长江三角洲河口地区晚第四纪下切河谷层序特征与生物气成藏有利地质条件研究

日期:2019.12.24 阅读数:15

【类型】期刊

【作者】徐振宇,方朝刚,殷启春,滕龙(中国地质调查局南京地质调查中心)

【作者单位】中国地质调查局南京地质调查中心

【刊名】科学技术与工程

【关键词】 生物气;沉积组合;海侵旋回;海退旋回;最大海泛面

【资助项】中国地质调查局调查工作项目

【ISSN号】1671-1815

【页码】P34-45

【年份】2019

【期号】第24期

【期刊卷】1;|7

【摘要】依据对江苏省启东市和海门市钻孔地层岩心沉积特征的研究,结合两个钻孔83个有机碳含量样品、28个渗透率样品的测试值和钻孔周边18个静力触探孔试气效果统计,讨论了晚第四纪以来长江三角洲河口地区的层序地层特征及生物气的勘探前景。研究表明,晚第四纪以来长江三角洲河口地区LG海侵旋回只保留了底部的河流相沉积,PG海侵旋回自下而上依次发育河流相、浅海相、三角洲相和河流相、强潮河口湾相两套不同的沉积组合。亚间冰期(LG)海侵旋回只保留了底部侵蚀面,冰后期(PG)海侵旋回发育一套完整的海侵-海退旋回,底部侵蚀面为该层序的底界面,最大海泛面则发育在浅海相中沉积物最细、海相性最强的淤泥质黏土层中。研究区生物气的生储盖条件优越、试气效果好,为后期的生物气勘探与开发提供了优越的条件。

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长江三角洲河口地区晚第四纪下切河谷层序特征与生物气成藏有利地质条件研究

长江三角洲河口地区晚第四纪下切河谷层序特征与生物气成藏有利地质条件研究

徐振宇 方朝刚* 殷启春 滕 龙

(中国地质调查局南京地质调查中心,南京210016)

摘 要 依据对江苏省启东市和海门市钻孔地层岩心沉积特征的研究,结合两个钻孔83个有机碳含量样品、28个渗透率样品的测试值和钻孔周边18个静力触探孔试气效果统计,讨论了晚第四纪以来长江三角洲河口地区的层序地层特征及生物气的勘探前景。研究表明,晚第四纪以来长江三角洲河口地区LG海侵旋回只保留了底部的河流相沉积,PG海侵旋回自下而上依次发育河流相、浅海相、三角洲相和河流相、强潮河口湾相两套不同的沉积组合。亚间冰期(LG)海侵旋回只保留了底部侵蚀面,冰后期(PG)海侵旋回发育一套完整的海侵-海退旋回,底部侵蚀面为该层序的底界面,最大海泛面则发育在浅海相中沉积物最细、海相性最强的淤泥质黏土层中。研究区生物气的生储盖条件优越、试气效果好,为后期的生物气勘探与开发提供了优越的条件。

关键词 生物气 沉积组合 海侵旋回 海退旋回 最大海泛面

近30年来对下切河谷层序地层的研究越来越重视[1—5],下切河谷充填层序因其往往具有丰富的油气资源,成为油气勘探过程中重要的目标层[6];同时它还蕴藏着丰富的沉积环境和地质事件信息。长江三角洲河口地区发育的下切河谷由于其下切的深度深、规模大,历来受到人们的关注[7—12]。前人研究了从亚间冰期开始到末次盛冰期结束长江下切河谷的充填过程以及其对应的沉积环境特征[13—21]。但对下切河谷的内部结构、层序特征与浅层生物气藏的关系并未开展系统研究,这也是长江三角洲地区几经勘探未取得生物气突破的原因。

