金湖凹陷西斜坡阜二段湖相碳酸盐岩沉积模式研究
(1.江苏油田地质科学研究院，江苏扬州225012；2.江苏油田博士后流动工作站，江苏扬州225012；3.江苏油田开发办公室，江苏扬州225012)
作者简介:刘金华，男，江苏油田博士后流动站博士后，从事石油天然气地质研究。电子邮件:joeco.com.cn刘金华
摘要:对于金湖凹陷西斜坡阜宁组二段湖相碳酸盐岩的成因，前人意见不一。因此，本次研究以该层沉积相为研究重点，通过对研究区泥晶灰岩的成分、虫管保存程度、地层厚度分布及泥晶灰岩的研究，提出研究区发育一套碳酸盐坪沉积体系，为一套静水环境下以泥晶灰岩和生物碎屑灰岩为主的沉积体系，包括碳酸盐席片。平面上，研究区西部水体较浅，水动力较强，发育碳酸盐滩和坝相，东部水体较深，水动力较弱，存在碳酸盐席状。在综合研究的基础上，提出了碳酸盐岩平面沉积体系的沉积模式
关键词:金湖凹陷；富2成员；碳酸盐岩；沉积相；湖泊相
金湖凹陷西斜坡阜宁组二段湖相碳酸盐岩沉积模式研究
刘金花1，2，唐建东3，钟思颖1，葛正军1，姚福来1
(1.中国石化江苏油田地质研究院，扬州225012；2.中国石化江苏油田博士后流动站，扬州225012；3.中国石化江苏油田分公司勘探开发部，扬州225012)
文摘:金湖凹陷西斜坡阜宁组二段湖相碳酸盐岩成因认识不一，因此本次研究的重点是碳酸盐岩沉积相。碳酸盐岩的主要成分为碎屑和生物碎屑，其他成分为少量的鲕粒和铬粒，岩石的颗粒含量不同，不同地区含量不同，不同地层含量也不同；岩石的主要成分是泥晶基质，岩石的胶结材料是钙矾石胶结材料。通过对碳酸盐岩成分、化石保存、地层厚度及隐蔽岩分布规律的分析，该区化石保存完好，地层厚度分布规律明显，地层厚度变化不大；这种隐晶质分布在整个地区。碳酸盐台地是一种由生物碎屑灰岩和隐蔽岩组成的沉积体系，是一种在强弱水动力环境下形成的标准碳酸盐岩建造，可分为碳酸盐席状、碳酸盐坝、碳酸盐滩和碳酸盐岩台地。平面上，工区西部水浅，水动力强，发育碳酸盐坝和滩；东部水深，水动力弱，发育碳酸盐阶地，纵向上从亚层开始沉积碳酸盐岩建造，沉积高峰期为
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亚层，并在亚层下降，沉积形成了一个完整的碳酸盐岩沉积体系。最后，建立了湖相碳酸盐岩的沉积模式。关键词:金湖凹陷；阜宁组二段；碳酸盐岩；沉积相；湖泊相
介绍
湖泊碳酸盐岩油气藏的研究始于20世纪80年代，至今已有30多年的历史。前人对四川盆地侏罗系大安寨组、华北盆地济阳坳陷古近系淳化镇组、黄骅坳陷古近系沙河街组、松辽盆地下白垩统等碳酸盐岩的研究。湖相碳酸盐岩主要由礁相和碳酸盐滩相组成[1 ~ 4]。金湖凹陷西斜坡阜宁组二段湖相碳酸盐岩是一套良好的油气储层。以往对该组成因的研究大多认为是滨浅湖碳酸盐滩坝相沉积。然而，通过对大量取心资料、测井和录井资料的分析，发现碳酸盐岩与碳酸盐滩坝相有很大的区别，如生物碎屑灰岩中分布稳定、厚度变化小、生物壳保存完好等，因此提出了碳酸盐滩坝沉积体系的发育模式。为下一步油田开发滚动提供了新的地质依据，对油气勘探开发具有重要的研究意义。
1区域地质调查
