陆相断陷盆地基准面调控下的古地貌要素耦合控砂机制

2023年12月28日发(作者：白色身影)

陆相断陷盆地基准面调控下的古地貌要素耦合控砂机制

董桂玉;何幼斌

【摘 要】针对陆相断陷盆地砂体分布规律的复杂性,提出一种立足于整个“物源-搬运-沉积”过程的基准面调控下物源体系、沟谷体系、坡折体系3大古地貌要素耦合的砂体预测方法.该控砂机制以基准面为杠杆,以靠近湖盆边缘的平衡位置为支撑点,以古地貌要素为研究对象,强调动态因素调控静态因素,并充分考虑了流态转换和砂体成因.古地貌要素耦合方式理论上有8种,分别对应最差至最优的不同耦合沉积效应.在基准面升降过程中“跷跷板”效应的影响下,陆相断陷盆地中古地貌要素的耦合方式发生改变,导致砂体的成因、迁移方式和沉积环境等显著变化,进而控制砂体的分布规律.在该控砂机制指导下,分析了苏北盆地高邮凹陷和北部湾盆地涠西南凹陷的砂体发育规律,取得了良好的砂体预测效果,验证了控砂机制的有效性和实用性.

【期刊名称】《石油勘探与开发》

【年(卷),期】2016(043)004

【总页数】11页(P529-539)

【关键词】陆相断陷盆地;基准面;古地貌;合方式;控砂机制;苏北盆地;北部湾盆地

【作 者】董桂玉;何幼斌

【作者单位】华北理工大学矿业工程学院;长江大学地球科学学院

【正文语种】中 文

【中图分类】TE122.2

目前陆相复杂断陷盆地的控砂机理主要体现在古地貌控砂（包括沟谷控砂、坡折带控砂）和层序控砂两方面。古地貌控砂方面，国外以Normark W R和Nardin T

R等人关于古地貌控制下的深水扇研究成果为代表[1-2]，国内自从胜利油田在20世纪90年代提出了利用沟-扇对应关系找砂砾岩体的勘探思路，涌现出一批古地貌控砂理论[3-13]。在层序控砂方面，随着Cross倡导的高分辨率层序地层学理论[14]的引入，国内掀起了陆相层序控砂研究的热潮[15-21]。无论是古地貌控砂理论还是层序控砂机制，在油田勘探开发实践中均起到了重要指导作用。

但陆相断陷盆地由于断裂系统发育、多物源供给、相带复杂，砂体分布范围广且类型繁多，既有牵引流成因又有重力流成因，从而导致陆相断陷盆地砂体展布规律尤为复杂。此外，层序界面附近不一定砂体富集，砂体的发育趋势未必与基准面升降步调一致；沟谷发育的坡折带下方未必一定是砂质扇体，而往往为大规模的泥质扇体，甚至缺乏扇体，反而缺乏明显沟谷体系的坡折带下方发育一定规模的沉积体；各类沉积体也不一定全为规则扇体，在平面上往往呈不规则、连续或不连续的舌形体分布。上述复杂情况的出现，给古地貌和层序控砂机理带来了挑战，甚至对两种控砂机理产生了质疑。回顾以往研究，针对某一陆相断陷盆地或凹陷，往往强调物源体系、沟谷体系、坡折体系和基准面旋回中的一个或几个因素对相带或砂体的控制作用，很少将这4种因素结合起来考虑，随着“源-汇”时空耦合控砂原理的提出[22]，突破了陆相复杂断陷盆地砂体分布规律预测方面的瓶颈。“源-汇”时空耦合控砂原理强调的是，在一个复杂的陆相断陷盆地中，一个完整的源-汇系统包括山地、沟谷、坡折、湖盆4大地貌要素，要在复杂的陆相断陷盆地找到砂岩富集区，必须找到一个完整的“源-汇”时空耦合系统[22]。但是笔者在近几年的实际研究过程中发现，在很多沟谷体系不发育的地区，往往也会形成成因复杂的砂体富集区，并具有相当规模，尤其是在构造活跃期，此类地质现象更为明显，常伴生大量风暴岩和震积岩等事件性沉积作用的产物。

在借鉴前人研究成果的基础上，基于质能守恒定律，结合“源-汇”时空耦合控砂理念和Shanmugam G的沉积物重力流理论及砂质碎屑流分布模式[23-24]，提出基准面调控下的古地貌要素耦合的陆相复杂断陷盆地控砂机制。此控砂机制是以基准面为杠杆，以靠近湖盆边缘的平衡位置（沉积过路状态）为支撑点，以古地貌要素为研究对象，立足于整个“源区-搬运-沉积”过程的物源体系（梁）+沟谷体系（沟）+坡折体系（坡）3大古地貌要素耦合的陆相断陷盆地砂体预测技术（见图1）。此控砂机制不仅强调多因素在时空上有效配置，还强调动态因素调控静态因素，并充分考虑流态转换和砂体成因等影响因素。

在陆相复杂断陷盆地中，古地貌对沉积砂体分布起重要的控制作用。表征古地貌的要素分为2类，一类是与古地貌属性相关的要素，包括厚度和古水深等；另一类是与古地貌特征相关的要素，包括物源、沟谷、隆起、坡折带和凹陷等。古地貌要素（尤指物源、沟谷和坡折带）对砂体分布的影响十分明显，物源区的继承性、供给方式和母岩性质直接影响沉积砂体的规模和岩石类型；沟谷除了起输砂通道作用外，通常还是砂体优先充填的部位；坡折带对砂体主要起到分异和聚集作用，即前人提出的“断坡控砂”理论[7-8]。

陆相断陷盆地古地貌要素耦合具体体现在物源体系（梁）、沟谷体系（沟）和坡折体系（坡）各自发育程度的8种耦合方式（见表1）。其中，物源的有效性直接影响耦合控砂结果，当“梁”差时，耦合结果为最差—较差，仅在局部地区存在少量牵引流成因砂体和块体-沉积物重力流砂体；当存在有效物源供给时，耦合结果为较优—最优（“沟”差、“坡”差时除外），尤其是“梁”、“沟”、“坡”均优的组合，充分体现出“源-汇”时空耦合控砂理念。

