江苏白垩系古沙漠沉积特征及油气地质意义.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 0 月第 3 o 卷第 5 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I O c t ． 2 0 0 8 V o 1 ． 3 0 N o ． 5 江苏 白垩系古沙漠沉积特征及油气 地质意义 陈清华 ，庞 飞 ，史 鹏 中国 石油大学 华东地 球资源与 信息 学院， 山东东 营2 5 7 0 6 1 [ 摘要]古沙漠沉积是 干旱缺雨 、植被稀 少、风成作用持 久强烈等特殊 环境下 的地质记录 。晚 自垩世 开 始， 江苏地 区进入拗骼演 化阶段，其阃沉积为典型的拗 陷型 沉积。赤 山期发生准平原 化，水位 明显干涸 ， 普遍发育沙漠沉积。通过石油钻井及 野外地 质露头等资料 ，将赤 山组沙漠沉 积分为 4个亚相 ，不 同沉积 亚相沉积特征差异较大。沙丘亚相为具 大型斜层理的细 砂岩 ，成 熟度商 ，以风成沉积为 显著 特征 ；丘间、 旱谷和沙漠湖亚相则 以水成沉积为主。勘探 表明，风成沙丘具有 良好的储集 性能 ，国内外也陆续发 现 了 与沙漠沉积相关的油气藏 ，因此，古沙漠沉积的研究具有重要的油气地质意义 。 [ 关键词]古沙漠 ；赤 山组；白垩纪 ；江苏油田 [ 中图分类号]T E l 2 1 ． 3 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 8 O 5 0 1 6 1 一 O 4 古沙漠是地史上特殊气候 、水文及构造等地质条件下形成的一种独特的岩石地层记录，对恢复古气 候、古环境有重要的意义。但古沙漠的研究是沉积学中相对薄弱的领域 ，且由于沙漠沉积常与水成沉积 交互 出现 ，曾被认 为是河 流相沉积 。随着 沉积学理 论的不 断发 展和地质 勘探力 度 的加 大 ，加 之国外陆续 发现与古沙漠相关的油气藏 ，故近年来开始被 国内地质学家认识[ 1 ] ，并取得了重要进展[ 2 3 。位于我国 东南部的江苏地区白垩纪沙漠沉积发育，自上世纪 8 O 年代以来，陈荣林 、岳文哲 、姜月华等通过钻井 资料、典型露头就对该地区自垩纪沙漠沉积和气候演变等方面进行了研究 q] ，但随着石油资源勘查的 不断深入，对其认识还略显不足。基于此背景，在前人研究的基础上 ，笔者在该区开展 了大量的露头地 质调查以及石油钻井资料的综合分析 ，对自垩纪沙漠沉积特征进行了系统的研究 。 1 江苏地 区白垩 系沙漠沉积背景 晚自垩世开始 ，江苏地区进入拗陷演化阶段，其间沉积为典型的拗陷型沉积 。在拗陷期间，盆地不 断扩张，规模愈来愈大。在江苏境内除少量隆起区外 ，普遍沉积了浦口组和赤山组，原先互相隔离的小 盆地连成一体成为广盆 ，为该区中生代陆盆发展的鼎盛时期。 通过 调查 研究得 出 ，沙漠 相是该 区早 白垩 世最具特 色的沉积相类 型之一 ，广泛 发育 于赤山组 。赤 山 组露头相对稀少，但在苏南、苏北的井下则均可见及 ，显示赤山组近于浦 口组的分布范围。赤山组可明 显两分 ，下部主要为砖红色、紫红色钙质细砂岩、粉砂岩、含砾砂岩与钙质粘土岩 、粘土岩互层或韵律 层出现 旱谷和沙漠湖相 ；上部为棕红 、紫红色岩屑石英砂岩、杂砂岩、粉砂岩等，层系底部常含细 砾，层系内有大量大型斜层理 风成相 ，反映赤山晚期发生了准平原化，盆地水位明显于涸，普遍发 育风成沉积 图 1 。