禚喜準(zhǔn) 王 琪 張 瑞 李 娟

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)系 遼寧阜新 123000;2.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730000)

在碳酸鹽巖和陸源碎屑巖兩大類沉積巖之外，還普遍存在著二者的過渡類型——混積巖。所謂混積巖，是指陸源碎屑與碳酸鹽顆粒及灰泥混生在一起的一類沉積巖［1］。張雄華根據(jù)黏土、陸源碎屑、碳酸鹽(顆?；蚧夷?三個(gè)端元除了將粘土大于50%的稱為粘土巖外，將碳酸鹽含量為5% ～95%，陸源碎屑含量為5%～95%的混合沉積巖定為混積巖，并將混積巖分為四類:含陸源碎屑—碳酸鹽混積巖(以碳酸鹽為主，陸源碎屑含量為5% ～25%)、陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽混積巖(以碳酸鹽為主，陸源碎屑含量為25%～50%)、含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖(以陸源碎屑為主，碳酸鹽顆?；蚧夷嗪繛?% ～25%)、碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖(以陸源碎屑為主，碳酸鹽顆?；蚧夷嗪繛?% ～25%)［2］。很多學(xué)者從海平面變化、構(gòu)造升降等角度對(duì)海相混積巖形成機(jī)制進(jìn)行了深入探討［3，4］，關(guān)于內(nèi)陸湖盆混積巖成因機(jī)制，羅順社等認(rèn)為湖相混合沉積主要受控于構(gòu)造作用、氣候條件、物源三個(gè)方面［5］。我國的柴達(dá)木盆地、江漢盆地以及渤海灣盆地等含油氣盆地的第三系地層中廣泛發(fā)育混合沉積［5～7］，但是湖相混積巖及其對(duì)儲(chǔ)集性能的影響研究較少［6］，研究該類沉積體系對(duì)恢復(fù)當(dāng)時(shí)的古地理、古環(huán)境、古氣候進(jìn)而指導(dǎo)我國內(nèi)陸湖盆的油氣勘探有重要意義。研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣的中部(圖1)，在上世紀(jì)80年代和90年代進(jìn)行了多輪油氣勘探，由于儲(chǔ)層物性總體較差，主要在南八仙—馬北構(gòu)造發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，冷湖七號(hào)只有微弱的產(chǎn)能。本文主要從沉積環(huán)境以及孔喉動(dòng)態(tài)演化的角度分析了南八仙和冷湖七號(hào)兩個(gè)地區(qū)儲(chǔ)層物性差異的原因，探討了咸水湖盆的有利儲(chǔ)集相帶，為進(jìn)一步勘探提供理論指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地北緣(柴北緣)為一侏羅系含油氣系統(tǒng)的中新生代陸相沉積盆地，盆地的發(fā)育始于印支運(yùn)動(dòng)以后，大致經(jīng)過三個(gè)發(fā)育階段:早中侏羅世潮濕氣候下的淡水?dāng)嘞莺?，形成了柴北緣的早侏羅世主力烴源巖;在晚侏羅世—早白堊世，華北地塊與西伯利亞地塊碰撞，致使柴北緣處于構(gòu)造擠壓環(huán)境，造成早侏羅世伸展構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn);經(jīng)歷了晚侏羅世—早白堊世地殼擠壓構(gòu)造作用后，柴達(dá)木盆地以及相鄰地塊和造山帶在隨后的晚白堊世—始新世階段又處于相對(duì)構(gòu)造平靜期，盆地發(fā)生整體沉降，相鄰造山帶被不斷剝蝕和夷平，自始新世開始，印度板塊開始與古亞洲大陸發(fā)生碰撞，但碰撞所產(chǎn)生的遠(yuǎn)距離效應(yīng)自漸新世晚期()才開始影響柴達(dá)木盆地和相鄰塔里木盆地，因此在第三紀(jì)古始新世(E1+2)—中新世(N1)形成了干燥氣候下的微咸水—咸水大型拗陷湖;第三紀(jì)上新世(N2)—第四紀(jì)(Q)的緩慢抬升到褶皺，最終形成第四紀(jì)干燥氣候下的鹽化拗陷湖。

柴北緣中部的儲(chǔ)層主要為第三系儲(chǔ)層［8］，伊北凹陷是該區(qū)主要的生烴凹陷，該凹陷周緣發(fā)育冷湖七號(hào)和南八仙等背斜構(gòu)造(圖1)。本次研究的主要目的層位為下干柴溝組下段()，該地層處于盆地穩(wěn)定沉降的拗陷期中晚期，湖盆的差異沉降作用變?nèi)酰璧匦伪容^平緩，在盆地邊緣逆沖斷層的作用下，湖盆逐步擴(kuò)張，湖平面逐漸上升，沖積扇范圍不斷縮小，形成了沖積平原—濱淺湖與辮狀河三角洲—濱淺湖兩大沉積體系。由于氣候干旱，兩大沉積體系發(fā)育的巖石類型主要為棕紅色的鈣質(zhì)粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、膏質(zhì)泥巖以及膏質(zhì)粉砂巖;其中南八仙地區(qū)沉積物的硬石膏含量很少，巖性較粗，主要為含鈣粉細(xì)砂巖，而冷湖七號(hào)硬石膏含量較高，巖性較細(xì)，以棕紅色或紅褐色的膏質(zhì)泥巖、含膏泥質(zhì)粉砂巖為主。

