黃華,彭偉，杜學斌

(中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223)(中國地質大學(武漢)海洋學院，湖北 武漢 430074)

江漢盆地是發(fā)育在中揚子為基底的白堊紀-新近紀斷陷盆地，古近紀沉積了2套成油、成鹽地層，(沙市組-新溝嘴組和潛江組)[1～3]。伴隨著區(qū)內油氣和鹽鹵礦產的勘探開發(fā)，逐步認識到2套鹽湖沉積在時空分布上具有明顯差異。第1期(古新世-早始新世沙市期-新溝嘴期)鹽湖沉積在盆地中西部，以江陵凹陷為典型代表；第2期(晚始新世潛江期)鹽湖沉積在盆地中東部，以潛江凹陷為典型代表。前人在基于構造和古環(huán)境研究基礎上，對潛江凹陷潛江組和江陵凹陷沙市組沉積特征做了大量細致的研究工作[4～10]，取得了豐碩成果。由于新溝嘴組處于第1期鹽湖末期，古氣候頻繁變化，沉積環(huán)境復雜，因此涉及到古環(huán)境的沉積特征研究相對較少。

筆者在對江陵凹陷新溝嘴組下段古湖盆沉積范圍、古地貌恢復的基礎上，開展古水深恢復，通過巖心觀察、地球化學元素含量及比值、碳氧同位素等來定性和(半)定量表征沉積古環(huán)境(包括沉積古水深、古氣候、古鹽度和湖盆封閉性等)。在上述沉積背景研究的基礎上，開展沉積特征研究，指導江陵凹陷下一步的油氣勘探。

1 地質概況

江陵凹陷位于江漢盆地西南部，面積約7500km2，是江漢盆地中最大的次級凹陷(見圖1)。江陵凹陷北部的河溶和荊門凹陷新溝嘴組大部分被剝蝕，因此其分界線并不明確；西以問安寺斷層與枝江凹陷為界，東以丫角-新溝低凸起與潛江凹陷為界，南以洞庭凹陷為鄰，東南以剝蝕線與陳沱口為界。

圖1 江陵凹陷區(qū)域構造位置

圖2 江陵凹陷地層綜合柱狀圖

江陵凹陷古近系下始新統(tǒng)新溝嘴組分為2段(見圖2)，上段以“紅層”為主，主要沉積物為厚層紫色、紫紅色泥巖夾薄層砂巖，厚度200～300m，為典型淺水氧化湖泊沉積。由于新溝嘴組上段無生油能力，且砂巖缺乏，僅在荊州背斜帶八嶺山、花園、復興場、沙市等局部地區(qū)下部發(fā)現(xiàn)少量油藏[11]，作為主力油藏新溝嘴組下段的區(qū)域蓋層。新溝嘴組下段是江陵凹陷主要的勘探層系，厚度250～845m，根據(jù)地層對比自上而下又可以劃分為3個油組和1個泥巖隔層。Ⅰ油組厚度約50～250m，以棕色泥巖、灰色膏巖、泥膏巖和灰色砂巖不等厚互層沉積為主，頂部有一套8～10m的膏巖層作為全區(qū)的標志層；

Ⅱ油組厚度約100～400m，以灰色泥巖、泥膏巖、砂巖沉積為主，在洼陷周緣還沉積有數(shù)層2～5m的鹽巖，為江陵凹陷的主要生油層段；泥巖隔層厚度約20～45m，上部為紫紅色泥巖，下部為紫紅色泥巖和灰色泥巖不等厚互層，泥巖隔層在4m電阻率曲線上呈現(xiàn)一個“倒鉤”，可以作為全區(qū)的標志層；Ⅲ油組厚度約80～150m，以灰色、棕紫色泥巖、泥膏巖、鹽層沉積為主，在頂部有一套3～5m砂體廣泛分布，底部在洼陷中有2套厚度超過10m的鹽膏巖層。

2 沉積古地貌特征

從東西向宜-洪剖面和南北向605剖面(見圖3)可以看出，江陵凹陷新溝嘴組下段分布穩(wěn)定，地層厚度變化小，同沉積斷層整體不發(fā)育，僅見問安寺、萬城、天鵝洲、資北斷層控制的江口、梅槐橋、虎渡河、資福寺等次級洼陷，同沉積斷層前緣未見明顯的楔狀加厚，表現(xiàn)出斷拗特征。上述特征都說明新溝嘴組下段沉積時期，江陵凹陷為拗陷沉降，因此整個湖盆為拗陷型湖盆。