此外，“梁”优 +“沟”优 +“坡”差组合相当于“梁”优 +“沟”优两要素耦合，沉积物也可被搬运较远距离，沉积砂体多为牵引流和部分洪水重力流成因，在陆相断陷湖盆的缓坡地带常见此耦合效应下大规模展布的各类三角洲朵叶体。需要

特别注意的是，“梁”优 +“沟”差 +“坡”优组合在很大程度上等同于“梁”优 +“坡”优两要素耦合，由于砂体自身重力或受外界激发因素（地震、风暴等）影响，在坡脚及较近距离范围内可发育大量块体-沉积物重力流成因砂体，这在岩性地层油气藏勘探中非常重要，也是与“源-汇”时空耦合控砂思想最大的不同之处。

上述古地貌要素耦合的控砂效应在国内外沉积物理模拟实验中得到了有效佐证。

①“梁”差 +“沟”差 +“坡”差耦合。文沾等开展的低缓斜坡（约2.2°）背景下辫状河三角洲沉积模拟实验中，认为枯水期因水流较弱，河道具有变浅变窄的消亡趋势，仅出现细粒沉积[25]。

②“梁”差 +“沟”差 +“坡”优耦合。刘忠保等在沉积物重力流砂体形成与分布的沉积模拟实验中证实[26]，沉积物重力再搬运形成重力流时需要保证作块体运动下滑所需的黏度，即块体滑动所需的碎屑物质必须含有一定的泥质，如果泥质含量高于15%，处于较陡沟谷不发育的斜坡上，在受到外力（如震动、风暴等）的强烈作用时，少量泥质沉积物发生滑塌，在坡脚附近形成重力流成因的泥质不规则体。

③“梁”差 +“沟”优 +“坡”差耦合、“梁”差 +“沟”优 +“坡”优耦合。王俊辉等开展的低缓斜坡背景下三角洲沉积的物理模拟实验表明[27]，在水流流量和泥沙输入量可变的条件下，三角洲生长是多次侵蚀与沉积交替的结果，其中枯水期由于含沙量小、水量小，河道发育少且稳定，侵蚀作用大于沉积作用，表现为“削高填低”，河道变深，河流自身携带以及侵蚀的少量沉积物在河口处沉积，如果流量过小，能量过弱，则在先期河道的局部出现“沟”的优先充填效应。

先期在河口处的少量沉积物，如果存在发育良好的“坡”，由于斜坡高部位的砂质沉积物黏性小、稳定性较差，在外力强烈作用下，砂质沉积物发生滑塌，在坡脚附近形成少量块体-重力流砂体[26]。张春生等针对扇三角洲形成过程及演变规律的

沉积模拟实验证明，随着洪水期过渡到枯水期，可以由重力流沉积转换为牵引流沉积，尤其是在枯水期，仅出现少量牵引流成因细粒砂体沉积[28]。

④“梁”优 +“沟”差 +“坡”差耦合。王颖等通过沉积物理模拟实验发现[29]，重力流滑动的临界坡度为0.1°，滑动时坡度不是关键因素，决定重力流滑动距离和范围的是坡折的形态。刘忠保等通过沉积模拟实验发现，洪水型重力流的形成不需要较大的高差和较陡的坡度，临界坡度预计在2°～3°[30]。证实在“梁”优

+“沟”差 +“坡”差耦合中可存在少量洪水型重力流砂体，此种沉积效应的必要前提是存在有效物源供给。刘忠保等开展的沉积模拟实验证明，泥质含量对重力流的形成和发育非常重要[26]，当泥质含量低于10%时为牵引流沉积，并形成一定规模的片流沉积。

⑤“梁”优 +“沟”差 +“坡”优耦合。鄢继华等、张关龙等针对三角洲前缘滑塌体开展了一系列沉积模拟实验[31-33]，证明了三角洲前缘存在无触发机制的天然重力流滑塌、地震和波浪诱发的滑塌等类型，进一步佐证了只要存在充足的物源供应和一定规模的坡折带，即“梁”优 +“坡”优耦合，会在坡脚及附近发育大量块体-沉积物重力流砂体，深水区也可能发育少量沉积物重力流砂体。结合“梁”优 +“沟”差 +“坡”差耦合结果，随着水流强度和泥质含量的降低，发育部分牵引流沉积。刘忠保等针对砂质碎屑流沉积模拟实验的结果表明，在沟谷体系不发育的情况下，砂质碎屑流大部分聚集在斜坡中下部及坡脚地带，并没有直接进入湖底平原[30]。

⑥“梁”优 +“沟”优 +“坡”差耦合。刘忠保等、刘锐娥等、朱永进等针对宽缓斜坡背景下的浅水三角洲开展的沉积模拟实验佐证了陆相断陷盆地缓坡带大面积牵引流成因砂体的分布机理[34-36]。即便在坡折带发育不佳的低坡度背景下（即“坡”差），只要具有充足的物源供给和数量众多的沟谷体系（即“梁”优

+“沟”优），沉积物也会顺缓坡被搬运较远距离，呈较大面积分布，但缺乏流态

转换的平台，砂体多为牵引流成因，只发育少量洪水重力流砂体。王俊辉等开展的低坡度背景下三角洲沉积的物理模拟实验结果也表明[27]，在三角洲生长过程中，洪水期由于含沙量大、河道迁移迅速，侵蚀作用小于沉积作用，表现为“填低补平”，有助于三角洲的整体均匀推进及垂向加厚。

