江漢盆地新溝嘴組下段灘壩砂沉積及分布特征

彭偉

(中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430223)

江漢盆地是發(fā)育于揚子板塊中部的白堊紀(jì)至新近紀(jì)內(nèi)陸斷陷盆地，其中古近系新溝嘴組和潛江組發(fā)育有大量的蒸發(fā)巖沉積，是中國東部極具特色的含油鹽湖盆地。受周緣構(gòu)造活動的影響，江漢盆地發(fā)育規(guī)模各異、方向不同的斷裂體系，控制著盆地結(jié)構(gòu)樣式。在復(fù)合斷裂體系影響下，盆地可進(jìn)一步劃分為11個凹陷和4個(低)凸起共15個二級構(gòu)造單元[1～4]。目前，勘探工作主要圍繞盆內(nèi)的“五洼三隆”進(jìn)行：從西向東依次為江陵、陳沱口、潛江、沔陽、小板凹陷，水下低隆起為丫角-新溝、通?？?、岳口低凸起[5，6](見圖1) 。新溝嘴組發(fā)育有江漢盆地第一套生油層系，分新溝嘴組下段(新下段)和上段(新上段)，其中新下段是主要的勘探層段，自下而上可進(jìn)一步細(xì)分為Ⅲ油組、泥隔層、Ⅱ油組、Ⅰ油組(見圖2)。

圖1 江漢盆地構(gòu)造單元劃分

圖2 江漢盆地白堊系-第四系綜合地層柱狀圖

江漢盆地新溝嘴組油氣勘探歷經(jīng)50余年，發(fā)現(xiàn)了豐富的油氣資源，但勘探程度相對較低，尚有75%的石油地質(zhì)資源有待探明。灘壩砂體是發(fā)育于陸相湖盆濱岸帶的一種重要沉積類型，由波浪、湖流或風(fēng)暴將湖泊周緣攜來的砂質(zhì)沉積物重新改造后在有利場所再沉積而成，其形態(tài)與規(guī)模主要受到物源、水動力、古地貌及基準(zhǔn)面旋回等因素的控制[7～17]。通過研究江漢盆地新下段灘壩砂體沉積及分布特征，對灘壩砂巖油氣藏的下步勘探具有重要指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

新下段沉積時期，江漢盆地處于斷陷-拗陷轉(zhuǎn)換期，以坳陷型沉降為主，形成了盆地中部近東西向統(tǒng)一的沉降中心[18～20]。該時期，斷裂活動相對不發(fā)育，整體繼承了白堊系沙市組北西向構(gòu)造格局，只是在局部地區(qū)由于斷裂活動對構(gòu)造形態(tài)產(chǎn)生了一定的影響，進(jìn)一步形成了枝江、梅槐橋、資福寺、潘場及白廟等次級洼陷，呈現(xiàn)斷拗復(fù)合的構(gòu)造特點。古地貌則表現(xiàn)為盆緣北高南低、東高西低，盆內(nèi)中心低、周緣高的“碟狀盆地”特征，地形坡度平緩，平均不超過3°(圖3)。

圖3 新下段沉積時期江漢盆地及周緣古地貌圖

新下段沉積時期，江漢盆地為亞熱帶潮濕型氣候，水介質(zhì)主要為微咸水環(huán)境[21～24]。新下段除Ⅱ油組發(fā)育厚層暗色泥巖外，其余均為棕紫色和紅色泥巖，湖盆水深相對較淺。前人通過古地貌和沉積體系綜合分析認(rèn)為，新下段沉積時期整體具有地勢平坦、水體較淺的咸化湖盆沉積特征[25]。盆地構(gòu)造特征和古物源分析表明，新下段沉積物源主要來自盆地北部，自西向東分布，發(fā)育枝江、馬山、后港、漢水、漢川共5支較大的物源，整體形成由北向南推進(jìn)的淺水三角洲體系，盆地南部為華容隆起，相對地貌低，發(fā)育間歇性扇三角洲沉積體系。后期在湖浪和沿岸流等水動力條件改造下，三角洲砂體發(fā)生搬運再沉積，在水下隆起區(qū)和寬緩斜坡帶廣泛發(fā)育陸源碎屑灘壩沉積[26，27]。

2 灘壩砂體沉積特征

2.1 巖石學(xué)特征

江漢盆地新下段灘壩砂體巖石類型主要為細(xì)砂巖和粉砂巖，中砂巖和粗砂巖幾乎不發(fā)育，偶見同生沖刷沉積的泥礫沉積。通過對灘壩砂體巖石礦物成分統(tǒng)計表明，灘壩砂中石英體積分?jǐn)?shù)為50%～60%，長石體積分?jǐn)?shù)為30%～40%，巖屑以變質(zhì)巖為主，體積分?jǐn)?shù)小于10%。此外，從灘壩砂體的鏡下特征來看，受江漢盆地新下段咸化湖盆沉積控制，其膠結(jié)類型以石膏和碳酸鹽膠結(jié)為主，其中石膏膠結(jié)發(fā)育，具有鹽湖富硬石膏膠結(jié)的特征(圖4)。

