三水盆地古近系布心組沉積相類型及分布特征研究

陳善斌，甘華軍，夏存銀，劉 斌，張國浩

（1．中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2．中國地質(zhì)大學（武漢）資源學院；3．中國石油南方石油勘探開發(fā)公司）

20世紀 70年代開始三水盆地勘探工作，目前已發(fā)現(xiàn)寶月和竹山崗兩個油氣田，其中布心組是主力含油氣層系。近30多年來，眾多學者對三水盆地古生物[1]、古地磁[2]、沉積物粒度[3]、元素地球化學[4–5]以及火山巖巖石學特征[6–9]等進行過專題研究；而針對盆地沉積特征，張周良[10]研究了第四紀網(wǎng)狀河沉積特征，侯明才等[11–12]研究了白堊紀–古近紀沉積體系特征，認識到三水盆地存在沖積扇、扇三角洲、河流、三角洲和湖泊五大沉積體系。然而，三水盆地主力含油氣層系古近系布心組沉積相類型及其分布特征的研究，至今未見到相關報道。本文通過對研究區(qū)內(nèi)巖心、測井、錄井及地震資料綜合分析，運用沉積學基本原理和方法，深入研究布心組各沉積期沉積相類型及平面展布規(guī)律，為尋找有利勘探區(qū)帶提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

三水盆地位于珠江三角洲的西北部，北起廣東清遠市區(qū)，南至南海九江，西至高要市廣利，東到廣州黃埔港，長約70 km，寬約50 km，面積3 375 km2，為一似菱形狀的白堊紀–古近紀的近海拉張型斷陷盆地[13–16]。三水盆地被夾持于粵中坳陷NE向的恩平–新豐斷裂帶與吳川–四會斷裂帶之間，盆地東北部及西南部邊界則由發(fā)育較晚的NW向的三州–西樵山斷裂和西江斷裂控制[17–18]（圖1）。

圖1 三水盆地構造綱要（據(jù)侯明才等）

研究區(qū)古近系地層由老到新為布心組（E1–2b）、西布組（E2x）和華涌組（E3h），其中布心組是三水盆地烴源巖最發(fā)育層段，也是目前油氣勘探中尋找?guī)r性圈閉最有利的層段[19–20]。布心組自下而上可分為布一段（）、布二段（）和布三段（）3個層段。布一段地層厚70～110 m，巖性以棕褐、紫紅和深灰色含鈣泥巖與暗紫、褐灰色薄層粉砂巖互層為主，局部夾薄層膏鹽，由下至上暗色泥巖有增多的趨勢。布二段地層厚30～360 m，以大套暗色泥巖為主，巖性穩(wěn)定，是地層對比的區(qū)域性標志層，也是主要的烴源巖。布三段地層厚50～495 m，是主要的儲集層，巖性主要為灰、淺灰色鈣質(zhì)粉–細砂巖、中砂巖和含礫粗砂巖，橫向分布不穩(wěn)定，局部夾膏巖。

2 沉積相類型

利用巖心、測井、地震及分析化驗資料[21–22]對布心組沉積相進行研究，可識別出三角洲、扇三角洲和湖泊3種沉積相類型，進一步可劃分為8種亞相和15種微相（表1）。

表1 三水盆地古近系布心組沉積相類型

2.1 三角洲相

三水盆地布三段三角洲最典型，具有完整的“三帶三層”結構；即橫向上具有清晰的三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲，縱向上發(fā)育明顯的底積層、前積層和頂積層。其中三角洲前緣亞相是沉積主體。

（1）三角洲平原亞相。三角洲平原亞相多數(shù)因遭受剝蝕而殘缺不全，主要發(fā)育分流河道和分流河道間兩種微相。分流河道砂體顆粒較細，層理構造以低流態(tài)水動力條件下形成的小型交錯層理最為常見；分流河道間主要由泥巖和粉砂巖組成，見鈣質(zhì)結核和團塊，發(fā)育腹足類化石和植物碎片。