⑦“梁”优 +“沟”优 +“坡”优耦合。张春生等、鄢继华等分别针对扇三角洲开展了沉积模拟实验[28,37]，证明在该耦合效应下，扇三角洲的形成是突发性洪流与常态水流交替作用的结果，洪水期以碎屑流或泥石流沉积为主，平水期以牵引流沉积为主，在湖平面下降期间，随着物源供给的增加，沟谷体系中的水流及其携带的大量碎屑物质几乎全部被搬运到扇体前端，大大增加了扇体叠合体的分布范围。刘晖等针对沉积坡折带控砂的沉积模拟实验结果证明[38]，低水位时期，该耦合效应控制了下切河谷-低位三角洲体系的发育。刘忠保等针对砂质碎屑流的沉积模拟实验结果表明[30]，随着斜坡带深切谷开始发育，水流集中，在该耦合效应作用下，斜坡带中下部堆积的沉积物被带往湖区，导致湖区中碎屑流砂体规模越来越大，并沿深切谷水流延伸方向呈朵状向湖底平原展布。

此外，在“梁”优 +“沟”优 +“坡”优耦合效应的影响下，其他几种古地貌要素耦合的沉积效应最优方面都能充分体现出来，从而呈现出各种成因砂体广泛分布及不同期次砂体相互叠加的局面。

基准面（指一种非物理面，假想势能面）的升降状态及过程与沉积动力学存在着极其密切的关系[17-18]。基准面变化会影响物源区规模和物源供给方式、断槽及断沟的输砂和充填效应、构造坡折带对砂体的分异与聚集作用。因此在基准面的升降过程中，研究古地貌要素耦合的控砂效应，可以比较准确地预测砂体分布规律。

结合盆山耦合思想，以基准面为杠杆（“跷跷板”），以靠近湖盆边缘的平衡位置为支撑点（“跷跷板”支点），以造山带（物源区）和沉积盆地为杠杆两端元，以古地貌要素为研究对象，构建起“跷跷板”系统。

基准面下降期间，非物理面（基准面）与物理面（古地貌）的交点作为支撑点，其平衡位置向湖盆迁移，母岩物源区和再侵蚀的沉积物补给区大面积向湖盆方向扩展，母岩物源区一侧的“力臂”长度增加，由于物源区的“加重”而导致“跷跷板”失衡，若再次达到相对平衡位置，母岩物源区和冲积相沉积区必然遭受广泛的侵蚀。由于沟谷体系的落差和下蚀力逐渐增大，导致下切河谷发育，且具有向湖盆内进一步伸展的趋势。因构造运动而产生的各类坡折带或断槽、断沟无论分布在支撑点哪一侧，皆主要起输送通道作用，从而导致湖盆内外，“梁”、“沟”、“坡”耦合控砂效应逐渐变优，沉积砂体向湖盆内大量迁移，当基准面下降到接近最低点位置时，湖盆边缘基本处于补偿—过补偿沉积环境，沉积砂体甚至可到达湖盆中央区域（见图2）。基于能量守恒原理和流态转化原理，坡折带处的水携砂质沉积物除由于势能-动能的转换而促使流速增加外，还可转换为洪水型沉积物重力流，但由于水动力条件过强，往往会抵消坡折带的“断坡控砂”效应；由于自身重力失衡或外界激发，湖盆内沉积速率过高的地区可出现规模可观的“梁”优 +“坡”优耦合效应下的块体-沉积物重力流砂体。

此时期，在“跷跷板”效应的影响下，陆上冲积相沉积区多遭受剥蚀，规模较小，湖盆边缘宽缓的缓坡地带，由于“梁”、“沟”有逐渐变好的趋势，虽然缓坡坡折带发育程度较低，但局部地区受构造运动影响坡折带也较发育，整体上处在“梁”优 +“沟”优 +“坡”差和“梁”优 +“沟”优 +“坡”优的耦合效应下，导致浅水（辫状河）三角洲朵叶体的发育范围逐渐扩大，牵引流砂体占绝对主导地位，由于自身重力失衡或外界激发，三角洲前缘前端、前三角洲和滨浅湖中可发育“梁”优 +“坡”优耦合效应下的块体-沉积物重力流砂体，砂体达到一定规模后可形成斜坡扇（含不规则体和规则扇）或滑塌型湖底扇（含不规则体和规则扇）；湖盆边缘狭窄的陡坡地带，由于“梁”优 +“沟”优 +“坡”优的耦合效应导致扇三角洲、近岸水下冲积扇和洪水型的近岸水下扇（含不规则体和规则扇）发育，朵叶体

规模较大。综合湖盆边缘相带发育类型和沉积砂体的延伸程度，湖盆中央可被各类三角洲前缘砂体和一定规模的湖底扇（含不规则体和规则扇）所充填。

基准面上升期间，支撑点向陆地一侧迁移，母岩区和再侵蚀的沉积物补给区大面积向陆地一侧退缩，母岩源区一侧的“力臂”长度减小，由于物源区的“失重”而导致“跷跷板”失衡，若再次达到相对平衡位置，再侵蚀的沉积物补给区则演变为沉积区，主要被冲积相沉积区的砂砾岩体和上超的细粒砂体或泥质岩类所充填。此时期，由于沟谷体系的落差和下蚀力逐渐减小，沟谷体系中的下切河谷的发育程度有所降低，支撑点向湖盆一侧因构造运动而产生的各类坡折带或断槽、断沟皆主要显现坡脚聚集或沟谷优先充填效应或细化作用，输砂能力较差，从而导致湖盆内“梁”、“沟”、“坡”耦合控砂效应逐渐变差，较粗粒砂体主要被截留在陆地冲积相沉积区和湖盆边缘，可被搬运至湖盆内的沉积砂体数量减少，粒度变细，当基准面上升到接近最高点位置时，湖盆内基本处于弱补偿—欠补偿沉积状态（见图3），最终直至支撑点消失，“跷跷板”效应暂时停止。考虑到构造活动和底床摩擦力减小的影响，先期或同期沉积物（岩）在“梁”优+“坡”优（此“梁”为湖盆边缘各类沉积体）的耦合效应下，湖盆边缘尤其是陡坡地带由于明显的“水力跃迁”可存在规模可观的块体-沉积物重力流砂体。

