渤海湾盆地A 油田沙一、沙二段混合沉积模式

2020-01-13范廷恩高玉飞胡晓庆张宇焜

石油地质与工程 2019年6期

牛涛，王晖，范廷恩，高玉飞，胡晓庆，张宇焜

（中海油研究总院有限责任公司，北京 100028）

混合沉积是指硅质碎屑与碳酸盐岩的混合沉积，是一种沉积机理特殊而又有重要意义的沉积现象。混合沉积的研究，对了解沉积环境的沉积动力学、海（湖）平面变化、区域沉积速率、古气候和古构造对沉积的控制作用等都有着特殊的意义[1]。早期关于混合沉积的研究多集中在海相环境，国内首次混合沉积研究是王国忠以涸洲岛珊瑚岸礁为实例论述了现代碳酸盐岩和陆源碎屑岩的混合沉积作用，杨朝青、张锦泉、江茂生等人对混合沉积机理及混合沉积类型等进行了研究[2-6]，郭福生首次提出了混积层系的概念[7-8]。关于陆相混合沉积的研究近10 年来逐渐引起地质学家的重视，在渤海湾盆地古近系沙河街组中，多个凹陷发育湖相碳酸盐岩与陆源碎屑构成的混合沉积，分布范围广泛，国内多名学者对渤海湾盆地多个地区的混合沉积进行了系统研究[9-16]。相对于海相混合沉积，陆相湖盆面积小，对古地貌、物源、湖平面、气候等因素的影响更为敏感，其混合沉积特点更为复杂。针对研究区巨厚低渗透储层，确定其沉积特征，厘清其混合沉积模式和混积岩组分特征，为后续储层分类评价提供重要评价参数，对“甜点”预测具有重要的意义[17-21]。

1 区域地质概况

A 油田位于渤海湾盆地秦南凹陷南侧，石臼坨凸起东倾末端北界断层下降盘的断坡带上，表现为一系列北倾的断鼻、断块构造，南依石臼坨凸起，北邻秦南生烃凹陷，背山面洼，构造位置非常有利（图1）。A 油田研究目的层为沙河街组的沙一、二段，平面上分为A-1、A-2、A-4、A-5、A-6 五个井区，主要沉积相类型包括扇三角洲和滩坝，岩性以陆源碎屑岩、湖相碳酸盐岩及两者的混合沉积为主。地层厚度152～372 m，自上而下分为I、II、III 三个油组（图2），其中，A-4 井区和A-5 井区地层厚度326～372 m，平均砂层厚度280 m，单层最大砂体厚度204 m，储层厚度大。

2 岩石学特征

图1 研究区地理位置

受古地貌、古环境以及物源供给等因素的影响，A 油田发育多种岩石组合类型。A-1 井区物源主要来自西部凸起，以岩屑长石砂岩为主，局部发育碳酸盐岩沉积。A-4、A-5 井区物源主要来自南部凸起，岩性组合复杂，包括陆源碎屑岩、碳酸盐岩以及两者不同程度混合形成的混积岩，其中陆源碎屑岩包括岩屑砂岩、砂质砾岩和砂砾岩等。

2.1 碳酸盐岩

图2 A-5 井单井相图

亮晶生物碎屑灰岩：粒屑结构，岩石矿物成分主要为方解石，见少量的陆源碎屑，陆源碎屑主要为粗粒、中粒石英和长石，碳酸盐岩成分主要为生物碎屑、亮晶胶结物，其中生物碎屑占总组分的80%，亮晶胶结物占15%，生物碎屑主要为螺化石。

亮晶鲕粒灰岩：岩石成分主要为方解石、白云石等，含少量陆源碎屑。陆源碎屑主要为中粒石英及长石，少量岩屑。碳酸盐岩成分主要是鲕粒、生物碎屑及亮晶胶结物，其中鲕粒占总组分的57%，生物碎屑占8%，亮晶胶结物占30%。

