湖北宜昌地區(qū)中寒武統(tǒng)天河板組沉積相及其油氣意義

曾雄偉，王傳尚，劉　安，?！P

（中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205）

湖北宜昌地區(qū)中寒武統(tǒng)天河板組沉積相及其油氣意義

曾雄偉，王傳尚，劉安，危凱

（中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205）

通過湖北宜昌鳳凰坪剖面露頭沉積相分析，認為天河板組主要為局限潮下夾開放潮下的沉積環(huán)境；此外，底部發(fā)育一套淺水陸棚相沉積，下部和頂部各發(fā)育一套潮坪相沉積。天河板組對應(yīng)2個海進－海退序列，兩者被天河板組下部的角礫狀灰?guī)r所分隔。結(jié)合宜地2井巖芯觀察，認為天河板組天然氣的形成部分與裂隙相關(guān)，但更重要的是與古巖溶儲層有關(guān)。推測該天然氣源于牛蹄塘組頁巖氣，但也不排除原油裂解的可能。

鳳凰坪剖面；天河板組；角礫狀灰?guī)r；宜地2井；天然氣；古巖溶

Zeng X W，Wang C S，Liu A and Wei K.

Geology and Mineral Resources of South china，2016，32（2）：142-148.

宜地2井是中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心于2015年組織實施的一口針對寒武系牛蹄塘組黑色頁巖的地質(zhì)調(diào)查井，鉆遇天河板組下段角礫狀灰?guī)r時發(fā)現(xiàn)天然氣并發(fā)生井噴；隨后在牛蹄塘組獲得極佳的氣體顯示，現(xiàn)場解析（燃燒法）結(jié)果超過3.0 m3/t的黑色頁巖厚達30余米。宜地2井的重大發(fā)現(xiàn)，堅定了中揚子區(qū)寒武系頁巖氣勘探的信心。筆者等開展井位論證工作的過程中，新發(fā)現(xiàn)一條天河板組剖面——湖北宜昌鳳凰坪剖面，地層出露清楚連續(xù)、沉積現(xiàn)象豐富。本文試圖從露頭沉積相分析入手，結(jié)合巖芯觀察，淺析宜地2井天河板組天然氣的形成機理。

1　地質(zhì)背景

鳳凰坪剖面和宜地2井所處的構(gòu)造位置為黃陵背斜東南翼（圖1），又稱“宜昌斜坡帶”，該區(qū)由黃陵背斜、南部的天陽坪斷裂、北部的霧渡河斷裂和東部的通城河斷裂所圍限。天河板組為一套深灰色及灰色薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r，夾鮞狀灰?guī)r、核形石灰?guī)r和生屑灰?guī)r，局部夾極少量的黃綠色頁巖，風化后泥質(zhì)條帶常突出層面［1］。天河板組主要產(chǎn)古杯化石和三葉蟲化石，古杯化石如Archaeochyathus、Retecyathus、Protophretra等為主要的造礁生物，三葉蟲如Palaeolenus、Redlichia、Megapalaeolenus等，此外還產(chǎn)少量腕足化石［2-3］；依據(jù)上述生物化石，天河板組應(yīng)相當于寒武系第二統(tǒng)第四階的中部。

圖1　黃陵背斜南翼地質(zhì)簡圖及剖面、鉆井位置圖Fig.1 Simplified geological map ofthe south Huanglinganticline and locations ofthe studied section and well

2　剖面描述

鳳凰坪剖面地處湖北省宜昌市土城鄉(xiāng)鳳凰坪，位于宜地2井北北西方向約10 km。天河板組地層呈南東傾斜的單斜構(gòu)造，沉積構(gòu)造豐富（圖2），出露良好。

上覆地層：寒武系黔東統(tǒng)石龍洞組

20.淺灰色中層—厚層狀粉晶白云巖，溶蝕孔洞較發(fā)育

————整合————

天河板組72.3 m

19.底部0.3 m為灰色薄層狀（2～3 cm）鮞?；?guī)r；下部1.9 m為灰—深灰色厚層狀泥質(zhì)條帶泥晶灰?guī)r；中部1.1 m為灰色薄層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r；上部0.4 m為淺灰色中層狀白云質(zhì)粉晶灰?guī)r，發(fā)育花斑狀構(gòu)造3.7 m

18.下部1.2 m為淺灰色中層狀（30 cm）白云質(zhì)粉晶灰?guī)r；上部1.6 m為淺灰色薄層（3～4 cm）夾中層（8～10 cm）白云質(zhì)粉晶灰?guī)r，水平層理發(fā)育2.8 m

