西湖凹陷平湖組基于沉積相標(biāo)志的沉積特征研究

趙 洪，蔣一鳴，常吟善，李 帥，黎 建

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335）

西湖凹陷是東海陸架盆地油氣勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)，面積約5.9萬(wàn)km2。平湖組沉積前后經(jīng)歷了雁蕩、甌江及玉泉等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成古地貌特征復(fù)雜、沉積環(huán)境變化大，因此其沉積相難以確定。前人針對(duì)西湖凹陷的沉積相進(jìn)行了大量工作，劉書(shū)會(huì)應(yīng)用地震和鉆井資料對(duì)平湖組沉積相進(jìn)行了系統(tǒng)分析，認(rèn)為平湖組早中期發(fā)育潮坪、近岸水下扇沉積，中晚期為辮狀河三角洲沉積[1]；陳琳琳等認(rèn)為平湖組中下段為淺海沉積，上段為陸相湖泊沉積[2-3]；劉成鑫認(rèn)為平湖組為受潮汐作用影響的辮狀河三角洲沉積[4]。目前對(duì)沉積相認(rèn)識(shí)的不一致嚴(yán)重制約了地質(zhì)研究的深入。

本文通過(guò)針對(duì)西湖凹陷29口井巖芯資料的細(xì)致觀察，以沉積相標(biāo)志分析為重點(diǎn)，結(jié)合測(cè)、錄井等技術(shù)方法對(duì)單井相及沉積相進(jìn)行分析，最終建立沉積相模式，以期為西湖凹陷平湖組的地質(zhì)研究及勘探?jīng)Q策提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

東海陸架盆地西湖凹陷新生界經(jīng)歷了多期演化過(guò)程，現(xiàn)今是一個(gè)北北東走向的大型負(fù)向構(gòu)造單元，自西向東分為西部斜坡帶、中央洼陷帶和東部斷階帶，中央洼陷帶又可以細(xì)分為西次凹、中央反轉(zhuǎn)帶和東次凹[5]。

鉆探揭示西湖凹陷主要發(fā)育新生代地層，自下而上劃分為始新統(tǒng)寶石組及平湖組、漸新統(tǒng)花港組、中新統(tǒng)龍井組、玉泉組及柳浪組、上新統(tǒng)三潭組和更新統(tǒng)東海群。其中平湖組自下而上分為六段，目前大部分鉆井均鉆遇平四段以上地層，厚約500～1500m。本文研究的重點(diǎn)是鉆遇平湖組地層的西部斜坡及中央反轉(zhuǎn)帶南部（圖1）。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造略圖Fig.1 The structure outline map of the Xihu sag

2 沉積相和沉積環(huán)境

巖芯是反映地質(zhì)沉積時(shí)期砂體特征最直接的證據(jù)，本文通過(guò)對(duì)西湖凹陷共計(jì)29口井鉆遇平湖組的巖芯進(jìn)行觀察，以期對(duì)沉積相進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。

2.1 沉積相標(biāo)志

2.1.1 粒度分析

粒度分析是研究碎屑結(jié)構(gòu)成熟度的重要指標(biāo)之一，其中粒度概率累積曲線所表征的分選性是反映水動(dòng)力的重要度量方法[6-7]。本次研究對(duì)西湖凹陷21口取芯井粒度進(jìn)行分析表明，目的層段砂巖粒度概率曲線多為兩段式，部分三段式，總體反映牽引流的特點(diǎn)。高截點(diǎn)兩段式粒度概率區(qū)間在0～5Φ之間，跳躍次總體與懸浮次總體交截點(diǎn)值一般為3～4Φ，水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，跳躍組分一般在60%左右，斜率，分選較好，反映砂坪、河口壩等沉積環(huán)境（圖2a）；低截點(diǎn)兩段式和三段式粒度概率區(qū)間在0～5Φ之間，跳躍次總體與懸浮次總體交截點(diǎn)值一般為2Φ左右，水動(dòng)力條件相對(duì)較強(qiáng)，滾動(dòng)組分含量在20%左右，懸浮組分在50%左右，斜率，分選較好，反映潮道、水下分流河道等沉積環(huán)境（圖2b）。

