渤海湾盆地庙西凹陷南洼位于渤海海域的东南部，与莱州湾凹陷、莱北低凸起、渤南低凸起、庙西南凸起、鲁西隆起相邻，面积约为3 715 km²(图 1)。郯庐断裂带东支及其次级走滑断层穿过该区，并对该区古近系的发育产生了重要的影响。庙西凹陷南洼目前已基本被三维资料所覆盖，在其中7个有利构造上钻井12口，发现了千万吨级的三级地质储量，具有良好勘探前景。

图  1  渤海湾盆地庙西南洼研究区位置(据文献[11]修改)

Figure 1.  Location of the study area in southern sub-sag, Miaoxi Sag, Bohai Bay Basin (modified from reference [11])

庙西凹陷南洼的古近系从下向上依次为孔店组(E_1-2k)、沙河街组(E_2-3s)、东营组(E₃d)。孔店组主要以灰绿色泥岩夹泥质灰岩为主，地层厚度可达800 m，与下伏中生界地层呈角度不整合接触。沙四段(E₂s₄)以灰褐色泥岩夹浅灰色灰岩为主，地层厚度可达900 m，与下伏孔店组地层呈不整合接触。沙三下亚段(E₂s₃^l)可见浅灰色泥岩夹浅灰色砂岩，与下伏沙四段之间为不整合接触。沙三中亚段(E₂s₃^m)为厚层深灰色泥岩、油页岩，夹厚薄不等的浅灰色砂岩、粉砂岩，与下伏沙三下亚段为不整合接触；沙三上亚段(E₂s₃^u)岩性以灰色泥岩与灰白色砂岩及粉砂岩互层为主，与下伏沙三中亚段为整合接触。沙二段(E₃s₂)岩性以浅灰色砂岩为主，局部发育灰岩、白云岩、生物灰岩，与下伏地层为不整合接触，地层厚度为150 m左右。沙一段(E₃s₁)岩性以深灰色泥岩为主，夹中厚层灰白色砂岩，偶夹白云岩、生物灰岩，厚度为200 m左右。东营组(E₃d)由老至新划分为东三段、东二段和东一段。东三段(E₃d₃)岩性以深灰色泥岩夹砂岩，与下伏沙一段呈平行不整合接触，厚度约为600 m；东二段(E₃d₂)为厚层深灰色泥岩与浅灰色砂岩、粉砂岩的不等厚互层，与东三段为整合接触关系，厚度约为300 m；东一段(E₃d₁)岩性为灰绿色及紫红色泥岩、砂质泥岩夹灰白色砂岩，与下伏东二段呈整合接触，地层较薄，为100 m左右(图 2)。

图  2  庙西南洼地层综合柱状图

Figure 2.  Integrated stratigraphic column of the southern sub-sag, Miaoxi Sag

郯庐断裂东支穿越了整个庙西南洼，盆地的构造格局与郯庐断裂的右旋活动密切相关，盆地主要沿郯庐断裂带发育。在断裂带内及其附近，盆地沉降幅度最大，表明控盆断裂在古近纪主要以拉张为主。在拉张期，郯庐断裂带不仅成为盆地沉降中心，甚至常成为沉积中心。从研究区古近系基底的三维构造图(图 3)中可以看出，在郯庐断裂带内盆地沉降幅度较大，郯庐断裂带边缘次级断裂发育。与郯庐断裂近垂直相交的近EW向大型基底断裂，和少数与郯庐断裂走向呈锐角相交的NE向断裂，在古近纪期间表现为长期拉张沉降特征，往往形成大型的区域性沟谷，甚至控制着次级洼陷的发育。而与郯庐断裂走向呈锐角相交的NW向、NNW向，一般处于挤压应力状态，推测发育小型压扭或逆断层。尽管难以通过基底地震反射解释出这些断裂，但平面和地震剖面上发育很多小型沟谷(图 4)。

