巴西桑托斯盆地白垩系湖相藻叠层石礁特征及主控因素分析

王 颖 王晓州 廖计华 朱石磊 蔡露露

(1.中海油研究总院 北京 100028；2. 洲际油气股份有限公司新项目评价部 北京 100016)



巴西桑托斯盆地白垩系湖相藻叠层石礁特征及主控因素分析

王 颖 王晓州 廖计华 朱石磊 蔡露露

(1.中海油研究总院 北京 100028；2. 洲际油气股份有限公司新项目评价部 北京 100016)

湖相碳酸盐岩研究正处于不断探索和认识阶段，近年来国内外大量湖相碳酸盐岩储层的发现，使主要借鉴海相碳酸盐岩理论的湖相碳酸盐岩研究得到关注和重视，并取得一定的成果和认识。巴西桑托斯盆地白垩系藻叠层石礁是湖相碳酸盐岩一种特殊的储层类型，对于丰富湖相碳酸盐岩理论具有重要意义。通过对地震剖面的振幅反射结构，钻井岩性剖面，岩芯沉积结构、构造观察，岩芯薄片孔渗及成岩分析，测井曲线反映的沉积物粒序变化及旋回组合特征等现象的综合分析，总结出了白垩系藻叠层石礁的主要特征及主控因素。藻叠层石礁以叠层石为格架，藻类的黏结作用使其成为大面积连片发育的黏结礁，其孔渗发育，是良好的储层。发育和分布主要受物源供给、古隆起、水体变化和藻类改造四种因素的控制。咸水环境下，在远离碎屑物源影响的水下古隆起上，水侵体系域时期，适应环境较强的叠层石繁盛，藻类的黏结作用使其成为具有格架结构的黏结礁，沿巴西桑托斯盆地东部隆起带大面积发育。

桑托斯盆地 白垩系 藻叠层石礁 湖相碳酸盐岩 巴西

0 引言

湖相碳酸盐岩广泛发育于各陆相含油气盆地，由于其在一定条件下既是生油层又是储集层，在国内外湖相碳酸盐岩中均有一定的油气发现[1]，在国内，如四川盆地、渤海湾盆地、苏北盆地等，均有良好的湖相碳酸盐岩作为优质储层，甚至是高产油层[2-9]。湖相碳酸盐岩多层系发育、岩性类型多样，例如四川盆地中侏罗统大安寨组的介壳灰岩、渤海湾盆地济阳坳陷古近系的礁灰岩、苏北盆地古近系的生物灰岩、柴达木盆地西部中新统油砂山组合始新统干柴沟组生物礁灰岩、渤海湾盆地黄骅坳陷、冀中坳陷古近系沙河街组三段的湖相碳酸盐岩。在国外，湖相碳酸盐岩作为储层的盆地也很多，如巴西的坎波斯盆地、苏联的滨里海盆地、美国的绿河盆地等[10-12]。在现代的湖泊中，如死海和美国西部大盐湖，现在还正在进行着碳酸盐和蒸发岩的沉积作用[13]。但是，湖泊的规模远小于海洋，因此，相对于海相碳酸盐岩，湖相碳酸盐岩沉积范围有限、厚度薄、规模小，并具有侧向相变快、非均质性强等特点[14]，研究的深度和广度远落后于海相碳酸盐岩，借鉴于海相碳酸盐岩理论的湖相碳酸盐岩研究仍需要不断完善和发展。

巴西桑托斯盆地藻叠层石礁主要发育在白垩系Barremian巴雷姆阶Baravelha组，又名微生物礁(Microbial reef)，由于其具有特殊的叠层石格架，加上大量的藻类黏结作用，使其成为大面积连片发育的礁体，与元古代的叠层石在特征和分布上存在明显不同[15]。元古代叠层石发育在温暖、较稳定的陆内克拉通浅水碳酸盐岩中，主要为层状叠层石丘，而中生代叠层石已经成为藻叠层石礁格架的主要成分[16]。

