阜新盆地遼阜地2井下白堊統(tǒng)巖石地層特征

張德軍，趙洪偉，陳樹(shù)旺，張 健

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽(yáng)110034

0 引言

阜新盆地是中國(guó)東北地區(qū)晚中生代重要的含煤盆地，下白堊統(tǒng)發(fā)育完整、連續(xù)且富含動(dòng)植物化石，早在上世紀(jì)20年代就引起了英國(guó)人繆勒，瑞典人安特生以及我國(guó)的王竹泉、黃汲清等地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注.他們根據(jù)阜新盆地煤系地層中發(fā)現(xiàn)的植物化石，將其時(shí)代劃歸侏羅紀(jì)［1-2］.1931年譚錫疇依據(jù)軟體動(dòng)物化石，將阜新煤系時(shí)代定為早白堊世［2］.日偽時(shí)期，日本人室井度將阜新盆地地層層序自下而上分為義縣火山巖類、金剛山層和黃花山角礫巖、沙海頁(yè)巖層、阜新夾碳層、孫家灣礫巖層和大凌河火山巖.楊鐘健將其時(shí)代置于晚侏羅世或中晚侏羅世［2］.隨后的幾十年里，一些專家和單位對(duì)阜新盆地發(fā)育的地層層序進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，基本建立了阜新盆地地層格架［2］.王公肅［3］研究并總結(jié)了前人成果，認(rèn)為阜新盆地內(nèi)地層自下而上為下侏羅統(tǒng)義縣組、九佛堂組，上白堊統(tǒng)沙海組、阜新組和孫家灣組［3］.該地層序列此后被地質(zhì)學(xué)界普遍接受和認(rèn)可［4-7］，但義縣組和九佛堂組由上侏羅統(tǒng)厘定為下白堊統(tǒng)直到2013年方有定論［7］.

阜新盆地勘探歷史悠久，煤田勘探有100多年，煤田淺鉆超過(guò)3000口［4］.石油地質(zhì)勘探始于1934年日本人在露天煤礦中發(fā)現(xiàn)“黏性油狀物”，1936—1945年他們實(shí)施60余口鉆孔，發(fā)現(xiàn)少量石油和天然氣［8］.20世紀(jì)80—90年代，遼河油田在阜新盆地投入了大量油氣調(diào)查和勘探工作，實(shí)施了油氣探井9口，雖有兩口井（阜參2井、阜氣1井）獲得了工業(yè)氣流，但油氣勘探一直沒(méi)有重大發(fā)現(xiàn)［9］.近年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心在阜新盆地實(shí)施的遼阜地2井獲得了重大油氣突破，日產(chǎn)油15.3 m3，打破了該盆地?cái)?shù)十年來(lái)油氣勘查的僵局［10］.

阜新盆地基礎(chǔ)地質(zhì)和鉆孔資料豐富，地層學(xué)研究起步早，成果豐碩.然而，過(guò)去多針對(duì)露頭剖面、露天礦場(chǎng)等，從生物地層、年代地層和巖石地層方面進(jìn)行研究，對(duì)（油氣）鉆孔地層發(fā)育情況的系統(tǒng)研究和報(bào)道卻較少.因此，從基礎(chǔ)地質(zhì)和石油地質(zhì)等各方面深入研究遼阜地2井，對(duì)后續(xù)油氣勘探及理論研究具有重要的科學(xué)意義.本文從巖石地層角度出發(fā)，對(duì)遼阜地2井鉆遇的地層及巖石組合特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，結(jié)合氣測(cè)錄井、常規(guī)測(cè)井及解釋油層的深度等信息，建立遼阜地2井地層綜合柱狀圖，為今后阜新盆地淺層油氣勘探及地層劃分對(duì)比提供一種參考和借鑒.

