金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系沉積特征及成鹽模式

薛 輝，韓春元，朱 萍，湯小琪，楊經(jīng)棟，竇連彬

中國(guó)石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552

0 引言

含鹽層系是在一定成鹽周期內(nèi)形成的含有鹽類礦物的沉積巖系，一般形成于干旱炎熱的氣候條件下[1-2]，同時(shí)伴有強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用，其是湖盆從淡水到咸水再到鹽湖演變過(guò)程中形成的產(chǎn)物[3]，主要發(fā)育在湖盆相對(duì)低洼的部位[4-5]。含鹽層系常與油氣伴生，其沉積和分布對(duì)盆地內(nèi)油氣聚集和成藏有較大影響[6-7]，目前，在我國(guó)渤海灣盆地[8]、四川盆地[9]、江漢盆地[10]、柴達(dá)木盆地[11]、塔里木盆地[12]等中、新生界含油氣盆地中均發(fā)現(xiàn)了厚度較大的含鹽層系。隨著油氣資源和鹽類資源的不斷開發(fā)利用，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)含鹽層系的成因、鹽源、分布、沉積環(huán)境及其對(duì)油氣生成、運(yùn)移和保存等方面的影響進(jìn)行了深入研究[13-17]，但專門針對(duì)含鹽層系沉積特征和演化規(guī)律的研究較少。

金壇儲(chǔ)氣庫(kù)是我國(guó)第一座已投入運(yùn)行的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)[18]，為保障長(zhǎng)三角地區(qū)安全平穩(wěn)供氣做出了重要貢獻(xiàn)[19]，儲(chǔ)氣庫(kù)含鹽層系主要發(fā)育于阜寧組四段，受構(gòu)造背景、物源供給和古氣候等因素控制，含鹽層系沉積具有長(zhǎng)期性和多期性等特點(diǎn)。受勘探程度限制，前人對(duì)該區(qū)含鹽層系的研究主要集中在構(gòu)造、沉積環(huán)境及古生物特征上[20-22]，而對(duì)微相特征、分布規(guī)律和控制因素研究較少。因此，深入開展含鹽層系沉積特征和發(fā)育規(guī)律研究，對(duì)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的選址擴(kuò)建及下一步的開發(fā)利用具有重要意義。本文基于大量的鉆井、測(cè)井、地震等資料，結(jié)合巖心觀察和薄片鑒定，分析含鹽層系的巖性特征和沉積微相特征，揭示含鹽層系在層序格架內(nèi)的分布規(guī)律，探討含鹽層系沉積控制因素和成鹽模式，以期為金壇儲(chǔ)氣庫(kù)下一步施工建設(shè)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

金壇儲(chǔ)氣庫(kù)構(gòu)造位于直溪橋凹陷，該凹陷位于蘇南隆起區(qū)常州坳陷帶金壇盆地西部，是在中生代凹陷基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)一個(gè)箕狀凹陷[23]。凹陷東部和南部與上黃—大華隆起相鄰，北部與陵口盆地、丹陽(yáng)盆地和寧鎮(zhèn)隆起帶相望，西部緊靠茅山推覆帶，構(gòu)造整體呈北東走向，具西陡東緩、南高北低的特征。研究區(qū)地層平緩，總體向北西傾斜，傾角小于10°，邊部稍大，在20°以內(nèi)，含鹽面積60.5 km2，鹽層平均埋深980 m，平均厚度144 m，平均含鹽率81.8%，屬高品位鹽巖，是建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的有利區(qū)域[24-25]。

研究區(qū)形成經(jīng)歷了初期拉張、中期斷陷、末期坳陷3個(gè)階段，可進(jìn)一步劃分為紫陽(yáng)橋--倪巷淺洼、東崗低拱、陳家莊--上白塘次洼3個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元(圖1a)。受區(qū)域性拉張應(yīng)力影響，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育北東—南西向雁列式正斷層，自西到東分為西部斷層發(fā)育帶、中部小斷層發(fā)育帶和東部斷層發(fā)育帶[26](圖1a)。阜寧組四段含鹽層系屬于新生代古近紀(jì)古新世晚期沉積[27]，與上覆戴南組平行不整合接觸，與下伏阜寧組三段整合接觸(圖1b)。在阜寧組四段沉積早期，氣候較為濕潤(rùn)，湖盆邊緣受陸源碎屑的影響，鹽度低，鹽類礦物沉積較少，多發(fā)育灰色及灰黑色泥巖、泥灰?guī)r；中期氣候逐漸干旱，沉積灰白色、灰色、深灰色鹽巖夾膏質(zhì)鹽巖，含泥鹽巖和泥灰?guī)r；后期氣候由干旱向濕潤(rùn)演變，鹽度降低，同時(shí)，大量碎屑物質(zhì)的注入使湖水動(dòng)蕩、渾濁，不利于鹽巖的形成和析出[28]，該時(shí)期主要沉積灰色及灰黑色泥巖、膏質(zhì)泥巖夾少量泥灰?guī)r。

據(jù)文獻(xiàn)[19]修改。

2 含鹽層系沉積相標(biāo)志

2.1 巖石學(xué)標(biāo)志

2.1.1巖石類型

據(jù)研究區(qū)44口測(cè)錄井資料分析及2口取心井巖心觀察表明，阜寧組四段含鹽層系巖石類型復(fù)雜多樣，主要為石鹽巖，其次為硫酸鹽巖、碳酸鹽巖和泥巖，少量粉砂巖。