1 地质概况

巴西桑托斯盆地位于南大西洋西岸的巴西东南部海上(图1)，盆地面积为326 867 km2，水深最深超过4 000 m[16]，呈现“三坳两隆”构造格局，分别为西部坳陷带、西部隆起带、中央坳陷带、东部隆起带和东部坳陷带。

巴西桑托斯盆地为典型的南大西洋被动大陆边缘含盐盆地，构造演化主要分为3个阶段：裂谷期、过渡期和漂移期(图2)[17-18]。裂谷期从侏罗纪晚期—早白垩世阿普第早期，南大西洋刚开始裂开，在巴西东部沿海形成了一系列的裂谷盆地。早白垩世阿普第中期进入过渡期，南大西洋完全裂开，非洲板块和南美洲板块完全分离并开始漂移。阿普第期以后，非洲板块向北漂移，南美洲板块向西南漂移，进入漂移期，从此开始了持续的热沉降和海水的快速入侵，巴西同非洲间的海面越来越开阔。白垩纪过渡期形成的厚层盐岩将桑托斯盆地分为盐上和盐下两套含油气系统(图3)。盐上含油气系统为中—晚白垩纪至今漂移期形成的深水沉积体系，森诺曼至马斯特里特期形成的深水海相页岩为主要烃源岩，储层则以土仑阶深水重力流砂岩为主，与页岩相组合从而形成了良好的储盖组合；盐下含油气系统发育于早—中白垩世裂谷期，此时为河湖相沉积体系，烃源岩为陆相的中深湖相泥岩，储层则以湖相生物碎屑岩为主[18]，裂谷期晚期由于海水入侵，形成了一套独特的湖相碳酸盐岩—藻叠层石礁，为其中一种重要的储层类型。

图1 桑托斯盆地构造格局Fig.1 The tectonic setting of Santos Basin

图2 南大西洋构造演化示意图[18]Fig.2 The schematic tectonic evolution of the South Atlantic[18]

2 藻叠层石礁特征

2.1 岩石学特征

Baravelha组的藻叠层石礁，储层主要包括两种岩性，藻叠层石灰岩和鲕粒灰岩，藻叠层石灰岩易发育垂直裂缝，局部藻叠层石灰岩、鲕粒灰岩和泥灰岩互层(图4)。藻叠层石灰岩发育多种类型，有乔木状、树枝状和灌木状，不同类型的藻叠层石礁代表不同的水体环境[19]。灌木状藻叠层石礁底部窄，向上逐渐出现分支，似灌木状，说明生长时水体缓慢加深，藻叠层石随着水深的增加，逐渐向上生长，接受最适宜的水深和光照；树枝状藻叠层石礁往往比较细小，通常发育在较浅水环境；乔木状藻叠层石礁通常比较高大，从底部向上生长迅速，快速分支，在横向上往往连片呈层状分布，抗浪能力较强，水体深度较大。桑托斯盆地盐下鲕粒是球体或椭球体的微生物沉积，浅灰色—灰色为主，成分为微生物成因的碳酸盐岩，与灰泥伴生，结构上类似于泥粒/粒泥灰岩，其形成所需的水体不深且盐度较高，根据鲕粒和基质的相对含量可以分为以下两类： 一种为泥质鲕粒灰岩，形成于高能环境，大部分为颗粒支撑(图5a)；另一种为鲕粒泥灰岩，大部分为基质支撑，鲕粒漂浮泥质基质中，形成环境低于泥质鲕粒灰岩(图5b)。通过镜下薄片观察，鲕粒可见十字消光结构(图6a)，鲕粒以正常鲕和表皮鲕为主(图6b)，可见变形鲕，粒径一般介于0.2～2 mm，分选性和磨圆度差—中等。

