高郵凹陷吳堡與句容赤山組沉積特征及地質(zhì)意義

楊玉平，鐘建華，2，段宏亮，張丹峰，邵珠福

(1.中國石油大學，山東 青島 266580;2.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州 510640;3.中石化江蘇油田分公司，江蘇 揚州 225009;4.中石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

引 言

蘇北盆地白堊系赤山組普遍發(fā)育沙漠沉積［1－2］，陳堡油田陳3斷塊赤山組風成砂巖油藏的發(fā)現(xiàn)引起了業(yè)界對赤山組沉積環(huán)境研究的興趣［3－6］，但因缺乏對地層的細分和沉積環(huán)境的具體研究，導致對赤山組儲層砂體分布規(guī)律認識不清。因此，急需加強赤山組地層和沉積環(huán)境的精細研究，為滾動勘探開發(fā)提供有效的指導。

1 地層劃分

句容市赤山組露頭為1套磚紅色砂巖建造，由于后期構(gòu)造運動的影響，其分布較為分散，厚度變化較大，赤山組可分為上、下兩段，下段主要為磚紅、紫紅色鈣質(zhì)細—粉砂巖、含礫砂巖與鈣質(zhì)黏土巖、黏土巖互層或韻律層出現(xiàn)，上段為棕紅、紫紅色巖屑石英砂巖、雜砂巖、粉砂巖等，層系底部常含細礫。吳堡低凸起上赤山組分布特征與露頭相似，厚度平面分布相差較大，大部分井未鉆穿赤山組，一部分井下地層特征與露頭相似，另一部分井下地層頂部為灰色、深灰色塊狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰色、深灰色粉—細砂巖薄層，中下部為灰色、深灰色塊狀細—中砂巖夾灰色、深灰色泥質(zhì)團塊或條帶。

基于上述赤山組的特征，結(jié)合層序地層學理論分析認為，句容市三岔鄉(xiāng)露頭和吳堡低凸起井下沙漠相發(fā)育的地區(qū)以大型的Stokes面(潛水面)為界，將赤山組劃分為上、下兩段，界面之下巖石均富含鈣質(zhì)，露頭中沿此面的局部低凹地段分布著長透鏡狀，具有水下沉積特征的丘間沉積物。通過巖電特征分析認為，赤山組為一基準面向上變淺再變深的沉積旋回，在湖三角洲及鹽湖沉積中通過湖侵作用形成的侵蝕面的識別和基準面旋回特征同樣將赤山組分為上、下兩段。

2 沙漠沉積類型

前人研究認為，蘇北盆地赤山組的形成環(huán)境可劃分為沖積扇相和沙漠相［7］，吳堡低凸起位于沙漠與湖泊的過渡地帶。通過與句容市三岔鄉(xiāng)赤山組露頭剖面進行對比研究，并結(jié)合前人在古沙漠沉積方面的研究成果［8－12］，對吳堡低凸起沉積亞相類型進行了劃分。

2.1 干鹽湖

井下可見，發(fā)育于赤山組底部，巖層被氧化鐵浸染，分布不均，大部分集中呈微層狀及條帶狀，使巖石顯示顯微層狀構(gòu)造，膠結(jié)物為硬石膏質(zhì)和泥質(zhì)膠結(jié)。鏡下可見硬石膏呈粗—中晶，灰質(zhì)呈細晶，白云質(zhì)呈粉晶，為典型的鹽湖蒸發(fā)期沉積物特征。

2.2 風成沙席

露頭和井下均有發(fā)育，巖性主要為粉—細砂巖，露頭可見水平面狀紋層，下部細層較薄，向上增厚，層間夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，沿走向呈不穩(wěn)定狀，厚度為0.5～2.0 m。由于風力強度減弱，濕度相對較大，泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為淹沒時的湖緣沉積，暴露時形成干裂泥片，又被薄層砂席沉積物掩蓋。電測曲線下部呈指狀交互，向上漸變?yōu)辇X化箱形。

2.3 間歇性河流

露頭和井下均可見，分布零散，巖性以粉砂巖、細砂巖為主，含一定量的泥質(zhì)。根據(jù)巖心觀察，可見河道底沖刷、生物擾動現(xiàn)象、團塊狀泥礫、泥質(zhì)條帶及鈣質(zhì)結(jié)核，一些砂巖中可見波狀層理和小型交錯層理，可能為干涸的水道在洪水期充水形成，電測曲線呈鐘形。