1 地質(zhì)背景

阜新盆地地處遼寧省西部，南北長(zhǎng)約130 km，東西寬10～20 km，面積約2000 km2［9］.大地構(gòu)造位置位于東西向的燕山構(gòu)造帶與北北東向的新華夏系第二沉降帶的復(fù)合部位，地處赤峰－開(kāi)原斷裂和新華夏系的郯廬斷裂交匯地區(qū)，受兩條斷裂夾持，屬陸內(nèi)雙斷陷型地塹盆地.東側(cè)的閭山斷裂和西側(cè)的松嶺斷裂是盆地的主要控盆構(gòu)造，二者向盆內(nèi)傾斜［11］.阜新盆地的形成演化與晚侏羅世—早白堊世的構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān).晚侏羅世開(kāi)始，古太平洋板塊向亞洲大陸俯沖，形成瀕西太平洋典型的溝－弧－盆體系、北北東向隆起與拗陷間列的盆山系統(tǒng)［12］.早白堊世是中國(guó)東部地區(qū)的一個(gè)重要裂陷期，遼西地區(qū)斷陷發(fā)育.受庫(kù)拉－太平洋板塊和印度板塊的強(qiáng)烈擠壓俯沖產(chǎn)生的碰撞裂谷效應(yīng)聯(lián)合作用的影響，包括郯廬斷裂帶在內(nèi)的中國(guó)東部地幔物質(zhì)上涌，熱構(gòu)造作用明顯，張性裂陷作用強(qiáng)烈，巖漿活動(dòng)頻繁.這個(gè)時(shí)期郯廬斷裂和赤峰－開(kāi)原斷裂同時(shí)發(fā)生右行張扭運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致遼西地區(qū)大面積裂陷（圖1a、b），在裂陷盆地內(nèi)沉積了下白堊統(tǒng)［13］.

阜新盆地作為遼西地區(qū)典型的斷陷盆地之一，在歷經(jīng)早白堊世斷陷和走滑兩大演化階段后，形成了洼隆相間的構(gòu)造格局，自北向南劃分為新邱洼陷、阜新構(gòu)造帶、海州洼陷、東梁構(gòu)造帶、伊嗎圖洼陷等多個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元［9，14］（圖1c）.盆地內(nèi)白堊系發(fā)育，自下而上為下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組和孫家灣組，最大沉積厚度約6000 m［9］.

義縣組巖性主要為基性火山熔巖、集塊巖、凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂巖、頁(yè)巖等沉積層，火山巖裂隙中見(jiàn)油氣顯示，沉積夾層中含大量的魚(yú)、葉肢介、昆蟲(chóng)、介形蟲(chóng)、軟體、恐龍、鳥(niǎo)類以及植物和孢粉等化石，厚800～3000 m［3-4，7，16］.

九佛堂組為主要的斷陷層沉積，是盆地深陷期產(chǎn)物，巖性由灰、灰白色中—細(xì)砂巖與灰、灰黑色泥巖、頁(yè)巖互層，夾褐色凝灰?guī)r、灰色泥質(zhì)粉砂巖組成，呈完整的水進(jìn)水退旋回特征，整合于義縣組之上.砂質(zhì)碎屑巖和泥巖裂隙中含油，產(chǎn)介形蟲(chóng)、瓣鰓類、腹足類、葉肢介、魚(yú)、昆蟲(chóng)和植物等化石，地層厚度多為350～774 m，最大厚度可達(dá)1800 m［4，14，16］.

圖1 阜新盆地構(gòu)造區(qū)劃圖（據(jù)文獻(xiàn)［9，13，15］修改）Fig.1 Tectonic division map of Fuxin Basin（Modified from References［9，13，15］）

沙海組為一套扇三角洲及河湖沼澤相的含煤沉積.一批學(xué)者［4，11，17-18］將沙海組自下而上劃分為4個(gè)巖性段：一段為紅色礫巖段；二段為黃綠色砂礫巖段；三段為煤系、河流及扇三角洲沉積的砂巖；四段為大套暗色深湖—半深湖相泥巖，局部夾水下濁流沉積.然而另一些學(xué)者［3，19］則認(rèn)為沙海組一段的歸屬尚存在爭(zhēng)議，如王公肅［3］將沙海組劃分為沙二段、沙三段和沙四段.還有學(xué)者［9，14，20］將沙海組分為沙海組下段和沙海組上段，其中沙海組下段主要發(fā)育河流和扇三角洲沉積，在濱淺湖和扇三角洲平原之間發(fā)育一定范圍的泥炭沼澤相沉積，該段砂礫巖發(fā)育，油氣顯示好，東梁地區(qū)在800～910 m之間普遍發(fā)育有次生空隙帶，是重要的油氣儲(chǔ)層［14］；沙海組上段深湖—半深湖相泥巖發(fā)育，厚度300～400 m，幾乎覆蓋全盆地，是良好的區(qū)域蓋層［9］.沙海組富含植物、腹足類、介形類、葉肢介、昆蟲(chóng)、爬行類和魚(yú)等化石［7，17］，地層厚度多在600～2000 m［18］.

阜新組為一套泥沼相、河流相夾沖積扇相的煤系地層，巖性主要由灰白、灰色砂巖、砂礫巖及粉砂巖、泥巖夾碳質(zhì)泥巖及薄煤層［19］，產(chǎn)植物、孢粉、腹足類、介形蟲(chóng)、爬行類、魚(yú)、恐龍和鳥(niǎo)類等化石［3，7］，地層厚度多在400～1200 m之間［18］.該組砂質(zhì)碎屑巖油氣顯示豐富，但因其上區(qū)域性蓋層不發(fā)育，且阜新組末燕山三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，盆地整體抬升剝蝕，使得油氣散逸，難以成藏.

