渤海海域沙南凹陷古近系沙一段湖相碳酸盐岩特征、成因及发育模式——以BZ13 油田为例

别旭伟，许赛男，孙藏军，姜 永，全洪慧

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

湖相碳酸盐岩生物体腔孔和溶蚀孔隙发育，可作为良好的油气储集体。渤海湾盆地已发现的湖相碳酸盐岩时间上集中分布于古近纪，空间上几乎在盆地内各个凹陷均有发现，显示出一定的资源规模和潜力[1]。近年来，针对渤海湾盆地古近系沙一段底部发育的一套富含底栖腹足类的生物（屑）云岩及碳酸盐-陆源碎屑混积岩，部分研究人员在沉积特征、成岩作用、控制因素及储层分布预测等方面取得了丰富成果[2-9]，但多基于凹陷级别研究，精细程度难以满足开发需求，以开发单元区块为尺度的精细研究甚少。本次研究利用BZ13-2 井的21.12 m岩心、8 口井的16 块壁心岩样及11 口井岩屑录井等资料，对沙一段的岩相类型、组合特征及其分布规律进行研究，并论述其成因、发育过程及模式。研究成果将为该油田调整井部署方案优化及其他相似地质条件的油田勘探开发提供借鉴。

1 区域地质背景

渤海湾盆地是叠置于华北地台上的中、新生代裂谷盆地[10]。BZ13 油田位于渤海中部海域，区域构造上位于沙垒田凸起东南倾没端上的沙东南构造带（图1），西南为沙南凹陷，东北紧邻渤中凹陷。新生代以来，区域构造演化主要经历了古近纪早期（孔店组至沙三段沉积期）断陷期、古近纪晚期（沙二段至东营组沉积期）断坳期和新近纪（馆陶组至明化镇组沉积期）区域坳陷三个阶段[11]。沙一段沉积期，盆地整体处于断-坳转换期，区域构造背景相对稳定、古气候湿热、盐度适宜[11]，有利于碳酸盐在浅水台地、浅水斜坡及水下古隆起等局部区域沉积，如渤海海域的JZ9、CFD2 及QHD30 等地区。在研究区表现为湖盆水体持续稳定扩张的沉积背景下，于中生界潜山基底之上沉积了一套富含生物碎屑的湖相碳酸盐岩，沙一段中上部以及东营组二段、三段为厚层泥岩，与之构成良好的储盖组合。

图1 研究区区域位置

2 岩相类型及沉积特征

2.1 岩石类型划分

从已有岩石分类方案看，中国湖相碳酸盐岩划分大多参考海相碳酸盐岩方案，主要为成分分类和结构-成因分类两种，并且大多已考虑陆源碎屑的混入。目前应用比较广泛的为王英华等（1993 年）提出的中国湖相碳酸盐岩结构-成因分类方案，但该分类方案中仅讨论了碳酸盐颗粒间混入陆源碎屑的混合沉积，对陆源碎屑组分含量大于50%的混合沉积并未涉及。张雄华（2000 年）根据黏土、碳酸盐和陆源碎屑三端元组分的相对含量对混积岩进行了系统分类，比王英华等（1993 年）的划分范围更大，对混积岩分类更具有适用性。

研究区沙一段湖相碳酸盐岩的生物碎屑含量高但生物种类简单，并且存在陆源碎屑颗粒与碳酸盐岩的混合沉积。本次研究在综合考虑王英华和张雄华分类方案的基础上，将岩石成因、颗粒类型、颗粒含量、颗粒与基质的比例等作为分类标准，将沙一段底部岩石类型划分为混积岩和生屑云岩两种。

2.2 岩石类型及特征

2.2.1 混积岩

研究区发育的混积岩为含螺屑云质砂砾岩，主要分布于滨浅湖带靠陆一侧，表现为螺碎屑颗粒、泥-粉晶碳酸盐矿物与陆源碎屑的混合沉积，反映了物理作用和生物作用的同时存在，具有明显滩相沉积特点。在BZ13-2 井的岩心中，含螺屑云质砂砾岩呈灰色、中薄层，成分以陆源碎屑为主，含量达55.00%～90.00%，次为云质生屑、砂屑及藻黏结或藻球粒，后者杂乱充填于陆屑间，泥-粉晶白云石填隙，陆屑颗粒边缘可见栉壳状白云石胶结。整体粒度较粗，分选较差，砾、砂、螺混杂堆积。砾石成分主要为中-酸性喷出岩岩屑，次为变质花岗岩岩屑、石英及长石，砾径一般为2.00～3.00 cm，多呈次圆-次棱角状。所含螺化石大多破碎严重，壳内未充填。沉积构造相对简单，为块状层理。