1 地质背景

长江三角洲地区是一片广阔的冲积平原,趋势西高东低,面积5.2×104 km2,该区域可以划分为三角洲主体和南北两翼。所述的长江晚第四纪河口地层,是指末次亚间冰期海侵旋回(LG)和冰后期海侵旋回(PG),亦即五六万年来的记录。前者相当于氧同位素第2期的大部和第3期即末次盛冰期和末次亚间冰期,时间上是距今五六万年到15 000年的时期;后者相当于氧同位素第1期和第2期的末期即冰后期和末次冰消期,大约15 000年以来的时期[7,10,12]。LG 海侵旋回地层由于受到上覆 PG 海侵旋回底部河道的下切作用,保存不全,仅仅保留底部的河道沉积物。到了末次间冰期,长江的下切河谷经历了3个阶段:早期海侵与下切河谷充填阶段、晚期海侵与河口湾发育阶段和河口湾充填及三角洲发育阶段。早期海侵与下切河谷充填阶段的主要特征是回水和溯源堆积作用导致的下切河谷充填,早期海侵结束于9 000~10 000年前;晚期海侵与河口湾发育阶段,海水漫出古河谷,形成早期河口湾,至7 000~7 500年,河口湾移至现今三角洲顶部,海侵达到最大范围,形成镇江、扬州一带为顶的巨大河口湾;随着海平面上升速率减慢,河口沉积速率超过海平面上升速度,就进入了河口湾充填和三角洲发育阶段[7—10,12]

以沉积学和层序地层学理论为指导,利用粒度分析、沉积构造和静力触探等方法,在对江苏启东NTZK01钻孔和海门NTZK02钻孔地层沉积特征研究的基础上,结合收集到的LP12钻孔、Lp5钻孔和Bg16钻孔资料,讨论长江三角洲河口地区晚第四纪以来下切河谷的形成与演化,对充填的内部沉积相类型与层序界面进行重点剖析,在此基础上探讨和总结长江三角洲河口地区浅层生物气成藏地质条件,为后期的勘探起到一个很好的指导作用。

图1 研究区位置及钻孔和静力触探孔分布图
Fig.1 Researched regional location and distribution map

2 典型钻孔沉积特征

2.1 启东NTZK01孔地层特征与环境解释

NTZK01孔(图2)位于江苏省启东市北新镇民新村,钻孔深度112 m,获得无扰动岩心97.5 m,岩心采取率87%,除中下部砂砾石层取芯率较低外,其余基本连续。

该孔分为19层,自下而上依次如下。

1)110~112 m:灰色、灰绿色粉细砂,岩心松散,含白云母碎片等片状矿物,具水平纹理。与下伏地层接触不明,推测为河床沉积。

2)106.75~110 m:灰色-灰黄色含砾粗砂夹粉细砂。砾石含量达到25%,成分不一,呈次磨圆-次棱角状,分选差,直径在1~5 cm。该层可见两套砂砾石相对较富集的层位[图3(a)],发育冲刷面构造。与下伏地层呈突变接触关系,推断本层为河床沉积。

3)88~106.75 m:灰绿色、青灰色粉细砂与灰色中细砂为主。发育透镜状层理、单斜纹理、脉状层理、槽状交错层理。在94.4~94.6 m处,发育20 cm宽的姜结石层[图3(b)]。与下伏地层呈渐变接触关系,推测本层以河床沉积。

4)86.7~88 m:灰色、青灰色含砾粗砂。砾石含量约占5%,直径2~5 mm不等,次圆状或扁平状,分布不均匀。与下伏地层呈突变接触关系,推测本层为河床沉积。

5)83.4~86.7 m:灰-灰褐色黏土夹粉细砂薄层,富含有机质,具轻微臭味。发育水平层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测本层为河漫滩沉积。

6)74.6~83.4 m:灰-灰白色含砾中粗砂[图3(d)]夹灰-灰黄色细砂,砾石含量约占15% ~20%,砾径为0.5~5 mm,次圆状,分选较好,具冲刷面构造[图3(c)]。与下伏地层呈突变接触关系,推测该层为河床沉积。

7)72.1~74.6 m:灰黄-灰白色粉细砂。自上而下为为三段:上段72.1~73m,灰黄色粉细砂与灰色黏土互层,具水平层理,韵律层理[图3(e)]。中段73~73.9 m,灰黄-灰白色粉细砂,炭屑呈层状和透镜状分布,含有少量的生物屑。下段73.9~74.6 m,灰黑色粉砂质黏土,粉砂含量约占20% ~30%。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

8)70.4~72.1 m:灰白-青灰色含砾中细砂夹青灰色粉砂,砾石含量约占5%,粒径约2 mm,次圆状,分选较好。发育冲刷面构造、平行层理。炭屑呈层状和透镜状分布,含生物屑碎片。青灰色粉砂夹层,见水平纹理。与下伏地层呈突变接触关系,推测该层为河床沉积。

9)68.9~70.4 m:青灰色黏土与灰白-青灰色粉细砂为主。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

