江漢盆地潛江凹陷鹽湖淺水三角洲沉積特征與發(fā)育模式

易晶晶,陳科霏

(1.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院, 湖北 武漢 430223; 2中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

Fisk(1954, 1961)最早將河控三角洲分為深水三角洲和淺水三角洲。Donaldson(1974)和Coleman et al. (1982)將淺水三角洲劃分為上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲前緣與前三角洲4個亞相。三角洲前緣亞相還可以進(jìn)一步劃分為以水下分流河道為主的內(nèi)前緣和以席狀砂為主的外前緣。Postma(1990)在低能盆地中識別出8種淺水三角洲單元。研究表明淺水三角洲與深水三角洲存在明顯的差異(Reading, 1996)。對現(xiàn)代淺水三角洲的研究，例如，里海的伏爾加河三角洲(Kroonenberg， et al., 1997；Overeem， et al., 2003)、澳洲北部的Burdekin河三角洲(Fielding， et al., 2006)、中國鄱陽湖的贛江三角洲(張昌民等, 2010; Huang， et al., 2014)，有助于增強(qiáng)人們對古代淺水三角洲沉積模式及儲層方面的認(rèn)識。Overeem， et al. (2003)認(rèn)為淺水三角洲的地形坡度平緩，平均坡降只有5cm/km(Kroonenberg， et al., 1997)。因此河流入湖(海)的頂托作用較弱，所形成的三角洲前緣砂體延伸距離較遠(yuǎn)(Overeem， et al., 2003)。Fielding，et al. (2006)認(rèn)為淺水三角洲不具有向上變粗的反粒序旋回。近年來，對淺水三角洲的研究逐漸增多，涉及淺水三角洲的形成動力、沉積構(gòu)成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制因素等多個方面(Lemons， et al., 1999; Plint, 2000; Hoy， et al., 2003; Olariu， et al., 2006; Porebski， et al., 2006; Ganil， et al., 2007; Keumsuk， et al., 2007;Garcia-Garcia， et al., 2011)。淺水三角洲砂體是中國陸相坳陷盆地重要的油氣儲層，前人對這些淺水三角洲沉積體系開展了一系列的研究，如松遼盆地(趙翰卿，1987；姚光慶等，1995；樓章華等，1998；呂曉光等，1999；韓曉東等，2000；王家豪等，2012；朱筱敏等，2012)、鄂爾多斯盆地(鄒才能等，2008；韓永林等，2009；席勝利等，2009)、四川盆地(劉柳紅等，2009)、渤海灣盆地等(朱偉林等，2008；張昌民等，2010；周心懷等，2012；王德英等，2012；揣媛媛等，2013；Xu， et al., 2019)。

江漢盆地潛江凹陷發(fā)育淺水三角洲沉積體系，目前該盆地淺水三角洲沉積特征、發(fā)育模式及儲層精細(xì)表征研究較為薄弱，制約了研究區(qū)滾動勘探進(jìn)程和后期開發(fā)效果。此外，江漢盆地潛江組沉積時期，湖盆水體鹽度較大，淺水三角洲的形成演化和發(fā)育模式與淡水環(huán)境存在異同點(diǎn)。筆者基于三維地震、鉆測井、巖心和地球化學(xué)資料，明確潛江凹陷淺水三角洲沉積特征與砂體分布，建立潛江凹陷鹽湖淺水三角洲形成機(jī)理與發(fā)育模式。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

