金湖凹陷西斜坡阜二段湖相碳酸鹽巖沉積模式研究

劉金華 唐建東 鐘思瑛 姚富來 葛政俊

(1.江蘇油田地質(zhì)科學(xué)研究院 江蘇揚(yáng)州 225012; 2.江蘇油田博士后流動(dòng)工作站 江蘇揚(yáng)州 225012;3.江蘇油田開發(fā)處 江蘇揚(yáng)州 225012)

金湖凹陷西斜坡阜二段湖相碳酸鹽巖沉積模式研究

劉金華1,2唐建東3鐘思瑛1姚富來1葛政俊1

(1.江蘇油田地質(zhì)科學(xué)研究院 江蘇揚(yáng)州 225012; 2.江蘇油田博士后流動(dòng)工作站 江蘇揚(yáng)州 225012;3.江蘇油田開發(fā)處 江蘇揚(yáng)州 225012)

前人對(duì)金湖凹陷西斜坡地區(qū)阜寧組阜二段湖相碳酸鹽巖地層的成因認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一,因而本次研究以該層碳酸鹽巖沉積相為重點(diǎn),通過對(duì)研究區(qū)碳酸鹽巖的成分組成、蟲管保存程度、地層厚度分布規(guī)律、泥晶灰?guī)r等的研究,提出研究區(qū)發(fā)育一套碳酸鹽巖坪沉積體系。碳酸鹽巖坪是一套靜水環(huán)境下的泥晶灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r為主體的沉積體系,包含碳酸鹽巖席、碳酸鹽巖壩、碳酸鹽巖灘以及泥坪四種微相。平面上在研究區(qū)西部水體較淺,水體動(dòng)力較強(qiáng),發(fā)育碳酸鹽巖灘、壩相,東部水體較深,水動(dòng)力較弱,發(fā)育碳酸鹽巖席。并在全面研究基礎(chǔ)上提出了碳酸鹽巖坪沉積體系的沉積模式。

金湖凹陷 阜二段 碳酸鹽巖 沉積相 湖泊相

0 引言

湖相碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)層的研究從20個(gè)世紀(jì)80年代開始,至今已有30余年的歷史。前人對(duì)國內(nèi)四川盆地侏羅系大安寨組、華北盆地濟(jì)陽坳餡下第三系純化鎮(zhèn)組、黃驊坳餡下第三系沙河街組、松遼盆地下白堊統(tǒng)等多個(gè)區(qū)域存在的碳酸鹽巖均進(jìn)行了詳細(xì)研究,湖相碳酸鹽巖主要以生物礁和碳酸巖鹽灘壩相為主[1-4]。金湖凹陷西斜坡地區(qū)阜寧組阜二段地層湖相碳酸鹽巖是一套較好的油氣儲(chǔ)層,前人對(duì)此地層成因的研究多認(rèn)為是濱淺湖中的碳酸鹽巖灘壩相沉積,但是本次研究中通過對(duì)大量取芯資料和測(cè)井、錄井等資料的分析,發(fā)現(xiàn)存在碳酸鹽巖分布穩(wěn)定,厚度變化不大,生物碎屑灰?guī)r內(nèi)部生物介殼保存完好等現(xiàn)象與碳酸鹽巖灘壩相存在較大分歧,因而提出一種碳酸鹽巖坪沉積體系發(fā)育模式。為下一步油田的勘探開發(fā)提供了新的地質(zhì)依據(jù),對(duì)油氣的勘探和開發(fā)具有重要的研究意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

金湖凹陷位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷西部,為晚白堊世發(fā)育起來的南斷北超的箕狀凹陷。北起建湖隆起,南至天長凸起,西鄰張八嶺隆起,東與菱塘橋-柳堡低凸起相連,面積約5 000 km2(圖1)。金湖凹陷西斜坡則是指三河、汊澗次凹的西部斜坡帶,西連建湖隆起,南鄰張八嶺隆起,斜坡整體呈西抬東傾,走向北東,地理上跨江蘇、安徽兩省,總面積約1 500 km2(圖1)[5～9]。