1)石鹽巖。石鹽巖是含鹽層系中主要的巖石類型，體積分?jǐn)?shù)約占80%，呈灰色、灰白色、灰黑色，玻璃光澤，巖性致密，質(zhì)地較純，發(fā)育層狀構(gòu)造(圖2a，b)和塊狀構(gòu)造(圖2c)。薄片觀察鹽巖晶體以細(xì)晶、中粗晶及不等粒結(jié)構(gòu)為主(圖2d)，局部見(jiàn)巨晶結(jié)構(gòu)。該類巖石常形成于地勢(shì)低洼、水體受限、鹽度高的靜水沉積環(huán)境中。

2)硫酸鹽巖。研究區(qū)內(nèi)硫酸鹽巖以淺灰色或灰白色石膏為主，局部見(jiàn)鈣芒硝和無(wú)水芒硝，巖心觀察發(fā)現(xiàn)石膏多呈星點(diǎn)狀(圖2e)、斑狀或團(tuán)塊狀分布，常夾雜在鹽巖和泥巖之間，發(fā)育透鏡狀、塊狀及條帶狀等構(gòu)造類型(圖2f)。薄片觀察石膏晶體呈厚板狀(圖2g)，以細(xì)晶結(jié)構(gòu)為主。此類巖石主要發(fā)育于水體循環(huán)受限且蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于補(bǔ)給量的封閉靜水環(huán)境中。

3)碳酸鹽巖。主要有以下2種類型：①灰?guī)r，灰色或暗灰色，塊狀或條帶狀(圖2h)，發(fā)育水平或波狀泥質(zhì)紋層，見(jiàn)縫合線構(gòu)造，此類巖性不純，含較多泥質(zhì)，主要分布在含鹽層系頂、底部，形成于水動(dòng)力條件較弱的局限、半局限靜水環(huán)境中；②白云巖，灰白色，主要由細(xì)晶或粉晶白云石構(gòu)成，晶粒細(xì)小，一般為0.05～0.10 mm，見(jiàn)少量泥質(zhì)，發(fā)育塊狀、層狀及紋層狀構(gòu)造(圖2i)，遍布于含鹽層系各類巖石中，與灰?guī)r沉積環(huán)境相似。

4)泥巖。工區(qū)內(nèi)泥巖顏色多樣，棕紅色、灰色、灰黑色，多發(fā)育水平層理(圖2j)，也見(jiàn)少量波狀層理、緩波狀層理，泥裂構(gòu)造，薄片觀察泥巖樣本孔徑細(xì)小，大多呈星點(diǎn)結(jié)構(gòu)，裂縫發(fā)育，多被石膏充填(圖2k)，嘗之略帶咸澀味，不同程度的含鈣質(zhì)、膏質(zhì)和鹽質(zhì)，泥巖巖性特征及構(gòu)造特征說(shuō)明沉積時(shí)水體較淺[29]，氣候干旱。

a. 層狀鹽巖，水平層理，JK8-5井，1 105.53 m；b. 層狀鹽巖，韻律層理，JK8-5井，1 032.78 m；c. JK8-5井，鹽巖塊狀分布, 1 074.61 m;d. 中粗晶鹽巖，JK3-3井，1 150.63 m；e. 灰白色石膏巖，呈大小不一的星點(diǎn)狀，JK8-5井，1 132.61 m；f. 泥巖夾薄層狀石膏條帶，JK8-5井，1 146.9 m；g. 硬石膏顆粒，JK3-3井，948.23 m；h. 微晶灰?guī)r，暗灰色，具水平或波狀紋層，見(jiàn)縫合線構(gòu)造，JK8-5井,1 225.6 m；i. 泥晶白云巖，灰白色，水平紋層， JK3-3井，1 205.4 m；j. 泥巖，水平層理，JK8-5井，1 187.5 m；k. 含膏泥巖，石膏充填裂縫，JK3-3井，1 155.44 m；l. 泥質(zhì)粉砂巖，見(jiàn)緩波狀沙紋層理，JK8-5井，1 035.69 m；m. 泥質(zhì)粉砂巖，卷曲變形，JK8-5井，998.54 m；n. 條帶狀石膏與泥巖互層，韻律層理，見(jiàn)微小斷層，JK3-3井，1 178.46 m；o. 含膏泥巖，見(jiàn)透鏡狀層理，JK8-5井，1 052.2 m；p. 泥質(zhì)粉砂巖，見(jiàn)揉皺變形及粉砂質(zhì)條帶及泥巖撕裂屑，JK3-3井,1 168.9 m；q. 泥巖，見(jiàn)石鹽晶體印痕及假晶，方解石填充，JK3-3井，970.48 m；r. 白云巖中見(jiàn)石膏結(jié)核，成層分布，JK8-5井，1 165.8 m。

圖2 金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系巖心及鏡下照片

Fig.2 Salt-bearing sequence core picture and photomicrographs of Member 4 of Funing Formation in Jintan gas storage

5)粉砂巖。在研究區(qū)分布較少，依據(jù)成分可劃分出以下2種類型：①泥質(zhì)粉砂巖，灰白色、白色，見(jiàn)紋層向上傾斜的小型沙紋層理和變形層理(圖2l，m)，前者主要發(fā)育在湖盆邊緣的低能環(huán)境中，后者是未固結(jié)的沉積物在重力作用下發(fā)生滑動(dòng)變形，形成的變形構(gòu)造，并伴隨快速沉積作用[30]，多分布在湖盆邊緣斜坡帶等沉積環(huán)境中;②鈣(云)質(zhì)粉砂巖，灰色、灰黑色，分選較好，發(fā)育水平層理，沉積于水動(dòng)力條件較弱的靜水還原環(huán)境。