圖4 江漢盆地新下段灘壩砂體硬石膏膠結(jié)鏡下特征照片

灘壩砂體樣品的粒度分析表明，沉積物碎屑顆粒粒度中值主要集中在50～120μm，粒度組分以極細(xì)砂、細(xì)砂為主，二者體積分?jǐn)?shù)一般在50%～65%，分選系數(shù)在1.5～2之間，分選度中等。顆粒形狀為次圓、次棱-次圓狀，磨圓度中等。在粒度概率累積曲線上主要表現(xiàn)為“兩跳一懸式”或“寬緩上拱式”2種。從粒度頻率直方圖看，“寬緩上拱式”比“兩跳一懸式”粒度更向粗粒集中，“寬緩上拱式”粒徑φ值集中在2.5左右，“兩跳一懸式” 粒徑φ值集中在5左右。該沉積物粒度分布特征表明，“寬緩上拱式”砂巖沉積水動力更強(qiáng)，以壩砂沉積為主，沉積水動力以湖浪和風(fēng)暴為主；“兩跳一懸式”水動力較弱，存在沖刷-回流分界點，表明具有多方向水流，沉積水動力以湖浪和沿岸流為主(圖5)。

圖5 江漢盆地耀1井新下段灘壩沉積粒度分布特征

2.2 沉積構(gòu)造特征

灘壩是濱淺湖區(qū)常見的砂體，是灘和壩的總稱，其形成主要受波浪和沿岸流控制[16～28]。江漢盆地新下段灘壩砂體巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，其次為泥質(zhì)粉砂巖和灰質(zhì)、膏質(zhì)粉砂巖，夾有薄層泥巖。砂巖單層厚度較薄，一般1～3m，厚者可達(dá)4～6m，有時夾有薄層泥灰?guī)r。鉆井巖心中灘壩砂體具有豐富的沉積構(gòu)造現(xiàn)象，既有反映受淺水成因影響的炭屑、生物擾動、潛穴等構(gòu)造；又有反映壩主體受強(qiáng)波浪作用形成的低角度交錯層理、塊狀層理及泥礫沉積；也有因壩側(cè)緣具有一定坡度，砂泥巖組合不穩(wěn)定發(fā)育的滑塌變形和泄水構(gòu)造等 (圖6)。

圖6 江漢盆地新下段灘壩砂體部分典型沉積構(gòu)造

2.3 測井響應(yīng)特征

灘壩砂巖垂向沉積組合表現(xiàn)為層數(shù)多、厚度薄的特點。從測井曲線上來看，灘壩砂發(fā)育段對應(yīng)的自然電位和自然伽馬曲線多具異常幅度較高的尖刀狀、指形的密集組合特征。其中，壩砂厚度相對較大，其自然電位和自然伽馬曲線表現(xiàn)為中高幅的漏斗形和箱形；而灘砂由于其厚度薄，一般呈現(xiàn)為指狀，如圖7所示。

3 灘壩砂體的分布特征

江漢盆地新溝嘴組沉積時期表現(xiàn)為斷拗復(fù)合、廣盆淺水的原盆結(jié)構(gòu)，具有淺水咸化湖盆的沉積環(huán)境，北部三角洲砂體入湖后，受高鹽度湖水頂托作用發(fā)生長距離搬運至湖盆中心，三角洲典型的三層結(jié)構(gòu)特征不明顯，整體表現(xiàn)出淺水三角洲主導(dǎo)的沉積特征[22～24]。三角洲砂體沉積后，在后期湖浪及沿岸流等多因素水動力條件改造下，形成盆內(nèi)廣泛分布的灘壩沉積。

圖7 新161井新下段灘壩砂巖心觀察柱狀圖

3.1 古地貌控制下的灘壩分布特征

沉積時期的古地形、地貌特征是控制一個盆地沉積相時空展布的主要因素。構(gòu)造活動形成的陡坡斷裂坡折帶、緩坡斷階帶、斜坡斷裂帶等，控制了沉積盆地內(nèi)部不同級別的坡折帶，進(jìn)而對沉積時期的古地貌產(chǎn)生重要影響。而沉積時期的古地貌對后期沉積物輸送通道的路徑及砂體分布又產(chǎn)生了重要的控制作用。在新溝嘴組沉積時期，由于研究區(qū)具有地形平緩、水體淺、濱淺湖區(qū)分布面積大和湖盆周緣碎屑物質(zhì)豐富等沉積條件，盆地邊緣的三角洲和扇三角洲砂體在岸流和波浪的再搬運和再沉積作用下，形成大面積濱淺湖區(qū)灘壩。從砂體發(fā)育規(guī)模而言，灘壩發(fā)育的有利部位多在持續(xù)古隆起、斷層翹傾端及火成巖巖體周緣等隆起區(qū)。根據(jù)灘壩發(fā)育時空分布及其古地貌之間的匹配關(guān)系，將江漢盆地灘壩砂分為3種類型(見圖8)。

