高邮凹陷阜二段沉积微相及沉积演化研究

Study on Sedimentary Microfacies and Sedimentary Evolution of the Second Member of Funing Formation in Gaoyou Sag

摘要: 高邮凹陷是江苏油田油气勘探的一个主要开发地区，由于高邮凹陷在浅层的勘探程度愈来愈高，勘探困难也愈来愈大，因而，下一步的石油勘探方向也已从浅层转入深层，而阜宁组作为深层勘探的重要层位，在阜二段沉积时期，混积环境十分发育，导致该沉积时期的沉积相较为复杂，因此，对其开展沉积微相和沉积演化研究是十分必要的，将为下一步划分有利隐蔽区带提供重要的地质依据。本文通过对高邮凹陷73口井岩心观察，以及测录井数据、单井相、连井相，分析得出，高邮凹陷E₁f₂沉积时期，整体发育湖泊相，包括浅湖、半深湖–深湖亚相，以及混积滩坝、浅湖泥，半深湖–深湖泥3种微相，邵伯地区发育近岸水下冲积扇，包括扇根亚相，以及扇根主水道微相。E₁f₂³亚段沉积时期，在韦庄地区和码头庄地区大面积发育以碳酸盐岩与陆源碎屑岩混合沉积的混积滩坝；E₁f₂²亚段沉积时期，在马家嘴地区、韦庄地区、发财庄地区和码头庄地区小面积发育混积滩坝；E₁f₂¹亚段沉积时期，在码头庄地区和马家嘴地区零星发育混积滩坝。分析得出，E₁f₂沉积时期E₁f₂³亚段和E₁f₂¹亚段，凹陷南部的混积滩坝呈现退积特征。根据E₁f₂沉积时期各亚段沉积演化特征，建立了高邮凹陷阜二段沉积相模式图。

Abstract: Gaoyou Sag is a major development area of Jiangsu oil field oil and gas exploration, as a result of gaoyou Sag in the shallow exploration degree higher and higher, more and more difficult for ex-ploration, thus further petroleum exploration direction is from shallow to deep, and Funing group as an important layer of deep exploration, in the sedimentary period of the Second Member of Funing Formation, mix environment is very well-developed, as a result, the sedimentary facies of this sedimentary period is relatively complex. Therefore, it is very necessary to study the sedimentary microfacies and sedimentary evolution, which will provide an important geological basis for the next step of classifying favorable hidden zones. In Gaoyou Sag is based on core observation, 73 well logging data and test analysis, single well facies and well tie in Gaoyou Sag E₁f₂ lake facies sedimentary period of the overall development, including shallow lake, half deep lake-deep lake sub-facies, and mixed beach dam, shallow lake, half deep lake-deep lake of mud 3 kinds of microfacies, Shao Bo region development nearshore subaqueous alluvial fan, including fan sub-facies, and fan root main channel microfacies. During the deposition of sub-member E₁f₂³, a large area of mixed beach DAMS with carbonate rocks and terrigenous clastic rocks was developed in Weizhuang area and Matouzhuang area. In the depositional period of sub-member E₁f₂₂, mixed beach DAMS were developed in small areas in Majiazui area, Weizhuang area, Facaizhuang area and Matouzhuang area. During the deposition period of E₁f₂₁ sub-members, mixed beach bars developed sporadically in the Quazhuang area and Majiazui area. The analysis shows that E₁f₂³ sub-members and E₁f₂¹ sub-members in the E₁f₂ deposition period, and the mixed beach bars in the south of the depression show the characteristics of retreat. According to the sedimentary evolution characteristics of each sub-member during E₁f₂ deposition, the sedimentary facies model map of the Second Member of Funing Formation member in Gaoyou Sag is established.

