王 穎 王曉州 廖計華 朱石磊 蔡露露

(1.中海油研究總院 北京 100028；2. 洲際油氣股份有限公司新項目評價部 北京 100016)

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巴西桑托斯盆地白堊系湖相藻疊層石礁特征及主控因素分析

王 穎 王曉州 廖計華 朱石磊 蔡露露

(1.中海油研究總院 北京 100028；2. 洲際油氣股份有限公司新項目評價部 北京 100016)

湖相碳酸鹽巖研究正處于不斷探索和認識階段，近年來國內(nèi)外大量湖相碳酸鹽巖儲層的發(fā)現(xiàn)，使主要借鑒海相碳酸鹽巖理論的湖相碳酸鹽巖研究得到關注和重視，并取得一定的成果和認識。巴西桑托斯盆地白堊系藻疊層石礁是湖相碳酸鹽巖一種特殊的儲層類型，對于豐富湖相碳酸鹽巖理論具有重要意義。通過對地震剖面的振幅反射結構，鉆井巖性剖面，巖芯沉積結構、構造觀察，巖芯薄片孔滲及成巖分析，測井曲線反映的沉積物粒序變化及旋回組合特征等現(xiàn)象的綜合分析，總結出了白堊系藻疊層石礁的主要特征及主控因素。藻疊層石礁以疊層石為格架，藻類的黏結作用使其成為大面積連片發(fā)育的黏結礁，其孔滲發(fā)育，是良好的儲層。發(fā)育和分布主要受物源供給、古隆起、水體變化和藻類改造四種因素的控制。咸水環(huán)境下，在遠離碎屑物源影響的水下古隆起上，水侵體系域時期，適應環(huán)境較強的疊層石繁盛，藻類的黏結作用使其成為具有格架結構的黏結礁，沿巴西桑托斯盆地東部隆起帶大面積發(fā)育。

桑托斯盆地 白堊系 藻疊層石礁 湖相碳酸鹽巖 巴西

0 引言

湖相碳酸鹽巖廣泛發(fā)育于各陸相含油氣盆地，由于其在一定條件下既是生油層又是儲集層，在國內(nèi)外湖相碳酸鹽巖中均有一定的油氣發(fā)現(xiàn)[1]，在國內(nèi)，如四川盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地等，均有良好的湖相碳酸鹽巖作為優(yōu)質(zhì)儲層，甚至是高產(chǎn)油層[2-9]。湖相碳酸鹽巖多層系發(fā)育、巖性類型多樣，例如四川盆地中侏羅統(tǒng)大安寨組的介殼灰?guī)r、渤海灣盆地濟陽坳陷古近系的礁灰?guī)r、蘇北盆地古近系的生物灰?guī)r、柴達木盆地西部中新統(tǒng)油砂山組合始新統(tǒng)干柴溝組生物礁灰?guī)r、渤海灣盆地黃驊坳陷、冀中坳陷古近系沙河街組三段的湖相碳酸鹽巖。在國外，湖相碳酸鹽巖作為儲層的盆地也很多，如巴西的坎波斯盆地、蘇聯(lián)的濱里海盆地、美國的綠河盆地等[10-12]。在現(xiàn)代的湖泊中，如死海和美國西部大鹽湖，現(xiàn)在還正在進行著碳酸鹽和蒸發(fā)巖的沉積作用[13]。但是，湖泊的規(guī)模遠小于海洋，因此，相對于海相碳酸鹽巖，湖相碳酸鹽巖沉積范圍有限、厚度薄、規(guī)模小，并具有側向相變快、非均質(zhì)性強等特點[14]，研究的深度和廣度遠落后于海相碳酸鹽巖，借鑒于海相碳酸鹽巖理論的湖相碳酸鹽巖研究仍需要不斷完善和發(fā)展。

