 [3-4]。地震沉積學主要依據三維地震資料、巖心、地震屬性和地層切片來確定儲層形態、沉積結構及其沉積體系演化 [5]。此學科有效彌補傳統地層學與沉積學在儲層尺度研究方面的不足。目前，地震沉積學已成功應用于三角洲、深水沉積、灘壩、碳酸鹽巖、滑塌濁積扇和重力流等多種沉積環境，為油氣勘探開發提供了新思路和方法 [6]。

　　盡管已有研究聚焦于牛居地區沙河街組三角洲的沉積演化及沉積模式，但目前尚未形成統一的認識。梁旭 [7] 主要將沙河街組三段上層的沉積體系概括為緩坡扇三角洲、陡坡近岸水下扇等，但未對沙三中、下亞段進行詳細解釋。陳松等 [8-9] 的研究集中于牛居地區沙三上亞段的 4 個砂組沉積相預測與砂體劃分，而對其他 2 段的理解還不夠深入。早期階段，研究區的地震資料品質和采集范圍有限，導致這些資料的應用并不廣泛。劉升肥 [10] 利用均方根切片將沙三段劃分為辮狀三角洲與扇三角洲沉積，但其單井分析并未深入沙三段上、中、下 3 個時期，龔思敏 [11] 等人判斷出北部天然氣來自于沙三中、下亞段，進而說明沙三段上、中、下 3 個亞段的重要程度。

　　前人已經對沙河街組三角洲的沉積體系進行了初步研究，但對沙三段的上、中、下 3 個亞段的詳細沉積演化、沉積模式及其對油氣勘探的實際應用仍然缺乏系統性研究。研究區的沉積演化、沉積模式的精細刻畫對于油氣勘探具有重要意義 [12]，尤其是在復雜的地質條件下，準確的沉積模式可以有效提高勘探效率，降低勘探風險。

　　因此，基于前人的研究成果，本文以地震沉積學理論為指導，使用地層切片等技術對沙河街組三段的沉積演化及沉積模式進行深入的分析。描述了其沉積特征及展布規律，建立了沉積模式，完善了沙河街組三段上、中、下 3 個亞段的三角洲沉積模式，為研究區沉積相研究和勘探部署提供了科學依據。

　　1 區域地質概況

　　遼河盆地是中新生代期間形成的一個復雜陸地斷陷盆地，具有新生代大陸裂谷盆地的典型特征。整體為北東向延展的狹長凹陷，南至遼東港，北及頭臺子地區，該區域還經歷過頻繁的火山活動 [11-12]。研究區牛居地區位于遼河東部凹陷的北段 (圖)，總面積約為 400km²。遼河盆地東部凹陷的北段主要受到西側茨東斷層和東側佟二堡斷層的控制，展現出獨特的構造結構特征。在沙河街組沉積時期，該區域經歷了一次快速沉降階段，可容納空間顯著增加，主要沉積物為碎屑巖和火成巖。不同級次的地層層序控制了內部不同的沉積體系細分，層序格架有助于明確各細分層序內部有利儲層發育類型及展布規律 [13-14]，本研究采用經典層序地層學分析方法 [15-18]，以實現更精細和系統化的沉積環境及地層變化分析。

　　在斷陷盆地的層序地層構建初始階段，確定特定地層段的關鍵地層層序界面至關重要，這通常通過地震資料、測井數據和巖心樣本實現。這些界面包括不整合面、最大湖泛面、初次湖泛面等，明確劃定層序的界限，在地震、測井、巖石類型和沉積相組合方面呈現出顯著差異。這些特征的綜合響應是識別層序界面的關鍵。沙河街組的沉積序列中，包含了 3 個區域性的層序邊界界面 SB1、SB2 和 SB3 ，以及 3 個三級層序界面 (同為 SB1、SB2 和 SB3)，以及 3 個三級層序界面 (同為 SB1、SB2 和 SB3)，被劃分為 2 個三級層序 SQ1 和 SQ2，分別對應沙三段和沙一、二段。在 SQ1 層序中，特別是在沙三上亞段期間，該時期充填作用加強，斷裂活動較弱 [19-20]，研究區成為沉積中心，地層厚度較大，主要表現為高位域系域。在沙三中亞段期間，沉積中心遷移，地層厚度保持較大，層序構型主要是湖侵體系域。而在沙三下亞段期間，由于位于邊界斷層的活躍期，地層受斷層影響顯著，厚度中等，層序構型表現為低位域系域。

