溱潼凹陷西斜坡阜三段斷陷湖盆砂質(zhì)灘壩沉積特征

趙世杰，傅 強(qiáng)，駱衛(wèi)峰，黃健玲，滕 驥

（1.同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；2.中國(guó)石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇南京210011）

隨著油氣勘探程度不斷深入，巖性油氣藏發(fā)現(xiàn)的比例逐年增大，目前已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)內(nèi)容[1-4]。勝利油田、渤海油田等我國(guó)東部新生界油氣勘探的實(shí)踐證明，大量油氣資源賦存于巖性圈閉、地層圈閉等非構(gòu)造圈閉，以及構(gòu)造—巖性圈閉等復(fù)合圈閉之中，而這些巖性油氣藏、地層油氣藏等非構(gòu)造油氣藏也正逐漸成為老區(qū)勘探中增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要目標(biāo)[5-7]。

砂質(zhì)灘壩作為發(fā)育于濱岸帶的一種重要的沉積相類型，具有近油源、儲(chǔ)集性能較好、生儲(chǔ)蓋組合配置好等各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)條件，有利于油氣富集并形成較好的巖性油氣藏[8]。灘壩沉積的研究自20 世紀(jì)初期至今，積累了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在沉積環(huán)境、成因、沉積特征、沉積模式以及儲(chǔ)層特征等方面豐富的研究成果[9-14]。溱潼凹陷西斜坡阜三段發(fā)現(xiàn)的砂質(zhì)灘壩沉積具有遠(yuǎn)離物源區(qū)且臨近湖盆岸邊的特征，由多期次、多方向的物源注入，其砂體與生油凹陷匹配，是構(gòu)造—巖性復(fù)合油藏的有利發(fā)育區(qū)[15]。之前對(duì)溱潼凹陷西斜坡沉積模式、儲(chǔ)層發(fā)育特征等方面進(jìn)行過較為系統(tǒng)深入的研究，但對(duì)其沉積特征的研究或者過于籠統(tǒng)而忽視了處于三角洲前緣前端與濱岸近岸地區(qū)復(fù)雜水動(dòng)力條件下的砂質(zhì)灘壩沉積[16]，或者局限于西斜坡帶某個(gè)區(qū)塊而缺乏在溱潼凹陷整體大格局背景下的灘壩沉積特征的認(rèn)識(shí)[17]，同時(shí)對(duì)灘壩沉積成因類型也缺乏深入研究。因此，本次研究在之前已取得的認(rèn)識(shí)與成果基礎(chǔ)上，以溱潼凹陷西斜坡阜三段為例，進(jìn)一步研究砂質(zhì)灘壩沉積特征與成因類型。這將進(jìn)一步明確溱潼凹陷西斜坡阜三段構(gòu)造—巖性復(fù)合油藏的分布規(guī)律及其控制因素，對(duì)有利區(qū)的勘探與下一步工作的部署具有重要的理論借鑒意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇北盆地為蘇北—南黃海盆地的陸上部分，東面為南黃海海岸線，西邊與郯廬斷裂帶相鄰，南部緊鄰張八嶺隆起與通揚(yáng)隆起（蘇南隆起），北部接濱海隆起，總面積約35 000 km2，大體可分為北部鹽阜坳陷、南部東臺(tái)坳陷以及中部建湖隆起。目前已發(fā)現(xiàn)的主力油氣富集區(qū)域均位于南部東臺(tái)坳陷之內(nèi)。溱潼凹陷位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷東南部，東面以泰州凸起與海安凹陷相隔，西面與高郵凹陷間隔吳堡低凸起，西南部與通揚(yáng)隆起（蘇南隆起）相鄰，東北承接小海凸起直接延伸到南黃海盆地，分布面積約1 200 km2（圖1）。研究區(qū)位于溱潼凹陷西側(cè)斜坡帶上，包括蔡家堡、陳家舍、倉場(chǎng)、吉溝、北漢莊、華港、南華以及曹橋等地區(qū)，屬于溱潼凹陷西側(cè)外斜坡帶—坡壘帶區(qū)域，面積約200 km2。