巴西桑托斯盆地藻疊層石礁主要發(fā)育在白堊系Barremian巴雷姆階Baravelha組，又名微生物礁(Microbial reef)，由于其具有特殊的疊層石格架，加上大量的藻類黏結作用，使其成為大面積連片發(fā)育的礁體，與元古代的疊層石在特征和分布上存在明顯不同[15]。元古代疊層石發(fā)育在溫暖、較穩(wěn)定的陸內(nèi)克拉通淺水碳酸鹽巖中，主要為層狀疊層石丘，而中生代疊層石已經(jīng)成為藻疊層石礁格架的主要成分[16]。

1 地質(zhì)概況

巴西桑托斯盆地位于南大西洋西岸的巴西東南部海上(圖1)，盆地面積為326 867 km2，水深最深超過4 000 m[16]，呈現(xiàn)“三坳兩隆”構造格局，分別為西部坳陷帶、西部隆起帶、中央坳陷帶、東部隆起帶和東部坳陷帶。

巴西桑托斯盆地為典型的南大西洋被動大陸邊緣含鹽盆地，構造演化主要分為3個階段：裂谷期、過渡期和漂移期(圖2)[17-18]。裂谷期從侏羅紀晚期—早白堊世阿普第早期，南大西洋剛開始裂開，在巴西東部沿海形成了一系列的裂谷盆地。早白堊世阿普第中期進入過渡期，南大西洋完全裂開，非洲板塊和南美洲板塊完全分離并開始漂移。阿普第期以后，非洲板塊向北漂移，南美洲板塊向西南漂移，進入漂移期，從此開始了持續(xù)的熱沉降和海水的快速入侵，巴西同非洲間的海面越來越開闊。白堊紀過渡期形成的厚層鹽巖將桑托斯盆地分為鹽上和鹽下兩套含油氣系統(tǒng)(圖3)。鹽上含油氣系統(tǒng)為中—晚白堊紀至今漂移期形成的深水沉積體系，森諾曼至馬斯特里特期形成的深水海相頁巖為主要烴源巖，儲層則以土侖階深水重力流砂巖為主，與頁巖相組合從而形成了良好的儲蓋組合；鹽下含油氣系統(tǒng)發(fā)育于早—中白堊世裂谷期，此時為河湖相沉積體系，烴源巖為陸相的中深湖相泥巖，儲層則以湖相生物碎屑巖為主[18]，裂谷期晚期由于海水入侵，形成了一套獨特的湖相碳酸鹽巖—藻疊層石礁，為其中一種重要的儲層類型。

圖1 桑托斯盆地構造格局Fig.1 The tectonic setting of Santos Basin

圖2 南大西洋構造演化示意圖[18]Fig.2 The schematic tectonic evolution of the South Atlantic[18]

2 藻疊層石礁特征

2.1 巖石學特征

Baravelha組的藻疊層石礁，儲層主要包括兩種巖性，藻疊層石灰?guī)r和鮞?；?guī)r，藻疊層石灰?guī)r易發(fā)育垂直裂縫，局部藻疊層石灰?guī)r、鮞?；?guī)r和泥灰?guī)r互層(圖4)。藻疊層石灰?guī)r發(fā)育多種類型，有喬木狀、樹枝狀和灌木狀，不同類型的藻疊層石礁代表不同的水體環(huán)境[19]。灌木狀藻疊層石礁底部窄，向上逐漸出現(xiàn)分支，似灌木狀，說明生長時水體緩慢加深，藻疊層石隨著水深的增加，逐漸向上生長，接受最適宜的水深和光照；樹枝狀藻疊層石礁往往比較細小，通常發(fā)育在較淺水環(huán)境；喬木狀藻疊層石礁通常比較高大，從底部向上生長迅速，快速分支，在橫向上往往連片呈層狀分布，抗浪能力較強，水體深度較大。桑托斯盆地鹽下鮞粒是球體或橢球體的微生物沉積，淺灰色—灰色為主，成分為微生物成因的碳酸鹽巖，與灰泥伴生，結構上類似于泥粒/粒泥灰?guī)r，其形成所需的水體不深且鹽度較高，根據(jù)鮞粒和基質(zhì)的相對含量可以分為以下兩類： 一種為泥質(zhì)鮞粒灰?guī)r，形成于高能環(huán)境，大部分為顆粒支撐(圖5a)；另一種為鮞粒泥灰?guī)r，大部分為基質(zhì)支撐，鮞粒漂浮泥質(zhì)基質(zhì)中，形成環(huán)境低于泥質(zhì)鮞?；?guī)r(圖5b)。通過鏡下薄片觀察，鮞?？梢娛窒饨Y構(圖6a)，鮞粒以正常鮞和表皮鮞為主(圖6b)，可見變形鮞，粒徑一般介于0.2～2 mm，分選性和磨圓度差—中等。

