江汉盆地新沟嘴组下段滩坝砂沉积及分布特征

彭伟

(中石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 武汉430223)

江汉盆地是发育于扬子板块中部的白垩纪至新近纪内陆断陷盆地，其中古近系新沟嘴组和潜江组发育有大量的蒸发岩沉积，是中国东部极具特色的含油盐湖盆地。受周缘构造活动的影响，江汉盆地发育规模各异、方向不同的断裂体系，控制着盆地结构样式。在复合断裂体系影响下，盆地可进一步划分为11个凹陷和4个(低)凸起共15个二级构造单元[1～4]。目前，勘探工作主要围绕盆内的“五洼三隆”进行：从西向东依次为江陵、陈沱口、潜江、沔阳、小板凹陷，水下低隆起为丫角-新沟、通海口、岳口低凸起[5，6](见图1) 。新沟嘴组发育有江汉盆地第一套生油层系，分新沟嘴组下段(新下段)和上段(新上段)，其中新下段是主要的勘探层段，自下而上可进一步细分为Ⅲ油组、泥隔层、Ⅱ油组、Ⅰ油组(见图2)。

图1 江汉盆地构造单元划分

图2 江汉盆地白垩系-第四系综合地层柱状图

江汉盆地新沟嘴组油气勘探历经50余年，发现了丰富的油气资源，但勘探程度相对较低，尚有75%的石油地质资源有待探明。滩坝砂体是发育于陆相湖盆滨岸带的一种重要沉积类型，由波浪、湖流或风暴将湖泊周缘携来的砂质沉积物重新改造后在有利场所再沉积而成，其形态与规模主要受到物源、水动力、古地貌及基准面旋回等因素的控制[7～17]。通过研究江汉盆地新下段滩坝砂体沉积及分布特征，对滩坝砂岩油气藏的下步勘探具有重要指导意义。

1 地质背景

新下段沉积时期，江汉盆地处于断陷-拗陷转换期，以坳陷型沉降为主，形成了盆地中部近东西向统一的沉降中心[18～20]。该时期，断裂活动相对不发育，整体继承了白垩系沙市组北西向构造格局，只是在局部地区由于断裂活动对构造形态产生了一定的影响，进一步形成了枝江、梅槐桥、资福寺、潘场及白庙等次级洼陷，呈现断拗复合的构造特点。古地貌则表现为盆缘北高南低、东高西低，盆内中心低、周缘高的“碟状盆地”特征，地形坡度平缓，平均不超过3°(图3)。

图3 新下段沉积时期江汉盆地及周缘古地貌图

新下段沉积时期，江汉盆地为亚热带潮湿型气候，水介质主要为微咸水环境[21～24]。新下段除Ⅱ油组发育厚层暗色泥岩外，其余均为棕紫色和红色泥岩，湖盆水深相对较浅。前人通过古地貌和沉积体系综合分析认为，新下段沉积时期整体具有地势平坦、水体较浅的咸化湖盆沉积特征[25]。盆地构造特征和古物源分析表明，新下段沉积物源主要来自盆地北部，自西向东分布，发育枝江、马山、后港、汉水、汉川共5支较大的物源，整体形成由北向南推进的浅水三角洲体系，盆地南部为华容隆起，相对地貌低，发育间歇性扇三角洲沉积体系。后期在湖浪和沿岸流等水动力条件改造下，三角洲砂体发生搬运再沉积，在水下隆起区和宽缓斜坡带广泛发育陆源碎屑滩坝沉积[26，27]。

2 滩坝砂体沉积特征

2.1 岩石学特征

江汉盆地新下段滩坝砂体岩石类型主要为细砂岩和粉砂岩，中砂岩和粗砂岩几乎不发育，偶见同生冲刷沉积的泥砾沉积。通过对滩坝砂体岩石矿物成分统计表明，滩坝砂中石英体积分数为50%～60%，长石体积分数为30%～40%，岩屑以变质岩为主，体积分数小于10%。此外，从滩坝砂体的镜下特征来看，受江汉盆地新下段咸化湖盆沉积控制，其胶结类型以石膏和碳酸盐胶结为主，其中石膏胶结发育，具有盐湖富硬石膏胶结的特征(图4)。