研究區(qū)阜寧組的地層與下伏泰州組呈假整合-整合接觸,與上覆戴南組呈假整合接觸,根據(jù)大套巖性組合自下而上稱之為阜一段、阜二段、阜三段和阜四段。阜二段地層是阜一段沉積末的最大水進(jìn)的開始,阜二段自上而下形成三個(gè)亞段:第一亞段(E1)稱“泥脖子”、“四尖峰”和“七尖鋒”段,為暗色泥巖段,厚60～120 m,是一套生油巖。第二亞段(E1)稱為“碳酸鹽巖層”,為生物碎屑灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖互層、其中包含云灰?guī)r、生物灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖等,也是一套生油巖,厚10～30 m;第三亞段(E1)稱“山字型”段,為砂、泥巖互層夾少量生物灰?guī)r段,厚60～80 m,是金湖凹陷的主要油氣儲(chǔ)層。本次研究的目的層段就是第二亞段(E1)“碳酸鹽巖層”。

2 碳酸鹽巖巖石學(xué)及組構(gòu)特征

湖相碳酸鹽巖由碳酸鹽巖顆粒和灰泥等沉積物組成,經(jīng)成巖作用以一定的方式固結(jié)為不同的巖石類型。碳酸鹽巖的巖石學(xué)及其組構(gòu)特征是碳酸鹽巖判別沉積環(huán)境的重要依據(jù)。本次研究從組成巖石的顆粒、基質(zhì)和膠結(jié)物等方面進(jìn)行分析。

圖1 蘇北盆地金湖凹陷西斜坡工區(qū)位置圖Fig.1 The positions of the west slope of Jinhu Sag,Subei Basin

2.1 顆粒特征

在研究區(qū)內(nèi)的碳酸鹽巖按常規(guī)分析方法,借鑒前人的研究成果基礎(chǔ)上,對(duì)存在的內(nèi)碎屑、生物屑、鮞粒和團(tuán)粒的基本特征進(jìn)行了分析。

(1)內(nèi)碎屑

內(nèi)碎屑是主要指礫屑、砂屑和粉屑。礫屑是先成巖石(或半固結(jié)-準(zhǔn)固結(jié)的沉積物)再破碎的產(chǎn)物[10],故其內(nèi)部結(jié)構(gòu)必然受先成巖石、先成沉積物類型的制約,常見巖類有泥晶礫屑灰?guī)r、含礫屑粉晶灰?guī)r、礫屑蟲管灰?guī)r等。

研究區(qū)內(nèi)礫屑大小不一,粒徑為2～15 mm,形態(tài)多變,分選性差,圓度為次棱-次圓;礫屑含量7%～ 65%,主要由泥晶方解石、白云石組成,具有泥晶結(jié)構(gòu)和含顆粒泥晶結(jié)構(gòu),礫屑間充填物為泥晶方解石、白云石或鮞粒。

砂屑在本區(qū)分布廣泛,含量5%～55%,主要成分為泥晶方解石、其次為白云石,形態(tài)不規(guī)則(圖版-1),分選、圓度較差,粒徑0.1～0.2 mm,砂屑間為泥晶方解石、少量泥晶白云石或陸源碎屑充填,多具泥晶結(jié)構(gòu),常與礫屑或其它顆粒伴生。常見巖類有泥晶砂屑含泥質(zhì)灰?guī)r,灰色亮晶砂屑藻含云質(zhì)灰?guī)r、砂屑泥晶云灰?guī)r等。

(2)生物屑

生物屑主要有蟲管、藻、管孔藻、藻疊層,其次有介形蟲、介殼及腹足類[11,12]。生物種屬比較單一,但生物屑含量比較高,變化大,含量1%～80%。

碳酸鹽巖中蟲管生物屑含量30%～70%。蟲管多保存較好,多呈簇狀分布,偶見平行層理分布,具有一定方向性。蟲管內(nèi)充填亮晶方解石、粉屑;管壁多粘結(jié)著球粒或粉屑,使管殼表面呈瘤狀(圖版Ⅰ-1);有的蟲管外被藻包覆,使管壁形成增厚環(huán)。蟲管直徑0.5～2.5 mm,具有生物骨架結(jié)構(gòu)。伴生顆粒有礫屑、砂屑以及藻屑等。蟲管屑間多為泥晶方解石充填,偶有被亮晶方解石充填。常見巖類為泥晶蟲管灰?guī)r、蟲管泥晶灰云巖、亮晶蟲管灰云巖或蟲管亮晶灰云巖。

碳酸鹽巖中藻或藻屑較為發(fā)育,含量3%～ 85%,具有層紋同心紋層及輻射條紋結(jié)構(gòu)。色暗、透明,由泥晶方解石、白云石組成夾有少量泥質(zhì)。形態(tài)有半球狀、波狀或小型單體柱狀等。