图  3  古近系基底顶面构造及大型沟谷分布

Figure 3.  Paleogene basement top structure and large-scale valleys distribution

图  4  小型沟谷的剖面和平面形态

Figure 4.  The profile and plane morphology of small valleys

小型沟谷的识别主要是通过基底构造的精细解释来实现。在地震剖面上，古近系基底顶面的沉积沟谷大多表现为一条高振幅连续性好的凹形T₈反射轴，内部多表现为双向上超充填结构(图 4a)。沟谷平面展布特征的解释步骤如下：①利用地震剖面上古近系与基底岩性的明显反射差异，精细追踪基底T₈反射面；②在基底顶面T₈构造等值线的基础上，寻找具有下切沟谷形态的区域(图 4b)；③将紧邻沟谷顶面的层拉平，根据前述沉积沟谷的识别特征，逐一识别基底构造等值线图中所表现出的沟谷形态，排除假象，确认真实的下切沟谷。

在沟谷分类方面，国内外研究较为薄弱，目前主要按照沟谷的成因特征和几何形态进行分类。借鉴前人研究成果，通过地震剖面对沟谷进行识别统计，可将古近纪庙西南洼的沟谷按其几何形态(坡度、宽度、深度)特征分为V型沟谷、U型沟谷、W型沟谷(图 5)。朱红涛等^{[17, 18]}，姜楠^[19]认为在河流幼年期主要发育V型沟谷，以侵蚀下切作用为主，河道直且分支少，携砂能力强但碎屑物质分选差；在河流壮年期主要发育U型沟谷，U型河道输砂能力最强，此时水动力稍微减弱并且离物源区有一定的距离，颗粒的磨圆度及分选均较好；W型沟谷在水动力进一步减弱的情况下形成，输砂能力较弱。研究区T₈界面上的V型沟谷主要分布在靠近物源区或陡坡带，U型和W型沟谷分布在缓坡带靠近盆地沉积区一侧。

图  5  庙西南洼古近系沟谷类型

Figure 5.  Types of Paleogene valleys in southern sub-sag, Miaoxi Sag

研究区基底之上共发育了63条长度、规模不同的小型沟谷(图 6)。这些小型沟谷在缓坡带和陡坡带的表现特征明显不同。在缓坡带沟谷发育的规模大、数量较多，常常呈“人”字形，长度一般在5~11 km；而在濒临EW向、NE向断层的陡坡带，沟谷具有数量少、规模小的特点，沟谷长度较短，多在1~3 km之间。

图  6  庙西南洼古近系基底小型沟谷展布平面图

Figure 6.  Small valleys distribution map of the basement of Paleogene in southern sub-sag, Miaoxi Sag

这些小型沟谷，在平面上主要体现出2个主要特点：①沟谷多发育在坡折带附近，在基底构造图上主要表现为沿着等值线较为密集的地带延伸(图 4b)；②小型沟谷的平面走向多以NW向、NNW向为主(图 6)，而该方向恰是郯庐断裂右旋走滑时两侧发生强烈派生挤压，形成次级走滑断层或逆断层的主要走向(图 6)，故而推断这些小型沟谷绝大多数情况下是沿小型挤压型断裂发育的。

精细描述和刻画盆地近源碎屑沉积特征的关键是如何确定各层段砂体的展布范围和类型，这需要将常规地质理论与地震手段相结合。前者需要在钻、测井资料基础上，利用层序控砂、沟谷控砂、构造控砂等理论与认识(即目前流行的源—汇体系)，后者需要综合分析地震反射特征、地震相平面展布特征、属性特征等。

由于本区处于郯庐断裂带，构造复杂，断层繁多，加之地震资料品质不佳，给近源碎屑沉积的解释带来很大的难度。经反复尝试对比，在充分利用三维地震资料以及有限的钻井资料基础上，利用平面地震相、前积反射、钻井资料，结合物源区背景和沉积期构造格局，在源—汇体系控制下，确定不同层段的沉积类型展布。