圖1 溱潼凹陷區(qū)域位置Fig.1 Structural location of Qintong sag

溱潼凹陷阜三段與下部阜二段界面標(biāo)志層為“泥脖子段”，與上部阜四段界面為阜四段“彈簧巖性段”底部，整體處于阜二段與阜四段兩次海侵之間的間歇期[18]。阜三段沉積期，溱潼凹陷東南側(cè)泰州凸起開始出露地表并遭受剝蝕[19]，與通揚(yáng)隆起共同組成溱潼凹陷南邊的湖岸。此時(shí)吳堡低凸起尚未出露地表，溱潼凹陷與金湖、高郵以及海安凹陷連片分布，并向南黃海盆地延展，總湖盆面積約16 000 km2。溱潼凹陷阜三段分為上下兩套砂組，兩套砂組在巖性、物性以及沉積特征方面基本一致，中部夾一套厚層泥巖段，巖性以灰黑色泥巖與淺灰、灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖互層或不等厚互層為主。

2 沉積特征

2.1 巖石學(xué)特征

溱潼凹陷西斜坡阜三段砂質(zhì)灘壩儲(chǔ)集巖以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，巖石類型有長(zhǎng)石石英砂巖、雜砂巖、巖屑長(zhǎng)石石英砂巖等，以長(zhǎng)石質(zhì)石英砂巖、長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖為主（圖2）。巖石成份和結(jié)構(gòu)成熟度均中等，巖石組構(gòu)由陸源碎屑和填隙物組成，陸源碎屑分布均勻、分選好，礦物磨圓度主要為次棱—次圓狀（圖3）。

圖2 溱潼凹陷西斜坡阜三段灘壩沉積砂巖礦物組分三端元Fig.2 Three terminal element of the mineral composition of sandstone in beach-bar sediments of Ef3 in western slope of Qintong sag

圖3 溱潼凹陷西斜坡阜三段灘壩沉積砂巖薄片F(xiàn)ig.3 Thin section photographs of sandstone in beach-bar deposit of Ef3 in western slope of Qintong sag

通過大量巖心照片觀察發(fā)現(xiàn)，溱潼凹陷在阜三段砂巖的顏色主要以灰褐色、淺灰色細(xì)砂巖和粉砂巖為主（圖4a、圖4b），泥巖的顏色主要為黑色和深灰色（圖4c、圖4d、圖4f）。深色沉積巖指示了沉積環(huán)境為缺氧的還原環(huán)境，說明在阜三段沉積時(shí)期，溱潼凹陷主要為還原環(huán)境，這與之前研究的三角洲前緣—淺湖沉積環(huán)境相吻合。湖中的有機(jī)物在還原環(huán)境中得以保留，成為后期生油的主要層位。

大規(guī)模的深色砂巖主要分布的區(qū)域是在溱潼凹陷西斜坡的南部和中部區(qū)域，另外在北部小部分區(qū)域里，砂巖的顏色主要為灰褐色和淺灰色，這說明溱潼凹陷北部小部分區(qū)域處于湖水水體較淺的區(qū)域，淺湖區(qū)的沉積物中的有機(jī)質(zhì)在氧化條件下逐漸分解，沉積巖的顏色較淺。

2.2 沉積構(gòu)造特征

阜三段取心井段可見大量生物擾動(dòng)、沖刷面、槽狀交錯(cuò)層理、波狀交錯(cuò)層理、平行層理、水平層理、波狀層理及同生變形構(gòu)造等典型沉積構(gòu)造，反映三角洲前緣—灘壩沉積的特點(diǎn)。其中粉細(xì)砂巖中可見波狀層理、塊狀、反遞變等構(gòu)造，分選較好，反映低能量湖浪篩選與灘壩堆積的沉積機(jī)制；砂泥巖互層中見脈狀層理、透鏡狀層理，層面見植物碎屑及云母碎片，并含大量生物潛穴及生物擾動(dòng)構(gòu)造（圖4），體現(xiàn)水動(dòng)力較弱的穩(wěn)定沉積環(huán)境；灰黑色泥巖、深灰色泥巖，具水平層理、韻律層理，含大量生物潛穴、擾動(dòng)構(gòu)造。

2.3 沉積類型及特征

通過巖心觀察，結(jié)合薄片與粒度分析測(cè)試，認(rèn)為溱潼凹陷西斜坡阜三段發(fā)育具有雙向水流作用特征的砂質(zhì)灘壩沉積。灘砂體與壩砂體在成因、幾何形態(tài)、分布規(guī)律上具有較大區(qū)別。因此，本次研究中，對(duì)灘壩沉積采用灘砂與壩砂兩類沉積微相將灘壩沉積分別進(jìn)行描述。