2.1.2 沉積構(gòu)造

1)層理構(gòu)造

① 塊狀層理。在石鹽巖和膏巖中普遍發(fā)育(圖2c)，不具任何紋層特征，內(nèi)部物質(zhì)均勻，在組分和構(gòu)造上都沒(méi)有分異現(xiàn)象，反映沉積時(shí)水動(dòng)力較強(qiáng)，為水體閉塞、咸化程度較高的湖水動(dòng)蕩沉積。

② 水平層理。由呈直線狀且平行于層面的紋層組成(圖2j)，多出現(xiàn)在細(xì)粒碎屑巖、泥巖和碳酸鹽巖中，說(shuō)明形成時(shí)水體比較穩(wěn)定，屬于低能環(huán)境。

③ 韻律層理。是由成分、結(jié)構(gòu)、顏色等性質(zhì)不同的薄層作有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)而組成的層理，紋層的厚度一般小于4 mm，研究區(qū)存在兩種類型：一種在石鹽巖地層中較為常見(jiàn)，構(gòu)成韻律的各個(gè)單層的物質(zhì)基本一致，只是顏色深淺不一，實(shí)質(zhì)上是暗色層和淡色層交替組成(圖2b)，反映沉積時(shí)氣候季節(jié)性變化；另一種在石膏和泥巖薄互層中常見(jiàn)(圖2n)，二者平行排列，交替構(gòu)成韻律，其中膏巖在水體強(qiáng)烈濃縮、蒸發(fā)的環(huán)境中形成，泥巖是水體淡化階段形成的產(chǎn)物。

④ 復(fù)合層理。在膏巖、砂巖和泥巖互層中常見(jiàn)，見(jiàn)波狀層理、透鏡狀層理(圖2o)、脈狀層理，反映沉積時(shí)高能水體和低能水體交替出現(xiàn)。

⑤ 包卷層理。主要發(fā)育在含鹽層系下部薄層粉砂巖層中，沉積紋層呈卷曲狀(圖2p)，是沉積物在固結(jié)成巖之前發(fā)生塑性變形形成[31]，主要發(fā)育湖盆邊緣。

⑥ 滑塌層理。在湖盆邊緣斜坡上未固結(jié)的軟沉積物在重力作用下滑塌而產(chǎn)生揉皺變形(圖2p)，主要發(fā)育在泥質(zhì)粉砂巖中，內(nèi)部見(jiàn)少量泥礫或泥巖撕裂屑，推測(cè)應(yīng)為湖底重力流沉積。

2)化學(xué)成因構(gòu)造

①石鹽晶體印痕及假晶。研究區(qū)石鹽晶體印痕及假晶常見(jiàn)(圖2q)，多出現(xiàn)紫紅色泥巖中，反映了經(jīng)常性暴露的沉積環(huán)境，屬于內(nèi)陸型干旱鹽湖沉積。

②結(jié)核。是巖石中自身礦物的集合體，在成分、結(jié)構(gòu)、顏色等方面與圍巖明顯不同，研究區(qū)結(jié)核成分主要為石膏，核徑一般為2～5 mm，形狀不規(guī)則，可單獨(dú)存在，也可平行層面成群分布(圖2r)，多發(fā)育在泥巖中，說(shuō)明沉積時(shí)水體蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，氣候炎熱干旱。

2.1.3 孢粉標(biāo)志

依據(jù)S26、J9、ZK02井的鉆孔資料發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)阜寧組四段含鹽層系中孢粉發(fā)育，以被子植物花粉為主，花粉顆粒分?jǐn)?shù)在47.9%～71.6%之間，裸子植物花粉較少，約占5.0%～20.0%，蕨類孢子顆粒分?jǐn)?shù)在10.0% 以內(nèi)，說(shuō)明沉積古氣候?yàn)闊釒А獊啛釒У臍夂騕32-33]；同時(shí)在湖盆周圍檢測(cè)出許多耐鹽、耐干旱的麻黃粉，進(jìn)一步說(shuō)明沉積時(shí)氣候炎熱干燥，湖盆水體蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，鹽度較高。

2.2 測(cè)井相標(biāo)志

對(duì)比研究區(qū)取心井段巖性和電性特征，建立含鹽層系中不同巖性的測(cè)井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)(表1)。并依據(jù)伽馬曲線的形態(tài)、幅度，將研究區(qū)測(cè)井相劃分為箱形、漏斗形、鐘形、齒形及平直形5種類型。

表1 金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系主要巖性測(cè)井響應(yīng)特征

1)箱形。該類型測(cè)井相在研究區(qū)較為常見(jiàn)，自然伽馬曲線平緩、低幅，局部齒化，形態(tài)呈箱狀，頂?shù)拙鶠橥蛔兘佑|，箱形形態(tài)(圖3a)。相對(duì)于圍巖，其自然伽馬曲線值極低，一般小于20 API；電阻率高值；中子曲線小于0.0%；密度低值，一般不超過(guò) 2.1 g/cm3。對(duì)應(yīng)的巖性主要為石鹽巖、石膏巖、膏質(zhì)鹽巖、泥質(zhì)鹽巖、白云質(zhì)膏巖，箱形說(shuō)明蒸發(fā)作用強(qiáng)烈持續(xù)，主要為膏坪、鹽坪沉積環(huán)境。