（2）三角洲前緣亞相。三水盆地三角洲前緣亞相形成過程中河、湖水動力能量偏低，砂體發(fā)育規(guī)模較小，主要由水下分流河道和河口壩組成。

布三段發(fā)育的三角洲砂層產(chǎn)狀以薄層為主，單層厚主要為2～3 m，最大約6 m，且橫向連續(xù)性較差；砂巖碎屑顆粒普遍較細，除底部見薄層礫巖外，皆為中–細砂巖；層理構造多為小型波狀層理和水平層理，偶見沖刷面，大型層理幾乎不見；粒度正態(tài)概率累積曲線（圖2a）顯示，以分選較好的跳躍總體為主，且跳躍總體的粒度很細，粒級為1～4 mm，表明其水動力很微弱。河口壩由于受河流和湖泊的相互作用，沉積物分選性明顯變好，巖性主要為粉砂巖，層理構造由水平層理向上變?yōu)樾⌒徒诲e層理。河口壩粒度概率累積曲線為三段型，粒級2～4 mm，懸浮組分斜率接近70°，跳躍組分斜率約52°（圖2b），表明河口壩沉積物粒度細，分選性較好。另外，砂體的韻律有正有反，為水下分流河道與河口壩穿插生長的緣故，也可能因湖水面升降所致。

（3）前三角洲亞相。前三角洲巖性以暗色泥巖為主，偶夾粉砂質(zhì)條帶或薄層砂巖，水平層理發(fā)育，偶見透鏡狀或脈狀層理。

2.2 扇三角洲相

布三段沉積時期，研究區(qū)西側中部區(qū)域發(fā)育的扇三角洲最為典型，具有明顯的“高梯度、高流速、高負載、粗粒屑”的特點。砂體平面形態(tài)似扇形體向湖盆伸展，遠離物源方向碎屑顆粒由粗變細、湖相泥巖夾層由少變多，橫向砂體的穩(wěn)定性差。

研究區(qū)扇三角洲以扇三角洲前緣亞相為沉積主體，局部區(qū)域見殘留扇三角洲平原亞相。其中，扇三角洲前緣識別出水下分流河道、河口壩和水下分流河道間3種微相，以水下分流河道沉積為主。水下分流河道的水動力條件較強，以牽引流沉積為主并伴有濁流甚至碎屑流沉積（圖3）。沉積物以粗粒屑的含礫砂巖、礫巖為主。砂巖層理構造、顆粒結構與辮狀河極為相似，水下分流河道底部發(fā)育沖刷面，沖刷面上見有滯留沉積，向上發(fā)育大型槽狀、楔狀交錯層理、平行層理、板狀和波狀交錯層理，頂部為紋層狀或塊狀泥巖，呈明顯的正韻律。研究區(qū)多發(fā)育不完整的水下分流河道沉積序列，部分缺少上部沉積組合，以多次沖刷疊加為主，為鄰近物源或水下分流河道中心的特征；部分缺少中下部層理構造組合，以各類交錯層理疊置為主，為水下分流河道側緣的特征。

圖2 三角洲前緣砂體正態(tài)概率累積曲線

圖3 扇三角洲前緣砂體正態(tài)概率累積曲線

2.3 湖泊相

湖泊沉積發(fā)育于整個布心組，沉積物顆?？傮w偏細，分布于三角洲、扇三角洲側翼和遠端，根據(jù)巖心觀察、測井資料及錄井資料分析，研究區(qū)可識別出濱淺湖和半深湖兩種亞相。