圖3 江陵凹陷東西向宜-洪剖面和南北向605剖面地震地質解釋

根據(jù)南北向605剖面新溝嘴組下段厚度趨勢恢復(見圖3)可以發(fā)現(xiàn)，公安斜坡帶南緣新溝嘴組向南延伸較遠，江陵凹陷南部在新溝嘴組沉積時期與洞庭盆地連為一體。江陵凹陷現(xiàn)在的北部邊界紀山寺斷層并不控制白堊系、沙市組和新溝嘴組的沉積，是新溝嘴組沉積后再活動的斷層(推測為荊沙期斷層)，因此在該時期江陵凹陷與北部的河溶凹陷是一體的。綜上所述，江陵凹陷在新溝嘴組沉積時期，北部與河溶凹陷相通，南部與洞庭盆地連為一體，現(xiàn)今凹陷為殘凹，古江陵凹陷沉積范圍較現(xiàn)今范圍大，表現(xiàn)為廣盆的特征。通過去壓實校正進行古地貌恢復(見圖4)，江陵凹陷新溝嘴組下段整體為一個碟狀盆地，沉積中心位于凹陷中部，凹陷坡度平坦，平均坡度僅0.58°，呈現(xiàn)出“平底鍋”式緩坡沉積特征。

3 沉積環(huán)境

沉積環(huán)境對沉積巖和沉積礦床具有重要的影響和控制作用，但是古沉積環(huán)境的表征卻十分困難，主要依靠古生物、沉積礦物、地球化學元素等定性或(半)定量恢復[12]。筆者主要利用江陵凹陷4口系統(tǒng)取心井的180m巖心資料，通過沉積礦物觀察，泥巖中Mn、Fe、Al、Ca、Mg、Rb、Sr等元素測試和δ13C、δ18O等同位素，來恢復新溝嘴組沉積環(huán)境。

圖4 江陵凹陷新溝嘴組下段古地貌

3.1 古水深

大量江陵凹陷鉆井揭示，新溝嘴組下段紅色泥巖占比高，平均厚度占泥巖總厚度的70%。從H2井取心資料可看到泥裂、生物擾動構造、碳屑等大量淺水沉積特征(見圖5)，均證實江陵凹陷為淺水沉積環(huán)境。同時巖心顏色變化頻繁，也說明水體震蕩劇烈。

圖5 江陵凹陷巖心照片

目前，對于古水深定量恢復的技術較多[13,14]，筆者利用測井資料計算相對古水深，利用有機碳質量分數(shù)確定最大古水深，再將相對古水深轉換為絕對古水深。通過對單井古水深的恢復，發(fā)現(xiàn)恢復的古水深與巖性顏色對應性好，符合區(qū)域沉積特征。在單井古水深恢復的基礎上，編制了Ⅰ油組、Ⅱ油組、泥巖隔層和Ⅲ油組的平面古水深分布(見圖6)。從各油組最大古水深看，呈現(xiàn)出2個水深→水淺過程，即從Ⅲ油組最大古水深為16m逐步變淺為泥巖隔層的8m，從Ⅱ油組最大古水深28m逐步變淺為Ⅰ油組12m，整體表現(xiàn)為水淺湖平的特征。

圖6 江陵凹陷各油組古水深平面分布圖

目前，主要利用黏土中地球化學元素質量分數(shù)w(Fe/Mn)和w(Fe+Al)/w(Ca+Mg)來表征古水深[6、8]，但更多的是表征相對水深，并非絕對湖水深度。一般情況下，w(Fe/Mn)大于100，水體就屬于淺湖，w(Fe/Mn)為100～60屬于半深湖，w(Fe/Mn)小于60屬于深湖環(huán)境[8]。通過分析，江陵凹陷新溝嘴組下段泥巖段w(Fe/Mn)最大為284.14，最小為4.36，平均為73.33(見表1)，表明新溝嘴組下段沉積時期，古水深整體屬于半深湖。從層位上看(見圖7)，Ⅲ油組～Ⅱ油組中下部w(Fe/Mn)小，相對水深大，屬于半深湖；Ⅱ油組頂部～Ⅰ油組w(Fe/Mn)大，相對水深淺，屬于淺湖。新溝嘴組下段整體水深下部較上部深，是一個水退過程，最大水深出現(xiàn)在Ⅱ油組中下部，與區(qū)域上認識的烴源巖發(fā)育部位相符。