2)漏斗形。此種測(cè)井相在含鹽層系下部較為常見(jiàn)，自然伽馬曲線值下大上小，形態(tài)呈漏斗狀，幅度上高下低，頂部突變、底部漸變(圖3b)。自然伽馬值一般為15～45 API；電阻率下大上??；中子為0.0%～0.3%；密度一般為2. 1～2.5 g/cm3。自下而上巖性由泥巖、膏質(zhì)泥巖向膏巖、石鹽巖變化，說(shuō)明沉積時(shí)水體逐漸咸化。

3)鐘形。該類測(cè)井相在含鹽層系上部較為常見(jiàn)，與漏斗形特征相反，自然伽馬曲線值下小上大，曲線幅度下高上低(圖3c)，形態(tài)為鐘形，頂部漸變接觸，底部突變接觸。測(cè)井曲線的響應(yīng)特征與漏斗形相似，對(duì)應(yīng)的巖性下部為石鹽巖、石膏巖，向上過(guò)渡為碳酸鹽巖、鹽(膏)質(zhì)泥巖、泥巖等，說(shuō)明水體鹽度逐漸降低，代表中心膏鹽巖亞相向邊緣帶砂泥巖亞相轉(zhuǎn)變的沉積環(huán)境。

4)齒形。該類測(cè)井相表現(xiàn)為自然伽馬曲線幅度變化較大，曲線呈尖峰或較圓滑的指狀形態(tài)，頂?shù)锥紴橥蛔兘佑|(圖3d)。此種曲線特征對(duì)應(yīng)巖性為膏(鹽)巖與泥巖間互，膏(鹽)巖段自然伽馬曲線值低，一般在10～30 API之間；密度中低值，一般小于2.2 g/cm3；電阻率曲線高值；泥巖段自然伽馬曲線高值，一般大于90 API；密度中高值，大于2.4 g/cm3；中子高值，大于10.0%；電阻率曲線中低值。齒狀形態(tài)中膏(鹽)巖單層厚度一般小于3 m，說(shuō)明沉積時(shí)湖水咸淡變化頻繁，干旱與濕潤(rùn)氣候交替出現(xiàn)。

a. 箱形；b. 漏斗形；c. 鐘形；d. 齒形；e. 平直形。

5)平直形。此類測(cè)井相在含鹽層系頂部較為常見(jiàn)，伽馬曲線形態(tài)平滑—較平滑、高值(圖3e)，大于100 API；密度中高值，一般大于2.5 g/cm3；中子高值，大于25%；電阻率曲線低值。對(duì)應(yīng)的巖性多為泥巖，夾膏質(zhì)、粉砂質(zhì)和鈣質(zhì)條帶，屬于低能靜水沉積環(huán)境。

2.3 地震相標(biāo)志

含鹽層系密度低，孔隙不發(fā)育，地震波傳播速度與碎屑巖差異明顯(圖4)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，含鹽層系中不同的巖性組合在地震剖面上具有不同的反射特征，通過(guò)井的地震剖面可以看出，研究區(qū)主要發(fā)育3種地震相(圖5)。

1)平行狀。此類反射特征主要發(fā)育在低洼區(qū)域，如陳家莊—上白塘次洼，該區(qū)屬于湖盆中心，水體安靜，咸化程度最高，沉積物分異度相對(duì)較高，成層性也較好[34]，該區(qū)以鹽坪微相為主，多期次鹽巖縱向疊置，橫向成層分布。同時(shí)，因石鹽巖密度低，平均為2.08 g/cm3，速度平均為4 450 m/s，與圍巖具有較強(qiáng)的波阻抗差異，所以，在地震剖面上石鹽巖表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、高連續(xù)平行—亞平行反射結(jié)構(gòu)。平行狀地震相在單井上巖性主要為灰白色石鹽巖、鈣芒硝質(zhì)鹽巖及灰白色含膏鹽巖，夾薄層棕紅色泥巖或灰色含膏泥巖，測(cè)井曲線整體表現(xiàn)為高幅箱形和齒化箱形。碎屑巖中平行狀地震相主要發(fā)育在濱淺湖區(qū)域，水體條件弱，沉積環(huán)境穩(wěn)定，沉積物均勻垂向加積，同石鹽巖平行狀地震相相比，碎屑巖平行狀地震相中地震反射強(qiáng)度要弱得多，同向軸弱連續(xù)，在厚層泥巖段甚至表現(xiàn)為空白反射，主要為分布均勻的薄砂巖和厚層泥巖互層。

2)雜亂丘狀。主要發(fā)育在水下隆起區(qū)域，如東崗低拱，該區(qū)水體較淺，波浪作用強(qiáng)，成層性差，在地震剖面上表現(xiàn)為中等—強(qiáng)振幅圖(圖5)；同時(shí)，因鹽巖具有較強(qiáng)的可塑性，極易發(fā)生揉皺變形和“鹽流動(dòng)”現(xiàn)象[10]，地震同向軸表現(xiàn)為丘狀不連續(xù)—雜亂反射特征。結(jié)合R9井測(cè)井相(圖5)，發(fā)現(xiàn)沉積物類型多樣，巖性主要為灰黑色塊狀鹽巖、灰色泥質(zhì)灰?guī)r、紫紅色泥巖，測(cè)井曲線形態(tài)表現(xiàn)為漏斗形。碎屑巖中雜亂丘狀地震相主要發(fā)育在水體較淺的環(huán)境中，反映沉積物在搬運(yùn)過(guò)程中快速卸載，同向軸具不規(guī)則、連續(xù)性差的反射特征，中—強(qiáng)振幅，多發(fā)育在近岸水下扇、沖積扇環(huán)境中，巖性顆粒較粗，主要為粗砂巖、細(xì)礫巖。