2.4 風成沙丘

露頭和井下均有發(fā)育，以磚紅、棕紅色巨厚至塊狀細砂巖為主，膠結(jié)疏松—中等。砂巖成分以石英為主(60% ～70%)，巖屑(11% ～27%)、長石(14% ～28%)次之，另有少量暗色礦物及重礦物，礦物成熟度和現(xiàn)代一些沙漠相比偏低，這是由于當時氣候較干旱的緣故。

粒度概率曲線多呈兩段式(圖1)，以躍移組分為主，懸浮組分較少，牽引組分缺失，斜度為65～75°，粒度分布集中，分選好，顆粒多為次圓狀—圓狀，巖石顆粒支撐，接觸－孔隙式膠結(jié)，泥質(zhì)雜基及膠結(jié)物含量較少，均小于7%，表明砂巖結(jié)構(gòu)成熟度高，存在大量的粒間孔;砂粒表面均包裹著一層鐵質(zhì)薄膜(赤褐鐵礦)，俗稱“沙漠漆”，為干旱荒漠的重要特征［8］。

圖1 赤山組上段風成沙丘粒度概率曲線

鏡下石英顆粒表面見貝殼狀斷口、碟形和V型撞擊坑、直撞擊溝及霜面，為風揚作用的結(jié)果(圖2)。句容市赤山剖面可見高角度大型板狀交錯層理(圖3a)，傾角為26～35°，傾向分為80～145°和0～40°2組，推斷當時主季風方向為南西向。赤山剖面大型斜層理截切面上見粗砂、細礫石薄層或條帶，呈魚籽狀，磨圓度高，具風棱石特征(圖3b);在厚達百米的沉積中發(fā)育不同規(guī)模的切穿層理的邊界面(Stokes面)，即風成砂巖侵蝕下切到地下水位的面，該面上可見灰質(zhì)斑點和條帶，可延伸到丘間泥巖沉積中，丘間該面之上為砂巖沉積，之下為泥巖沉積(圖3c～e)，該面為風成砂沉積體系所特有;在沙丘的背風面見條紋碼構(gòu)造，國外學者認為其為碎屑流差異沉積作用所形成［9］，此外可見生物足跡和鉆孔，生物鉆孔朝著背風面方向，這樣可防止風力作用的破壞(圖3g、h)。上述為風成砂巖的典型特征，是區(qū)別于其他環(huán)境沉積物的標志。

圖3 句容赤山風成沙丘特征

2.5 丘間

丘間沉積可分為濕丘間、干丘間和蒸發(fā)丘間3種類型，濕丘間在蘇北盆地晚白堊系最為發(fā)育，為風蝕作用形成的丘間洼地，因潛水面抬升或間歇性降雨而暫時性積水形成，巖性以紫紅色泥巖—粉砂巖沉積為主，多呈夾層或透鏡狀夾于大套粗粒砂巖沉積中。句容市赤山組露頭可見沙紋層理、微細水平層理(圖4a、b)，并發(fā)育因強烈蒸發(fā)逐漸干涸而形成的泥片、泥裂縫(圖4c)，而泥裂縫又多被下一次風力攜帶的風沙灌入填滿而形成濕丘間特征性的砂柱、砂脈沉積構(gòu)造(圖4d);其沉積厚度一般較小(幾厘米至十多米)，分布不穩(wěn)定，范圍局限，垂向上常與沙丘疊置沉積，濕丘間沉積常形成幅度異常的指狀測井響應，與沙丘的平直型、低幅度測井響應形成鮮明對照。

2.6 湖三角洲—鹽湖沉積

圖4 丘間沉積特征

露頭和井下皆有發(fā)育，巖心以灰色為主，膠結(jié)中等—致密。鏡下觀察石英含量為50% ～65%，長石為15% ～25%，巖屑含量為20% ～30%，黃鐵礦呈不規(guī)則—凝塊狀，分布較均勻，體現(xiàn)了沉積環(huán)境的還原性，雜基以泥質(zhì)為主，結(jié)構(gòu)成熟度較低，這是由于物源較近的緣故，巖石顆粒支撐，接觸－孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物主要為白云石膠結(jié)，局部見鐵質(zhì)膠結(jié)，說明湖泊中鎂離子含量高，結(jié)合前人對蘇北盆地赤山組沉積環(huán)境研究成果［1－2，4－7］，認為其為鹽湖沉積環(huán)境，其典型特征有:①平行層理發(fā)育(圖5a)，層面發(fā)育波痕(圖5c);②包卷層理發(fā)育普遍(圖5d)，見粒徑高達3 cm的灰綠色泥礫(圖5b);③發(fā)育正粒序?qū)永?圖5e)，見黃鐵礦結(jié)核(圖5f)，上述特征表明該相具重力流水下水道沉積的特征;④反粒序?qū)永戆l(fā)育，測井曲線呈漏斗形，并呈多期疊加，研究認為是多期沙壩的疊覆沉積;⑤句容市赤山組露頭見地層上超，研究區(qū)赤山組沉積時期西部具有一定的坡度，在這樣的古地形背景上，結(jié)合上述沉積特征認為其與湖三角洲特征相吻合。