圖2 西湖凹陷平湖組典型砂巖粒度特征Fig.2 Grain size characteristics of sandstone in on the Pinghu formation of the Xihu Sag

2.1.2 沉積相類型

（1）泥巖特征

沉積物顏色可以定性恢復(fù)古沉積環(huán)境水介質(zhì)的氧化還原程度，泥巖原生顏色為深灰色 黑灰色 黑色等代表還原環(huán)境；紅色 紫紅色等代表氧化環(huán)境；淺綠色 淺紅色 淺灰色 灰綠色等代表弱氧化或弱還原環(huán)境[8]。西湖凹陷平湖組泥巖顏色多見(jiàn)灰色、灰綠色、灰黑色和黑色，砂巖顏色以灰色、淺灰色為主，總體反映水體較淺，弱氧化到還原的環(huán)境（圖3）。

（2）砂巖構(gòu)造特征

層理構(gòu)造、層面構(gòu)造、同生變形構(gòu)造、生物成因構(gòu)造等砂體構(gòu)造特征能很好地反映沉積環(huán)境。研究區(qū)平湖組主要的沉積構(gòu)造有平行層理、交錯(cuò)層理、波狀層理、透鏡狀層理，并且有較多生物碎屑、生物擾動(dòng)和生物潛穴。

平湖組平行層理由幾乎水平的紋層狀砂巖組成，細(xì)層厚1～2mm。其特點(diǎn)是顆粒大小不同的多層疊覆，或是含有不同黏土礦物的紋層疊覆（圖4A）；板狀交錯(cuò)層理中紋層與層系以不同的方式同向相交，層系呈板狀。大型板狀交錯(cuò)層理在研究區(qū)較為典型（圖4B），與此同時(shí)楔狀交錯(cuò)層理也較為常見(jiàn)（圖4C）。

研究區(qū)流水沙紋交錯(cuò)層理通常具明顯的不對(duì)稱性（圖4D），浪成沙紋交錯(cuò)層理交錯(cuò)層單元的上、下界面大多相互平行，有時(shí)向一端收斂相交，而紋層則與界面大致平行，呈“人”字形（圖4E）。準(zhǔn)同生變形構(gòu)造在多口井的平湖組均可見(jiàn)，表現(xiàn)為泥巖未固結(jié)成巖條件下，受水流或者風(fēng)暴攪動(dòng)作用，在砂巖中形成的構(gòu)造（圖4F）。

圖4 西湖凹陷平湖組典型巖芯照片F(xiàn)ig.4 Typical core photos on the Pinghu formation of Xihu Sag

（3）潮汐特征

西湖凹陷平湖組是否發(fā)育潮坪目前仍有較多爭(zhēng)論，本次研究針對(duì)巖芯相標(biāo)志進(jìn)行細(xì)致辨別，發(fā)現(xiàn)了諸多與潮汐有關(guān)的沉積構(gòu)造，主要包括扁平及渾圓狀泥礫、泥沖槽構(gòu)造、單黏土層及雙黏土層和羽狀交錯(cuò)層理等[9-10]。

研究區(qū)常見(jiàn)大量呈現(xiàn)扁平、不規(guī)則且不連續(xù)的渾圓狀泥礫，少數(shù)情況可觀察到扁平泥礫與泥質(zhì)條帶相互連接而尚未脫落的狀況，有些泥礫產(chǎn)狀呈明顯的雙流向排列（圖5A）。

單黏土層和雙黏土層也是典型的潮下帶潮汐作用的產(chǎn)物（圖5B、圖5C）。在潮間帶只能形成一層平潮期的單黏土層（圖5C），只有在潮間帶沉積物被潮溝切割較深的部位，即在低潮平潮期仍有潮水殘留的部位才能找到雙黏土層（圖5B）。研究區(qū)大潮時(shí)期形成的束狀體厚度與粒度分選明顯優(yōu)于小潮時(shí)形成的束狀體。