孫家灣組巖性主要為紫紅色、雜色、黃褐色礫巖、砂礫巖及砂巖，是在擠壓應(yīng)力場(chǎng)背景下形成的山前洪積及沖積物，角度不整合于下伏阜新組及更古老地層之上［11］，含孢粉、雙殼類、腹足類、葉肢介、介形蟲(chóng)、恐龍和鳥(niǎo)類等化石［7］，地層厚0～1000 m［18］.

2 地層分層描述與劃分對(duì)比

2.1 遼阜地2井分層描述

遼阜地2井位于阜新市東梁鎮(zhèn)西五道橋子村西，地處阜新盆地海州洼陷中部構(gòu)造帶.該井完鉆井深1200 m，862.22～886.15 m井段進(jìn)行取心，其余井段（0～862.22、886.15～1200 m）為巖屑錄井.鄰井516井為20世紀(jì)80年代實(shí)施的煤田地質(zhì)鉆孔，位于遼阜地2井北西方向120m，與遼阜地2井所處的構(gòu)造位置一致（圖1c），地層可與遼阜地2井對(duì)比.516井完鉆井深1055.05 m，鉆穿第四系后全井取心（26.70～1055.05 m）.根據(jù)遼阜地2井實(shí)際鉆遇情況，結(jié)合測(cè)井曲線和516井資料，對(duì)遼阜地2井地層進(jìn)行劃分.全井可分為82個(gè)小層，描述如下：

1.2 地層對(duì)比及時(shí)代特征

參考前人鉆孔及區(qū)域地層資料，根據(jù)遼阜地2井巖石組合及測(cè)井曲線特征，自下而上劃分為5個(gè)地層單元（圖2）.

沙海組下段（未穿）：1200.0～703.0 m井段（1～29層）.該井段上部巖性主要為灰色礫巖、含礫粗砂巖夾砂巖和泥巖薄層；下部為灰黑色厚層泥巖夾多層煤層及深灰色粉砂巖、細(xì)砂巖.該井段的礫巖自然伽馬曲線數(shù)值大多在30～50 API之間，聲波時(shí)差數(shù)值多在200～260μs/m之間，密度數(shù)值較高，多在2.61～2.71 g/cm3之間，中子數(shù)值多在0～8 pu之間；砂巖泥質(zhì)較多，自然伽馬曲線數(shù)值大多在75～85 API之間，聲波時(shí)差數(shù)值多在220～245μs/m之間，密度數(shù)值多在2.55～2.61 g/cm3之間，中子數(shù)值多在10～15 pu之間；泥巖自然伽馬數(shù)值大多在100 API以上，雙側(cè)向電阻率數(shù)值從上到下略有下降，由35Ωm下降到15Ωm左右.其測(cè)井曲線自然電位曲線呈波狀、短指狀；自然伽馬曲線呈齒狀、指狀；深側(cè)向電阻率曲線局部呈尖齒狀，在上部大段礫巖、含礫粗砂巖井段，電阻率呈現(xiàn)穩(wěn)定高值的特征；密度曲線整體呈起伏不大的波狀，煤層突然降低，呈負(fù)箱形，礫巖升高，呈短指狀.測(cè)井曲線礫巖、砂泥巖及煤層的特征均非常明顯.其中，703.00～900.00 m井段多處見(jiàn)油跡、油斑和油浸級(jí)別的巖屑，在862.22～886.15 m取心段上部為厚層狀的灰黑色泥巖夾深灰色油跡砂礫巖（厚9.06 m），中部為油斑－油浸砂礫巖（厚10.36 m），下部為灰黑色泥巖夾深灰色油跡含礫砂巖（厚4.51 m）；自然伽馬曲線異常幅度中—高，呈現(xiàn)微齒狀，齒中線水平或下傾，曲線形態(tài)多呈鐘形，局部呈箱形，底部突變接觸，頂部漸變接觸.該含油層為一套扇三角洲前緣砂體，儲(chǔ)層物性較好，測(cè)錄井綜合解釋油層7.4 m/1層，差油層8.5 m/3層，油水同層2 m/1層，含油層24.7 m/6層.