10)68.1~68.9 m:灰黄色、青灰色含砾中粗砂,砾石含量占5% ~10%,大小一般为2~5 mm,次圆状,分选一般。与下伏地层呈突变接触关系,推测该层为河床沉积。

11)65~68.1 m:深灰色黏土夹灰白色粉细砂薄层。深灰色黏土,富含有机质,具轻微臭味。灰白色粉细砂夹层,含少量的生物壳碎屑,顶部含炭屑斑块,发育水平层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

12)64~65 m:深灰-灰黑色含泥砾含黏土细-粉砂,具水平层理。该层含有5%的泥砾,不规则状,分布不均匀,上部较多,多为扁平状,有搬运磨圆现象。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

图2 启东地区NTZK01孔综合柱状图
Fig.2 Synthesis Column Map of NTZK01 drilling core located in Qidong

13)58.8~64 m:深灰色黏土夹含黏土粉砂,局部夹粉细砂与黏土互层。深灰色黏土,富含有机质,具轻微臭味,发育水平纹理。深灰色含黏土粉砂具水平层理,底部有铁锰小结核。粉细砂与黏土互层状分布,具有水平层理和波状层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

14)58~58.8 m:青灰色含泥砾细砂,黏土含量<10%,含少量生物碎屑,可见泥砾,分布不均且大小不一,一般在0.5~2 cm。与下伏地层呈突变接触关系,推测该层为河漫滩-河口湾沉积。

图3 NTZK01孔和NTZK01孔地层主要岩心照片
Fig.3 Main core photos at depth in Hole NTZK01 and Hole NTZK02

15)38~58 m:灰色黏土夹青灰色粉砂薄层。粉砂薄层单层厚度1~5 mm,局部达到1 cm左右,发育水平层理[图3(g)]、脉状层理、波状层理和透镜状层理[图3(f)],富含有机质。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩-河口湾沉积。

16)19.4~38 m:深灰色淤泥质黏土夹粉砂,富含有机质,轻微臭味,具透镜状层理、脉状层理与波状层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为浪基面之下的浅海沉积。

17)4~19.4 m:黄绿色含黏土粉砂夹黏土。浅黄绿色含黏土粉砂,夹细砂透镜体,发育包卷层理、水平层理、波状砂纹层理、韵律层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为三角洲前缘的河口坝沉积。

18)2~4 m:青灰色含黏土粉砂,具水平纹理,间夹黄褐色黏土,局部地区具有铁锰侵染现象,含少量生物壳碎屑,黏土夹层宽1 cm左右。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为受潮汐影响的三角洲平原沉积。

19)0.5~2 m:棕黄色含粉砂黏土。具水平纹理,含有少量的铁锰结核,大小为1×1 cm左右,不均匀分布,粉砂含量5% ~10%。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为受潮汐影响的三角洲平原沉积。

2.2 海门NTZK02孔地层特征与环境解释

海门NTZK02孔(图4)位于江苏省海门市,钻孔深度128 m,获得无扰动岩心111 m,岩心采取率87%,除下部砂砾石层取芯率较低且原始沉积构造遭到扰动外,其余基本连续。

该孔分为19层,自下而上依次为:

1)117~128 m:灰色、青灰色、灰绿色中细砂夹青灰色粉砂,发育水平层理和单斜层理。与下伏地层接触关系不明,推测该层为河床沉积。

2)104.8~117 m:灰色、灰黄色砂砾层夹灰色、青灰色含砾细砂,底部发育底冲刷构造。与下伏地层呈突变接触关系,推测该层为河床沉积。

3)103.8~104.8 m:灰色、青灰色含砾细砂岩,底部见灰黑色木屑层,发育平行层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河床沉积。

4)88.2~103.8 m:灰色、青灰色细砂和粉细砂,发育水平层理、低角度单斜层理。与下伏地层是渐变接触关系,推测该层为河床沉积。

5)81.4~88.2 m:灰色、灰黑色黏土,富含有机质[图3(h)]。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

6)80.0~81.4 m:灰色、青灰色细砂,发育水平层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

7)67.5~80.0 m:灰色、灰黄色含砾中粗砂[图3(i)]夹灰色、青灰色细砂,底部见冲刷面构造,具槽状交错层理、平行层理,岩心整体较破碎。砾石含量占15% ~20%,大小为2~15 mm,次圆状,分选一般,砾石成分主要为石英岩、石英砂岩。与下伏地层呈突变接触关系,推测该层为河床沉积。

