易定紅， 李 翔，2， 石亞軍， 李積永， 劉應(yīng)如 馬元坤， 倪祥龍， 王文卓

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020；2.中國石油集團油藏描述重點實驗室，甘肅 蘭州 730020；3.中國石油青海油田公司，甘肅 敦煌 736202)

碳酸鹽巖油氣勘探是世界石油勘探的重要組成部分(羅平等，2008；汪澤成等，2013；杜金虎等，2015；王展等，2020)。我國的四川盆地和塔里木盆地在古老海相碳酸鹽巖油氣勘探上取得了巨大成果，發(fā)現(xiàn)了一批大油氣田(鄒才能等，2014；焦方正，2018)。相對于海相碳酸鹽巖，我國的湖相碳酸鹽巖主要具有發(fā)育時代新(絕大部分發(fā)育在新生代和中生代)、規(guī)模小(受控于咸化湖盆規(guī)模)、階段性(主要發(fā)育于湖盆咸化階段)和混積性(陸源碎屑含量高)特點。渤海灣盆地、蘇北盆地、江漢盆地和柴達木盆地在新生代均發(fā)育優(yōu)質(zhì)的湖相碳酸鹽巖儲集層并取得了油氣勘探的重大發(fā)現(xiàn)和突破(孫鈺等，2008；王夕賓等，2016)。

柴達木盆地的湖相碳酸鹽巖主要發(fā)育在柴西地區(qū)，主要有2種成因類型(壽建峰等，2003；王艷清等，2020)：第1種是生物(生物化學(xué))成因，巖性主要為藻灰(云)巖類，主要發(fā)育在漸新世下干柴溝組上段(E32)，其次發(fā)育在中新世下油砂山組(N21)；第2種是化學(xué)成因，巖性主要為(泥)灰(云)巖類，主要發(fā)育在新生代各地質(zhì)時期的湖盆內(nèi)部區(qū)域。前人針對柴達木盆地湖相碳酸鹽巖開展過廣泛研究，并取得了一系列研究成果，在碳酸鹽巖的巖石類型(壽建峰等，2003；宋華穎等，2010；毛玲玲等，2014；易定紅等，2017a；王艷清等，2020)、沉積演化(張敏等，2004；易定紅等，2019)、沉積環(huán)境(袁劍英等，2015；易定紅等，2017b)和控制因素(黃成剛等，2017；王建功等，2018)等方面開展過系統(tǒng)研究，但是這些研究主要集中在英西地區(qū)、躍進斜坡西部、西岔溝和南翼山地區(qū)，缺乏對英雄嶺構(gòu)造帶漸新世碳酸鹽巖發(fā)育演化的差異性及其控制因素的研究。近年來，英西地區(qū)針對古近系漸新統(tǒng)(E32)白(灰)云巖油氣勘探獲得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了sh38井等多口日產(chǎn)上千噸的高產(chǎn)井，英中地區(qū)同樣在E32白(灰)云巖中獲得油氣勘探的重大突破，表明優(yōu)質(zhì)白(灰)云巖儲層與膏鹽巖蓋層構(gòu)成的儲蓋組合是油氣成藏的關(guān)鍵。因此，開展英雄嶺構(gòu)造帶白(灰)云巖和膏鹽巖沉積演化及其控制因素的研究，查明白(灰)云巖和膏鹽巖發(fā)育特征和分布范圍，可為英中和英東地區(qū)碳酸鹽巖油氣勘探前景評價和區(qū)帶優(yōu)選提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

英雄嶺構(gòu)造帶位于柴西中部地區(qū)，自西向東分為西段(英西地區(qū))、中段(英中地區(qū))和東段(英東地區(qū))，西面與阿爾金斜坡西段相接，西南面依次與紅柳泉斜坡、躍進斜坡和躍東斜坡相鄰(圖1a)。研究區(qū)E32以內(nèi)源化學(xué)和生物化學(xué)沉積作用為主，礦物顆粒細、顏色深，主要為一套灰色、深灰色泥巖、碳酸鹽巖和膏鹽巖，其次為含鈣泥巖、含膏泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，局部發(fā)育藻灰云巖。地層厚度為524～2 250 m，分為6個砂組，其中優(yōu)質(zhì)白云巖儲層主要發(fā)育在該套地層下部(Ⅳ砂組至Ⅵ砂組)，其上部(Ⅰ砂組至Ⅲ砂組)膏鹽巖優(yōu)質(zhì)蓋層發(fā)育而白云巖儲層發(fā)育程度較差(圖1b)。

