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混合沉积研究进展与关键问题

2019-04-19徐伟杜晓峰黄晓波宋章强李正宇

沉积学报 2019年2期
关键词:陆源碳酸盐碎屑

徐伟,杜晓峰,黄晓波,宋章强,李正宇

中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459

传统的沉积学观点认为,陆源碎屑的注入会抑制碳酸盐矿物的产出,而且在绝大多数情况下,这两种沉积物不应该也不会混合在一起。但从20世纪50年代开始,地质学家们在现代沉积与古代沉积剖面中发现大量混合沉积现象[1-4],而且逐渐开始在专题学术研讨会中进行介绍、讨论[5],并由此意识到,混合沉积事件是普遍存在的,而非是一种特例。随后,学者们相继提出了“混合沉积物”、“混积岩”的概念[6-8],并指出混合沉积可广泛发育于陆相湖泊、海陆过渡、陆棚和深水斜坡等环境[9-10]。关于混合沉积的相关研究逐渐多样化、深入化,主要包括:岩石成分、岩性命名等基本理论问题的讨论[7-14],不同沉积背景下的混合沉积模式建立[15],混合沉积控制因素研究[16-17],混合沉积型油气储层的发现及其油气地质意义的探讨[18-20]。

随着混合沉积实例以及与之相关的油气发现日益增多,对混合沉积进行系统化、全面化的研究显得至关重要。本文系统梳理了国内外混合沉积研究所取得的进展,划分了混合沉积研究的规律性发展历程,归纳总结了混合沉积岩性分类命名方案、不同沉积背景下混合沉积的成因类型、沉积模式、控制因素及其油气地质意义,并提出了混合沉积研究现阶段存在的关键性问题与发展趋势,以期为古地理环境恢复、沉积动力学及相关油气勘探开发的研究提供思路和依据。

1 混合沉积研究阶段划分

根据主要研究内容与研究的深入程度,将混合沉积研究历程归纳为4个阶段:现象描述阶段、基础理论研究阶段、海相混合沉积研究阶段、陆相混合沉积及综合研究阶段(图1)。

1.1 现象描述阶段

国外学者在20世纪50年代开始注意到现代海相沉积中陆源碎屑与碳酸盐矿物混合沉积的现象[1-3],例如Maxwell、Button分别描述了澳大利亚大堡礁Arlington礁体南部与南非Transvaal省东部Pretoria组中混合沉积的岩性构成、组分含量、岩性组合特征等[2-3]。这一阶段的研究虽然仅对混合沉积特征进行了现象性描述,但却使地质学者们认识到,碳酸盐矿物与碎屑物质是可以共生的,这为后来的研究提供了重要的案例,也拉开了混合沉积研究的序幕(图1)。

图1 混合沉积研究历程简表Fig.1 Brief table of the research process for the mixed siliciclastic and carbonate sediments

1.2 基础理论研究阶段

20世纪80年代,国外学者首先开始对混合沉积的基础性科学问题进行探讨,迈出了系统性研究的第一步。Mount首次定义了“Mixed Sediments”(混合沉积物)的概念,建立了系统的混合沉积岩石学分类方案,并提出了浅海陆架混合沉积成因分类[7],奠定了混合沉积研究的理论基础(图1)。杨朝青等[8]首次提出“混积岩”的概念与命名方案,开创了国内混合沉积研究的先例,为后续研究提供了借鉴与经验。

1.3 海相混合沉积研究阶段

20世纪90年代开始,大量的混合沉积实例被发现于现代海相沉积体系与古代海相沉积剖面中,学者们从沉积特征、沉积模式以及成因机制等方面展开了系统的研究,海相混合沉积研究逐渐进入高峰期[21-23]。这一阶段,学者们提出了众多海相沉积类型,其中以Davisetal.[21]、Coffeyetal.[24]、Tcherepanovetal.[25]为代表,分别建立了典型的滨海、浅海陆棚、深海斜坡等沉积背景下的混合沉积成因模式(图1),完善了海相混合沉积研究。