17.灰色厚層狀白云質(zhì)條帶粉晶灰?guī)r，雙向交錯層理發(fā)育1.3 m

16.灰色—深灰色薄層狀白云質(zhì)條帶粉晶灰?guī)r，距底1.4 m夾20 cm厚鮞?；?guī)r；頂部單層厚度有增加趨勢，一般6～15 cm5.5 m

15.底部25 cm為深灰色中層狀鮞?；?guī)r，其頂見4 cm厚直立生長的的古杯生物層；向上為深灰色核形石灰?guī)r2.3 m

14.灰色薄層（2～3 cm）泥質(zhì)條帶灰?guī)r，距底10 m見一層薄層透鏡狀含生物碎屑泥晶灰?guī)r，水平遺跡化石發(fā)育11.5 m

13.灰色薄層（1～2 cm）生物碎屑泥晶灰?guī)r，向上生屑含量增加1.4 m

12.灰綠色薄層狀粉砂巖，夾大量透鏡狀核形石灰?guī)r；水平遺跡化石、波痕構(gòu)造發(fā)育（指示古流向為300°方向）2.5 m

11.灰色中—厚層狀核形石灰?guī)r，夾大量丘狀古杯構(gòu)筑的小點礁5 m

10.由4個灰色中層狀礫屑鮞粒灰?guī)r（A）→灰色薄—中層泥質(zhì)條帶灰?guī)r（B）基本層序組成3.7 m

9.灰色薄層狀（3～5 cm）泥質(zhì)條帶灰?guī)r1.1 m

8.下部為深灰色厚層亮晶鮞?；?guī)r，上部為深灰色厚層核形石灰?guī)r；夾大量斷續(xù)的黃色泥質(zhì)條帶3.0 m

7.下部為灰色中層狀粉晶灰?guī)r，上部為灰色中層狀含生物碎屑泥晶灰?guī)r10.3 m

6.淺灰色厚層狀粉晶灰?guī)r，雙向交錯層理發(fā)育3.6 m

5.灰色厚層巖溶角礫巖，橫向上可見最大厚度為2.7 m，帳篷構(gòu)造發(fā)育2.0 m

4.灰色厚層狀粉晶灰?guī)r，雙向交錯層理發(fā)育2.0 m

3.下部1.4 m為灰色薄層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r，夾3層薄層礫屑灰?guī)r，丘狀層理發(fā)育；上部1.7 m為灰色厚層含生物碎屑泥晶灰?guī)r，橫向上最薄為30 cm，生屑含量向上減少 3.1 m

2.由2個灰色薄層（2～3 cm）泥質(zhì)條帶灰?guī)r（A）→灰色中層狀礫屑灰?guī)r（B）基本層序組成，自下而上A分別厚4.8 m、0.7 m，B分別厚0.2 m、0.3 m；泥質(zhì)條帶灰?guī)r丘狀層理發(fā)育，見大量水平遺跡化石（直徑3～6 mm）；礫屑灰?guī)r發(fā)育倒“小”字型構(gòu)造，偶見原地巖石破碎的巖塊（大小30×50 cm）6.0 m

1.灰色薄層（1～3 cm）泥質(zhì)條帶灰?guī)r，發(fā)育不明顯的丘狀層理；頂部15 cm為灰色中層狀泥晶礫屑灰?guī)r，橫向上厚度不穩(wěn)定，向兩側(cè)減薄為5 cm，偶見三葉蟲化石碎片1.5 m

————整合————

下伏地層：寒武系黔東統(tǒng)石牌組

0.灰綠色—灰色極薄層狀含泥質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖

圖2　湖北宜昌鳳凰坪剖面巖性柱及沉積相Fig.2 Lithological column and sedimentaryenvironment in Fenghuangpingsection ofYichang，Hubei

3　天河板組沉積相分析

巖石的沉積構(gòu)造、結(jié)構(gòu)類型、顏色等巖石學特征，生物的種類、豐度和分異度、保存狀態(tài)等生物學特征都是沉積環(huán)境分析的基礎(chǔ)［4］。鳳凰坪剖面天河板組除古杯發(fā)育外缺乏其他生物學特征，但發(fā)育一些具有特定指相意義的沉積構(gòu)造（圖3）。

3.1丘狀交錯層理

丘狀交錯層理是風暴沉積特有的沉積構(gòu)造［5］，在鳳凰坪一帶主要見于天河板組底部。丘狀交錯層理規(guī)模小，呈扇形收斂，波高2～3 cm，波長與波高的比值2︰1（圖3A）。丘狀交錯層理一般形成于正常浪基面與風暴浪基面之間的淺水陸棚相。

3.2倒小字型組構(gòu)