圖1 英雄嶺構(gòu)造帶地理位置(a)和E32地層柱狀圖(b)Fig.1 Location(a) and stratigraphic column of E32 (b) in Yingxiongling tectonic belt1.井位；2.地名；3.斷層；4.鈣質(zhì)泥巖；5.砂質(zhì)泥巖；6.膏質(zhì)泥巖；7.泥質(zhì)粉砂巖；8.泥灰?guī)r；9.灰?guī)r；10.含云灰?guī)r；11.灰云巖；12.白云巖；13.膏鹽巖

E32沉積時期，研究區(qū)及其周緣地區(qū)主要發(fā)育有3種沉積體系：①碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積體系，主要發(fā)育在研究區(qū)及其東北的油泉子、南翼山和小梁山地區(qū)；②扇三角洲-湖泊沉積體系，主要發(fā)育在研究區(qū)北西端的阿爾金斜坡區(qū)域；③濱淺湖-灘壩沉積體系，主要發(fā)育在研究區(qū)西南面的紅柳泉斜坡、躍進斜坡和躍東斜坡地區(qū)。

2 樣品采集與實驗測試

本次研究樣品采自于英西的sh35井、sh37井、sh38井、sh40井、sh41井、shx28井、sh49-1井、sh41-2井、shb1井、英中的yh101井、sh62井、yt1井和英東的sx1井、sx2井和zt1井的目的層E32，其中用于分析熒光光譜的樣品巖性均為泥巖。樣品的實驗測試包括X衍射全巖礦物含量分析、X射線熒光光譜元素組成分析和氯離子含量測定。氯離子含量測定分析是在青海油田分公司完成，其他實驗測試均在中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室完成。用于X衍射全巖礦物含量分析的樣品被研磨至粒徑小于40 μm的粉末，稱取2 g后采用“背壓法”制成試片，然后測定各種礦物衍射峰的積分強度，計算其百分含量，所用儀器為荷蘭產(chǎn)的帕納科Empyrean銳影，分析電壓為40 kV，電流為40 mA，掃描速度為2°/min，采樣步寬為0.02°。用于X射線熒光光譜元素組成分析的樣品被研磨至小于200目的粉末，稱取5 g后采用“壓片法”測定其元素組成，所用儀器型號為日本理學(xué)公司的ZSX Prinmus II，分析電壓為60 kV，電流為60 mA，視野光闌為30 mm，每件樣品的檢測時間大于20 min，精度為±10%(黃成剛等，2017)。樣品的氯離子含量測定采用硝酸銀滴定法，相對偏差小于10%，稱取約30 g樣品，研磨粉碎完全通過30目的標準篩，放入烘箱內(nèi)，在(105±5) ℃條件下烘4 h后置于干燥器內(nèi)待測，具體執(zhí)行遵照SY/T 5503—2009《巖石氯鹽含量測定方法》(賈艷艷等，2015)。

