鄧 遠，陳世悅，蒲秀剛，鄢繼華，陳 佳

[1.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.中國石油 大港油田分公司，天津 300280； 3.中國石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)， 新疆 克拉瑪依 834000]

細粒沉積巖是從沉積物的粒徑角度定義，即由粒徑小于62.5 μm的碳酸鹽礦物、粘土礦物、長英質(zhì)礦物和其他自生礦物構(gòu)成的沉積巖，細粒沉積巖占地表沉積巖總量的70%以上[1]，但長期以來沒有得到足夠的重視，相關(guān)研究進展緩慢。近年來隨著非常規(guī)油氣的興起，油氣勘探不斷向深水細粒相區(qū)推進，細粒沉積巖作為“源儲一體”的連續(xù)型油氣藏，被證實蘊含著巨大勘探潛力，逐漸成為油氣地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點[2-5]。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對海相細粒沉積巖的形成環(huán)境、儲層物性和甜點評價等方面進行了大量研究，并將這些研究成果較好地應(yīng)用于頁巖油氣的勘探與開發(fā)[6-12]。但對于中國同樣廣泛分布的湖相細粒沉積巖，相關(guān)研究程度相對較低，尤其缺少對其沉積環(huán)境和形成機理的深入分析，制約了湖相頁巖油氣的分布預(yù)測與勘探部署工作。

與海洋環(huán)境相比，湖泊具有范圍小、水體淺、物源多而近等特點，形成的細粒沉積巖礦物種類復(fù)雜、巖石類型豐富、垂向演化快，對氣候等環(huán)境因素的變化更為敏感[13-15]，深入剖析湖相細粒沉積巖的沉積微環(huán)境并探討其形成機理已成為沉積學(xué)研究的重點與難點?；诶迕准墡r心精細觀察描述，結(jié)合巖石薄片、X射線衍射、AMICS礦物分析、地球化學(xué)和巖石熱解資料，提出滄東凹陷孔店組二段(孔二段)細粒沉積巖巖相劃分方案，分析各巖相的形成機理與沉積環(huán)境，探究不同巖相組合對應(yīng)的湖泊沉積模式，并總結(jié)出孔二段沉積環(huán)境的演化規(guī)律，以期為滄東凹陷孔二段頁巖油的勘探和開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

滄東凹陷位于渤海灣盆地黃驊拗陷南側(cè)，受東部的徐西斷層和西部的滄東斷層共同控制(圖1)。孔二段沉積(Ek2)時期，盆地邊界斷層尚未開始活動，滄東凹陷為穩(wěn)定的陸內(nèi)拗陷型湖盆[16-17]。該時期同時也是孔店組最大湖泛期，凹陷內(nèi)部沉積了大量細粒沉積巖，最厚可達600 m?？锥巫韵露峡煞譃?個亞段，其中孔二段四亞段(Ek2(4))底部發(fā)育一套三角洲前緣沉積，巖性為灰色細砂巖和泥巖的互層；此后開始發(fā)育厚層半深湖-深湖相細粒沉積，一直持續(xù)到孔二段二亞段(Ek2(2))的上部，并在此之上覆蓋了一套重力流沉積，主要是遠岸水下扇相的灰綠色細砂巖和粉砂質(zhì)泥巖；孔二段一亞段(Ek2(1))再次發(fā)育深水細粒沉積巖。整體來看，細粒沉積巖占到滄東凹陷孔二段的80%左右。

2 細粒沉積巖的多樣性

在滄東凹陷孔二段一系列取心井的巖心觀察描述過程中，發(fā)現(xiàn)該區(qū)細粒沉積巖巖石類型復(fù)雜、沉積構(gòu)造多樣、垂向序列多變，并且不同巖性的組合疊置關(guān)系有規(guī)律可循。系統(tǒng)開展的XRD、薄片鑒定等測試結(jié)果表明，孔二段細粒沉積巖具有顯著的多樣性，具體表現(xiàn)在以下3個方面。

