楊玉平，鐘建華，2，段宏亮，張丹峰，邵珠福

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580;2.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640;3.中石化江蘇油田分公司，江蘇 揚(yáng)州 225009;4.中石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

引 言

蘇北盆地白堊系赤山組普遍發(fā)育沙漠沉積［1－2］，陳堡油田陳3斷塊赤山組風(fēng)成砂巖油藏的發(fā)現(xiàn)引起了業(yè)界對(duì)赤山組沉積環(huán)境研究的興趣［3－6］，但因缺乏對(duì)地層的細(xì)分和沉積環(huán)境的具體研究，導(dǎo)致對(duì)赤山組儲(chǔ)層砂體分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清。因此，急需加強(qiáng)赤山組地層和沉積環(huán)境的精細(xì)研究，為滾動(dòng)勘探開發(fā)提供有效的指導(dǎo)。

1 地層劃分

句容市赤山組露頭為1套磚紅色砂巖建造，由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，其分布較為分散，厚度變化較大，赤山組可分為上、下兩段，下段主要為磚紅、紫紅色鈣質(zhì)細(xì)—粉砂巖、含礫砂巖與鈣質(zhì)黏土巖、黏土巖互層或韻律層出現(xiàn)，上段為棕紅、紫紅色巖屑石英砂巖、雜砂巖、粉砂巖等，層系底部常含細(xì)礫。吳堡低凸起上赤山組分布特征與露頭相似，厚度平面分布相差較大，大部分井未鉆穿赤山組，一部分井下地層特征與露頭相似，另一部分井下地層頂部為灰色、深灰色塊狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰色、深灰色粉—細(xì)砂巖薄層，中下部為灰色、深灰色塊狀細(xì)—中砂巖夾灰色、深灰色泥質(zhì)團(tuán)塊或條帶。

基于上述赤山組的特征，結(jié)合層序地層學(xué)理論分析認(rèn)為，句容市三岔鄉(xiāng)露頭和吳堡低凸起井下沙漠相發(fā)育的地區(qū)以大型的Stokes面(潛水面)為界，將赤山組劃分為上、下兩段，界面之下巖石均富含鈣質(zhì)，露頭中沿此面的局部低凹地段分布著長(zhǎng)透鏡狀，具有水下沉積特征的丘間沉積物。通過(guò)巖電特征分析認(rèn)為，赤山組為一基準(zhǔn)面向上變淺再變深的沉積旋回，在湖三角洲及鹽湖沉積中通過(guò)湖侵作用形成的侵蝕面的識(shí)別和基準(zhǔn)面旋回特征同樣將赤山組分為上、下兩段。

2 沙漠沉積類型

前人研究認(rèn)為，蘇北盆地赤山組的形成環(huán)境可劃分為沖積扇相和沙漠相［7］，吳堡低凸起位于沙漠與湖泊的過(guò)渡地帶。通過(guò)與句容市三岔鄉(xiāng)赤山組露頭剖面進(jìn)行對(duì)比研究，并結(jié)合前人在古沙漠沉積方面的研究成果［8－12］，對(duì)吳堡低凸起沉積亞相類型進(jìn)行了劃分。

2.1 干鹽湖

井下可見(jiàn)，發(fā)育于赤山組底部，巖層被氧化鐵浸染，分布不均，大部分集中呈微層狀及條帶狀，使巖石顯示顯微層狀構(gòu)造，膠結(jié)物為硬石膏質(zhì)和泥質(zhì)膠結(jié)。鏡下可見(jiàn)硬石膏呈粗—中晶，灰質(zhì)呈細(xì)晶，白云質(zhì)呈粉晶，為典型的鹽湖蒸發(fā)期沉積物特征。

2.2 風(fēng)成沙席

露頭和井下均有發(fā)育，巖性主要為粉—細(xì)砂巖，露頭可見(jiàn)水平面狀紋層，下部細(xì)層較薄，向上增厚，層間夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，沿走向呈不穩(wěn)定狀，厚度為0.5～2.0 m。由于風(fēng)力強(qiáng)度減弱，濕度相對(duì)較大，泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為淹沒(méi)時(shí)的湖緣沉積，暴露時(shí)形成干裂泥片，又被薄層砂席沉積物掩蓋。電測(cè)曲線下部呈指狀交互，向上漸變?yōu)辇X化箱形。

2.3 間歇性河流

露頭和井下均可見(jiàn)，分布零散，巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，含一定量的泥質(zhì)。根據(jù)巖心觀察，可見(jiàn)河道底沖刷、生物擾動(dòng)現(xiàn)象、團(tuán)塊狀泥礫、泥質(zhì)條帶及鈣質(zhì)結(jié)核，一些砂巖中可見(jiàn)波狀層理和小型交錯(cuò)層理，可能為干涸的水道在洪水期充水形成，電測(cè)曲線呈鐘形。