3 古鹽度分析

3.1 Sr/Ba值

微量元素Sr/Ba值作為鹽度指標已被廣泛用于陸相咸化湖盆水體鹽度的定性恢復(fù)，因為鍶比鋇遷移能力強，在淡水湖泊中水介質(zhì)酸性比較強，礦化度很低，硫酸根離子含量少，鍶、鋇均以重碳酸鹽的形式保留在湖水中。當(dāng)湖水不斷咸化，礦化度逐漸增高時，鋇首先以硫酸鋇形式沉淀出來，而鍶只有當(dāng)湖水或海水濃縮到一定程度后才能產(chǎn)生硫酸鍶沉淀，因此可以利用鍶鋇比值來確定古鹽度(鄧宏文等，1993)。目前，國內(nèi)學(xué)者一般認為Sr/Ba值大于1表示咸水，Sr/Ba值小于0.6表示淡水，Sr/Ba值介于0.6～1.0表示半咸水(鄧宏文等，1993；易定紅等，2017a)。英西地區(qū)E32早期Sr/Ba值平均為5.07，其中大于1的占78.19%，小于0.6的占10.64%，介于0.6～1.0的占11.17%，表明英西地區(qū)E32早期水體鹽度變化大，出現(xiàn)過一段時間的淡水-半咸水環(huán)境；而E32晚期Sr/Ba值均大于1(介于1.09～8.68，平均值為2.47；易定紅等，2017b)，表明英西地區(qū)E32晚期為咸水環(huán)境；英中地區(qū)E32早期Sr/Ba值平均為1.83，其中大于1的占85.05%，小于0.6的占3.74%，介于0.6～1.0的占11.21%，而E32晚期Sr/Ba值平均為1.96，其中大于1的占82.61%，小于0.6的占2.17%，介于0.6～1.0的占15.22%，表明英中地區(qū)E32時期水體以咸水為主，也曾出現(xiàn)過短時間的淡水-半咸水環(huán)境。英東地區(qū)E32早期Sr/Ba值平均為0.79，其中大于1的占30.0%，小于0.6的占60.0%，介于0.6～1.0的占10.0%(表1)，表明英東地區(qū)E32早期水體以微咸水為主，也曾出現(xiàn)過短時間的咸水-半咸水環(huán)境，可以看出英雄嶺地區(qū)E32早期自西向東水體鹽度逐漸變小。

表1 英雄嶺地區(qū)Sr/Ba值統(tǒng)計表

3.2 膏鹽巖發(fā)育特征

對于含鹽盆地古鹽度的恢復(fù)，可以利用膏鹽巖的發(fā)育情況來判斷古鹽度及咸化中心，通常認為咸化中心鹽度最大、膏鹽巖最發(fā)育，離咸化中心越遠，水體鹽度越小、膏鹽巖發(fā)育程度越差(高紅燦等，2015)?；谘芯繀^(qū)及其周緣地區(qū)50多口井膏鹽巖厚度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，初步明確了膏鹽巖發(fā)育的大致范圍。通過對英西、英中和英東三維連片地震資料的精細解釋，明確含鹽地層為中低頻弱振幅反射特征，結(jié)合反射強度屬性和能量半時長屬性的分析，確定了膏鹽巖平面分布范圍(圖2，3)。

圖2 英西-英中地區(qū)E32膏鹽巖地震反射特征及其屬性特征Fig.2 Seismic reflection and its attribute characteristics of gypsum-salt in E32 Yingxi and Yingzhong area south-western Qaidam basina.Trace1 000原始地震剖面；b.Trace1 000反射強度屬性剖面

圖3 英雄嶺地區(qū)E32膏鹽巖平面分布特征(易定紅等，2017)Fig.3 The gypsum-salt plane distribution characteristics of E32 in Yingxiongling tectonic belt south-western Qaidam basina.IV-VI砂組;b.I-III砂組

英雄嶺地區(qū)E32早期的Ⅴ砂組和Ⅵ砂組為一套灰色、深灰色泥巖、鈣質(zhì)泥巖、灰?guī)r和灰云巖組合，不發(fā)育膏鹽巖；從Ⅳ砂組到Ⅰ砂組，膏鹽巖發(fā)育程度變好，其中英西sh62井E32早期共發(fā)育13層膏鹽巖，膏鹽巖厚度為1.34～15.60 m，平均厚度為6.17 m，累計厚度為80.26 m。晚期發(fā)育47層膏鹽巖，膏鹽巖厚度為1.76～14.90 m，平均厚度為5.38 m，累計厚度為252.86 m；英中jc1井E32早期不發(fā)育膏鹽巖，晚期發(fā)育16層膏鹽巖，膏鹽巖厚度為2.20～8.20 m，平均厚度為4.86 m，累計厚度為77.90 m。