（2）沙海組上段：703.0～334.0 m井段（30～47層）.該井段巖性主要為巨厚的灰黑色、灰色泥巖夾薄層粉砂巖、細(xì)砂巖，未見(jiàn)油氣顯示.自然伽馬、自然電位和深側(cè)向電阻率3條曲線波動(dòng)不大，密度曲線在下部亦較平穩(wěn)，僅上部夾砂巖薄層較多處波動(dòng)較大，呈倒齒狀，曲線砂泥巖特征明顯.該井段為一套深湖—半深湖相沉積.

關(guān)于沙海組的分段劃分，目前主流的意見(jiàn)有兩種，一是將沙海組劃分為4個(gè)段，一段以紅色砂礫巖為主，二段為黃色礫巖，砂礫巖夾砂巖，三段為含煤地層，巖性以灰色、淺灰色中粗砂巖為主，四段以深灰、灰黑色泥巖為主夾砂巖或砂礫巖透鏡體［19，21］；二是將沙海組劃分為上下兩個(gè)段，即原沙一段—沙三段劃分為沙海組下段，沙四段劃為沙海組上段［9，14］.由于沙一段砂礫巖的歸屬是否為九佛堂組頂部巖層的相變產(chǎn)物目前尚存在爭(zhēng)議［3，19］，且沙一段—沙三段巖石組合特征與沉積環(huán)境均具有較大的相似性和延續(xù)性，本著組內(nèi)分段劃分簡(jiǎn)潔化的原則，本文使用第二種劃分方案.區(qū)域上沙海組以淺湖至半深湖相沉積為主，主要為暗色沉積，由灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖、灰色—深灰色泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖等組成，下粗上細(xì)，中部可發(fā)育厚層泥巖或煤層.砂泥巖以含鈣質(zhì)為特征，泥巖中含植物及孢粉化石，發(fā)育Acanthopteris-Ginkgo coriacea植物組合［22］.與沙海組相關(guān)的火山巖噴發(fā)時(shí)間在120±3.7 Ma［23］.席黨鵬等［24］的地層對(duì)比將其置于Aptian-Albian階.

（3）阜新組：334.0～106.0 m井段（48～77層）.該井段巖性主要為灰綠色、灰色、深灰色粗砂巖、砂巖、粉砂巖和泥巖不等厚互層夾煤層和礫巖，未見(jiàn)油氣顯示.巖性粒度普遍較粗，除密度曲線外，其他曲線波動(dòng)變化不大，砂泥巖特征顯示稍差.阜新組區(qū)域上以河流相為主，沼澤相和泥炭沼澤相較發(fā)育.巖性主要為灰、綠灰色、雜色礫巖、砂礫巖、砂巖與深灰、灰、綠灰色泥巖、粉砂巖不等厚互層，夾炭質(zhì)泥巖和薄煤層，粗屑沉積較發(fā)育，產(chǎn)Ruffordia goepperti-Dryopterites和Ctenis lyrata-Chilinia植物組合，時(shí)代為Albian期［24］.

（4）孫家灣組：106.0～59.0 m井段（78～81層）.該井段巖性主要為綠灰色、灰綠色含礫粗砂巖、粗砂巖、砂巖，未見(jiàn)油氣顯示.巖性穩(wěn)定，測(cè)井曲線波動(dòng)不大.該組為擠壓應(yīng)力場(chǎng)背景下形成的山前洪積及沖積物，巖性主要為紫紅色、雜色、黃褐色礫巖、砂礫巖及砂巖，角度不整合于下伏阜新組或更古老地層之上.劉淼等［25］通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古平莊地區(qū)的孢粉組合研究，將該組置于Aptian-Albian階；萬(wàn)曉樵等［7］依據(jù)該組所含的Cicatrisporites-Schizaeoispprites-Ephedripites孢粉組合及雙殼、介形類等將該組置于Albian階.本文采用萬(wàn)曉樵等的觀點(diǎn).

圖2 新盆地遼阜地2井綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of LFD－2 well in Fuxin Basin

（5）第四系表土：59.0～0.0 m井段（82層）.

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)阜新盆地遼阜地2井鉆遇的巖性組合及其油氣顯示情況進(jìn)行系統(tǒng)描述，自下而上將該井鉆遇的下白堊統(tǒng)分為81層.結(jié)合測(cè)井和沉積特性，建立了鉆孔的地層綜合柱狀圖，為今后阜新盆地地層劃分對(duì)比及淺層油氣勘探提供了依據(jù).

（2）遼阜地2井沙海組下段703.00～900.00 m井段為一套扇三角洲前緣的砂礫巖，發(fā)育油層7.4 m/1層、差油層8.5 m/3層和油水同層2 m/1層，試采獲得日產(chǎn)油15.3 m3的勘探突破.這套扇三角洲前緣的粗碎屑沉積可作為盆地未來(lái)油氣勘探的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象.