深海重力流在沿斜坡向下运动过程中可形成大规模的海底扇沉积^［1］。目前，圭亚那盆地、西非、东非、墨西哥湾、巴西东部及南海北部等地区深水油气勘探获得了重大突破，已成为了石油产量增长主体，使得重力流沉积形成机理及优质储层预测成为了当今沉积学及油气勘探领域研究的重点和热点之一^［2-8］。与深海重力流沉积研究相比，浅海重力流沉积研究实例相对较少^［9-11］。1991年，前人在加拿大纽芬兰东南部沙佩尔岛组中识别出了浅水重力流沉积，包括块状粉砂岩、弱递变-弱层状粉砂岩及正递变-层状细砂岩3种岩相，可能为液化流-浊流沉积^［9］。奥利维罗等在研究阿根廷始新世笔石沉积时，对浅海、高能、富有机质的浊流沉积进行了研究。该浅海重力流沉积岩相包括泥岩，泥岩及薄层砂岩互层，厚层砂岩夹泥岩3种组合。其中，厚层砂岩夹泥岩为水道沉积^［11］。总体而言，浅海海底扇沉积特征、形成过程及主控因素等还需要进一步研究。

同时，超临界流和亚临界流的演化及沉积响应是近年国际沉积学领域研究的重要内容之一^［12-17］。根据弗劳德数（Fr）可将重力流分为超临界、亚临界及临界重力流。在Fr=1时临界状态较难保持，而超临界及亚临界重力流是常见的重力流类型^［13-14］。重力流在运动过程中，由超临界流向亚临界流转化时，流体运动速度会发生明显变化而形成水跃现象^［12］。超临界流沉积底形主要有波痕、上部/下部平坦床沙、沙丘、逆行沙丘、冲坑-流槽及周期性阶坎等^［12-17］。其中，周期性阶坎的沉积特征及形成过程研究相对较多，而其他底形，特别是冲坑-冲槽研究实例极少。

中国南海北部莺歌海盆地东方1-1气田是中国第一个海上开发的高温、高压气藏。新近系中新统黄流组一段是主要产气层段，浅海重力流沉积发育。前人针对该区重力流沉积已进行了较多研究，包括沉积环境、重力流类型、形成过程及主控因素等^［18-22］。然而，由于地震资料分辨率较低，钻井资料较少等原因，在研究区重力流沉积微相精细刻画、海底扇形成机理及优质储层分布研究等方面仍较薄弱。通过最新研究发现，研究区发育多级海底扇，公开资料未见其形成机理及储层分布研究。因此，本文基于岩心、测井及地震等资料，结合团队最新研究成果，在中新统黄流组一段Ⅱ_b气组沉积微相精细刻画的基础上，探讨浅海多级海底扇形成机理及优质储层分布规律，提升海底扇形成认识，服务研究区气藏勘探。

莺歌海盆地位于海南岛与印支半岛之间，是南海北部大陆架发育的一个新生代转换-伸展型含油气盆地^［21］。盆地长750 km，宽200 km，面积约11.3 × 10⁴ km²，东部以1号断裂带为界，西部为红河断裂带分支，东北侧与北部湾盆地接壤，西侧与昆嵩隆起相接，可划分为莺东斜坡带、中央坳陷带、莺西斜坡带等一级构造单元（图1a）^［21-22］。中新世中-晚期，盆地热沉降及红河断裂带右行走滑导致北部抬升^［21-22］，盆地西侧广阔的昆嵩隆起及蓝江三角洲提供了充足的物源^［19］，陆架坡折向北迁移。研究区位于莺歌海盆地中央坳陷的中北部（图1a），面积280 km²。

莺歌海盆地自下而上发育中新统三亚组、梅山组和黄流组，上新统莺歌海组（图1c）^［18-19］。黄流组可进一步划分为两段。其中，黄一段（黄流组一段）中部（层序界面S302与S301之间）为主要产气层之一，是本文研究目的层段，总体为浅水陆内凹陷的海底扇沉积^{［18-19， 21］}，研究区东南部发育泥底劈（图1a， d）。

