三水盆地古近系布心组沉积相类型及分布特征研究

2018-06-22陈善斌甘华军夏存银张国浩

石油地质与工程 2018年3期

陈善斌，甘华军，夏存银，刘斌，张国浩

（1．中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2．中国地质大学（武汉）资源学院；3．中国石油南方石油勘探开发公司）

20世纪 70年代开始三水盆地勘探工作，目前已发现宝月和竹山岗两个油气田，其中布心组是主力含油气层系。近30多年来，众多学者对三水盆地古生物[1]、古地磁[2]、沉积物粒度[3]、元素地球化学[4–5]以及火山岩岩石学特征[6–9]等进行过专题研究；而针对盆地沉积特征，张周良[10]研究了第四纪网状河沉积特征，侯明才等[11–12]研究了白垩纪–古近纪沉积体系特征，认识到三水盆地存在冲积扇、扇三角洲、河流、三角洲和湖泊五大沉积体系。然而，三水盆地主力含油气层系古近系布心组沉积相类型及其分布特征的研究，至今未见到相关报道。本文通过对研究区内岩心、测井、录井及地震资料综合分析，运用沉积学基本原理和方法，深入研究布心组各沉积期沉积相类型及平面展布规律，为寻找有利勘探区带提供依据。

1 地质概况

三水盆地位于珠江三角洲的西北部，北起广东清远市区，南至南海九江，西至高要市广利，东到广州黄埔港，长约70 km，宽约50 km，面积3 375 km2，为一似菱形状的白垩纪–古近纪的近海拉张型断陷盆地[13–16]。三水盆地被夹持于粤中坳陷NE向的恩平–新丰断裂带与吴川–四会断裂带之间，盆地东北部及西南部边界则由发育较晚的NW向的三州–西樵山断裂和西江断裂控制[17–18]（图1）。

图1 三水盆地构造纲要（据侯明才等）

研究区古近系地层由老到新为布心组（E1–2b）、西布组（E2x）和华涌组（E3h），其中布心组是三水盆地烃源岩最发育层段，也是目前油气勘探中寻找岩性圈闭最有利的层段[19–20]。布心组自下而上可分为布一段（）、布二段（）和布三段（）3个层段。布一段地层厚70～110 m，岩性以棕褐、紫红和深灰色含钙泥岩与暗紫、褐灰色薄层粉砂岩互层为主，局部夹薄层膏盐，由下至上暗色泥岩有增多的趋势。布二段地层厚30～360 m，以大套暗色泥岩为主，岩性稳定，是地层对比的区域性标志层，也是主要的烃源岩。布三段地层厚50～495 m，是主要的储集层，岩性主要为灰、浅灰色钙质粉–细砂岩、中砂岩和含砾粗砂岩，横向分布不稳定，局部夹膏岩。

2 沉积相类型

利用岩心、测井、地震及分析化验资料[21–22]对布心组沉积相进行研究，可识别出三角洲、扇三角洲和湖泊3种沉积相类型，进一步可划分为8种亚相和15种微相（表1）。

表1 三水盆地古近系布心组沉积相类型

2.1 三角洲相

三水盆地布三段三角洲最典型，具有完整的“三带三层”结构；即横向上具有清晰的三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲，纵向上发育明显的底积层、前积层和顶积层。其中三角洲前缘亚相是沉积主体。

（1）三角洲平原亚相。三角洲平原亚相多数因遭受剥蚀而残缺不全，主要发育分流河道和分流河道间两种微相。分流河道砂体颗粒较细，层理构造以低流态水动力条件下形成的小型交错层理最为常见；分流河道间主要由泥岩和粉砂岩组成，见钙质结核和团块，发育腹足类化石和植物碎片。

（2）三角洲前缘亚相。三水盆地三角洲前缘亚相形成过程中河、湖水动力能量偏低，砂体发育规模较小，主要由水下分流河道和河口坝组成。

布三段发育的三角洲砂层产状以薄层为主，单层厚主要为2～3 m，最大约6 m，且横向连续性较差；砂岩碎屑颗粒普遍较细，除底部见薄层砾岩外，皆为中–细砂岩；层理构造多为小型波状层理和水平层理，偶见冲刷面，大型层理几乎不见；粒度正态概率累积曲线（图2a）显示，以分选较好的跳跃总体为主，且跳跃总体的粒度很细，粒级为1～4 mm，表明其水动力很微弱。河口坝由于受河流和湖泊的相互作用，沉积物分选性明显变好，岩性主要为粉砂岩，层理构造由水平层理向上变为小型交错层理。河口坝粒度概率累积曲线为三段型，粒级2～4 mm，悬浮组分斜率接近70°，跳跃组分斜率约52°（图2b），表明河口坝沉积物粒度细，分选性较好。另外，砂体的韵律有正有反，为水下分流河道与河口坝穿插生长的缘故，也可能因湖水面升降所致。