8)62.8~67.5 m:上部以发育灰色、灰绿色粉细砂为主;下部以发育灰色、青灰色粉砂为主。在63.3~65.4 m处发育宽10 mm左右的炭屑夹层,具水平层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河床沉积。

9)51.0~62.8 m,灰色-灰褐色含粉砂黏土[图3(j)]与粉砂互层,具水平层理、韵律层理、小型槽状交错层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩沉积。

10)46.2~51.0 m,灰色、灰白色含砾粗砂夹深灰色黏土薄层,黏土单层厚5~10 mm,具水平层理、平行层理、韵律层理[图3(l)]、槽状交错层理,层间和底部见冲刷面构造[图3(k)]。岩心整体较破碎,砾石含量占5% ~10%,大小一般为2~5 mm,次圆状,分选一般。与下伏地层呈突变接触关系,推测该层为汊道河床沉积。

11)40.8~46.2 m,灰色、灰白色细砂夹深灰色黏土薄层,具水平层理、透镜状层理。黏土薄层单层厚1~15 mm,局部地区有轻微的铁锰侵染,见0.1 cm大小的铁锰小结核。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩-河口湾沉积。

12)36.6~40.8 m,深灰色黏土夹灰色粉砂、细砂,具水平层理、透镜状层理、平行层理、韵律层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为河漫滩-河口湾沉积。

13)28.8~36.6 m,深灰色淤泥质黏土夹灰色粉砂、细砂,具水平层理、透镜状层理、平行层理、韵律层理。在30.55~30.75 m和31.8~32 m处发育生物屑细砂。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为近岸浅海沉积。

14)27~28.8 m,深灰色淤泥质黏土[图3(m)],富含有机质,具轻微臭味,发育水平层理。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为近岸浅海沉积。

15)22.9~27 m,深灰色淤泥质黏土[图3(o)]夹灰白色粉细砂,具水平层理、透镜状层理、韵律层理。底部26.7~27.0 m发育生物屑细砂[图3(n)],生物屑含量高。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为近岸浅海沉积。

16)20.4~22.9 m,上部灰褐色黏土为主,下部青灰色粉细砂为主。具水平层理、透镜状层理、平行层理,含少量的生物碎屑。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为近岸浅海沉积。

17)3.0~22.9 m,灰色-青灰色粉砂夹灰色-灰褐色黏土,具水平层理、透镜状层理、单斜层理,发育10 mm左右宽的炭屑夹层。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为三角洲前缘河口坝沉积。

18)0.3~3 m:灰色含粉砂黏土,具水平层理。局部地区有轻微的铁锰侵染,见0.1 cm大小的铁锰小结核。与下伏地层呈渐变接触关系,推测该层为受潮汐影响的三角洲平原沉积。

图4 启东地区NTZK01孔地层主要岩心照片
Fig.4 Main core photos at depth in Hole NTZK01 in Qidong Area

3 下切河谷相序特征

3.1 下切河谷沉积相描述

通过选取长江三角洲河口地区晚第四纪下切河谷区5口钻孔的岩性资料,进行岩性对比,结合前人在该区域的研究(图5),可将该区域晚第四纪以来沉积相带划分为河流相、近岸浅海相、三角洲相和强潮河口湾相。

图5 晚第四纪以来长江三角洲下切河谷区不同位置地层结构对比(图例同图2,剖面位置见图1)
Fig.5 The comparison of different stratum structure in the Changjiang delta estuary incised-valley since the Late Quaternary(Legend is the same with fig.2,section position is shown in fig.1)

3.1.1 河床相

河床相底部主要是由含砾中粗砂和粗砂构成,发育底冲刷构造,砾石通常为次圆状或次棱角状,成分主要是石英岩或石英砂岩。中上部沉积物变细,主要是由中细砂和细砂组成,可见平行层理、单斜层理和交错层理。通常情况下河床内部沉积组合是由若干个向上变细的沉积序列叠置而成。河床相在整个长江三角洲下切河谷地区都有发育。