据查，该风成沉积并非局限于江苏境内，在邻区及西部、西南部 如四川、广东 省也都有发 育 ，表明该 时期在我 国南方 盆地处 于统 一的构造一 气候 背景之 下 。 2 沙漠相主要沉积类型及其特征 据沉积地形地貌 、岩石特征、沉积构造及地质营力作用等差异 ，江苏地区沙漠相可划分为沙丘 、丘 [ 收稿日期]2 0 0 80 7 1 0 [ 基金项目]江苏浊田分公 司科技攻关项目。 C t 9]陈清华 1 9 5 9一 ，男 ，1 9 8 2年大学毕业 ，教授 ，博士生导师 ．现主要从事油气勘探与开发研究 工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 O 月 问 、旱 谷 、沙漠湖 4种 亚相 。 2 ． 1沙丘亚相 沙丘是 由风 力吹 积 的小 沙 堆发 育 而 成 的沙 山 ，是 沙体 在风力和 重力作 用 下移 动 的一 种 床 沙形 态 。沙 丘 是沙漠 沉积 中最具 特 色 的一 种 亚相 ，也 是 该 区 白垩 系 沙漠最 典型 、最 主要 、最 容 易识 别 的一 类 亚 相 。岩 性 主要 为砖 红色 、棕 红 色的厚 层 至 块状 细 砂 岩 。在 镜 下 观 察 ，所 取 的 样 品 中 ，石 英 占 6 1 ． 2 ， 长 石 占 1 5 ． 5 ％ ，碎 屑 占 2 3 ． 5 ％ ，泥 质 杂 基 及 胶 结 物 含 量 较 少 ，均小于 7 ％。另有 少 量 暗色 矿 物 、重 矿 物 。本 区 沙丘砂 岩矿 物成 熟 度 和 现代 一 些 沙 漠 相 比显得 较 低 ， 这是 由于物源较 近 ，同时 也 是 由于 当 时气 候 较干 旱 的 缘故 。粒度概率曲线多呈两段式 图 2 ，斜度为 7 O 4 7 5 。 ，分选 极 好 ，粒 度 分 布 集 中 ，均 以跃 移 组 分 为 主 ，滚移 和悬 浮组 分极少 或 缺失 。石英 颗 粒 表 面 结 与 沉积环境 有关 ，它受搬运 营力 、气候 条件 I i 成 岩 作用等 圜素影响 ，且石 英 具 有较 大 』 蔓／ } u 较 高 的 化 学稳定性 ，因而其 沉 积物 颗 、村 而持 征 能很 好地 反 映沉积环境 。 在风成沉积中．I i I 于 Ij 积介质的低缓 冲作用 、颗 粒运动 的高迎发 及 强 烈频 繁 的温 、湿 度 和 p H 值 的 变化 ，形成 丁高机械 能和高 化 学 能 环境 ，所 造成 的颗 粒表 面特征也 最典型 且 最具 环 境 意义 。本 文 对 采 自赤 山组 的样 品在 扫描 电镜下 观 察 ，沙 丘砂 石 英 颗 粒多 成 次 圆一 圆状 ，颗 粒 表 面 常 见 碟 形 、新 月 形 、V 形 撞 击 坑 、贝壳状 断 口等 机 械 成 因 结 构 ，还 可 以见 到 溶 蚀 坑 、泥套等化学成因结构及表面附生物特征 图 3 。 这些 都是沙 丘砂岩 别与其 他 环 境 成 因砂 岩 的重 要微 观 标 志口 。沙 丘砂岩 沉积构 造 以大型 交错 层理 、平 行 层 理、小型轻度翘曲、倒转褶曲等多类型层理和准同生 变形构造发育为典 型特征 ，也是 沙丘沉 积 的鉴 别标 志。其巾，大型板状交错层理是赤 山组沙丘最典型 的 沉积构造。赤 山组地层在句容市赤 山、六合灵岩山和 南京方山有小面积出露 ，均可见大型 的单层或多层系 的板状交错层 理 图 4 ，层 系厚 3 ～8 m，层 系 内前积 纹层 一般呈板 状 ，倾 角较 陡 2 9 ～ 3 4 。 