泥沖槽構(gòu)造是由于潮坪上的水流往復(fù)運(yùn)動(dòng)，周期性地由具一定沖刷能量的流水轉(zhuǎn)為失去能量的平潮期的靜水，使?jié)q潮、落潮期時(shí)沖刷出來(lái)的溝糟在平潮期迅速淤塞。常可見(jiàn)研究區(qū)不同尺度的泥質(zhì)沖槽構(gòu)造切割周圍先期沉積物，沖槽內(nèi)所充填的泥質(zhì)物非常均勻，沒(méi)有任何沉積構(gòu)造。除此之外，砂巖中常見(jiàn)羽狀交錯(cuò)層理（圖5D）及再作用面（圖5E）。

圖5 西斜坡平湖組與潮汐有關(guān)的沉積構(gòu)造Fig.5 Photographs of the sedimentary structures associated with tides on the Pinghu formation of the western slope belt

2.2 沉積相類型劃分及特征

本文在大量前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)巖石類型、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、垂向組合關(guān)系以及測(cè)井曲線特征的分析，識(shí)別出研究區(qū)海陸過(guò)渡的沉積體系的3種沉積相、7種亞相。

2.2.1 潮控三角洲相

研究區(qū)潮控三角洲主要分布在西部斜坡帶中高帶，隨著西部海礁隆起物源區(qū)的河流注入潮汐作用較強(qiáng)的區(qū)域，潮汐對(duì)三角洲砂體的形成起著重要的控制作用[11-12]。

西部斜坡帶三角洲平原除分流河道沉積砂巖外，主要沉積物以泥巖為主，且有機(jī)碳含量豐富，沼澤沉積微相大面積發(fā)育，其沉積物為煤或者炭質(zhì)泥巖。

三角洲前緣受潮汐作用強(qiáng)，雙向的潮汐流和河流洪水的沖刷作用，將河流攜帶來(lái)的沉積物在河口的前方改造成線狀潮汐沙壩，沉積微相主要為水下分流河道和河口壩。研究區(qū)水下分流河道以細(xì)砂巖為主，含礫石及泥礫，常見(jiàn)平行層理、楔狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、塊狀層理等，整體為正粒序特征，并在每期河道底部見(jiàn)沖刷面。粒度概率曲線為低截點(diǎn)兩段式和三段式，伽馬曲線特征多為高幅箱形或鐘形。由于河道受雙向潮汐流的沖刷作用，河道改道遷移不明顯，常為多期河道疊加，一般厚度在10～45m；河口壩巖性以細(xì)砂巖為主，含礫石，常見(jiàn)平行層理、流水沙紋層理、浪成沙紋層理等，見(jiàn)生物擾動(dòng)構(gòu)造及植物碎片。整體上為反粒序特征。粒度概率曲線多為高截點(diǎn)兩段式，伽馬曲線特征多為漏斗形或者指化漏斗形。在平面上多呈指狀放射分布，其長(zhǎng)寬比較大。

研究區(qū)前三角洲以黑色、灰黑色泥巖為主，粉砂質(zhì)泥巖次之，有機(jī)質(zhì)含量較高?？梢?jiàn)到滑塌構(gòu)造，生物潛穴等。

2.2.2 潮坪相

研究區(qū)潮坪發(fā)育在西部斜坡帶中低帶坡度極緩的海岸區(qū)，其發(fā)育受波浪作用較弱的中-強(qiáng)潮差海岸，與海灣、瀉湖、河口灣以及受潮汐影響的三角洲環(huán)境伴生[13-14]。

潮上帶水體能量較弱，主要沉積微相為泥炭坪和泥炭沼澤，沉積物為煤或炭質(zhì)泥巖，砂體以細(xì)砂巖為主，總體粒度較小，局部發(fā)育少量的含礫細(xì)砂巖。

