湿地的沉积特征及石油地质意义

金振奎，苏 奎，张永生，苏妮娜

(1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249;2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

湿地的沉积特征及石油地质意义

金振奎1，苏 奎2，张永生2，苏妮娜1

(1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249;2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

根据野外露头和钻、测井资料中湿地沉积的观察对比研究，结合现代湿地的特征，从沉积学的角度对湿地进行定义：“一种地形平坦，地面常年潮湿，可有很浅积水(水深通常小于2 m)，被繁茂植物广泛覆盖的沉积环境”，根据沉积特征，可将湿地分为两类，即沼泽湿地(或称沼泽)和湿原湿地(或称湿原)，并对湿原湿地的沉积特征及其与相关相类型的对比关系进行研究。结果表明：湿原湿地沉积物为灰色－黑色泥岩、粉砂质泥岩、碳质泥岩等，富含植物化石，有机碳含量高，电阻率测井曲线呈小锯齿状，数值介于纯泥岩和砂岩之间;古代湿原湿地与河漫滩沉积、湖泊沉积的区别标志在于沉积物颜色、岩性、植物化石、电测曲线等方面;湿地外围部分主要发育泛滥平原，且主要为河漫滩，湿地的边缘部位主要发育湿原，而中心部位发育沼泽;正确区分湿原湿地与湖泊沉积有利于正确恢复古地理面貌和气候演化，正确评价盆地的油气潜力及指导油气勘探。

湿地;湿原;沉积特征

1 问题的提出

“湿地”在生态保护领域是经常提及的概念，国际湿地公约中给出的定义为：“湿地系指不问其为天然或人工，长久或暂时性的沼泽、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸或咸的水体，包括退潮时水深不超过 6 米的水域”［1－8］。地表所有季节性或常年积水地段，包括沼泽、湖泊、河流、稻田、海岸滩涂、河口、珊瑚礁、红树林以及低潮时水深6 m内的海岸带均属湿地。显然，国际公约中对湿地的定义太泛，既有人工的，也有天然的。

毫无疑问，湿地是一类非常重要、分布较广泛的沉积环境(图1)，但以往的沉积学教科书对于其沉积特征并未提及［9－14］。因此，笔者从沉积学的角度，对湿地的定义进行重新厘定，并作为一类新的沉积相，探讨其沉积特征和地质意义。

图1 中国湿地分布(据1980年资料)Fig.1 Distribution of wetland in China(Modified from public information of 1980's)

2 湿地的定义及分类

本文中将“湿地”定义为：“一种天然形成的，地形平坦、潮湿，可有很浅积水(水深通常小于2 m)，被繁茂植物广泛覆盖的沉积环境”(图2)，不包括人工的稻田等，也不包括河流、湖泊，是一类介于陆地与水域之间的沉积环境。

图2 现代湿地Fig.2 Modern wetland

湿地多形成于潮湿气候条件下，但干旱气候下也可形成，只要有充足的水源供应，如新疆地区气候干旱，由于有天山雪水的充足供应，在焉耆波斯腾湖周围及一些洪积扇扇前都有湿地发育，但规模一般较小。

湿地发育的地域也很广泛，有的分布于平坦的海岸附近，如红树林沼泽，有的分布在湖泊周边，有的分布在三角洲上，还有的分布在泛滥平原上。

不同气候条件、不同成因的湿地，其植物群落和沉积特征也有所不同。因此，可以从不同的角度对湿地进行分类。例如，可以根据植物的类型进行划分。有的湿地中，植物以木本为主，这类湿地可称为木本湿地;有的湿地中，植物以草本为主，这类湿地可称为草本湿地。还可以根据地理位置划分，如三角洲湿地、滨海湿地、环湖湿地、高原湿地等等。本文中主要根据沉积物特征，将湿地分为两类，即沼泽湿地和湿原湿地。

3 沼泽湿地的沉积特征

沼泽是指其沉积物以植物为主、能够形成泥炭或煤的湿地，在沉积学中称为“沼泽”［15－20］。这种环境中植物的堆积速率远高于陆源物质的沉积速率，陆源物质极少，其含量通常小于10%。因此，沼泽通常远离河流或者河流较清澈，即使洪水泛滥，带入的陆源物质也很少。