。 图 l江 苏 白 垩 世 沙 漠 沉 积 分 布 图 9 9 9 O 褥 5 O 娶 1 0 1 0 0 1 粒度中值 ／ 西 赤 2 - 2引 自陈荣林 [ 5 ] ，1 9 8 2 ；C S H 采 自 赤山剖 面赤 山组上段 ，引 自岳文浙[ ， 1 9 9 9 ；C3 2 7采 自陈堡油田赤山组上段 图 2赤 山组上段风成沙丘粒度概率 曲线 由于沙丘砂岩多为细砂岩 ，且具有较高的孔 隙度和渗透率 ，因此沙丘砂岩沉积在电测井 中具有普遍 的特征性电性响应 ，风成沉积也常根据测井曲线特征、岩屑录井和少量的取芯来确定 。沙丘沉积自然电 位曲线一般都呈低幅度 、平直光滑 的电性模式，明显区别于与其相邻的丘间、沙漠湖、旱谷等以水成沉 积为主的地层 图 5 。从其平直光滑的测井响应 ，反映出沙丘沉积是因受风力搬运作用而形成岩性组 成均一、组分少变的地质信息 ，它与主要受流水作用而形成的组分多变、泥质含量受水流强弱变化而变 化的水成沉积形成鲜明对照。这些特征的电性响应也成为埋藏区白垩系沙丘沉积识别的重要标志。 2 ． 2旱谷 亚相 谷沉积系指沙漠中具有暴洪特征的短暂性河流沉积 ，大部分时间处于干涸状态 ，因此其沉积速度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 5期 陈清华等 江办白垩系古沙漠沉积特征及油气地质意义 图 3石 英砂 颗 粒 表 面 特征 快。多发育于沙漠盆地边缘 ，但有时因季节性 河流的远距离延伸也可在沙漠腹部呈夹层产于 沙丘砂岩层之 间及 丘 间 亚 相 之 中 。在 平 面 上从 盆地边缘的冲积扇 、旱谷扇 向沙漠区演变 为旱 谷河道 、水 道 ，到 沙漠 内部 变 薄 直 至 消失 ，代 之而发育 沙 丘 。在 垂 向上 可 与 冲积 扇 、沙 丘 、 丘间沉积交互叠置，在强烈风蚀作 用下可进一 步形成戈壁残 留物 。 在句容市赤 山剖面，旱谷亚相主要 由杂色 砾岩、棕红色含砾粗一 中粒砂岩组成，垂向剖面 中向上因较强的风蚀作用代之而发育具大型交 错层理 的沙丘砂 岩沉 积 甚 至 丘 间泥 质 沉 积 ，因 此构成旱谷、沙丘及丘间的旋 回性叠置组合 。 2 ． 3丘问亚相 图4 赤山组具大型板状交错层理的沙丘沉积及丘间泥岩沉积 丘间亚相是沙丘与沙丘之间局部地形平坦的低洼地带 ，因暂时性水流汇聚而形成的以泥岩为主的水 力沉积物，常伴随沙丘环境而存在 ，大多呈夹层或透镜状包裹于沙丘沉积中。丘间可分为湿丘问、干丘 间及蒸发丘问三类。其中，前者在本区较为发育 ，也最易于识别。湿丘问一般是由于风蚀作用形成的沙 丘间相对洼地 ，因潜水 面抬升 或间歇 性降雨 而暂时性 积水形成 的紫红 色泥岩或 粉砂质 泥岩 沉积 ，可见波 状层理、微细水平层理等水成构造 ，并发育因强烈蒸发逐渐干涸而形成的泥片 、泥裂缝 ，而泥裂缝又多 被下一次风力携带的风沙灌入填满而形成湿丘问特征性的砂柱、砂脉沉积构造 ，其沉积厚度一般较小 几厘米～几 米 ，分布 不稳 定 ，范 围局 限 。在 测井剖 面中 ，湿 丘闯沉积 常常形 成幅度 异常 的指状 测井响 应，与沙丘沉积的平直型、低幅度测井响应形成鲜明对照 图 5 。 2 ． 4 沙漠湖亚相 沙漠湖是沙漠盆地中因构造或风蚀作用形成的较大范围的洼地，在降雨或潜水面上升时形成的水体 较浅的湖泊，也可是由分布范围较小的潮湿丘问演化而成规模变大的小型沙漠湖泊。