2.1 巖石類型的多樣性

X射線衍射分析(XRD)是目前測定細粒沉積巖礦物組成的主要方法，研究區(qū)樣品的XRD測試結(jié)果表明，孔二段細粒沉積巖礦物組成復(fù)雜、巖石類型多樣，主要礦物組分為碳酸鹽礦物(平均含量34.7%)、陸源碎屑礦物(平均含量33.4%)和粘土礦物(平均含量15.9%)。按照“三端元”法以50%為界將細粒沉積巖分為4類[18]，把歸一化處理后的XRD數(shù)據(jù)進行三角圖投點，發(fā)現(xiàn)孔二段主要發(fā)育碳酸鹽巖、細粒長英沉積巖和細?；旆e巖，其中細?；旆e巖最為發(fā)育，占到該地區(qū)細粒沉積巖總量的45.9%，而粘土巖不發(fā)育(圖2)。

圖2 滄東凹陷孔二段細粒沉積巖分類Fig.2 Types of fine-grained sedimentary rocks in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

2.2 沉積構(gòu)造的多樣性

孔二段細粒沉積巖的沉積構(gòu)造類型非常豐富，巖心上常見塊狀構(gòu)造(圖3a)、紋層狀構(gòu)造(圖3b)和透鏡狀構(gòu)造(圖3c)等，并且還有一些規(guī)模更小、需要通過顯微鏡來觀察的構(gòu)造現(xiàn)象，如小型交錯層理、波狀層理以及發(fā)育在單個紋層內(nèi)的顯微粒序?qū)永淼?圖3d)，此外巖石中還發(fā)育豐富的軟沉積物變形構(gòu)造(圖3e)。

圖3 滄東凹陷孔二段細粒沉積巖沉積構(gòu)造特征Fig.3 Sedimentary structures of fine-grained sedimentary rocks in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag a.灰色塊狀細粒沉積巖，構(gòu)造縫發(fā)育，G108-8井，埋深2 969.85m;b.深灰色紋層狀細粒沉積巖，G108-8井，埋深2 981.27 m;c.深灰色層狀細粒沉積巖夾褐色白云巖透鏡體，G108-8井，埋深3 064.61 m;d.長英質(zhì)紋層內(nèi)部發(fā)育顯微粒序?qū)永恚珿108-8井，埋深3 273.23 m;e.軟沉積物變形 構(gòu)造破壞紋層，G108-8井，埋深2 982.75 m

2.3 垂向序列的多樣性

通過對G108-8，GD14和GD12等探井近700 m巖心開展厘米級描述，結(jié)合大量薄片鑒定和XRD分析，發(fā)現(xiàn)細粒沉積巖單層厚度薄、垂向變化快，通常在幾米范圍內(nèi)的巖心上就存在巖石類型與沉積構(gòu)造的快速轉(zhuǎn)換(圖4)，甚至在顯微鏡下的不同視域，礦物類型與含量也可以發(fā)生很大變化。不同細粒沉積巖之間呈薄互層狀、厚互層狀或夾層狀等多種組合方式，從而構(gòu)成復(fù)雜的垂向序列。

圖4 滄東凹陷G108-8井孔二段細粒沉積巖垂向變化特征Fig.4 Vertical variations of fine-grained sedimentary rocks from Well G108-8 in the second member of the Kongdian Formation of the Cangdong Sag a.埋深2 977.00～2 977.35 m;b.取樣點A，埋深2 977.02 m，正交光;c. 取樣點B，埋深2 977.11 m，正交光;d. 取樣點C，埋深2 977.29 m，單偏光

總之，過去認為組成簡單、結(jié)構(gòu)單一的細粒沉積巖，其實在巖石類型、沉積構(gòu)造與垂向序列等方面具有復(fù)雜的多樣性，這些特征體現(xiàn)了湖泊細粒相區(qū)在物源輸入強度、水動力條件、水體性質(zhì)和氣候條件等方面的復(fù)雜多變，實際上反映了細粒沉積巖形成機理和沉積環(huán)境的多樣性，可以通過不同的巖相類型來表征。

3 細粒沉積巖巖相特征

3.1 巖相劃分方案

巖相即一定環(huán)境條件下形成的巖石及其組合，和巖石類型相比，巖相包含多種環(huán)境信息且易于操作，可以作為研究細粒沉積巖形成機理和沉積環(huán)境的基本單元[19]。對于滄東凹陷孔二段，近年來有學(xué)者嘗試進行了巖相劃分，但現(xiàn)有的劃分方案在研究細粒沉積巖成因機理及沉積環(huán)境演化方面存在一定的不足。