研究區(qū)E32膏鹽巖平面上呈環(huán)狀分布，咸化中心大致位于sh44井—sh62井—sh58-1井以北區(qū)域，自阿爾金山前、紅柳泉斜坡、躍進斜坡、躍東斜坡區(qū)等湖盆邊緣至中心區(qū)域膏鹽巖發(fā)育程度變好，厚度增大，英西和英中北部地區(qū)Ⅺ號斷層下盤膏鹽巖發(fā)育好，英中南部地區(qū)Ⅺ號斷層上盤和英東地區(qū)膏鹽巖發(fā)育差。其中早期膏鹽巖累計厚度為200～250 m，平面分布面積為399.7 km2；晚期膏鹽巖發(fā)育程度變好，累計厚度為250～300 m，平面分布面積為743.3 km2(圖3)。

3.3 氯離子含量

氯離子含量作為古鹽度指標越來越受到地質(zhì)學(xué)家們的重視，已被運用到不同的沉積盆地并取得了很好的效果(齊亞林等，2013；賈艷艷等2015；Warren, 2016；Guo et al.，2017)。因為湖相沉積物中的氯離子含量主要受氣候變化影響，在干旱環(huán)境下，湖水蒸發(fā)量大，鹽度升高，沉積物及孔隙水中的氯離子含量升高，達到飽和時析出氯鹽礦物。氯離子含量恢復(fù)古鹽度具有指示范圍大、靈敏度高的特點，可以覆蓋從淡水到鹽(鹵)水整個鹽度區(qū)間。通過統(tǒng)計研究區(qū)不同巖性組合和巖屑氯離子含量的相對關(guān)系發(fā)現(xiàn)，淡水(氯離子含量小于500 μg/g)以陸源碎屑沉積為主；微咸水(氯離子含量為500～2 000 μg/g)以碳酸鹽巖沉積為主；半咸水(氯離子含量為2 000～10 000 μg/g)以碳酸鹽巖和硫酸鹽混合沉積為主；咸水(氯離子含量為10 000～20 000 μg/g)以硫酸鹽沉積為主；鹽水(氯離子含量大于20 000 μg/g)，以氯化物(氯鹽和鉀鹽)沉積為主。

研究區(qū)E32水體鹽度變化特征明顯，橫向上，盆地邊緣水體鹽度總體上要小于湖盆中心。盆地邊緣shb1井區(qū)由于受間歇性陸源碎屑的影響，水體變淡的趨勢明顯。英西和英中北部Ⅺ號斷層下盤E32水體鹽度普遍較高，早期以半咸水為主，晚期以咸水-鹽水為主；英東地區(qū)則以微咸水為主，而且越向東水體鹽度越小；縱向上，英西和英中地區(qū)早期水體鹽度總體上要小于晚期，早期主要以半咸水為主，晚期則主要以咸水-鹽水為主，而英東地區(qū)則以微咸水-半咸水為主，沒有出現(xiàn)咸水(圖4)。

圖4 英雄嶺地區(qū)E32巖屑氯離子含量演化剖面Fig.4 Evolution profile of chloride ion content of E32 in Yingxiongling area south-western Qaidam basin

通過對英西、英中和英東地區(qū)不同砂組的Sr/Ba值數(shù)據(jù)、膏鹽巖發(fā)育情況和氯鹽發(fā)育特征綜合分析，認為E32沉積的早期到晚期，湖盆水體鹽度增大，從半咸水、咸水至鹽水演化，平面上E32沉積時期湖盆邊緣阿爾金山前區(qū)域、紅柳泉斜坡、躍進斜坡區(qū)水體鹽度低、湖盆中心英西地區(qū)、英中北部地區(qū)Ⅺ號斷層下盤鹽度高，呈不規(guī)則的環(huán)狀分布。