圖3 桑托斯盆地巖性柱狀圖Fig.3 The stratigraphic column map of Santos Basin

2.2 沉積特征

藻疊層石礁相，進一步細分為礁核和礁緣兩種亞相。礁核為藻疊層石礁主體，主要為藻疊層石微生物灰?guī)r，局部與鮞粒灰?guī)r互層(圖7)，不同類型的藻疊層石礁與鮞?；?guī)r交替互層，同時也反映了水體能量的變化。由下至上，泥質(zhì)鮞粒灰?guī)r變?yōu)轷b粒泥質(zhì)灰?guī)r，說明水體能量降低，向上變?yōu)楣嗄緺钤瀵B層石灰?guī)r、鮞?；?guī)r、喬木狀藻疊層石灰?guī)r，說明由下至上水體能量增強，水體深度逐漸加深。不同類型巖性間易發(fā)育平行裂縫，從而提高了儲層物性。藻疊層石礁發(fā)育在生屑灘形成的堅硬基底上，可進一步細分為貝殼灘和灘緣相，貝殼灘多呈丘型，地震反射為中振幅中低頻斷續(xù)雜亂反射(圖8)。貝殼灘主要為貝殼灰?guī)r，以雙殼類殼體為主，孔洞發(fā)育(圖9)。礁核地震相特征為中振幅中頻斷續(xù)亞平行反射，局部空白反射，多發(fā)育于古隆起頂部，向古隆起斜坡部位，由于水體變深，環(huán)境的改變使紋層灰?guī)r更為發(fā)育，轉變?yōu)榻妇壪?，巖性組合為紋層灰?guī)r夾藻疊層石礁灰?guī)r，地震相為席狀—楔狀中—強振幅中頻較連續(xù)平行反射。礁核和礁緣自然伽馬曲線均為箱型特征，但是由于礁緣相泥灰?guī)r含量增加，使自然伽馬曲線表現(xiàn)為鋸齒狀箱型。

圖4 W1井藻疊層石礁巖芯特征(井位見圖1)Fig.4 The Well W1 core character of stromatolite reef

圖5 桑托斯盆地W2井鮞?；?guī)ra.泥質(zhì)鮞?；?guī)r；b.鮞粒泥灰?guī)rFig.5 The Well W2 core of oolitic limestone

圖6 W2井鮞?；?guī)r鏡下特征a.鮞?；?guī)r十字消光特征；b.鮞粒類型Fig.6 The oolitic limestone petrographic fabrics of Well W2

圖7 W2井藻疊層石灰?guī)r與鮞?；?guī)r互層發(fā)育Fig.7 The interbedded sediment of stromatolite limestone and oolitic limestone of Well W2