（1）濱淺湖。濱淺湖沉積是發(fā)育于布心組各時期，主要識別出淺灘席狀砂、灰泥坪、砂泥坪和碳酸巖臺地4種沉積微相。其中，前三種微相主要發(fā)育在地形平緩、湖水活躍、波浪作用相對較強、陸源碎屑供給較為充足、無明顯水系注入的環(huán)境中，巖性主要為鈣質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)細砂巖、粉砂巖，垂向上以細砂巖–粉砂巖–泥巖和粉砂巖–泥巖兩種組合為主，厚度為數(shù)厘米到數(shù)米，均為薄互層狀。砂質(zhì)巖類的成份成熟度較高而結構成熟度偏低，以長石石英砂巖為主，常見微波狀和低角度斜層理。碳酸鹽巖臺地形成主要受氣候、水介質(zhì)條件、物源區(qū)巖性和入湖河流、湖泊水動力等多種因素的制約，分布比較局限，整體表現(xiàn)為單層薄、橫向變化大、面積小，常與暗色泥巖呈互層或夾層、透鏡體產(chǎn)出；巖石類型多變、物源復雜、成分不純，并以盆內(nèi)和近源沉積物為主。碳酸巖臺地雖然規(guī)模較小、單層薄，但其形成過程中的微環(huán)境比海相復雜（圖4），灘壩、灰泥坪、湖灣、生物礁、礫屑灘等相帶分布面積、縱向厚度十分有限，但卻一應俱全，在平面上錯綜復雜，在縱向上互相疊置穿插，特征不典型而界線又難以劃分。同時，碳酸鹽巖除了自身的孔、洞外，受構造運動容易形成裂縫，成為有效的儲集儲層。

（2）半深湖。半深湖環(huán)境發(fā)育于布二段沉積時期，分布范圍局限，僅限于盆地中心偏北的局部區(qū)域。其沉積物顆粒細、顏色深，且有機質(zhì)含量較高，巖石類型以灰色、深灰色泥巖為主，夾有薄層細砂巖和粉砂巖，發(fā)育水平層理及透鏡狀層理。

圖4 三水盆地布心組碳酸巖沉積模式

3 沉積相平面分布特征

布心組沉積時期盆地演化過程可劃分為布一段、布二段、和布三段3個沉積時期。不同階段的沉積特征表現(xiàn)各異，但總體表現(xiàn)出一套完整的“水進–水退”沉積旋回，具有沉積物粒度由粗變細再變粗的特點。

3.1 布一段

布一段沉積時期為初始水進時期，整體表現(xiàn)為向上變細的水進半旋回沉積序列，沉積相以三角洲前緣和濱淺湖亞相為主。晚白堊紀構造運動造成盆地內(nèi)上白堊統(tǒng)大面積遭受剝蝕，盆內(nèi)形成“隆凹相間、西高東低”的古地貌特征；并且該時期屬于干旱環(huán)境，周邊水系不發(fā)育，蒸發(fā)量與補給量大致平衡，湖盆水進緩慢、平靜，為淺水環(huán)境，以盆地為中心匯集了周邊水系，盆地西部物源供給較強，在研究區(qū)As8井區(qū)發(fā)育一定規(guī)模的三角洲前緣亞相，A52井區(qū)發(fā)育規(guī)模較小的濱淺湖淺灘席狀砂沉積（圖5a）。

3.2 布二段

布二段沉積時期，盆地持續(xù)沉降，湖盆水域面積擴大，湖盆邊界大大超過現(xiàn)存邊界。該時期周邊水系雖較前期活躍，但陸源碎屑物補給仍顯不足，碎屑巖集中分布于西北側，與此同時，湖盆內(nèi)出現(xiàn)碳酸鹽巖沉積物。湖盆擴張過程中，保持了前期的區(qū)域地理特征，西側是水系和陸源碎屑的主要注入方向，湖盆水體性質(zhì)和沉積物分配具有“分區(qū)分帶”的特點，即三角洲前緣亞相集中出現(xiàn)在西北側，受水系控制；碳酸鹽巖出現(xiàn)在盆地西側南部或沿盆地邊緣，受湖盆地形控制，主要發(fā)育在高地或封閉水域，是高礦化度水介質(zhì)的產(chǎn)物；砂泥坪主要分布在盆地中南部，受湖盆水系和地形控制（圖5b）。