1.4 陆相混合沉积及综合研究阶段

21世纪初始,相对复杂的陆相混合沉积逐渐受到关注,混合沉积模式与成因机制的研究逐渐完善,孟兆鸿等建立的近源型粗粒混合沉积成因模式[26]以及徐伟、冯进来等提出的远源型细粒混合沉积发育模式[20,27],均是陆相混合沉积研究的代表性成果。具有重要意义的是,这一阶段混积型油气储层获得了勘探突破,荷兰De Wijk气田砂质鲕粒滩[18]、渤海油田古近系生屑砂岩[19]等典型混积型优质储层的发现,标志着混合沉积领域油气勘探实践的开端,同时,对于混合沉积复杂岩性的成岩作用研究也相继开展[28-30](图1)。这一阶段,对于海相混合沉积的沉积特征、沉积模式、控制因素的研究仍在继续深入[29,31]。

2 混合沉积研究进展

2.1 基本概念与岩性分类方案

美国学者Mount在研究现代浅海陆架沉积体系时,首次提出了“Mixed Sediments”(混合沉积物)的概念[7],国内学者杨朝青和沙庆安在1990年首次提出了“混积岩”的概念,并指出狭义的混合沉积仅指陆源碎屑与碳酸盐矿物在同一层系内的相互混杂,而广义的混合沉积还包括两种沉积物互层或夹层方式产出[8],本文倾向于采纳狭义的混合沉积概念,即组分型的混合,而非代表经历过相变的互层型混合,下文中的对沉积特征与沉积类型的描述,也主要是针对狭义的混合沉积。需要注意的是,“混合沉积”与“混合沉积物”的概念可以准确地表述混合沉积的过程及其产物,但并不能代表其形成的一类岩石。因此,可以采用“混积岩”一词来表述混合沉积作用形成的岩石类型,尽管混积岩的基本岩性仍然是碎屑岩或者碳酸盐岩[11,28]。

由于地质特征的差异性,对于混积岩的岩石分类方案,至今没有形成统一的标准。Mount依据硅质碎屑砂、硅质碎屑泥、碳酸盐颗粒和灰泥四个端元组分,构成一个三角四面体对混积岩进行分类[10](图2),这种分类较为全面和准确,但实际应用中稍显繁琐。杨朝青和沙庆安提出了由陆源碎屑、碳酸盐、黏土为三端元的混积岩岩石分类方案,将碳酸盐组分含量大于25%、陆源碎屑含量大于10%的岩石称作混积岩[8],在此基础上,张雄华[11]、王杰琼等[14]扩大了混积岩的岩性范畴(图2)。上述三种方案均未将碳酸盐粒屑与碳酸盐填隙物进行区分,且均以混积岩作为岩石名称后缀,分类与命名稍显笼统。笔者在渤海海域古近系混合沉积研究中提出了将陆源碎屑(硅质碎屑砂、黏土)、生物成因碳酸盐颗粒(生物碎屑、藻粒、团粒等)、化学成因碳酸盐(鲕粒、内碎屑、泥晶等)作为三端元的岩石分类方案,并结合碳酸盐组分含量与油气有效产能的拟合关系,确定了碳酸盐组分的下限值,将碳酸盐组分含量大于15%、小于90%定义为混积岩。根据各组分含量的组合关系可进一步将混积岩分为以陆源碎屑为主、以生物成因碳酸盐颗粒为主、以化学成因碳酸盐为主的三种类型,并依据常用沉积岩分类标准对混积岩进行进一步的岩性细分与命名。

图2 混合沉积岩石分类方案a.据Mount[7];b.据杨朝青等[8];c.据张雄华[11];d.据王杰琼等[14]Fig.2 Lithologic classification for mixed siliciclastic and carbonate sediments

2.2 混合沉积成因类型

Mount首次提出了4种混合沉积的成因类型:间断混合、相混合、原地混合、母源混合[7](图3),这几种类型在前人与后人的研究中均被大量的实例所证实,但需要注意的是,这种分类主要是针对狭义的混合沉积,即同一层系内的成分混合而提出的。

(1) 间断混合

间断混合由事件成因引起,即由风暴、泥石流等沉积事件把沉积物从一个沉积环境搬运到另一环境。例如风暴流可以将近岸的硅质碎屑沉积物搬运到相对深水的碳酸盐岩沉积环境中,而在镶边台地背景下,大型风暴也可以侵蚀礁体并搬运到向陆方向的碎屑沉积为主的潟湖环境中(图3a),这样的事件沉积物往往保存为典型的突变沉积特征,并且由于时间与空间的偶然性,可以形成不同类型的混积岩[32]。

