摘 要 渤海湾盆地东营凹陷孔一段—沙四下亚段(孔店组一段和沙河街组四段下部)陆相红层表现为“红 —灰组合、以红为主”的地层面貌，有别于过去认为的“全红”，其沉积过程和沉积模式的深入解剖对于了解中国东部始新世早期区域构造古地理特征和古气候演变过程、指导济阳坳陷深层油气资源的勘探和开发具有重要的意义。综合地震、测井、岩心、录井和分析测试资料，对该地层的沉积特征和沉积演化过程进行了深入研究，提出了陆相红层洪水漫湖—时令湖沉积模式。研究表明目的层沉积相类型多样，除了冲积扇、辫状河、洪水漫湖和干盐湖，还包括湖泊、近岸水下扇和风暴相。干旱期发育了冲积扇—洪水漫湖— 干盐湖沉积组合，其中在凹陷边缘为冲积扇沉积，向内部过渡为洪水漫湖沉积，在凹陷的北部洼陷带演变为干盐湖。间歇性湿润期主要发育了湖泊沉积，在斜坡带为灰绿色滨浅湖滩坝砂、坝间泥，北部的利津— 民丰洼陷演变为半深湖—深湖沉积，凹陷北部陡坡带冲沟部位则发育了近岸水下扇体。推测区域构造古地理、原型盆地特征、古纬度、古物源和古水流方位及周期性变化的古气候条件共同控制了上述地层的发育。
关键词 陆相红层;东营凹陷;始新统;洪水漫湖;时令湖沉积
0 引言
渤海湾盆地东营凹陷孔一段—沙四下亚段(孔店组一段和沙河街组四段下部)发育了巨厚的陆相红层。以往的研究仅关注该套地层中的红层本身，认为从盆缘到洼陷带红层及相关的盐湖沉积具有分带性，凹陷边缘发育了冲积扇，缓坡带为漫湖三角洲和漫湖滩坝，至洼陷带主要沉积了膏质泥岩和膏盐岩[1-8]，沉积水体具有高频振荡性[5,9]。少数学者也认为该地层中存在风成砂岩和风尘泥质岩等风成沉积物[10]。
孔一段—沙四下亚段沉积期对应新生代东营凹陷裂陷发育的早期，凹陷的不同构造部位古地形存在明显差异[11];同时，这一时期古气候虽然整体表现为干旱、炎热的特征，但是还存在干湿交替的变化过程[12]。上述构造和富有特色的气候特征在地层中产生了丰富的沉积相类型。笔者在对其沉积体系进行剖析时发现，在红层背景中还存在多套旋回状稳定分布的、相对红层而言较薄的(分米级—米级尺度)、以灰绿色为主的“异色”薄砂泥岩沉积层。这些沉积层与相邻的红层表现为突变接触，同时具有与红层全然不同的沉积相类型，前者主要为洪水漫湖沉积，后者则表现出湖泊沉积特征。这一现象在全球不同陆相沉积盆地的红层都有出现[13-18]，而在孔一段—沙四下亚段的出现动摇了过去认为的、单一的洪水漫湖沉积模式。因此，通过综合孔一段—沙四下亚段最新的地震、测井、岩心、录井和分析测试等资料，对其沉积体系进行再认识，提出了洪水漫湖—时令湖沉积模式，认为地层中存在两类特征迥异的沉积相组合，分别为干旱期的冲积扇—洪水漫湖—干盐湖沉积组合和周期性湿润期的湖泊—近岸水下扇沉积组合，前者包含干旱型冲积扇、辫状河、洪水漫湖和干盐湖等沉积相类型，后者则包括湖泊、近岸水下扇和局部发育的风暴相，其中湖泊相又可划分为滨浅湖、半深湖和深湖等亚相类型。在整个地层发育时期，对应两类沉积组合的沉积过程交替发生。这一认识有助于更好地揭示始新世早期中国东部的区域构造古地理环境和古气候特征，深入理解这一时期区域古气候的“纬向分带特征”[19-21]，并指导济阳坳陷“红层”储层的勘探和开发，同时，能够对相同或相似地层的沉积过程、沉积环境和沉积控制因素的研究起到很好的指导作用。
1 地质概况
