江汉盆地拖市地区新沟嘴组风暴沉积

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江汉盆地拖市地区新沟嘴组风暴沉积
赵金生,刘池洋
(西北大学 大陆动力学国家重点实验室/地质学系,陕西 西安,710069)
摘 要:通过对江汉盆地拖市地区早始新世新沟嘴组下段3油组第一砂组的岩石类型,砂体形态,沉积构造,剖面类型及粒度分布等沉积特征的描述,研究了其成因机制.根据沉积特征的差异和成因机制的研究,建立了湖盆风暴流沉积模式,在本区划分出风暴流水道亚相和风暴流边缘亚相2个风暴流沉积亚相带,并将其分为5个沉积阶段:前风暴泥沉积阶段;风暴生长期的凝聚层形成阶段;满风暴期砂体沉积阶段;延滞期细粒沉积阶段和后风暴泥沉积阶段.指出风暴沉积体为有利的油气储集层,对寻找陆上相似盆地的油气储层具有重要的指导意义.
关键词:江汉盆地;拖市地区;早始新世新沟嘴组;湖盆风暴流沉积
中图分类号:P512.2 文献标识码:A 文章编号:1000-274X(2004)0084-07
1 地质概况
江汉盆地为燕山运动晚期以来发育的中,新生代内陆含油,含盐盆地,盆地中沉积的白垩系-第四系地层累计厚度达万米,含2套成油,成盐沉积旋回.研究目的层系属于第1沉积旋回早期的早始新世新沟嘴组下段3油组第1砂组,是该区主力油气储集层.
研究区拖市地区位于江汉盆地潜江凹陷南部,在总口向斜带与吊堤口向斜带之间的继承性拖市隆起带上.该隆起带呈北北东向,在新沟嘴组3油组沉积时即显雏形,隆起高点位于拖13井一带;当时该隆起带位于湖盆中部,离岸较远.
该区新沟嘴组3油组1砂组沉积厚度为43~56 m,砂泥比为56%~67%.根据岩心观察分析,该层段红色岩石(如泥岩,粉砂岩)较多,普见虫孔和生物扰动构造及轮藻,介形虫和螺化石,岩石沉积构造多具波纹状交错层理和波状层理.在孢粉化石中,水生植物平均含量3.6%;眼子莱属常见,达0.3%~2.8%;里三棱粉属含量0%~0.7%,可见当时湖水较浅.
潜江凹陷新沟嘴组沉积时为干旱气候,没有大量的淡水入侵,随着湖水不断蒸发浓缩,沉积了石膏和钙芒硝,为湖盆发育的盐湖沉积阶段.许多沉积学家认为,正常湖浪不能作为砂岩颗粒的搬运动力.由此可见,研究区大量的碎屑物质不可能是河流搬运来的,故笔者认为新沟嘴组下段3油组第1砂组的砂岩成因属风暴流沉积.
2 沉积特征
2.1 岩石类型与砂体形态
研究区岩性以粉砂岩,极细砂岩为主,灰质,白云质胶结,胶结致密,含石膏及钙芒硝,主要为长石砂岩,颜色为灰色到灰黑色.泥质岩类中一般含白云质,硬石膏及钙芒硝,颜色为棕灰色到褐红色.
砂体的几何形态为:剖面上呈顶平底凸,砂泥岩互层,砂岩时薄时厚,有时侧向尖灭而呈透镜体状,厚度变化大;平面上砂体呈朵状,自西向东展布.
砂体形态和岩矿组合表明,风暴源位于研究区之西的新沟-γ角凸起.
2.2 沉积构造特征
区内沉积构造十分丰富,有丘状交错层理,云朵状构造,截切构造,渠模,沟模,工具痕,填泥构造,"肯尼亚"构造等(见图1).
