咸化湖盆缓坡带碳酸盐岩岩石学特征及沉积模式——以东营凹陷古近系沙四上亚段为例

赵兰全

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015)

引 言

湖相碳酸盐岩是国内外重要的油气储层成因类型，勘探潜力巨大[1-6]。与海相碳酸盐岩相比，湖相碳酸盐岩储层具有相带窄、厚度薄和储层非均值性强等特点[7-10]，多形成于咸化湖盆的缓坡带内，湖盆水动力条件、沉积物供给、古地貌和气候变化控制着碳酸盐岩在湖盆中的形成与分布[10-12]。湖泊的动力系统复杂多变，在不同湖盆及湖盆内的不同沉积环境中，碳酸盐岩的岩性组合、组构特征和储层微观特征都存在着较大的差异。因此，建立准确的沉积模式是指导这类储层勘探开发的关键。

近年来,湖相碳酸盐岩作为济阳坳陷内的一种非常规储层，已在东营凹陷和沾化凹陷内的24个油田取得突破，油气探明储量达7 000×104t，表明湖相碳酸盐岩储层有较大的勘探潜力[13]。在这些凹陷的缓坡带内往往发育大面积碳酸盐岩。这些碳酸盐岩种类繁多、成份复杂、成因多样，在空间上具有较强的非均质性，制约着该地区的油气勘探和开发[14-15]。本文以岩心观察描述和薄片鉴定为基础，综合单井相、剖面相和平面沉积相的成果，系统分析东营凹陷沙四上亚段湖相碳酸盐岩的沉积类型及其空间分布特征，建立精细的沉积和储层发育模型，这对该地区及类似湖盆中碳酸盐岩储层的勘探与开发具有参考意义。

1 地质背景

东营凹陷是渤海湾盆地中的一个三级构造单元，是在中、古生界基岩古地形背景上经构造运动形成的典型的箕状断陷湖盆，具有北断南超的特点[16]。东营凹陷北连陈家庄凸起，南接鲁西隆起和草桥-广饶凸起，东邻青坨子凸起，西部跨过青城隆起与惠民洼陷相接，凹陷由北部陡坡带、中央隆起带、牛庄洼陷、利津洼陷、博兴洼陷、民丰洼陷以及南部缓坡带等7个构造单元组成[17](图1(a))。沙河街组属于新生界古近系地层，岩性以砂泥岩互层为主，自上而下可分为4段，每段地层又可分为若干个亚段，其中，沙四段地层可以分为上、下两个亚段。沙四下亚段沉积时期主要为洪水-漫湖沉积体系，地层以红色沉积为主。沙四上亚段时期为典型的半潮湿-干旱环境，东营凹陷为典型的咸化湖盆，主要发育三角洲、砂质滩坝和碳酸盐岩滩坝(图1(b))。碳酸盐岩滩坝主要分布在湖侵和高位体系域中，以薄层赋存于厚层泥页岩中。

图1 东营凹陷区域构造图及沙四段岩性地层综合柱状图

2 岩石学特征

本文主要采用Dunham的分类，以颗粒类型和颗粒与泥晶基质的比例为标准，对湖相碳酸盐岩进行岩石学分析。主要的岩石类型包括内碎屑颗粒云岩、鲕粒云岩、生物碎屑颗粒灰岩和泥晶灰岩。

2.1 内碎屑颗粒云岩

内碎屑颗粒云岩是缓坡带内颗粒碳酸盐岩最主要的组成部分，是岸边早期弱固结的碳酸盐岩接受湖浪改造，破碎再沉积的产物。内碎屑颗粒主要由白云石矿物组成，包括砂屑和砾屑2种类型，且以前者居多。砂屑的粒径范围一般为0.1～1 mm，磨圆和分选较好，内部结构较均一，混有少量的生物碎屑和陆源碎屑 (图2(a))；砾屑的粒径范围为2～5 cm，多呈棱角状，内部结构复杂，成分成熟度相对较低，其形成与湖盆内部短期的风暴流作用有关。

2.2 鲕粒云岩

鲕粒云岩在缓坡带较为常见，主要分布在浅水高能区。鲕粒种类丰富，从形态上讲，既有形似椭圆的单晶鲕，也有受压实作用导致的条状鲕，鲕粒的直径介于0.1～0.5 mm，核心多为砂屑，也有少部分陆源碎屑，包壳层少而薄。鲕粒的核心一般不稳定，在沉积期易被大气淡水所溶蚀，形成铸模孔(图2(b))。