3)舌形孤立狀。在湖盆邊緣靠近茅山推覆帶區(qū)域，該區(qū)屬于沉積過(guò)渡區(qū)域，在地震上表現(xiàn)為短軸、中—弱振幅、連續(xù)性差的反射特征，含鹽層系內(nèi)部同向軸不連續(xù)，整體呈舌形孤立狀，具有陣發(fā)性重力流成因特征[35]。結(jié)合J10井測(cè)井相，發(fā)現(xiàn)舌形孤立狀地震相在巖性上混雜特征明顯，主要巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾少量鹽巖，測(cè)井曲線形態(tài)表現(xiàn)為齒形。碎屑巖中舌形孤立狀地震相主要發(fā)育在濱淺湖環(huán)境中，水動(dòng)力條件不穩(wěn)定，物源供給有限，在地震剖面上弱振幅，同向軸有反射終止和分叉現(xiàn)象，波動(dòng)起伏小，連續(xù)性差，橫向范圍比地層厚度大，反映弱水流沉積，巖性主要為厚層泥巖夾少量細(xì)砂巖和粉砂巖。

圖4 金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段不同巖性密度與速度交會(huì)圖

圖5 金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系地震反射特征

3 沉積相類型及分布特征

3.1 沉積相類型

通過(guò)對(duì)2口取心井的巖心觀察，結(jié)合測(cè)井相和地震相，認(rèn)為研究區(qū)含鹽層系屬于鹽湖沉積產(chǎn)物，可識(shí)別出中心膏鹽巖、過(guò)渡帶碳酸鹽巖、邊緣帶砂泥巖3種亞相，7種微相(表2，圖6)。

3.1.1 中心膏鹽巖亞相

1)鹽坪。研究區(qū)鹽坪微相主要分布在陳家莊—上白塘次洼，該區(qū)受盆地周緣水流影響較小，陸源碎屑少，地勢(shì)低洼，水體受限。巖性以石鹽巖、含泥鹽巖及泥質(zhì)鹽巖為主，研究區(qū)鹽坪微相中石鹽巖多被有機(jī)質(zhì)浸染而成灰黑色，玻璃光澤或油脂光澤，以塊狀和韻律層理為主，自然伽馬曲線多呈箱形(圖6)，鹽坪微相在含鹽層系中段廣泛發(fā)育，厚度變化較大，在洼陷中心部位最厚，向兩端減薄尖滅。

表2 金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系沉積相類型

2)膏坪。膏坪主要發(fā)育在湖盆內(nèi)部相對(duì)低洼的地區(qū)，該區(qū)屬浪基面以下的靜水沉積環(huán)境，氣候干旱，水體循環(huán)受限，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，膏坪常與鹽坪共生，巖性主要為灰色或灰白色石膏巖，含少量無(wú)水芒硝和鈣芒硝，沉積構(gòu)造以塊狀和透鏡狀層理為主。平面上主要分布在陳家莊—上白塘次洼邊緣地區(qū)，縱向上主要分布在含鹽層系頂?shù)撞?，厚度?.0～30.0 m，平均為15.6 m。膏坪微相在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬曲線低值，形態(tài)整體表現(xiàn)為箱形或齒化箱形(圖6)。

3.1.2 過(guò)渡帶碳酸鹽巖亞相

1)灰云坪?；以破褐饕l(fā)育在東崗低拱附近的淺水地帶，該區(qū)受地勢(shì)阻隔，湖水循環(huán)受到一定的限制，與外界交換不暢，水體能量弱?；以破簬r性主要為白云巖、灰質(zhì)云巖、膏質(zhì)云巖，偶夾云質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r，水平層理發(fā)育，灰云坪巖性不純，質(zhì)地較脆，晶間孔發(fā)育，局部發(fā)育溶蝕孔、縫，在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬曲線中低值，多呈小幅箱形(圖6)。

Rs.淺側(cè)向電阻率。

2)泥灰(云)坪。泥灰(云)坪縱向上主要分布在含鹽層系的頂、底部，平面上主要發(fā)育在湖盆邊緣靠近茅山高地的局限或半局限靜水環(huán)境中，該區(qū)水體周期性淡化，鹽度較低，巖性以深灰色泥質(zhì)灰?guī)r為主，夾薄層泥質(zhì)云巖，發(fā)育水平層理、塊狀層理，見(jiàn)紋層狀泥質(zhì)條帶和縫合線構(gòu)造，自然伽馬曲線值較大，多呈漏斗形(圖6)。

3.1.3 邊緣帶砂泥巖亞相

1)含鹽(膏)泥坪。含鹽(膏)泥坪主要發(fā)育在湖盆邊緣濱岸帶較淺水成鹽區(qū)，水體鹽度整體較低，沉積的鹽(膏)巖晶粒細(xì)小，薄而質(zhì)雜，多為灰黑色，薄層狀，少數(shù)條帶狀。含鹽(膏)泥坪巖性以含鹽泥巖為主，含少量含膏泥巖和鈣芒硝質(zhì)泥巖，在自然伽馬曲線上表現(xiàn)為低幅背景下的齒形高值(圖6)。