巖相劃分的關(guān)鍵是要選取合適的劃分依據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計，國內(nèi)外學(xué)者在進行巖相劃分時，選擇的依據(jù)包括顏色、沉積構(gòu)造、礦物組分、粒度、沉積環(huán)境、生物群落和有機碳含量等十余類[8,20-23]，其中礦物組分、沉積構(gòu)造和有機碳含量是最為常用的3類。對于孔二段細粒沉積巖，上述3類依據(jù)中的礦物組分和沉積構(gòu)造能夠直觀地表征其巖石的多樣性，而且能夠反映其物源輸入強度、水動力條件等信息，適合用來劃分巖相。有機碳含量未被選作劃分依據(jù)，因為即便是同種巖相，受湖泊生產(chǎn)力和后期保存條件等多方面的影響，不同樣品的有機碳含量也存在較大差異。以G108-8井為例，對比不同層位發(fā)育的17塊紋層狀細?；旆e巖相樣品，有機碳含量區(qū)間為1.8%～11.8%，其中有機碳含量小于2%，介于2%～4%以及大于4%的分別為1，5和11塊，若分別加以命名則顯得過于冗雜，不利于巖相的成因分析。

具體劃分時，首先按照巖石類型劃分出3個巖相大類，再結(jié)合沉積構(gòu)造將巖相進一步細分(表1)。滄東凹陷孔二段細粒沉積巖主要發(fā)育層狀細粒長英沉積巖相、塊狀細?；旆e巖相、紋層狀細?；旆e巖相、紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相等5種巖相類型。

表1 滄東凹陷孔二段細粒沉積巖巖相劃分方案Table 1 Lithofacies classification of the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

3.2 巖相類型與特征

為了精細刻畫細粒沉積巖的微觀特征，本文在巖心和薄片觀察的基礎(chǔ)上，采用AMICS礦物分析技術(shù)對典型巖相進行分析，原理是將場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、能譜儀(EDS)和AMICS礦物自動分析軟件相結(jié)合，獲取極高分辨率(2 nm)下礦物的含量、粒度大小、賦存狀態(tài)和分布情況等信息[24]。

3.2.1 層狀細粒長英沉積巖相

層狀細粒長英沉積巖相主要由長英質(zhì)(60.8%)和粘土礦物(17.2%)組成，碳酸鹽礦物含量低，平均為14.7%。巖心上顯著的特征是呈層狀、條帶狀或透鏡體狀分布的灰白色長英質(zhì)(圖5a)，局部見波狀層理或小型交錯層理。依據(jù)顯微鏡下長英質(zhì)層的顆粒粒度、紋層厚度和接觸關(guān)系等可分為兩類，第1類以分選較好的泥級(<4 μm)長英質(zhì)顆粒為主，厚度較小、橫向延伸穩(wěn)定，常與粘土構(gòu)成薄互層(圖5b)；第2類長英質(zhì)顆粒分選差，從泥級到粉砂級均有發(fā)育，紋層內(nèi)部發(fā)育顯微粒序?qū)永?，與下伏粘土紋層間有明顯的沖刷侵蝕面(圖5c)。AMICS礦物分析顯示，長英質(zhì)層內(nèi)的顆粒直徑最大可達300 μm，最小只有10 μm(圖5d，e)，多呈次棱角-次圓狀，其余部分主要是粘土礦物和碳酸鹽礦物組成的紋層，顆粒堆積緊密，與長英質(zhì)層之間為突變接觸。

圖5 滄東凹陷孔二段細粒長英沉積巖相特征Fig.5 Characteristics of felsic fine-grained sedimentary rocks in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag a.層狀細粒長英沉積巖相，灰白色長英質(zhì)透鏡體或條帶，GD12井，埋深3 823.11 m;b.長英質(zhì)紋層與粘土紋層疊置，G108-8井，埋深3 198.52 m;c.長英質(zhì)紋層內(nèi)部發(fā)育顯微粒序?qū)永?G108-8井，埋深3 337.06 m;d.層狀細粒長英沉積巖相，BSE圖像，G108-8井，埋深2 978.87m;e.層狀細 粒長英沉積巖相，AMICS圖像，G108-8井，埋深2 978.87 m

