江陵凹陷沙市組蒸發(fā)巖沉積特征研究

尤 英，夏 平，余麗玲 （油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （長江大學(xué)）長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

江漢盆地位于揚(yáng)子地塊中部，受燕山期秦嶺－大別山向西南方向的強(qiáng)烈擠壓逆沖作用、華南地塊（江南－雪峰隆起）向北西方向的對沖碰撞作用，加之黃陵隆起形成阻擋作用，造成江漢盆地復(fù)雜的構(gòu)造格局。江陵凹陷位于江漢盆地西部，是在侏羅紀(jì)末期燕山變形褶皺基底上形成的晚白堊－下第三系的凹陷背景下的斷陷盆地，北以紀(jì)山寺斷層為界，分別與河溶凹陷、荊門凹陷相接；西以問安寺斷層為界，分別與枝江凹陷、宜都鶴峰復(fù)背斜相鄰；南以白堊系剝蝕線為界，與華容隆起相接；東以清水口斷層及龍灣斷層為界，分別與丫角－新溝低凸起及陳沱口凹陷相鄰。江陵凹陷自白堊紀(jì)以來曾發(fā)育過斷陷過程，缺乏平行凹陷長軸的控凹斷層。該凹陷內(nèi)存在萬城斷層等控洼斷層［1］，造成了 “廣盆多洼”的準(zhǔn)坳陷型凹陷的構(gòu)造格局。江陵凹陷沙市組是形成于亞熱帶干旱－半干旱型氣候條件下的淺湖陸源碎屑巖和鹽湖沉積，包括河流、三角洲體系、濱淺湖－半深湖砂、泥質(zhì)沉積和鹽湖沉積等［2］。沙市組沉積期江陵凹陷以沉降為主，早期湖盆閉塞，蒸發(fā)量大，蒸發(fā)巖發(fā)育，在封閉、高鹽度、強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境下，沉積了巨厚的鹽系地層。晚期雨量較充沛，形成一套灰、深灰色的泥巖、泥膏巖及泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖的沉積。

2 巖性特征

沙市組鹽湖沉積主要為一套由碎屑巖、碳酸鹽巖及蒸發(fā)巖組成的內(nèi)陸鹽湖沉積構(gòu)造，其下段為大套白色膏鹽巖、鈣芒硝與棕色、灰色泥巖、砂巖互層夾玄武巖，上段為白色芒膏巖、芒硝巖和棕色、深灰色泥巖、砂巖互層。碳酸鹽巖由灰色白云巖、灰?guī)r及泥灰?guī)r組成。

2.1 碎屑巖

碎屑巖由灰色、深灰色、棕色泥巖和粉、細(xì)砂巖組成，普遍含蒸發(fā)鹽類礦物，常出現(xiàn)含膏泥巖、石膏質(zhì)泥巖、含膏砂巖、含膏粉砂巖、石膏質(zhì)砂巖和石膏質(zhì)粉砂巖等過渡性巖石。此外，還含少量含有白云石、方解石等碳酸鹽類礦物，構(gòu)成含灰砂巖、灰質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂巖、灰質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖等。

2.2 蒸發(fā)巖

蒸發(fā)巖發(fā)育普遍，除含氯化物類石鹽外，還含有種類繁多的硫酸鹽類礦物，如石膏、硬石膏、鈣芒硝、無水芒硝等，常出現(xiàn)鹽巖、含芒硝石膏巖、芒硝巖和含鹽石膏巖等。此外，蒸發(fā)巖常含有陸源碎屑，并有泥膏巖、含泥石膏巖等出現(xiàn)。