图1 沉积构造素描图
Fig.1 Sketch-map of depositional structures
2.2.1 底面构造 主要有渠模,沟模,工具痕,叶状模,截切构造,偶见负荷构造.渠模,沟模,截切构造在单向水流作用下的洪积岩和浊积岩中是没有的,只有在波浪作用下的风暴岩中见到.工具痕在洪积岩和浊积岩中也见到,但呈单向排列,而在风暴岩中呈多向排列(岩心中不易鉴别).研究区内负荷构造偶见,但在浊积岩中是常见构造.叶状模在岩心中呈泥片状,由各种方向的泥片迭合而成,反映是波浪而不是水流的活动,而浊积岩中见到的叶状模是单向的泥片.冲蚀面有陡有缓,水道沉积中见到的冲蚀面坡度角可达50°~ 60°,边缘沉积中为几度到十几度.
2.2.2 内部构造 主要有丘状交错层理,波纹状交错层理,粒序层理,凝聚层,石膏镶嵌构造,球状,枕状构造,砂囊构造,滑塌褶曲,挤压变形构造,云朵状(或花瓣状)构造,生物扰动和潜穴构造.丘状交错层理是高强度湍流基础上波浪作用的特征层理构造,在岩心中十分清楚.凝聚层,球状,枕状构造,砂囊构造,滑塌褶曲,挤压变形构造及云朵状构造都是高强度湍流快速沉积作用的结果.粒序层理在研究区范围内不明显.
2.2.3 顶面构造 主要有"肯尼亚"构造及填泥构造:"肯尼亚"构造为风暴沉积的特征构造,形态犹如一些尖顶的小突起;填泥构造是砂层被冲蚀,待风暴平息后由泥质充填形成的构造.
2.3 剖面类型
研究区共有8口取心井,岩心资料十分丰富.通过仔细观察分析,分类研究,可将沉积剖面分为2大类,15个亚类.
Ⅰ类剖面有10个亚类.其共同特征是无冲蚀面,具未侵蚀的平坦基底,为粉砂级以下细粒沉积物,表现为多层砂泥岩互层沉积,砂岩厚度一般小于1.0 m,砂泥比较低,反映水动力弱,是风暴流的边缘沉积.沉积构造以小型纹理,块状构造为主,可见快速沉积的构造现象,如球状构造,枕状构造,砂囊构造,滑塌褶曲,挤压变形构造,云朵状构造,生物扰动和潜穴构造,"肯尼亚"构造,石膏镶嵌构造等.
Ⅱ类剖面有5个亚类.其显著特征是冲蚀面及冲蚀构造,反映1次或多次高能量的侵蚀和沉积事件.其沉积物颗粒较粗,一般为细-粉砂岩,粗粉砂岩,植物碎屑较常见;砂层厚度较大,单层厚度可达3~5 m,是风暴流的水道沉积;可见大型的层理构造,如丘状交错层理,波纹状交错层理,粒序层理,凝聚层等,粒序层一般不大于10 cm,反映了水动力强,搬运及侵蚀能力较大的特征.
2.4 粒度分布特征
由于风暴流沉积的复杂性,其粒度概率分布曲线多种多样,不同的沉积部位粒度特征各异,可大致分为2种类型:①具有含量极少(不超过1%)的滚动总体,一般跳跃总体含量大于悬浮总体,分选较好,部分呈多段上凸形,悬浮总体含量大于跳跃总体,这种既有牵引流又有重力流的粒度概率曲线,是风暴流沉积相似于浊流又不同于浊流的重要标志之一;②无滚动总体,跳跃总体含量一般也很少,且分选差,以悬浮总体为主.
粒度C-M分布图有平行于C=M线和M轴2种形态,其均匀悬浮的C,M值偏大,与递变悬浮的相近,粒度在粉砂级以上.因此,它不是静水悬浮沉积,而是风暴流呈悬浮状快速堆积的结果,反映了这种风暴流的特殊沉积方式.
3 成因环境解释
湖泊中砂体沉积成因一般有三角洲,滨岸滩坝,浊流等多种解释[1, 2].根据前述对沉积特征的描述,认为研究区的主体沉积为风暴流沉积.