此时期，在“跷跷板”效应的影响下，陆上冲积相沉积区规模较大，湖盆边缘宽缓的缓坡地带由于“梁”（特指母岩区）、“沟”有逐渐变差的趋势，加上缓坡坡折带的发育程度整体上较低，导致“梁”+“沟”+“坡”的耦合沉积效应逐渐变差，浅水（辫状河）三角洲朵叶体逐渐萎缩，由于水流作用的减弱及波浪、湖流等因素的增强，局部地区可见滨浅湖滩坝，由于受底床摩擦力减小的影响，可抵消部分砂体退积的影响，在自身重力失衡或在外界激发条件的影响下，三角洲前缘前端、前三角洲和滨浅湖中可出现大量“梁”优 +“坡”优（此处的“梁”为三角洲前缘本身，“坡”多为沉积坡折带和部分构造坡折带）耦合效应下的块体-沉积物重力

流砂体，形成较大规模的滑塌型湖底扇（含不规则体和规则扇）或斜坡扇（含不规则体和规则扇）和部分重力流沟道；湖盆边缘狭窄的陡坡地带，虽然“梁”（特指母岩区）有逐渐变差的趋势，但叠合“跷跷板”效应，陡坡地带的扇三角洲、近岸水下冲积扇朵叶体规模缩减并不明显，并在“梁”优 +“坡”优（此处“梁”为近岸冲积扇和扇三角洲沉积朵叶体）的耦合效应、底床摩擦力减小和“水力跃迁”的共同影响下，滑塌型近岸水下扇（含不规则体和规则扇）和带供给水道的湖底扇及部分重力流沟道发育，朵叶体规模较大。综合湖盆边缘相带发育类型和沉积砂体的延伸程度，湖盆中央可被规模可观的滑塌型湖底扇（含不规则体和规则扇）及部分重力流沟道所充填。

考虑到陆相断陷盆地相带分布的复杂性，缓坡也可以发育扇三角洲，同样在陡坡带也可出现各类细粒三角洲，其控砂内涵与上述相同。

4.1 苏北盆地高邮凹陷的控砂模式

高邮凹陷在构造上位于苏北盆地东台坳陷中部，古近系戴南组沉积时期为陆相复杂断陷盆地，断裂将凹陷由北向南切割成北部斜坡带、中央深凹带和南部断阶带3个次一级构造单元。沉积相类型主要有曲流河三角洲、辫状河三角洲、扇三角洲、近岸水下冲积扇、湖底扇和湖泊等[39]。高邮凹陷戴南组砂体既有牵引流成因又有沉积物重力流成因（包括滑坡堆积物、砂质碎屑流和浊流等），此外还受古风暴、古地震和古生物活动等因素的影响，造就了砂体成因的复杂性和类型的多样性，牵引流成因的砂体可分布在各个沉积环境中，但重力流成因的砂体分布则具有一定不均匀性，尤其以扇三角洲、近岸水下冲积扇、近岸水下扇和湖底扇最为典型[39]。凹陷内不同尺度、产状和规模的断层纵横交错、互相叠置，使得古地貌要素耦合效应复杂多变。高邮凹陷戴南组划分为两个长期基准面旋回，本文结合其中一个长期基准面的升降过程来论述古地貌要素耦合效应下砂体分布规律。

4.1.1 基准面上升期间耦合效应下的砂体分布规律

北部斜坡带周缘物源区母岩类型以变质岩和火成岩为主，为有效物源，但粒度偏细；沟谷体系主要以小—中型下切河谷为主，断槽数量较少且规模小；坡折带除中部地区外数量少、规模较小，在剖面上多呈顺—正向断阶型，平面上多为平行—亚平行状；牵引流成因砂体缺乏明显的流态转换（见图4）。随着超长期基准面上升，“梁”、“沟”有逐渐变差的趋势，导致“梁”+“沟”+“坡”的耦合沉积效应逐渐变差，不同地区的三角洲朵叶体逐渐萎缩，甚至在东部地区消亡。但北斜坡中部地区距离柘垛低凸起物源区相对较近且坡折带较其他地区发育，“梁”+“沟”+“坡”的耦合结果好于北斜坡东部和西部地区，导致中部地区的辫状河三角洲朵叶体明显较东、西部地区发育。利用基准面调控下的古地貌要素耦合控砂机理判定，永安北部地区辫状河三角洲前缘砂体有进一步向其前端延伸的可能，并跨过汉留断层。

南部陡坡带周缘物源区母岩类型同样以变质岩和火成岩为主，由于至物源区距离较北斜坡近，粒度较粗；沟谷体系以小—中型下切河谷和断槽为主，并发育一条控砂断裂调节带；坡折带发育且类型丰富，在剖面上多呈顺—正向断阶型，平面上呈平行—亚平行状、交叉状、帚状和梳状；砂体成因复杂，既有牵引流成因也有块体-沉积物重力流成因，流态转换和“水力跃迁”效应明显（见图4）。随着超长期基准面上升，“梁”、“沟”有逐渐变差的趋势，导致“梁”+“沟”+“坡”的耦合沉积效应逐渐变差，但叠合“跷跷板”效应，南部陡坡带的扇三角洲和近岸水下冲积扇的扇体规模虽有缩减但并不明显，其中真武—曹庄地区处于真武断裂调节带附近，富民南部地区断槽和下切河谷较发育，两个地区的“梁”+“沟”+“坡”耦合结果优于陡坡带其他地区，扇三角洲朵叶体规模较大。利用基准面调控下的古地貌要素耦合控砂机理判定真武—曹庄地区的扇三角洲前缘砂体向靠近邵伯次凹一侧延伸的可能性大，富民地区的扇三角洲前缘砂体则可向樊川次凹和刘五舍次凹两侧延伸，周庄北部地区的扇三角洲前缘砂体可向花家庄南

部和周庄中部延伸。

中央深凹带北侧汉留断层附近和南部陡坡带由于受底床摩擦力减小的影响，可抵消部分砂体退积的影响，在自身重力失衡或外界激发条件影响下，北斜坡三角洲前缘砂体和南部陡坡带扇三角洲前缘及近岸水下冲积扇扇端砂砾岩体可提供充足的物源供给，处于“梁”优 +“坡”优和局部“梁”优 +“沟”优 +“坡”优耦合效应下，导致深凹带内发育较大规模的滑塌型湖底“扇”，且有逐渐增多的趋势。