2.3 碳酸鹽巖

碳酸鹽巖由灰色白云巖、灰?guī)r及泥灰?guī)r組成，以灰色白云巖和灰?guī)r為主，往往含陸源碎屑，發(fā)育不普遍。

3 韻律特征

3.1 基本含鹽韻律

由單獨(dú)鹽層及其頂?shù)紫鄬Φ瘜铀M成的簡單析鹽周期稱為基本含鹽韻律，其代表1次古氣候、淡水補(bǔ)給量的較小周期性變化或波動。通過江陵凹陷巖性觀察和分析，識別出砂泥巖－鹽巖、泥巖－含石膏鹽巖、泥巖－含芒硝石膏巖、泥巖－含膏泥巖、泥巖－含泥石膏巖、泥巖－含鹽石膏巖、泥巖－石膏質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r－含石膏泥巖及泥巖－石膏層9種類型的基本含鹽韻律。其中，泥巖－含泥石膏巖和泥巖－石膏質(zhì)泥巖的基本韻律較常見，是緩慢咸化蒸發(fā)的鹽韻律類型，泥巖段厚度相對較大。泥灰?guī)r－含石膏泥巖、泥巖－含膏泥巖是更為緩慢咸化蒸發(fā)的鹽韻律類型，表現(xiàn)為水體緩慢蒸發(fā)，鈣質(zhì)達(dá)到飽和濃度后形成碳酸鹽巖沉積，接著硫酸鹽類達(dá)到飽和濃度后形成硫酸鹽類沉積。砂泥巖－鹽巖、泥巖－含芒硝石膏巖、泥巖－含石膏鹽巖、泥巖－含鹽石膏巖、泥巖－石膏層的韻律特點(diǎn)大體相同，均是快速咸化蒸發(fā)的鹽韻律類型，表現(xiàn)為淡水快速強(qiáng)烈蒸發(fā)，水體咸化濃度增大，鹵化物析出后形成鹽巖。上述5種鹽韻律類型的鹽巖層厚度較大，表明成鹽期蒸發(fā)量大，持續(xù)時(shí)間長，淡水注入量少。

3.2 橫向韻律展布

江陵凹陷成鹽模式類似西藏鹽湖典型的深盆淺水成鹽模式［3］。在洼陷較深部位鹵水濃度高，達(dá)到鹵化物析出濃度后鹵化物析出，發(fā)育鹽巖、含膏鹽巖沉積；向湖盆邊緣部位過渡，鹽度較低，硫酸鹽類沉積，發(fā)育石膏巖、芒硝等；在距洼陷中心更遠(yuǎn)的部位形成石膏質(zhì)泥巖、含膏泥巖與泥巖互層沉積；在洼陷的邊緣地區(qū)碳酸鹽類沉積，發(fā)育碎屑巖－碳酸鹽巖的含鹽韻律［4］。按照沉積先后次序從盆地邊緣向中心作同心圓狀排列，即最外圍為碳酸鹽相，然后為硫酸鹽相，中部為氯化物相，形成了 “牛眼式”韻律性分帶。

圖1 鄂深13井－米2井－路13井含鹽韻律對比剖面

沙市組含鹽系以碎屑巖－蒸發(fā)巖剖面類型為主。沙市組含鹽系主要為碎屑巖－碳酸鹽巖－硫酸鹽巖－石鹽巖的成鹽序列，平面上表現(xiàn)為由盆地邊緣至中心依次發(fā)育碳酸鹽巖、石膏巖、芒硝、鹽巖，韻律表現(xiàn)為由碎屑巖－碳酸鹽巖、碎屑巖－含膏泥巖過渡為砂泥巖－石膏質(zhì)泥巖－鹽巖。