2.3 生物碎屑颗粒灰岩

生物碎屑颗粒灰岩主要分布在沿岸透光性好的浅水区。缓坡带内生物碎屑颗粒的种类复杂多样，在高能沉积环境和低能环境中都能见到此类生物碎屑。主要的生物碎屑为介形类和螺，常与双壳类、核形石和管状藻等共生(图2(c),图2(d))。介形的主要种属为光华南星介，原始形态保存较差，介壳多呈层状排列，壳薄无壳饰，壳体多为椭圆形，少数为纺锤形(图2(e))；螺主要为中华扁卷螺组合，属水螺属，直径介于0.01～2.8 mm之间，壳体保存较好，壳体内部和壳体间多被泥晶碳酸盐岩所充填，表明其形成于低的水动力条件。

图2 东营凹陷南坡沙四上亚段湖相碳酸盐岩岩石学特征

2.4 泥晶碳酸盐岩

泥晶碳酸盐岩是缓坡带内碳酸盐岩的主体，多以深灰色块状和纹层状产出，常与深色泥页岩、钙质页岩和石膏共生，富有机质且普遍含黄铁矿。按矿物成分可划分为泥晶灰岩和泥晶云岩，由岸向湖盆方向，泥晶灰岩逐渐向泥晶云岩过渡[18]。泥晶碳酸盐岩形成于低能环境中，多分布于滨浅湖环境的局限洼地和浅滩周缘，泥晶灰岩中往往混有少量生物碎屑组分，呈杂乱状分布(图2(f))。

3 缓坡带湖相碳酸盐岩发育规律

基于沙四上亚段沉积期的古地貌、沉积环境和水动力条件等特征，将东营凹陷南部缓坡带划分为沿岸带、近岸带和远岸带(图3)。沿岸带位于最低湖平面和最高湖平面之间，地层坡度缓，波浪和沿岸流作用明显，部分时期暴露地表。近岸带位于最低湖平面和浪基面之间，长期位于水面以下，地势具有高低起伏的特点，水下高地处水动力条件较强。远岸带位于浪基面之下，整体为缺氧的环境，沉积水体较为稳定。在不同区带内碳酸盐岩的类型、宏观展布和微观储层特征存在较大差异。

图3 东营凹陷南斜坡中部沙四上亚段古地貌(据胜利油田内部资料)

3.1 缓坡带碳酸盐岩基本特征

沿岸带内地层主要发育绿色、浅灰色泥岩夹薄层浅灰色碳酸盐岩，碳酸盐岩单层厚度小于2 m。灰绿色泥岩的发育表明该带内水体富氧且循环好，利于高能环境颗粒碳酸盐岩的形成。岩性以高能的生物碎屑颗粒云岩和内碎屑颗粒云岩为主，生物碎屑主要有枝管藻、轮藻和介形虫等。碳酸盐岸浅滩发育段的岩心中常见浪成交错层理、波状层理和冲洗层理。薄片中颗粒分选和磨圆较好，原始粒间孔隙保存较好，粒间充填少量亮晶方解石胶结物。受大气淡水的淋滤作用，生物碎屑云岩和鲕粒云岩中粒内溶孔和铸模孔较为发育，与粒间的残余原生孔隙沟通，储层物性整体较好(图4(a))。

图4 东营凹陷南部缓坡带沙四上亚段湖相碳酸盐岩沉积学特征分析

近岸带内地层主要表现为灰色泥岩夹薄层深灰色碳酸盐岩。与沿岸带相比，碳酸盐岩的总厚度更大。主要岩石类型为泥晶灰岩和内碎屑颗粒云岩，前者在地层中所占比例较大。局部高地是高能浅滩的有利发育区，浅滩储层中残余粒间孔隙少见(图4(b))，次生孔隙主要为非选择性溶蚀孔隙和裂缝，孔隙中充填大量残余的沥青质，表明次生孔隙的形成可能与有机酸溶蚀有关[14]。低洼区水动力条件较弱，主要发育泥晶灰岩(图5)。

图5 近岸带古洼地滩间泥晶灰岩沉积特征(G6井)

远岸带内发育的薄层泥晶-微晶白云岩以夹层形式赋存于厚层的深色泥页岩中，单层厚度多小于1 m,岩石类型以泥晶云岩为主，多见水平层理和细水平纹层。远岸带内地形起伏不大，但具有较强的分割性，发育多个孤立洼地。录井资料揭示，泥晶白云岩主要分布在洼地内。沙四上时期，整个东营凹陷北部最深的地区主要发育厚层膏盐。这些膏盐的沉积消耗了湖水中的大量Ca2+离子，使水体n(Mg2+)∶n(Ca2+)值大大提高，利于远岸带内白云石的形成[13]。