　　2 沉積相特征

　　巖石相及其沉積構造反映了相應的沉積過程和沉積環境 [12-15,21-23]。基于巖心和測井資料分析，對牛居地區沙河街組的沉積特性進行的綜合研究結果表明，沙河街組的沉積相分為扇三角洲、辮狀河三角洲和湖相。扇三角洲沉積同樣細分為扇三角洲內前緣亞相和扇三角洲外前緣亞相，辮狀河三角洲分為辮狀河三角洲外前緣和辮狀河三角洲內前緣 2 個亞相，而湖相則主要為淺湖亞相。

　　2.1 扇三角洲

　　扇三角洲在沙三段下亞段發育，巖性較粗、厚度較大且分選磨圓性差，具有重力流的沉積特征，有槽狀交錯層，塊狀層理 ，巖性可見細砂巖、黑色或灰綠色泥巖。測井曲線通常表現為低幅的齒形直線。粒度累計概率曲線顯示出拱式和近一段式的特征。

　　2.1.1 扇三角洲內前緣

　　扇三角洲內前緣巖性變化豐富，包括含礫砂巖、不等粒砂巖、粉砂巖、砂巖和泥巖，粒度粗于外前緣。這些巖層中可見由重力流引起的構造特征，如沖刷面等。測井曲線顯示中等自然電位幅度，漏斗形 - 箱形曲線的電位變化組合常見于此類巖石中。

　　2.1.2 扇三角洲外前緣

　　扇三角洲外前緣位于正常浪基面之間，遠離物源區，牽引流作用較弱，而湖浪改造作用較強。這里整體粒度略細于內前緣，垂直剖面上頂部可見明顯的細砂巖與砂巖互層，底部為粉砂質泥巖和泥質粉砂巖。

　　2.2 辮狀河三角洲

　　在沙三中亞段沉積時期，湖平面逐漸擴大，至沙三上段達到最高點。此時，東西兩側的物源通過河流系統向水體推進，形成以牽引流為主導的辮狀河三角洲。其顯著特征包括平行層理和沖刷面構造，局部可見板狀交錯層理。沉積物主要由跳躍組分組成，次之是懸浮組分，而滾動組分少量存在。巖性較細且均勻，整體表現為正韻律，其巖性包括粉砂、粉砂質泥巖、細砂巖和深灰色泥巖。泥砂互層在沙三中亞段和沙三上亞段分布。

　　2.2.1 辮狀河三角洲內前緣

　　辮狀河三角洲內前緣的粒度較粗，主要為快速沉降和堆積期。整體巖性相比外前緣較粗此處可見粉砂巖和細砂巖，局部可見沖刷構造，沙三中亞段下部有粉砂巖和泥巖互層，部分夾有細砂巖，在沙三上亞段則有大量細砂巖、粉砂巖和泥巖互層。

　　2.2.2 辮狀河三角洲外前緣

　　辮狀河三角洲外前緣的沉積特征為粒度相對較細，反映水流擴散并遠離河口時的細化過程。沙三中亞段主要有大量泥巖，其中夾雜有泥質粉砂巖和粉砂質泥巖，同時也出現成層的細砂巖。沙三上亞段底部常見粉砂巖和泥巖的互層，其中粉砂巖層顯示熒光，指示外前緣儲層同樣具有良好油氣潛力 [11]。

　　2.3 湖泊相

　　湖泊相的沉積主要分布在洼槽區，這些區域沉積地形較低，所以粒度通常較細。研究區的水體相對較淺，主要發育淺湖亞相。屬于還原環境或弱還原環境，主要沉積大量的泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖、泥巖互層及少量含礫不等粒砂巖。

