趙蘭全

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015)

引 言

湖相碳酸鹽巖是國內(nèi)外重要的油氣儲層成因類型，勘探潛力巨大[1-6]。與海相碳酸鹽巖相比，湖相碳酸鹽巖儲層具有相帶窄、厚度薄和儲層非均值性強等特點[7-10]，多形成于咸化湖盆的緩坡帶內(nèi)，湖盆水動力條件、沉積物供給、古地貌和氣候變化控制著碳酸鹽巖在湖盆中的形成與分布[10-12]。湖泊的動力系統(tǒng)復(fù)雜多變，在不同湖盆及湖盆內(nèi)的不同沉積環(huán)境中，碳酸鹽巖的巖性組合、組構(gòu)特征和儲層微觀特征都存在著較大的差異。因此，建立準確的沉積模式是指導(dǎo)這類儲層勘探開發(fā)的關(guān)鍵。

近年來,湖相碳酸鹽巖作為濟陽坳陷內(nèi)的一種非常規(guī)儲層，已在東營凹陷和沾化凹陷內(nèi)的24個油田取得突破，油氣探明儲量達7 000×104t，表明湖相碳酸鹽巖儲層有較大的勘探潛力[13]。在這些凹陷的緩坡帶內(nèi)往往發(fā)育大面積碳酸鹽巖。這些碳酸鹽巖種類繁多、成份復(fù)雜、成因多樣，在空間上具有較強的非均質(zhì)性，制約著該地區(qū)的油氣勘探和開發(fā)[14-15]。本文以巖心觀察描述和薄片鑒定為基礎(chǔ)，綜合單井相、剖面相和平面沉積相的成果，系統(tǒng)分析東營凹陷沙四上亞段湖相碳酸鹽巖的沉積類型及其空間分布特征，建立精細的沉積和儲層發(fā)育模型，這對該地區(qū)及類似湖盆中碳酸鹽巖儲層的勘探與開發(fā)具有參考意義。

1 地質(zhì)背景

東營凹陷是渤海灣盆地中的一個三級構(gòu)造單元，是在中、古生界基巖古地形背景上經(jīng)構(gòu)造運動形成的典型的箕狀斷陷湖盆，具有北斷南超的特點[16]。東營凹陷北連陳家莊凸起，南接魯西隆起和草橋-廣饒凸起，東鄰青坨子凸起，西部跨過青城隆起與惠民洼陷相接，凹陷由北部陡坡帶、中央隆起帶、牛莊洼陷、利津洼陷、博興洼陷、民豐洼陷以及南部緩坡帶等7個構(gòu)造單元組成[17](圖1(a))。沙河街組屬于新生界古近系地層，巖性以砂泥巖互層為主，自上而下可分為4段，每段地層又可分為若干個亞段，其中，沙四段地層可以分為上、下兩個亞段。沙四下亞段沉積時期主要為洪水-漫湖沉積體系，地層以紅色沉積為主。沙四上亞段時期為典型的半潮濕-干旱環(huán)境，東營凹陷為典型的咸化湖盆，主要發(fā)育三角洲、砂質(zhì)灘壩和碳酸鹽巖灘壩(圖1(b))。碳酸鹽巖灘壩主要分布在湖侵和高位體系域中，以薄層賦存于厚層泥頁巖中。

圖1 東營凹陷區(qū)域構(gòu)造圖及沙四段巖性地層綜合柱狀圖

2 巖石學(xué)特征

本文主要采用Dunham的分類，以顆粒類型和顆粒與泥晶基質(zhì)的比例為標準，對湖相碳酸鹽巖進行巖石學(xué)分析。主要的巖石類型包括內(nèi)碎屑顆粒云巖、鮞粒云巖、生物碎屑顆?；?guī)r和泥晶灰?guī)r。

2.1 內(nèi)碎屑顆粒云巖

內(nèi)碎屑顆粒云巖是緩坡帶內(nèi)顆粒碳酸鹽巖最主要的組成部分，是岸邊早期弱固結(jié)的碳酸鹽巖接受湖浪改造，破碎再沉積的產(chǎn)物。內(nèi)碎屑顆粒主要由白云石礦物組成，包括砂屑和礫屑2種類型，且以前者居多。砂屑的粒徑范圍一般為0.1～1 mm，磨圓和分選較好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較均一，混有少量的生物碎屑和陸源碎屑 (圖2(a))；礫屑的粒徑范圍為2～5 cm，多呈棱角狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成分成熟度相對較低，其形成與湖盆內(nèi)部短期的風(fēng)暴流作用有關(guān)。