（3）前三角洲亚相。前三角洲岩性以暗色泥岩为主，偶夹粉砂质条带或薄层砂岩，水平层理发育，偶见透镜状或脉状层理。

2.2 扇三角洲相

布三段沉积时期，研究区西侧中部区域发育的扇三角洲最为典型，具有明显的“高梯度、高流速、高负载、粗粒屑”的特点。砂体平面形态似扇形体向湖盆伸展，远离物源方向碎屑颗粒由粗变细、湖相泥岩夹层由少变多，横向砂体的稳定性差。

研究区扇三角洲以扇三角洲前缘亚相为沉积主体，局部区域见残留扇三角洲平原亚相。其中，扇三角洲前缘识别出水下分流河道、河口坝和水下分流河道间3种微相，以水下分流河道沉积为主。水下分流河道的水动力条件较强，以牵引流沉积为主并伴有浊流甚至碎屑流沉积（图3）。沉积物以粗粒屑的含砾砂岩、砾岩为主。砂岩层理构造、颗粒结构与辫状河极为相似，水下分流河道底部发育冲刷面，冲刷面上见有滞留沉积，向上发育大型槽状、楔状交错层理、平行层理、板状和波状交错层理，顶部为纹层状或块状泥岩，呈明显的正韵律。研究区多发育不完整的水下分流河道沉积序列，部分缺少上部沉积组合，以多次冲刷叠加为主，为邻近物源或水下分流河道中心的特征；部分缺少中下部层理构造组合，以各类交错层理叠置为主，为水下分流河道侧缘的特征。

图2 三角洲前缘砂体正态概率累积曲线

图3 扇三角洲前缘砂体正态概率累积曲线

2.3 湖泊相

湖泊沉积发育于整个布心组，沉积物颗粒总体偏细，分布于三角洲、扇三角洲侧翼和远端，根据岩心观察、测井资料及录井资料分析，研究区可识别出滨浅湖和半深湖两种亚相。

（1）滨浅湖。滨浅湖沉积是发育于布心组各时期，主要识别出浅滩席状砂、灰泥坪、砂泥坪和碳酸岩台地4种沉积微相。其中，前三种微相主要发育在地形平缓、湖水活跃、波浪作用相对较强、陆源碎屑供给较为充足、无明显水系注入的环境中，岩性主要为钙质泥岩、钙质细砂岩、粉砂岩，垂向上以细砂岩–粉砂岩–泥岩和粉砂岩–泥岩两种组合为主，厚度为数厘米到数米，均为薄互层状。砂质岩类的成份成熟度较高而结构成熟度偏低，以长石石英砂岩为主，常见微波状和低角度斜层理。碳酸盐岩台地形成主要受气候、水介质条件、物源区岩性和入湖河流、湖泊水动力等多种因素的制约，分布比较局限，整体表现为单层薄、横向变化大、面积小，常与暗色泥岩呈互层或夹层、透镜体产出；岩石类型多变、物源复杂、成分不纯，并以盆内和近源沉积物为主。碳酸岩台地虽然规模较小、单层薄，但其形成过程中的微环境比海相复杂（图4），滩坝、灰泥坪、湖湾、生物礁、砾屑滩等相带分布面积、纵向厚度十分有限，但却一应俱全，在平面上错综复杂，在纵向上互相叠置穿插，特征不典型而界线又难以划分。同时，碳酸盐岩除了自身的孔、洞外，受构造运动容易形成裂缝，成为有效的储集储层。

（2）半深湖。半深湖环境发育于布二段沉积时期，分布范围局限，仅限于盆地中心偏北的局部区域。其沉积物颗粒细、颜色深，且有机质含量较高，岩石类型以灰色、深灰色泥岩为主，夹有薄层细砂岩和粉砂岩，发育水平层理及透镜状层理。