鲕粒白云岩：具有粒屑结构，岩石矿物成分主要为显微-隐晶白云石，微量陆源碎屑。陆源碎屑成分主要为岩屑和石英。粒屑成分主要为鲕粒，占总组分的65%，含少量介屑，介屑局部集中分布，占总组分的7%。

2.2 混积岩

混积岩在A-4、A-5 井区广泛分布，是主力油层段的主要岩石类型。

含陆源碎屑白云岩：粒屑结构，岩石矿物成分主要为白云石，占总矿物成分的80%，含少量陆源碎屑，陆源碎屑成分主要为石英和喷出岩岩屑，含少量长石。粒屑成分主要为鲕粒和生物碎屑，其中鲕粒成分20%，生物碎屑15%，少量砂屑。

含生物碎屑鲕粒云岩：粒屑结构，岩石矿物成分主要是白云石，岩石组构主要为鲕粒及生物碎屑，含少量陆源碎屑。鲕粒占总组分的60%，鲕粒主要为表鲕，鲕核主要为细粒及中粒的陆源碎屑；生物碎屑占总组分的15%，陆源碎屑成分主要是石英及火成岩岩屑。

白云质砂岩和白云质砾岩：粒屑结构，陆源碎屑成分主要为火成岩岩屑，含少量石英岩屑，偶见泥岩岩屑。白云质成分包括鲕粒、生物碎屑和白云质胶结物，鲕粒主要为表鲕，生物碎屑多为螺或介形虫碎片。在阴极发光条件下，碎屑岩鲕核发杂色光，生物碎屑及表鲕圈发桔红色光，粒间白云石胶结物发桔黄-黄色光。

3 混合沉积类型及其沉积动力学分析

混合沉积是指陆源碎屑和碳酸盐岩的混合沉积而不是成岩作用或以后经改造的假混合[6]。前人把混合沉积分成多种混合类型，但是通过岩性组合特点分析，湖相混积岩往往是由多种混积类型相互叠加、频繁交替而形成的。研究区内A-4、A-5 井区混积岩厚度达百米，其岩性组合复杂，横向变化快，井间差异大。

混合沉积的直观表现是来自明显不同沉积相类型的多种岩性的混合，不同沉积相类型产生的碎屑颗粒或原地沉积，或在水流作用下迁移到相邻相沉积区，或在风暴等作用下发生远距离迁移。通过研究发现，研究区内混合沉积主要是由于扇三角洲、砂质滩坝、鲕粒滩、生物碎屑滩等不同沉积相类型同时发育造成的。本文结合前人的混合沉积模式研究成果，根据岩性组合特征和空间分布规律将混积类型细分为四种：相突变混合沉积、相过渡带混合沉积、以碎屑岩相为主的混合沉积、以碳酸盐岩相为主的混合沉积。

3.1 相突变混合沉积

相突变混合沉积是由正常沉积事件形成，受物源岩性、基准面升降、水体环境等因素影响，与上下岩石在成分、结构、构造方面为突变关系。如A2 井III 油组沉积时期，物源供给不足，阳光充足，水体较为安静，适宜于碳酸盐岩沉积，生物大量繁殖。当基准面突然上升或下降，水体环境发生变化，不适宜生物生长和碳酸盐沉积，在物源供给不足的情况下主要为泥质沉积。由于该时期湖平面的频繁、快速升降，水体环境不断发生变化，形成了垂向上碳酸盐岩和泥岩或灰质泥岩互层的岩石组合，不同岩性之间为突变接触（图3a）。