4.1.2 基准面下降期间耦合效应下的砂体分布规律

北部斜坡带周缘物源区母岩类型以火成岩为主，存在部分变质岩，砂体粒度较粗；沟谷体系主要以中—大型下切河谷为主，断槽数量较少；顺—正向断阶型坡折带发育（西部地区除外），平面上多为平行—亚平行状；牵引流成因砂体具有一定程度的流态转换效应。随着超长期基准面的下降，“梁”、“沟”有逐渐变好的趋势，导致“梁”+“沟”+“坡”的耦合沉积效应逐渐变好，北斜坡中部、东部和西部地区的辫状河三角洲朵叶体规模逐渐扩展且明显增大。其中，北斜坡中部、东部地区距离柘垛低凸起物源区相对较近且坡折带较其他地区发育，“梁”+“沟”+“坡”的耦合结果优于西部地区，导致中部地区的辫状河三角洲朵叶体非常发育。利用基准面调控下的古地貌要素耦合控砂机理判定北斜坡的（辫状河）三角洲前缘砂体跨过汉留断层进入深凹带，并明显抵消了汉留断层的“断坡控砂”效应（见图5）。

南部陡坡带周缘物源区母岩类型同样以火成岩为主，少量变质岩，由于距离物源区较北斜坡近，粒度更粗；沟谷体系主要以中型下切河谷和断槽为主，并发育一条控砂断裂调节带；坡折带发育且类型丰富，在剖面上多呈顺—正向断阶型，平面上有平行—亚平行状、交叉状、帚状和梳状；砂体成因复杂，既有牵引流成因也有块体-沉积物重力流成因，流态转换效应有所降低。随着超长期基准面下降，“梁”+“沟”+“坡”的耦合沉积效应逐渐变优，扇三角洲和近岸水下冲积扇的

扇体规模扩展明显，同样真武—曹庄和富民南部地区的“梁”+“沟”+“坡”耦合结果优于其他地区，扇三角洲朵叶体规模较大，随着基准面降低，徐家庄地区的近岸水下冲积扇演变为扇三角洲。利用基准面调控下古地貌要素耦合控砂机理判定扇三角洲前缘和近岸水下冲积扇扇端砂砾岩体进入深凹带（见图5）。

此时期的深凹带几乎被北斜坡的（辫状河）三角洲前缘砂体和南部陡坡带的扇三角洲前缘、近岸水下冲积扇扇端砂砾岩体充满。

4.2 北部湾盆地涠西南凹陷的控砂模式

涠西南凹陷位于北部湾盆地西北缘，是一个三级构造单元，北起涠西南断层，南至涠西南低凸起。涠洲10-3油田主要位于涠西南凹陷南部1号断层下降盘（见图6）。其中，古近系流沙港组三段是涠西南凹陷主要勘探目的层段。北部湾盆地经历了3次张裂和裂后沉降，流三段沉积时期处于始新世的第2次张裂的初始断陷期，构造应力发生顺时针方向旋转，在北东东—南西西向拉张应力作用下，产生了具有控坳作用的1号断层，沉降中心位于断层中段下降盘。涠洲10-3油田流三段沉积时期主要发育冲积扇、扇三角洲和湖泊3种沉积相类型[40]。沉积砂体分布范围广且类型较多，既有牵引流成因，又有块体-沉积物重力流成因。此外还受构造运动和古生物活动等因素的影响，从而导致流三段沉积时期砂体分布规律复杂。涠洲10-3油田流三段可划分为两个长期基准面旋回，由于长期基准面旋回主要为上升半旋回厚度远远大于下降半旋回的极端不对称变异型，因此结合长期基准面的上升过程来论述古地貌要素耦合效应下不同沉积体系砂体的分布规律。

4.2.1 超长期基准面上升初期耦合效应下的冲积扇-洪泛平原沉积体系的砂体分布规律

基准面上升初期，周缘物源区母岩类型以变质岩和火成岩为主，少量沉积岩，粒度较粗、供给量不均且远近不一；不同地区的沟谷体系发育程度有差异，沟谷类型以U型和W型为主；此时期的同沉积坡折带初步具备控砂条件。研究区主要为冲积

扇沉积，冲积平原上非水道化砂（泥）质碎屑流不规则体局部富集。随着长期基准面的上升，“梁”、“沟”有逐渐变差的趋势，导致“梁”+“沟”+“坡”的耦合沉积效应逐渐变差，研究区内冲积扇朵叶体呈逐渐萎缩的趋势。其中，研究区北部在“梁”+“沟”+“坡”整体上配置较好的地区，冲积扇的规模较大，向内坡延伸较远；南部地区缺少同沉积坡折带，但从地震分频预测砂体平面图看，在南部外围区，“梁”+“沟”整体配置好，预测形成了规模较大的冲积扇朵叶体。利用基准面调控下的古地貌要素耦合控砂机理判定，随着基准面上升，冲积扇砂砾岩体在自身重力失衡或在外界激发条件的影响下，研究区中部地区可存在部分冲积平原上非水道化砂（泥）质碎屑流不规则体，并且在“跷跷板”效应的影响下有逐渐增多的趋势（见图6）。

4.2.2 超长期基准面上升后期耦合效应下的扇三角洲-湖泊沉积体系的砂体分布规律

基准面上升后期，周缘物源区母岩类型以岩浆岩为主，少量变质岩，物源供给总量减少且不均；沟谷类型以W型和U型为主，此时期的同沉积坡折带已具备控砂条件。研究区主要发育扇三角洲和湖泊沉积，其中扇三角洲前缘砂体和水下非水道化砂（泥）质碎屑流不规则体发育。随着长期基准面上升，“梁”、“沟”有逐渐变差的趋势，导致“梁”+“沟”+“坡”的耦合沉积效应逐渐变差，研究区内扇三角洲朵叶体呈逐渐萎缩的趋势。其中，研究区北部由于“梁”+“沟”+“坡”整体配置较好，扇三角洲规模较大，向内坡延伸较远；南部地区由于缺少同沉积坡折带的存在，且外围区“梁”+“沟”整体上配置一般，预测的扇三角洲朵叶体规模较小。利用基准面调控下的古地貌要素耦合控砂机理判定，随着基准面上升，由于受底床摩擦力减小的影响，可抵消部分砂体退积的影响，在自身重力失衡或在外界激发条件的影响下，南北两端的扇三角洲前缘砂体可以提供有效的物源供给，处于“梁”优 +“坡”优和局部“梁”优 +“沟”优 +“坡”优耦合效应下，导致研究区中部水下非水道化砂（泥）质碎屑流不规则体相对发育，且有逐渐增多的趋势