沼泽沉积的产物是泥炭或煤。泥炭是沼泽的现代沉积物，随着埋藏深度逐渐加大，泥炭就转变为煤。因此，古代的沼泽湿地沉积是很容易识别的，只要是煤层就可认为其当时的沉积环境是沼泽，否则就不是。

在测井曲线上煤层很容易识别，表现为高电阻率、高声波时差和低自然伽马值(图3)。

图3 湿原、沼泽、湖泊(分流间湾)沉积的电性特征(新疆焉耆盆地宝108井侏罗系三工河组)Fig.3 Electric logging characteristics of swamp and lake(interdistributary bay)deposits of Sangonghe formation of Jurassic(Well Bao 108，Yanqi Basin，Xinjiang)

在地震剖面中，煤层通常形成强振幅、连续性强的反射同相轴，这在准噶尔盆地的侏罗系中特征明显(图4)。

图4 陆梁地区侏罗系西山窑组沼泽沉积的煤层强地震反射特征Fig.4 Strong seismic reflection characteristics of coal bed in Xishanyao formation of Jurassic Luliang uplift

4 湿原湿地的沉积特征

湿原是指其沉积物以细粒陆源碎屑物质(泥、粉砂)为主、不能形成泥炭或煤、但植物化石丰富的湿地。这种环境中陆源沉积物沉积速率高于植物堆积速率，陆源物质较多，其含量通常大于50%。陆源沉积物以泥和粉砂为主，而且主要是洪水泛滥期发生的沉积。因此，湿原通常距离河流较近，洪水泛滥期带入的陆源物质较多。

实例一:If people were always kind and obedient to those who are crueland unjust,the wicked people would have it all their own way,they would never feelafraid,and so they would never alter,but would worse and worse.

根据对古代湿原湿地的研究，其识别特征总结如下：

(1)岩性为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。沉积物主要是悬浮搬运的陆源物质，因此普遍较细，炭质泥岩是常见的湿原沉积。

(2)植物化石丰富。由于湿原中植物繁茂，因此其沉积中植物化石丰富。植物可以是木本，也可以是草本，尤其以茎、叶化石为主，植物根化石也较常见(图5)。有些情况下，化石表现为破碎的碳屑。

(3)颜色较暗。沉积物主要呈深灰色、灰黑色、黑色，有机质含量较高。尽管湿原湿地可以暴露于大气中，但由于其沉积物中有机质含量高，造成强还原环境，沉积物颜色普遍暗。

(4)电测曲线表现为较高电阻率(图3)。由于湿原湿地沉积有机碳含量较高，其电阻率普遍比纯泥岩的高，通常介于纯泥岩和煤层之间，而且多呈小锯齿状。自然伽马数值通常比纯泥岩的低些，但明显比煤层的高;声波时差与纯泥岩相差不明显，但明显比煤层的低。这些是钻井中识别湿原湿地沉积的重要标志。

图5 湿原湿地沉积的富含植物化石的暗色泥岩(东海天外天1井，3.4875 km，古近系花港组)Fig.5 Dark mudstone of wetlplain wetland with abundant in plant fossils(Huagang formation of Paleogene，well Tianwaitian 1，3.4875 km)

尽管湿原与沼泽明显不同，但两者常常共生，地层剖面中沼泽沉积与湿原沉积常呈互层。沼泽通常发育于湿地的中央部位，而湿原发育于湿地的边缘部位，这是因为洪水在流经湿地时由于繁茂的植物具有障积、过滤作用，洪水中悬浮搬运的泥、粉砂会首先在湿地边缘部位沉积下来，这样在湿地中央部位，洪水中悬浮搬运的陆源物质就会减少。

5 湿原湿地与河漫滩沉积的区别

前人将河漫滩定义为河道之间平坦的陆地环境，平水期无水，洪泛期被淹没，是河流相泛滥平原亚相中的一个微相，与河漫沼泽、河漫湖泊并列［9－10］。

因此，湿原湿地与河漫滩沉积的区别主要是沉积物的颜色和是否含丰富的植物化石(表1)。

表1 湿原湿地沉积与河漫滩沉积的区别Table 1 Difference between deposits of wet plain wetland and those of flood plain