图3 桑托斯盆地岩性柱状图Fig.3 The stratigraphic column map of Santos Basin

2.2 沉积特征

藻叠层石礁相，进一步细分为礁核和礁缘两种亚相。礁核为藻叠层石礁主体，主要为藻叠层石微生物灰岩，局部与鲕粒灰岩互层(图7)，不同类型的藻叠层石礁与鲕粒灰岩交替互层，同时也反映了水体能量的变化。由下至上，泥质鲕粒灰岩变为鲕粒泥质灰岩，说明水体能量降低，向上变为灌木状藻叠层石灰岩、鲕粒灰岩、乔木状藻叠层石灰岩，说明由下至上水体能量增强，水体深度逐渐加深。不同类型岩性间易发育平行裂缝，从而提高了储层物性。藻叠层石礁发育在生屑滩形成的坚硬基底上，可进一步细分为贝壳滩和滩缘相，贝壳滩多呈丘型，地震反射为中振幅中低频断续杂乱反射(图8)。贝壳滩主要为贝壳灰岩，以双壳类壳体为主，孔洞发育(图9)。礁核地震相特征为中振幅中频断续亚平行反射，局部空白反射，多发育于古隆起顶部，向古隆起斜坡部位，由于水体变深，环境的改变使纹层灰岩更为发育，转变为礁缘相，岩性组合为纹层灰岩夹藻叠层石礁灰岩，地震相为席状—楔状中—强振幅中频较连续平行反射。礁核和礁缘自然伽马曲线均为箱型特征，但是由于礁缘相泥灰岩含量增加，使自然伽马曲线表现为锯齿状箱型。

图4 W1井藻叠层石礁岩芯特征(井位见图1)Fig.4 The Well W1 core character of stromatolite reef

图5 桑托斯盆地W2井鲕粒灰岩a.泥质鲕粒灰岩；b.鲕粒泥灰岩Fig.5 The Well W2 core of oolitic limestone

图6 W2井鲕粒灰岩镜下特征a.鲕粒灰岩十字消光特征；b.鲕粒类型Fig.6 The oolitic limestone petrographic fabrics of Well W2

图7 W2井藻叠层石灰岩与鲕粒灰岩互层发育Fig.7 The interbedded sediment of stromatolite limestone and oolitic limestone of Well W2

图8 藻叠层石礁地震相及测井相特征Fig.8 The seismic and log facies of stromatolite reef

2.3 物性特征

藻叠层石礁礁核亚相岩性为藻叠层石微生物灰岩和鲕粒灰岩。藻叠层石微生物灰岩岩石较为致密，遭受白云化和硅化作用，孔隙类型以粒间孔，晶间孔和溶孔为主(图10a)，孔隙度平均13.4%，渗透率平均183.7×10-3μm2；鲕粒灰岩储集空间类型主要为残余粒间孔、铸模孔(图11a)、粒内溶孔和裂缝(图11b)，其中残余粒间孔和铸模孔占孔隙体积的70%左右，孔径约0.05～1.50 mm不等，残余粒间孔占孔隙的50%左右，形状不规则，对储层渗透性有极大改善，同时裂缝的存在，也加大了储层的渗透率；粒内溶孔呈圆—次圆状，一般在鲕粒形成早期，由于选择性溶蚀作用，使鲕粒的原始结构有所保留，但这类孔隙一般呈孤立状分布，连通性较差。礁缘岩性主要为灰色纹层灰岩，岩石致密，硅化强烈，发育残余粒间孔，但连通性差(图10b)。

3 藻叠层石礁发育控制因素

湖相碳酸盐岩由于形成的湖相环境较海相环境局限，因此控制因素较多，除易受构造背景、古气候、古水动力条件和古水介质性质控制外，海侵作用以及生物作用等因素也对湖相碳酸盐岩的形成有重要影响[13]。通过古构造、古气候、水体性质综合分析，以及地震、钻井、岩芯资料研究，认为桑托斯盆地湖相碳酸盐岩藻叠层石礁体发育和分布主要受古气候和古环境、古隆起、水体变化及藻类改造四种因素的控制。