（见图7）。

在论述苏北盆地高邮凹陷和北部湾盆地涠西南凹陷的控砂实例过程中，仅重点剖析了长期基准面旋回升降过程中耦合效应下的砂体分布规律，在实际应用中应更注重高频低级次基准面旋回框架下的耦合控砂效应，从而提高陆相复杂断陷盆地砂体预测的准确率。

针对陆相断陷盆地中砂体分布规律的复杂性，提出了基准面调控下的物源体系（梁）+沟谷体系（沟）+坡折体系（坡）3大古地貌要素耦合的控砂机制。古地貌要素耦合方式理论上有8种，分别对应最差至最优的不同耦合沉积效应；在基准面升降过程中“跷跷板”效应的影响下，陆相断陷盆地中古地貌要素的耦合方式发生改变，导致砂体的成因、迁移方式和沉积环境等显著变化，进而控制砂体的分布规律。

将基准面调控下的古地貌要素耦合控砂理论先后应用于苏北、北部湾及渤海湾等陆相复杂断陷盆地的砂体分布规律研究中，取得了良好的砂体预测效果。但在实践应用中也发现了一些问题，如在大多数情况下只是恢复研究区的相对古地貌，对于古地貌要素“梁”、“沟”、“坡”的描述多半停留在定性—半定量化的程度，绝对古地貌的古水深、剥蚀厚度和压实厚度等属性要素的计算还存在一定难度，进而影响了砂体预测的准确度。此外，对于文中提到的“流态转换”效应，在实际控砂应用中还处于推测和定性描述阶段，需要进一步依靠现代沉积考察和模拟实验来确定。需要注意的是，湖盆底形对于砂体也起到重要的分异与聚集作用，在后续研究中拟将“底”纳入到古地貌要素耦合的范畴内来系统预测陆相复杂断陷盆地的砂体分布规律。

【相关文献】

[1] NORMARK W R. Growth patterns of deep a fans[J]. AAPGBulletin, 1970, 54(11):

2170-2195.

[2] NARDIN T R, HELN F J, GORSLINE D S, et al. A review of mass movement process,

diment and acoustic characteristics, and contrasts in slope and ba-of-slope systems

versus canyon-fan-basin floor systems[M]. Tulsa: SEPM Special Publication, 1979: 61-73.

[3] 林畅松, 潘元林, 肖建新, 等. “构造坡折带”: 断陷盆地层序分析和油气预测的重要概念[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2000, 25(3): 260-266. LIN Changsong, PAN Yuanlin, XIAO

Jianxin, et al. Structural slope-break zone: Key concept for stratigraphic quence analysis

and petroleum forecasting in fault subsidence basins[J]. Earth Science—Journal of China

University of Geosciences, 2000, 25(3): 260-266.

[4] 林畅松, 郑和荣, 任建业, 等. 渤海湾盆地东营、沾化凹陷早第三纪同沉积断裂作用对沉积充填的控制[J]. 中国科学: 地球科学, 2003, 33(11): 1025-1036. LIN Changsong, ZHENG Herong, REN

Jianye, et al. The control of syndepositional faulting on the Eogene dimentary basin fills

of the Dongying and Zhanhua sags, Bohai Bay Basin[J]. SCIENCE CHINA Earth Sciences,

2004, 47(9): 769-782.

[5] 王英民, 金武弟, 刘书会, 等. 断陷湖盆多级坡折带的成因类型、展布及其勘探意义[J]. 石油与天然气地质, 2003, 24(3): 199-203. WANG Yingmin, JIN Wudi, LIU Shuhui, et al. Genetic types,

distribution and exploration significance of multistage slope breaks in rift lacustrine

basin[J]. Oil & Gas Geology, 2003, 24(3): 199-203.

[6] 张善文, 王英民, 李群. 应用坡折带理论寻找隐蔽油气藏[J]. 石油勘探与开发, 2003, 30(3): 5-7.

ZHANG Shanwen, WANG Yingmin, LI Qun. Searching subtle traps using the theory of

slope break[J]. Petroleum Exploration and Development, 2003, 30(3): 5-7.

[7] 张善文. 济阳坳陷第三系隐蔽油气藏勘探理论与实践[J]. 石油与天然气地质, 2006, 27(6): 731-740. ZHANG Shanwen. Exploration theory and practice of the Tertiary sub the rervoirs in

Jiyang depression[J]. Oil & Gas Geology, 2006, 27(6): 731-740.

[8] 李丕龙, 张善文, 宋国奇, 等. 断陷盆地隐蔽油气藏形成机制: 以渤海湾盆地济阳坳陷为例[J]. 石油实验地质, 2004, 26(1): 3-10. LI Pilong, ZHANG Shanwen, SONG Guoqi, et al. Forming

mechanism of subtle oil pools in fault basins: Taking the Jiyang Depression of the

Bohaiwan Basin as an example[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2004, 26(1): 3-10.

[9] 冯有良. 断陷湖盆沟谷及构造坡折带对砂体的控制作用[J]. 石油学报, 2006, 27(1): 13-16. FENG

Youliang. Control of valley and tectonic slope break zone on sand bodies in rift-subsidence basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2006, 27(1): 13-16.