它在侧向和垂向上 常与沙丘过渡演变 ，因此以细碎屑岩为主的沙漠湖沉积中可夹存厚度不大的风成沙丘砂岩沉积。当沙漠 边缘旱谷延伸至沙漠湖时，水流可将各种粒度的碎屑带入湖内；当气候持续干旱 ，强烈的蒸发导致湖水 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天然气学报 江 汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 O 月 干涸 可演 化成 内陆 盐 碱 滩 ，常 见 砂 、粉 砂 、粘 土 、石 膏等 盐类 等 沉 积 。测 井 曲线一 般 都 呈 较 高幅度齿状特征 图 5 ，明显区别于其它亚相 曲线特征。据笔者所 掌握 的野外及测井资料显 示 ，沙漠湖普遍发育于江苏中部地 区，且 主要 集 中于赤 山组 的 中上部 。 3 油气地质意义 实践证 明 ，沙 漠 沉 积 与 储 层有 着 密 切 的关 系，特别是沙丘砂岩一般具 有较高 的孔隙度 ， 是重要 的烃类 聚 集 场所 ，其 储 层 的 油 气 地 质 意 义已被国内外很 多油气 田证实 。如欧洲的赤底 统 沙丘砂岩在 天 然 气母 岩 煤 系 之 上 和 蔡 希 斯坦 镁灰岩蒸发盖层之下，而成为荷兰格 罗宁根大气 田，英 国莱曼 、不屈气 田等北海盆 地大型天然气田的主要储层[ 1 嵋；国内江苏陈堡 地层系统 自然 岩性 剖面 现电 岩性 综述 冗积构措 沉积相 系 组 电位 阻瘴 硼 It 沙 砖红 、 棕红 、 到 丘 亚 紫 红色细 砂 相 沙 岩夹 棕红色 I ’ r _ d E回 泥岩 、粉 砂 沙 丘 岩 ．砂岩成分 哺i 『 l 亚 以石英 为主， 漠 相 l ； ； i a 圜 分选好 ，次圆 沙 一 圆 状 ， 胶 结 圆 丘 亚 琉 松． 发育 大 相 相 沙 型 斜层 理． 硼 ∞ 湖 赤 b 白 ； 山 f＼ 一 - - - ● ● ‘ - 。 - ‘ ● ‘ ● I ● - 垩 组 上 I 系 部 } 一 i z 甚要 圃 沙 丘 图 5 江苏陈堡 c 3 3 3井赤 山组上部沉积剖面图 油 田赤山组沙丘砂岩也是该油田主力产油层之一 。此外，Ah l b l a n d t 和 F r y b e r g e r 认为，丘问亚相细粒 沉 积物可 以形 成油气 藏 中储或 生油层 的流 体 隔层 ，在 特定 的条件下 还可 以形 成 生油层 。据 研究 ，除江苏 地区外 ，中国白垩纪沙漠普遍存在于塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、思茅盆地、江汉盆地、常 桃 盆地 ，随着 勘探 和研究 的不 断深 入 ，沙漠沉 积必将 成为 我 国油气 储量增 长 的重要 新领域 。 4 结 论 江苏地区自垩系赤山组主要为一套沙漠沉积地层 ，据沉积地形地貌、岩石特征、沉积构造及地质营 力作用等差异 ，可划分为沙丘、丘间、早谷 、沙漠湖 4 种亚相 ；该区沙丘亚相以大型交错层理的风成砂 岩为主要特征 ，分选 、磨圆好 ，成熟度高 ；丘间、旱谷及沙漠湖亚相是沙漠沉积中重要的相类型 ，以水 成沉积为主；沙丘砂岩一般具有较高的孔隙度 ，是重要的烃类聚集场所 ；丘间亚相细粒沉积物可以形成 油气藏 中储或生油层的流体隔层 ，在特定的条件下还可以形成生油层 。