3.1 成因环境分析
风暴流沉积是由大气猛烈扰动和剧烈天气变化而形成的诸如强风,台风及超低气压等自然现象,在盆地水体较浅部位所形成的极强风暴浪而产生的物质搬运和沉积,成岩后为风暴岩(stormstone)(见图2).由此可见,风暴流的主要动力为波浪作用,风暴流从产生到消亡要经历从高流态到低流态,最后变为静水(风平浪静)的过程.在不同的发展阶段,沉积特征不一样.在高流态下水动力最强,冲蚀和搬运能力强,沉积物粒度较粗,如研究区沉积的Ⅱ类岩层.在低流态下水动力弱,沉积了细粒沉积物,如区内的Ⅰ类岩层.风浪平静后的静水环境为泥岩沉积.
图2 拖市地区新沟嘴组风暴沉积形成机制示意图
Fig.2 Sketch map of sedimentary mechanism of storm-dominated deposits of Xingouzui Formation in Tuoshi area
一般,风暴岩的主要鉴别特征有:具突变性的底面和渐变性的顶面;层序自下而上为凝聚层(滞留段),纹层段,泥岩段;砂体形态时薄时厚,侧向尖灭;典型沉积构造底面有工具痕,沟模,侵蚀充填构造,内部构造以丘状交错层理,波纹状交错层理,挤压变形构造,云朵状构造,顶面以"肯尼亚"构造为特征.以上沉积特征在研究区均可观察到.
风暴流的成因机制主要是由台风引起的巨浪作用.当台风或飓风作用于湖面时,所形成的波浪在短时间内即可积蓄巨大的能量,巨浪使浪基面加深,靠岸边一侧风暴浪可远远超过正常波浪所抵达的深度.根据前人资料,风暴浪基面深度可达200 m.波浪对湖盆底部沉积物进行冲刷,挖掘,扰动,卷起,与水混合形成物质流——沉积物与水混合而成的一种湍流,类似于浅水浊流.该物质流在风暴浪和重力作用下沿斜坡低洼处下冲搬运,同时冲蚀湖底沉积物,若遇湖底平缓处水动力减弱,物质逐渐沉积下来.由于风暴浪和风暴流对湖底的侵蚀作用,形成的泥球,泥砾与风暴流携带的植物碎屑混合,形成无序的块状层沉积在侵蚀的基底上,即为前面提到的滞留段或称凝聚层.当风暴强度在一定时期保持相对稳定时,波浪在床底形成一些坑和丘,砂质沉积其上并形成丘状交错层理.随着风暴强度的减弱,波浪逐渐减小,风暴流过度到低流态时沉积粉砂岩,泥质粉砂岩等细粒物质,形成波纹状层理等沉积构造.当风暴最后消退,晴天来到,湖水平静,沉积湖相泥岩.
综上所述,可将风暴流从产生到消亡的沉积作用分成5个阶段:前风暴泥沉积阶段;风暴生长期的凝聚层形成阶段;满风暴期砂体沉积阶段;延滞期细粒沉积阶段;后风暴泥沉积阶段(见图3).
3.2 湖泊风暴流沉积模式的探讨
研究区所观察到的风暴沉积特征总体上与海洋滨岸风暴流沉积特征相似,但其规模和强度比海洋小,连续性较差,所含生物碎屑不同[3].即:海洋风暴岩的凝聚层中可见大量的海洋生物碎屑化石,而研究区的湖相风暴岩中几乎不见动物化石,只见一些植物碎片.
从粒度分布曲线特征来看,其与国内外已发现的海相风暴流粒度曲线极为相似,均呈多段上凸形,只是本研究区沉积的粒度偏粗一些(见图4).