1. 引言

陆相断陷盆地是世界上重要的含油气盆地类型之一，具有独特的油气地质特征。其丰富的油气资源、复杂的成盆及成藏机制一直是石油地质家们的重点研究对象 [1]。随着勘探程度的逐步提高，勘探难度越来越大，可采量也在逐年下降，为稳产增储，投入的成本显著增加，勘探风险也在不断加大 [2]，因此，对深层领域含油气层位进行亚段沉积体系研究是非常有必要的。

高邮凹陷作为江苏油田的主勘探区，在阜宁组阜二段沉积时期，沉积相复杂(混积环境发育)，微相类型众多，前人在高邮凹陷阜宁组阜二段沉积时期，对其整个阜二段进行了整体研究，但在该时期内E₁f₂³、E₁f₄²、E₁f₄¹三个亚段的沉积相及演化规律不甚明确，且在该沉积时期缺少具有指导意义的沉积相模式，本文在岩心、测录井等地质资料的基础之上，对高邮凹陷E₁f₂段下E₁f₂³、E₁f₄²、E₁f₄¹三个亚段进行了沉积相及沉积演化研究，为下一步研究不同相带的成因砂体模型及隐蔽区带划分提供重要的地质依据，也为其他陆相断陷盆地沉积体系研究提供思路。

2. 区域地质概况

高邮凹陷在构造上位于苏北盆地东台坳陷中南部，高邮凹陷总体上具有复式不对称地堑断陷结构特征 [3]。其中，凹陷东南边缘的真武断裂带和吴堡断裂带对凹陷结构和内部构造变形有一定的控制作用。凹陷内发育了大量与边界断层同向或反向倾斜的次级断层，不同尺度、不同层次的断层交织在一起，构成丰富多彩的伸展构造样式 [4]。在平面上，高邮凹陷表现为北东走向的长条形，北临柘垛低凸起，南临通扬隆起，西临菱塘桥凸起，东邻吴堡低凸起(图1)，面积2670 km²，东西长约100 km，南北宽约25~35 km，高邮凹陷是由差异升降作用形成的南断北超、南陡北缓的箕状凹陷 [5]。

在阜一段沉积时期，高邮凹陷内以边界断裂活动为特征，而凹陷内部断层活动较弱。阜二~阜四段沉积时期，高邮凹陷东侧和西侧多米诺式断层继承性活动 [6]，中部汉留断裂活动性增强，地堑的雏形出现。吴堡事件中高邮凹陷为整体微弱抬升 [7]。

受区域构造地质背景控制，盆地演化经历了扩张、断陷和萎缩三阶段 [8]。扩张期，湖盆水体大幅上升，沉积相带规模巨大，呈现区域单一沉积中心的特征，古近系阜宁组是在区域性裂陷作用下断拗沉积 [9]。阜宁组自下而上分E₁f₁、E₁f₂、E₁f₃和E₁f₄。岩性由粗到细可划分为两个正旋回，正旋回中部湖侵域阜二段、阜四段半深湖–深湖相暗色泥页岩、泥灰岩是优质烃源岩。

Figure 1. Structural unit division diagram of Gaoyou Sag

图1. 高邮凹陷构造单元划分图

3. 地层发育特征

本文研究的目的层段为E₁f₂，沉积地层的岩性和厚度自下而上叙述如下(图2)，E₁f₁厚度一般为290 m~1000 m，在E₁f₁底部可见到含砾中砂岩，E₁f₁上部为棕褐色泥岩和灰白色细、粉砂岩不等厚互层；E₁f₂厚约210 m~350 m，在E₁f₂³可见鲕粒灰岩以及灰质泥岩夹生物灰岩，同时E₁f₂为优质烃源岩的发育层段；E₁f₃厚度一般为260 m~360 m，该层段为深灰色泥岩与灰色泥质粉、细砂岩不等厚互层；E₁f₄厚度一般为100 m~340 m，E₁f₄²主要为深灰色泥岩和深灰色粉砂质泥岩不等厚互层，E₁f₄¹主要为灰黑色泥岩夹薄层灰黑色泥灰岩。

Figure 2. Stratigraphic framework of Funing Formation in Gaoyou Sag

图2. 高邮凹陷阜宁组地层框架图

4. 沉积相研究

4.1. 沉积相类型及特征

通过岩心、测录井等资料的综合分析得出，高邮凹陷E₁f₂主要发育灰黑色泥岩、灰质泥岩夹生物灰岩，局部发育鲕粒灰岩。高邮凹陷在E₁f₂发育湖泊相和近岸水下冲积扇，根据沉积物在湖泊内位置、湖水深度和沉积物特征等地质条件又将湖泊相划分为浅湖、半深湖–深湖亚相，微相类型有混积滩坝、浅湖泥、半深湖–深湖泥。

