湖底扇的概念是借鉴Walker的海底扇沉积模式提出^[1]。湖底扇是指三角洲前缘或者滨岸浅水区尚未完全固结的碎屑沉积物，在一定触发机制下，沉积物在重力作用驱动下以重力流或者碎屑流的搬运方式沿斜坡(或转换带)进入湖泊深水区而形成的扇形粗碎屑沉积^[2-3]。近十几年，湖底扇等岩性体的勘探逐渐成为热点^[4-7]。众多研究分别从含砂性、地震识别特征以及期次划分等方面对湖底扇进行了分析，使湖底扇的研究越来越具体化^[8-10]。涠西南凹陷是北部湾盆地第一个被证实的富生烃凹陷，是南海北部重要的原油生产基地。随着油气勘探程度的不断提高，涠西南凹陷内构造圈闭几乎钻探殆尽，油气勘探逐渐向岩性等隐蔽性油气藏转移，流沙港组一段(简称流一段)在涠西南凹陷中心发育湖底扇群，是该区岩性油气藏勘探的重要层系。早期针对流一段湖底扇砂体勘探取得了一定的成果^[11]，但是在湖底扇的特征、分类、展布、成因机制和发育模式等方面仍然认识不清，制约了勘探进程和成效。本文综合地震、测井、岩心及薄片鉴定等资料，对涠西南凹陷B洼流一段高位体系域湖底扇的沉积特征、形成条件、成因模式和勘探意义进行了研究。

涠西南凹陷位于北部湾盆地东北部，面积约为3800km²，整体上呈近东西向展布，具有北断南超、北陡南缓的构造格局，经历了古新世—始新世早期的弱裂陷阶段、始新世中晚期的强裂陷阶段、渐新世的张扭伸展阶段和新近纪裂后热沉降阶段^[12-14]。与构造活动相呼应，涠西南凹陷古近纪完整经历了湖盆的出现、发展、消亡。涠西南凹陷北部以一号断裂带与粤桂隆起相邻，南部主要为涠西南低凸起和企西隆起，3个隆起(低凸起)为涠西南凹陷提供多方向的物源，凹陷内部发育一条雁列式的二号断裂带，将涠西南分为A洼、B洼和C洼3个次级洼陷(图 1)。地层从下往上依次发育古近系长流组、流沙港组、涠洲组陆相沉积，新近系下洋组、角尾组、灯楼角组、望楼港组海相沉积及第四系砂岩和黏土沉积^[15]。流一段(T₈³-T₈⁰)为一个三级层序，湖平面经历了一个上升到下降的完整旋回，整体上可以分为低位体系域—湖侵体系域(T₈³—T₈¹)、高位体系域(T₈¹—T₈⁰)(图 2)。早期针对流一段岩性体的勘探主要集中在低位期—湖侵期的大型湖底扇，但是由于埋深大(大于3300m)，存在储层物性较差、产能低等问题。相比流一段低位期湖底扇，流一段高位期储层埋深较浅、物性好，是本次研究的目的层段(图 2)。整个流一段高位体系域湖底扇群面积约为88km²，共9口井钻遇湖底扇朵叶体，岩性以细砂岩、粉砂岩和泥岩为主，其中有1口井壁取心井(高位体系域早期，简称高位早期)，1口钻井取心井(高位体系域晚期，简称高位晚期)。目前，研究区具有薄片鉴定、粒度分析、测井数据等一系列钻井资料和覆盖整个B洼的三维地震资料，为研究提供了资料基础。

图 1

图 1 涠西南凹陷区域位置图 Fig. 1 Regional location map of the Weixinan sag

图 2

图 2 涠西南凹陷流沙港组地层综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of Liushagang Formation in the Weixinan sag