圖5 扇三角洲水下分流河道和河口壩沉積

3 沉積相模式

在上述沙漠沉積亞相識別的基礎上，結(jié)合綜合柱狀圖分析認為(圖6):赤山組下段發(fā)育干鹽湖、風成沙席、間歇性河道、風成沙丘、丘間沉積，上段發(fā)育風成沙丘、丘間、湖三角洲和鹽湖沉積。陳堡油田風成沙丘砂層厚達15～50 m，周莊油田厚達百米以上，相對于風成沙丘而言，湖三角洲前緣砂體厚度小、粒度細，泥質(zhì)含量增加。根據(jù)陳堡油田目前已有的資料分析認為，赤山組以風成沙丘沉積為主(圖7c)，而位于其西南近7 km的周宋油田，赤山組上、下亞段的平面相分布如圖7a、b所示:赤山組下段以風成砂沉積為主，在周36－5井—周38－2新井區(qū)發(fā)育風成沙丘;赤山組上段風成砂范圍后退至周3井、周41－9井區(qū)以西，其中，周3井—周41－9井區(qū)發(fā)育風成沙丘，鹽湖、湖三角洲范圍較下段向東有所推進。從平面上可見，風成沙丘的分布比較零散，而上述的風成沙丘沉積特征所推斷的晚白堊時期的主要季風方向為南西向，合理地解釋了周36－5井—周38－2新井區(qū)的風成沙丘向周3井—周41－9井區(qū)的遷移。

圖6 赤山組沉積演化綜合柱狀圖

圖7 陳堡油田赤山組沉積相平面圖

4 油氣地質(zhì)意義

沙丘砂巖一般具有較高的孔隙度，2 km左右埋深的沙丘砂巖，孔隙度平均達20%左右，野外露頭則達25%左右，是重要的烴類聚集場所;水下分流河道和沙壩孔隙度平均達30%左右，滲透率較高，為良好的油氣儲層;丘間亞相細粒沉積物孔滲性較低，可以形成油氣藏中儲或生油層的流體隔層，在特定的條件下還可以形成生油層。近年來，國內(nèi)外陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了與古沙漠相關的油氣藏，隨著勘探和研究的不斷深入，沙漠沉積必將成為中國油氣儲量增長的重要新領域。

5 結(jié)論

(1)句容市三岔鄉(xiāng)露頭和吳堡低凸起赤山組可劃分為上、下兩段，風成砂發(fā)育的地區(qū)以大型的Stokes面為分界面，巖電分析認為赤山組為一基準面向上變淺再變深的沉積旋回，在湖三角洲及鹽湖沉積中，以湖侵作用形成的侵蝕面的識別、基準面旋回特征將赤山組分為上下兩段。

(2)句容市三岔鄉(xiāng)和吳堡低凸起上沙漠相中識別出了干鹽湖、風成沙席、風成沙丘、丘間、間歇性河流沉積、湖三角洲和鹽湖7種亞相類型。風成沙丘是沙漠沉積中最典型的一類亞相，湖三角洲是目前在研究區(qū)首次提出的1種沙漠亞相類型。吳堡低凸起赤山組下段主要發(fā)育干鹽湖、風成沙席、間隙性河流沉積、風成沙丘和丘間亞相;上段主要發(fā)育風成沙丘、丘間、湖三角洲和鹽湖沉積。平面上從東向西由風成砂向鹽湖相過渡，赤山組下段風成砂覆蓋范圍較上段大。

(3)沙丘砂體厚度大，孔滲性較好，是重要的烴類聚集場所。湖三角洲砂體厚度小、粒度細，泥質(zhì)含量增加，但其水下分流河道和沙壩孔滲性好，為良好的油氣儲層。丘間亞相孔滲性低，可以形成油氣藏中儲或生油層的流體隔層，在特定的條件下還可以形成生油層。

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