2)泥坪。泥坪微相主要發(fā)育在湖盆邊緣低能的弱水動(dòng)力環(huán)境中，處于湖水洪水面與枯水面之間，偶爾會(huì)暴露出水面，沉積巖性粒度較細(xì)，以白云質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥巖為主，多發(fā)育水平層理，見(jiàn)泥裂構(gòu)造，泥坪微相在自然伽馬曲線上表現(xiàn)為低幅高值，平直形(圖6)。

3)灘砂。灘砂微相主要發(fā)育在湖盆邊緣靠陸一側(cè)的淺水地區(qū)，受陸源物質(zhì)供給影響，主要巖性為泥質(zhì)粉砂巖和鈣質(zhì)粉砂巖，常呈條帶狀?yuàn)A雜在泥巖之間，見(jiàn)緩波狀或波狀層理，研究區(qū)灘砂微相發(fā)育較少，在自然伽馬曲線上表現(xiàn)為齒形低值(圖6)。

3.2 分布特征

金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系自下而上構(gòu)成一個(gè)完整的沉積旋回，縱向上具有多期成鹽、咸淡周期性交替等特點(diǎn)。在單井層序特征及沉積特征分析的基礎(chǔ)上，將阜寧組四段含鹽層系劃分為3個(gè)亞段(圖7)，不同層段內(nèi)含鹽層系在縱向和平面上的演化規(guī)律如下。

含鹽層系沉積早期(SQ1)，即鹽下硫酸鹽-碳酸鹽亞段沉積時(shí)期(圖8a)，該時(shí)期氣候由潮濕逐漸演變?yōu)楦珊?，主要發(fā)育過(guò)渡帶碳酸鹽巖亞相和邊緣帶砂泥巖亞相，TST(湖侵體系域)由短期湖侵形成的向上加深的四級(jí)旋回組成，主要發(fā)育泥坪微相；HST(高位體系域)時(shí)期湖平面下降，蒸發(fā)作用較強(qiáng)，發(fā)育過(guò)渡帶碳酸鹽巖亞相，主要沉積泥灰(云)坪、含鹽(膏)泥坪、泥坪等微相。平面上(圖8a)，在湖盆邊緣R6井以西地區(qū)，水體鹽度低，鹽類礦物不發(fā)育，主要發(fā)育邊緣帶砂泥巖亞相，東部主要為泥坪、灰云坪微相；在湖盆中心JK10-1井區(qū)，水體咸化程度較高，發(fā)育中心膏鹽巖亞相，主要發(fā)育鹽坪微相，該時(shí)期鹽巖厚度較薄，在10.30～31.10 m之間，平均18.31 m，在JK7-11井區(qū)鹽巖厚度最大，向四周鹽層厚度減薄。

含鹽層系沉積中期(SQ2)，對(duì)應(yīng)中部鹽巖亞段(圖7)，該時(shí)期氣候持續(xù)干旱，湖水濃縮，主要發(fā)育中心膏鹽亞相夾邊緣帶砂泥巖亞相。底部TST整體屬低能沉積，灰云坪、泥灰(云)坪微相發(fā)育，巖性主要為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，以齒形為主；HST由眾多向上變淺的四級(jí)旋回疊置組成，箱形或齒化箱形，縱向上構(gòu)成一個(gè)進(jìn)積—加積序列。平面上(圖8b)，研究區(qū)主要發(fā)育中心膏鹽巖亞相，以鹽坪微相為主，在湖盆邊緣發(fā)育膏坪微相。該時(shí)期鹽坪微相廣泛發(fā)育，厚度較大，在153.50～198.99 m之間，平均175.60 m，在JK10-1、JK5-6等井區(qū)為鹽湖沉積中心，石鹽巖厚度最大，向四周減薄，在研究區(qū)周邊零星發(fā)育灰云坪、含鹽(膏)泥坪和泥坪微相。

含鹽層系沉積后期(SQ3)，對(duì)應(yīng)鹽上硫酸鹽-碳酸鹽亞段(圖7)，該時(shí)期氣候由干旱向濕潤(rùn)演變，湖平面快速上升，水體淡化，主要發(fā)育TST。該時(shí)期主要發(fā)育泥坪、灰云坪、泥灰(云)坪等微相(圖8c)，石鹽巖不發(fā)育。

4 含鹽層系沉積控制因素

4.1 古地貌

研究區(qū)古地貌具有“一隆兩洼” 構(gòu)造格局：西部紫陽(yáng)橋—倪巷淺洼、東部陳家莊—上白塘次洼和夾于二者之間的東崗低拱，疊合古地貌圖和鹽巖厚度等值線圖(圖9)，發(fā)現(xiàn)含鹽層系沉積特征受古地貌控制明顯，古地貌條件決定盆地周緣淡水補(bǔ)給程度，從而控制含鹽層系沉積微相類型及分布。