根據(jù)多口井的巖心觀察和測、錄井資料，對其韻律特征進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治觯缍跎?3井－米2井－路13井含鹽韻律對比剖面，由洼陷邊緣鄂深13井的泥巖－含膏泥巖韻律，過渡為米2井的泥巖－石膏巖的基本韻律，再到分布洼陷中心的路13井發(fā)育的泥巖－石膏質(zhì)泥巖－鹽巖的基本韻律（見圖1）。同樣，鄂深12井－鄂深20井－鄂深10井－鄂深24井－鄂深5井含鹽韻律對比剖面中，分布于洼陷邊緣的鄂深12井及鄂深5井主要發(fā)育沙泥巖－含膏泥巖，往洼陷中心依次分布的鄂深20井、鄂深10井和鄂深24井分別發(fā)育泥巖－含膏泥巖、泥巖－含膏泥巖及泥巖－石膏巖 （見圖2）。因此，其橫向上韻律主要表現(xiàn)為從洼陷邊緣至中心依次發(fā)育砂巖－碳酸鹽巖、砂巖－含膏泥巖、砂泥巖－石膏質(zhì)泥巖、砂泥巖－石膏巖及砂泥巖－鹽巖。

圖2 鄂深12井－鄂深20井－鄂深10井－鄂深24井－鄂深5井含鹽韻律對比剖面

4 蒸發(fā)巖分布規(guī)律

江陵凹陷鉆探資料表明，下第三系沙市組的膏鹽巖實(shí)鉆厚度變化很大，其原因是由于沙市組沉積時(shí)期氣候干旱，凹陷缺乏盆地周緣物源體系供給，凹陷內(nèi)發(fā)育多條控洼斷層，洼陷彼此分隔、閉塞，形成 “廣盆多洼”的閉流湖盆環(huán)境。江陵凹陷沙市組蒸發(fā)巖等厚圖如圖3所示。從圖3可以看出，蒸發(fā)巖總體分布廣泛，呈西南、東部厚度小而中北部地區(qū)厚度大的趨勢。蒸發(fā)巖主要沉積在萬12井、萬6X井、鄂深24井、江參3井、陵2井、復(fù)2井、虎2井、沙15井、江深2井、路13井等井附近，具多個(gè)中心并呈環(huán)帶分布。中心厚度變化大，其中陵2井、沙15井附近沉積厚度大，復(fù)2井、虎2井、江深2井和路13井等厚度相對減薄。

該研究區(qū)鹽巖主要分布在萬12井、萬6X井、陵2井、虎2井、沙15井、路13井以及鄂深24井附近，其中虎2井、沙15井和陵2井周圍鹽巖分布范圍相對較大，萬12井、萬6X井和路13井附近鹽巖分布相對局限。根據(jù)蒸發(fā)巖分布規(guī)律分析，認(rèn)為鹽巖發(fā)育區(qū)與蒸發(fā)巖分布中心大致相同。

圖3 江陵凹陷沙市組蒸發(fā)巖等厚圖

5 結(jié) 論

1）江陵凹陷在干濕頻繁交替的古氣候條件下，在高鹽度、強(qiáng)蒸發(fā)、還原－強(qiáng)還原水體中，由北部單向碎屑物源及凹陷周緣鹽源補(bǔ)給形成的鹽系地層沉積，為一套由碎屑巖、碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖組成的內(nèi)陸鹽湖沉積構(gòu)造，鹽韻律異常發(fā)育，由9種基本含鹽鹽韻律組成鹽系地層。

2）江陵凹陷內(nèi)蒸發(fā)巖橫向上呈韻律性展布特征，鹽巖主要位于洼陷中心。蒸發(fā)巖分布廣泛，呈多個(gè)中心環(huán)帶分布。鹽巖發(fā)育于多個(gè)中心并與蒸發(fā)巖分布中心大致相同，表明沙市組沉積期具有多個(gè)成鹽中心。

［1］王錦喜，劉瓊，張樹林 .江漢盆地西南緣主干斷層活動性分析 ［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2005，7（3）：6－11.

［2］劉麗軍，肖建新，林暢松，等 .江漢盆地江陵凹陷沙市組層序地層與沉積體系分析 ［J］.石油勘探與開發(fā)，2003，30（2）：27－29.

［3］鄭喜玉 .西藏鹽湖 ［M］.北京：科學(xué)出版社，1988.

［4］趙海濤，陳波，劉艷 .江漢盆地沙市組蒸發(fā)巖沉積充填與成藏特征 ［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2010，32（2）：25－30.