(2) 相混合

相混合是指沉积物沿不同相之间的扩散边界发生混合。Mount[7]等学者认为,根据瓦尔特相律,不同的沉积相带间并没有截然的分界线,在碎屑岩与碳酸盐岩沉积相过渡带会产生混合沉积物(图3b),例如我国雪峰古陆边缘发育冲积扇砂砾岩与滨海高能滩的混合沉积,混合沉积与上下地层均为渐变过渡关系[33]。相混合是发育最为普遍的一种混积类型,由于相组合特征的不同,既可形成粗粒的、以碳酸盐颗粒或者陆源屑颗粒为主的混积岩,亦可表现为细粒的、以灰泥为主的混积岩。

(3) 原地混合

原地混合是由堆积在基底之上的原地死亡的钙质生物与原地或近原地残留的陆源碎屑混合而成(图3c),通常形成以生物碎屑为主的混积岩[34]。李祥辉等[35]在对龙门山地区泥盆系混合沉积的研究发现,当风暴过后,生物群落迅速繁盛的过程可以产生典型的原地混积现象。

图3 陆源碎屑影响下的镶边碳酸盐岩台地混合沉积过程[7]Fig.3 Mixing processes on rimmed, siliciclastic-influenced carbonate platforms[7]

(4) 母源混合

母源混合由邻近已石化的碳酸盐源区经侵蚀而提供的碳酸盐碎屑与硅质碎屑混合而成,受流域内母岩主要成分的影响,可以分别形成以碳酸盐碎屑或者硅质碎屑为主混积岩。渤海海域渤中29-4构造发育典型的受碳酸盐岩母岩影响而形成的砂砾岩,岩石中普遍含有碳酸盐岩屑。

Mount提出的经典的混合沉积成因类型从混合方式上明确了混合沉积过程的发生机制,研究至今,得到了众多学者的应用与发展,其科学性与正确性已被大量的实例所证实。此外,除以上一些成因机制之外,相继有学者提出了不同类型的混合沉积成因过程,徐伟等[20]曾提出一种由于藻类对碎屑颗粒的黏结作用而形成的藻混合沉积。

2.3 混合沉积环境及典型沉积类型

大量的研究实例显示,混合沉积是现代和地史时期的一种普遍沉积现象,其发育环境十分广泛。就盆地类型而言,混合沉积可以发育于欠补偿咸化湖盆[20]、淡水湖盆[36-38]、活动大陆边缘盆地[13]、弧后前陆盆地[39];就局部沉积环境而言,混合沉积可发育于滨浅湖[19-21,26,36,38,40-41]、滨岸[3,12,21,42-43]、海湾[8]、浅海陆棚[16-17,22,24]、深水斜坡[25,44-45]等(表1)。不同的沉积环境下,对应发育不同的混合沉积类型。

2.3.1 海相混合沉积典型类型

对于海相盆地,总结而言,分别发育滨岸环境、浅海陆棚环境以及深水斜坡环境下不同的混合沉积机制与典型混合沉积类型。

(1) 滨岸混合沉积类型

由陆到海的过渡带,由于河流注入、潮汐流、沿岸流的作用,易于在三角洲、河口湾、潟湖、潮坪以及海滩等环境中形成陆源碎屑与碳酸盐的相混合沉积[3]。现代墨西哥湾可见到三角洲前缘砂体伸入到陆棚碳酸盐沉积区,如密西西比河的陆源碎屑物注入,在佛罗里达西海岸形成陆源碎屑与碳酸盐的组分型混合沉积[9]。Davisetal.[21]在研究墨西哥湾现代潮汐三角洲中混合沉积现象时发现,无论是涨潮期还是退潮期,潮汐流的携带作用均可以在潮道附近造成砂质颗粒与生物碎屑的混合。此外,滨岸地区混合沉积类型也与沿岸流和回流相关,河口或滨岸的海滩砂可以被这些洋流带到碳酸盐沉积区形成混合沉积[12]。