2 混合沉積發(fā)育特征

柴北緣中部混合沉積分布廣泛，研究區(qū)的冷湖七號(hào)、南八仙等地區(qū)的沉積物中早期碳酸鹽含量一般在3～55%，按照張雄華提出的混合沉積物的成分結(jié)構(gòu)分類方案，含陸源碎屑大于5%的碳酸鹽巖(或含5%以上碳酸鹽的碎屑巖)都定為混合沉積物的范疇［2］，因此冷湖七號(hào)和南八仙沉積物屬于混積巖，其中冷湖七號(hào)主要為主要為碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖以及少量的陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽混積巖，南八仙主要為含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖以及少量的碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖。柴北緣中部地區(qū)混合形式主要有三種，即碳酸鹽作為砂巖的填隙物、陸源碎屑散布于碳酸鹽基質(zhì)中以及泥質(zhì)粉砂巖地層夾少量泥灰?guī)r［9］，按照Mount提出的混合作用分類屬于相緣混合型［1］，相緣混合型的混積巖成分和結(jié)構(gòu)主要受沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件以及水介質(zhì)條件的影響。根據(jù)巖性組合特征、測井資料以及砂地比等值線，依據(jù)水動(dòng)力條件可以把柴北緣中部的混合沉積劃分為兩類(圖1):

(1)濱淺湖型(碳酸鹽—硬石膏基底式膠結(jié))

圖1 柴達(dá)木盆地北緣中部位置示意圖與下干柴溝組下段(E13)沉積相圖Fig.1 Sketch map of study area and the distribution of sedimentary facies map of the lower Xiaganchaigou Fm.in northern Qaidam Basin

圖2 柴達(dá)木盆地北緣下干柴溝組()典型成巖現(xiàn)象Fig.2 Typical diagenesis of Xiaganchaigou Fm.()，Qaidam Basin

冷湖七號(hào)下干柴溝組下段粒度總體較細(xì)，以粉砂質(zhì)泥—泥質(zhì)粉砂級(jí)為主，垂向上巖性以棕紅色的砂泥巖互層為主，不具二元結(jié)構(gòu)，砂巖的最大單層厚度4.5 m，砂巖平均單層厚度為1.7 m，砂地比(砂巖厚度與地層厚度之比)為19%，砂巖以灰泥質(zhì)粉砂巖為主，未見規(guī)模較大河流帶入的粗碎屑。冷湖七號(hào)構(gòu)造帶的沉積構(gòu)造主要為波狀層理，生物潛穴和生物擾動(dòng)構(gòu)造也較為發(fā)育，有時(shí)見覓食遺跡等［9］，也反映當(dāng)時(shí)構(gòu)造沉降比較平緩，水動(dòng)力條件較弱。上述沉積現(xiàn)象說明，冷湖七號(hào)構(gòu)造帶主要為地形平緩的沖積平原—濱淺湖沉積體系，以濱淺湖環(huán)境為主(圖1)。

冷湖七號(hào)混積巖以碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖為主，碳酸鹽含量較高。薄片分析表明，早期碳酸鹽膠結(jié)物含量一般在15% ～55%之間，主要為泥晶方解石膠結(jié)物，少量白云石局部分布;此類巖石中含有一定數(shù)量的硬石膏，一般為2.3% ～15%，最高可達(dá)21%，硬石膏膠結(jié)物多呈斑塊狀分布，連晶狀膠結(jié)，分布不均勻。由于碳酸鹽以及硬石膏含量高，陸源碎屑顆粒散布在碳酸鹽中，呈現(xiàn)為基底式膠結(jié)(圖2-A、B、C)，為事件性洪水將陸源碎屑顆粒帶進(jìn)濱湖碳酸鹽中形成;由于有時(shí)混雜作用較強(qiáng)，泥灰?guī)r以夾層的形式出現(xiàn)在粉砂巖或灰質(zhì)粉砂巖中，說明沉積物沿不同相邊界之間混合(圖3)。

圖3 冷湖七號(hào)地區(qū)混合沉積示意圖Fig.3 Schematic diagram showing the mixed deposits of the Lenghuqihao area

(2)辮狀河三角洲型(碳酸鹽孔隙式膠結(jié))