(3)鮞粒

鮞粒是我本區(qū)碳酸鹽巖中的重要顆粒,含量1% ～70%,常見鮞粒有藻鮞、正常鮞、負(fù)鮞、復(fù)鮞、結(jié)晶鮞和變形鮞(圖版Ⅰ-2)。

(4)團(tuán)粒

本區(qū)巖層中團(tuán)粒含量變化較大,變化范圍5%～ 45%。形態(tài)各異,大小0.06～2 mm不等,圓度、分選較差,由粉砂級(jí)或泥晶方解石、白云石組成,色暗,圓度和分選性好。

2.2 泥晶基質(zhì)與亮晶膠結(jié)物

泥晶是本區(qū)碳酸鹽巖中顆粒之間常見的填隙物,其含量變化可在0～100%之間,主要由泥晶方解石、其次為泥晶白云石,局部重結(jié)晶呈塊狀或條帶狀分布。

泥晶和顆粒是同時(shí)沉積的,它的存在與否或含量多少,是衡量沉積時(shí)水體能量的指標(biāo)?；夷?即泥晶)是低能環(huán)境的產(chǎn)物,與其共存的顆粒亦為低能顆粒。

亮晶膠結(jié)物是在顆粒沉積之后,由顆粒間的粒間水以化學(xué)沉淀的方式形成的,其特點(diǎn)是干凈明亮,它是成巖期的產(chǎn)物。本區(qū)亮晶膠結(jié)物一般具有一世代、二世代膠結(jié)結(jié)構(gòu),亮晶膠結(jié)物含量0～40%,主要由亮晶方解石,次為白云石組成,一般基質(zhì)含量大于亮晶膠結(jié)物含量。

3 沉積特征及沉積模式

通過巖芯觀察、分析化驗(yàn)、單井相等研究,金湖凹陷西斜坡阜二段第二亞段(E1)主要發(fā)育碳酸鹽巖地層,該層碳酸鹽巖沉積為半咸水環(huán)境下沉積的一套生物灰?guī)r為主,泥晶灰?guī)r為輔的沉積物,該碳酸鹽巖地層具有如下特征:①地層中蟲管的保存完好,大多數(shù)地區(qū)蟲管無任何破損。②地層發(fā)育厚度分布規(guī)律性強(qiáng),厚度變化小,無明顯壩體特征。③碳酸鹽巖地層發(fā)育廣泛,全區(qū)分布,分布面積廣,也與灘壩相不符。④泥晶灰?guī)r全區(qū)分布,含量普遍較高,在較強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境下很難沉積。鑒于此,本次研究認(rèn)為該區(qū)目的層的沉積成因?yàn)樘妓猁}巖坪沉積;并且目的層中的蠕蟲狀蟲管化石,經(jīng)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所俞昌民、王惠基(1976)研究,確定為環(huán)節(jié)動(dòng)物門多毛綱隱居亞綱的棲管化石。現(xiàn)代棲管多毛綱均營棲生活,主要生活于近岸濱海到水下60 m左右深處。因而可以說工區(qū)阜二段碳酸鹽巖沉積時(shí)水體環(huán)境應(yīng)較深。

本次研究中提出工區(qū)沉積了一套碳酸鹽巖坪沉積體系,碳酸鹽巖坪是一套在盆地斜坡帶發(fā)育,發(fā)育于湖泊中濱湖和淺湖地區(qū)的一套碳酸鹽巖沉積,包含碳酸鹽巖席、碳酸鹽巖壩、碳酸鹽巖灘以及泥坪四種微相的沉積體系(圖2),屬于靜水環(huán)境下的泥晶灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r為主體的沉積體系。

碳酸鹽巖壩:該微相發(fā)育于工區(qū)邊緣,受湖浪作用明顯,厚度大,為15～40 m,以泥晶灰?guī)r與生物碎屑灰?guī)r伴生為主,多處可見波浪作用形成的破碎生物介殼(圖3,圖版Ⅰ-3,圖版Ⅰ-4)。

碳酸鹽巖灘:與碳酸鹽巖壩發(fā)育同一位置,只是厚度上較小,縱向上分布于厚層的碳酸鹽巖壩之間的薄層碳酸鹽巖,分布相對(duì)穩(wěn)定,也以泥晶灰?guī)r與生物碎屑灰?guī)r伴生為主(圖版Ⅰ-5,圖版Ⅰ-6),生物碎屑也多見破碎或水動(dòng)力改造現(xiàn)象。