东营凹陷是我国渤海湾盆地济阳坳陷东南部的一个次级构造单元(图 1)，是在华北古生界基岩古地形背景上经多期构造运动发育而来的一个中新生代半地堑陆相叠合构造单元 [25-26]。凹陷北断南超、北陡南缓，西部以青城凸起和林樊家构造为界，与惠民凹陷相毗邻，北部以陈家庄凸起为界，与沾化凹陷相邻，东部通过青南洼陷与青东凹陷相连通，南部紧邻鲁西隆起和广饶凸起，四面环山，整体呈北东向展布[7,11]。根据断裂体系及构造特征，凹陷进一步被划分为北部陡坡带、中央洼陷带和南部缓坡带，每个构造带内又可以划分为几个次级构造单元。
区内地层包括太古界、古生界、中生界和新生界，且以新生界为主，缺失元古界、上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、上二叠统、三叠系和古新统[25]。新生界古近系从下往上又依次发育孔店组、沙河街组和东营组。按照岩性组合特征，东营凹陷孔店组细分了孔二段和孔一段，沙河街组细分了沙四段、沙三段、沙二段和沙一段，其中，沙四段进一步划分为沙四下亚段和沙四上亚段(图 2a)。由于孔一段和沙四下亚段都表现为红层特征，因此习惯将二者并称为孔一段—沙四下亚段。凹陷不同构造部位的岩性存在差异。孔一段在凹陷北部陡坡带发育深灰色砂砾岩和砾岩;洼陷带为白色、灰白色、灰色碳酸盐岩、膏盐岩、盐岩、石膏与深灰色—黑色泥岩、粉砂质泥岩互层;中央隆起带、南部缓坡带为紫红色泥岩与棕红色、灰色砂岩、粉砂岩不等厚互层(图 2b)，部分地区岩石颜色出现“全红”[3,10];下伏孔二段主要为暗色湖相泥岩沉积，夹薄层砂岩。沙四下亚段岩性具有继承性，北部陡坡带为深灰色砂砾岩;中央洼陷带为深灰色泥岩与碳酸盐岩、膏盐岩互层，向南部凹陷边缘变为紫红色泥岩夹棕色、棕褐色粉砂岩和砂质泥岩，可见灰绿色砂泥岩夹层。
2 冲积扇—洪水漫湖—干盐湖沉积组合
2.1 干旱型冲积扇
区内冲积扇从主要的供源山口呈放射状向盆内堆积，远端渐变为漫湖混合坪，按照扇体沉积物特征的差异，可以进一步划分为扇根、扇中和扇缘三个亚环境。扇根主要发育紫红色中砾岩、细砾岩和含砾砂岩，砾石成分与冲积扇所在地区基岩的岩性有关，其中金家—柳桥地区、平南断层的下降盘砾石以石英岩砾为主，也可见玄武岩砾或灰岩砾，粒径在 2~6 mm 之间，最大可达 2 cm;青坨子凸起一带砾石主要为火成岩砾和泥砾，粒径在 1~2 cm 之间，最大超过岩心尺寸;青城凸起一带砾石也以石英岩砾为主。扇根沉积类型主要为泥石流和河道沉积，其中泥石流沉积泥、砂、砾混杂，砾石可直立或大角度斜列，分选差，磨圆中等偏差，主要表现为杂基支撑(图 3a);局部层段可见粒序层理，而当砾石混杂堆积时，则更多地表现为块状层理。河道沉积由砂、砾沉积物组成，成层性一般，但较泥石流沉积好，可见冲刷—充填构造(图 3b)和粒序层理特征。
相关期刊推荐：《沉积学报》Acta Sedimentologica Sinica(双月刊)1983年创刊，主要刊载沉积学、沉积矿产、地球化学以及相关分支学科、交叉学科的基础和应用基础研究的创新性研究成果和高水平论文，介绍沉积学研究的新技术、新理论及国内外最新沉积学论著，同时也报导有关学术活动、学科研究动态及学术思想的讨论和争鸣。