在地震剖面上，前积反射的特征是识别冲积扇、各类三角洲等近源沉积体的重要标志之一。本项研究中，首先仔细识别出地震剖面在各层段上的前积反射(图 7)，确定前积反射的最大延伸距离，并在平面上确定前积反射的最大分布区。在有井资料的情况下，可以与前积反射区进行相互对比，验证其准确程度，最终确定近源碎屑沉积体的边界。

图  7  庙西南洼典型的前积反射剖面(剖面位置见图 6)

Figure 7.  Progradational reflection profile in southern sub-sag, Miaoxi Sag (see Fig. 6 for profile position)

地震相是指地震资料经过处理后得到的具有一定分布范围、由地震反射层组成的三维地质单元，其地震参数与相邻的地震相单元不同^[20]。每一种地震参数(如振幅、连续性、频率等)常会有几种不同的地质解释，这些参数的变化和组合，能够形成不同的地震反射面貌，从而能够反映一定的沉积特征和差异变化^[21]。

本文首先在地震剖面上识别每一个层段(四级层序)的地震相反射结构，进一步在平面上划分出不同的地震反射结构组合分布区，然后通过测井约束，建立地震相和沉积相的对应关系，从而在地震剖面和平面上识别出三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲、湖泊等相类型。一般来说，三角洲平原为不连续杂乱弱反射、三角洲前缘为亚平行弱连续中振幅前积反射、前三角洲为平行高连续强振幅前积反射、湖相为平行中连续弱振幅反射等(图 8)。

图  8  KL1-1—KL1-3—KL1-2—KL2-1井井震结合剖面图(剖面位置见图 6)

Figure 8.  Logging and seismic profiles through wells KL1-1—KL1-3—KL1-2—KL2-1 (see Fig. 6 for profile position)

在孔店组沉积时期，以区域拉张为主，沉积中心主要位于郯庐断裂东侧，小型沟谷没有固定方向，沉积相主要以冲积扇、扇三角洲为主，多呈裙带状分布。其中，从东部胶辽隆起沿沟谷进积的冲积扇和扇三角洲，尽管数量较少但规模较大，是盆地陆源碎屑物质最主要的进积方向。由于物源充足，扇三角洲纵向长度为6~10 km，面积可达200 km²以上。近EW向和沿郯庐断裂带方向的同生断裂为盆地的控盆断裂，成为盆地陆源碎屑进积的大型沟谷或次级沉降中心，在断层消失方向发育规模中等的冲积扇和辫状河三角洲(图 9a)。

图  9  典型层段沉积相平面分布

Figure 9.  Distribution of sedimentary facies for main stratum

沙四段沉积时期，拉张沉降区的范围比孔店组沉积时期加大，但构造格局和小型沟谷的分布与孔店组类似。东部胶辽隆起上的大量碎屑物质顺小型沟谷继续向洼陷内部输送，在盆地缓坡带形成了约300 km²的辫状河三角洲。另外，作为大型沟谷，近EW向、NE向的次级断裂和顺郯庐断裂发育的控盆断裂，也发育大量碎屑物质的进积，沿断裂边缘陡坡形成小型扇三角洲，顺长轴方向可形成较大规模的冲积扇、辫状河三角洲等。

沙三段下亚段沉积初期，由于区域应力场方向发生改变，郯庐断裂由左旋走滑改为右旋走滑^[22-27]，断裂东侧沉积区暂时停止发育，并遭受挤压、抬升剥蚀，拉张沉降区域转向郯庐断裂左侧，沉降中心在研究区的西南部。此时沟谷数量较少，除了源于胶辽隆起的近源碎屑沉积以外，主要是沿NE向次级断裂和NNE向郯庐断裂较大沟谷进积的辫状河三角洲。