w(Fe+Al)/w(Ca+Mg)大于1屬于淺湖， 1～0.5屬于半深湖，小于0.5屬于深湖沉積[8]。江陵凹陷新溝嘴組下段w(Fe+Al)/w(Ca+Mg)最大值為7.92，最小值為0.05，平均值為1.66(見表1)，表明新溝嘴組下段平均水深較淺，屬于淺湖?？v向層位上，也與w(Fe/Mn)判識的水深趨勢一致，即Ⅲ油組～Ⅱ油組中下部相對水深大，Ⅱ油組頂部～Ⅰ油組相對水深小，整體水深下部較上部深(見圖7)。w(Fe/Mn)和w(Fe+Al)/w(Ca+Mg)得出的新溝嘴組水深趨勢完全一致，但在是淺水還是半深水上存在差異。綜合認為，新溝嘴組沉積時期為淺湖沉積，局部時期(Ⅱ油組中下部沉積時期)可達到半深湖沉積，新溝嘴組下部(Ⅲ油組～Ⅱ油組中下部)較上部(Ⅱ油組頂部～Ⅰ油組)沉積古水深大。

表1 江陵凹陷新溝嘴組下段古環(huán)境表征參數(shù)表

注：以上數(shù)值均為各元素、化合物的質量分數(shù)之比。括號內為樣品數(shù)。

3.2 古氣候

由于古氣候的差異性，湖盆會沉積一些與氣候相對應的特殊類指相礦物。鄭綿平等[15]把對氣溫敏感的鹽類礦物劃分為3種類型：①冷相鹽類礦物，以穩(wěn)定或不穩(wěn)定芒硝層沉積為特征；②暖相鹽類礦物，以穩(wěn)定的鈣芒硝層或無水芒硝層為特征;③廣溫相鹽類礦物，以廣溫性石鹽、鉀石鹽或天然堿的沉積層等為特征[8]。新溝嘴組下段沉積礦物中，有穩(wěn)定鈣芒硝層和鹽層沉積(見圖5)，反映了溫暖干旱的氣候特征。同時，由于新溝嘴組下段局部地區(qū)和層段沉積有蒸發(fā)鹽層，表明部分時期氣候炎熱干旱，即湖盆蒸發(fā)量要大于注入量。

利用w(MgO/CaO)來表征古氣候的溫暖與寒冷，比值大表明古氣候相對溫暖；反之，則表明古氣候相對寒冷[16]。江陵凹陷新溝嘴組下段w(MgO/CaO)最大值為1.19，最小值為0.03，平均值為0.22(見表1)，表明縱向上Ⅲ油組～Ⅱ油組中下部古氣候偏冷，Ⅱ油組頂部～Ⅰ油組則為溫暖(炎熱)氣候(見圖7)。

利用w(Rb/Sr)來表征古氣候的干旱與潮濕，比值大表明古氣候相對干旱；反之，則表明相對潮濕。江陵凹陷新溝嘴組下段w(Rb/Sr)最大值為1.625，最小值為0.002，平均值為0.497(表1)，表明縱向上Ⅲ油組～Ⅱ油組中下部古氣候潮濕，Ⅱ油組頂部～Ⅰ油組則為干旱氣候(見圖7)。

綜上所述，新溝嘴組下段總體以干熱氣候為主?？v向上，下部(Ⅲ油組～Ⅱ油組中下部)偏濕冷，上部(Ⅱ油組頂部～Ⅰ油組)則更為干熱，呈現(xiàn)出一個大的旋回變化。

3.3 古鹽度

沉積時期湖盆水體古鹽度是鹽湖最為直接的標志。當有鹽層(鹽層主要成分為NaCl)沉積時，古鹽度約為30%，因此只要見到鹽層就表明湖盆沉積時期出現(xiàn)過高鹽度的鹵水。江陵凹陷新溝嘴組局部地區(qū)Ⅲ油組底部和Ⅱ油組底部均有鹽層出現(xiàn)，鹽層厚度2～10m(見圖5)。筆者該次主要利用w(MgO/Al2O3)×100和w(Sr/Ba)來表征古湖盆的鹽度[17,18]。

w(MgO/Al2O3)×100大于10為咸水，1～10為半咸水，小于1為淡水。江陵凹陷新溝嘴組下段w(MgO/Al2O3)×100最大值為288.21，最小值為6.22，平均值為30.14(見表1)，表明其整體為咸化湖盆，但縱向上分異明顯(見圖7)，即Ⅲ油組為咸化湖盆，泥巖隔層為半咸化湖盆，Ⅱ油組又為咸化湖盆，Ⅰ油組又為半咸化湖盆，自下而上呈現(xiàn)周期性的咸淡變化。

w(Sr/Ba)常作為判定鹽度標志，大于1為咸水湖盆，1～0.6為半咸水環(huán)境，小于0.6為淡水沉積環(huán)境。江陵凹陷新溝嘴組下段w(Sr/Ba)最大值為10.11，最小值為0.09，平均值為0.68(見表1)，表明新溝嘴組下段整體為半咸化湖盆，與w(MgO/Al2O3)判斷的湖盆鹽度略有差異，但是從縱向分布趨勢(見圖7)上看具有一致性，也呈現(xiàn)出周期性的咸淡變化。綜上所述，新溝嘴組下段整體為咸化湖盆，經(jīng)歷了周期性的咸淡變化。