3.2 相过渡带混合沉积

相过渡带混合沉积是沉积物沿着不同相之间的扩散边界混合，在相过渡带内形成的混合沉积，碳酸盐岩与碎屑岩互层也包括在内。这种混合沉积类型形成的混积岩类型一般是狭义的混积岩，即两种或两种以上不同的岩石组分不同程度的混合，沉积规模不大，单层厚度为2～4 m，在垂向上表现为混积岩层，或混积岩与泥岩或碎屑岩互层，少见纯碳酸盐岩层。如A4 井II 油组沉积时期，在以扇三角洲沉积为主的沉积背景下，在前缘局部隆起区或水下分流河道间发育碳酸盐岩沉积，沉积物类型包括鲕粒灰岩和生物碎屑灰岩，在波浪和水流作用下，未固结的碳酸盐颗粒与碎屑岩颗粒向相周边迁移，两种不同岩石组分的碎屑在相过渡带处发生不同程度的混合（图3b）。

3.3 以碎屑岩相为主的混合沉积

以碎屑岩相为主的混合沉积是指碳酸盐岩沉积物在波浪或水流的作用下迁移到碎屑岩沉积相中而形成的混合沉积。这种混合沉积类型是形成A-4 井区厚层混积岩的主要原因，受碳酸盐岩沉积规模、不同相类型之间的距离、水体环境等多种因素影响，形成的混积岩中碳酸盐岩组分比例变化大。如A4 井I 油组沉积时期，物源供给充足，主要发育扇三角洲沉积，沉积规模大；同时A-5 井区发育滩坝沉积，包括鲕粒滩，生物碎屑滩，碎屑滩和混积滩，在波浪、水流等作用影响下，A-5 井区的碳酸盐岩颗粒向A-4 井区迁移形成混积岩。A-5 井区的碳酸盐岩沉积规模大，两个井区间距离近，A-4 井区长期受A-5 井区碳酸盐岩沉积的影响，在垂向上沉积了厚达百米的混积岩，混积岩中碳酸盐的含量为13.0%～38.0%（图3c）。

3.4 以碳酸盐岩相为主的混合沉积

以碳酸盐岩相为主的混合沉积是指碎屑岩沉积在波浪或水流的作用下迁移到碳酸盐岩沉积相中而形成的混合沉积。这种混合沉积类型是A-5 井区形成厚层混积岩的主要原因，与碎屑岩相混合沉积相同，受碎屑岩沉积规模、不同相类型之间的距离、水体环境等多种因素影响，形成的混合沉积中碎屑岩成分比例变化大。如A-5 井区I 油组沉积时期，其碳酸盐岩沉积颗粒向A-4 井区迁移的同时，A-4井区的碎屑颗粒也在波浪和水流的作用下向A-5井区迁移。由于碳酸盐岩沉积受碎屑岩供给量敏感程度高，当碎屑岩迁移量大或A-5 井区物源供给程度增强时，碳酸盐岩沉积会减少甚至停止，但整体沉积还是以碳酸盐岩沉积为主，其中混积岩中的碳酸盐岩的含量为4.0%～82.0%，平均碳酸盐岩含量为42.2%（图3d）。

图3 陆源碎屑与碳酸盐岩混合沉积类型

4 混合沉积模式

综合研究认为A 油田在沙一、沙二段沉积时期，在古气候条件、古地貌、物源等多因素的综合控制下发育扇三角洲、滩坝等沉积相类型。在II、III 油组沉积时期湖体范围小，物源供给充足，沉积坡度大，主要发育扇三角洲相，以碎屑岩沉积为主，局部发育碳酸盐岩沉积。由于碳酸盐岩沉积规模小，与碎屑岩混积形成的混积岩厚度薄。I 油组沉积时期，随着湖平面上升，两个物源区供给强弱不一，A-1井区西部物源整体物源供给不足，以泥岩沉积为主；A-4 井区物源供给充足，沉积物向湖推进距离大，沉积范围扩大，扇体规模大，局部发育有小规模碳酸盐岩沉积；受古地貌以及物源供给间歇性等因素影响，A-5 井区发育滩坝沉积，包括碎屑滩、鲕粒滩、生物碎屑滩、混积滩。在波浪和湖流作用下，不同沉积相类型沉积物相互扩散混合形成了研究区内复杂的岩性组合（图4）。