不同沉积体具有不同的沉积特征^[16-18]，研究区流一段高位体系域湖底扇类型多样，通过岩性组合特征、测井相及地震响应特征、岩石学特征及湖底扇发育位置等，结合区域水深变化，将湖底扇分为高位早期(水体较深)的块体流型湖底扇和高位晚期(水体较浅)的碎屑流型湖底扇两个大类。块体流型湖底扇可分为下切水道中心型(代表井为W4井)和下切水道侧翼型(代表井为W5井)两种类型(表 1); 碎屑流型湖底扇可分为无水道化富砂型(代表井为W6井)和无水道化富泥型(代表井为W9井)两种类型(表 1)。4种亚类湖底扇的特征具有明显的差异。

表 1

表 1 涠西南凹陷流一段湖底扇分类表 Table 1 Classification of sub-lacustrine fans in Liu-1 member in the Weixinan sag

表 1 涠西南凹陷流一段湖底扇分类表 Table 1 Classification of sub-lacustrine fans in Liu-1 member in the Weixinan sag

块体流型湖底扇主要发育于流一段高位早期，共有6口井钻遇，其中W2井、W3井、W4井这3口井钻遇下切水道中心型湖底扇砂体，岩性主要表现为厚层细砂岩夹薄层泥岩。W2井由于钻遇含油水层，仅钻揭扇体顶部砂岩完钻，钻遇砂岩厚度约为30.8m。W3井、W4井钻遇砂岩厚度分别达55m、75.1m，其中单层厚度最大为14m，含砂率分别为33.7%、59.5%。自然伽马曲线呈箱形、齿化箱形(表 1、图 3a)。地震剖面上主要表现为明显下切特征，下切点多位于整个扇体的中心部位，呈低频、杂乱、中—强振幅地震反射，表明富砂块体流对下伏地层具有较强的侵蚀性(图 3b)。

图 3

图 3 流一段层序连井对比图(a)和地震相特征图(b) Fig. 3 Stratigraphic sequence well correlation diagram (a) and seismic facies characteristics (b) of Liu-1 member

在岩石学方面，W2井的岩心照片显示，流一段高位早期湖底扇岩性主要以浅灰色块状细砂岩为主。岩石薄片鉴定表明^[19]，高位早期块体流砂岩类型以岩屑中—细砂岩为主; 石英含量为53.45%~65.17%，平均为59.9%;长石含量为5.71%~7.26%，平均为6.76%;岩屑含量为28.09%~39.66%，平均为33.33%;整体反映块体流型湖底扇快速堆积、成熟度相对较低的特点。粒度分析表明，高位早期块体流砂岩主要为细砂岩、粉砂岩，含少量中砂岩，同样反映了快速堆积的特点。粒度概率累积曲线以跳跃和悬浮的两段式为主，缺少滚动次总体，分选较差。跳跃和悬浮次总体的交截点粒度约为2ϕ，跳跃次总体含量相对较少(15%左右)，悬浮次总体含量较高(85%左右)，反映出典型浊流沉积特点。

高位早期另外一种块体流型湖底扇为下切水道侧翼型湖底扇，其中W1井、W5井、W6井这3口井钻遇，岩性主要为厚层泥岩、页岩夹薄层的泥质粉砂岩(表 1、图 3a)。自然伽马曲线呈齿形、局部指形，代表砂质含量少，泥质含量较多的特征(表 1)。地震剖面上无明显下切特征，该类湖底扇主要位于高位早期块体流下切水道的侧翼，地震上表现为中—高频、中振幅、较连续的平行—亚平行反射特征，表明其对下伏地层侵蚀性较弱(图 3b)，由于该类扇体多以泥岩或者泥质粉砂岩为主，无大的勘探价值。