金湖凹陷位于苏北盆地东台凹陷西部，是晚白垩世发育的一个南断北超的箕状凹陷。北为鉴湖隆起，南为天长隆起，西为张八岭隆起，东为灵塘桥-刘堡低隆起，面积约5000km2(图1)。金湖凹陷西斜坡是指三河、查尖次凹的西部斜坡带，西部为建湖隆起，南部为张八岭隆起。斜坡整体向西隆起，向东北倾斜，地理上横跨江苏、安徽两省，总面积约1500km2(图1) [5 ~ 9]。
图1苏北盆地金湖凹陷西斜坡工区位置图
研究区阜宁组地层与下伏泰州组呈假整合-整合接触，与上覆戴南组呈假整合接触，自下而上分别称为阜一段、阜二段、阜三段和阜四段。阜二段是阜一段末期最大水侵的开始，自上而下形成三个亚段:第一个亚段为暗色泥岩段，厚度60 ~ 120 m，为一套烃源岩；第二亚段称为“碳酸盐岩层”，为生物碎屑灰岩与钙质泥岩的互层，包括白云质灰岩、生物灰岩、粉砂质泥岩等。也是一套烃源岩，厚度10 ~ 30m。第三段为“山形”段，为砂泥岩夹少量生物灰岩段，厚度60 ~ 80m，是金湖凹陷的主要油气藏。本次研究的目的层段是第二个子层段“碳酸盐岩层”。
碳酸盐岩的岩石学和组构特征
湖相碳酸盐岩由碳酸盐颗粒、石膏等沉积物组成，通过成岩作用以一定方式固结成不同的岩石类型。碳酸盐岩的岩石学和组构特征是判别碳酸盐岩沉积环境的重要依据。本研究对岩石的颗粒、基质和胶结物进行了分析。
2.1颗粒特征
基于常规分析方法和前人研究成果，分析了研究区碳酸盐岩内部碎屑、生物碎屑、鲕粒和集合体的基本特征。
(1)内部碎屑:内部碎屑主要指砾石碎屑、砂屑和粉砂碎屑。砾石碎屑是成岩岩石(或半固结-准固结沉积物)再破碎的产物[10]，其内部结构必然受到成岩岩石和沉积物类型的制约。常见岩石包括泥晶砾石灰岩、砾石粉砂质灰岩和砾石虫孔灰岩。
研究区砾石大小不一，粒径2 ~ 15 mm，形状多变，分选差，圆度为亚棱-亚圆；砾石碎屑含量7% ~ 65%，主要由泥晶方解石和白云石组成，泥晶结构，泥晶结构含颗粒，砾石间充填物为泥晶方解石、白云石或鲕粒。
砂屑在本区分布广泛，含量为5% ~ 55%。主要成分为泥晶方解石，其次为白云石，形态不规则(板状-1)，分选差，磨圆度差，粒度0.1 ~ 0.2 mm，砂屑多为泥晶方解石充填，少量泥晶白云石或陆源碎屑。常见的岩石有泥晶砂夹泥质灰岩、灰色闪光砂藻夹白云质灰岩、砂晶泥晶白云质灰岩等。
(2)生物碎屑:生物碎屑主要由蠕虫管、藻类、有孔虫、藻堆组成，其次是介形类、甲壳类和腹足类[11，12]。生物种类相对单一，但生物碎屑含量相对较高且变化较大，含量为1% ~ 80%。
碳酸盐岩中蠕虫状生物碎屑的含量为30% ~ 70%。虫管大多保存完好，多成簇分布，偶有平行层理分布，具有一定的方向性。蜗管内充满光亮的方解石和粉末碎屑；管壁多以小球或粉屑粘结，使管壳表面呈瘤状(Plate-1)；有些昆虫的管被藻类覆盖，使管壁形成加厚环。蜗管直径为0.5 ~ 2.5毫米，具有生物骨架结构。相关颗粒包括砾石、沙子和藻类。虫管碎片多为泥晶方解石充填，偶见亮方解石充填。常见的岩石有泥晶灰岩、微晶灰岩、白云母或白云母。
藻类或藻屑在碳酸盐岩中较为发育，含量为3% ~ 85%，具有层状同心层和放射条带结构。暗色透明，由泥晶方解石和白云石组成，含少量泥质。形状为半球形、波浪形或小单体柱形。