4.1.1. 湖泊相

1) 浅湖亚相

浅湖亚相分布于高邮凹陷西南部区域，受湖进湖退影响较大，主要发育浅湖泥微相，湖进时湖平面低于砂体堆积区，虽然这个地带是处于水下，但是受到波浪和流体动荡的影响，氧气相对较为充足，水体循环性较好，透光性也很强，因此，滋养了大量的水生生物，发育浅湖滩坝微相 [10]。

i) 滩坝微相：高邮凹陷阜二段主要发育混积滩坝，由于阜二段沉积时期有一次较大规模的湖水侵入，导致水面抬升，水体的深度也因此加大，大量的生物在这个时期开始繁殖，海相生物与陆相生物混生，形成具有有机质丰富特征的海陆过渡相。并且在此影响下，大量的湖相碳酸盐岩与碎屑岩交互沉积 [11]，且在构造作用、寒冷和温暖气候交替条件以及湖平面的升降等因素相互作用下，致使在高邮凹陷中部地区阜二段沉积时期混合沉积非常发育，继而构成了陆源碎屑岩–碳酸盐岩层系，其中分别包括鲕粒灰岩、生物灰岩以及泥质灰岩(图3)。

2) 半深湖–深湖亚相

一般来说，半深湖亚相是浅湖亚相和深湖亚相的过渡地带，且很难区分，因此，将研究区内的半深湖和深湖亚相一起进行综述，不做具体区分。该亚相位于正常浪基面以下水体相对来说较深的部位，波浪等作用已经不能波及到此处区域，水体比较安静，且环境属于缺氧的还原环境 [12]。岩性总体上呈粒度细、颜色深的特征且自然电位曲线一般呈靠近基线的平滑线(图4)。

4.1.2. 近岸水下冲积扇

这是具有争议的近岸水下沉积体，根据目前对岩心的描述和研究，以及测井资料的分析，认为高邮凹陷邵伯地区发育近岸水下冲积扇，研究区内的近岸水下冲积扇包括扇根亚相，扇根亚相位于扇体的顶端，呈喇叭状展布，主要由滑塌堆积物和补给水道组成 [13]，扇根整个沉积环境由携带粗碎屑的洪水所控制 [14]，其沉积物结构成熟度低，泥质含量很高 [5] (图5)。

Figure 3. Lacustrine sedimentary characteristics of E₁f₂ in Well Zhuang 13 in Faizhuang area (1:100)

图3. 庄13井E₁f₂湖泊相沉积特征(1:100)

Figure 4. Lacustrine sedimentary characteristics of E₁f₂ in well Lang X1 (1: 1500)

图4. 廊X1井E₁f₂湖泊相沉积特征(1: 1500)

Figure 5. Sedimentary characteristics of E₁f₂ near shore subaquatic alluvial fan in Well Shao 3, Shaobo area (1:800)

图5. 邵伯地区邵3井E₁f₂近岸水下冲积扇沉积特征(1:800)

4.2. 沉积相展布

4.2.1. 单井剖面相分析

庄2井位于高邮凹陷北斜坡地区，地层发育完整自下而上分别为E₁f₁、E₁f₂、E₁f₃、E₁f₄，本文的研究层段为E₁f₂段，深度范围为1432~1643 m，取心井段范围为1467.32~1642.77 m。沉积相类型为湖泊和三角洲相互交替变化(图6)，在E₁f₂沉积时期，E₁f₂³发育浅湖，纵向上主要为复合韵律，SP曲线呈漏斗形–钟形，上伏齿状，下伏指状、锯齿状。GR曲线与SP曲线形态一致，电阻率曲线表现为电阻上低下高，SP曲线复合韵律及弱氧化环境，观察庄2井在E₁f₂³沉积时期的取心井段可见鲕粒灰岩，灰色生物碎屑灰岩以及高角度交错层理和风暴沉积特征，该亚段发育混积滩坝微相。E₁f₂²、E₁f₂¹发育前三角洲泥和浅湖泥微相。

4.2.2. 连井剖面相分析

连井剖面相研究在平面相展布和沉积演化中起了至关重要的作用，是连接单井相和沉积相的桥梁。根据高邮凹陷典型井分析出的单井剖面相特征，运用在连井剖面相对研究区沉积进行横向的对比分析，从而刻画研究区沉积相展布特征。本次研究根据73口井的岩心观察及1口单井剖面相综合研究，选取了研究区阜二段沉积相种类齐全，亚相特征明显的2条剖面覆盖全区(图7)，其中，垂直物源方向1条(近SW-NE走向)，顺物源方向1条(SE-NW向)。