3.2.2 塊狀細粒混積巖相

塊狀細?；旆e巖相中各類礦物含量均小于50%，其中長英質(zhì)礦物平均含量最高(41.7%)，其次為碳酸鹽礦物(25.6%)和粘土礦物(21.2%)。巖心呈灰色-綠灰色的均勻塊狀(圖6a)，局部發(fā)育液化變形現(xiàn)象，該巖相脆性高、極易破碎，斷裂面為不規(guī)則的蛛網(wǎng)狀。顯微鏡觀察與AMICS礦物分析顯示，塊狀細?；旆e巖相主要是長英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物與粘土礦物(伊利石為主)的均勻混合，顆粒不顯定向性，其中碳酸鹽與長英質(zhì)礦物的粒徑多在1～5 μm，偶見10 μm以上的石英大顆粒零星分布(圖6b—d)。

3.2.3 紋層狀細粒混積巖相

紋層狀細?；旆e巖相中的三端元礦物含量同樣表現(xiàn)出顯著的混合特征，長英質(zhì)礦物(35.4%)與碳酸鹽礦物(37.8%)含量接近，而粘土(17.9%)含量相對較低。巖心為深灰色-灰黑色，發(fā)育細密的水平紋層，單個紋層厚度0.5～2 mm(圖6e)。鏡下顯示該巖相主要由碳酸鹽紋層、長英質(zhì)紋層和有機質(zhì)-粘土紋層組成，在垂向上構(gòu)成規(guī)律性疊置的“三元結(jié)構(gòu)”[25]，其中長英質(zhì)紋層常發(fā)生缺失(圖6f)。通過AMICS礦物分析對紋層組分進行精細測定，在鏡下看似組成單一的紋層，實際上也是多種成分的混合，例如碳酸鹽層內(nèi)也?；煊胁糠帜嗉夐L英質(zhì)礦物，反映出物質(zhì)的混合是湖泊細粒相區(qū)內(nèi)的普遍現(xiàn)象。該巖相有機質(zhì)含量豐富，不僅可以局部富集單獨成層，也可呈短線狀分布于其他紋層內(nèi)(圖6g，h)。

3.2.4 紋層狀白云巖相

紋層狀白云巖相主要由白云石(64.3%)和粘土礦物(17.8%)組成。巖心上紋層發(fā)育，淺褐色紋層和灰黑色紋層組成明暗相間的層偶，單個紋層厚度一般在1mm以下，局部有微弱起伏(圖7a)。通過顯微鏡觀察與AMICS礦物分析，淺色層為白云石紋層，主要是自形程度較好的泥-微晶白云石顆粒，暗色層是以伊利石為主的粘土紋層，夾有零星長英質(zhì)礦物顆粒(圖7b)。兩類紋層厚度有一定變化，紋層內(nèi)部或邊緣容易發(fā)育順層分布的方沸石，此外該巖相中常見星散狀分布的黃鐵礦(圖7c，d)。

3.2.5 塊狀白云巖相

塊狀白云巖相中的白云石平均含量為77.2%，最高達96.1%，其余主要為粘土礦物(10.8%)。巖心呈褐色或褐灰色的均勻塊狀，局部因碳酸鹽礦物重結(jié)晶后局部富集而呈透鏡狀(圖7e)，重結(jié)晶作用也導(dǎo)致該巖相內(nèi)部發(fā)育豐富的成巖收縮縫，常被瀝青等充填。顯微鏡觀察與AMICS礦物分析顯示，該巖相主要為白云石、鐵白云石顆粒均勻分布，礦物顆粒自形程度較高，摻雜少量粘土雜基和零星分布的長英質(zhì)礦物(圖7f—h)。

圖7 滄東凹陷G108-8井孔二段白云巖相特征Fig.7 Characteristics of dolomite from Well G108-8 in the second member of the Kongdian Formation of the Cangdong Sag a.紋層狀白云巖相，明暗紋層相間，埋深2 984.96 m;b.碳酸鹽紋層與粘土-有機質(zhì)紋層疊置，埋深3 191.37 m;c.紋層狀白云巖相，BSE圖像，埋深2 975.67 m;d.紋層狀白云巖相，AMICS圖像，埋深2 975.67 m;e.塊狀白云巖相，發(fā)育成巖收縮縫，埋深3 197.58 m;f.微晶白云石與粘土均勻混合， 埋深2 942.31 m;g.塊狀白云巖相，BSE圖像，埋深2 975.56 m;h.塊狀白云巖相，AMICS圖像，埋深2 975.56 m