图3 风暴沉积的理想模式
Fig.3 Ideal model for storm-dominated deposits
图4 湖泊风暴沉积与海相风暴沉积粒度概率曲线对比图
Fig.4 Comparison diagram of grain-size probability curve of storm-dominated deposits in lakes and oceans
从研究区的风暴流沉积特征可看出,不同部位的沉积特征有很大的不同,主要与古地形和风暴的强度有关,由此可归纳出风暴流边缘和风暴流水道2种沉积模式.
1)风暴流边缘沉积.以砂泥岩互层为特征,砂岩颗粒较细,多为粉砂岩,泥质粉砂岩和砂质泥岩,厚度薄,一般小于1.0 m.其上下均为泥岩,通常底界呈突变,顶界呈渐变接触,而泥岩厚度不均,最薄为0.5 m,厚者可达5 m以上.泥质粉砂岩和砂质泥岩具有脉状,波状,透镜状层理构造,粉砂岩沉积构造以波纹状交错层理,波状层理及块状构造为主,反映波浪作用显著.此外,还可见云朵状构造,负荷构造,滑塌变形构造,为悬浮湍流快速堆积的沉积特征.风暴流边缘相沉积可出现在水道相上部或者两侧,也可独立出现.
2)风暴流水道相.该沉积模式代表风暴流的主体沉积,底部沉积为凝集层,与前期的湖相泥岩呈突变接触,具前述的底面构造;中部砂层是风暴流沉积的主力储层,具有风暴流沉积的主要典型沉积构造;上部沉积物变细,逐渐过渡到正常的湖相泥质沉积.
参考文献:
[1] 沉积构造与环境解释编著组. 沉积构造与环境解释[M]. 北京:科学出版社,1984.
[2] 孙家传,李惠生. 碎屑岩沉积相与沉积环境[M]. 北京:地质出版社,1982.
[3] 张昌民. 风暴沉积的物理基础及其对湖泊的影响[M]. 北京:地质出版社,1986.
(编 辑 张银玲)
Storm-dominated deposits of Xingouzui Formation
in Tuoshi Field, Jianghan Basin
ZHAO Jin-sheng, LIU Chi-yang
(The Key Laboratory of Continental Dynamics, Ministry of Education / Department of Geology, Northwest University, Xi'an 710069,China)
Abstract: On the basis of depicting of sedimentary characteristics including the types of sandstone, the shape of its body, sedimentary structure, profile and grain-size probability curve of 1st member sandstone of oil group 3 in the lower part of Xingouzui Formation (Palaeogene) in Tuoshi Field, Jianghan Basin, the sedimentary mechanisms of stormstone sediments are studied in this area. Based on the sedimentary mechanism and characteristics, the subfacies and depositional phases and models are identified. Two subfacies are defined in this area including watercourse subfacies and marginal subfacies. Five sedimentary phases are also classified. They are mud deposits before the storm, the coacervate forming during the development of storm, sand-body deposits during the full storm, fine-grained deposits during the arrearage of storm and mud deposits after the storm. The study of storm-dominated deposits in Tushi area indicates that storm-dominated deposits are prospective reservoir. It is significant to search for similar reservoir in continental basin.
Key words: Jianghan Basin; Tushi area; Xingouzui Formation; storm-dominated deposits in lacustrine facies basin
作 者 简 介
赵金生,男,湖北英山人,出生于1963年10月.1985年毕业于江汉石油学院地质系石油地质专业(大学本科).现在中石化国际石油勘探开发有限公司工作,并就读于西北大学地质系构造地质专业,攻读硕士学位,主要从事断块油藏开发及油藏描述研究.编写的《钟市复杂断块油藏开发模式》一书,1996年被石油工业出版社出版;参与研究和编写的"拖市油田油藏描述技术研究"1990年获中石油部级成果二等奖.
西北大学学报(自然科学网络版) 2004年7月,第2卷,第7期
Science Journal of Northwest University Online Jul. 2004, Vol.2. No.7
收稿日期:2004-03-01
审稿人:吴少波,男,西安石油大学地质研究所副教授.

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