圖8 江漢盆地新下段灘壩類型模式

1)古緩坡沿岸灘壩 發(fā)育于盆緣的緩坡帶，其砂體來源主要有北部三角洲體系和南部間歇性扇三角洲體系。該類型的灘壩砂體分布于平均枯水面與浪基面之間，水動力機(jī)制包括湖浪和沿岸流兩類。當(dāng)波浪由湖盆中央向湖岸運動時, 觸及浪底, 形成升浪, 并繼續(xù)向岸方向運動形成碎浪, 能量消耗較大, 使得較粗粒碎屑沉積下來，形成砂壩。除此之外，當(dāng)波浪斜交岸線傳播，也會產(chǎn)生與岸線幾乎平行的沿岸流，使濱岸帶沉積物重新分配，灘壩砂體發(fā)生沿岸遷移，造成灘壩砂體平面上連片分布。

2)水下隆起周緣灘壩 形成于水下隆起及周緣區(qū)，水體較淺且湖浪對隆起周緣沉積物改造，平面上從濱淺湖到半深湖區(qū)都有隆起區(qū)分布，其中隆起類型包括持續(xù)性古隆起(岳口低凸起)、構(gòu)造活動造成的隆起(南崗地區(qū))及火山巖快速堆積形成的隆起(金家場地區(qū))3類。受北部淺水三角洲長距離向湖盆中心推進(jìn)的控制，水下隆起周緣灘壩砂體沉積物質(zhì)基礎(chǔ)豐富。

3)三角洲側(cè)緣灘壩 新下段沉積時期，江漢盆地具有廣盆淺水的沉積環(huán)境，北部三角洲攜帶沉積物進(jìn)入湖盆后，整體處于濱淺湖沉積相帶，三角洲砂體易受帶湖浪及岸流的改造作用，使沉積物發(fā)生再搬運，從而在三角洲側(cè)緣形成灘壩沉積。

3.2 物源體系控制下的灘壩分布特征

沉積相在成因上主要受到盆地構(gòu)造背景與古氣候等因素的控制，而其發(fā)育規(guī)模及空間展布則與物源區(qū)有著密切的關(guān)系。江漢盆地新下段沉積時期物源主體來自盆地北部。受北部物源影響，江漢盆地新溝嘴組沉積時期在平緩古地貌背景下形成大規(guī)模三角洲體系，呈帶狀向盆地推進(jìn)。盆地南部主要發(fā)育間歇性的扇三角洲沉積體系。在雙向物源體系影響下，北部三角洲砂體和南部扇三角洲砂體為灘壩砂體沉積提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，在不同類型湖盆水動力條件的改造下發(fā)生二次搬運及沉積，形成灘壩。

通過對盆內(nèi)灘壩砂體平面展布規(guī)律研究，結(jié)果表明，在盆地北部存在多支大規(guī)模三角洲長期提供穩(wěn)定物源。在靠近三角洲砂體沉積周緣的濱淺湖區(qū)，灘壩砂體較為發(fā)育，而在盆地南緣主要受兩支小規(guī)模扇三角洲提供間歇性物源的影響，泥巖灘及灘砂鹽巖灘較為發(fā)育，碎屑巖灘分布范圍有限且規(guī)模較小，表明物源的富集和貧乏對灘壩的形成起到?jīng)Q定性作用。盆地北部的富物源區(qū)發(fā)育三角洲-灘壩沉積體系；南部貧物源區(qū)以碳酸鹽巖灘壩為主，局部發(fā)育小規(guī)模扇三角洲-灘壩沉積體系(圖9)。

圖9 江漢盆地新下段沉積相平面圖

4 結(jié)論

1)江漢盆地新溝嘴組灘壩砂體的沉積物粒度細(xì)，一般為細(xì)砂巖和粉砂巖, 成分成熟度中等,巖石分選較好。粒度概率曲線主要表現(xiàn)為“兩跳一懸式”或“寬緩上拱式”，沉積水動力以湖浪和沿岸流為主。沉積構(gòu)造以交錯層理、塊狀層理、泥礫沉積及豐富的生物擾動為特征，測井曲線以漏斗形、箱形及指狀為主。

2)江漢盆地新溝嘴組下段存在與古地貌相關(guān)的3種灘壩類型:古緩坡沿岸灘壩、水下隆起周緣灘壩和三角洲側(cè)緣灘壩。

3)新溝嘴組沉積時期的物源體系對江漢盆地灘壩砂體發(fā)育具有明顯的控制作用。盆地北部物源供給持續(xù)、穩(wěn)定，規(guī)模相對較大，對應(yīng)的灘壩砂發(fā)育規(guī)模相對較大，且以相對粒度較粗的碎屑灘壩為主；盆地南部物源為間歇性物源，沉積物供給不穩(wěn)定，規(guī)模相對較小，對應(yīng)的灘壩砂以泥巖灘及灘砂鹽巖灘為主，碎屑巖灘分布范圍有限且規(guī)模較小。