沙三段中上亚段沉积初期，盆地沉降区大幅度扩展到郯庐断裂以东，甚至在研究区的东北部都出现了新的拉分盆地—东北次洼。从东部胶辽

隆起顺北西向小型沟谷进积的辫状河三角洲成片或成带发育。这些NW向小型沟谷，数量众多，长度可达7~10 km，向洼陷输入大量的沉积物，在缓坡带形成总面积约500 km²的辫状河三角洲。做为控洼的近EW向、NE向断裂，以及东北次洼与郯庐断裂一致的NNE向断裂，所形成的大型沟谷，往往是大型三角洲进积的通道。沙三中上亚段沉积末期，这种现象更加明显，沿EW向或NE向的大型基底断裂，多发育大型沟谷或条带状次洼，构成一些大中型扇三角洲、辫状河三角洲的进积通道，部分次洼局部形成陆源碎屑物质的进积方向。

沙二段—沙一段沉积时期，断陷湖盆继承性沉降，但沉积厚度普遍较薄。沙二段沉积期，控盆断裂的沉降速率有较大减小，盆地大面积收缩，大型沟谷减少，各类三角洲主要沿NW向小型沟谷向盆地进积(图 9b)。到了沙一段沉积期，盆地的断裂沉降速率又有所加大，由其控制的大型沟谷重新成为大中型碎屑物质进积的通道或次级沉积中心，最大三角洲面积可达50 km²。由于古气候干旱^[28]，在断裂翘倾的凸起上可发育碳酸盐岩建造、碳酸盐岩颗粒与陆源碎屑混合沉积形成的混积滩。北西向小型挤压沟谷数量众多，以至于在缓坡带顺着沟谷往盆地方向能发现规模大小不等的辫状河三角洲。

东营组沉积时期，构造活动再次大幅度加强，进入强烈断陷期。在郯庐断裂西部，沿次级断裂发育的早期大型沟谷沉积范围普遍加大、水体加深，更多地转变成多个次洼或沉降中心；东部胶辽隆起的陆源碎屑仍然顺北西向众多小型挤压断沟型沟谷向盆内进积。从东三段(图 9c)到东一段(图 9d)，由于东部胶辽隆起整体逐渐缓慢抬升，渤海湾盆地沉积中心向渤中凹陷逐渐迁移，研究区东部顺小型沟谷前积的三角洲规模越来越大。到东一段沉积期，盆地主要碎屑物质几乎都是来源于东部的胶辽隆起，顺小型沟谷源源不断地向西输送到盆地中，由于胶辽隆起物源区的汇水面积向东扩大，三角洲的规模也逐渐扩大。到东营组沉积晚期，郯庐断裂东部的小型沟谷仍然作为陆源碎屑进积的通道，庙西南洼几乎被源于东部的三角洲所填平，形成面积＞2 000 km²的冲积平原和辫状河三角洲。此阶段，沿着郯庐断裂西侧近东西向的次级断裂，进一步发育成河流和三角洲进积的通道，大量碎屑物质开始源源不断经过庙西南洼，向西注入到相邻的黄河口凹陷中(图 9d)。

从前述庙西南洼古近纪构造沉积演化与沟谷的匹配关系上可以看出：沟谷类型、坡度、长度(大小)明显制约了近源碎屑沉积的类型、发育位置和规模。

不同的沟谷类型控制着不同的沉积类型。侵蚀下切作用为主的V型沟谷，离物源区近，水动力环境较强，携带的碎屑物质分选、磨圆差，在沟谷的附近容易形成冲积扇、扇三角洲等近源沉积，常呈裙带状展布，面积不大，一般5~30 km²。离物源区有一定距离的U型沟谷，河道携带的碎屑物质分选、磨圆较好，在沟谷附近多形成物性较好的面积较大的辫状河三角洲。发育于河流晚期的W型沟谷，水动力较弱，河道携带的碎屑物质粒度细但分选、磨圆较好，多发育小型的扇体。

在控盆断层陡坡带的一侧，由于凸起面积小、坡度大，NW向小型挤压断裂沟谷的延伸距离往往较短，多控制着扇三角洲的发育，扇三角洲面积也较小，一般5~30 km²；在研究区郯庐断裂东侧靠近胶辽隆起的缓坡带，因坡度小、面积广，挤压断裂沟谷向隆起上的延伸距离较远，在沟谷末端盆地方向所形成的辫状河三角洲一般面积也较大，往往大于50 km²，在东营组沉积期若干辫状河三角洲复合体的面积甚至可达1 000 km²以上。