综合地震、岩心及钻测井等资料，认为研究区发育水道、席状砂及扇缘砂3种沉积类型（表1）。

水道呈透镜状强反射地震特征，内部多为层状充填（图2a， b）。测井相常见箱形、钟形及复合形（图2c）。岩性以中-细砂岩为主，石英含量59.5 % ~ 66.0 %（平均62.8 %），长石含量0.5 % ~ 7.5 %（平均6.4 %），岩屑含量0.5 % ~ 10.0 %（平均6.7 %）。粒度（粒径Φ值）分布在2.7 ~ 4.5，标准偏差σ为1.52 ~ 1.74（分选较差）。累积概率曲线以一段式或两段式为主（图2d）。地震最小振幅属性值6 ~ 9，波阻抗7 900 ~ 8 100 g/cm³·m/s（图2b， k），沉积厚度大于32 m，砂岩层序内的总厚度大于35 m（表1）。

席状砂发育在水道两侧及末端，包含堤岸及席状砂（本文将水道两翼具有明显楔状特征的沉积体定义为堤岸沉积，其余的统称为席状砂沉积），整体呈楔状或板状连续性中等-好的强地震反射特征（图2e， f）。测井相以箱形、指状及漏斗形最为常见（图2g）。岩性以中-细砂岩及粉砂岩为主，平行层理发育（图2g），石英含量47.0 % ~ 68.0 %（平均58.0 %），长石3.5 % ~ 7.0 %（平均6.1 %），岩屑0.5 % ~ 12.0 %（平均5.8 %）。颗粒最细6.18 （Φ），最粗为4.23（Φ），σ分布在1.565 ~ 2.730（分选较差-差）。累积概率曲线以二段式为主（图2h）。地震最小振幅属性值4 ~ 10，波阻抗小于7 900 g/cm³·m/s（图2f， k），沉积厚度16 ~ 32 m，砂岩累计厚度16 ~ 35 m（表1）。

扇缘砂主要发育在海底扇边缘，岩性为粉砂岩及泥岩。地震特征为板状、连续性中等-差的弱反射（图2i， j）。地震最小振幅属性值小于3，波阻抗高于8 100 g/cm³·m/s（图2k），沉积厚度小于32 m，砂岩累计厚度小于16 m（表1）。

研究区西北部水道宽1.2 km，厚度较小（约40 m），形态不对称，迎流面较陡，背流面较缓，内部多为层状充填。中部（C-1井）水道极为发育，规模较大（宽4.2 km），“U”及“W”形，中等-强反射地震特征；内部波阻抗较低，发育层状砂岩充填。东南部水道规模相对较小（宽0.85 km），呈“U”形，中等反射地震特征。水道两翼及水道间发育堤岸/席状砂，波阻抗低，岩性为砂岩夹粉砂岩。东南部边缘地区波阻抗值高，以扇缘砂最为常见（图3）。

研究区西南部发育小型水道-堤岸体系，水道规模较小（宽0.9 km）。中部（C-1井）水道最为发育，宽度1.7 km，呈“W”形，层状充填为主。东南部水道宽1.2 km，规模相对较小，而东部水道规模最小（宽0.3 km）。水道两翼及末端发育席状砂沉积，东南部边缘发育扇缘砂（图4）。

研究区地层厚度、砂岩厚度、地震最小振幅属性及波阻抗反射特征具有明显的分带性。研究区北部、中部及东南部地层厚度较大，最厚可达96 m（C-1井西），西部、东部及东南部地层厚度较薄，地层较厚地区地层厚度等值线多呈条带状，中部略具发散特征（图5a）。中部砂岩厚度最厚（达82 m），东南部次之（50 ~ 60 m），外形呈条带状及席状，边缘厚度最小（图5b）。地震最小振幅属性在北部、中部（S-1井）及东部（S-3井西）高，高值区多为席状；中部（C-1井）及东南部（S-2井西）地区中等，高值区整体呈条带状（图5c）。东北部、中部、东南部波阻抗值较低，低值区常见条带状及席状分布，边缘地区较高（图5d）。

综上，研究区西北部、中部及东南部发育水道，整体呈NW-SE向展布。中部水道规模最大，东南部次之，西北部最小。水道两翼及末端发育席状砂。海底扇边缘发育扇缘砂（图6a）。另外，水道由一系列串珠状冲坑-流槽断续相连而成，可进一步分为3级（区域）（图6a）。其中，西北部发育2条水道，规模较大；中部水道规模大，数量多（由7条水道构成）；东南部发育3条水道，规模相对较小。水道形态整体不对称，迎流面较陡，背流面较缓（图6b， c）。