2.2.2 生屑云岩

生屑云岩主要为生物和化学沉积，沙一段沉积期，盆地内广泛发育生屑云岩，粉晶生屑云岩分布于滨浅湖带，表现为粉晶碳酸盐胶结腹足类螺碎屑颗粒沉积而成，是典型的高能浅湖滩相沉积。在BZ13-2 井的岩心中，生屑云岩为浅灰色-灰色，呈生屑结构，颗粒主要为螺屑，含量达65.00%以上，大多较破碎，少见内碎屑、陆源碎屑。粒间胶结物多为粉晶白云石，少见泥晶白云石，粒径主要为0.05～0.15 mm，次为自生石英、黏土矿物。生屑云岩普遍见白云石化，含量可高达87.00%～97.00%，平均为92.42%。沉积构造相对简单，呈块状构造，岩心明显可见螺壳堆积而成的蜂窝状。

2.3 典型岩相组合与分布特征

以三维地震解释成果为基础，采用层序界面拉平进行古水平面恢复，通过去压实校正，结合断裂活动特征，进行时深转换，恢复研究区沙一段沉积期的古地貌形态，从中识别出正向高地、高地周缘陡坡及缓坡带等微构造单元。综合9 口井岩心、壁心、录井及测井资料，通过分析岩相发育特征及其与古地貌微构造关系，将沙一段底部湖相浅滩岩相组合类型分为两类：内缓坡型和外缓坡型（图2）。内缓坡型发育生屑云岩-半深湖泥岩沉积序列，外缓坡型发育含螺云质砂砾岩-生屑云岩-半深湖泥岩沉积序列。

图2 沙一段典型岩相组合类型分布特征及相关照片

生屑云岩-半深湖泥岩沉积序列主要发育在距离古隆起高地较远的缓坡带。该区古坡度5°～10°，古地形平缓，延伸范围广，整体上水体较浅，受高地周缘风化剥蚀物影响较小，滨岸带混合沉积欠发育，从而造成在沙一段底部远离高地的缓坡带广泛发育浅湖生屑滩沉积。平面上，由岸向湖发育生屑滩、半深湖泥岩沉积；纵向上，在湖盆水体扩张过程中，发育生屑云岩-半深湖泥岩岩相组合，如A3，A8 井区。

含螺云质砂砾岩-生屑云岩-半深湖泥岩沉积序列主要发育在距离古隆起高地较近的周缘缓坡带。由于距离古隆起高地较近，早期风化剥蚀物邻近高地堆积后，随后期湖平面的上升，易受波浪或沿岸流的持续冲刷改造，与浅湖生屑颗粒混合沉积，平面上分布于高地周缘滨岸带，向湖方向过渡为浅湖生屑云岩、半深湖泥岩沉积。纵向上，在湖盆水体扩张过程中，发育含螺云质砂砾岩-生屑云岩-半深湖泥岩岩相组合，如A9，A1 井区。

3 成因分析与发育模式

3.1 湖相碳酸盐岩浅滩退积-超覆沉积过程证据

BZ13 油田沙一段沉积期，湖相碳酸盐岩浅滩呈退积-超覆沉积过程，其证据主要有以下几个方面：①沙一段两种典型岩相组合类型及特征均反映湖盆水体逐渐加深、水动力由强变弱的沉积过程，与沙一段沉积期广泛湖侵的沉积背景相符。②钻井揭示沙一段底部发育生屑云岩的古地貌最大高程差为117.00 m，但适合底栖腹足类螺生物生存的水深为15.00～20.00 m。③生产动态资料显示，A2S 与A9 井的古地貌高程相差60.00 m，A2S 井在关井时监测地层压力仍持续下降，且与A9 井压力下降趋势一致（图3），显示沙一段底部浅滩储层具有连通性。

因此，沙一段沉积期，研究区古隆起并未完全淹没于水下，在湖盆水体持续扩张过程中，生屑滩沿古隆起呈退积-超覆沉积过程，从而造成研究区在古地貌缓坡带高程差较大范围内，均有生屑云岩发育且存在叠合连通。