4 細粒沉積巖形成機理

4.1 巖相形成機理

隨著近年來研究人員對細粒沉積巖成因的研究逐步深入，并通過水槽實驗?zāi)M和驗證細粒物質(zhì)的沉積過程，細粒沉積巖形成機理復(fù)雜且沉積環(huán)境多變已成為共識[26-28]。以各巖相的巖石學(xué)特征為基礎(chǔ)，通過對比分析不同巖相的地球化學(xué)特征和有機質(zhì)含量(表2)，可以判斷巖相形成時的物源輸入強度、水動力條件、水體性質(zhì)和氣候條件等[29-31]。

表2 滄東凹陷孔二段細粒沉積巖地球化學(xué)特征Table 2 Geochemical characteristics of lithofacies in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

4.1.1 層狀細粒長英沉積巖相

層狀細粒長英沉積巖相Rb/Sr值高(平均值0.21)，指示沉積時氣候濕潤，充沛的降雨使湖水鹽度降低、含氧量增加，對應(yīng)于較低的Sr/Ba值(平均值0.6)和δU值(平均值0.87)。該巖相陸源碎屑礦物平均含量達到60.8%，巖心與鏡下均可見密集發(fā)育的長英質(zhì)條帶，顆粒分選中等-差、次棱角-次圓狀，指示沉積水動力較強，控制巖相發(fā)育的主要因素是高強度、高頻率的陸源碎屑輸入，包括底流、異重流等形式[32-34]。中等有機碳含量(2.08%)源于陸源有機質(zhì)隨碎屑物質(zhì)一起輸入并快速沉積埋藏。整體來看，該巖相形成于濕潤氣候下的強物源供給環(huán)境。

4.1.2 塊狀細?；旆e巖相

塊狀細粒混積巖相的Rb/Sr值平均為0.17，略低于層狀細粒長英沉積巖相，同樣形成于較為潮濕的氣候條件下。該巖相的Sr/Ba值(平均為0.92)與δU值(平均值0.97)中等，反映湖水鹽度增高、含氧量降低，沉積水體為缺氧半咸水。微觀分析顯示該巖相中粘土礦物、長英質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物相互摻雜，構(gòu)成不顯定向性的均勻混合物，少量粉砂級長英質(zhì)顆粒雜亂分布，表明其形成時沒有受到湖水分層的影響，主要沉積機制是短時間內(nèi)物質(zhì)的快速、連續(xù)沉降，有機質(zhì)在這種高能水體環(huán)境中容易被打碎而難以保存，導(dǎo)致該巖相的TOC值在5種巖相中最低，僅為0.96%。綜合判斷該巖相形成于相對潮濕氣候，受控于間歇性洪水等事件沉積。

注：Rb/Sr高值指示潮濕氣候，低值指示干旱氣候；Sr/Ba>1為咸水，Sr/Ba<1為淡水；δU>1為缺氧，δU<1為含氧。

4.1.3 紋層狀細粒混積巖相

紋層狀細?；旆e巖相由不同紋層疊置發(fā)育構(gòu)成，紋層細密平直、界限清晰，證明其形成于安靜的分層水體[35]。該巖相的Rb/Sr值平均為0.14，Sr/Ba值平均為1.01，指示湖泊處于半濕潤氣候，水體發(fā)生輕度咸化，上下層水體的鹽度差是導(dǎo)致湖水分層的主要原因，較高的δU值(平均值1.15)表明下層水處于長期缺氧的還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)的長期保存，該巖相的TOC(總有機碳含量)值(5.29%)明顯高于其他巖相。

對于發(fā)育紋層結(jié)構(gòu)的細粒沉積巖來說，紋層的組分和疊置次序是沉積過程的直接記錄。碳酸鹽紋層形成于春、夏季溫度上升時期，藻類勃發(fā)消耗CO2引發(fā)碳酸鹽過飽和沉淀；長英質(zhì)紋層形成于夏季多雨期，間歇性強降雨輸入大量陸源碎屑，通過底流或異重流等方式搬運至深水區(qū)并沉積；粘土-有機質(zhì)紋層形成于秋、冬季，藻類死亡后與懸浮的粘土礦物以絮凝物的方式沉積成層。這種典型的三元紋層結(jié)構(gòu)表明該巖相的形成受控于季節(jié)性氣候變化[36-37]。