3.3 布三段

布三段沉積時期湖盆水域開始退縮，湖盆范圍較布二段有明顯縮小，淺湖相只分布在 A30–As20–A34井的狹長地帶內(nèi)，由河流攜帶的陸源碎屑大量進入湖盆，西側物源更加活躍，首先影響了湖盆邊緣，沉積物向湖內(nèi)加積，西側北部區(qū)域發(fā)育三角洲前緣水下分流河道和河口壩微相，西側中部區(qū)域發(fā)育扇三角洲前緣水下分流河道和河口壩微相；東側物源供給較弱，主要發(fā)育濱湖相的砂泥坪沉積，在北部區(qū)域發(fā)育小規(guī)模的三角洲前緣水下分流河道微相；南側無明顯水系注入，主要發(fā)育濱淺湖席狀砂微相（圖5c）。

圖5 三水盆地布心組沉積相平面分布

4 含油氣性分析

10%～15%，滲透率 10×10-3～100×10-3μm2，物性較差，但仍具有一定的儲油能力，是三水盆地下一步勘探的有利目標。

沉積相類型及其分布特征導致了布心組各個層段含油性具有明顯的差異。布一段沉積時期湖盆范圍小，水體較淺，以三角洲前緣亞相為主，但砂體規(guī)模小，砂層厚度小，物性差，僅在西北部As8井區(qū)有儲層物性較好的砂體發(fā)育，試油獲得0.08 t/d的低產(chǎn)油流；布二段沉積時期，湖盆范圍擴大，水體加深，三角洲前緣和扇三角洲前緣亞相較發(fā)育，以三角洲前緣砂體為主，其次為扇三角洲前緣砂體；三角洲前緣以細砂巖、粉砂巖為主，孔隙發(fā)育，孔隙度10%～15%，滲透率 100×10-3～500×10-3μm2，儲油物性優(yōu)于布一段；此外，該期區(qū)內(nèi)還發(fā)育碳酸鹽巖，其構造裂縫也是有效的儲集空間，普遍含油，是區(qū)內(nèi)不容忽視的有利勘探目標。布三段沉積時期是三角洲主要建設期，三角洲前緣和扇三角洲前緣亞相發(fā)育，水體較淺，砂體規(guī)模大，受湖浪及岸流的改造作用后砂泥比高。三角洲前緣以中砂巖、細砂巖為主，分選好，雜基含量低，物性好，孔隙度大于15%，滲透率大于500×10-3μm2，是三水盆地寶月–竹山崗油氣田的主力油層；扇三角洲前緣巖性主要為粗砂巖、中砂巖，分選差–中等，雜基含量高，孔隙度

5 結論

（1）三水盆地布心組主要發(fā)育三角洲、扇三角洲和湖泊3種沉積相類型。平面上，沉積相具有“分區(qū)分帶”的特點，縱向上具有繼承性的特點；這種沉積特征是長期受盆地西側物源供給所致，反映盆地“西高東低”的形態(tài)。

（2）布一段沉積時期為盆地的初始擴張階段，西北側發(fā)育小規(guī)模的三角洲前緣亞相；布二段沉積時期為盆地的深陷階段，半深湖亞相分布范圍達到最大，三角洲前緣和扇三角洲前緣發(fā)育；布三段沉積時期為盆地發(fā)展的萎縮階段，湖泊水體變淺，發(fā)育大規(guī)模的三角洲和扇三角洲，而沉積相展布格局變化不大。

（3）布心組各個層段含油性具有明顯的差異。布三段沉積時期三水盆地西北側發(fā)育的三角洲前緣亞相是石油富集的最有利相帶，西側中部的扇三角洲前緣也具有一定的勘探潛力；此外，布二段時期發(fā)育的碳酸鹽巖構造裂縫儲集體同樣是不容忽視的有利勘探目標。

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