2.2 鮞粒云巖

鮞粒云巖在緩坡帶較為常見，主要分布在淺水高能區(qū)。鮞粒種類豐富，從形態(tài)上講，既有形似橢圓的單晶鮞，也有受壓實作用導(dǎo)致的條狀鮞，鮞粒的直徑介于0.1～0.5 mm，核心多為砂屑，也有少部分陸源碎屑，包殼層少而薄。鮞粒的核心一般不穩(wěn)定，在沉積期易被大氣淡水所溶蝕，形成鑄?？?圖2(b))。

2.3 生物碎屑顆?；?guī)r

生物碎屑顆?；?guī)r主要分布在沿岸透光性好的淺水區(qū)。緩坡帶內(nèi)生物碎屑顆粒的種類復(fù)雜多樣，在高能沉積環(huán)境和低能環(huán)境中都能見到此類生物碎屑。主要的生物碎屑為介形類和螺，常與雙殼類、核形石和管狀藻等共生(圖2(c),圖2(d))。介形的主要種屬為光華南星介，原始形態(tài)保存較差，介殼多呈層狀排列，殼薄無殼飾，殼體多為橢圓形，少數(shù)為紡錘形(圖2(e))；螺主要為中華扁卷螺組合，屬水螺屬，直徑介于0.01～2.8 mm之間，殼體保存較好，殼體內(nèi)部和殼體間多被泥晶碳酸鹽巖所充填，表明其形成于低的水動力條件。

圖2 東營凹陷南坡沙四上亞段湖相碳酸鹽巖巖石學(xué)特征

2.4 泥晶碳酸鹽巖

泥晶碳酸鹽巖是緩坡帶內(nèi)碳酸鹽巖的主體，多以深灰色塊狀和紋層狀產(chǎn)出，常與深色泥頁巖、鈣質(zhì)頁巖和石膏共生，富有機質(zhì)且普遍含黃鐵礦。按礦物成分可劃分為泥晶灰?guī)r和泥晶云巖，由岸向湖盆方向，泥晶灰?guī)r逐漸向泥晶云巖過渡[18]。泥晶碳酸鹽巖形成于低能環(huán)境中，多分布于濱淺湖環(huán)境的局限洼地和淺灘周緣，泥晶灰?guī)r中往往混有少量生物碎屑組分，呈雜亂狀分布(圖2(f))。

3 緩坡帶湖相碳酸鹽巖發(fā)育規(guī)律

基于沙四上亞段沉積期的古地貌、沉積環(huán)境和水動力條件等特征，將東營凹陷南部緩坡帶劃分為沿岸帶、近岸帶和遠岸帶(圖3)。沿岸帶位于最低湖平面和最高湖平面之間，地層坡度緩，波浪和沿岸流作用明顯，部分時期暴露地表。近岸帶位于最低湖平面和浪基面之間，長期位于水面以下，地勢具有高低起伏的特點，水下高地處水動力條件較強。遠岸帶位于浪基面之下，整體為缺氧的環(huán)境，沉積水體較為穩(wěn)定。在不同區(qū)帶內(nèi)碳酸鹽巖的類型、宏觀展布和微觀儲層特征存在較大差異。

圖3 東營凹陷南斜坡中部沙四上亞段古地貌(據(jù)勝利油田內(nèi)部資料)