柴北緣中部的南八仙地區(qū)廣泛見有小型槽狀、板狀及波狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，并且該區(qū)下干柴溝組下段巖性主要為粉砂巖—細(xì)砂巖，偶夾薄層的粗砂巖和礫狀砂巖，顆粒磨圓為次棱角—次圓狀，砂巖單層厚度最大值為19 m，砂巖平均單層厚度為6 m，砂地比約50%，說明該區(qū)的水動(dòng)力條件較強(qiáng)，為辮狀河三角洲前緣沉積(圖1)。

南八仙地區(qū)砂巖碎屑顆粒中石英含量一般為25% ～74%，平均46%;長石含量一般為27% ～38%，平均33%;巖屑含量一般為13% ～41%，平均21%。南八仙碎屑巖的碳酸鹽膠結(jié)物含量較少，碳酸鹽含量一般在3%～20%，主要為同沉積期形成的泥晶方解石，硬石膏含量很少，為含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖。由于該區(qū)碳酸鹽含量較少，混合形式主要是碳酸鹽作為砂巖的填隙物，膠結(jié)類型為基底式—孔隙式(圖2-D、E、F)。

3 冷湖七號(hào)與南八仙水動(dòng)力和水介質(zhì)條件差異性

內(nèi)陸湖盆的混積巖實(shí)例主要形成于半咸水—咸水湖盆［5，6］，構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)控制著物源區(qū)和沉積區(qū)的分布和狀態(tài)，構(gòu)造作用也通過控制盆地類型和形態(tài)等來控制混合沉積［9］。盆地構(gòu)造下沉速率與沉積速率的配置也明顯地影響混合沉積，一般沉降幅度小，沉降速率較慢，有利于混積巖的形成。冷湖七號(hào)在下干柴溝組下段紅色泥巖與泥灰?guī)r的頻繁交替，說明盆地沉降幅度較小，地形平緩，湖盆寬淺，沉降速率比較平緩，因而混合沉積反復(fù)出現(xiàn)。水動(dòng)力條件對(duì)懸浮物質(zhì)的分異、溶解物質(zhì)的分布有明顯的控制作用［11］。由于河流入湖沖淡表層湖水，湖緣的礦化度一般低于湖心，河口區(qū)礦化度最低，而在缺乏河水補(bǔ)給的濱湖附近礦化度也較高［11］。在干旱氣候條件下，當(dāng)湖水蒸發(fā)量大于湖區(qū)降雨量、四周地表徑流和地下水輸入量較小時(shí)，湖水逐漸濃縮，達(dá)到某種濃度時(shí)，碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物依次析出。因此缺乏河水注入的冷湖七號(hào)區(qū)，水體礦化度較高，碳酸鹽含量有較大，硬石膏也有少量析出;處于三角洲前緣的南八仙構(gòu)造，由于河水的大量注入引起礦化度較低，硬石膏不發(fā)育，碳酸鹽含量也變少，顆粒以孔隙式—基底式接觸為主。氣候通過降雨量影響物源的供給及湖盆水體咸度，最終影響著混合沉積的發(fā)育［10］。假如降雨量少，帶進(jìn)湖的陸源碎屑就少，湖盆水體含鹽度高，有利于碳酸鹽的生成。柴達(dá)木盆地在下干柴溝組下段處于拗陷期的晚期，湖盆面積逐漸擴(kuò)大，沉積物以紅褐色為主，說明氣候干旱，降水量少。在干旱的氣候條件下，短暫的洪水?dāng)y帶大量陸源碎屑沉積物進(jìn)入碳酸鹽沉積區(qū)，洪水過后，因降雨量少，陸源碎屑物質(zhì)入湖量少，又有利于碳酸鹽沉積，如此循環(huán)紅色砂泥巖與泥灰?guī)r的頻繁交替，混合沉積大量發(fā)育(圖3)。

4 不同類型湖相混合沉積對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

混積巖的膠結(jié)物主要形成于同沉積期，此類早期膠結(jié)物參與了孔隙演化的整個(gè)過程。但由于不同類型混積巖的膠結(jié)方式以及膠結(jié)物化學(xué)成分的不同，其初始孔隙度和孔喉演化方式將有很大差異。

4.1 碳酸鹽—硬石膏基底式膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層的影響

冷湖七號(hào)附近的大部分混積巖顯示為硬石膏的基底式膠結(jié)，顆?！皯腋　睜?圖2-A，B，C)，硬石膏膠結(jié)物的大量存在反映了該區(qū)湖水鹽度較高。南八仙構(gòu)造帶也有部分混積巖出現(xiàn)碳酸鹽的基底式膠結(jié)(圖2-E)。由于碎屑顆粒之間的空隙被硬石膏或方解石充填，基底式膠結(jié)的混積巖原生孔隙都不發(fā)育(圖4-A，B)，說明早期膠結(jié)物的含量對(duì)初始孔隙度有明顯的控制作用。冷湖七號(hào)20多塊巖心樣品的實(shí)測孔滲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明，該區(qū)下干柴溝組下段孔隙度一般小于5%，滲透率低于1×10-3μm2，為特低孔特低滲儲(chǔ)層。從理論上講，初始孔隙度低將導(dǎo)致后期的酸性流體和烴類難以注入(圖4-A1)，尤其是硬石膏膠結(jié)的混積巖，由于有機(jī)酸性流體不能溶蝕硬石膏，因此冷湖七號(hào)物性很差且難以改造。