3.1.2 河漫滩-河口湾相

河漫滩-河口湾相主要有灰色-青灰色粉细砂和灰色-灰褐色黏土构成,含植物碎屑、植物根系,薄层的炭屑,夹砂质透镜体和富含有机质的黏土沉积物。该相带含少量有孔虫等海相生物化石,发育水平层理、脉状层理、波状层理和透镜状层理。该类沉积物有潮汐作用影响留下的痕迹。主要发育在河流的中下游。

3.1.3 浅海相

浅海相沉积物主要由深灰色淤泥质黏土夹粉细砂构成。富含有机质,发育水平层理和透镜状层理,除局部粉细砂夹层厚度达10~30 cm,多数情况下是厚度几十厘米的泥质沉积物夹1~2 mm厚的砂质纹层。粉细砂夹层富含生物屑,可见垂相虫孔,虫孔中充填砂质沉积物,主要发育在河流的中下游。

3.1.4 三角洲相

三角洲相沉积物主要是由粉砂、黏土、含粉砂黏土和含黏土粉砂构成。发育水平层理、透镜状层理、平行层理和波状层理。与下伏的近岸浅海相泥质沉积物构成一个向上变粗的沉积序列,富含河口相有孔虫且保存较好。主要发育在长江下切河谷的中下游,此时古长江由强潮沉积转变为中潮沉积。

3.1.5 强潮河口湾相

强潮河口湾相主要由分选极好的粉砂构成,局部夹黏土纹层,发育脉状层理,粉砂内部层理不太发育。底部具有明显的侵蚀面,埋深厚度达到50 m,砂质沉积物一直延伸到顶部。主要发育在长江下切河谷的上游,Lp12井正好处于强潮口,由较纯净的粉细砂构成,直接与底部的河床相沉积相连。

3.2 主要界面与层序结构

层序界面是确定沉积层序的主要依据,也是划分沉积体系域重要的标志。我们选取的连井剖面(图5)正位于下切河谷区,下切河谷的底部侵蚀面是河流基准面下降到最低点而形成的,该侵蚀面是识别下切河谷的重要依据。最大海泛面(MFS)是海侵达到最大范围的沉积面,在河口地区取决于多种因素,包括底部坡度、河流泥沙来量、海平面上升速率等等[10]

3.2.1 亚间冰期(LG)海侵旋回的底部侵蚀面和层序界面

图5中5个钻孔都位于下切河谷区,Lp12钻孔、Lp5钻孔、Bg16钻孔和NTZK02孔底部发育的大套砂砾石沉积是亚间冰期(LG)海侵旋回的侵蚀面和层序界面。而位于图中最东边的NTZK01钻孔在112 m处砾石层并未十分发育,还未到达LG海侵旋回的底部,表明亚间冰期(LG)海侵旋回期间古长江河道在自西向东下切深度加深,与河流回春作用息息相关。NTZK01钻孔和NTZK02钻孔在LG海侵旋回的顶部发育黏土沉积,为LG海侵旋回发育的河漫滩沉积。而位于下切河谷中上游的Lp12钻孔、Lp5钻孔和Bg16钻孔,LG海侵旋回是由细砂沉积和砂砾石沉积组成,由多期河床叠置而成河流相沉积,顶部的河漫滩黏土层被PG海侵旋回的底部河床沉积侵蚀。5个钻孔的LG海侵旋回的最大海泛面附近沉积的泥质细粒沉积物都未能保留下来,表明长江河口地区亚间冰期(LG)海侵旋回只保留下来不完整的海侵旋回。

3.2.2 冰后期(PG)海侵旋回的底部侵蚀面和层序界面

冰后期(PG)海侵旋回是发育于亚间冰期(LG)海侵旋回之上的有一套沉积旋回,距今约15 000年左右。古河谷的底部侵蚀面和河流间地的古土壤层就构成了区域不整合面,冰后期(PG)海侵旋回就是在该不整合面上沉积的。图5中5个钻孔PG海侵旋回的底部都发育大套灰色-灰黄色含砾中粗砂粗粒沉积,为该旋回的底部侵蚀面。该侵蚀面之上Lp5钻孔、Bg16钻孔、NTZK01钻孔和NTZK02钻孔自下而上依次发育河流相,近岸浅海相和三角洲相。而Lp12钻孔由于位于PG海侵旋回的强潮口位置,后期沉积与河床相之上的细粒沉积物都被侵蚀殆尽,自下而上发育河流相和强潮河口湾相。