3.1 緩坡帶碳酸鹽巖基本特征

沿岸帶內(nèi)地層主要發(fā)育綠色、淺灰色泥巖夾薄層淺灰色碳酸鹽巖，碳酸鹽巖單層厚度小于2 m。灰綠色泥巖的發(fā)育表明該帶內(nèi)水體富氧且循環(huán)好，利于高能環(huán)境顆粒碳酸鹽巖的形成。巖性以高能的生物碎屑顆粒云巖和內(nèi)碎屑顆粒云巖為主，生物碎屑主要有枝管藻、輪藻和介形蟲等。碳酸鹽岸淺灘發(fā)育段的巖心中常見浪成交錯層理、波狀層理和沖洗層理。薄片中顆粒分選和磨圓較好，原始粒間孔隙保存較好，粒間充填少量亮晶方解石膠結(jié)物。受大氣淡水的淋濾作用，生物碎屑云巖和鮞粒云巖中粒內(nèi)溶孔和鑄模孔較為發(fā)育，與粒間的殘余原生孔隙溝通，儲層物性整體較好(圖4(a))。

圖4 東營凹陷南部緩坡帶沙四上亞段湖相碳酸鹽巖沉積學(xué)特征分析

近岸帶內(nèi)地層主要表現(xiàn)為灰色泥巖夾薄層深灰色碳酸鹽巖。與沿岸帶相比，碳酸鹽巖的總厚度更大。主要巖石類型為泥晶灰?guī)r和內(nèi)碎屑顆粒云巖，前者在地層中所占比例較大。局部高地是高能淺灘的有利發(fā)育區(qū)，淺灘儲層中殘余粒間孔隙少見(圖4(b))，次生孔隙主要為非選擇性溶蝕孔隙和裂縫，孔隙中充填大量殘余的瀝青質(zhì)，表明次生孔隙的形成可能與有機酸溶蝕有關(guān)[14]。低洼區(qū)水動力條件較弱，主要發(fā)育泥晶灰?guī)r(圖5)。

圖5 近岸帶古洼地灘間泥晶灰?guī)r沉積特征(G6井)

遠岸帶內(nèi)發(fā)育的薄層泥晶-微晶白云巖以夾層形式賦存于厚層的深色泥頁巖中，單層厚度多小于1 m,巖石類型以泥晶云巖為主，多見水平層理和細水平紋層。遠岸帶內(nèi)地形起伏不大，但具有較強的分割性，發(fā)育多個孤立洼地。錄井資料揭示，泥晶白云巖主要分布在洼地內(nèi)。沙四上時期，整個東營凹陷北部最深的地區(qū)主要發(fā)育厚層膏鹽。這些膏鹽的沉積消耗了湖水中的大量Ca2+離子，使水體n(Mg2+)∶n(Ca2+)值大大提高，利于遠岸帶內(nèi)白云石的形成[13]。

3.2 碳酸鹽巖空間發(fā)育特征

東營凹陷沙四上亞段沉積期為半干旱氣候，沙四上亞段地層為一個完整的三級層序，自下而上依次發(fā)育低位、湖侵和高位體系域[16]。從垂向看，低位體系域主要發(fā)育三角洲和灘壩沉積，薄層碳酸鹽巖主要形成于湖侵體系域和高位體系域，這表明一定的水深是湖相碳酸鹽巖形成的關(guān)鍵[16]。從湖盆邊部向湖盆中心，湖相碳酸鹽巖的類型存在明顯的差異性。由岸向湖方向水體能量減弱，水深和鹽度增加，造成沿岸帶內(nèi)主要發(fā)育各種高能生物碎屑顆粒碳酸鹽巖沉積，向近岸帶逐漸過渡為內(nèi)碎屑顆粒云巖和泥晶灰?guī)r，而在遠岸帶則主要發(fā)育薄層泥晶白云巖沉積(圖6)

圖6 東營凹陷南斜坡沙四上亞段南北向剖面(剖面位置見圖1AA′)