Figure 6. Bar chart of E₁f₂single well comprehensive analysis in Zhuang 2 Well (1:3000)

图6. 庄2井E₁f₂单井综合分析柱状图(1:3000)

Figure 7. Phase location map of interwell profile in Gaoyou Sag

图7. 高邮凹陷连井剖面相位置图

1) 剖面1：庄X8井–周X62井连井沉积相对比剖面(近W-E向)

该剖面位于高邮凹陷中部，呈近SW-NE走向，该对比剖面跨越码头庄、卸甲庄、肖刘庄地区三个地区，共经过4口井，依次为庄X8井，甲1井，肖X13井和周X62井(图8)。E₁F₂沉积时期，该剖面上可见浅湖、半深湖–深湖亚相两种沉积类型，其中在E₁F₂³沉积时期，甲1井发育混积滩坝微相，且在码头庄和卸甲庄地区之间也发育混积滩坝微相，肖X13井和周X62井发育半深湖–深湖亚相；E₁F₂²和E₁F₂¹沉积时期庄X8井发育浅湖亚相，甲1井、肖X13井和周X62井发育半深湖–深湖亚相。

Figure 8. Relative profile comparison diagram of Fu 2 Member in Zhuang X8 Well and Zhou X62 Well (near W-E direction) (1:2500)

图8. 庄X8井–周X62井阜二段剖面相对比图(近W-E向) (1:2500)

2) 剖面2：马7井–吴岔1井连井沉积相对比剖面(S-N向)

该剖面位于高邮凹陷中部，呈近S-N走向，是顺应苏南隆起物源的典型剖面，该对比剖面跨越马家嘴地区、卸甲庄地区、瓦庄–河口地区、吴岔河地区4个地区，共经过4口井，依次为马7井、甲1井、瓦X4井和吴岔1井(图9)。阜宁组沉积时期，该剖面上可见三湖泊相沉积，湖泊相包括浅湖亚相、半深湖–深湖亚相两种沉积类型。其中，在E₁F₂³沉积时期，马7井和甲1井发育混积滩坝微相，瓦X4井和吴岔1井发育半深湖–深湖亚相。在E₁F₂²和E₁F₂¹沉积时期，马7井发育混积滩坝微相，甲1井、瓦X4井和吴岔1井发育半深湖–深湖亚相。

Figure 9. Profile comparison diagram of Fu 2 Member from Well Ma 7 to Well Wucha 1 (S-N direction) (1:2500)

图9. 马7井–吴岔1井阜二段剖面相对比图(S-N向) (1:2500)

4.2.3. 沉积相平面展布

阜二段沉积时期，研究区西部主要发育前三角洲–浅湖亚相沉积，并发育以碳酸盐岩与陆源碎屑岩混合沉积的条带状混积滩坝。邵伯地区主要发育近岸水下冲积扇，沉积物主要由通扬隆起短距离、高强度地冲入湖盆，形成近岸水下冲积扇朵体。由于不同物源供给距离有限，其他地区没有沉积物冲入湖盆，发育湖泊相(图10)。

Figure 10. Sedimentary facies plan of E₁f₂ in Gaoyou Sag

图10. 高邮凹陷E₁f₂沉积相平面图

1) E₁f₂³亚段沉积相平面展布特征

由沉积相平面图可以看出，在E₁f₂³亚段沉积时期，发育湖泊相，研究区西南部发育浅湖亚相，东北部发育半深湖–深湖亚相，在该沉积时期，物源主要为来自西南部的小部分物源供给，在韦庄地区和码头庄地区发育以碳酸盐岩与陆源碎屑岩混合沉积的混积滩坝(图11)，在临1井、发X8井、甲1井、许21井周围发育小面积混积滩坝，邵伯地区主要发育近岸水下冲积扇。

Figure 11. Sedimentary facies plan of E₁f₂³ in Gaoyou Sag

图11. 高邮凹陷E₁f₂³沉积相平面图

2) E₁f₂²亚段沉积相平面展布特征

由沉积相平面图可以看出，在E₁f₂²亚段沉积时期，发育湖泊相，研究区西南部发育前三角洲–浅湖亚相，东北部发育半深湖–深湖亚相，在该沉积时期，物源供给与E₁f₂³亚段一致，在韦25井、庄5井、发2井及马7井周围发育小面积混积滩坝，邵伯地区主要发育近岸水下冲积扇，沉积物短距离、高强度地冲入湖盆，形成近岸水下冲积扇朵体(图12)。