竹葉狀礫屑排列形成的倒小字型、菊花狀等放射狀組構(gòu)是風暴渦流所特有的沉積構(gòu)造［6］，在鳳凰坪一帶天河板組底部的礫屑灰?guī)r中均有發(fā)育。礫屑成分為泥晶灰?guī)r；形態(tài)與礫徑有關(guān)，小者為橢圓形或等軸狀，大者呈竹葉狀（圖3B）。倒小字型組構(gòu)多數(shù)也形成于淺水陸棚相。

3.3雙向交錯層理

雙向交錯層理是在周期性的雙向水流作用下形成的，因其兩個相鄰紋層組中的前積紋層傾向相反、形似羽毛故又稱為羽狀交錯層理。鳳凰坪剖面的雙向交錯層理見于天河板組下部的厚層粉晶灰?guī)r及近頂部的厚層白云質(zhì)灰?guī)r中（圖3C），一般認為發(fā)育于潮坪環(huán)境。

圖3　宜昌鳳凰坪天河板組沉積構(gòu)造.Fig.3 Sedimentarystructures in the Tianheban Formation ofFenghuangpingSection

3.4帳篷構(gòu)造

帳篷構(gòu)造是一種碳酸鹽潮坪環(huán)境形成的脊型背斜構(gòu)造。鳳凰坪一帶的帳篷構(gòu)造發(fā)育于天河板組下部的角礫狀灰?guī)r層頂部（圖3D）；一般認為是碳酸鹽沉積后水體變淺至暴露環(huán)境時，地表中地下水上涌和巖層發(fā)生固結(jié)膨脹變形所致。

3.5生物礁

生物礁是由固著生物所建造的本質(zhì)上是原地沉積的碳酸鹽建造［7］。鳳凰坪一帶的生物礁與宜昌其他地區(qū)［2］一樣，造礁生物主要是古杯。古杯礁發(fā)育于天河板組中部，長1～6 m，高0.3～1.2m，呈凸狀巖?。▓D3E），是在核形石灘基底上建筑起來的點礁，應(yīng)指示水體動蕩的開放潮下環(huán)境。

3.6波痕構(gòu)造

在鳳凰坪剖面生物礁層位之上首次發(fā)現(xiàn)了一套局限潮下帶（灘后瀉湖相）的灰綠色粉砂巖，粉砂巖層面發(fā)育典型的流水波痕構(gòu)造（圖3F）；波痕呈不對稱狀，波谷與波峰均圓滑，陡坡傾向指示的古流向為300°方向。

圖4　天河板組裂隙及角礫狀灰?guī)r——巖芯與露頭的對比Fig.4 Correlation ofcrack and brecciformlimestone fromthe Tianheban Formation occurred in the core and outcrop

圖5　鳳凰坪剖面和宜地2井天河板組對比圖Fig.5 Correlation ofthe Tianheban Formation occurred in Fenghuangpingsection and YD-2 well

依據(jù)上述發(fā)育的沉積構(gòu)造特征分析，可知天河板組主要為局限潮下夾開放潮下沉積的沉積環(huán)境，底部為一套淺水陸棚相沉積，下部和頂部各發(fā)育一套潮坪相沉積；天河板組對應(yīng)2個海進—海退旋回，兩者為指示暴露環(huán)境的厚層角礫狀灰?guī)r所分隔（圖2）。而前人的沉積相、層序地層分析認為天河板組僅有一個海進—海退序列［8-9］，究其原因是沒有識別出天河板組底部的角礫狀灰?guī)r所致。

4　天河板組下部角礫狀灰?guī)r的發(fā)現(xiàn)對宜地2　井天然氣顯示的啟示

宜地2井是中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心在黃陵背斜南翼部署的一口地質(zhì)調(diào)查井（圖1），采用機械巖芯鉆探進行全井段取芯，目的是為了獲取寒武系牛蹄塘組黑色頁巖的有機碳含量、成熟度、含氣性等評價參數(shù)。該井于2015年7月7日開鉆，8月23日鉆遇井段1336.77 m～1345.77 m天河板組下部的角礫狀灰?guī)r時發(fā)現(xiàn)天然氣并發(fā)生井噴，井噴強度時強時弱，呈脈沖式；壓井成功后現(xiàn)場點火成功，火焰高達2～3 m；氣體組分檢測顯示氣體成分主要為甲烷，另有極少量乙烷。該含氣層段巖芯中方解石脈充填的高角度裂縫極為發(fā)育，因此多數(shù)專家認為宜地2井天河板組的天然氣屬于裂縫型氣。