　　3 地震沉積學應用

　　牛居地區的沙河街組三段勘探程度較低，主要歸因于深層鉆探點數量有限和地震資料精度不足。依賴單一鉆井數據時，區域性沉積相的有效劃分和精細描述變得困難。

　　為提高地震資料分辨率，常對數據進行子波零相位化處理，但在薄砂層多、儲層連續性差的陸相沉積地區，效果有限。為解決這一問題，采用 90° 相位轉換方法，將反射波主瓣調整至薄層中心，以恢復儲層反射的均勻對稱性。本文在牛居地區應用 90° 相位轉換技術，模擬結果顯示其在巖性體刻畫方面具有更高的敏感性和精確性，優勢包括子波旁瓣影響小、波峰與巖性體對應、更好區分砂體疊置現象及更高刻畫精度。

　　3.1 分頻解釋與地層切片的制作

　　頻譜分解技術通過將地震信號分解成不同頻率的組成部分實現，有效利用高頻成分對薄層的敏感性和低頻成分對厚層的敏感性 [16-18]。該技術能夠識別地震數據中的局部巖性特征，如河道砂體。

　　首先，需要將已知點的地震頻率數據進行初步提取，分析其沉積相與巖石排列組合所對應的頻率范圍，然后使用 S 轉變 (S-transfer)[18] 進行更深入的分析。這種方法特別適用于結構和巖性變化頻繁的區域。現將研究區沙三段進行分頻解釋，選取反應頻率較為明顯的頻率層段進行對比，分析結果表明，研究區辮狀河三角洲扇體主要發育在 35 Hz 頻率范圍，其振幅主要反映粉砂巖和粉砂質泥巖;扇三角洲則主要發育在 30 Hz 頻率范圍，其振幅主要反映含礫砂巖和細砂巖。

　　牛居地區沙三段 3 個亞段的研究表明，地震屬性分析技術在描繪儲層和沉積相方面非常精確。基于 90° 相位的地震資料，均方根振幅 [8] 等地震屬性能有效反映研究區沉積相的分布范圍和邊界。此技術的應用不僅提高沉積相解釋的準確性，也增強對沉積環境和演變的理解。

　　考慮到沙河街組地層在南北向具有連續分布且垂直厚度較大，并且其良好的連續性和地震軸的平行性，本文選用振幅強、連續性好的沙河街組層序界面作為參考層。在三級層序分析中，采用 1 ms 的時間間隔并結合均方根振幅，制作了 120 張地層切片。本文選取最具代表性的 6 張地層切片來說明沙河街組三段上、中、下 3 個亞段位于不同體系域的沉積相分布。

　　3.2 典型地層切片及沉積相分析

　　沙三下亞段時期：分別展示了分頻切片和均方根切片的結果，這些切片顯示東部紅色區域較為明顯，尤其是均方根切片中東部地區有明顯的高值區域，巖心觀察表明，該區域主要發育細砂巖，夾雜有深灰色和灰綠色泥巖，底部有砂礫巖出現，分選性較差，考慮到東高西低的地質背景，推斷沙三段早期為初始沉降期，物源主要來自東側山坡，這一時期湖盆面積最小，主要發育扇三角洲前緣。

　　沙三中亞段時期：展示出這一時期沉積從東部物源區向中部逐漸擴展，西部也出現物源輸入，均方根切片顯示大量紅色至黃色高能量區域，頻率切片顯示中部地區的能量逐漸增強，而東部地區反應相對較弱，這期間湖盆面積逐漸擴大。巖心分析表明主要發育具有較強分選性的細砂巖和砂巖，因此，該時期主要發育辮狀河三角洲前緣。

　　沙三上亞段時期：在這一時期西部的能量增高，東北部能量保持，整體上呈現出從兩側向中心的持續輸出模式，均方根切片揭示西北方向振幅較高，形成高能量區，表明顯著的雙物源輸入，在沙三上亞段時期，斷裂活動強度降低，沉積物充填作用變得顯著，巖心顯示大量的粉砂巖與泥巖互層，以及細砂巖與泥巖互層，在東西兩側主要發育前緣相帶，沙三上亞段時期砂巖儲層廣泛發育，兩側物源扇體的前緣在沙三段中亞段至下亞段期尚未發生疊置，但到沙三上亞段時期，發生疊置，形成滿凹富砂的狀態。