[10] 徐长贵. 渤海古近系坡折带成因类型及其对沉积体系的控制作用[J]. 中国海上油气, 2006, 18(6):

365-371. XU Changgui. Genetic types of Paleogene slope-break zones and their controls

on depositional system in Bohai offshore[J]. China Offshore Oil and Gas, 2006, 18(6): 365-371.

[11] 鲍志东, 赵立新, 王勇, 等. 断陷湖盆储集砂体发育的主控因素:以辽河西部凹陷古近系为例[J]. 现代地质, 2009, 23(4): 676-682. BAO Zhidong, ZHAO Lixin, WANG Yong, et al. The main

control factors of sandbody rervoir development in rift-subsidence lake basin: An

example from the Paleogene West Sag of Liaohe Basin[J]. Geoscience, 2009, 23(4): 676-682.

[12] 施辉, 刘震, 丁旭光, 等. 柴达木盆地西南地区古近纪—新近纪断裂坡折带与沉积相分布[J]. 古地理学报, 2013, 15(3): 317-326. SHI Hui, LIU Zhen, DING Xuguang, et al. Fault slope-break

zone and dimentary facies distribution of the Paleogene-Neogene in southwestern

Qaidam Basin[J]. Journal of Palaeogeography, 2013, 15(3): 317-326.

[13] 施辉, 刘震, 丁旭光, 等. 柴达木盆地西南区古近系—新纪系坡折带对岩性油藏的控制作用[J]. 古地理学报, 2014, 25(4): 516-525. SHI Hui, LIU Zhen, DING Xuguang, et al. Controlling

lithologic rervoirs study bout Paleogene-Neogene slope-break belts in Southwestern

Qaidam Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2014, 25(4): 516-525.

[14] CROSS A T. Controls on coal distribution in transgressive-regresive cycles, Upper

cretaceous, Western Interior, U.S.A[C]//WILGAUS C K. Sea-level changes: An integrated

approach. Tulsa: SEPM Special Publication, 1988: 371-380.

[15] 邓宏文, 王红亮, 宁宁. 沉积物体积分配原理: 高分辨率层序地层学的理论基础[J]. 地学前缘,

2000, 7(4): 305-313. DENG Hongwen, WANG Hongliang, NING Ning. Sediment volume

partition principle: Theory basic for high-resolution quence stratigraphy[J]. Earth

Science Frontiers, 2000, 7(4): 305-313.

[16] 邓宏文, 郭建宇, 王瑞菊, 等. 陆相断陷盆地的构造层序地层分析[J]. 地学前缘, 2008, 15(2): 1-7.

DENG Hongwen, GUO Jianyu, WANG Ruiju, et al. Tectonic-quence stratigraphic analysis

in continental faulted basins[J]. Earth Science Frontiers, 2008, 15(2): 1-7.

[17] 郑荣才, 尹世民, 彭军. 基准面旋回结构与叠加样式的沉积动力学分析[J]. 沉积学报, 2000, 18(3):

369-375. ZHENG Rongcai, YIN Shimin, PENG Jun. Sedimentary dynamic analysis of

quence structure and stacking pattern of ba-level cycle[J]. Acta Sedimentologica

Sinica, 2000, 18(3): 369-375.

[18] 郑荣才, 文华国, 李凤杰. 高分辨率层序地层学[M]. 北京: 地质出版社, 2010. ZHENG Rongcai,

WEN Huaguo, LI Fengjie. High resolution quence stratigraphy[M]. Beijing: Geological

Publishing Hou, 2010.

[19] 樊太亮, 吕延仓, 丁明华. 层序地层体制中的陆相储层发育规律[J]. 地学前缘, 2000,7(4): 314-321. FAN Tailiang, LYU Yancang, DING Minghua. The regularities of formation and

distribution of rervoirs in systems of continental quence stratigraphy[J]. Earth Science

Frontiers, 2000, 7(4): 314-321.

[20] 李思田, 潘元林, 陆泳潮, 等. 断陷湖盆隐蔽油气藏预测及勘探的关键技术: 高精度地震探测基础上的层序地层学研究[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2003, 27(5): 502-598. LI Sitian, PAN

Yuanlin, LU Yongchao, et al. Key technology of prospecting and exploration of subtle

traps in lacustrine fault basins: Sequence stratigraphic rearches on the basis of high

resolution ismic survey[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences,

2003, 27(5): 502-598.

[21] 冯有良, 周海民, 任建业, 等. 渤海湾盆地东部古近系层序地层及其对构造活动的响应[J]. 中国科学: 地球科学, 2010, 40(10): 1356-1376. FENG Youliang, ZHOU Haimin, REN Jianye, et al.

Paleogene quence stratigraphy in the east of the Bohai Bay Basin and its respon to

structural movement[J]. SCIENCE CHINA Earth Science,2010, 40(10): 1356-1376.

[22] 徐长贵. 陆相断陷盆地源-汇时空耦合控砂原理: 基本思想、概念体系及控砂模式[J]. 中国海上油气, 2013, 25(4): 1-21. XU Changgui. Controlling sand principle of source-sink coupling in

time and space in continental rift basins: Basic idea, conceptual systems and controlling

sand models[J]. China Offshore Oil and Gas, 2013, 25(4): 1-21.

[23] SHANMUGAM G. 50 years of the turbidite paradigm(1950s—1990s): Deep-water

process and facies models: A critical perspective[J]. Marine and Petroleum Geology,

2000, 17(2): 285-342.

[24] SHANMUGAM G. Ten turbidite myths[J]. Earth-Science Reviews, 2002, 58(3): 311-341.

[25] 文沾, 刘忠保, 何幼斌, 等. 黄骅坳陷岐口凹陷古近系沙三2亚段辫状河三角洲沉积模拟实验研究[J]. 古地理学报, 2012, 14(4): 487-498. WEN Zhan, LIU Zhongbao, HE Youbin, et al.

Sedimentation simulation experiment of braided fluvial delta of the cond submember

of Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Qikou Sag of Huanghua Depression[J].

Journal of Palaeogeography, 2012, 14(4): 487-498.