图9 W2井贝壳灰岩岩芯特征Fig.9 The Well W2 cores character of coquinas

图10 W2井钻井岩芯及薄片沉积储层特征a.藻叠层石礁核岩芯及薄片特征；b.礁缘岩芯及薄片特征Fig.10 The character of Well W2 cores and petrographic fabrics

图11 鲕粒灰岩主要孔隙类型a.W2井鲕粒灰岩镜下特征，残余粒间孔，铸模孔；b.W2井鲕粒灰岩镜下特征，粒内孔、裂缝Fig.11 The pore types of oolitic limestone

3.1 古气候、古环境

气候对湖泊碳酸盐沉积的影响远比海洋显著的多[13]， 白垩纪气候代表着地质历史中的一种特殊温室气候类型[20]，在温暖潮湿的气候环境下，此时入湖陆源碎屑减少，导致碳酸盐岩沉积相对发育[21]。Michael通过对大西洋两岸油样源岩沉积环境分析[22]，认为，桑托斯盆地Baravelha组的藻叠层石灰岩沉积时，由生屑滩沉积时的淡水—半咸水沉积环境转变为咸水湖泊环境(图12)。因此，在咸水环境下，生物种类减少，适应环境较强的叠层石繁盛。同时桑托斯盆地三坳两隆的构造格局，由于西部隆起带的遮挡，使西部入湖河流带来的陆源碎屑绝大部分沉积在西部坳陷带内，中央坳陷带水体加深进一步使湖水得到净化，使东部隆起带成为湖相碳酸盐岩沉积的有利区域(图13)。

3.2 古隆起

叠层石的生长往往需要一个坚硬的基底，而鲕粒滩或者鲕粒砂丘为微生物席的形成提供了条件[23]。

桑托斯盆地藻叠层石礁通常发育在丘型的生屑滩上(图14)，通过井震联合标定，贝壳滩地震相特征为波状—丘状中振幅中低频断续杂乱反射，滩缘地震相特征为席状—楔状强振幅连续平行反射。生屑滩形成的坚硬丘型古隆起，为叠层石生长提供了良好条件。藻叠层石礁为中振幅中频断续亚平行反射，礁缘往往是礁核受风暴等事件的影响，将未固结或者弱固结的藻叠层石礁碳酸盐岩组分打碎、撕裂、滑塌、崩落到斜坡低洼处，形成礁缘沉积，因此礁缘相为细粒的致密泥灰岩夹物性较好的薄层藻叠层石礁碳酸盐岩。

图12 大西洋两岸Barremian期油样源岩沉积环境分布图(据Michael，2006)Fig.12 The oil source rock depositional environment map in Barremian stage, Atlantic

图13 桑托斯盆地Baravelha组沉积模式图Fig.13 The sedimentary model of Baravelha Group in Santos Basin

图14 藻叠层石礁和生屑滩地震相特征(测线位置见图1)Fig.14 The seismic facies of stromatolite reef and shell beach

3.3 水体变化

利用地震剖面、钻(测)井资料及岩芯资料可以进行三级以上低频层序的分析，但通过准层序组多旋回分析的高分辨率层序地层学，能够更加精细的说明沉积体相序变化与水平面变化之间的关系。湖侵体系域发育时期，可容空间的增大利于湖相碳酸盐岩的发育，地层中普遍具有多旋回性特征[24]。向上变浅旋回和高频层序是构建碳酸盐岩储层、碳酸盐岩台地、以及陆棚到盆地之间联系的基石[25]。湖平面的升降变化会导致碳酸盐生产和堆积速率从低到高发生变化，湖平面的快速升高或者急速下降造成的短期暴露都会导致碳酸盐岩停止生长，从而形成向上变粗、变厚的准层序[26]。