4.1.4 紋層狀白云巖相

與紋層狀細粒混積巖相類似，紋層狀白云巖相同樣形成于受季節(jié)性氣候控制的分層水體，但其低Rb/Sr值(平均值0.06)與高Sr/Ba值(平均值1.62)指示沉積環(huán)境為干旱氣候下的咸化湖，高鹽度下水體分層穩(wěn)定，底部水循環(huán)停滯使沉積物處于強還原條件，δU值平均為1.33。該巖相的TOC值(2.21%)明顯低于同樣形成于水體分層條件下的紋層狀細?；旌蠋r相，是由于湖水較高的鹽度抑制藻類等生物的成長，降低了湖泊的生產(chǎn)力所致。該巖相由白云石紋層和粘土紋層相互疊置構(gòu)成層偶，長英質(zhì)紋層極少發(fā)育或不發(fā)育，表明陸源輸入的影響已經(jīng)很弱，綜合判斷認為該巖相形成于半干旱氣候下的弱陸源供給環(huán)境。

4.1.5 塊狀白云巖相

塊狀白云巖相具有5種巖相中最低的Rb/Sr值(平均值0.04)和最高的Sr/Ba值(平均值1.83)，指示形成時氣候干旱，強烈的蒸發(fā)作用使湖水鹽度快速升高。與紋層狀白云巖相類似，受高鹽度下湖泊低生產(chǎn)力的限制，該巖相TOC值進一步降低，平均為1.27%。該巖相中碳酸鹽礦物平均含量高達77.2%，而長英質(zhì)礦物含量僅為6.7%，反映該巖相形成時陸源供給不足，沉積環(huán)境穩(wěn)定且無事件沉積影響，碳酸鹽礦物是主要的沉積產(chǎn)物。綜合判斷該巖相形成于長期干旱氣候下的化學(xué)沉淀作用。

4.2 巖相組合與沉積模式

在對研究區(qū)內(nèi)鉆遇孔二段的取心井進行巖相劃分的過程中，發(fā)現(xiàn)單個巖相很少連續(xù)發(fā)育，基本上都是以2種或3種巖相的組合形式出現(xiàn)。這種不同巖相按照一定疊置次序構(gòu)成的巖相組合，類似于沉積學(xué)中的沉積韻律，可以反映一定時期內(nèi)湖泊細粒相區(qū)的沉積環(huán)境演化規(guī)律[38-39]。經(jīng)統(tǒng)計，研究區(qū)主要發(fā)育4類典型的巖相組合，分別選取4段典型巖心，進行XRF(X射線熒光光譜分析)掃描與巖石熱解分析。

第1類組合由層狀細粒長英沉積巖相和塊狀細?；旆e巖相構(gòu)成(圖8)，主要發(fā)育在Ek2(2)中部和底部。巖心上呈現(xiàn)灰色、灰綠色等淺色，單個巖相層厚一般都在30 cm以上。構(gòu)成該組合的兩種巖相均形成于強水動力環(huán)境，共同特點是陸源供給充足、長英質(zhì)礦物含量高，其中層狀細粒長英沉積巖相形成于周期性的底流或異重流沉積，塊狀細?；旆e巖相形成于洪水引發(fā)的事件性沉積，兩類巖相交替發(fā)育主要受陸源輸入變化控制。XRF掃描與巖石熱解結(jié)果顯示，此類組合的Rb/Sr值均大于0.1，最高可達0.26，而Sr/Ba值和δU值均在1以下，TOC含量在0.6%～1.8%。整體上來看，第1類巖相組合發(fā)育時氣候濕潤、降雨充沛，湖泊快速擴張，周邊水系將大量陸源碎屑注入湖盆，并伴有間歇性洪水事件，湖平面持續(xù)上升，整體為動蕩的含氧半咸水環(huán)境。

圖8 滄東凹陷孔二段巖相組合與沉積模式Fig.8 Lithofacies assemblages and deposition modes of the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