扇中具有较为明显的牵引流沉积作用，发育河道沉积和漫流沉积。岩性主要为紫红色含砾砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和泥岩等。河道沉积的砂岩和粉砂岩层可见斜层理或平行层理(图 3c，d)。相比较扇根处，扇中沉积物的粒度整体变细。扇缘位于冲积扇的远端，缺少明显的河流冲刷作用，但仍然可见牵引流特征，主要发育漫流沉积。岩性主要为紫红色或棕红色含砾砂岩、砂质泥岩、泥岩，可见具生物扰动的块状砂岩(图 3e)、块状泥岩(图 3f);砂岩分选较好，有时也可见平行层理。冲积扇上不同类型的沉积物具有不同的粒度概率累计曲线。扇根泥石流沉积具有重力流沉积特征，在概率累计图表现为单段式，而河道沉积兼有重力流和牵引流的水动力特征，多见低斜两段式;扇中辫状水道也是低斜两段式，而漫流沉积主要为低截点高斜两段式;扇缘沉积物粒度进一步变细，概率累计曲线可见为低截点高斜两段式、高截点高斜两段式和细粒三段式等[28]。
单个沉积旋回均表现为下粗上细的特征，代表了冲积扇中一次完整的洪水事件，对应 GR 曲线的测井相主要为钟形。测录井和岩心观察显示进积型和退积型的相序在孔一段—沙四下亚段都有发育，但以退积型相序为主(图 3g)。不同地区冲积扇的地震相特征存在差异，在青坨子凸起一侧冲积扇主要表现为杂乱前积反射相，而在凹陷南部边缘表现为无反射结构相。
2.2 辫状河
辫状河出现在凹陷周缘、冲积扇的前端，岩性为紫红色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩。镜下观察岩石主要为长石砂岩、岩屑长石粉砂岩(图 4a)。颗粒成分包括石英、长石(钾长石和斜长石)和岩屑，且以岩浆岩和变质岩岩屑为主(图 4b);泥质杂基为 2%~35%，胶结物主要为方解石和铁方解石。颗粒粒径在 0.06~0.25 mm 之间，分选中等偏差，颗粒多呈次棱状，支撑方式为颗粒支撑、点—线接触。沉积构造包括槽状交错层理、板状交错层理、平行层理、冲刷面以及生物潜穴，生物潜穴可见明显的回填构造(图 5a~e)。粒度概率累计曲线表现为高截点高斜两段式(图 6a)，且以发育跳跃次总体为主要特征，含量大于 60%，分布范围在 1~3.5 Φ，两个粒度次总体的交切点在 3~4 Φ 之间。
辫状河二元结构的顶层欠发育或者完全缺失，主要发育下部的细砂、粉砂岩层。单个沉积序列中砂体厚度最大可达 4 m，从底部的冲刷侵蚀界面向上可依次发育块状层理、槽状交错层理和平行层理等(图 5f);生物潜穴在局部较为发育。与沉积序列相对应，SP 曲线测井相主要表现为钟形或箱型特征，前者反映了下粗上细的正旋回，箱形特征则暗示单个沉积旋回的顶积层欠发育或不发育。地震反射剖面为亚平行的中振中连反射相，反映其沉积时研究区内沉降较为稳定，辫状河稳定发育。
2.3 洪水漫湖
洪水漫湖沉积与近源阵发性洪水向湖盆的注入及随之而来的沉积作用有关，孔一段—沙四下亚段以漫湖混合坪为主，按照沉积特征的差异又划分为漫湖泥和漫湖砂两种。 2.3.1 漫湖泥漫湖泥岩性为紫红色粉砂质泥岩、泥岩和膏质泥岩。沉积构造以块状层理为主，反映了沉积物快速卸载的过程，其他沉积构造少见。粒度曲线反映多种类型的粒度分布特征，有两段式，如低斜两段式、低截点高斜两段式、高截点高斜两段式(图 6b)，也有三段式，如细粒三段式和四段式(图 6c)等，不同的粒度曲线特征反映了沉积物中跳跃次总体和悬浮次总体比率的变化，推测可能与洪水的运移距离有关，在近源区主要为低斜两段式，反映了重力流向牵引流过渡的特征，在远源区粒度概率曲线变得多样化。
漫湖泥的底界可具有不同程度的冲刷特征，裹挟了下伏或邻层的沉积物(图 7a)，层内局部可含膏质团块(图 7b)。垂向上，相应层段缺乏明显的粒序或相序特征，对应箱形测井相，反映沉积物供应充足、无粒序特征(图 7c)。漫湖泥与湖泊沉积互层，共同表现为中振中连发散反射相。