图3 A2S 和A9 井历年地层静压变化监测曲线

3.2 陆屑颗粒来源及与碳酸盐混合沉积成因讨论

沙一段沉积期，BZ13 油田构造处于湖盆凹中低隆起区域，不受区域陆源碎屑供给影响，有利于碳酸盐岩沉积。BZ13-2 井岩心及薄片资料观察显示，沙一段底部发育的混积岩以含螺屑的灰色云质砂砾岩为主，不整合覆盖于中生界火山碎屑岩的古暴露面之上，白云石化强烈。陆屑颗粒以中-酸性喷出岩岩屑为成分的残积砾石为主，与下伏中生界基底岩性相同，说明BZ13 油田构造区古隆起形成之后，经历了长时间的暴露，位置相对较高的中生界基岩遭侵蚀破碎后形成碎屑颗粒，邻近高地周缘堆积。在沙一段湖盆水侵和生屑滩退积背景下，受波浪的持续淘洗改造，浅湖区螺碎屑与滨岸带原地风化的陆源碎屑颗粒易发生混合沉积。陆屑颗粒边缘普遍见泥-粉晶白云石，呈栉壳状胶结，反映成岩早期处于高能水体环境；同时，阴极发光显示，陆屑颗粒边缘粉晶白云石胶结物发橘红色光，表明其形成于准同生-同生期成岩环境。混积滩明显具有浅滩沉积的性质。

3.3 湖相碳酸盐岩发育过程及模式

综合沙一段底部湖相浅滩岩相类型、沉积特征及成因分析，并结合区域地质背景，认为研究区沙一段底部浅滩沉积经历了高地周缘风化-剥蚀物形成、湖侵早期内缓坡型生屑滩退积沉积、湖侵晚期外缓坡型混积滩形成与生屑滩持续退积超覆的3 个发育阶段，沉积体系的时空演化和分布特征受控于古构造背景和湖平面变化。

始新世期的华北运动，造成BZ13 油田区域隆升，至沙一段沉积期，古地貌相对较高部位的基岩经历了长时间的风化-剥蚀作用，形成以火山碎屑为主要成分的陆屑颗粒，邻近高地周缘堆积分布（图4a）。沙一段沉积期，随着湖盆水体的持续扩张，浅湖生屑滩沿古隆起缓坡带呈退积-超覆沉积，该时期在远离高地的低部位缓坡带，形成大范围分布的生屑滩，如A8，A3 井区（图4b）。由于气候湿热，蒸发作用强烈，湖盆水体盐度升高，在成岩早期易发生准同生白云石化。在湖盆水体进一步扩张背景下，当生屑滩超覆沉积至邻近高地周缘时，受波浪回流或沿岸流的持续筛选改造，易造成粗粒陆屑颗粒与浅湖螺碎屑在滨岸带发生混合沉积；随着湖侵的进一步发生，浅湖生屑滩退积超覆于混积滩之上，从而形成如BZ13-2 井区的岩相组合（图4c）。根据混积岩中白云石碳氧同位素测定，δ18O‰PDB值为-12.3‰～-6.2‰，δ13C‰PDB值为2.2‰～8.7‰，利用基恩-韦伯公式计算，研究区99%的样品盐度指数都大于120，说明白云石化形成于高盐度的咸水环境；古温度为-2.51～80.20 ℃，说明白云石化是不同期次形成的，其中，近地表温度（50.00 ℃）的样品占73%以上，进一步证实白云石化大多是在准同生蒸发环境下进行的。

图4 沙一段湖侵期浅滩沉积与早期成岩作用演化

4 结论

（1）渤海海域沙南凹陷BZ13 油田沙一段底部发育混积岩和生屑云岩两种岩石类型，分别对应滨岸混积滩和浅湖生屑滩两种湖相浅滩。根据岩相组合及其分布特征，划分“外缓坡型”生屑滩-半深湖泥岩和“内缓坡型”混积滩-生屑滩-半深湖泥岩两种典型沉积序列。

（2）研究区沙一段底部浅滩为湖侵期退积-超覆沉积过程，经历了高地周缘风化-剥蚀物形成期、湖侵早期“内缓坡型”生屑滩退积沉积期、湖侵晚期“外缓坡型”混积滩形成与生屑滩持续退积超覆期3 个发育阶段。