2.4 風(fēng)成沙丘

露頭和井下均有發(fā)育，以磚紅、棕紅色巨厚至塊狀細(xì)砂巖為主，膠結(jié)疏松—中等。砂巖成分以石英為主(60% ～70%)，巖屑(11% ～27%)、長(zhǎng)石(14% ～28%)次之，另有少量暗色礦物及重礦物，礦物成熟度和現(xiàn)代一些沙漠相比偏低，這是由于當(dāng)時(shí)氣候較干旱的緣故。

粒度概率曲線多呈兩段式(圖1)，以躍移組分為主，懸浮組分較少，牽引組分缺失，斜度為65～75°，粒度分布集中，分選好，顆粒多為次圓狀—圓狀，巖石顆粒支撐，接觸－孔隙式膠結(jié)，泥質(zhì)雜基及膠結(jié)物含量較少，均小于7%，表明砂巖結(jié)構(gòu)成熟度高，存在大量的粒間孔;砂粒表面均包裹著一層鐵質(zhì)薄膜(赤褐鐵礦)，俗稱“沙漠漆”，為干旱荒漠的重要特征［8］。

圖1 赤山組上段風(fēng)成沙丘粒度概率曲線

鏡下石英顆粒表面見(jiàn)貝殼狀斷口、碟形和V型撞擊坑、直撞擊溝及霜面，為風(fēng)揚(yáng)作用的結(jié)果(圖2)。句容市赤山剖面可見(jiàn)高角度大型板狀交錯(cuò)層理(圖3a)，傾角為26～35°，傾向分為80～145°和0～40°2組，推斷當(dāng)時(shí)主季風(fēng)方向?yàn)槟衔飨颉３嗌狡拭娲笮托睂永斫厍忻嫔弦?jiàn)粗砂、細(xì)礫石薄層或條帶，呈魚籽狀，磨圓度高，具風(fēng)棱石特征(圖3b);在厚達(dá)百米的沉積中發(fā)育不同規(guī)模的切穿層理的邊界面(Stokes面)，即風(fēng)成砂巖侵蝕下切到地下水位的面，該面上可見(jiàn)灰質(zhì)斑點(diǎn)和條帶，可延伸到丘間泥巖沉積中，丘間該面之上為砂巖沉積，之下為泥巖沉積(圖3c～e)，該面為風(fēng)成砂沉積體系所特有;在沙丘的背風(fēng)面見(jiàn)條紋碼構(gòu)造，國(guó)外學(xué)者認(rèn)為其為碎屑流差異沉積作用所形成［9］，此外可見(jiàn)生物足跡和鉆孔，生物鉆孔朝著背風(fēng)面方向，這樣可防止風(fēng)力作用的破壞(圖3g、h)。上述為風(fēng)成砂巖的典型特征，是區(qū)別于其他環(huán)境沉積物的標(biāo)志。

圖3 句容赤山風(fēng)成沙丘特征

2.5 丘間

丘間沉積可分為濕丘間、干丘間和蒸發(fā)丘間3種類型，濕丘間在蘇北盆地晚白堊系最為發(fā)育，為風(fēng)蝕作用形成的丘間洼地，因潛水面抬升或間歇性降雨而暫時(shí)性積水形成，巖性以紫紅色泥巖—粉砂巖沉積為主，多呈夾層或透鏡狀?yuàn)A于大套粗粒砂巖沉積中。句容市赤山組露頭可見(jiàn)沙紋層理、微細(xì)水平層理(圖4a、b)，并發(fā)育因強(qiáng)烈蒸發(fā)逐漸干涸而形成的泥片、泥裂縫(圖4c)，而泥裂縫又多被下一次風(fēng)力攜帶的風(fēng)沙灌入填滿而形成濕丘間特征性的砂柱、砂脈沉積構(gòu)造(圖4d);其沉積厚度一般較小(幾厘米至十多米)，分布不穩(wěn)定，范圍局限，垂向上常與沙丘疊置沉積，濕丘間沉積常形成幅度異常的指狀測(cè)井響應(yīng)，與沙丘的平直型、低幅度測(cè)井響應(yīng)形成鮮明對(duì)照。

2.6 湖三角洲—鹽湖沉積

圖4 丘間沉積特征

露頭和井下皆有發(fā)育，巖心以灰色為主，膠結(jié)中等—致密。鏡下觀察石英含量為50% ～65%，長(zhǎng)石為15% ～25%，巖屑含量為20% ～30%，黃鐵礦呈不規(guī)則—凝塊狀，分布較均勻，體現(xiàn)了沉積環(huán)境的還原性，雜基以泥質(zhì)為主，結(jié)構(gòu)成熟度較低，這是由于物源較近的緣故，巖石顆粒支撐，接觸－孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物主要為白云石膠結(jié)，局部見(jiàn)鐵質(zhì)膠結(jié)，說(shuō)明湖泊中鎂離子含量高，結(jié)合前人對(duì)蘇北盆地赤山組沉積環(huán)境研究成果［1－2，4－7］，認(rèn)為其為鹽湖沉積環(huán)境，其典型特征有:①平行層理發(fā)育(圖5a)，層面發(fā)育波痕(圖5c);②包卷層理發(fā)育普遍(圖5d)，見(jiàn)粒徑高達(dá)3 cm的灰綠色泥礫(圖5b);③發(fā)育正粒序?qū)永?圖5e)，見(jiàn)黃鐵礦結(jié)核(圖5f)，上述特征表明該相具重力流水下水道沉積的特征;④反粒序?qū)永戆l(fā)育，測(cè)井曲線呈漏斗形，并呈多期疊加，研究認(rèn)為是多期沙壩的疊覆沉積;⑤句容市赤山組露頭見(jiàn)地層上超，研究區(qū)赤山組沉積時(shí)期西部具有一定的坡度，在這樣的古地形背景上，結(jié)合上述沉積特征認(rèn)為其與湖三角洲特征相吻合。