壩砂發(fā)育在濱淺湖地帶，形成于湖浪、湖流的篩選與風(fēng)暴浪沖刷作用，水動(dòng)力能量較強(qiáng)[20]。壩砂通常見于沿湖岸平行分布的碎浪帶或在三角洲前緣前端破浪帶中，既有正常風(fēng)浪作用形成的壩砂，也有風(fēng)暴作用形成的風(fēng)暴浪回流搬運(yùn)于濱淺湖沉積形成，兩種成因的壩砂通常呈伴生關(guān)系，其區(qū)別通常為風(fēng)暴回流壩砂一般具有正粒序且往往仍保留有部分風(fēng)暴成因的沉積構(gòu)造，如塊狀層理、泥巖撕裂片、重荷構(gòu)造、丘狀層理、泥礫等，而正常風(fēng)浪壩砂通常為與三角洲前緣河口壩特性相似的反粒序，沉積構(gòu)造通常可見有弱平行層理、波狀交錯(cuò)層理、波狀層理以及少量的生物潛穴以及生物擾動(dòng)構(gòu)造（圖4）。

圖4 溱潼凹陷西斜坡阜三段灘壩沉積特征Fig.4 Beach-bar sedimentary structures of Ef3 in western slope of Qintong sag

壩砂由泥質(zhì)含量很低、較純的砂巖組成。溱潼凹陷西斜坡灘壩沉積中，并未見有完全純凈的壩砂沉積，這是由于溱潼凹陷具有較為復(fù)雜的物源條件，多物源的輸入導(dǎo)致湖盆內(nèi)部砂巖與泥巖分布關(guān)系變得更為復(fù)雜，從而增加了壩砂沉積中的泥質(zhì)含量。溱潼凹陷西斜坡阜三段壩砂沉積厚度一般大于2 m，巖性以灰色細(xì)砂巖、灰色粉砂巖為主，具有多期疊置的特征，電測(cè)曲線上表現(xiàn)為中低幅度齒化反旋回漏斗形或舌形（表1），粒度概率曲線表現(xiàn)為滾動(dòng)、2～3 個(gè)不同斜率的跳躍總體與懸浮總體共同組成的特征，懸浮組分較低，反映波浪雙向水流沖刷作用（圖5a）。

灘砂是在較平坦地形上由湖浪、湖流作用形成的砂體，與壩相比，水動(dòng)力能量要弱[20]。與壩砂相比，灘砂往往具有更大的分布面積和更小的厚度。受物源與地貌等多因素的共同影響，灘砂常呈席狀分布，厚度薄，分布面積大，具有多期疊置的特征。

溱潼凹陷西斜坡灘砂多為湖浪對(duì)三角洲前緣砂體改造形成，與淺湖泥頻繁互層，砂泥突變接觸，且受到波浪作用以及生物擾動(dòng)作用的影響，砂巖與泥巖薄互層常呈現(xiàn)擾亂、混雜的組合特征，巖心上可見有波狀交錯(cuò)層理、透鏡狀層理以及各種生物擾動(dòng)構(gòu)造，測(cè)井曲線呈現(xiàn)低幅指狀或鋸齒狀形態(tài)特征（表1），粒度概率累計(jì)曲線呈現(xiàn)具有過渡帶的跳躍—懸浮兩段式特征，懸浮組分含量高，反映具有波狀交錯(cuò)層理以及小型交錯(cuò)層理、具有更弱水動(dòng)力的灘砂沉積（圖5b）。

表1 灘砂、壩砂測(cè)井曲線與錄井特征Table 1 Logging curves and characteristics of beach sand and bar sand

圖5 溱潼凹陷西斜坡灘壩沉積砂巖粒度概率累計(jì)Fig.5 Cumulative probability of sand grain size of beach-bar deposits in western slope of Qintong sag