(2) 浅海陆棚混合沉积类型

浅海陆棚区水动力条件较强,混合沉积现象较为普遍,陆源碎屑的进积与波浪作用是混合沉积发育的主要控制因素。与滨岸带混合沉积类似,现代陆架区相混合沉积也较为发育,陆源碎屑推进至生物碳酸盐岩沉积区,堆积、镶嵌在礁体格架内或与化学成因的碳酸盐矿物混合,形成含砂屑的碳酸盐岩沉积[2]。古代陆架沉积剖面中也广泛发育相混合沉积,Coffeyetal.[24]对美国北卡罗来纳州Albemarle盆地碳酸盐—陆源碎屑混积陆架进行层序地层学研究时指出,高位域时期陆源碎屑向碳酸盐陆架进积,强波浪作用造成砂质颗粒与软体动物碎屑的混合,形成相带较宽的混合沉积(图4)。陆架区也可以发育原地型混合沉积,拉丁美洲Belize南部更新世低位域时期陆架区主要发育河流冲积平原,后期在陆源泥质陆棚之上发育数量较多的生物礁群建造[31]。

图4 美国Albemarle盆地渐新世混积陆棚沉积特征(据文献[24],有修改)a.沉积模式;b.典型岩性序列Fig.4 Depositional pattern of the Oligocene mixed siliciclastic-carbonate shelf in the Albemarle Basin, USA (modified from reference[24])

(3) 深水斜坡混合沉积类型

这类混合沉积一般发育碳酸盐台地边缘斜坡或者缓坡型台地斜坡之上,主要包括两种类型。一类发育在海平面快速下降期,碳酸盐岩陆架受风暴与波浪侵蚀,垮塌并与斜坡碎屑物质混合形成事件性的间断混合沉积,充填水道或者堆积于坡脚处,一般具泥石流、重力流的混合沉积特征[25]。另一类具有细粒沉积特征,例如在我国南海海域,宽广的大陆坡上广泛发育钙质软泥和含硅质钙质软泥等深水细粒相混合沉积[42]。

2.3.2 陆相混合沉积典型类型

在陆相盆地中,受控于物源供给、地貌、水动力条件等因素,滨浅湖被认为是混合沉积的主要发育环境。陆相湖盆混合沉积类型可以总结为近源混合沉积类型和远源混合沉积类型,近源即与陆源碎屑伴生,远源即基本不受陆源碎屑干扰。

(1) 近源混合沉积类型

典型的近源混合沉积发育于扇体之间的相对静水区,或者扇体进积的间歇期,物源干扰作用较弱,腹足类生物与藻类生长繁盛,湖浪的改造作用可以使砂体侧翼的砂质碎屑与扇间的生屑颗粒充分混合,在湖湾等波浪减能地带形成原地或准原地的混合沉积(图5a),以较高的生屑含量为特征(图6a,c);后期扇体对供源间歇期生物滩的冲刷改造作用,也可以形成富含生屑的砂体(图5b、图6d)。这种类型的混合沉积在渤海湾盆地孤北凹陷与渤海海域的沙一二段均较为发育[19,26]。

(2) 远源混合沉积类型

远源混合沉积现象一般发育在三角洲沉积体系的前端,包括静水环境下的低能细粒混合沉积与水下隆起之上的高能混合滩。由于三角洲沉积体系前缘远端陆源碎屑供给量较小,较弱的干扰作用不足以抑制浅水洼地内泥晶碳酸盐岩的生长与发育,便可在三角洲与碳酸盐沉积的相边界过渡带形成粒度较细的组分型混合沉积(图6e、图7a)。柴达木盆地西北区新近系[20]、渤海湾盆地东营凹陷沙四段[38]、惠民凹陷沙一段[46]三角洲前端均发育此种类型的相混合。

水下隆起高能混合滩主要发育于浅湖区、碎屑岩沉积体系与碳酸盐沉积体系的过渡带,在古隆起的地貌背景上发育碳酸盐粒屑滩,受控于波浪对两种沉积物的再改造作用,在碳酸盐粒屑滩向陆方向的边缘相带,形成粒屑与砂质颗粒的组分型混合沉积[18,20,27,46](图6f、图7b)。另外,徐伟等[20]在柴达木盆地西北区新近系、渤海海域古近系中识别出一种特殊的藻混合沉积。藻混合沉积发育于水下隆起之上的藻滩及藻滩外缘,由藻类的黏结作用捕获碎屑以及经历滑塌作用后再混合而形成(图6g,h、图7a)。