6 湿原湿地与湖泊沉积的区别

湿原沉积的泥岩与湖泊沉积的泥岩通常都是暗色，较为相似，在钻井中比较难以区分。但是，湖相泥岩通常是较好的生油岩，所含的有机质主要是腐泥型的，可以生成石油，而湿原泥岩所含的有机质主要是腐植型的，多不能生成石油。正确区分这两类泥岩对盆地的油气评价具有十分重要的意义。

湿原泥岩与湖泊泥岩最重要的区别是化石类型。湿原泥岩中植物化石丰富，常见保存很好的茎、叶、根化石，有些情况下植物破碎形成碳屑。湖泊泥岩中则少见植物化石和碳屑，常见动物化石，如介形虫、瓣腮类和腹足类等。

电测曲线上湿原泥岩与湖泊泥岩也有明显区别(图3)。湿原泥岩由于富含有机质，其有机碳含量常在5%以上，因此其电阻率较高，而且呈小锯齿状。湿原泥岩通常不纯，常含粉砂，这也会使其电阻率增高。而湖泊泥岩中有机碳含量通常在5%以下，多为0.5% ～2%，而且为纯泥岩，因此其电阻率较低。这是在钻井中区分湿原泥岩与湖泊泥岩的主要方法。

基于以上认识，笔者在大量实地考查及查阅前人文献的基础上总结了湿地的沉积模式(图6)。在平面和剖面上，湿原与沼泽、泛滥平原(主要为河漫滩)经常密切伴生，而且有规律分布：湿地外围部分主要发育泛滥平原，且主要为河漫滩，湿地的边缘部位主要发育湿原，而中心部位则发育沼泽。洪水泛滥期间，陆源碎屑物质中相对较粗的成分首先在湿地外围沉积下来，包括粉砂、泥质粉砂或含少量细砂成分，有机质沉积很少;湿地边缘由于植物的障积作用，大部分水中悬浮搬运的陆源碎屑物质沉积下来，到达中心部位时很少有陆源物质沉积。因此，湿地边缘部位陆源物质相对有机物质沉积速率较高，发育湿原，而中心部位陆源物质相对有机物质沉积速率很低，发育沼泽(图6)。在新疆准噶尔盆地南缘侏罗系露头剖面上，湿原沉积的暗色泥岩与泥炭沼泽沉积的煤层密切伴生;而黑龙江东部盆地群下白垩统的钻井中，除了可见湿原暗色泥岩与煤层伴生以外，还可见一些薄层的褐色、杂色粉砂岩夹层，说明河漫滩及两种湿地沉积环境经常是伴生并毗邻的。

图6 湿地沉积模式Fig.6 Sedimentary model of wetland

7 正确识别湿地的石油地质意义

正确识别湿原湿地沉积，并将其与沼泽湿地、河漫滩和湖泊区分开来，具有重要的理论及实际意义。掌握了湿原湿地的沉积特征，就会把以往归为河漫滩和湖泊的湿原湿地沉积识别出来，正确恢复古地理面貌和气候演化，从而正确评价盆地的油气潜力。

有些湖泊的边缘部位植物繁茂，以往都归为湖泊环境，但笔者认为，应该将其单独划分出来归到湿地环境中，因为其有机质类型与湖泊大部分地区的有机质类型不同，这在实际生产过程中有着重要的指导意义。

以黑龙江东部盆地群下白垩统的油气勘探工作为例，黑龙江东部盆地群是指牡丹江断裂以东，佳－伊断裂与敦－密断裂之间分布的一系列中、新生代盆地(图7)，包括三江盆地、勃利盆地、鸡西盆地、虎林盆地、宁安盆地以及汤原、方正断陷等多个中新生代残余盆地。目前多数学者认为该盆地群在早白垩世为一个统一的汇水湖盆。笔者经研究发现这些残余盆地在早白垩世的原型盆地为一个统一的、受北郯庐断裂带两个分支(依舒断裂和敦密断裂)控制的近海走滑拉分盆地，至晚白垩世因构造翻转被肢解呈现在的残留盆地格局。