桑托斯盆地研究目的层位主要处于湖侵体系域发育时期(图15)，由三个向上变浅的准层序组成，盆地拉张，海水入侵，使藻叠层石礁在水侵过程中初始化于沉没的生屑滩上，进入快速发育时期；高位期，微生物及叠层石胶结作用形成大面积的黏结礁体；低位期，淋滤作用的发生形成早期的溶蚀孔隙，从而增大礁体孔隙度。

3.4 藻类发育

中生代的藻叠层石礁与元古代繁盛时期的叠层石明显不同。从世界各地叠层石统计资料来看[15]，元古代的叠层石通常粒度细，孔渗差，不能作为储层，而桑托斯盆地白垩系的藻叠层石礁却有优质的孔渗特征，是优质储层，这与叠层石的生长环境和藻类的黏结改造密不可分。元古代的叠层石由丝体藻在清洁、相对安静的海洋环境中生长堆积而成。丝体藻像水蛇或章鱼一样完全自由、舒展地漂浮在海水中，并通过分泌黏性物质黏结矿物颗粒而形成叠层石。藻类的生长需要光合作用，因此，在阳光充足的白天，藻丝体光合作用强，快速向上生长；而夜晚，随着光线的减弱，光合作用也随之减弱或者停止，藻丝体变成匍匐生长。这种昼夜不同的生长方式，使叠层石出现明、暗相间的纹层。桑托斯盆地的藻叠层石礁，是在叠层石格架的基础上，通过藻类黏结而成的黏结类礁体，其中夹杂的鲕粒灰岩说明当时的形成环境并不是安静的水体，在滨—浅湖高能环境中，只有藻类的参与黏结作用才能使藻叠层石礁体形成类似于珊瑚礁的抗浪格架。西澳鲨鱼湾的现代叠层石分析[27]，进一步证实了藻类在改造叠层石礁体孔渗所起的重要作用。潮间带叠层石以蓝藻细菌建造为主，粒度细；潮下带叠层石以蓝藻细菌建造和藻类黏结共同形成，粒度明显变粗，孔渗得到改善。

图15 W2井沉积相分析图Fig.15 The sedimentary facies of Well W2

4 结论

藻叠层石礁是桑托斯盆地白垩系盐下湖相碳酸盐岩一类重要的储层类型，发育多种类型，有乔木状、树枝状和灌木状，不同类型的藻叠层石礁代表不同的水体环境；自然伽马曲线形态呈箱型或锯齿状箱型。其可进一步细分为礁核和礁缘，礁核岩性为含球粒叠层石微生物灰岩，岩石较为致密，遭受白云化和硅化作用，孔隙类型以粒间孔，晶间孔和溶孔为主，平均孔隙度13.4%，平均渗透率183.7×10-3μm2；礁缘岩性为灰色纹层灰岩，岩石致密，硅化强烈，孔隙不发育。

(1) 水下古隆起是藻叠层石礁发育的基础，浅水高能环境利于藻叠层石礁的发育；其发育分布与水侵体系域密切相关。在水侵过程中藻叠层石礁初始化于沉没的生屑滩上，进入快速发育时期；高位期，微生物及叠层石胶结作用形成大面积的黏结礁体；低位期，淋滤作用的发生形成早期的溶蚀孔隙，从而增大礁体孔隙度。

(2) 藻叠层石礁垂向上主要在水侵体系域时期大面积发育；平面上，东部隆起带上远离陆源碎屑干扰，浅水高能环境，是其发育的有利区域，中央坳陷带和东部坳陷带低凸起零星发育。

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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

国家科技重大专项(2011ZX05030-002)[Foundation: National Science and Technology Major Project, No.2011ZX05030-002]

王 颖 女 1976出生 博士 层序、沉积、储层 E-mail:wangying8@cnooc.com.cn

P534.53 P588.24+5

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