2.4 混合沉积主控因素

尽管是相对特殊的沉积现象,但混合沉积作为地质历史时期中的一类沉积事件,其控制因素又具有普遍性,一般包括碎屑物质供给、气候与水体环境、古地貌条件、构造作用、海(湖)平面变化以及水动力条件。相比于碎屑岩沉积,混合沉积作用得以发生的先决物质条件是碳酸盐的发育,因此碎屑物质供给、气候与水体环境、海(湖)平面变化以及古地貌条件是控制混合沉积发育的关键性因素,构造运动与水动力条件则通过影响碎屑物质供给量、可容纳空间、混合沉积规模以及混合方式等对混合沉积作用起到间接的控制作用,大多数情况下,各种控制因素间相互牵制,共同影响。

图5 孤北洼陷沙一段混合沉积发育特征(据文献[26],有修改)a.沉积相特征;b典型岩性序列Fig.5 Mixed sediment characteristics for the First Member of the Shahejie Formation in the Gubei Depression (modified from reference[26])

图6 混积岩岩芯与微观岩石学特征a.含螺砂砾岩,生屑孔大量发育,QHD29-2E-5井,渤海海域古近系沙二段;b.藻灰岩,南105井,柴达木盆地新近系;c.含砂生屑云岩,生物体腔孔发育,QHD36-3-2井,渤海海域古近系沙二段;d.含生屑砂砾岩,QHD36-3-2井,渤海海域古近系沙二段;e.含砂泥晶灰岩,南102井,柴达木盆地新近系;f.鲕粒砂岩,鲕粒与石英颗粒均匀混合,见鲕粒灰岩内碎屑,荷兰DeWijk气田下三叠系;g.滑塌型含砂藻灰岩,南102井,柴达木盆地新近系;h.含砂藻黏结白云岩,藻类骨架结构,BZ36-2-W井,渤海海域古近系沙二段;i.砂砾岩,碳酸盐岩屑与火成岩岩屑混合,BZ29-4-5井,渤海海域古近系沙二段Fig.6 Petrologic features of mixed rock cores and rock slices

图7 柴达木盆地远源混合沉积类型(据文献[15,20],有修改)Fig.7 Distant mixing sedimentary types in the Qaidam Basin (modified from references[15, 20])

(1) 碎屑物质供给

碎屑物质供给通过沉积物供给数量的变化以及供给种类影响着混合沉积。碎屑物质的供给量直接影响了混合沉积的组分特征和规模,当碎屑物质供给量增大时即物理因素影响逐渐加大,化学因素影响将减弱,混合沉积中碳酸盐组分含量将受到限制,反之亦然。此外,来自碳酸盐岩母岩的沉积物易形成母源型的混合沉积,如渤海海域渤中29-4油田沙一二段时期,受渤南低凸起碳酸盐母岩的影响,形成碳酸盐岩与火成岩碎屑混合的砂砾岩(图6i)。

(2) 气候与水体环境

由于内陆湖盆对各种气候变化非常敏感,因此气候及水体环境对混合沉积的控制作用在陆相湖盆沉积环境中体现的较为明显。降雨期和枯水期、干旱和潮湿、温暖期和寒冷期的交替变化均能直接和明显地影响混合沉积[38]。渤海海域古近系混合沉积主要发育于沙一二段,元素分析表明,沙一二段时期,气候干旱,水体盐度较高(图8),利于碳酸盐饱和沉淀,同时地表径流较弱,湖泊内陆源碎屑供给量相对很少,此时混合沉积以碳酸盐组分为主,可含有少量的陆源碎屑。气候由干旱向潮湿转换时,湖泊盐度变低,湖泊内陆源碎屑供给量增加,碳酸盐岩沉积受到抑制,形成以陆源碎屑为主的混合沉积[47]。

(3) 海(湖)平面变化

海平面的升降从控制陆源物质的供应和碳酸盐岩发育程度两方面影响着混合沉积作用的进行及强度[48]。对于陆源碎屑系统控制的陆架而言,已有的类型表明大多数陆源碎屑到达较深水环境是在海平面低水位期[49],而在高水位期由于河流携带的碎屑物推进距离有限,混合沉积发育受到限制。海平面变化也会影响碳酸盐的生产率,从而对盆地内的混合沉积产生控制作用。在碳酸盐台地环境中,海平面变化的沉积响应与陆源碎屑系统完全不同[50]。在高水位期碳酸盐台地被水体淹没,大大地增加了浅水碳酸盐的生产区域和混合沉积发生的概率[50];相反,在低水位期,台地区浅水碳酸盐生产区域缩小,碳酸盐岩沉积受到限制,出现混合沉积的机率也就很小[51]。