周返地區(qū)位于潛江凹陷潛北地區(qū)蚌湖生油凹陷的南部斜坡，其構(gòu)造位置位于周返斷裂構(gòu)造帶，北部緊鄰?fù)鯊V浩斷裂構(gòu)造帶，以控洼周磯斷層為界，構(gòu)造格局整體表現(xiàn)為地層自北西向南東抬升的斷階(圖1)。由于緊鄰蚌湖、周磯生油洼陷，烴源巖厚度大，有機(jī)質(zhì)類型好，轉(zhuǎn)化率高，周磯地區(qū)具備良好烴源條件。潛江組沉積時期，潛三、四段6個油組14個砂組的砂體在該區(qū)范圍內(nèi)分布，具備良好儲集條件(陳玉明等, 2004)。同時，周磯斷層沿斷層面的派生小斷層可以形成多個小幅度背斜、斷鼻、斷塊圈閉，并且多個油組砂巖自北西向東南方向尖滅，與構(gòu)造背景配合，易形成各種類型的復(fù)合型油藏。目前，研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)周磯油田等多個含油區(qū)塊，具有較大的滾動勘探潛力(圖2)。

圖1 潛江凹陷區(qū)域構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of regional tectonic setting of the Qianjiang depression

圖2 潛江凹陷北部地區(qū)勘探成果圖Fig.2 Exploration results in the northern area of the Qianjiang depression

周返地區(qū)鉆井鉆遇地層自下而上為：古近系潛江組、荊河鎮(zhèn)組、新近系廣華寺組、第四系平原組。其中潛江組細(xì)分為4段：潛四段(分為潛四上段和潛四下段)、潛三段、潛二段、潛一段。周返地區(qū)潛江組沉積時期，物源主要來自西北部荊門凹陷，源遠(yuǎn)流長的古水系從西北向東南流入周磯地區(qū)。單向物源的特點(diǎn)制約了周磯地區(qū)的砂巖分布，整體上砂巖由周磯斷層往南，逐漸減薄。在潮濕氣候條件下，西北荊門物源供給充沛，攜砂水體可推進(jìn)至返灣湖斷層南部；干旱氣候條件下，西北物源供給貧乏，砂巖則只在周磯斷層下降盤近斷層部分地區(qū)有零星分布，整體發(fā)育范圍有限。在氣候干濕交替的情況下，周返地區(qū)地層巖性組合也呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，形成了鹽韻律和砂泥巖的交互沉積(表1)。

表1 周返地區(qū)地層簡表Tab.1 Table of strata in Zhoufan area

2 古地貌分析

古地貌恢復(fù)包括構(gòu)造恢復(fù)、地層厚度恢復(fù)兩部分。不考慮巖性、地層壓實(shí)等因素時，地層真厚度大的區(qū)域代表古地貌低洼區(qū)域；地層真厚度小近似代表古地貌古高點(diǎn)。根據(jù)追蹤不同沉積期的地震解釋標(biāo)志層，采用已鉆井速度平面網(wǎng)格化轉(zhuǎn)化為深度平面圖，利用上下兩層相減可得到不同時期段的相對古地貌圖，縱向精度與已鉆井在實(shí)鉆厚度上基本吻合。

根據(jù)沉積地層厚度、古地形地貌古水體深度等分析，認(rèn)為受古地貌及古水流控制，周返地區(qū)存在北部單向雙物源。潛江組沉積時期，源遠(yuǎn)流長的荊門水系由西部高場及北部王場2個洼槽進(jìn)入周返地區(qū)，碎屑物質(zhì)在周返地區(qū)卸載沉積。潛四上段沉積時期，潛江凹陷斷層活動較弱，沉積地形平緩，坡度不大，沉積水體較淺，西北部物源在平緩的古地形下向東南方向延伸較遠(yuǎn)，沉積地層厚度差異小，表現(xiàn)為平板式(圖3)。

圖3 周返地區(qū)潛四上段古地貌圖Fig.3 Paleogeomorphology of Eq41 in the Zhoufan area

3 砂體發(fā)育特征

3.1 巖心觀察與粒度分析

潛四上段沉積時期發(fā)育大段泥(頁)巖，泥巖顏色較純，但顏色不是很深，例如，周13井潛四上段為灰色、灰綠色泥巖，反映沉積水體較穩(wěn)定，但水體較淺。在周30、周16井區(qū)均見到?jīng)_刷面，主要為三角洲前緣水下分流河道。此外，可見塊狀層理、槽狀層理、平行層理、交錯層理、波狀層理等三角洲前緣典型沉積構(gòu)造，且泥巖中常見干裂(圖4)。