最大海泛面的确定,依据实际情况并遵循以下原则,即:最大海泛面位于冰后期(PG)海侵旋回的下切河谷层序中的海相性程度最高的细粒沉积层中。全新世长江三角洲海侵达到最大范围时约在7 Ka BP[7,12]。依据该原则,Lp5 钻孔、Bg16 钻孔、NTZK01钻孔和NTZK02钻孔的最大海泛面位于埋深30~40 m之间深灰色淤泥质黏土层的中间(图4),该层不含粉砂夹层,且颜色最深,出现大量的海相微体古生物。位于最大海泛面之上是海退旋回,之下为海侵旋回。Lp12钻孔较特殊,细粒沉积物被冲刷,所以我们将最大海泛面对应到强潮河口湾沉积底部的沉积间断面上,位于该侵蚀面之上发育海退旋回,之下发育海侵旋回。

4 成藏条件

4.1 生气条件

丰富有机质来源是生物气大量形成的物质基础。以启东NTZK01孔和海门NTZK02孔TOC采样测试结果为例:浅海相的灰黑色淤泥质黏土层,该层的海相有孔虫富集,相对位置较深,是一个还原沉积环境,残留有机质高,全区分布广且稳定,形成于晚期海侵结束阶段,厚度15~20 m左右。NTZK01孔有机碳含量0.19~0.52,平均0.34;NTZK02孔有机碳含量0.14~0.56,平均0.33(表1)。两个孔的淤泥质黏土层的平均TOC值相当,表明当时处在一个比较接近的的还原浅海环境。受海侵影响的河漫滩-河口湾相黏土层,该层海相有孔虫的数量随着海平面的上升增加,形成于晚期海侵的开始阶段,沉积速率快,利于有机质的堆积,残留累计厚度达20 m左右。NTZK01孔有机碳含量0.19~0.65,平均0.46;NTZK02孔有机碳含量0.20~0.57,平均0.34(表1)。黏土层NTZK01孔平均TOC值大于NTZK02孔平均TOC值,表明NTZK01孔受海侵影响较早,有机质丰度较高,快速海侵使有机质迅速埋藏下来。通过对比浅海相和河漫滩-河口湾相的细粒沉积物,我们不难发现河漫滩-河口湾相的平均有机质丰度高于浅海相的有机质丰度,这可能由烃源岩的类型、还原环境、有机质的供给和埋藏等各方面原因造成。

表1 NTZK01孔和NTZK02孔全新统不同沉积环境的泥质沉积物有机质丰度
Table 1 Argillaceous sediment organic matter abundances of holocene different sedimentary environments of NTZK01 drilling and NTZK02 drilling

钻孔名称 埋深/m 岩性 沉积环境 有机碳/%最大值 最小值 平均值(样品数)NTZK01 20.00~38.00 灰色-灰黑色淤泥质黏土 近岸浅海 0.52 0.19 0.34(7)38.00~83.00 灰色-灰黑色黏土 河漫滩 0.65 0.19 0.46(38)NTZK02 15.00~36.00 灰色-灰黑色淤泥质黏土 近岸浅海 0.56 0.:14 0.33(17)36.00~90.00 灰色-灰黑色黏土 河漫滩 0.57 0.20 0.34(19)

4.2 储气条件

根据启东和海门2个气藏区的静力触探试气效果,结合钻孔资料、渗透率测试结果(表2)和静力触探的岩性解释结果,笔者分别对2个气藏区进行了综合剖析(图6,图7),储层自下而上具有4套:

1)河床相底部的含砾中粗砂层,底水活跃,驱赶着油气向河床顶部中细砂运移,埋深在65~80 m之间。渗透率统计(表2)显示基本都大于200 mD,说明中粗砂连通性好。启东北新镇气藏的静力触探试气效果优越,70 m左右孔孔见气,表明上覆黏土层的生气和封盖条件优越,生成的气量较大,运移至河漫滩砂体成藏后多余的生物气体继续向下搬运,到达河床聚集成藏。海门南海路气藏的静力触探试气效果显示河床的含砾中粗砂层的含气性一般,可能与上覆的黏土层较薄,生烃能力和封盖能力变差有关。