(4) 古地貌条件

古地貌特征通过影响碳酸盐浅滩的形成来控制混合沉积的发育[20,27,38]。笔者对渤海海域沙一二段混合沉积的发育背景分析表明,有91%的混合沉积均发育在盆内低凸起、凸起倾末端、水下低隆起、孤立潜山等地貌背景下(图9),这些正向构造单元易于受到波浪、湖流作用影响,利于碳酸盐矿物与粒屑颗粒的形成,是混合沉积发育的有利古地貌类型。

(5) 构造作用

除了构造运动造成暴露剥蚀而形成的碎屑物质可为混合沉积的形成提供陆源组分以外[48,52],构造运动对混合沉积的影响主要体现在构造沉降速率和沉积速率的配置关系[9,53]。如果构造沉降速率大,则潜在的可容纳空间较大,沉积速率较大的情况下,碎屑物质与短暂供源间歇期发育的生物碎屑形成厚层的混合沉积,反之厚度较小[38]。渤海湾盆地埕东凸起陡坡带沙一段发育陆源碎屑与螺类的混合沉积,由于边界断层长期活动、沉积区稳定沉降,可容纳空间持续增大,含螺砂砾岩与砂砾质螺灰岩多期叠加(图5),形成近百米厚的混积螺灰岩[26]。

图9 环渤中凹陷古近系古地貌特征Fig.9 Paleotopography characteristic from the Paleogene around the Bozhong Depression

(6) 水动力条件

水动力条件是搬运陆源碎屑与碳酸盐颗粒的直接驱动力,是控制混合沉积的至关重要的因素。在海相滨岸带环境中,潮汐以及沿岸流、回流等洋流可以将河口或滨岸的海滩砂带到碳酸盐沉积区,形成陆源碎屑与生屑颗粒、生物礁体的混合[12,21,42]。而波浪作用则是浅海陆棚区混合沉积的主要营力,也是陆相湖盆中近源扇体间的混积生屑滩、远源水下隆起高能混合滩形成的关键性因素,波浪不仅可以将盆内碎屑搬运到相邻的砂质滩坝或三角洲沉积区中,也能把碎屑岩沉积体系中的陆屑颗粒带入碳酸盐粒屑滩中,并且使两种组分充分混合[19,26](图5、图6a,c,f、图7b)。

2.5 混合沉积油气地质意义

与纯碎屑岩、纯碳酸盐岩相比,混合沉积一般具有较为复杂的岩石组分。高能环境下发育的生物碎屑、鲕粒、藻粒等异化颗粒与陆源碎屑颗粒混合,可提供骨架支撑作用,利于形成大量的原生孔隙;同时,泥质成分易被冲洗带走,而且动荡水体条件下形成的碎屑颗粒环边包壳具有抑制胶结物生长与抗压实的作用[54],这些因素均利于原生粒间孔隙的保存;另外,软体生物、藻类植物以及白云石等碳酸盐组分的存在,为准同生期以及后期成岩过程中溶蚀作用的进行提供了物质基础,使得混合沉积岩石具有成为优质储层的潜力。对于低能环境下形成的混合沉积,岩性以具有泥晶结构的粉砂质或泥质灰岩为主,由于沉积物粒度较细,原生孔隙与次生孔隙均不发育,因此,很难形成有效的储层。近年来,含油气混合沉积的实例报道也屡见不鲜,如荷兰东北部DeWijk和Wanneperveen气田三叠纪[18]、德国盆地下Keuper组[40]、中伊朗盆地Kashan地区三叠纪库姆组[55]、渤海湾盆地黄骅凹陷沙一段[41]、川中龙岗地区下侏罗统[44]、柴达木盆地第三系[15,20]、渤海海域沙一二段[19]、鄂尔多斯东北部大牛地气田古生界[56]等均发现混积型油气储层,尽管上述实例主要集中于陆相盆地,但混合沉积的石油地质意义已逐渐受到了石油勘探领域的重视。