图4 江汉盆地新下段滩坝砂体硬石膏胶结镜下特征照片

滩坝砂体样品的粒度分析表明，沉积物碎屑颗粒粒度中值主要集中在50～120μm，粒度组分以极细砂、细砂为主，二者体积分数一般在50%～65%，分选系数在1.5～2之间，分选度中等。颗粒形状为次圆、次棱-次圆状，磨圆度中等。在粒度概率累积曲线上主要表现为“两跳一悬式”或“宽缓上拱式”2种。从粒度频率直方图看，“宽缓上拱式”比“两跳一悬式”粒度更向粗粒集中，“宽缓上拱式”粒径φ值集中在2.5左右，“两跳一悬式” 粒径φ值集中在5左右。该沉积物粒度分布特征表明，“宽缓上拱式”砂岩沉积水动力更强，以坝砂沉积为主，沉积水动力以湖浪和风暴为主；“两跳一悬式”水动力较弱，存在冲刷-回流分界点，表明具有多方向水流，沉积水动力以湖浪和沿岸流为主(图5)。

图5 江汉盆地耀1井新下段滩坝沉积粒度分布特征

2.2 沉积构造特征

滩坝是滨浅湖区常见的砂体，是滩和坝的总称，其形成主要受波浪和沿岸流控制[16～28]。江汉盆地新下段滩坝砂体岩性以细砂岩和粉砂岩为主，其次为泥质粉砂岩和灰质、膏质粉砂岩，夹有薄层泥岩。砂岩单层厚度较薄，一般1～3m，厚者可达4～6m，有时夹有薄层泥灰岩。钻井岩心中滩坝砂体具有丰富的沉积构造现象，既有反映受浅水成因影响的炭屑、生物扰动、潜穴等构造；又有反映坝主体受强波浪作用形成的低角度交错层理、块状层理及泥砾沉积；也有因坝侧缘具有一定坡度，砂泥岩组合不稳定发育的滑塌变形和泄水构造等 (图6)。

图6 江汉盆地新下段滩坝砂体部分典型沉积构造

2.3 测井响应特征

滩坝砂岩垂向沉积组合表现为层数多、厚度薄的特点。从测井曲线上来看，滩坝砂发育段对应的自然电位和自然伽马曲线多具异常幅度较高的尖刀状、指形的密集组合特征。其中，坝砂厚度相对较大，其自然电位和自然伽马曲线表现为中高幅的漏斗形和箱形；而滩砂由于其厚度薄，一般呈现为指状，如图7所示。

3 滩坝砂体的分布特征

江汉盆地新沟嘴组沉积时期表现为断拗复合、广盆浅水的原盆结构，具有浅水咸化湖盆的沉积环境，北部三角洲砂体入湖后，受高盐度湖水顶托作用发生长距离搬运至湖盆中心，三角洲典型的三层结构特征不明显，整体表现出浅水三角洲主导的沉积特征[22～24]。三角洲砂体沉积后，在后期湖浪及沿岸流等多因素水动力条件改造下，形成盆内广泛分布的滩坝沉积。

图7 新161井新下段滩坝砂岩心观察柱状图

3.1 古地貌控制下的滩坝分布特征

沉积时期的古地形、地貌特征是控制一个盆地沉积相时空展布的主要因素。构造活动形成的陡坡断裂坡折带、缓坡断阶带、斜坡断裂带等，控制了沉积盆地内部不同级别的坡折带，进而对沉积时期的古地貌产生重要影响。而沉积时期的古地貌对后期沉积物输送通道的路径及砂体分布又产生了重要的控制作用。在新沟嘴组沉积时期，由于研究区具有地形平缓、水体浅、滨浅湖区分布面积大和湖盆周缘碎屑物质丰富等沉积条件，盆地边缘的三角洲和扇三角洲砂体在岸流和波浪的再搬运和再沉积作用下，形成大面积滨浅湖区滩坝。从砂体发育规模而言，滩坝发育的有利部位多在持续古隆起、断层翘倾端及火成岩岩体周缘等隆起区。根据滩坝发育时空分布及其古地貌之间的匹配关系，将江汉盆地滩坝砂分为3种类型(见图8)。