Figure 12. Sedimentary facies plan of E₁f₂² in Gaoyou Sag

图12. 高邮凹陷E₁f₂²沉积相平面图

3) E₁f₂¹亚段沉积相平面展布特征

由沉积相平面图可以看出，在E₁f₂¹亚段沉积时期，发育湖泊相，研究区西南部发育前三角洲–浅湖亚相，东北部发育半深湖–深湖亚相，在该沉积时期，物源供给与E₁f₂³亚段一致，根据单井剖面以及岩心照片的观察，在庄1井及马7井周围发育小面积混积滩坝，邵伯地区主要发育近岸水下冲积扇，沉积物短距离、高强度地冲入湖盆，形成近岸水下冲积扇朵体(图13)。

Figure 13. Sedimentary facies plan of E₁f₂¹ in Gaoyou Sag

图13. 高邮凹陷E₁f₂¹沉积相平面图

5. 沉积相模式

沉积模式就是删去地方性的局部细节，而保留其最本质纯粹的东西，是对沉积相组合或沉积体系的全面概括，具有广泛的概括性和代表性 [15]。通过对比现代和古沉积环境以及沉积作用，从而建立标准相模式。

本次研究通过对高邮凹陷阜宁组沉积时期的单井剖面、连井剖面沉积相的分析，以及沉积相的平面展布研究所揭示出的沉积特征与沉积相带分布规律，并结合区域地质背景，以现代沉积学基本原理为指导，构建了高邮凹陷阜宁组沉积相模式图(图14)。研究表明，在E₁f₂沉积时期，湖盆不断扩张，形成水体不断加深的正旋回沉积，具有陆源水系不断后缩、陆源碎屑不断减少的欠补偿沉积特点。在该沉积时期，物源供给不足，整体发育湖泊相，物源供给主要来自西南部苏南隆起的小部分供给，以及以通扬隆起为物源供给的邵伯地区的近岸水下冲积扇。在E₁f₂沉积时期，韦庄地区、码头庄地区、临泽地区以及发财庄地区发育浅湖亚相，且在码头庄地区发育大面积的混积滩坝微相，在卸甲庄地区和马家嘴地区发育零星混积滩坝微相，在研究区东北部发育半深湖–深湖亚相。

Figure 14. Sedimentary facies pattern of E₁f₂ in Gaoyou Sag

图14. 高邮凹陷E₁f₂沉积相模式图

6. 结论

本文利用岩心、测录井等地质资料，通过分析单井相、连井相，系统地研究了高邮凹陷E₁f₂³、E₁f₂²、E₁f₂¹三个亚段的沉积相及沉积演化研究，建立了研究区E₁f₂的沉积相模式图，还原了该时期的沉积环境，为下一步研究不同相带的成因砂体模型及隐蔽区带划分提供重要的地质依据。

1) 高邮凹陷在阜二段时期主要为湖泊相，进而可分为浅湖、半深湖–深湖亚相，以及混积滩坝、浅湖泥，半深湖–深湖泥3种微相类型，在邵伯地区发育近岸水下冲积扇，进而分为扇根亚相以及扇根主水道微相。

2) 高邮凹陷在阜二段沉积时期，混积滩坝垂向上表现为退积。在E₁f₂³亚段沉积时期，高邮凹陷在韦庄地区和码头庄地区发育以碳酸盐岩与陆源碎屑岩混合沉积的混积滩坝，在临1井、发X8井、甲1井、许21井周围发育小面积混积滩坝；在E₁f₂²亚段沉积时期，高邮凹陷在韦25井、庄5井、发2井及马7井周围发育小面积混积滩坝；在E₁f₂¹亚段沉积时期，高邮凹陷在庄1井及马7井周围发育小面积混积滩坝。

3) 根据E₁f₂³、E₁f₂²、E₁f₂¹三个亚段的沉积演化过程，删去了地方性的局部细节，对高邮凹陷阜二段沉积体系进行了全面概括，建立了该时期的沉积相模式图。研究表明，在E₁f₂沉积时期，湖盆不断扩张，形成水体不断加深的正旋回沉积，具有陆源水系不断后缩、陆源碎屑不断减少的欠补偿沉积特征。