西部紫陽(yáng)橋—倪巷淺洼緊鄰茅山推覆帶，陸源碎屑多，淡水補(bǔ)給量大，鹽巖不發(fā)育，如R6井位于該區(qū)湖盆邊緣，發(fā)育邊緣帶砂泥巖亞相，沒(méi)有鉆遇鹽層。中部東崗低拱受古隆起影響，在一定程度上抑制了西部陸源碎屑向湖盆內(nèi)部作長(zhǎng)距離搬運(yùn)，平面上越靠近物源區(qū)鹽巖越不發(fā)育，厚度越??；同時(shí)由于該區(qū)水體經(jīng)常淡化，沉積的鹽巖相對(duì)薄而質(zhì)雜，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，縱向上鹽巖、泥灰?guī)r與泥巖互層，橫向上鹽巖分布不穩(wěn)定，逐漸向西部、北部尖滅。東部陳家莊—上白塘次洼遠(yuǎn)離西部物源，陸源碎屑供給較少，是湖盆沉積沉降中心，主要發(fā)育鹽坪微相，該區(qū)沉積鹽巖較厚，在170.00～280.00 m之間，平均為198.32 m，泥巖夾層少。

SQ1. 沉積早期；SQ2. 沉積中期；SQ3. 沉積后期；HST. 高位體系域；TST. 湖侵體系域。

4.2 水體開放程度

水體開放程度作為化學(xué)沉積最重要的影響因素之一，直接決定湖盆水體類型及水體交換情況[36]。阜寧組四段沉積早期，金壇盆地處于斷陷湖盆階段，湖盆沉降，受四周高地阻隔，水體循環(huán)受限，開放程度逐漸減弱，縱向上整體表現(xiàn)為逐漸變淺的水退沉積序列，由邊緣帶砂泥巖亞相—過(guò)渡帶碳酸鹽巖亞相—中心膏鹽巖亞相轉(zhuǎn)變(圖10a)，巖性由鹽度低的巖性逐漸過(guò)渡為鹽度高的巖性轉(zhuǎn)變。

a. SQ1時(shí)期；b. SQ2時(shí)期；c. SQ3時(shí)期。

阜寧組四段沉積晚期，研究區(qū)總體表現(xiàn)為坳陷沉積特征，東北部與蘇北濱淺海直接連通，水體淡化，開放程度逐漸增大，在膏鹽巖之上依次沉積碳酸鹽巖、砂泥巖。整體表現(xiàn)為逐漸變深的水進(jìn)沉積序列，沉積巖性從鹽度高的巖性逐漸過(guò)渡為鹽度低的巖性(圖10b)，縱向上沉積序列表現(xiàn)為中心膏鹽巖亞相—過(guò)渡帶碳酸鹽巖亞相—邊緣帶砂泥巖亞相。

4.3 湖平面變化

湖平面變化對(duì)含鹽層系沉積特征控制明顯。一方面，湖平面通過(guò)控制沉積環(huán)境從而控制含鹽層系在平面上的相態(tài)展布。通過(guò)分析含鹽層系中泥巖樣本的硼元素含量，利用科奇公式計(jì)算古鹽度[37]，發(fā)現(xiàn)不同研究區(qū)古鹽度呈規(guī)律變化，即自沉積中心向外古鹽度逐漸降低。陳家莊—上白塘地區(qū)古鹽度超過(guò)40.0‰，屬于超咸水沉積環(huán)境，該區(qū)沉積厚層狀石鹽巖，屬于中心膏鹽巖亞相；在東崗低拱地區(qū)，古鹽度分布在26.8‰～38.5‰之間；平均為32.4‰，為咸水沉積環(huán)境，該區(qū)主要發(fā)育泥灰?guī)r、膏質(zhì)云巖等，屬于過(guò)渡帶碳酸鹽巖亞相；再往外紫陽(yáng)橋--倪巷淺洼到湖盆邊緣，古鹽度值最低，多小于15.0‰，為淡水—微咸水沉積環(huán)境，蒸發(fā)巖不發(fā)育，屬于邊緣帶砂泥巖亞相。金壇地區(qū)鹽巖主要圍繞盆地沉積中心呈環(huán)帶狀分布，在平面上隨沉積環(huán)境變化向四周減薄尖滅，不斷相變。

圖9 金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段古地貌與鹽巖厚度疊合圖

另一方面，湖平面周期性上升和下降，在巖性剖面上表現(xiàn)為泥巖類、碳酸鹽巖類和石鹽巖類交替出現(xiàn)[38]，研究區(qū)含鹽層系自下而上構(gòu)成一個(gè)較完整的成鹽旋回，依次經(jīng)歷湖退鹽類凝聚期、枯水鹽類富集期、水進(jìn)水體淡化期(圖11)。湖退鹽類凝聚期，即阜寧組四段沉積早期(SQ1)，氣候開始變得干旱，湖平面降低，湖水咸化，該時(shí)期以泥巖和碳酸鹽巖沉積為主；在枯水鹽類富集期(SQ2)，氣候干旱，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，湖水鹽度不斷增加，鹽巖開始大量沉積，同時(shí)，伴隨水體溶液反復(fù)出現(xiàn)淡化作用，在厚層鹽巖內(nèi)部常夾雜淡化巖(含泥鹽巖、無(wú)水芒硝質(zhì)鹽巖、泥巖)；水進(jìn)水體淡化期(SQ3)，即阜寧組四段沉積末期，氣候濕潤(rùn)，降雨量增加，湖平面上升，大量碎屑物質(zhì)的注入，造成湖水鹽度不斷降低，不利于鹽巖的沉積。

a. 逐漸咸化沉積序列； b. 逐漸淡化沉積序列。

5 含鹽層系成鹽模式

金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系垂向沉積演化具有一定的規(guī)律性，自下而上構(gòu)成一個(gè)完整成鹽旋回，水體環(huán)境整體表現(xiàn)為淡化—濃縮—淡化過(guò)程[39]。通過(guò)對(duì)阜寧組四段含鹽層系沉積相特征和演化規(guī)律綜合分析，在沉積控制因素分析基礎(chǔ)上，認(rèn)為研究區(qū)含鹽層系存在局限型和廣覆型2種成鹽模式，2種模式垂向上完整或不完整疊加形成厚層含鹽層系。