对于陆相盆地而言,与三角洲伴生的近源混合沉积、水下隆起区的远源混合沉积以及藻混合沉积均可形成规模型的优质油气储层,一般以富含生屑与碳酸盐颗粒为特征(图5,6)。渤海海域石臼坨凸起陡坡带发育供源间歇期的生物滩受后期扇体与波浪作用的改造而形成的近源混合沉积,受控于边界断层的持续活动,垂向叠置构成厚层的富含生物溶蚀孔的优质储层,储层物性好、油气产能高,是近年渤海海域重大油气发现之一[19]。荷兰De Wijk气田三叠纪Buntsandstein组沉积时期,远源盆内隆起区受陆源碎屑干扰作用较弱,在波浪作用控制下广泛发育鲕粒滩沉积,而在其向陆边缘普遍发育砂质鲕粒滩,平均孔隙度达到30%,最大渗透率可达4 000×10-3μm2,是该气田的主力气层[18]。与藻类黏结作用有关的藻混合沉积也可形成优质储层,柴达木盆地西部地区藻混合储层虽然单层厚度较薄,约0.2~3 m,但平面发育面积较大,孔隙度可达20%~30%,平均渗透率近100×10-3μm2,并已获工业油气流,是该区重要的勘探新领域[57-58]。

尽管关于海相混积型油气储层的实例鲜有报道,但根据目前已经建立的海相混合沉积类型[4,9,21-22,42],滨岸带、浅海陆架受潮汐、洋流、风暴、波浪等作用形成的陆源碎屑与生物碎屑、生物礁、颗粒滩以及藻类植物等碳酸盐组分的混合沉积,均具有形成优质混积型储层的潜力。

3 混合沉积研究的关键性问题

混合沉积从20世纪50年代被认识到至今,国内外学者在大量实例的研究基础之上,丰富了混合沉积的含义,其石油地质意义也逐步得到重视。但受其成因复杂性与沉积环境多样性的影响,混合沉积在基础理论和勘探实践方面仍面临着一些关键性的问题,不断深入、完善混合沉积研究,对古地理环境恢复、沉积动力学分析及相关油气勘探具有重要的意义。

(1) 学者们一般均采用三端元法来建立混合沉积岩石分类方案,但由于混合沉积发育环境及其岩石学特征的复杂性,不同的研究人员对于各端元组分类型以及不同组分含量限定值的选取并没有形成统一的标准,一般会根据岩性组成特征与勘探生产需求的不同,来建立符合特定地质条件的岩石分类方案。随着混合沉积理论的不断完善与地质勘探工作需求的日益增加,对混积岩组分类型与含量进行一致的界定,建立一套统一适用的混合沉积岩石分类与命名方案是必然趋势。

(2) 相较于碎屑岩与碳酸盐岩沉积体系,目前对于混合沉积的整体研究程度仍然较低,对其沉积模式的认识并未完善。加强野外露头剖面与现代沉积考察,可以明确现代混合沉积的特征以及构造、物源、水深、地貌、气候、水动力条件等因素的控制作用,建立直观的沉积模式认识,为研究地质历史时期的混合沉积提供借鉴,同时,通过古今对比,也可以为盆地类型、古地理环境、古气候特征等提供研究依据。

(3) 国内外的学者逐渐开始重视层序格架内混合沉积发育模式的研究[59-61],但对于基准面旋回中混合沉积的成因并未得出统一的认识。层序控制下混积模式不能一概而论,应视具体情况具体分析。在盆地性质确定的条件下,明确混积作用在层序中发育位置,可以为区域构造背景、古地貌特征、相对海平面变化以及碳酸盐生产率或陆源供给强度等分析提供依据。

(4) 传统的混合沉积成因类型(事件混合、相混合、原地混合等)提出自浅海陆架环境,并一直被沿用至今,但由于仅考虑了沉积物的混合方式,直接套用海相沉积模式已经不能准确地解释复杂陆相盆地混合沉积的成因机制。因此,需进行系统的古地理环境分析,综合宏观岩芯沉积特征、微观岩石组成特征以及沉积序列的精细描述,恢复沉积过程,明确不同类型混合沉积的成因机理,建立不同地质条件下的混合沉积模式,为储层预测提供理论依据。

(5) 由于混积类岩石皆具碎屑岩与碳酸盐岩的岩性特征,其地球物理响应特征与上述两种岩性并无显著差别,目前也未见混积型储层预测的案例报道。结合渤海油田实践经验,现阶段的混积型储层预测应以古地理环境分析与地质模式指导为主,结合宏观地震相明确混合沉积成因样式,即混合沉积是与碎屑岩伴生还是与碳酸盐岩伴生,进而通过多属性综合分析、地震正演模拟等手段识别混合沉积储层与纯碎屑岩、碳酸盐岩的地震响应差别。

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