　　4 沉積演化及沉積模式

　　4.1 重礦物

　　研究區內沙河街組三段的重礦物組成有鋯石、電氣石、金紅石、石榴子石、鈦磁鐵礦、白鈦石、十字石、綠泥石等。東側物源可見十字石，西側物源不可見，進而可推斷出東西為 2 套不同物源，其整體 ZTR 指數 (該指數用來評價砂巖重礦物組合的礦物成熟度) 顯示出從東西兩側向中心增大的趨勢，整體為東西低、中心高，從而可以判斷出沉積物的物源方向與物源區位置。

　　4.2 沉積演化及沉積模式

　　在沙河街組 SQ1 沉積時期，物源供給來自東西兩側。低位體系域時，以東側物源為主，主要發育扇三角洲和湖相，此時湖相面積最小。湖侵體系域期間，東西兩側均提供物源，形成扇三角洲，湖盆面積逐步增大。進入高位體系域時，湖相面積達到最大，東西兩側的辮狀河三角洲持續發育。結合物源供給和湖平面變化，為遼河盆地北部牛居地區沙河街組三段建立沉積模式。

　　(1) 扇三角洲 - 湖泊沉積模式。早期物源供給主要單一，源自東側。低位體系域時期，研究區主要發育含礫砂巖和泥巖的大套互層，其巖性以含礫砂巖、細砂巖和泥巖為主，分選性較差。研究區主要形成扇三角洲的內前緣和外前緣，東側作為主要的物源供給區，此時湖盆面積達到最小。

　　(2) 辮狀河三角洲 - 湖泊模式。湖平面上升期間，湖侵時期主要發育大量泥巖和泥巖砂巖互層。這一時期以粉砂巖作為主要巖性，泥巖在東部凹陷北部成為主要的生油巖。東側持續作為主要物源供給地，東西兩側均發育辮狀河三角洲。靠近物源的部分粒度較細，形成辮狀河三角洲內前緣，外側粒度較粗，構成辮狀河三角洲外前緣。整體上呈現從兩側向中心的發育模式，湖面的面積相對擴大，而砂體面積相對縮小。

　　在高位體系域時期，主要發育細砂巖和粉砂巖，出現大量粉砂巖和泥巖的互層段。此時湖泊面積達到最大，斷裂活動減弱，沉積物充填作用加強，水體變淺。東西兩側的辮狀河三角洲相互連接，主要發育粉砂巖和砂巖，同時包含大量泥巖。物源主要源自頭臺子西側，并沿洼陷軸部向南延伸至媽媽街斷層附近。在這一時期，物源主要集中在西側，東西兩側物源扇體的前緣相互疊置，形成一個滿凹富砂的狀態。

　　5 結論

　　(1) 通過測井資料和巖心觀察識別出 3種沉積相及 5 種亞相，沙河街組的沉積相分為辮狀河三角洲、扇三角洲和湖相，分別具有獨特的沉積特征。辮狀河三角洲分為辮狀河三角洲外前緣和辮狀河三角洲內前緣 2 個亞相，扇三角洲沉積同樣細分為扇三角洲內前緣和扇三角洲外前緣亞相，而湖相則主要為淺湖亞相。

　　(2) 基于地震沉積學的綜合應用，識別辮狀河三角洲扇體發育在 35Hz 頻率范圍，粉砂巖和粉砂質泥巖為主要巖性;扇三角洲主要發育在 30Hz 頻率范圍，以含礫砂巖和細砂巖為主。并由均方根振幅切片技術成功精細刻畫其相邊界，通過地層切片技術，能夠識別出明顯的振幅變化從而說明不同三角洲體系的變化，從而完善了對于沙河街組三段的整體認識。

　　(3) 研究區沙河街組三段主要發育扇三角洲 - 湖泊沉積模式和辮狀河三角洲 - 湖泊模式，在早期 (LST) 階段，研究區沙河街組三段沉積模式主要是扇三角洲 - 湖泊沉積模式。隨著湖平面的上升，中期 (TST) 階段發育辮狀河三角洲 - 湖泊模式。晚期 (HST) 階段，兩側物源持續輸入，東西辮狀河三角洲交匯形成滿凹富砂狀態，可形成良好油氣儲層。

黃博陶;張云峰;于訓濤;陳懷毅,東北石油大學地球科學學院;中海石油 (中國) 有限公司天津分公司渤海石油研究院,202504