周30井潛四上段砂巖儲層粒度分析的累計概率曲線具有明顯的兩段式，跳躍總體占80%左右，為典型的牽引流沉積特征。該段砂體粒度分析的C-M圖以遞變懸浮搬運(yùn)(QR)為主，C值與M值相關(guān)性強(qiáng)，表明沉積速率較快，水流作用以陣發(fā)性的湍流為主，進(jìn)而推測該砂體為洪水期的決口水下分流河道砂體(圖5)。

3.2 單井和連井相分析

過西部斜坡、中部洼陷和東部隆起的連井剖面顯示主要沉積物源來自于西北部，縱向上可以劃分為多個三角洲-鹽湖沉積旋回。三角洲沉積時期，物源向湖盆推進(jìn)較遠(yuǎn)，主要為三角洲前緣亞相，包括水下分流河道、河口壩和席狀砂等微相類型；鹽湖沉積時期，物源供給不足，鹽湖廣泛發(fā)育，鹽巖層厚度較大(圖7)。

a.周13井Eq41大套泥頁巖；b.周16-4-6Eq43沖刷面；c.周13-1，Eq41，平行層理及旋轉(zhuǎn)紋理；d.周13，Eq41，小型槽狀層理；e.周16-1，Eq41，小型波痕；f.周16-1，Eq41，干裂圖4 巖心觀察沉積構(gòu)造照片F(xiàn)ig.4 Sedimentary structure observed in the core

圖5 周30井潛41油組砂巖概率累計曲線與C-M圖解Fig.5 Sandstone probability cumulative curve and C-M diagram of Eq41 from Well Z30

圖6 周30井單井相圖Fig.6 Single well facies diagram of Well Z30

圖7 高20-周30斜-2-周16-周19x-王55井Eq32-43連井相剖面圖Fig.7 Well-tie facies profile of Eq32-43 of Well G20-Z30-2-Z16-Z19x-W55

3.3 砂體平面分布特征

4 鹽湖淺水三角洲沉積模式討論

通常采用Sr/Ba值來反映湖盆水體鹽度，潛江凹陷部分樣品Sr/Ba大于1，反映湖盆水體鹽度較大，與鉆遇的鹽巖層相吻合。Mn/Fe值可用來反映湖盆水體深度，與江漢盆地其他凹陷相比，潛江凹陷Mn/Fe值較大，水體深度較淺(圖9)?？偟膩碚f，潛江凹陷潛江組沉積時期具有鹽湖淺水的沉積環(huán)境。

淺水三角洲在中國陸相坳陷盆地廣泛發(fā)育，前人研究主要集中在淡水湖盆環(huán)境。張昌民等(2010)將淺水三角洲劃分為2種類型：①分流河道型淺水三角洲，三角洲的主體為天然堤，三角洲呈現(xiàn)出明顯的樹枝狀，各朵體分散、不連續(xù)。②分流砂壩型淺水三角洲，三角洲的主體是分流砂壩，砂體呈朵狀、坨狀，基本上呈片狀分布。沿淺水三角洲延伸方向，分流河道可以依次表現(xiàn)出以下特征：①穩(wěn)定性曲流型分流河道。②游蕩性網(wǎng)狀型分流河道。③漸弱性改造型分流河道(朱筱敏等，2012)。在淺水三角洲向湖盆推進(jìn)過程中，受湖水頂托作用，分流河道不穩(wěn)定性增加，導(dǎo)致河道的反復(fù)決口、改道和分叉，逐漸演變成多條分流河道。淺水三角洲河口壩發(fā)育程度較低，主要有2個原因：①河口壩的形成需要較強(qiáng)的湖水改造作用，而淺水湖泊水動力較弱，難于形成河口壩發(fā)育的水動力條件。②淺水三角洲建設(shè)性較強(qiáng)，使得河道向湖盆方向延伸速度較快，河口沉積物改造作用較強(qiáng)，早期的河口壩難以保存下來(朱偉林等，2008)。由于湖面整體快速下降，伴隨季節(jié)性、周期性湖面頻繁波動，三角洲前緣的河口砂壩和水下分流河道被沖刷-回流和沿岸流強(qiáng)烈改造，在三角洲前緣平緩淺水區(qū)形成大面積分布的席狀砂(樓章華等，1999)。此外，淺水三角洲席狀砂也有可能是河道擴(kuò)展化及水流分散后呈面狀流的結(jié)果，或是由于洪水期河道中粗粒物質(zhì)在河道間直接沉積的結(jié)果(朱偉林等，2008)。