高位晚期，涠西南凹陷水体逐渐变浅，发育碎屑流型湖底扇。共有9口井钻遇高位晚期湖底扇砂体，W1井、W2井、W5井等录井资料表明，砂岩岩性组合主要为细砂岩，其中W1井钻遇砂岩厚度可达111.1m，含砂率为49.1%;W2井钻遇砂岩厚度可达49.4m，含砂率为30.3%;W5井钻遇砂岩厚度可达97.2m，含砂率为49.1%;砂岩单层厚度最大达34m。自然伽马曲线表现为箱形和齿化箱形，地震反射特征为平行、连续、中—强振幅地震相(表 1、图 3b)。高位晚期碎屑流型湖底扇砂岩单层厚度较早期块体流型砂岩要大，但是泥岩夹层明显增多，反映出晚期水体能量强，水流变化更频繁，沉积期次增多，钻井揭示这些无水道化富砂型碎屑流呈现多期纵向叠置的特点。

在岩石学方面，W7井的岩心照片显示，富砂型碎屑流砂体岩性主要以浅灰色细砂岩、粉砂质泥岩为主，可见块状构造、砂砾泥混杂堆积、泥岩撕裂屑等典型的碎屑流沉积构造，反映碎屑流型湖底扇主要以细粒沉积物为主。岩石薄片鉴定表明^[19]，砂岩类型主要以岩屑石英中—细砂岩和长石岩屑中—细砂岩为主; 石英含量为56.8%~80.26%，平均为65.47%;长石含量为5.92%~12.35%，平均为9.41%;岩屑含量为13.81%~33.72%，平均为25.12%;反映碎屑流型湖底扇砂岩成熟度相对早期块体流型砂岩要高，局部具有牵引流的特征。粒度分析表明，砂岩主要为中—细砂岩，含少量粗砂岩，成熟度中等，反映了远源搬运的特点。粒度概率累积曲线以跳跃和悬浮的两段式为主，缺少滚动次总体，其中跳跃和悬浮次总体的交截点粒度为2ϕ，跳跃次总体含量增加，达到30%以上，悬浮次总体相对降低，小于70%，反映了重力流和牵引流共同作用的特征。

高位晚期无水道化富泥型湖底扇，W4井、W9井等钻遇，岩性以砂泥岩薄互层为主，自然伽马曲线表现为齿形和指形的特征，地震反射特征表现为平行、较连续、弱振幅地震相(表 1、图 3b)。由于勘探重点是刻画砂体，所以此类扇体的展布未作详细研究。

湖底扇平面展布特征能反映其在平面上的堆积特征和展布特点^[20-22]。通过对该区岩石物理资料进行分析，结果表明纵波速度、纵波阻抗、纵横波速度比、泊松比等地球物理参数均不能有效区分砂泥岩，只有高位晚期振幅属性可以较好刻画砂体展布，因此本研究重点将钻井及地震资料相结合，通过地震相刻画流一段高位体系域湖底扇的平面展布。

块体流型湖底扇由于地震反射特征比较杂乱，地震属性对砂泥岩的刻画效果较差，但是在地震剖面上，可以较好地识别块体流型湖底扇顶底包络。通过不同方向地震剖面的地震外形追踪刻画(图 3b)，识别出了多个块体流型湖底扇朵叶体。在平面上，下切水道中心型湖底扇主要集中在受二号断裂带转换坡折控制的扇三角洲前缘水道的前端，整体上表现为断裂转换带控制下西北物源的水道中心富砂质沉积体; 下切水道侧翼型湖底扇主要集中在西物源长源曲流河三角洲的前端，少量分布于西北物源下切水道的侧翼，整体富泥(图 4a)。

图 4

图 4 流一段高位体系域湖底扇平面展布图 Fig. 4 Plane distribution of sub-lacustrine fans of highstand systems tract in Liu-1 member (a)高位早期; (b)高位晚期

高位晚期碎屑流型湖底扇地震反射以平行和亚平行为主，没有明显的水道特征，勘探的重点是寻找富砂层段，进而刻画富砂型湖底扇(图 4b)。钻井及地震资料结合分析表明，最小振幅属性与储层净厚度呈现良好的正相关(图 5)，振幅强弱能够有效反映砂体展布。通过平面最小振幅属性和井上含砂率等资料对流一段高位晚期湖底扇朵叶体进行了刻画，在湖底扇主体部位识别出多个富砂型湖底扇朵叶体(图 4b、图 6)。