圖7 江陵凹陷新溝嘴組下段古環(huán)境綜合柱狀圖

3.4 封閉性

圖8 江陵凹陷各層位碳氧同位素相關性圖

湖泊封閉性可以利用沉積物的穩(wěn)定同位素來判定[9]，筆者利用泥巖δ13C和δ18O來判定。δ13C和δ18O之間相關性與水體滯留時間有關，正相關性越強，則湖泊封閉性越強，相關性差或呈現(xiàn)負相關則表明湖泊封閉性越弱。

通過對新溝嘴組下段Ⅰ油組、Ⅱ油組、Ⅲ油組、沙市組35個樣品的δ13C和δ18O檢測，做出相關性分析圖(見圖8)。由圖8可知，沙市組、Ⅲ油組和Ⅱ油組δ13C和δ18O均呈現(xiàn)明顯的正相關性，而Ⅰ油組則呈現(xiàn)出負相關性，表明沙市組、Ⅲ油組和Ⅱ油組為封閉性湖泊，Ⅰ油組為開放性湖泊。故新溝嘴組下段湖泊自下向上逐步由封閉向開放過渡。

4 沉積特征

江陵凹陷具備“盆廣坡緩古地形，動蕩較淺古水深，頻繁多變湖平面，咸淡交替古介質，相對封閉古湖盆”的沉積環(huán)境，決定了江陵凹陷獨特的沉積特征。

江陵凹陷新溝嘴組沉積時期以北部物源為主[19]，廣盆的特點決定了現(xiàn)今殘存的江陵凹陷北部主物源入口距物源區(qū)距離較遠(見圖9)。目前，江陵凹陷北部區(qū)域仍為三角洲前緣，三角洲平原還在北部河溶凹陷中，從而形成了遠源匯聚體系，因此江陵凹陷中砂巖較細，以中、細粒砂巖及粉砂巖為主，未見礫巖、粗砂巖。

淺水的特點決定了凹陷中砂體推進較遠，北部三角洲砂體進入湖盆后，形成淺水三角洲沉積。通過統(tǒng)計，北部河道砂體向南部推進了20～30km，北部物源區(qū)在南部沉積的灘壩砂體的推進距離達到50km(見圖9)。

圖9 江陵凹陷新溝嘴組下段沉積相圖

緩坡沉積背景和動蕩多變湖平面及咸淡交替的古水介質決定了凹陷中砂體沉積類型多樣(見圖9)。北部砂體進入凹陷形成淺水三角洲，在緩坡沉積背景下，三角洲前緣河道發(fā)育，入湖較遠，河口壩欠發(fā)育。延伸較遠的河道砂體與同沉積斷層斜交或垂交后，形成凹陷內次級坡折砂體(坡折扇)。在動蕩湖平面下，濱淺湖帶十分寬廣，對三角洲前緣砂體又進行了大規(guī)模的改造，形成了大量的灘壩沉積，如荊州背斜帶南緣；同時在咸淡交替的古水介質條件下，砂體攜帶能力增強，灘壩砂體可以在遠離物源地區(qū)大規(guī)模沉積[19]，如江陵凹陷公安斜坡帶。

相對封閉古湖盆則有利于烴源巖形成。在Ⅲ油組～Ⅱ油組中下部的相對水深期，洼陷中部沉積了烴源巖，該時期古湖盆較為封閉，沉積了大量鹽層，快速將烴源巖覆蓋，在淺水-半深水環(huán)境中得以保存，為油氣形成提供了物質基礎。

5 結論

1)江陵凹陷新溝嘴組下段沉積具有廣盆平緩古地貌特征，古江陵凹陷較現(xiàn)今殘凹的南部和北部面積更大。

2)江陵凹陷新溝嘴組古水深相對較淺，古氣候以干旱炎熱為主，水體總體為封閉性，縱向上自下而上沉積環(huán)境呈現(xiàn)旋回性和周期性。

3)在沉積環(huán)境控制下，江陵凹陷為遠源淺水三角洲-湖相沉積體系，砂體類型多樣，形成了“滿凹含砂”的沉積特點。