(3)鲕粒:鲕粒是本区碳酸盐岩中的重要颗粒，含量为1% ~ 70%。常见的鲕粒有藻类鲕粒、正常鲕粒、负鲕粒、重复鲕粒、结晶鲕粒和变形鲕粒。
(4)骨料:本区岩石中骨料含量变化较大，变化范围为5% ~ 45%。形状各异，大小0.06 ~ 2mm ~ 2mm不等，磨圆度差，分选差，由粉砂或泥晶方解石、白云石组成，颜色较深，磨圆度好，分选较好。
2.2泥晶基质和亮晶水泥
泥晶灰岩是本区碳酸盐岩中常见的填隙物，含量可在0 ~ 100%之间变化，主要由泥晶方石英组成，其次为泥晶白云石，局部重结晶呈块状或条状分布。
泥晶和颗粒是同时沉积的，它的存在或含量是衡量水体在沉积过程中能量的一个指标。砂浆(泥晶)是低能环境的产物，与之相伴的粒子也是低能粒子。
亮晶胶结物是颗粒沉积后由粒间水化学沉淀而成，其特点是洁净光亮，是成岩期的产物。该区亮晶胶结物一般具有第一代和第二代胶结物结构，亮晶胶结物含量为0 ~ 40%，主要由亮晶方解石组成，其次为白云石，一般基质含量大于亮晶胶结物。
3沉积特征和沉积模式
通过岩心观察、分析测试和单井等效性研究，金湖凹陷西斜坡阜二段二亚段
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主要发育碳酸盐岩，该层碳酸盐岩主要由一套微咸水环境沉积的生物灰岩组成，辅以泥晶灰岩。碳酸盐岩具有以下特征:(1)地层中虫管保存完好，大部分地区虫管未被破坏；(2)地层厚度分布规律，厚度变化不大，无明显的堤坝特征；(3)全区碳酸盐岩地层广泛发育分布，也与滩坝不一致；(4)泥晶灰岩在全区均有分布，含量普遍较高，难以在强水动力环境下沉积。鉴于此，本研究认为该区目的层的沉积是由于碳酸盐坪沉积；而且，根据中国科学院南京地质古生物研究所于长民、王会吉(1976)的研究，目的层中的蠕虫状管化石经鉴定为环节动物的一个隐居亚纲多毛类的活管化石。现代多毛类都栖息，主要生活在从沿海到水下60米的深度。因此，可以说工区阜二段碳酸盐岩沉积时的水环境应该是深部的。本次研究认为，工区内存在一套碳酸盐岩平面沉积体系。碳酸盐岩坪是发育在盆地斜坡带和湖泊湖滨及浅湖区的一套碳酸盐岩沉积，包括碳酸盐岩席、碳酸盐岩坝、碳酸盐岩滩和泥坪四个微相(图2)，属于静水环境下以泥晶灰岩和生物碎屑灰岩为主体的沉积体系。
图2碳酸盐岩平面沉积体系相模式图
碳酸盐坝:该微相发育在工区边缘，受湖泊波浪影响明显，厚度15 ~ 40m，主要伴生泥晶灰岩和生物碎屑灰岩，多处可见波浪作用形成的破碎生物壳(图3，Panel -3和Panel -4)。
碳酸盐滩:与碳酸盐坝同位置发育的薄层碳酸盐岩，但厚度较小，纵向分布于厚层碳酸盐坝之间，分布较稳定，主要伴生泥晶灰岩和生物碎屑灰岩(板块-5、板块-6)，生物碎屑常破碎或水动力改造。
碳酸盐岩片:分布在高集-崔庄等水体较深的地区，主要由生物灰岩组成，生物结壳保存完好，呈层状分布，一般与灰黑色泥岩或页岩伴生(图3，图版-7、图版-8)。碳酸盐滩和碳酸盐岩片虽然都是薄层碳酸盐岩，但其发育环境水深不同，导致生物碎屑和泥色保存程度不同。