碳酸鹽巖席:分布于高集-崔莊等水體較深區(qū)域,以生物灰?guī)r為主,生物介殼保存完好,成層分布,一般與灰黑色泥巖或頁巖伴生(圖3,圖版Ⅰ-7,圖版Ⅰ-8),碳酸鹽巖灘與碳酸鹽巖席雖然均為薄層碳酸鹽巖,但是其發(fā)育環(huán)境的水體深度不同,導(dǎo)致的生物碎屑的保存程度以及含有的泥質(zhì)顏色均有所不同。

從巖芯觀察中可以看出,在E1砂巖沉積后沉積了碳酸鹽巖,繼而是半深湖相灰黑色泥巖、泥頁巖沉積,形成一套典型的水體由淺變深,由強(qiáng)水動(dòng)力到弱水動(dòng)力的典型地層。碳酸鹽巖沉積環(huán)境位于砂巖與灰黑色泥巖之間,其沉積環(huán)境應(yīng)為水動(dòng)力介于半深湖的靜水環(huán)境和砂巖的強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境之間,屬于靜水-弱水動(dòng)力沉積。

圖2 碳酸鹽巖坪沉積體系相模式圖Fig.2 Themodel of the carbonate terrace sedimentary system

圖3 碳酸鹽巖坪沉積體系相序Fig.3 The facies sequence of the carbonate terrace depositional system

4 沉積相展布及演化

從剖面和平面上分析,研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖坪沉積體系發(fā)育地層厚度不大,較大厚度位于南湖-范莊地區(qū),最大厚度約40 m,從斜坡西緣向東南部地層逐漸變薄(圖4),地層中碳酸鹽巖得相對(duì)含量也逐漸變低,到河參1井等井區(qū)出現(xiàn)了無碳酸巖鹽發(fā)育區(qū),這種分布特征主要受到湖水深度和水動(dòng)力環(huán)境控制,沉積相帶的分布與古構(gòu)造相匹配。

圖4 金湖西斜坡東西向連井剖面相Fig.4 The sedimentary facies of the east-westwell tie profile in the west slope of Jinhu Sag

圖5 金湖凹陷西斜坡E1 f小層沉積相平面圖Fig.5 The sedimentary planimetric map of the E1sublayer in the west slope of Jinhu Sag

金湖凹陷西斜坡地區(qū)阜寧組阜二段二砂組碳酸鹽巖地層主要發(fā)育三套碳酸鹽巖沉積,因而將二砂組劃分為三個(gè)小層,從下而上分別為E1f、E1f、E1f小層(后文中簡稱3、2、1小層)。下邊針對(duì)2小層的具體情況對(duì)工區(qū)沉積相平面分布進(jìn)行分析。

在2小層中,范7井-南1井-陸1井-洪2井、崔17井-宋1井兩個(gè)區(qū)域主要發(fā)育碳酸巖鹽灘壩,形成了兩個(gè)與湖岸線成一定角度的壩體,西1井-陸2井-仁1井、劉8井-劉10井一線發(fā)育碳酸鹽巖灘。從研究區(qū)南部的陽3井到中部的崔7井,再到北部的高6井、高3井的大片地區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖席微相,僅在南部的陽X7井周圍、崔4井東部、河參1井東部等地區(qū)發(fā)育泥坪微相沉積(圖5)。從平面上分析,沉積相的分布基本符合了西部水體較淺,水體動(dòng)力較強(qiáng),發(fā)育碳酸鹽巖灘壩相,東部水體較深,水動(dòng)力較弱,發(fā)育碳酸鹽巖席,這與單井和剖面上的認(rèn)識(shí)也是相符的。

從縱向上看,3小層是碳酸鹽巖剛剛開始沉積的地層,碳酸鹽巖分布局限,僅在崔莊和高集等區(qū)域的局部發(fā)育,厚度薄,泥晶灰?guī)r發(fā)育,說明當(dāng)時(shí)的水體鹽度相對(duì)較低,不利于大規(guī)模碳酸鹽巖的沉積。1小層與2小層的碳酸鹽巖發(fā)育規(guī)模相似,全區(qū)分布;從厚度看,2小層比1小層大。整體分析,研究區(qū)阜二段二砂組地層碳酸鹽巖從3小層開始沉積,到2小層達(dá)到沉積高峰,1小層又開始減退,從而形成了一套完整的湖相碳酸鹽巖沉積體系。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)碳酸鹽巖的組成以內(nèi)碎屑和生物碎屑兩種顆粒為主,含少量的鮞粒和團(tuán)粒,顆粒的含量不同,區(qū)域差異巨大,不同層位也有較大差異,基質(zhì)為泥晶基質(zhì),膠結(jié)物多為亮晶膠結(jié)物。