局限型成鹽模式見(jiàn)圖12a，其主要發(fā)育在阜寧組四段沉積早期，該時(shí)期氣候逐漸干旱，湖平面不斷降低，湖盆蒸發(fā)量大于補(bǔ)給量，水體鹽度開始增加，由淡水湖相向鹽湖相轉(zhuǎn)變。該成鹽演化模式可分為3個(gè)階段：早期湖盆沉降，氣候濕潤(rùn)，在靠近物源區(qū)茅山高地的紫陽(yáng)橋—倪巷淺洼地區(qū)，有陸源碎屑供給，沉積砂泥巖，在地貌相對(duì)較低的紫陽(yáng)橋—倪巷淺洼和陳家莊—上白塘次洼，水體較深，沉積深色的泥巖、膏質(zhì)泥巖，在古地貌相對(duì)較高的東崗低拱地區(qū)，沉積灰質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r；中期相對(duì)湖平面開始下降，湖水濃縮，鹽度增高，在洼陷區(qū)發(fā)育膏質(zhì)碳酸鹽巖、石膏巖、石鹽巖沉積，隆起區(qū)發(fā)育鹽質(zhì)碳酸鹽巖沉積，湖盆邊緣發(fā)育砂泥巖沉積；晚期蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，湖水鹽度較高，高鹽度的湖水由淺水區(qū)流向湖盆中心深水區(qū)[40]，在紫陽(yáng)橋—倪巷淺洼和陳家莊—上白塘次洼區(qū)域沉積鹽巖，東崗低拱發(fā)育鹽質(zhì)碳酸鹽巖，湖盆邊緣發(fā)育泥灰坪。局限型成鹽模式中鹽巖分布范圍局限，集中發(fā)育于古地貌低洼區(qū)，單層鹽巖厚度也相對(duì)較薄。

廣覆型成鹽模式見(jiàn)圖12b，其主要發(fā)育在阜寧組四段沉積中期，該時(shí)期湖盆閉塞，氣候干旱，強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用導(dǎo)致湖水不斷濃縮，主要發(fā)育局限鹽湖相。該成鹽演化模式也分為3個(gè)階段：早期湖水鹽度相對(duì)較低，在湖盆邊緣靠近物源區(qū)有零星碎屑巖沉積，以泥巖為主，砂巖分布局限，泥灰坪分布范圍較廣，在湖盆洼陷區(qū)發(fā)育鹽質(zhì)泥巖，低隆區(qū)發(fā)育灰質(zhì)泥巖；中期湖水鹽度增加，低洼區(qū)發(fā)育鹽質(zhì)膏巖及鹽巖沉積，低隆區(qū)發(fā)育鹽質(zhì)碳酸鹽巖沉積，湖盆邊緣發(fā)育碳酸鹽巖沉積，泥灰坪和砂泥巖分布范圍進(jìn)一步變??；晚期湖水鹽度最高，超過(guò)石鹽析出臨界飽和度，在低洼區(qū)和隆起區(qū)均廣泛發(fā)育石鹽巖，湖盆邊緣發(fā)育鹽質(zhì)碳酸鹽巖沉積，砂泥巖和泥灰坪分布局限。廣覆型成鹽模式中鹽巖分布范圍較大，鹽巖厚度受古地貌控制差異明顯，在湖盆中心區(qū)域厚度最大，往四周減薄。

圖11 金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系沉積特征和古環(huán)境變化

a. 局限型成鹽模式；b. 廣覆型成鹽模式。

6 結(jié)論

1)金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系巖石類型多樣，可劃分為石鹽巖、硫酸鹽巖、碳酸鹽巖、粉砂巖、泥巖5種類型，發(fā)育6種層理構(gòu)造和2種化學(xué)成因沉積構(gòu)造，具有箱形、鐘形、齒形、漏斗形及平直形5種測(cè)井相特征，發(fā)育平行狀、雜亂丘狀、舌形孤立狀3種地震相特征。

2)金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系屬于鹽湖沉積，可劃分出中心膏鹽巖、過(guò)渡帶碳酸鹽巖、邊緣帶砂泥巖3種亞相，鹽坪、膏坪、灰云坪、泥灰(云)坪，含鹽(膏)泥坪、泥坪、灘砂7種微相?？v向上可劃分3個(gè)層序，不同層序內(nèi)部鹽巖沉積特征和分布規(guī)律各異。

3)金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系沉積控制因素包括古地貌、水體開發(fā)程度和湖平面變化等，古地貌控制含鹽層系沉積微相類型和分布特征，水體開放程度控制沉積序列演化和巖性組合，湖平面變化控制含鹽層系沉積分布和發(fā)育規(guī)律。

4)金壇儲(chǔ)氣庫(kù)阜寧組四段含鹽層系存在局限型和廣覆型兩種成鹽模式，每種模式包含3個(gè)演化階段，不同成鹽模式中鹽巖的演化規(guī)律和分布范圍不同，局限型成鹽模式中鹽巖分布局限，集中分布在低洼區(qū)，廣覆型成鹽模式中鹽巖分布范圍較大，低洼區(qū)和隆起區(qū)都廣泛發(fā)育。