相比之下， 潛江凹陷鹽湖水體較淡水具有高鹽度(鹽度35‰)、高密度的特點(diǎn)，碎屑物質(zhì)借助鹽湖水體強(qiáng)攜砂能力長距離搬運(yùn)，發(fā)育復(fù)雜的沉積微相組合。河流自西北物源方向匯入到鹽湖水體，相對高密度的攜砂水團(tuán)下沉形成水下分流河道砂體或濁積砂體，相對低密度的攜砂水團(tuán)在湖盆鹽水的頂托作用下呈懸浮狀或漂浮狀進(jìn)一步向湖盆方向搬運(yùn)，在遠(yuǎn)岸處形成灘壩砂或席狀砂體。因此，研究區(qū)主要發(fā)育淺水三角洲前緣水下分流河道、河口壩、席狀砂、遠(yuǎn)砂壩等多種微相類型，并建立了鹽湖遠(yuǎn)岸淺水三角洲前緣復(fù)合沉積模式(圖10)。精細(xì)的沉積相研究和砂體分布樣式(如水下分流河道、席狀砂等)為研究區(qū)滾動勘探和后期開發(fā)提供了理論依據(jù)。

圖8 周返地區(qū)沉積微相平面展布圖Fig.8 Plane distribution of the sedimentary microfacies of in the Zhoufan area

圖9 湖盆水體鹽度與水體深度指標(biāo)Fig.9 Indexes of salinity and depth of lake basin water

圖10 鹽湖不同成因砂體的搬運(yùn)機(jī)制Fig.10 Transportation mechanism of sand bodies of different origins in salt lakes

5 結(jié)論

潛江凹陷潛江組發(fā)育塊狀層理、槽狀層理、平行層理、交錯層理、波狀層理等典型沉積構(gòu)造，砂巖粒度累計概率曲線呈兩段式，跳躍總體占80%左右，C-M圖以遞變懸浮搬運(yùn)為主，水流作用較強(qiáng)，主要為三角洲前緣亞相，包括水下分流河道、河口壩、席狀砂、遠(yuǎn)砂壩等多種微相類型。

研究區(qū)湖相泥巖顏色較淺，局部井見淺紅色泥巖，且泥巖中常見干裂，Mn/Fe值反映水體深度較淺，Sr/Ba值反映湖盆水體鹽度較大，因此潛江凹陷潛江組沉積時期為鹽湖淺水沉積環(huán)境。

潛江凹陷潛江組沉積時期碎屑物質(zhì)借助鹽湖水體強(qiáng)攜砂能力長距離搬運(yùn)，相對高密度的攜砂水團(tuán)下沉形成水下分流河道砂體或濁積砂體，相對低密度的攜砂水團(tuán)在湖盆鹽水的頂托作用下呈懸浮狀或漂浮狀進(jìn)一步向湖盆方向搬運(yùn)，在遠(yuǎn)岸處形成灘壩砂或席狀砂體，據(jù)此建立了研究區(qū)鹽湖遠(yuǎn)岸淺水三角洲前緣復(fù)合沉積模式。