圖8 藻疊層石礁地震相及測井相特征Fig.8 The seismic and log facies of stromatolite reef

2.3 物性特征

藻疊層石礁礁核亞相巖性為藻疊層石微生物灰?guī)r和鮞粒灰?guī)r。藻疊層石微生物灰?guī)r巖石較為致密，遭受白云化和硅化作用，孔隙類型以粒間孔，晶間孔和溶孔為主(圖10a)，孔隙度平均13.4%，滲透率平均183.7×10-3μm2；鮞?；?guī)r儲集空間類型主要為殘余粒間孔、鑄?？?圖11a)、粒內(nèi)溶孔和裂縫(圖11b)，其中殘余粒間孔和鑄模孔占孔隙體積的70%左右，孔徑約0.05～1.50 mm不等，殘余粒間孔占孔隙的50%左右，形狀不規(guī)則，對儲層滲透性有極大改善，同時裂縫的存在，也加大了儲層的滲透率；粒內(nèi)溶孔呈圓—次圓狀，一般在鮞粒形成早期，由于選擇性溶蝕作用，使鮞粒的原始結構有所保留，但這類孔隙一般呈孤立狀分布，連通性較差。礁緣巖性主要為灰色紋層灰?guī)r，巖石致密，硅化強烈，發(fā)育殘余粒間孔，但連通性差(圖10b)。

3 藻疊層石礁發(fā)育控制因素

湖相碳酸鹽巖由于形成的湖相環(huán)境較海相環(huán)境局限，因此控制因素較多，除易受構造背景、古氣候、古水動力條件和古水介質(zhì)性質(zhì)控制外，海侵作用以及生物作用等因素也對湖相碳酸鹽巖的形成有重要影響[13]。通過古構造、古氣候、水體性質(zhì)綜合分析，以及地震、鉆井、巖芯資料研究，認為桑托斯盆地湖相碳酸鹽巖藻疊層石礁體發(fā)育和分布主要受古氣候和古環(huán)境、古隆起、水體變化及藻類改造四種因素的控制。

圖9 W2井貝殼灰?guī)r巖芯特征Fig.9 The Well W2 cores character of coquinas

圖10 W2井鉆井巖芯及薄片沉積儲層特征a.藻疊層石礁核巖芯及薄片特征；b.礁緣巖芯及薄片特征Fig.10 The character of Well W2 cores and petrographic fabrics

圖11 鮞粒灰?guī)r主要孔隙類型a.W2井鮞?；?guī)r鏡下特征，殘余粒間孔，鑄?？祝籦.W2井鮞?；?guī)r鏡下特征，粒內(nèi)孔、裂縫Fig.11 The pore types of oolitic limestone

3.1 古氣候、古環(huán)境

氣候?qū)刺妓猁}沉積的影響遠比海洋顯著的多[13]， 白堊紀氣候代表著地質(zhì)歷史中的一種特殊溫室氣候類型[20]，在溫暖潮濕的氣候環(huán)境下，此時入湖陸源碎屑減少，導致碳酸鹽巖沉積相對發(fā)育[21]。Michael通過對大西洋兩岸油樣源巖沉積環(huán)境分析[22]，認為，桑托斯盆地Baravelha組的藻疊層石灰?guī)r沉積時，由生屑灘沉積時的淡水—半咸水沉積環(huán)境轉變?yōu)橄趟喘h(huán)境(圖12)。因此，在咸水環(huán)境下，生物種類減少，適應環(huán)境較強的疊層石繁盛。同時桑托斯盆地三坳兩隆的構造格局，由于西部隆起帶的遮擋，使西部入湖河流帶來的陸源碎屑絕大部分沉積在西部坳陷帶內(nèi)，中央坳陷帶水體加深進一步使湖水得到凈化，使東部隆起帶成為湖相碳酸鹽巖沉積的有利區(qū)域(圖13)。

3.2 古隆起

疊層石的生長往往需要一個堅硬的基底，而鮞粒灘或者鮞粒砂丘為微生物席的形成提供了條件[23]。

桑托斯盆地藻疊層石礁通常發(fā)育在丘型的生屑灘上(圖14)，通過井震聯(lián)合標定，貝殼灘地震相特征為波狀—丘狀中振幅中低頻斷續(xù)雜亂反射，灘緣地震相特征為席狀—楔狀強振幅連續(xù)平行反射。生屑灘形成的堅硬丘型古隆起，為疊層石生長提供了良好條件。藻疊層石礁為中振幅中頻斷續(xù)亞平行反射，礁緣往往是礁核受風暴等事件的影響，將未固結或者弱固結的藻疊層石礁碳酸鹽巖組分打碎、撕裂、滑塌、崩落到斜坡低洼處，形成礁緣沉積，因此礁緣相為細粒的致密泥灰?guī)r夾物性較好的薄層藻疊層石礁碳酸鹽巖。