4 碳酸鹽巖沉積演化

4.1 碳酸鹽巖礦物成分

對研究區(qū)346件E32碳酸鹽巖樣品全巖礦物含量分析，發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖礦物種類多、成分復(fù)雜，主要為方解石、白云石、鐵白云石等碳酸鹽礦物，其次為陸源碎屑礦物，如石英、長石、黏土礦物，少量石鹽、硬石膏等。英西和英中地區(qū)碳酸鹽礦物和硫酸鹽礦物含量高、陸源碎屑礦物和黏土礦物含量低，英東地區(qū)碳酸鹽礦物和硫酸鹽礦物含量低，黏土礦物和陸源碎屑礦物含量高(圖5)，表明英東地區(qū)受陸源碎屑注入的影響，水體鹽度降低，碳酸鹽巖發(fā)育程度變差。

圖5 英雄嶺地區(qū)E32全巖礦物含量分析Fig.5 Content analysis of whole rock and minerals in E32 Yingxiongling tectonic belt

4.2 碳酸鹽巖巖性構(gòu)成

基于巖芯描述和346件碳酸鹽巖樣品全巖礦物分析結(jié)果，表明研究區(qū)E32碳酸鹽巖巖性復(fù)雜，混積特征明顯，可分為白云巖、灰云巖、云灰?guī)r和泥/灰?guī)r4類(圖6)。英西地區(qū)(57件樣品)主要為白云巖(占43.86%)和灰云巖(占38.59%)，其次為云灰?guī)r(占15.79%)，含量最少的是灰?guī)r(占1.75%)；英中地區(qū)(281件樣品)主要為白云巖(占45.21%)和灰?guī)r(占41.76%)，云灰?guī)r(占7.66%)和灰云巖(占5.36%)含量少；英東地區(qū)(8件樣品)主要為灰?guī)r(占37.5%)和云灰?guī)r(占37.5%)，其次為白云巖(占25.0%)，不含灰云巖。從英西、英中到英東地區(qū)，灰?guī)r含量明顯增高、灰云巖含量明顯降低，白云巖含量有所降低。

圖6 英雄嶺地區(qū)E32典型碳酸鹽巖巖芯照片和鑄體薄片F(xiàn)ig.6 Carbonate rock core photographs and microscopic photos of E32 in Yingxiongling areaa.灰色油跡藻灰云巖，塊狀層理，yh101井，2 927.52 m；b.灰色鈣質(zhì)泥巖夾灰白色油跡泥質(zhì)白云巖，水平層理，yh101井，3 182.21 m；c.灰色泥灰?guī)r，弱水平層理、波狀層理，yh101井，3 193.25 m；d.灰色灰質(zhì)白云巖，塊狀層理，shi38井，2 796.32 m；e.灰色泥質(zhì)含云灰?guī)r，塊狀層理，shi38井，2 799.39 m；f.灰色含灰云巖，塊狀層理，發(fā)育裂縫，裂縫內(nèi)充石膏，shi203井，4 499.45 m；g.泥晶藻紋層白云巖,yh101井，2 927.2 m；h.含砂泥質(zhì)灰云巖，shi38井，3 145.61 m；i.泥晶白云巖, yh101井，2 930.10 m

4.3 碳酸鹽巖平面分布

通過對研究區(qū)及其鄰區(qū)80多口重點井的E32碳酸鹽巖發(fā)育情況統(tǒng)計表明，鹽層以下的地層碳酸鹽巖分布面積為1 381.3 km2，外形呈不規(guī)則的橢圓形，厚度大于320 m，自盆地邊緣向盆地中心變厚。鹽層之間的地層碳酸鹽巖分布范圍變小，面積為1 028.4 km2，碳酸鹽巖沉積中心向南遷移，北部邊界向南退縮，厚度大于60 m。