3.2 碳酸盐岩空间发育特征

东营凹陷沙四上亚段沉积期为半干旱气候，沙四上亚段地层为一个完整的三级层序，自下而上依次发育低位、湖侵和高位体系域[16]。从垂向看，低位体系域主要发育三角洲和滩坝沉积，薄层碳酸盐岩主要形成于湖侵体系域和高位体系域，这表明一定的水深是湖相碳酸盐岩形成的关键[16]。从湖盆边部向湖盆中心，湖相碳酸盐岩的类型存在明显的差异性。由岸向湖方向水体能量减弱，水深和盐度增加，造成沿岸带内主要发育各种高能生物碎屑颗粒碳酸盐岩沉积，向近岸带逐渐过渡为内碎屑颗粒云岩和泥晶灰岩，而在远岸带则主要发育薄层泥晶白云岩沉积(图6)

图6 东营凹陷南斜坡沙四上亚段南北向剖面(剖面位置见图1AA′)

从古地貌图可以看出研究区中部W94—M18井区发育一个北东向的古梁，对东部陆源碎屑的注入起到明显的阻隔作用，造成东营凹陷南部缓坡带中部地区受陆源碎屑的影响较弱。南部的广饶凸起西部出露的母岩为古生界的碳酸盐岩，这些碳酸盐岩母岩易遭风化剥蚀，为湖盆提供了大量的Ca2+、Mg2+等离子，为缓坡带内碳酸盐岩的形成提供物质基础[13-14]。受强烈的蒸发作用，湖盆水体变咸，造成大量碳酸盐岩的形成。由陆向湖方向依次发育薄层的生物碎屑颗粒滩、内碎屑滩和泥晶云岩。沿岸带内的生物碎屑颗粒滩呈带状分布于凸起周缘，低能的泥晶灰岩含量较低。近岸带内碳酸盐岩发育类型受古地貌影响强烈，古高地处发育高能的内碎屑颗粒云岩，而相对低洼处则以发育泥晶灰岩为主。远岸带内发育大量的泥晶白云岩，呈薄层状夹于厚层的深色泥页岩中，低洼部位更利于白云石的形成，造成其在平面上呈土豆状分布的特点(图7)。

图7 东营凹陷沙四上亚段准层序5沉积体系平面分布

4 沉积模式及其油气勘探意义

对东营凹陷沙四上亚段南部缓坡带内湖相碳酸盐岩的研究表明：古物源和古水文条件决定沉积类型，古地貌控制宏观展布特征，古湖平面变化决定垂向发育层位(图8)。

图8 东营凹陷南部缓坡带沙四上亚段湖相碳酸盐岩沉积模式

沿岸带内以发育绿色泥岩为主，波浪和湖流作用较强，水体循环良好,透光性好，氧气充足，利于生物的发育和高能颗粒碳酸盐岩的形成，滩体在平面上呈席状分布，造成浅滩的岩石类型主要为生物碎屑颗粒云岩、内碎屑颗粒云岩和鲕粒云岩。近岸带内水体动力条件相对较弱，厚层泥岩多为灰色，表明其长期位于水下，泥晶碳酸盐岩的含量明显增高。局部水下高地波浪作用稍强，利于碳酸盐岩浅滩的形成，而在其他地区主要发育泥晶灰岩，浅滩主要由内碎屑颗粒云岩组成。远岸带整体为缺氧的还原环境，水体安静，主要发育厚层深色泥、夹薄层的泥晶云岩。

东营凹陷南部缓坡带发育的湖相碳酸盐岩是一类重要的油气储层。沉积作用对储层的形成起到明显的控制作用，沿岸带内主要发育席状分布的颗粒浅滩，储层中粒间孔隙发育，大气淡水的淋滤促使粒内孔隙和铸模孔的形成，储层整体物性较好，薄片分析面孔率介于12%～30%。近岸带内滩体的分布受控于湖盆内部的古高地，同时受同沉积咸化湖水的影响，粒间胶结作用较强，原生孔隙保存较差，且大气淡水成因的各类孔隙基本不发育，面孔率介于2%～13%。远岸带内泥晶白云岩多与油页岩互层，主要分布在局部洼地处，除发育大量的晶间孔之外，同时具有良好的脆性，可以作为页岩油勘探的目标，构造缝的集中发育区是这类储层的甜点[12]。

5 结 论

东营凹陷南坡沙四段上亚段湖相碳酸盐岩主要为砂屑云岩、生物碎屑云岩、泥晶灰岩和泥晶云岩。 由岸向湖方向，岩石类型由高能的亮晶生物云岩和砂屑灰云岩向泥晶灰(云)岩转变，且碳酸盐岩的单层厚度逐渐减薄。由于古地貌和水动力的差异，整个缓坡带由沿岸带、近岸带和远岸带组成。各带内湖相碳酸盐岩的宏观展布、岩石组构特征和储集空间等方面存在明显差异。其中，沿岸带内高能浅滩发育规模较大，单层厚度大，由于受大气淡水的淋滤改造，孔隙发育较好，是下一步油气勘探的有利目标。