图 5

图 5 流一段高位晚期湖底扇储层净厚度与最小振幅属性相关图 Fig. 5 Correlation between net thickness and minimum amplitude attributes of sub-lacustrine fan reservoirs in late highstand stage of Liu-1 member

图 6

图 6 流一段T80+15ms界面最小振幅属性图 Fig. 6 Minimum amplitude map of (T80+15ms) sequence boundary in Liu-1 member

流一段高位期涠西南凹陷发育西北物源、西物源、西南物源、东南物源、东物源五大物源体系，其中以轴向的西物源和一号断裂带的西北物源为主，直接推进至湖盆中心。从构造演化阶段分析，流一段沉积期处于凹陷拉张断陷成盆的晚期，一号断裂带活动性逐渐减弱，盆地沉降中心由一号断裂下降盘直接转移至B洼; 二号断裂带活动性开始增强，且以雁列式展布，形成了多个断裂转换坡折，为西北物源进入B洼提供了条件(图 1、图 7)。此外，该时期C洼逐渐被填平，由于B洼的持续沉降，与C洼之间形成了沉积挠曲坡折，为西物源向B洼推进提供了通道(图 1、图 7)。根据孢粉古生物资料分析，位于涠西南凹陷边缘的A1井、A2井蕨类含量为28%~39%，藻类含量仅为3%左右，分析其沉积环境为滨湖环境; 位于坡折带附近的A3井、A4井、A5井等蕨类含量逐渐减低，降至10%~17%，藻类含量升高至6%~15%，水深加大，沉积环境为浅湖环境; B洼中心的A6井藻类含量大幅上升至35%，蕨类含量降低至5%左右。从凹陷边缘往凹陷中心，蕨类含量逐渐降低，藻类含量逐渐升高，反映古水深明显加大。通过古生物分析可知，B洼在流一段沉积期为半深湖—深湖环境，是当时的沉积中心，为湖底扇的沉积提供了条件。

图 7

图 7 涠西南凹陷流一段高位期古地貌图 Fig. 7 Paleogeomorphology map of highstand stage of Liu-1 member in the Weixinan sag

涠西南凹陷流一段沉积时期古构造、湖平面变化和古水深这3个因素耦合控制了两种湖底扇发育模式：轴向西物源曲流河三角洲—沉积挠曲坡折—富泥型湖底扇沉积模式和西北物源扇三角洲—断裂转换坡折—富砂型湖底扇沉积模式(图 8)。

图 8

图 8 涠西南凹陷流一段湖底扇沉积模式图 Fig. 8 Depositional model of sub-lacustrine fans in Liu-1 member in the Weixinan sag

流一段高位早期，湖盆水体相对较深，轴向西物源发育的多期进积的曲流河三角洲由西向东推进，由于搬运距离较远，物源经过C洼搬运至B洼西边界的沉积挠曲坡折处基本以泥岩夹薄层粉砂岩等细粒沉积为主，在重力作用下，这些细粒沉积物沿沉积挠曲坡折以块体流滑塌形成下切水道侧翼型块体流型湖底扇; 西北物源来自一号断裂带上升盘的扇三角洲沉积，沉积物粒度较粗，钻井揭示近源区为砂砾岩，二号断裂带转换坡折处仍钻遇细砂岩，物源供给充足，西北向沉积物沿二号断裂带雁列式断裂转换坡折进入B洼，形成大量下切水道中心型块状流型湖底扇(图 8)。流一段高位晚期，湖平面下降，沉积物的供给量充足，来自西物源的曲流河三角洲向东部推进距离变远，由于搬运距离增加，块体流特征减弱，主要发育碎屑流型湖底扇，在三角洲前缘远端地区形成无水道化富泥型碎屑流型湖底扇; 而西北物源持续推进至B洼，形成分布范围更广的无水道化富砂型碎屑流型湖底扇(图 8)。总之，B洼湖底扇群主要受到西部轴向沉积体控制和西北部断裂转换坡折控制，湖底扇各朵叶体相互叠置交切，整体表现为西北物源富砂和西物源富泥的特征。