通过研究区9口井的孔隙类型、含砂率、孔隙度及渗透率等分析，结合储层反演及生产动态资料，对水道（典型井C-1井）及席状砂沉积（典型井S-1，S-2）的孔隙类型、物性特征等进行了对比研究。

研究区孔隙类型多样，见粒间孔、长石溶孔、粒间溶孔、杂基溶孔及岩屑溶孔等。颗粒以点-短线接触为主，压实作用中等，胶结物多为（铁）方解石及黏土矿物（图7a—c）。其中，水道沉积（C-1井）粒间孔占50 %，长石粒内孔及粒间溶孔占10 %（图7d）。席状砂（S-1井）发育粒间孔（占57 %），见石英（Q）、铁白云石（Ak）、钠长石（Ab）、菱铁矿（Ic）及片状伊蒙混层（I/S）等充填（图7b， e）。S-2井（席状砂）见粒间孔（67 %）、长石粒内溶孔（12 %）、粒间溶孔（9 %）及铸模孔（3 %）等（图7c， f）。总之，研究区孔隙以粒间孔为主。

中部水道（C-1井）岩性为细砂岩，含砂率100.0 %，孔隙度分布在16.7 %~18.3 %，渗透率为5.4 × 10^-3 ~ 9.0 × 10^-3 μm²。S-1及S-2井为席状砂沉积，岩性以细砂岩及粉砂岩为主，含砂率分别为97.2 % ~ 100.0%及61.0 % ~ 100.0 %，孔隙度分别为18.3 % ~ 19.3 %和18.3 % ~ 18.4 %，渗透率在13.9 × 10^-3 ~ 14.2 × 10^-3 μm²（S-1井无资料）。水道沉积岩性相对较粗，含砂率大，孔隙度及渗透率较高。席状砂岩性相对较细，含砂率较低，但孔隙度及渗透率相对水道较好。综合认为，席状砂及水道沉积都可作为有利储层，但席状砂孔隙度及渗透率略优于水道沉积（表2）。

地震反演波阻抗值与孔隙度关系统计表明，研究区波阻抗与孔隙度呈负相关（图8）。结合砂岩厚度（图5b）、地震储层反演（图5d）、沉积微相（图6a）及物性（3.1及3.2部分）等研究成果，认为研究区有利储层沉积微相为席状砂及水道沉积，岩性为中-细砂岩及粉砂岩，波阻抗低于8 100 g/cm³·m/s，最小振幅属性值小于10，孔隙度大于15 %，渗透率高于5 × 10^-3 μm²（表3）。以此为标准，推测研究区东南部及中部席状砂，中部及东南部水道为有利储层发育区，可进一步划分为16个砂体。其中，16号砂体为扇缘砂沉积，因岩性较细，厚度小，含砂率低，物性较差，为非有利储层，未进行细分（图9a）。

研究区砂体数量较多（16个），规模较大，有利储层相互切割、叠置频繁，砂体连通性较为复杂。总体而言，研究区砂体连通性可分为水道与席状砂沉积之间，席状砂与席状砂沉积之间两种类型，具体特征如下。

水道与水道两翼及尾部席状砂沉积常断开不连通。主要依据为：①水道规模较大，内部以层状充填为主，与鄂尔多斯盆地西缘奥陶系水道体系较为类似^［23］。水道内部砂体沉积与水道外席状砂断开。②C-1井（水道）下部为水层，中部为气-水同层，上部为干层及气层，而S-1井（席状砂）从下至上为水层、气-水同层、干层及气层。两口相邻井在同一小层中具有明显不同的气-水组合关系（图9b）。

席状砂（S-4井处15号砂）与席状砂（S-3井处3号砂）断开或弱连通（图9a）。主要依据为：①两套席状砂之间波阻抗断续相连，差异明显（图9c）；② S-4井位于现今构造高部位，且为水层，而S-3井处于构造低部位，却为气层（图9c）。