大型断裂形成区域性的大型沟谷，往往是盆地碎屑物质的宏观进积通道或进积方向。一般当大型沟谷活动规模变小时，多成为近源碎屑物质向盆地中心进积的通道；当断裂活动规模逐渐增大，这些大型沟谷可逐渐演变成为次级沉降中心。

从庙西南洼的构造沉积演化来看，近EW向或NE向与郯庐断裂相交的基底断裂，在古近纪期间主要表现为拉张沉降特征，往往成为区域性的大型沟谷发育场所。在盆地强烈沉降期(如沙三段、东三段沉积期)甚至逐渐成为次级沉降中心，控制了盆地碎屑物质的宏观进积方向。碎屑物质首先进积到次级沉降中心，当次级沉降中心淤浅后碎屑物质可继续顺大型沟谷向庙西南洼沉积中心方向推进。一般来看，沿大型沟谷进积的三角洲规模中等偏大，三角洲面积在30~100 km²。

平面分布上，发育大型沟谷的断裂一般分布在研究区郯庐断裂西侧，沿渤南低凸起、莱北低凸起和庙西南凸起边缘分布。除部分断裂产生于郯庐断裂的走滑派生作用以外，基本都应该属于早期基底断裂的后期复活。郯庐断裂东侧的胶辽隆起构造相对简单平缓，缺少大型凹凸地貌，基本不发育大型沟谷。

在郯庐断裂右旋扭张的背景下，走滑作用派生出的NW向断层应属于压扭力学性质，难以形成上述拉张沉降的大型沟谷，风化作用沿这些小型压扭性断层侵蚀，使得沿这些NW向、NNW向断裂往往形成狭长的小型挤压断裂型沟谷，部分沟谷向物源区方向可以出现分支。由于从沙三段开始后郯庐断裂长期右旋走滑，这些由挤压作用派生的小型沟谷也处于长期稳定状态，侵蚀的碎屑物质沿这些小型沟谷进积到盆地中，故而通过这些沟谷可以更清楚地预测各类近源碎屑沉积体在盆地中的位置。

(1) 与郯庐断裂走向呈锐角或近垂直相交的近EW向或少数NE向大型基底断裂，在古近纪表现为拉张沉降特征，形成区域性的大型沟谷；而NW向、NNW向与郯庐断裂走向锐角相交的断层，一般处于挤压应力状态，属于区域走滑应力下的挤压性断沟，多发育小型挤压断裂型沟谷。小型沟谷依据其几何形态特征可分为V型沟谷、U型沟谷、W型沟谷。

(2) V型沟谷多发育冲积扇、扇三角洲等近源沉积，常呈裙带状展布，面积不大；U型沟谷容易形成面积较大的辫状河三角洲；W型沟谷，水动力较弱，多发育小型的扇体。NW向、NNW向小型断裂型沟谷在缓坡带沟谷发育的数量较多、长度大，在盆地方向常形成面积较大的辫状河三角洲。而在陡坡带，沟谷具有数量少、规模小、长度短的特征，在盆地方向形成规模较小扇三角洲。

(3) 近EW向或NE向大型基底断裂所形成的区域性沟谷，更多地表现为控制盆地的构造格局，影响盆地陆源碎屑物质的宏观进积方向，甚至成为盆地的次级沉降中心。当这些大型沟谷的规模变小时，对主要碎屑物质进积方向的控制作用就变得明显。NW向、NNW向的小型沟谷，控制局部碎屑物质的进积。沿着这些小型沟谷向盆地方向，往往能够预测冲积扇、三角洲等近源碎屑沉积体的准确位置。通过对不同类型沟谷的识别与分析，有利于储层砂体的预测和后期的勘探部署。