4.2 碳酸鹽孔隙式膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層的影響

南八仙構(gòu)造帶的混積巖主要為孔隙式膠結(jié)(圖2-D、F)，碳酸鹽含量較少，硬石膏膠結(jié)物很少出現(xiàn)，粒間仍有大量空隙 (圖2-D)，原生孔隙比較發(fā)育。仙6井下干柴溝組下段經(jīng)受了深埋藏壓實(shí)作用，現(xiàn)今埋深3 000 m，碎屑顆粒仍主要為點(diǎn)接觸，原生孔隙保存的較好(圖2-D);說明混積巖中少量的早期碳酸鹽膠結(jié)物，可以固結(jié)碎屑顆粒，防止顆粒的滑動(dòng)與重新排列，有利于減緩壓實(shí)。南八仙構(gòu)造40多塊巖心樣品的孔滲數(shù)據(jù)表明，該區(qū)下干柴溝組下段孔隙度一般10% ～15%，滲透率在10～100×10-3μm2，為低孔低滲儲(chǔ)層，物性明顯高于冷湖七號(hào)地區(qū)。

圖4 膠結(jié)方式與孔隙發(fā)育模式示意圖Fig.4 Schematic diagram showing porosity evolution model of different cementation type during compaction and acid dissolution

早期碳酸鹽膠結(jié)的混積巖，石英顆粒被碳酸鹽交代的現(xiàn)象普遍存在，被交代的石英顆粒邊緣常呈“犬嚙狀”(圖2-F和圖4-D)。碳酸鹽膠結(jié)物通常比石英和長石等碎屑顆粒化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)，因此烴源巖成熟過程中產(chǎn)生的大量有機(jī)酸性流體，沿著原生孔隙運(yùn)移，更容易溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物，形成次生孔隙。南八仙地區(qū)很多孔隙呈現(xiàn)長條形，孔隙邊緣的碳酸鹽被不規(guī)則溶蝕，形成大量的次生孔隙，石英顆粒的交代部位為“凹槽狀”(圖2-F和圖4-D1)，且溶蝕后不產(chǎn)生殘骸(圖2-D、圖2-F和圖4-D1)。

4.3 膠結(jié)非均質(zhì)性與儲(chǔ)層孔隙演化

基底式膠結(jié)的混積巖，顆粒之間為碳酸鹽或硬石膏膠結(jié)物充填，粒間孔隙不發(fā)育，因此儲(chǔ)層物性很差。混積巖中的膠結(jié)物主要形成于孔隙度驟降段之前，顆粒和膠結(jié)物共同起到承壓作用［12］，所以基底式膠結(jié)混積巖的顆粒接觸方式隨壓力增大幾乎不變(圖4-B和圖4-B1)。由于鈣質(zhì)膠結(jié)作用非均質(zhì)性很強(qiáng)，同一環(huán)境中“基底式膠結(jié)”和“孔隙式膠結(jié)”的混積巖大量共存?！盎资侥z結(jié)”的鈣質(zhì)砂巖雖然自身滲透能力很差，但一般堅(jiān)硬致密，可以遮擋支撐其下面的“孔隙式膠結(jié)”混積巖，有利于延緩周圍儲(chǔ)層的壓實(shí)，保護(hù)原生孔隙(圖4-C和圖4-C1)。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)巖性組合特征可以把柴北緣中部的混合沉積劃分為兩類:一種是碳酸鹽—硬石膏基底式膠結(jié)混積巖，為缺乏河流注入的濱淺湖沉積;另外一種是碳酸鹽孔隙式膠結(jié)混積巖，發(fā)育于水體鹽度較小的辮狀河三角洲前緣沉積區(qū)。

(2)冷湖七號(hào)處于濱淺湖地區(qū)，儲(chǔ)層主要為硬石膏—碳酸鹽基底式膠結(jié)，該類混積巖儲(chǔ)層的初始孔隙度很小，且難以溶蝕改造，物性很差;南八仙構(gòu)造帶處于辮狀河三角洲前緣，混積巖主要為碳酸鹽孔隙式膠結(jié)，初始孔隙度較高，抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，且有利于后期酸性流體的溶蝕改造，儲(chǔ)層物性較好，是柴北緣中部有利的勘探相帶。

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