随着勘探和研究的不断深入，古 沙漠沉积有着重要的石油地质意义。 [ 参考文献] [ 1 ]江新胜 ．中国白垩纪沙漠及古气候 [ D]．成都 成都理_T大学出版社 。2 0 0 2 ． 5 ～8 ． [ 2 ]Mc F a d d e n L D，we l l s S G，J e r c i n o v i c h M J ． I n f l u e n c e s o f e o l i a n a n d p e d o g e n i c p r o c e s s e s o n t h e o r i g i n a n d e v o l u t i o n o f d e s e r t p a v e me n t [ M]． Ge o l o g y ，1 9 8 7 ，1 5 5 0 4 ～5 O 5 ． [ 3 ]S u g d e n W．Or i g i n o f f a c e t e d p e b b l e s i n s o me r e c e n t d e s e r t s e d i me n t s o f s o u t h e r n I r a q[ J ]．S e d i me n t o l o g y ，1 9 6 4 。3 6 5 ～7 4 ． [ 4 ]R y s z a r d Gr a d z i n s k i T o ma s z J e r z y k i e w i c z ．Di n o s a u r - a n d ma mma l --b e a r i n g a e o l i a n a n d a s s o c i a t e d d e p o s i t s o f t h e u p p e r c r e t a c e o u s i n t h e g o b i d e s e r t[ J ]． Mo n g o l i a ．S e d i me n t a r y Ge o l o g y ，1 9 7 4 ，1 2 2 4 9 2 7 8 ． [ 5 ]陈荣林 ．苏南上白垩统赤山组风成沙初 探 [ J ] ． 石 油实验地质 ，1 9 8 2 ， 2 2 3 ～2 6 ． [ 6 ]陈荣林 ．江苏及l临近上 白垩统赤山组中古沙漠沉积 [ J ]．江苏地质 ，1 9 8 7 2 0 2 2 ． [ 7 ]岳文哲 ，丁保 良 ．江苏 白垩纪陆相地层研究 [ J ]．火 山地质与矿产，1 9 9 9 。2 0 4 3 1 3 ～3 1 5 ． E 8 ]姜月华，业治铮 ． 江苏及临区新生代含油气盆地的类型 、沉积特征和地球动力学背景 [ J ]．火山地质与矿产 ，1 9 9 9 ，2 0 1 8 ～1 O ． [ 9 ]张国栋 ．从小河 口露 头区晚 白垩世至早第三纪沉积相 特征看苏北盆地早期演化过程 [ A]．岩相 古地理文 集编辑部 ．岩相 古地理文 集 2 [ C ]．北京 地质 出版社 ，1 9 8 6 ． 1 9 5 ～2 1 1 ． [ 1 O ]任明达 ，缪听 ．石英砂表面的微结构 口]．地质论评 ，1 9 8 4， 3 0 1 3 6 4 1 [ 1 1 ]里丁． 沉积环境和相 [ M]． 北京 科学出版社，1 9 8 5 ． 1 0 5 ～1 2 6 ． [ 编辑] 深谷 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m