从岩心观察可以看出，砂岩沉积后沉积了碳酸盐岩，其次是半深湖相灰黑色泥岩和页岩沉积，形成了一套水体由浅至深、由强水动力向弱水动力变化的典型地层。碳酸盐岩的沉积环境介于砂岩和灰黑色泥岩之间，其沉积环境应介于半深湖的静水环境和砂岩的强水动力环境之间，属于静水-弱水动力沉积。
图3碳酸盐岩平面沉积体系的相序
4沉积相的分布和演化
从剖面和平面上分析，研究区碳酸盐岩平坦沉积体系厚度不大，但在南湖-范庄地区厚度较大，最大厚度约40m，从斜坡西缘向东南方向逐渐变薄(图4)，地层中碳酸盐岩相对含量逐渐减少，直至河深1等井区出现无碳酸盐岩发育区，主要受湖泊水深和水动力环境及沉积相带控制。金湖凹陷西斜坡阜宁组二段二砂组碳酸盐岩地层中主要发育三套碳酸盐岩沉积，因此二砂组自下而上分为三个小层(以下简称3、2、1小层)。根据2层的具体情况，分析了工区沉积相的平面分布。
金湖西斜坡东西向连通井剖面相图。
在这两个亚层中，碳酸盐滩坝主要发育在两个区域，即樊7井-南1井-陆1井-洪2井、崔17井-宋1井，与湖岸线形成一定角度的两个坝，1井-陆2井-任6544井。从研究区南部的阳3井到中部的崔7井，再到北部的高6井和高3井，大面积发育碳酸盐席微相。泥滩微相仅在南部的阳X7井周围、崔4井以东和河深1井以东发育(图5)。从平面上分析，沉积相的分布基本是西部水体浅，水动力强，发育碳酸盐滩和坝相，而东部水体深，水动力弱，发育碳酸盐席状，与单井和剖面的认识一致。
图5金湖凹陷西斜坡小层沉积相平面图
纵向上，第3层是碳酸盐岩刚刚开始沉积的地层。碳酸盐岩分布有限，仅在崔庄和高集局部发育。厚度薄，泥晶灰岩发育，说明当时水的盐度比较低，不利于碳酸盐岩的大规模沉积。1层和2层碳酸盐岩规模相近，全区均有分布。就厚度而言，层2大于层1。总体来看，研究区阜二段二沙组碳酸盐岩在第三层开始沉积，在第二层达到高峰，1层又开始下降，形成了完整的湖相碳酸盐沉积体系。
5结论
(1)研究区碳酸盐岩成分主要由内部碎屑和生物碎屑组成，含少量鲕粒和集合体。颗粒物的含量是不一样的，在不同地区、不同层位有很大的差异。基质为泥晶基质，胶结物多为亮晶胶结物。
(2)阜二段碳酸盐岩地层中虫管保存完好，地层厚度分布规律，厚度变化不大，全区均有泥晶灰岩分布；本研究提出在研究区发育一套碳酸盐岩平面沉积体系。碳酸盐岩坪是静水环境下以泥晶灰岩和生物碎屑灰岩为主体的沉积体系，包括碳酸盐席状、碳酸盐坝、碳酸盐滩和泥坪四种微相。
(3)在阜二段二沙组平面上，水体西部较浅，水动力较强，发育碳酸盐滩、坝相，而东部水体较深，水动力较弱，碳酸盐席片发育；在垂向上，碳酸盐岩地层从小层开始沉积，达到沉积高峰，然后开始下降，从而形成完整的湖相碳酸盐沉积体系。
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图表-1崔14井1719.81m，生物碎屑灰岩，×50。
板二扇13井1409.34米鲕状灰岩×25
板3井扇13，生物碎屑灰岩(碳酸盐坝)
板4井扇13，生物碎屑灰岩(碳酸盐坝)
板5井扇6，生物碎屑灰岩(碳酸盐海滩)
南7井板6，生物碎屑灰岩(碳酸盐滩)
板7井崔11，生物碎屑灰岩(碳酸盐岩薄片)
高6-2井板8生物碎屑灰岩(碳酸盐岩薄片)