3 灘壩沉積成因類型

對(duì)于灘壩沉積的控制因素已有眾多學(xué)者進(jìn)行過相關(guān)研究，并從物源條件[17]、古地貌條件[21]、水動(dòng)力條件[22]等多角度提出灘壩沉積的主要控制因素。蘇北盆地東臺(tái)坳陷阜寧組沉積物是在淡水注入與海水侵進(jìn)下，兩種水體交互作用的背景下形成的[23]，而阜三段正是處在阜二段與阜四段兩期大規(guī)模海侵之間的高位期，整體為淺湖—半深湖環(huán)境，砂體連片分布。從沉積動(dòng)力學(xué)角度的砂體展布特征來看，在半深湖處發(fā)育的砂體多為重力流、風(fēng)暴浪等事件沉積。因此，受湖浪作用為主的灘壩沉積（包括正常灘壩與風(fēng)暴回流灘壩）主要發(fā)育在三角洲前緣的前端以及三角洲前緣側(cè)部沿湖岸位置。通過對(duì)溱潼凹陷西斜坡阜三段灘壩沉積巖心觀察，雖然泥巖顏色以深灰—黑色為主，但在巖心中較少見有重力流沉積的組合構(gòu)造，而是多表現(xiàn)為受湖浪作用影響的構(gòu)造組合特征，表明溱潼凹陷西斜坡阜三段沉積時(shí)具有一定的水深，但仍未到半深湖區(qū)，而對(duì)應(yīng)灘壩砂體與三角洲前緣砂體以及湖岸邊緣的相應(yīng)位置，這類灘壩沉積多發(fā)育在平緩淺湖背景下的三角洲前緣的前端與側(cè)緣部位，具有細(xì)砂、粉砂為主的粒度特征，通常呈現(xiàn)泥質(zhì)含量較高的特征（圖6）。然而CA3 井在2 195.59～2 197.59 m（圖6d—圖6f）再往上至1 847.60～1 849.60 m 時(shí)（圖7a—圖7c），巖心斷面可見有大塊泥礫，反映為多期風(fēng)暴回流壩向上變?yōu)檎ｏL(fēng)浪壩，這說明受水體動(dòng)蕩與湖平面變化的影響，縱向上灘壩沉積呈現(xiàn)出具有一定規(guī)律性的成因變化與多期次疊置的特征。

圖6 溱潼凹陷西斜坡阜三段遠(yuǎn)物源灘壩沉積疊加序列與沉積特征Fig.6 Stacking pattern and depositional feature of remote source beach-bar deposits of Ef3 in western slope of Qintong sag

通過對(duì)青海湖現(xiàn)代灘壩沉積研究可以發(fā)現(xiàn)，沿岸灘壩砂巖粒度較粗，底部多見有礫石[24-25]，在GC2井巖心上亦可發(fā)現(xiàn)同樣的特征。GC2井巖心上多見有波狀交錯(cuò)層理、多期灘砂相互疊置特征，可反映雙向水流的湖浪作用。同時(shí)，在底部也見有礫石，向上發(fā)育波狀層理，符合壩砂沉積組合特征，結(jié)合波狀交錯(cuò)層理等雙向水流特征可以排除分流河道沉積，綜合判斷為灘壩沉積的壩砂（圖7d—圖7g）。GC2井位于溱潼凹陷西南角落，臨近通揚(yáng)隆起與泰州凸起湖岸，J2 井、CA3 井則位于溱潼凹陷中部，更接近東北物源的三角洲前緣。對(duì)比青海湖現(xiàn)代沉積研究，認(rèn)為這一類灘壩沉積與平緩淺湖背景下三角洲前緣的前端與側(cè)緣發(fā)育的灘壩沉積在沉積構(gòu)造及成因上具有明顯差別，為受到來自東南方向物源的扇三角洲改造形成的沿岸灘壩。因此，溱潼凹陷西斜坡阜三段可以進(jìn)一步歸納為兩類不同成因的灘壩沉積：1）西斜坡中部發(fā)育受東北物源方向三角洲前緣影響下的三角洲前端、側(cè)端灘壩沉積類型；2）受來自通揚(yáng)隆起與泰州凸起控制的扇三角洲改造形成的西斜坡西南緣近岸灘壩沉積類型。綜合兩類不同成因?yàn)纬练e，可以將溱潼凹陷西斜坡灘壩沉積劃分為受東北遠(yuǎn)物源控制下的三角洲前緣前端與側(cè)緣再沉積砂質(zhì)灘壩（簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)物源灘壩）與受東南近物源控制下的近岸砂質(zhì)灘壩（簡(jiǎn)稱近岸灘壩）兩種類型。