第2類組合由塊狀細?；旆e巖相和紋層狀細?；旆e巖相構(gòu)成，在整個孔二段均有發(fā)育。巖心上以灰色、深灰色為主，局部呈灰綠色，巖相之間厚度變化較大(20～150 cm)，以塊狀構(gòu)造和紋層狀構(gòu)造的頻繁轉(zhuǎn)換為特征。從該組合的XRF掃描結(jié)果來看，Rb/Sr值和Sr/Ba值變化幅度較小，δU值也穩(wěn)定在1左右，說明沉積時氣候潮濕程度、水體鹽度和氧化還原性等環(huán)境因素變化不大，但不同樣品的TOC值有較大差異，主要是兩種巖相不同的成因機理導(dǎo)致的。整體來看，第2類組合發(fā)育時期氣候較為潮濕，且存在一定的季節(jié)性變化。該時期湖泊面積最廣，湖水達到最深并出現(xiàn)不穩(wěn)定分層，陸源輸入強度中等，但間歇性強降雨會引發(fā)洪水入湖，破壞湖水分層的同時也帶來較強的陸源輸入。

第3類組合以厚層的紋層狀細粒混積巖相為主，夾有薄層紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相，主要發(fā)育在Ek2(3)的中上部。巖心上顏色較深，顯示深灰色或灰黑色，白云巖相薄層顯褐色。該組合中除塊狀白云巖相外均發(fā)育顯著的紋層狀構(gòu)造，表明湖泊處于長期穩(wěn)定的分層狀態(tài)。Rb/Sr值中等偏高，但在紋層狀和塊狀白云巖相處出現(xiàn)明顯的低值，TOC含量也有類似的變化規(guī)律，Sr/Ba值的分布則與之相反，其中塊狀白云巖相的Sr/Ba值最高可達1.92。綜合判斷，第3類組合發(fā)育時為半濕潤-半干旱氣候，陸源輸入強度進一步減弱，湖泊開始萎縮，湖泊水體鹽度上升、分層穩(wěn)定，氣候的季節(jié)性變化是控制沉積作用的主要因素，整體為安靜的缺氧半咸水環(huán)境[40]。

第4類組合主要為紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相的互層，局部夾少量紋層狀混積巖相，但厚度一般不超過20 cm，該組合主要發(fā)育在Ek2(1)的下部。巖心上呈褐色-灰褐色，不同巖相之間呈漸變過渡關(guān)系。兩類白云巖相均形成于干旱氣候，XRF掃描結(jié)果顯示，Rb/Sr值集中在0.05左右，僅在紋層狀細?；旆e巖相中出現(xiàn)高值，最大不超過0.15，Sr/Ba平均值高達1.63，TOC含量1.2%～2.8%。總體來看，白云巖相的大量發(fā)育表明該時期氣候持續(xù)干旱，湖平面處于較低位置，周邊物源的碎屑物質(zhì)輸入不足，湖泊面積最小且咸化嚴重，自生碳酸鹽礦物是該時期主要沉積產(chǎn)物。

4.3 湖泊環(huán)境演化

以位于滄東凹陷孔西斜坡區(qū)的G108-8井為例，孔二段除Ek2(2)上部和Ek2(4)下部2套砂巖外，共計發(fā)育細粒沉積巖400 m?；诶迕准墡r心描述的巖相劃分結(jié)果表明，孔二段沉積時期湖泊環(huán)境經(jīng)歷了多次旋回變化，巖相及巖相組合種類多、演化快。如圖9所示，按照不同巖相組合所反映的沉積環(huán)境演化過程，可以將孔二段沉積期分為3個階段。

圖9 滄東凹陷孔二段沉積環(huán)境綜合柱狀圖Fig.9 Composite column showing the depositional environment of the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