[26] 刘忠保, 龚文平, 张春生, 等. 沉积物重力流砂体形成及分布的沉积模拟试验研究[J]. 石油天然气学报, 2006, 28(3): 20-22. LIU Zhongbao, GONG Wenping, ZHANG Chunsheng, et al.

Experimental study on dimentary modeling on the formation and distribution of gravity

flow sand-body[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2006, 28(3): 20-22.

[27] 王俊辉, 姜在兴, 张元福, 等. 三角洲沉积的物理模拟[J]. 石油与天然气, 2013, 34(6): 758-764.

WANG Junhui, JIANG Zaixing, ZHANG Yuanfu, et al. Physical simulation of deltaic

deposits[J]. Oil & Gas Geology, 2013, 34(6): 758-764.

[28] 张春生, 刘忠保, 施冬, 等. 扇三角洲形成过程及演变规律[J]. 沉积学报, 2000, 18(4): 521-527.

ZHANG Chunsheng, LIU Zhongbao, SHI Dong, et al. Formed proceeding evolution

disciplinarian of fan delta[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2000, 18(4): 521-527.

[29] 王颖, 王晓州, 王英民, 等. 沉积物理模拟实验在确定重力流临界坡度中的应用[J]. 成都理工大学学报(自然科学版), 2010, 37(4): 463-468. WANG Ying, WANG Xiaozhou, WANG Yingmin, et

al. Determination of the gravity flow critical gradient using dimentary simulation

experiment[J]. Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology

Edition), 2010, 37(4): 463-468.

[30] 刘忠保, 张春生, 龚文平, 等. 牵引流砂质载荷沿陡坡滑动形成砂质碎屑流沉积模拟研究[J]. 石油天然气学报, 2008, 30(6): 30-38. LIU Zhongbao, ZHANG Chunsheng, GONG Wenping, et al.

A study on dimentary simulation of clastic current formed by sliding of traction current

with sandy load along steep slope[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2008, 30(6): 30-38.

[31] 鄢继华, 陈世悦, 宋国奇, 等. 三角洲前缘滑塌浊积岩形成过程初探[J]. 沉积学报, 2004, 22(4):

573-578. YAN Jihua, CHEN Shiyue, SONG Guoqi, et al. Preliminary study on the formation

of fluxoturbidite in front of delta[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2004, 22(4): 573-578.

[32] 鄢继华, 陈世悦, 姜在兴. 三角洲前缘浊积体成因及分布规律研究[J]. 石油实验地质, 2008, 30(1):

16-25. YAN Jihua, CHEN Shiyue, JIANG Zaixing. Genesis and distribution regularity of the

turbidite bodies in the delta front[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2008, 30(1): 16-25.

[33] 张关龙, 陈世悦, 鄢继华, 等. 三角洲前缘滑塌浊积体形成过程模拟[J]. 沉积学报, 2006, 24(1):

50-55. ZHANG Guanlong, CHEN Shiyue, YAN Jihua, et al. Simulation of luxoturbidite in

front of delta[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2006, 24(1): 50-55.

[34] 刘忠保, 罗顺社, 何幼斌, 等. 缓坡辫状河三角洲沉积模拟实验研究[J]. 水利与建筑工程学报,

2011, 9(6): 9-14. LIU Zhongbao, LUO Shunshe, HE Youbin, et al. Study on dimentation

simulation experiment of gentle-slope shallow braided river delta[J]. Journal of Water

Resources and Architectural Engineering, 2011, 9(6): 9-14.

[35] 刘锐娥, 肖红平, 范立勇, 等. 鄂尔多斯盆地二叠系“洪水成因型”辫状河三角洲沉积模式[J]. 石油学报, 2013, 34(增刊1): 120-127. LIU Rui’e, XIAO Hongping, FAN Liyong, et al. A

depositional mode of flood-induced braided river delta in Permian of Ordos Basin[J]. Acta

Petrolei Sinica, 2013, 34(Supp. 1): 120-127.

[36] 朱永进, 尹太举, 沈安江, 等. 鄂尔多斯盆地上古生界浅水砂体沉积模拟实验研究[J]. 天然气地球科学, 2015, 26(5): 833-844. ZHU Yongjin, YIN Taiju, SHEN Anjiang, et al. Experiments on

shallow-lacustrine deltaic sandstone in the Ordos Basin(Upper Paleozoic), central China[J].

Natural Gas Geoscience, 2015, 26(5): 833-844.

[37] 鄢继华, 陈世悦, 程立华, 等. 湖平面变化对扇三角洲发育影响的模拟试验[J]. 中国石油大学学报(自然科学版), 2009, 33(6): 1-10. YAN Jihua, CHEN Shiyue, CHENG Lihua, et al. Simulation

experiment for effects of lake level change on fan delta development[J]. Journal of China

University of Petroleum (Natural Science Edition), 2009, 33(6): 1-10.

[38] 刘晖, 操应长, 徐涛玉, 等. 沉积坡折带控砂的模拟实验研究[J].山东科技大学学报(自然科学版),

2007, 26(1): 34-37. LIU Hui, CAO Yingchang, XU Taoyu, et al. The simulation experiment

about the control of sandy body in depositional slope-break belt[J]. Journal of Shandong

University of Science and Technology(Natural Science Edition), 2007, 26(1): 34-37.

[39] 董桂玉, 邱旭明, 刘玉瑞, 等. 陆相复杂断陷盆地隐蔽油气藏砂体预测: 以苏北高邮凹陷为例[M].

北京: 石油工业出版社, 2013. DONG Guiyu, QIU Xuming, LIU Yurui, et al. Sandbody

prediction of subtle rervoir in complex continental rift basins: Taking the Gaoyou Sag of

the Subei Basin as an example[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2013.

[40] 李茂, 董桂玉, 漆智. 涠西南凹陷涠洲10-3油田及围区流三段沉积相研究[J]. 沉积学报, 2015,

33(2): 314-325. LI Mao, DONG Guiyu, QI Zhi. Sedimentary facies of Member 3 of

Liushagang formation of WZ10-3 oilfield and surrounding area in Weixinan Sag[J]. Acta

Sedimentologica Sinica, 2015, 33(2): 314-325.