潮間帶是研究區(qū)平湖組主要沉積相類型，受漲、落潮的影響，特別是下部受潮沙影響較大，能量相對(duì)中等。發(fā)育有泥坪、混合坪、砂坪和潮道等沉積微相[15]。其中泥坪多為灰黑色、黑色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，常含炭質(zhì)，并可見(jiàn)生物潛穴；混合坪以較薄的砂泥互層為主，常見(jiàn)透鏡狀層理，壓扁層理等潮汐層理，伽馬曲線特征為中低幅指形，電阻率曲線呈低幅平直狀，沒(méi)有幅度差；砂坪的巖性以細(xì)砂巖為主，厚度一般在5～20m。在每期旋回的頂部含有礫石，每期砂坪呈現(xiàn)反粒序特征，常見(jiàn)平行層理、波狀層理、單黏土層等沉積構(gòu)造，粒度概率曲線多為高截點(diǎn)兩段式，伽馬曲線特征為高幅箱形或漏斗形；潮道以巖性以中細(xì)砂巖為主，粗砂，礫石次之，常見(jiàn)泥礫富集及石英質(zhì)礫石條帶狀分布，厚度一般在10～35m。潮道垂向上多為正粒序，粒度概率曲線多為低截點(diǎn)兩段式或三段式，伽馬曲線特征微高幅度箱形或鐘形。

研究區(qū)潮下帶處于低潮線以下，沉積物位于水下，受到各種潮流及漲落潮的影響。床砂載荷的砂級(jí)物質(zhì)是其主要沉積類型，主要發(fā)育砂坪和潮道微相，沉積厚度較大。此外還發(fā)育潮下近源風(fēng)暴沉積。如X2井巖芯自下而上依次為侵蝕底面、粗粒滯留沉積、粒序?qū)?、紋層段和泥巖段并見(jiàn)有風(fēng)暴成因的泥巖撕裂屑（圖6）。

圖6 X2井第四次取芯巖性剖面Fig.6 Lithologic section of X2 well (fourth)

2.2.3 海灣相

針對(duì)西湖凹陷中央帶南部的平湖組沉積相研究認(rèn)為，其主要為水體相對(duì)封閉，且與正常海有一定連通的海灣相沉積環(huán)境。巖性以細(xì)砂巖為主，粉砂質(zhì)泥巖次之。巖芯中?？梢砸?jiàn)塊狀深灰色泥巖、水平層理的粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)黑色泥巖和含煤深灰色泥巖等類型。

3 沉積相模式

本文在本次研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人古生物及古水體等研究成果進(jìn)行沉積相帶展布劃分[16-17]。西部斜坡帶沉積相以潮坪為主，潮間帶范圍最大，在不同部位形成幾個(gè)潮控三角洲，在中央反轉(zhuǎn)帶，沉積相主要為半封閉海灣相。在平湖組四段沉積時(shí)期，半封閉海灣相的面積相對(duì)較大，海岸更靠近西側(cè)凸起，西部斜坡帶沉積相主要為潮坪相，未發(fā)育潮控三角洲。平湖組三段沉積時(shí)期，海水面積及海岸位置與平湖組四段大致相同，半封閉海灣相的面積略有減小，推測(cè)西部斜坡帶X12井區(qū)及X13井區(qū)位置發(fā)育有三個(gè)潮控三角洲；平湖組一二段沉積時(shí)期，海岸位置向東遷移，在X12井區(qū)、X5井區(qū)及X13井區(qū)井區(qū)位置發(fā)育四個(gè)潮控三角洲，且潮控三角洲規(guī)模較三段大（圖7）。

圖7 西湖凹陷西斜坡平湖組沉積相模式（平一二段）Fig.7 Sedimentary model on the Pinghu formation of the western slope belt（P1-P2）

4 結(jié)論

（1）西湖凹陷西斜坡平湖組沉積相為海陸過(guò)渡的沉積體系，潮控三角洲、潮坪和海灣等3種沉積相，三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲、潮上帶、潮間帶、潮下帶和半封閉海灣等7種亞相。

（2）西部斜坡帶沉積相以潮坪為主，潮間帶范圍最大，形成多個(gè)潮控三角洲；在中央反轉(zhuǎn)帶洼陷帶，沉積相主要為半封閉海灣相，東側(cè)由于缺乏井資料，根據(jù)其地勢(shì)較陡，推測(cè)發(fā)育有扇三角洲沉積。

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