综合沉积微相刻画、地震储层反演及储层质量研究等成果，认为研究区优质储层具有以下特征：

1） 席状砂具有分布面积广，厚度较大，含砂率较高，物性好等特征，为优质储层。

2） 水道砂一般厚度大，面积相对席状砂较小，但水道带面积仍较大，含砂率高于席状砂沉积，物性较高，为有利储层。

3） 水道与席状砂沉积常断开不连通，席状砂与席状砂之间通常不连通或弱连通，易形成岩性及地层圈闭。

超临界重力流的搬运及沉积作用与Fr密切相关^［15］。重力流沿斜坡向下运动过程中，随着能量逐渐降低，侵蚀作用减弱，而沉积作用增强。当Fr > 1时，重力流能量较强，超临界流占主导^［12-13］。随着Fr不断增加，超临界重力流的水跃作用可先后形成波痕、平坦床沙、沙丘、冲坑-流槽、逆行沙丘及周期性阶坎（图10a）^［12］。其中，高Fr的超临界流具有极强的侵蚀能力，可形成大规模的冲坑-流槽^{［12， 14， 24］}。Cartigny等通过物理模拟实验认为超临界重力流在形成冲坑-流槽时，可分为超临界重力流发育期、迎流迁移增加、水跃中迁移增加稳定及超临界重力流恢复（下一期超临界流）4个阶段，而亚临界重力流侵蚀作用相对较弱，沉积作用较强，可在冲坑-流槽（水道）尾部及周缘形成席状砂沉积（图10b）^［12］。从地貌及规模来看，研究区浅海海底扇水道规模大，由一系列串珠状冲坑-流槽组成（图6），可能为超临界及亚临界重力流作用而成。

从平面上来看，研究区水道可分为3级（区域）冲坑-流槽（图10c）。第1级（区域）水道形成地区重力流能量较强，重力流以侵蚀作用为主，侵蚀面积较大。第2级水道规模最大，岩性为中-细砂岩，粒度（Φ）2.7 ~4.5，以悬浮搬运沉积为主（图2d），分选较差。第3级水道规模相对第2级减小。同时，第2及第3级水道之间的席状砂（S-1井）岩性为细砂岩，局部夹粉砂岩，粒度（Φ）分布4.23 ~ 6.18，分选较差-差，常见跳跃及悬浮搬运（图2h），而第3级水道末端席状砂岩性变细，粉砂岩含量增多（S-2井）（图10d）。整体来看，研究区从北西向南东沉积物粒度逐渐变细，泥质含量逐渐增加，沉积物搬运方式从悬浮搬运向悬浮及跳跃搬运过渡，反映重力流性质多期变化（超临界流、亚临界流）和能量逐渐衰减过程。

研究区多级海底扇形成与重力流的演化密切相关（图11），可进一步分为两个阶段：①超临界流-亚临界流转化形成冲坑-流槽（水道）及平坦床沙（席状砂雏形）阶段。黄一段沉积初期，相对海平面较低（图2c），重力流在陆内斜坡运动过程中，能量高，超临界重力流（Fr > 1）占主导，可形成大规模串珠状冲坑-流槽（水道）。当Fr < 1时，以亚临界流为主，发育席状砂沉积。②充填-漫溢沉积阶段。随着相对海平面上升（图1c），重力流能量减弱，亚临界重力流逐渐发育。当重力流充满水道时，一部分在水道内以层状充填方式沉积下来，而另一部分可漫溢出水道，在水道末端及两翼形成席状砂沉积。当重力流能量足够向前继续运动时，可到达下一级（区域）水道，并发生层状充填及漫溢作用，进而形成新一期的席状砂沉积。

1） 莺歌海盆地东方1-1气田中新统黄一段浅水多级海底扇由水道、席状砂及扇缘砂组成。水道呈透镜状，形态不对称，由一系列串珠状冲坑-流槽构成，整体呈NW-SE向展布，可分为3级（区域）。水道两侧及末端发育席状砂。扇缘砂多发育在海底扇边缘。

2） 席状砂及水道沉积储集性能好。席状砂岩性以细砂及粉砂为主，具有分布广，厚度较大，含砂率较高，物性好等特征。水道多为层状细砂岩充填，厚度及面积较大，物性较好。水道与席状砂沉积常断开不连通，席状砂与席状砂之间多断开或弱连通，易形成岩性及地层圈闭。

3） 多级海底扇的形成可分为早期的超临界流-临界流转换阶段（形成多级水道）和晚期的充填-漫溢阶段。黄一段沉积早期，重力流能量高，超临界重力流在莺歌海斜坡上形成冲坑-流槽，而亚临界重力流发育席状砂沉积。随着重力流能量逐渐降低，一部分重力流在水道内发生层状充填，而另一部分流溢出水道形成席状砂沉积。