图8 江汉盆地新下段滩坝类型模式

1)古缓坡沿岸滩坝 发育于盆缘的缓坡带，其砂体来源主要有北部三角洲体系和南部间歇性扇三角洲体系。该类型的滩坝砂体分布于平均枯水面与浪基面之间，水动力机制包括湖浪和沿岸流两类。当波浪由湖盆中央向湖岸运动时, 触及浪底, 形成升浪, 并继续向岸方向运动形成碎浪, 能量消耗较大, 使得较粗粒碎屑沉积下来，形成砂坝。除此之外，当波浪斜交岸线传播，也会产生与岸线几乎平行的沿岸流，使滨岸带沉积物重新分配，滩坝砂体发生沿岸迁移，造成滩坝砂体平面上连片分布。

2)水下隆起周缘滩坝 形成于水下隆起及周缘区，水体较浅且湖浪对隆起周缘沉积物改造，平面上从滨浅湖到半深湖区都有隆起区分布，其中隆起类型包括持续性古隆起(岳口低凸起)、构造活动造成的隆起(南岗地区)及火山岩快速堆积形成的隆起(金家场地区)3类。受北部浅水三角洲长距离向湖盆中心推进的控制，水下隆起周缘滩坝砂体沉积物质基础丰富。

3)三角洲侧缘滩坝 新下段沉积时期，江汉盆地具有广盆浅水的沉积环境，北部三角洲携带沉积物进入湖盆后，整体处于滨浅湖沉积相带，三角洲砂体易受带湖浪及岸流的改造作用，使沉积物发生再搬运，从而在三角洲侧缘形成滩坝沉积。

3.2 物源体系控制下的滩坝分布特征

沉积相在成因上主要受到盆地构造背景与古气候等因素的控制，而其发育规模及空间展布则与物源区有着密切的关系。江汉盆地新下段沉积时期物源主体来自盆地北部。受北部物源影响，江汉盆地新沟嘴组沉积时期在平缓古地貌背景下形成大规模三角洲体系，呈带状向盆地推进。盆地南部主要发育间歇性的扇三角洲沉积体系。在双向物源体系影响下，北部三角洲砂体和南部扇三角洲砂体为滩坝砂体沉积提供了物质基础，在不同类型湖盆水动力条件的改造下发生二次搬运及沉积，形成滩坝。

通过对盆内滩坝砂体平面展布规律研究，结果表明，在盆地北部存在多支大规模三角洲长期提供稳定物源。在靠近三角洲砂体沉积周缘的滨浅湖区，滩坝砂体较为发育，而在盆地南缘主要受两支小规模扇三角洲提供间歇性物源的影响，泥岩滩及滩砂盐岩滩较为发育，碎屑岩滩分布范围有限且规模较小，表明物源的富集和贫乏对滩坝的形成起到决定性作用。盆地北部的富物源区发育三角洲-滩坝沉积体系；南部贫物源区以碳酸盐岩滩坝为主，局部发育小规模扇三角洲-滩坝沉积体系(图9)。

图9 江汉盆地新下段沉积相平面图

4 结论

1)江汉盆地新沟嘴组滩坝砂体的沉积物粒度细，一般为细砂岩和粉砂岩, 成分成熟度中等,岩石分选较好。粒度概率曲线主要表现为“两跳一悬式”或“宽缓上拱式”，沉积水动力以湖浪和沿岸流为主。沉积构造以交错层理、块状层理、泥砾沉积及丰富的生物扰动为特征，测井曲线以漏斗形、箱形及指状为主。

2)江汉盆地新沟嘴组下段存在与古地貌相关的3种滩坝类型:古缓坡沿岸滩坝、水下隆起周缘滩坝和三角洲侧缘滩坝。

3)新沟嘴组沉积时期的物源体系对江汉盆地滩坝砂体发育具有明显的控制作用。盆地北部物源供给持续、稳定，规模相对较大，对应的滩坝砂发育规模相对较大，且以相对粒度较粗的碎屑滩坝为主；盆地南部物源为间歇性物源，沉积物供给不稳定，规模相对较小，对应的滩坝砂以泥岩滩及滩砂盐岩滩为主，碎屑岩滩分布范围有限且规模较小。