筆者基于宜地2井巖芯觀測及其以北約10 km鳳凰坪剖面的實測，認為天河板組天然氣顯示雖然與裂縫相關(guān)，但更重要的是與古巖溶儲層有關(guān)，理由如下：（1）露頭上角礫狀灰?guī)r距天河板組底界12.6 m，巖芯中角礫狀灰?guī)r距天河板組底界9.1m，兩者層位一致且厚度都在2 m左右，代表了同一層位的產(chǎn)物；（2）巖芯中裂縫發(fā)育層段（圖4A）恰好位于角礫狀灰?guī)r（圖4B）之上，露頭上裂縫發(fā)育層段（圖4C）也僅見于角礫狀灰?guī)r（圖4D）之上，裂縫發(fā)育段在地表與井下完全可以對比（圖5）；（3）露頭與鉆井中的裂縫發(fā)育層段僅限于自角礫狀灰?guī)r向上一定厚度的特定范圍內(nèi)，其上覆及下伏巖層裂隙明顯弱發(fā)育（圖5）；（4）巖芯中部分裂隙被方解石脈充填，方解石脈中見圍巖角礫，暗示裂隙應(yīng)為早期成巖作用的產(chǎn)物；（5）露頭上角礫狀灰?guī)r頂部發(fā)育帳篷構(gòu)造（圖3D），橫向上亦見巖溶漏斗發(fā)育，是暴露環(huán)境的典型標志，表明裂隙與形成角礫狀灰?guī)r時巖石發(fā)生固結(jié)破裂變形相關(guān)。

圖6　宜地2井天然氣分布示意圖Fig.6 Diagramofthe natural gas distribution ofYD-2 well

基于以上分析及牛蹄塘組良好的氣體顯示，筆者對宜地2井天然氣的形成作出如下推測（圖6）：牛蹄塘組黑色頁巖中的游離氣受下伏巖家河組硅質(zhì)灰?guī)r“底板”作用的封閉，沿著地層中的微裂隙向上運移，富集在天河板組下部的古巖溶儲層中；由于巖石裂隙以垂向為主，氣體橫向散失比重不大，加上天河板組中上部裂隙不甚發(fā)育的泥質(zhì)條帶泥晶灰?guī)r“頂板”的封堵，因此在天河板組下部角礫狀灰?guī)r及其附近裂隙發(fā)育層段形成天然氣層。一旦地層平衡被打破，更多的氣體就會向應(yīng)力釋放點聚集，這或許解釋了宜地2井出現(xiàn)“脈沖式”井噴的現(xiàn)象。另外，不能忽視的一個事實是巖芯中普遍見瀝青物質(zhì)，暗示地質(zhì)歷史上曾經(jīng)有古油藏存在，因此宜地2井的天然氣也不排除原油裂解形成的可能。

5　結(jié)論

（1）湖北宜昌鳳凰坪剖面沉積相分析表明，天河板組沉積時主要為局限潮下夾開放潮下的沉積環(huán)境，底部發(fā)育一套淺水陸棚相沉積，下部和頂部各發(fā)育一套潮坪相沉積；天河板組對應(yīng)2個海進—海退旋回，為下部的厚層角礫狀灰?guī)r所分隔。

（2）天河板組下部角礫狀灰?guī)r的發(fā)現(xiàn)，暗示宜地2井天然氣的形成一部分與裂縫有關(guān)，但更為重要的是古巖溶儲層有關(guān)。因此摸清區(qū)域上這一層角礫狀灰?guī)r的分布范圍，是探明宜地2井天然氣層的關(guān)鍵。

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ZENG Xiong-Wei，WANG Chuan-Shang，LI UAn，WEI Kai

（Wuhan Center of China Geological Survey，Wuhan 430205，China）

On the Sedimentary Facies of Middle Cambrian Tianheban Formation in Yichang，Hubei Province and its Hydrocarbon Significance.

Based on outcrop sedimentary facies analysis of Fenghuangping section，Yichang，Hubei，this paper argues that the Tianheban Formation mainly formed in restricted to open subtidal zone；in addition，shallowshelf facies at the bottom and tidal flat facies in the lower and top part were also developped.The Tianheban Formation correspond to two transgressive-regressive sequences，which are separated by the brecciated limestone in the lower part.According to the YD-2 well cores，it is considered that the natural gas accumulation of the Tianheban Formation in YD-2 well is partly related to the fracture，but it is more important to the palaeokarst reservoir.We conclued that the natural gas source in the Niutitang Formation shale gas，but the possible oil cracking could not be rule out.

Fenghuangping Section；Tianheban Formation；brecciated limestone；YD-2 well；natural gas；palaeokarst

中圖分類法：P534.41A

1007-3701（2016）02-142-07

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.02.006

2016-04-22；

2016-06-01.

中國地質(zhì)調(diào)查局“湖北宜昌—?？档貐^(qū)頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查（12120115005701）”項目資助.

曾雄偉（1982－），男，工程師，主要從事地層學研究，E-mail：zxwyuehen@163.com.