4.4 碳酸鹽巖沉積組合

研究區(qū)E32碳酸鹽巖巖性組合及其變化特征主要受控于水體鹽度差異，在平面上和剖面上均表現(xiàn)出不同的特征(圖7)。英西和英中北部Ⅺ號斷層下盤發(fā)育咸水-鹽水環(huán)境下的碳酸鹽巖-膏鹽巖沉積體系，碳酸鹽巖巖性主要為白云巖和灰云巖，發(fā)育2套巖性組合，其中早期主要為灰云巖、云灰?guī)r、灰?guī)r、泥灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖互層(圖7a)，晚期主要為膏鹽巖、白云巖和膏質(zhì)泥巖互層(圖7b)；英中南部Ⅺ號斷層上盤在高部位局部區(qū)域發(fā)育藻灰云巖夾薄層灰?guī)r、灰云巖，低部位發(fā)育薄層白云巖、灰云巖和灰?guī)r，不發(fā)育膏鹽巖(圖7c,d)；英東地區(qū)受陸源碎屑的影響，水體鹽度整體偏小，不發(fā)育膏鹽巖沉積，主要以粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖、薄層灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r為主，灰云巖和云灰?guī)r發(fā)育相對較差(圖7e)。

圖7 英雄嶺地區(qū)E32湖相碳酸鹽巖沉積序列Fig.7 The sedimentary sequence model of lacustrine carbonate of E32 in Yingxiongling area1.泥巖；2.鈣質(zhì)泥巖；3.膏質(zhì)泥巖；4.砂質(zhì)泥巖；5.粉砂質(zhì)泥巖；6.泥質(zhì)粉砂巖；7.泥灰?guī)r；8.灰?guī)r；9.含云灰?guī)r；10.灰云巖；11.白云巖；12.藻灰/云巖；13.鹽巖

4.5 碳酸鹽巖沉積演化

研究區(qū)E32碳酸鹽巖沉積演化具有較強的規(guī)律性，表現(xiàn)為縱向上的分時性和橫向上的分區(qū)性明顯?？v向上，從早期的泥灰?guī)r、灰?guī)r為主，經(jīng)中期的云灰?guī)r、灰云巖為主過渡到晚期以白云巖為主，從早期到晚期，灰質(zhì)成分減少、云質(zhì)成分增多。橫向上，從英西、英中到英東地區(qū)，云質(zhì)成分減少、灰質(zhì)和泥質(zhì)成分增加，碳酸鹽巖的發(fā)育程度減弱，厚度減小。在英西和英中北部Ⅺ號斷層下盤，早期發(fā)育灰云巖與灰?guī)r、泥灰?guī)r組合，晚期發(fā)育灰云巖和白云巖組合；在英中南部Ⅺ號斷層上盤，早期發(fā)育泥灰?guī)r和灰?guī)r組合，晚期發(fā)育灰云巖和灰?guī)r組合；英東地區(qū)早期以泥灰?guī)r為主夾灰?guī)r，晚期以灰云巖為主，白云巖發(fā)育較差。

5 結(jié)論

(1)英雄嶺地區(qū)E32時期膏鹽巖平面分布呈不規(guī)則橢圓形，且晚期發(fā)育好于早期。位于湖盆邊緣的英中南部和英東地區(qū)膏鹽巖發(fā)育差，水體鹽度小，以微咸水-半咸水為主，沉積中心英西和英中北部膏鹽巖發(fā)育好，水體鹽度大，早期以半咸水-咸水為主，晚期以咸水-鹽水為主。

(2)英雄嶺地區(qū)E32碳酸鹽巖平面分布呈不規(guī)則的橢圓形，且早期發(fā)育好于晚期。受水體鹽度的影響，碳酸鹽巖巖性變化具有分時性和分區(qū)性，其中優(yōu)質(zhì)儲層白(灰)云巖主要分布在英西和英中北部Ⅺ號斷層下盤。早期英西和英中北部Ⅺ號斷層下盤以灰云巖和灰?guī)r為主，晚期以白云巖和灰云巖為主，英中南部Ⅺ號斷層上盤和英東地區(qū)早期以泥灰?guī)r和灰?guī)r為主，晚期則以灰云巖和灰?guī)r為主，且從英西到英東，碳酸鹽巖發(fā)育程度減弱。