圖12 大西洋兩岸Barremian期油樣源巖沉積環(huán)境分布圖(據(jù)Michael，2006)Fig.12 The oil source rock depositional environment map in Barremian stage, Atlantic

圖13 桑托斯盆地Baravelha組沉積模式圖Fig.13 The sedimentary model of Baravelha Group in Santos Basin

圖14 藻疊層石礁和生屑灘地震相特征(測線位置見圖1)Fig.14 The seismic facies of stromatolite reef and shell beach

3.3 水體變化

利用地震剖面、鉆(測)井資料及巖芯資料可以進行三級以上低頻層序的分析，但通過準層序組多旋回分析的高分辨率層序地層學，能夠更加精細的說明沉積體相序變化與水平面變化之間的關系。湖侵體系域發(fā)育時期，可容空間的增大利于湖相碳酸鹽巖的發(fā)育，地層中普遍具有多旋回性特征[24]。向上變淺旋回和高頻層序是構建碳酸鹽巖儲層、碳酸鹽巖臺地、以及陸棚到盆地之間聯(lián)系的基石[25]。湖平面的升降變化會導致碳酸鹽生產(chǎn)和堆積速率從低到高發(fā)生變化，湖平面的快速升高或者急速下降造成的短期暴露都會導致碳酸鹽巖停止生長，從而形成向上變粗、變厚的準層序[26]。

桑托斯盆地研究目的層位主要處于湖侵體系域發(fā)育時期(圖15)，由三個向上變淺的準層序組成，盆地拉張，海水入侵，使藻疊層石礁在水侵過程中初始化于沉沒的生屑灘上，進入快速發(fā)育時期；高位期，微生物及疊層石膠結作用形成大面積的黏結礁體；低位期，淋濾作用的發(fā)生形成早期的溶蝕孔隙，從而增大礁體孔隙度。

3.4 藻類發(fā)育

中生代的藻疊層石礁與元古代繁盛時期的疊層石明顯不同。從世界各地疊層石統(tǒng)計資料來看[15]，元古代的疊層石通常粒度細，孔滲差，不能作為儲層，而桑托斯盆地白堊系的藻疊層石礁卻有優(yōu)質(zhì)的孔滲特征，是優(yōu)質(zhì)儲層，這與疊層石的生長環(huán)境和藻類的黏結改造密不可分。元古代的疊層石由絲體藻在清潔、相對安靜的海洋環(huán)境中生長堆積而成。絲體藻像水蛇或章魚一樣完全自由、舒展地漂浮在海水中，并通過分泌黏性物質(zhì)黏結礦物顆粒而形成疊層石。藻類的生長需要光合作用，因此，在陽光充足的白天，藻絲體光合作用強，快速向上生長；而夜晚，隨著光線的減弱，光合作用也隨之減弱或者停止，藻絲體變成匍匐生長。這種晝夜不同的生長方式，使疊層石出現(xiàn)明、暗相間的紋層。桑托斯盆地的藻疊層石礁，是在疊層石格架的基礎上，通過藻類黏結而成的黏結類礁體，其中夾雜的鮞?；?guī)r說明當時的形成環(huán)境并不是安靜的水體，在濱—淺湖高能環(huán)境中，只有藻類的參與黏結作用才能使藻疊層石礁體形成類似于珊瑚礁的抗浪格架。西澳鯊魚灣的現(xiàn)代疊層石分析[27]，進一步證實了藻類在改造疊層石礁體孔滲所起的重要作用。潮間帶疊層石以藍藻細菌建造為主，粒度細；潮下帶疊層石以藍藻細菌建造和藻類黏結共同形成，粒度明顯變粗，孔滲得到改善。