圖7 溱潼凹陷西斜坡阜三段近岸灘壩沉積疊加序列與沉積特征Fig.7 Stacking pattern and depositional feature of off-shore beach-bar deposits of Ef3 in western slope of Qintong sag

4 溱潼凹陷西斜坡阜三段沉積時(shí)空演化特征分析

溱潼凹陷阜三段為正常三角洲—灘壩沉積模式（圖8）。從溱潼凹陷阜三段三個(gè)砂組沉積相平面展布特征來看，下砂組從Ef34到Ef33為三角洲前緣向前進(jìn)積的特征，上砂組Ef31相對(duì)下砂組的Ef33湖水較為變深。Ef34砂組發(fā)育有受東北遠(yuǎn)物源控制下的三角洲前緣前端與側(cè)緣再沉積砂質(zhì)灘壩與受東南近物源控制下的近岸砂質(zhì)灘壩兩種成因類型灘壩沉積，其中，遠(yuǎn)物源灘壩沉積在西斜坡呈片狀廣泛發(fā)育，而近岸灘壩發(fā)育位置僅局限于西斜坡東南沿岸呈條帶狀發(fā)育。Ef33與Ef31砂組僅發(fā)育有遠(yuǎn)物源灘壩，分布位置較為局限。

圖8 溱潼凹陷西斜坡阜三段各砂組沉積相平面展布Fig.8 Sedimentary facies of Ef3 in western slope of Qintong sag

蘇北盆地古近系阜三段沉積時(shí)期，盛行主力風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)[26]。溱潼凹陷西斜坡在凹陷內(nèi)屬于迎風(fēng)緩坡帶，地形平緩，形成了廣闊的濱淺湖區(qū)，波浪作用強(qiáng)烈，三角洲前緣向前延伸受阻礙，前緣砂體被湖浪改造、再分配，在前緣前方、湖岸附近區(qū)域形成灘壩沉積，最終形成正常三角洲—灘壩體系。隨著長(zhǎng)期湖平面升降變化（旋回性）與短期湖水往返波動(dòng)（季節(jié)性），多期次灘壩沉積互相疊置，呈現(xiàn)“雁列狀”疊置分布的特征。因此，綜合分析認(rèn)為，平緩的地形、一定的水深、較強(qiáng)的湖浪以及穩(wěn)定的物源供給為溱潼凹陷阜三段砂質(zhì)灘壩沉積最為重要的控制因素。

5 結(jié)論

1）溱潼凹陷西斜坡具有寬而緩的構(gòu)造特征，平緩的地形、一定的水深、較強(qiáng)的湖浪以及穩(wěn)定的物源供給為溱潼凹陷阜三段砂質(zhì)灘壩沉積最為重要的控制因素。溱潼凹陷西斜坡灘壩沉積可從電測(cè)曲線與巖心上進(jìn)一步劃分為灘砂沉積與壩砂沉積。

2）溱潼凹陷西斜坡阜三段發(fā)育的灘壩沉積主要有兩種成因，其一為東北物源控制下的三角洲前緣前端與側(cè)緣灘壩沉積，主要特征為細(xì)砂—粉砂巖；其二為沿通揚(yáng)隆起、泰州凸起湖岸受西南物源沖積扇控制下的近岸灘壩，主要特征是含礫。對(duì)應(yīng)兩種成因可以進(jìn)一步將砂質(zhì)灘壩沉積劃分為遠(yuǎn)源三角洲前緣前端與側(cè)緣再沉積砂質(zhì)灘壩與近源沖積扇控制下的近岸砂質(zhì)灘壩兩種類型。

3）時(shí)空分布上來看，溱潼凹陷西斜坡帶阜三段最常見的砂質(zhì)灘壩類型為遠(yuǎn)源三角洲前緣前端與側(cè)緣再沉積砂質(zhì)灘壩，見于阜三段各砂組中，且在Ef34砂組中分布最為廣泛。近源沖積扇控制下的近岸砂質(zhì)灘壩分布更為局限，僅發(fā)育在Ef34砂組中，并局限于西斜坡東南沿岸呈條帶狀發(fā)育。

4）溱潼凹陷斜坡帶阜三段整體為三角洲前緣—灘壩—湖相沉積背景，三角洲前緣進(jìn)入凹陷湖盆內(nèi)，受沿岸湖浪作用的影響，在凹陷南部形成大規(guī)模的灘壩沉積，并疊置連片。