流沙港组二段(简称流二段)沉积时期涠西南凹陷水体最深，发育巨厚的泥岩、页岩和油页岩，是整个凹陷的主力烃源岩; 而流沙港组三段(简称流三段)和流一段泥岩、页岩同样具有较大的生烃潜力^[23-24]。B洼在涠西南凹陷演化的各个阶段都是凹陷的沉积中心，流沙港组烃源岩最为发育。研究表明，涠西南凹陷B洼烃源岩在2450m左右开始进入生烃门限并开始大规模生排烃，B洼中下部烃源岩(流三段和流二段下部烃源岩)在流一段沉积开始就进入生烃门限，上部烃源岩(流二段上部和流一段烃源岩)在距今18Ma前开始进入大规模生排烃阶段。B洼中心流一段湖底扇砂体整体处于泥包砂的环境，被成熟烃源岩所包裹，与流一段深湖相泥岩形成了自生、自储、自盖的成藏组合，具有近源充注优势，勘探潜力巨大，勘探的关键是落实大型储集体。

勘探早期针对流一段的岩性油气藏勘探主要集中在下层序(低位期—湖侵期)，钻井4口，钻遇厚度100~200m的大套含砾中—粗砂岩和中砂岩，油气显示较好，但是由于埋深达到3300~3500m，储层物性差，孔隙度为11.5%~15.3%，平均为12.8%(接近物性下限12%)，渗透率为1.1~6.1mD，平均为2.5mD，测井解释多为干层，测试产能较低。近年来，流一段湖底扇的岩性油气藏勘探逐渐向埋深较浅(3000~3300m)的高位体系域扇体转移，针对高位体系域钻探的主要目的层是高位晚期砂质碎屑流，地震上表现为强振幅，共钻井9口，其中8口井钻遇厚层油层，储层物性好，孔隙度为12.3%~18.2%，平均为14.7%，渗透率为6.0~140.4mD，平均为24.0mD，勘探成功率高。这9口钻井中有4口井同时兼探高位早期的湖底扇，其中3口井钻遇厚层泥岩夹薄层粉砂岩，1口井钻遇粉砂岩，以干层为主，早期传统观点认为高位早期物源推进范围有限，B洼湖底扇以泥岩为主。通过对流一段高位体系域湖底扇沉积特征和发育模式系统研究，分析认为早期几口井钻遇高位早期下切水道侧翼型湖底扇体。2020年针对下切水道中心型湖底扇主体部位钻探了W4井，钻遇厚层油层，油气显示级别多为油浸、油斑(图 3a)，含油饱和度高达77%。该井的钻探拓展了流一段湖底扇岩性油气藏勘探的新领域，展现出较大的勘探前景。

涠西南凹陷B洼是整个凹陷的沉积中心，流一段高位体系域湖底扇砂岩处于泥包砂的环境，与深湖相泥岩形成了自生、自储、自盖的成藏组合，具有近源成藏的特点，成藏条件优越。研究成果颠覆了B洼高位早期整体富泥的传统认识，指导勘探取得较好的油气发现，打开了岩性油气藏勘探的新领域。但是由于海域勘探具有特殊性、钻井密度低、获取资料相对有限，而且该区湖底扇储层非均质性强、储层横向变化快，各种地球物理方法的应用又不满足条件，目前的研究多是探讨性分析，还存在很多问题，比如湖底扇朵叶体沉积内幕的详细划分、砂泥岩的准确区分等，有待结合后续勘探实践进行更深入的研究。