圖15 W2井沉積相分析圖Fig.15 The sedimentary facies of Well W2

4 結論

藻疊層石礁是桑托斯盆地白堊系鹽下湖相碳酸鹽巖一類重要的儲層類型，發(fā)育多種類型，有喬木狀、樹枝狀和灌木狀，不同類型的藻疊層石礁代表不同的水體環(huán)境；自然伽馬曲線形態(tài)呈箱型或鋸齒狀箱型。其可進一步細分為礁核和礁緣，礁核巖性為含球粒疊層石微生物灰?guī)r，巖石較為致密，遭受白云化和硅化作用，孔隙類型以粒間孔，晶間孔和溶孔為主，平均孔隙度13.4%，平均滲透率183.7×10-3μm2；礁緣巖性為灰色紋層灰?guī)r，巖石致密，硅化強烈，孔隙不發(fā)育。

(1) 水下古隆起是藻疊層石礁發(fā)育的基礎，淺水高能環(huán)境利于藻疊層石礁的發(fā)育；其發(fā)育分布與水侵體系域密切相關。在水侵過程中藻疊層石礁初始化于沉沒的生屑灘上，進入快速發(fā)育時期；高位期，微生物及疊層石膠結作用形成大面積的黏結礁體；低位期，淋濾作用的發(fā)生形成早期的溶蝕孔隙，從而增大礁體孔隙度。

(2) 藻疊層石礁垂向上主要在水侵體系域時期大面積發(fā)育；平面上，東部隆起帶上遠離陸源碎屑干擾，淺水高能環(huán)境，是其發(fā)育的有利區(qū)域，中央坳陷帶和東部坳陷帶低凸起零星發(fā)育。

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Cretaceous Lacustrine Algal Stromatolite Reef Characteristics and Controlling Factors, Santos Basin, Brazil

WANG Ying1WANG XiaoZhou2LIAO JiHua1ZHU ShiLei1CAI LuLu1

(1. CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China;2. New Venture Department, Geo-Jade Petroleum Corporation, Beijing 100016, China)

The study of lacustrine carbonate is in the stage of continuous exploration and understanding. In recent years, a large number of lacustrine carbonate reservoirs are found in China and abroad. This makes the study of lacustrine carbonate which learns from the theory of marine carbonate get more concerned and achieved certain results. The Cretaceous lacustrine algal stromatolite reef of Brazil’s Santos Basin is a special type of reservoir. This study enriched lacustrine carbonate theory. Through the seismic reflection structure, and properties of three-dimensional seismic sections, core deposit structure, containing material, core and thin section diagenetic porosity and permeability analysis, drilling lithological profile, logging curve reflects the change and cycle characteristics graded phenomenon comprehensive analysis, summed up the main characteristics and controlling factors of the Cretaceous algal stromatolite reef. Algal stromatolite reefs are stacked by stromatolite and bonded by algae, making large areas of cement reef. The algal stromatolite reef has good porosity and permeability. It is a good reservoir. The development and distribution of algal stromatolite reef are mainly controlled by four factors, including sediment supply, the ancient uplift, water changes and algae development. Algal stromatolite reef developed on the eastern uplift belt with saltwater environment ,low debris impaction and transgressive systems tract.

Santos Basin; Cretaceous; Algal Stromatolite Reef; lacustrine Carbonate; Brazil

1000-0550(2016)05-0819-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.002

2015-10-15； 收修改稿日期： 2016-01-26

國家科技重大專項(2011ZX05030-002)[Foundation: National Science and Technology Major Project, No.2011ZX05030-002]

王 穎 女 1976出生 博士 層序、沉積、儲層 E-mail:wangying8@cnooc.com.cn

P534.53 P588.24+5

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