图4 三水盆地布心组碳酸岩沉积模式

3 沉积相平面分布特征

布心组沉积时期盆地演化过程可划分为布一段、布二段、和布三段3个沉积时期。不同阶段的沉积特征表现各异，但总体表现出一套完整的“水进–水退”沉积旋回，具有沉积物粒度由粗变细再变粗的特点。

3.1 布一段

布一段沉积时期为初始水进时期，整体表现为向上变细的水进半旋回沉积序列，沉积相以三角洲前缘和滨浅湖亚相为主。晚白垩纪构造运动造成盆地内上白垩统大面积遭受剥蚀，盆内形成“隆凹相间、西高东低”的古地貌特征；并且该时期属于干旱环境，周边水系不发育，蒸发量与补给量大致平衡，湖盆水进缓慢、平静，为浅水环境，以盆地为中心汇集了周边水系，盆地西部物源供给较强，在研究区As8井区发育一定规模的三角洲前缘亚相，A52井区发育规模较小的滨浅湖浅滩席状砂沉积（图5a）。

3.2 布二段

布二段沉积时期，盆地持续沉降，湖盆水域面积扩大，湖盆边界大大超过现存边界。该时期周边水系虽较前期活跃，但陆源碎屑物补给仍显不足，碎屑岩集中分布于西北侧，与此同时，湖盆内出现碳酸盐岩沉积物。湖盆扩张过程中，保持了前期的区域地理特征，西侧是水系和陆源碎屑的主要注入方向，湖盆水体性质和沉积物分配具有“分区分带”的特点，即三角洲前缘亚相集中出现在西北侧，受水系控制；碳酸盐岩出现在盆地西侧南部或沿盆地边缘，受湖盆地形控制，主要发育在高地或封闭水域，是高矿化度水介质的产物；砂泥坪主要分布在盆地中南部，受湖盆水系和地形控制（图5b）。

3.3 布三段

布三段沉积时期湖盆水域开始退缩，湖盆范围较布二段有明显缩小，浅湖相只分布在 A30–As20–A34井的狭长地带内，由河流携带的陆源碎屑大量进入湖盆，西侧物源更加活跃，首先影响了湖盆边缘，沉积物向湖内加积，西侧北部区域发育三角洲前缘水下分流河道和河口坝微相，西侧中部区域发育扇三角洲前缘水下分流河道和河口坝微相；东侧物源供给较弱，主要发育滨湖相的砂泥坪沉积，在北部区域发育小规模的三角洲前缘水下分流河道微相；南侧无明显水系注入，主要发育滨浅湖席状砂微相（图5c）。

图5 三水盆地布心组沉积相平面分布

4 含油气性分析

10%～15%，渗透率 10×10-3～100×10-3μm2，物性较差，但仍具有一定的储油能力，是三水盆地下一步勘探的有利目标。

沉积相类型及其分布特征导致了布心组各个层段含油性具有明显的差异。布一段沉积时期湖盆范围小，水体较浅，以三角洲前缘亚相为主，但砂体规模小，砂层厚度小，物性差，仅在西北部As8井区有储层物性较好的砂体发育，试油获得0.08 t/d的低产油流；布二段沉积时期，湖盆范围扩大，水体加深，三角洲前缘和扇三角洲前缘亚相较发育，以三角洲前缘砂体为主，其次为扇三角洲前缘砂体；三角洲前缘以细砂岩、粉砂岩为主，孔隙发育，孔隙度10%～15%，渗透率 100×10-3～500×10-3μm2，储油物性优于布一段；此外，该期区内还发育碳酸盐岩，其构造裂缝也是有效的储集空间，普遍含油，是区内不容忽视的有利勘探目标。布三段沉积时期是三角洲主要建设期，三角洲前缘和扇三角洲前缘亚相发育，水体较浅，砂体规模大，受湖浪及岸流的改造作用后砂泥比高。三角洲前缘以中砂岩、细砂岩为主，分选好，杂基含量低，物性好，孔隙度大于15%，渗透率大于500×10-3μm2，是三水盆地宝月–竹山岗油气田的主力油层；扇三角洲前缘岩性主要为粗砂岩、中砂岩，分选差–中等，杂基含量高，孔隙度