(2)阜二段碳酸鹽巖地層中蟲管的保存完好,地層發(fā)育厚度分布規(guī)律性強(qiáng),厚度變化小,泥晶灰?guī)r全區(qū)分布;本次研究中提出研究區(qū)發(fā)育一套碳酸鹽巖坪沉積體系,碳酸鹽巖坪是一套靜水環(huán)境下的泥晶灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r為主體的沉積體系,包含碳酸鹽巖席、碳酸鹽巖壩、碳酸鹽巖灘以及泥坪四種微相。

(3)研究區(qū)阜二段二砂組平面上在西部水體較淺,水體動(dòng)力較強(qiáng),發(fā)育碳酸鹽巖灘壩相,東部水體較深,水動(dòng)力較弱,發(fā)育碳酸鹽巖席;縱向上碳酸鹽巖地層從E1f小層開始沉積,到E1小層達(dá)到沉積高峰,E1小層又開始減退,從而形成了一套完整的湖相碳酸鹽巖沉積體系。

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Sedimentary M odel of Lacustrine Carbonate Rock in the Second M ember of Funing Formation,the W est Slope of Jinhu Sag

LIU Jin-hua1,2TANG Jian-dong3ZHONG Si-ying1YAO Fu-lai1GE Zheng-jun1
(1.Geology Research Institute,Jiangsu Oilfield,SINOPEC,Yangzhou,Jiangsu 225012; 2.M obile Post-doctoral Center,Jiangsu Oilfield,SINOPEC,Yangzhou,Jiangsu 225012; 3.The Exp loration and Development Department of Jiangsu Oilfield Branch Com pany,SINOPEC,Yangzhou,Jiangsu 225012)

The recognition of carbonate origin in lake facies of the second Member of Funing Formation,the west slope of Jinhu Sag existed different vuewoaubts,so themajor part of this research was the sedimentary facies of the carbonate rock.Themain components of the carbonate rock were intraclast and bioclast,and other components were few ooide and crumb,the grain contentof the rock were different,the content of different areawere different,and the content of different formation were alike different;thematrix of the rock wasmicritematrix,and cementingmaterial of the rock was calcsparit cementingmaterial.After the analysis of the components of carbonate rock,the conservation of fossil,the distributed law of the stratum thickness and cryptite,the conservation of fossil in the workarea was unbroken,the distributed law of the stratum thicknesswas obvious,the change of the stratum thicknesswas little;and the cryptite was distributed in all the area.So a kind sedimentary facieswas established which was the carbonate terrace, the carbonate terracewas a kind of depositional system made up by the bioclastic limestone and cryptite,and itwas a kind of standard carbonate formation formed in the strong-weak hydrodynamic force environment.This facies can be classified into carbonate sheet,carbonate dam,and carbonate strand and corcass.In the plane,thewaterwas shallow in the west part of the study area,and hydrodynamic force was powerful,so the carbonate dam and strand was developed;in the east,thewaterwas deep,and hydrodynamic forcewasweak,so the carbonate terracewas developed,in longitudinal direction,the carbonate formation deposited from the E1fsublayer,the fastigium of the deposition was E1fsublayer,and declined in the E1fsublayer,the deposition formed a entire carbonate sedimentary system.Finally,the sedimentarymodel of the carbonate rock in Lake Facieswas established.

Jinhu Sag;the second member of Funing Formation;carbonate rock;sedimentary facies;lake facies

劉金華 男 1981年出生 石油地質(zhì)學(xué) E-mail:liujinhua@joeco.com.cn

P512.2

A

1000-0550(2012)01-0065-08

2011-01-14;收修改稿日期:2011-04-12

圖版Ⅰ說明:1.崔14井1 719.81m生物碎屑灰?guī)rX50;2.范13井1 409.34m鮞粒灰?guī)rX25;3.范13井生物碎屑灰?guī)r(碳酸鹽巖壩);4.范13井生物碎屑灰?guī)r(碳酸鹽巖壩);5.范6井生物碎屑灰?guī)r(碳酸鹽巖灘);6.南7井生物碎屑灰?guī)r(碳酸鹽巖灘);7.崔11井生物碎屑灰?guī)r(碳酸鹽巖席);8.高6-2井生物碎屑灰?guī)r(碳酸鹽巖席)