第1階段為Ek2(4)～Ek2(3)時期。Ek2(4)初期發(fā)育一套三角洲相砂巖，之后湖泊快速擴張，開始發(fā)育細粒沉積。Ek2(4)早期Rb/Sr為高值，Sr/Ba值和δU值較低，指示潮濕氣候下降雨充沛，湖泊水體為動蕩的含氧淡水，該時期來自周邊物源區(qū)的大量陸源碎屑輸入湖盆，沉積物中以長英質(zhì)礦物為主，發(fā)育層狀細粒長英沉積巖相和塊狀細?；旆e巖相，構(gòu)成第1類巖相組合。Ek2(4)中期Rb/Sr值開始降低，氣候潮濕程度減弱，整體為季節(jié)變化明顯的半潮濕-半干旱氣候，周邊淡水輸入也隨之減少，湖水鹽度和還原性增大，Sr/Ba值和δU值相應(yīng)升高，受此影響沉積物中長英質(zhì)減少而碳酸鹽增加，有機質(zhì)也得到良好保存，紋層狀細粒混積巖相成為主要的巖相類型，與塊狀細粒混積巖相構(gòu)成第2類巖相組合，或與白云巖相夾層構(gòu)成第3類巖相組合，一直持續(xù)到Ek2(3)結(jié)束。整體上，第1階段是湖泊水體加深、陸源輸入減弱和氣候變化影響增強的過程。

第2階段為Ek2(2)時期。該階段初期Rb/Sr值迅速升高，氣候趨于潮濕，大量淡水入湖并帶入氧氣，湖水鹽度降低，還原性減弱，Sr/Ba和δU均顯示低值，強物源供給影響下層狀細粒長英沉積巖相和塊狀細粒混積巖相交替發(fā)育，構(gòu)成第1類巖相組合。此后氣候潮濕程度短暫回落，水體鹽度上升并出現(xiàn)分層，發(fā)育厚約40 m的第2類巖相組合，之后氣候再次轉(zhuǎn)為潮濕。第2階段的沉積環(huán)境總體上呈現(xiàn)潮濕-半潮濕-潮濕的旋回變化；末期受湖底扇相重力流沉積影響，發(fā)育一套近30 m的重力流砂巖。

第3階段為Ek2(1)時期。該階段初期Rb/Sr值達到最低，氣候持續(xù)干旱，強烈蒸發(fā)作用導(dǎo)致湖平面下降，水體鹽度也達到最大，湖泊缺乏外來碎屑物質(zhì)，碳酸鹽礦物成為主要的沉積產(chǎn)物，紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相大量發(fā)育，構(gòu)成第四類巖相組合。至該階段中晚期，Rb/Sr值大幅升高，氣候由干旱轉(zhuǎn)為潮濕，Sr/Ba與δU快速降低，表明水體鹽度與還原性均出現(xiàn)明顯回落，巖相亦轉(zhuǎn)變?yōu)榈?類巖相組合。

5 結(jié)論

1) 孔二段沉積時期，滄東凹陷發(fā)育一套巖石類型復(fù)雜、沉積構(gòu)造多樣、垂向序列多變的細粒沉積，綜合考慮巖石類型、沉積構(gòu)造等，將其劃分為層狀細粒長英沉積巖相、塊狀細?；旆e巖相、紋層狀細?；旆e巖相、紋層狀白云巖相與塊狀白云巖相5種巖相類型。

2) 5種巖相特征各異，反映出形成機理與沉積微環(huán)境的不同。層狀細粒長英沉積巖相形成于濕潤氣候下的強物源供給環(huán)境；塊狀細粒混積巖相形成相對潮濕氣候，受控于間歇性洪水等事件沉積；紋層狀細?；旆e巖相形成于季節(jié)性氣候變化的分層水體，發(fā)育碳酸鹽紋層、長英質(zhì)紋層和有機質(zhì)-粘土紋層的“三元結(jié)構(gòu)”；紋層狀白云巖相形成于半干旱氣候下的咸化湖水，同樣受季節(jié)影響；塊狀白云巖相形成于長期干旱氣候下的化學(xué)沉淀作用，沉積環(huán)境穩(wěn)定且無事件沉積影響。

3) 單個巖相很少連續(xù)發(fā)育，而是按照一定疊置次序構(gòu)成巖相組合，反映一定時期內(nèi)的環(huán)境演化規(guī)律。研究區(qū)共發(fā)育4類典型巖相組合，從第1類到第4類組合，氣候從潮濕逐漸轉(zhuǎn)為干旱，湖泊從擴張加深再到萎縮變淺，陸源輸入對沉積過程的影響依次減弱，而氣候的影響則逐步增強。按照不同巖相組合所反映的沉積環(huán)境演化過程，可以將孔二段沉積期分為3個階段。