從古地貌圖可以看出研究區(qū)中部W94—M18井區(qū)發(fā)育一個北東向的古梁，對東部陸源碎屑的注入起到明顯的阻隔作用，造成東營凹陷南部緩坡帶中部地區(qū)受陸源碎屑的影響較弱。南部的廣饒凸起西部出露的母巖為古生界的碳酸鹽巖，這些碳酸鹽巖母巖易遭風(fēng)化剝蝕，為湖盆提供了大量的Ca2+、Mg2+等離子，為緩坡帶內(nèi)碳酸鹽巖的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)[13-14]。受強烈的蒸發(fā)作用，湖盆水體變咸，造成大量碳酸鹽巖的形成。由陸向湖方向依次發(fā)育薄層的生物碎屑顆粒灘、內(nèi)碎屑灘和泥晶云巖。沿岸帶內(nèi)的生物碎屑顆粒灘呈帶狀分布于凸起周緣，低能的泥晶灰?guī)r含量較低。近岸帶內(nèi)碳酸鹽巖發(fā)育類型受古地貌影響強烈，古高地處發(fā)育高能的內(nèi)碎屑顆粒云巖，而相對低洼處則以發(fā)育泥晶灰?guī)r為主。遠岸帶內(nèi)發(fā)育大量的泥晶白云巖，呈薄層狀夾于厚層的深色泥頁巖中，低洼部位更利于白云石的形成，造成其在平面上呈土豆狀分布的特點(圖7)。

圖7 東營凹陷沙四上亞段準層序5沉積體系平面分布

4 沉積模式及其油氣勘探意義

對東營凹陷沙四上亞段南部緩坡帶內(nèi)湖相碳酸鹽巖的研究表明：古物源和古水文條件決定沉積類型，古地貌控制宏觀展布特征，古湖平面變化決定垂向發(fā)育層位(圖8)。

圖8 東營凹陷南部緩坡帶沙四上亞段湖相碳酸鹽巖沉積模式

沿岸帶內(nèi)以發(fā)育綠色泥巖為主，波浪和湖流作用較強，水體循環(huán)良好,透光性好，氧氣充足，利于生物的發(fā)育和高能顆粒碳酸鹽巖的形成，灘體在平面上呈席狀分布，造成淺灘的巖石類型主要為生物碎屑顆粒云巖、內(nèi)碎屑顆粒云巖和鮞粒云巖。近岸帶內(nèi)水體動力條件相對較弱，厚層泥巖多為灰色，表明其長期位于水下，泥晶碳酸鹽巖的含量明顯增高。局部水下高地波浪作用稍強，利于碳酸鹽巖淺灘的形成，而在其他地區(qū)主要發(fā)育泥晶灰?guī)r，淺灘主要由內(nèi)碎屑顆粒云巖組成。遠岸帶整體為缺氧的還原環(huán)境，水體安靜，主要發(fā)育厚層深色泥、夾薄層的泥晶云巖。

東營凹陷南部緩坡帶發(fā)育的湖相碳酸鹽巖是一類重要的油氣儲層。沉積作用對儲層的形成起到明顯的控制作用，沿岸帶內(nèi)主要發(fā)育席狀分布的顆粒淺灘，儲層中粒間孔隙發(fā)育，大氣淡水的淋濾促使粒內(nèi)孔隙和鑄?？椎男纬桑瑑诱w物性較好，薄片分析面孔率介于12%～30%。近岸帶內(nèi)灘體的分布受控于湖盆內(nèi)部的古高地，同時受同沉積咸化湖水的影響，粒間膠結(jié)作用較強，原生孔隙保存較差，且大氣淡水成因的各類孔隙基本不發(fā)育，面孔率介于2%～13%。遠岸帶內(nèi)泥晶白云巖多與油頁巖互層，主要分布在局部洼地處，除發(fā)育大量的晶間孔之外，同時具有良好的脆性，可以作為頁巖油勘探的目標，構(gòu)造縫的集中發(fā)育區(qū)是這類儲層的甜點[12]。

5 結(jié) 論

東營凹陷南坡沙四段上亞段湖相碳酸鹽巖主要為砂屑云巖、生物碎屑云巖、泥晶灰?guī)r和泥晶云巖。 由岸向湖方向，巖石類型由高能的亮晶生物云巖和砂屑灰云巖向泥晶灰(云)巖轉(zhuǎn)變，且碳酸鹽巖的單層厚度逐漸減薄。由于古地貌和水動力的差異，整個緩坡帶由沿岸帶、近岸帶和遠岸帶組成。各帶內(nèi)湖相碳酸鹽巖的宏觀展布、巖石組構(gòu)特征和儲集空間等方面存在明顯差異。其中，沿岸帶內(nèi)高能淺灘發(fā)育規(guī)模較大，單層厚度大，由于受大氣淡水的淋濾改造，孔隙發(fā)育較好，是下一步油氣勘探的有利目標。