图7 黑龙江东部盆地群盆地分布Fig.7 Distribution of basin in Eastern Heilongjiang Basins

作为主要的勘探层系，下白垩统城子河组和穆棱组沉积了厚度巨大的三角洲—湖泊相砂岩、泥岩夹煤岩地层，最大厚度超过2.0 km。通过对城子河组和穆棱组200多个烃源岩样品进行分析测试，发现其有机碳TOC值为0.12% ～80.27%，且多集中在0.37%～26.91%，其中多数属于中—好烃源岩类型。同时，该层系也不乏三角洲砂岩储层及泥岩和凝灰岩盖层，但在钻遇城子河组或穆棱组的19口钻井中，除了偶见油气显示以外，并未获得油气流。究其原因，主要源自对该地区沉积相的认识上，即将沼泽湿地和湿原湿地的泥岩错误地认定为湖泊相泥岩，而这两种泥岩在作为烃源岩时有着本质的区别。笔者经过对该区早白垩世构造、岩相古地理综合研究(图8)发现，研究区东部、东南部主要为湿地沉积区，而湖泊尤其是优质烃源岩发育的半深湖—深湖相主要集中在东北方向，沿勃利县—抚远县呈条带状分布。从图8中不难看出，所钻遇下白垩统的井位多分布在湿地相上或附近区域，这就是该区下白垩统油气勘探没有取得成果的主要原因。因此，若想在该区下白垩统取得油气勘探的突破，需将勘探重点放到东北部半深湖—深湖相的分布区域上。

图8 黑龙江东部盆地群早白垩世岩相古地理图Fig.8 Lithofacies palaeogeography map of the Early Cretaceous in Eastern Heilongjiang Basins

8 结论

(1)湿地定义为：“一种地形平坦，地面常年潮湿，可有很浅积水(水深通常小于2 m)，被繁茂植物广泛覆盖的沉积环境”。湿原湿地沉积物为灰色－黑色泥岩、粉砂质泥岩、碳质泥岩等，富含植物化石，有机碳含量高，电阻率曲线呈小锯齿状，数值介于纯泥岩和砂岩之间。

(2)利用沉积物颜色、岩性、植物化石、潜水面深度可以明显区分湿原湿地与河漫滩并可重新定义河漫滩，而湿原湿地与湖泊沉积的区别标志在于岩性、植物化石、动物化石以及电测曲线等方面。湿地沉积模式为：湿地外围部分主要发育泛滥平原，且主要为河漫滩，湿地的边缘部位主要发育湿原，而中心部位发育沼泽。

(3)正确区分湿原湿地与湖泊沉积能帮助正确恢复古地理面貌和气候演化、正确评价盆地的油气潜力及指导油气勘探。

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Depositional characteristics and petroleum geological significance of wetland

JIN Zhen－kui1，SU Kui2，ZHANG Yong－sheng2，SU Ni－na1
(1.State key Laboratory of Hydrocarbon Resources and Exploration in China University of Petroleum，Beijing 102249，China;2.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China)

Based on analysis and correlation of wetland in outcrops，drilling and logging information，and combined with the features of modern wetland，wetland was redefined from the view point of sedimentology as"a type of natural sedimentary environments which is flat and wet，may be covered by water less than 2 m deep，and is rich in plants".Wetland is classified into two types，swamp wetland(swamp in brief)and wet plain wetland(wet plain in brief).The sedimentary features in plain wetland and correlation among related facies were studied.The deposits of wet plain wetland are mainly dark colored mudstone，silty mudstone and carbonaceous mudstone.They are rich in plant fossils.The content of organic carbon of wet plain is high.The resistivity logging curve is notched，and the resistivity is in between those of pure mudstone and sandstone.The difference marks in geologic wet land，flood plain and lake lie in as follows：color of deposits，lithology，plant fossils and electric logs.Flood land always develops in the outside zone of wet land，while wet plain in the outer part and swamp in the central part.Correct differentiation between wet plain mudstone and lake mudstone contributes to reconstruction of paleogeography，evolution of paleoclimate，evaluation of the oil and gas potential of a basin，and guiding oil－gas exploration work.

wetland;wet plain;depositional characteristics

TE 121.31

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2011.03.001

1673－5005(2011)03－0001－06

2010－10－16

国家“973”项目(2006C13202300)

金振奎(1963－)，男(汉族)，山东昌邑人，教授，博士后，博士生导师，从事沉积学、层序地层学、成岩作用等方面的研究。

(编辑 徐会永)