圖5 扇三角洲水下分流河道和河口壩沉積

3 沉積相模式

在上述沙漠沉積亞相識(shí)別的基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合柱狀圖分析認(rèn)為(圖6):赤山組下段發(fā)育干鹽湖、風(fēng)成沙席、間歇性河道、風(fēng)成沙丘、丘間沉積，上段發(fā)育風(fēng)成沙丘、丘間、湖三角洲和鹽湖沉積。陳堡油田風(fēng)成沙丘砂層厚達(dá)15～50 m，周莊油田厚達(dá)百米以上，相對(duì)于風(fēng)成沙丘而言，湖三角洲前緣砂體厚度小、粒度細(xì)，泥質(zhì)含量增加。根據(jù)陳堡油田目前已有的資料分析認(rèn)為，赤山組以風(fēng)成沙丘沉積為主(圖7c)，而位于其西南近7 km的周宋油田，赤山組上、下亞段的平面相分布如圖7a、b所示:赤山組下段以風(fēng)成砂沉積為主，在周36－5井—周38－2新井區(qū)發(fā)育風(fēng)成沙丘;赤山組上段風(fēng)成砂范圍后退至周3井、周41－9井區(qū)以西，其中，周3井—周41－9井區(qū)發(fā)育風(fēng)成沙丘，鹽湖、湖三角洲范圍較下段向東有所推進(jìn)。從平面上可見(jiàn)，風(fēng)成沙丘的分布比較零散，而上述的風(fēng)成沙丘沉積特征所推斷的晚白堊時(shí)期的主要季風(fēng)方向?yàn)槟衔飨?，合理地解釋了?6－5井—周38－2新井區(qū)的風(fēng)成沙丘向周3井—周41－9井區(qū)的遷移。

圖6 赤山組沉積演化綜合柱狀圖

圖7 陳堡油田赤山組沉積相平面圖

4 油氣地質(zhì)意義

沙丘砂巖一般具有較高的孔隙度，2 km左右埋深的沙丘砂巖，孔隙度平均達(dá)20%左右，野外露頭則達(dá)25%左右，是重要的烴類聚集場(chǎng)所;水下分流河道和沙壩孔隙度平均達(dá)30%左右，滲透率較高，為良好的油氣儲(chǔ)層;丘間亞相細(xì)粒沉積物孔滲性較低，可以形成油氣藏中儲(chǔ)或生油層的流體隔層，在特定的條件下還可以形成生油層。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了與古沙漠相關(guān)的油氣藏，隨著勘探和研究的不斷深入，沙漠沉積必將成為中國(guó)油氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)的重要新領(lǐng)域。

5 結(jié)論

(1)句容市三岔鄉(xiāng)露頭和吳堡低凸起赤山組可劃分為上、下兩段，風(fēng)成砂發(fā)育的地區(qū)以大型的Stokes面為分界面，巖電分析認(rèn)為赤山組為一基準(zhǔn)面向上變淺再變深的沉積旋回，在湖三角洲及鹽湖沉積中，以湖侵作用形成的侵蝕面的識(shí)別、基準(zhǔn)面旋回特征將赤山組分為上下兩段。

(2)句容市三岔鄉(xiāng)和吳堡低凸起上沙漠相中識(shí)別出了干鹽湖、風(fēng)成沙席、風(fēng)成沙丘、丘間、間歇性河流沉積、湖三角洲和鹽湖7種亞相類型。風(fēng)成沙丘是沙漠沉積中最典型的一類亞相，湖三角洲是目前在研究區(qū)首次提出的1種沙漠亞相類型。吳堡低凸起赤山組下段主要發(fā)育干鹽湖、風(fēng)成沙席、間隙性河流沉積、風(fēng)成沙丘和丘間亞相;上段主要發(fā)育風(fēng)成沙丘、丘間、湖三角洲和鹽湖沉積。平面上從東向西由風(fēng)成砂向鹽湖相過(guò)渡，赤山組下段風(fēng)成砂覆蓋范圍較上段大。

(3)沙丘砂體厚度大，孔滲性較好，是重要的烴類聚集場(chǎng)所。湖三角洲砂體厚度小、粒度細(xì)，泥質(zhì)含量增加，但其水下分流河道和沙壩孔滲性好，為良好的油氣儲(chǔ)層。丘間亞相孔滲性低，可以形成油氣藏中儲(chǔ)或生油層的流體隔層，在特定的條件下還可以形成生油層。

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