2.3.2 漫湖砂
漫湖砂是混合坪中的砂质沉积物，按照岩性、沉积构造和沉积序列的差异又分为漫湖砂坝和漫湖砂滩两类。漫湖砂坝是漫湖湖泊发育期在凹陷斜坡带形成的砂体类型，岩性主要为棕红色、紫红色细砂岩，次为粉砂岩。显微薄片显示岩石主要为岩屑长石砂岩(图 4c)，颗粒包括石英、长石(钾长石和斜长石)和岩屑，且以变质岩岩屑为主(图 4d)，铁染泥质杂基含量变化较大，胶结物主要为方解石和硬石膏。颗粒粒径一般在 0.13~0.25 mm，分选中等偏差，颗粒多呈次棱状，支撑方式为颗粒支撑。砂体中常含有细砾级的泥砾，局部还可见石英岩砾石(图 8a)。沉积构造以冲洗交错层理为主(图 8b)，也可见高角度斜层理和平行层理。概率累计曲线主要为高截点高斜两段式(图 6d)，包括一个较高斜率的跳跃次总体和悬浮次总体，跳跃次总体含量多大于 65%，两个粒度次总体的交切点一般小于 4 Φ。垂向上，漫湖砂坝的厚度多大于 4 m，底部可见含定向泥砾的冲刷面，向上冲洗交错层理和高角度斜层理叠覆组合，组成较厚的块状砂坝层，对应 GR 和 SP 测井曲线常表现为箱形特征(图 8c)。
漫湖砂滩是漫湖混合坪的主要砂体类型，单砂体厚度薄且结构和构造与漫湖砂坝存在明显差异。岩性主要为紫红色粉砂岩，显微薄片显示岩石主要为岩屑长石粉砂岩(图 4e)，颗粒包括石英、长石(钾长石和斜长石)和岩屑，且以变质岩和岩浆岩岩屑为主(图 4f)。颗粒粒径一般在 0.13~0.25 mm，多小于 0.1 mm，分选中等偏差，颗粒多呈次棱角状，支撑方式为颗粒支撑，泥质杂基含量为 2%~10%，胶结物主要为硬石膏和方解石。沉积构造包括浪成砂纹层理、双向交错层理和脉状层理等(图 8d~f)。其粒度分布特征主要为高截点高斜两段式(图 6e)，包含一个跳跃次总体和一个悬移次总体，且跳跃次总体含量占绝对优势，含量多大于 65%，跳跃次总体斜率中等，表示其分选中等。两个次总体交切点相对较高，多大于 4 Φ，反映沉积物粒度整体偏细。漫湖砂滩在垂向上以反粒序或复合粒序为主，偶见正粒序特征，底部多与漫湖泥岩突变接触。与垂向沉积序列相对应，GR 曲线主要表现为漏斗形(图 8g)或钟形—漏斗形，代表反粒序和复合粒序结构。
2.4 干盐湖
干盐湖岩性包括紫红色含膏泥岩、灰色含膏泥岩、膏质泥岩、泥膏岩、膏岩、含盐泥、盐膏岩、膏盐岩以及灰白色盐岩。与蒸发岩互层的既有氧化色的砂泥岩，也有非氧化色的粉砂岩和泥岩，且两种不同颜色的碎屑岩地层具有明显的分布规律，即红层主要位于东营凹陷郝科 1—胜科 1—新东风 10—莱深 1 一线，灰色、深灰色砂泥岩地层位于更往北的洼陷中心(如丰深 2 所在区域)，暗示二者在成因上存在差异。氧化色的碎屑岩主要是洪水漫湖或辫状河沉积，而还原色的细碎屑岩主要是湖相沉积。孔一段到沙四下亚段，东营凹陷北部边界不断北移，导致沉降中心也不断北移，因此不存在一个稳定的沉降中心，在间歇性湿润期和季节性雨季，北部洼陷中心为有水的小范围湖泊，使得蒸发岩和还原色砂泥岩地层在纵向上以特定的沉积序列频繁互层;而漫湖湖泊在浓缩的过程中，当水体达到蒸发岩的饱和度时，在早期的红层之上沉淀了膏盐岩等蒸发岩系，之后又被下一次的季节性漫湖沉积物所覆盖。——论文作者：年涛 1,2，姜在兴 3，王贵文 4，贾光华 5，闫晓倩 3，孟嘉轶 3，吕江锋 3