2)河口湾-浅海相的细-粉砂层,分选较好,埋深在40~65 m,渗透率统计显示细-粉砂基本都大于100 mD,表明砂体的连通性优越。启东北新镇气藏在47~65 m之间发育一系列透镜状细-粉砂层相互叠置(图6),试气效果好、气感强烈、气量足,该处砂体正好位于浅海相淤泥质黏土层和河漫滩-河口湾相黏土层下方,生盖条件特别好且运移距离短,粉细砂本身储集性能优越,砂体展布形态无论在南北向还是东西相都发育较稳定。海门南海路气藏的南北向只有 CTHM00孔发育几套的砂体(图7),CTHM11孔和CTHM12孔从静力曲线表现出沙泥互层频繁的特征,3个孔之间的砂体连续性较差(图7)。试气效果来看只有CTHM00孔试气效果强烈,CTHM11孔和CTHM11孔的试气效果都比较弱。海门南海路气藏缺失与上部浅海相相连的河漫滩-河口湾的黏土层,整体的生盖条件变差。

表2 NTZK01孔和NTZK02孔不同沉积环境下的岩心渗透率
Table 2 Core permeabilities of different sedimentary environments of NTZK01 drilling and NTZK02 drilling

序号 样品编号 采样深度/m 渗透率/mD 岩性 序号 样品编号 采样深度/m 渗透率/mD 岩性1 NTZK01-K1 34.80~35.00 0.045 0 淤泥质黏土 15 NTZK02-K1 14.80~15.00 32.230 5粉砂2 NTZK01-K2 46.80~47.00 0.082 4 含粉砂黏土 16 NTZK02-K2 19.80~20.00 14.918 5含黏土粉砂3 NTZK01-K3 50.80~51.00 0.204 7 黏土 17 NTZK02-K3 21.50~21.70 0.764 0淤泥质黏土4 NTZK01-K4 53.80~54.00 0.234 1 含黏土粉砂 18 NTZK02-K4 31.80~32.00 77.318 2 粉-细砂5 NTZK01-K5 63.00~63.20 211.540 3 粉砂 19 NTZK02-K5 37.10~37.30 3 462.943 9 细-中砂6 NTZK01-K6 63.20~63.40 0.045 3 黏土 20 NTZK02-K6 40.45~40.65 776.879 2 中-粗砂7 NTZK01-K7 64.35~64.55 122.876 5 细-粉砂 21 NTZK02-K7 47.10~47.30 352.714 5 中-粗砂8 NTZK01-K8 69.05~69.25 0.484 0 含黏土粉砂 22 NTZK02-K8 49.10~49.30 93.077 7 中-粗砂9 NTZK01-K9 71.10~71.30 279.660 2 粉-细砂 23 NTZK02-K9 54.25~54.45 1 117.715 4中砂10 NTZK01-K10 77.20~77.40 263.401 0 含砾中粗砂 24 NTZK02-K10 64.00~64.20 22 656.302 0 细-中砂11 NTZK01-K11 79.00~79.20 66.985 6 含砾中粗砂 25 NTZK02-K11 67.80~68.00 1 595.382 0 中-粗砂12 NTZK01-K12 82.10~82.30 652.449 1 含砾中粗砂 26 NTZK02-K12 68.30~68.50 3 910.944 8粗砂13 NTZK01-K13 89.80~90.00 0.522 8 黏土 27 NTZK02-K13 73.80~74.00 10 018.123 1 中-粗砂14 NTZK01-K14 90.20~90.40 15 037.028 6 细-中砂 28 NTZK02-K14 90.00~90.20 170.515 3细砂

图6 启东北新镇生物气藏南北向静力触探解释图(剖面位置见图1)
Fig.6 SN trending cone penetration test interpretation map of the biogas reservoir in BeixinTown of Qidong(Section position is shown in fig.1)

3)浅海相的砂、粉砂透镜体,它们多夹层形式出现,含气的饱和度很高,埋深20~45 m,盖层条件良好,呈现一个自生自储的状态,但是砂体的横向与纵向连续性都较差,难以形成较大的气藏。从2个静力触探解释图中可以看出砂体的厚度薄,展布不连续,从试气效果来观察透镜状砂体的气感强烈但是持续时间短,气量不足。

4)三角洲相的粉砂、粉细砂以及含黏土粉砂,厚度大、埋深浅、储集性能好,但盖层条件差,含气饱和度低,很难使生物气达到一个富集的状态。从试气效果可以看出5~20 m的河口坝砂体中含有生物气,但是气感较弱。

4.3 盖层条件

受海侵影响的河漫滩黏土层和浅海相的淤泥质黏土层是良好的盖层,尤其是浅海相的软塑-可塑性淤泥质黏土最佳。由表2可以看出黏土和淤泥质黏土的渗透率都小于1 mD,其中淤泥质黏土渗透率最低,样品 NTZK01-K1为0.045 0 mD,样品 NTZK02-K3为为0.746 0 mD,表明黏土层连通性差,封堵作用好。启东北新镇气藏(图6)显示盖层累计厚度达30 m左右,能对下部的生物气储集形成一个很好的封堵作用;而海门南海路气藏(图7)的河漫滩黏土层发育薄,淤泥质黏土层为主要盖层,累计厚度20 m左右,封存条件较启东地区差。

5 结论

1)晚第四纪以来长江三角洲下切河谷LG海侵旋回只保留了河流相沉积,上覆的浅海相和三角洲相沉积遭到侵蚀,而PG海侵旋回下切河谷区自下而上依次发育河流相、浅海相、三角洲相和河流相、强潮河口湾相两套不同的沉积组合。

2)亚间冰期(LG)海侵旋回只保留了底部侵蚀面,上部的最大海泛面被顶部的PG海侵旋回的河床沉积侵蚀,只保留下来部分海侵旋回。冰后期(PG)海侵旋回发育一套完整的海侵-海退旋回,底部侵蚀面为该层序的底界面,最大海泛面则发育在浅海相中沉积物最细、海相性最强的淤泥质黏土层。最大海泛面之下为海侵旋回,之上为海退旋回。

图7 海门南海路生物气藏南北向静力触探解释图(剖面位置见图1)
Fig.7 SN trending cone penetration test interpretation map of the biogas reservoir in Haimen Nanhai Road(Section position is shown in fig 1)

3)浅层生物气主要储存于PG海侵旋回的砂体中,浅海相深灰-灰黑色淤泥质黏土层和河漫滩-河口湾相黏土层是优质的烃源岩,河床相顶部及漫滩相连续性好的粉细砂是良好的储层,受海侵影响的河漫滩黏土层和浅海相的淤泥质黏土层是有效的盖层,它们组合在一起,为浅层生物气的勘探与开发提供了优越的条件。

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Study on the Late Quaternary Incised-valley Sequence Feature of the Changjiang Delta Estuary and Favorable Geological Conditions for Biogas Reservoir Formation

XU Zhen-yu,FANG Chao-gang,YIN Qi-chun,TENG Long
(Nanjing Center,China Geological Survey,Nanjing 210016,P.R.China)

[Abstract] On the basis of analysis on the sedimentary characteristics of drilling cores located in Qidong city and Haimen city of Jiangsu province and test values of 83 organic carbon content samples and 28 permeability samples and gas production test effect statistics of 18 cone penetration test holes,the Changjiang delta estuary sequence stratigraphic character and the biogenic gas exploration prospect in later Quaternary are discussed.The research shows that only fluvial deposition reserved at the progressive cycle telophase of subinterglaciation(LG),while the regressive cycle postglacial period(PG)contains two sets of depositional combination including fluvial facies,shallow seaphase,delta phase and fluvial facies,strong tide estuarine facies from top to bottom.The erosion surface at the bottom is reserved only in the progressive cycle telophase of subinterglaciation(LG)while a set of complete transgression-regression cycle is developed in the regressive cycle postglacial period(PG).The erosion surface at the bottom is the bottom of the sedimentary sequence interface.The maximum flooding surface develops in the silt clay layer which has the finest sediments and the strongest marine resistance.The gas-producing zone,reservoir and overlying strata of the biogenic gas in the study area are superior,and the testing effect is good.It provides superior conditions for the exploration and development of biogas in the later.

[Key words] biogenic gas depositional combination progressive cycle regressive cycle the maximum flooding surface

中图法分类号 TE122.115;

文献标志码A

2015年4月29日收到 中国地质调查局调查工作项目(资[2014]03-029-005)资助

第一作者简介:徐振宇(1978—),男,工程师。研究方向:沉积学与岩相古地理。E-mail:xzy_nj@foxmail.com。

*通信作者简介:方朝刚(1987—),男,助理工程师。研究方向:沉积学与层序地层学。E-mail:fangchaogang206@163.com。

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