渤海海域沙南凹陷古近系沙一段湖相碳酸鹽巖特征、成因及發(fā)育模式
——以BZ13 油田為例

別旭偉，許賽男，孫藏軍，姜 永，全洪慧

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

湖相碳酸鹽巖生物體腔孔和溶蝕孔隙發(fā)育，可作為良好的油氣儲(chǔ)集體。渤海灣盆地已發(fā)現(xiàn)的湖相碳酸鹽巖時(shí)間上集中分布于古近紀(jì)，空間上幾乎在盆地內(nèi)各個(gè)凹陷均有發(fā)現(xiàn)，顯示出一定的資源規(guī)模和潛力[1]。近年來，針對(duì)渤海灣盆地古近系沙一段底部發(fā)育的一套富含底棲腹足類的生物（屑）云巖及碳酸鹽-陸源碎屑混積巖，部分研究人員在沉積特征、成巖作用、控制因素及儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)等方面取得了豐富成果[2-9]，但多基于凹陷級(jí)別研究，精細(xì)程度難以滿足開發(fā)需求，以開發(fā)單元區(qū)塊為尺度的精細(xì)研究甚少。本次研究利用BZ13-2 井的21.12 m巖心、8 口井的16 塊壁心巖樣及11 口井巖屑錄井等資料，對(duì)沙一段的巖相類型、組合特征及其分布規(guī)律進(jìn)行研究，并論述其成因、發(fā)育過程及模式。研究成果將為該油田調(diào)整井部署方案優(yōu)化及其他相似地質(zhì)條件的油田勘探開發(fā)提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

渤海灣盆地是疊置于華北地臺(tái)上的中、新生代裂谷盆地[10]。BZ13 油田位于渤海中部海域，區(qū)域構(gòu)造上位于沙壘田凸起東南傾沒端上的沙東南構(gòu)造帶（圖1），西南為沙南凹陷，東北緊鄰渤中凹陷。新生代以來，區(qū)域構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了古近紀(jì)早期（孔店組至沙三段沉積期）斷陷期、古近紀(jì)晚期（沙二段至東營(yíng)組沉積期）斷坳期和新近紀(jì)（館陶組至明化鎮(zhèn)組沉積期）區(qū)域坳陷三個(gè)階段[11]。沙一段沉積期，盆地整體處于斷-坳轉(zhuǎn)換期，區(qū)域構(gòu)造背景相對(duì)穩(wěn)定、古氣候濕熱、鹽度適宜[11]，有利于碳酸鹽在淺水臺(tái)地、淺水斜坡及水下古隆起等局部區(qū)域沉積，如渤海海域的JZ9、CFD2 及QHD30 等地區(qū)。在研究區(qū)表現(xiàn)為湖盆水體持續(xù)穩(wěn)定擴(kuò)張的沉積背景下，于中生界潛山基底之上沉積了一套富含生物碎屑的湖相碳酸鹽巖，沙一段中上部以及東營(yíng)組二段、三段為厚層泥巖，與之構(gòu)成良好的儲(chǔ)蓋組合。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置

2 巖相類型及沉積特征

2.1 巖石類型劃分

從已有巖石分類方案看，中國(guó)湖相碳酸鹽巖劃分大多參考海相碳酸鹽巖方案，主要為成分分類和結(jié)構(gòu)-成因分類兩種，并且大多已考慮陸源碎屑的混入。目前應(yīng)用比較廣泛的為王英華等（1993 年）提出的中國(guó)湖相碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)-成因分類方案，但該分類方案中僅討論了碳酸鹽顆粒間混入陸源碎屑的混合沉積，對(duì)陸源碎屑組分含量大于50%的混合沉積并未涉及。張雄華（2000 年）根據(jù)黏土、碳酸鹽和陸源碎屑三端元組分的相對(duì)含量對(duì)混積巖進(jìn)行了系統(tǒng)分類，比王英華等（1993 年）的劃分范圍更大，對(duì)混積巖分類更具有適用性。

研究區(qū)沙一段湖相碳酸鹽巖的生物碎屑含量高但生物種類簡(jiǎn)單，并且存在陸源碎屑顆粒與碳酸鹽巖的混合沉積。本次研究在綜合考慮王英華和張雄華分類方案的基礎(chǔ)上，將巖石成因、顆粒類型、顆粒含量、顆粒與基質(zhì)的比例等作為分類標(biāo)準(zhǔn)，將沙一段底部巖石類型劃分為混積巖和生屑云巖兩種。

2.2 巖石類型及特征

2.2.1 混積巖

研究區(qū)發(fā)育的混積巖為含螺屑云質(zhì)砂礫巖，主要分布于濱淺湖帶靠陸一側(cè)，表現(xiàn)為螺碎屑顆粒、泥-粉晶碳酸鹽礦物與陸源碎屑的混合沉積，反映了物理作用和生物作用的同時(shí)存在，具有明顯灘相沉積特點(diǎn)。在BZ13-2 井的巖心中，含螺屑云質(zhì)砂礫巖呈灰色、中薄層，成分以陸源碎屑為主，含量達(dá)55.00%～90.00%，次為云質(zhì)生屑、砂屑及藻黏結(jié)或藻球粒，后者雜亂充填于陸屑間，泥-粉晶白云石填隙，陸屑顆粒邊緣可見櫛殼狀白云石膠結(jié)。整體粒度較粗，分選較差，礫、砂、螺混雜堆積。礫石成分主要為中-酸性噴出巖巖屑，次為變質(zhì)花崗巖巖屑、石英及長(zhǎng)石，礫徑一般為2.00～3.00 cm，多呈次圓-次棱角狀。所含螺化石大多破碎嚴(yán)重，殼內(nèi)未充填。沉積構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，為塊狀層理。

2.2.2 生屑云巖

生屑云巖主要為生物和化學(xué)沉積，沙一段沉積期，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育生屑云巖，粉晶生屑云巖分布于濱淺湖帶，表現(xiàn)為粉晶碳酸鹽膠結(jié)腹足類螺碎屑顆粒沉積而成，是典型的高能淺湖灘相沉積。在BZ13-2 井的巖心中，生屑云巖為淺灰色-灰色，呈生屑結(jié)構(gòu)，顆粒主要為螺屑，含量達(dá)65.00%以上，大多較破碎，少見內(nèi)碎屑、陸源碎屑。粒間膠結(jié)物多為粉晶白云石，少見泥晶白云石，粒徑主要為0.05～0.15 mm，次為自生石英、黏土礦物。生屑云巖普遍見白云石化，含量可高達(dá)87.00%～97.00%，平均為92.42%。沉積構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，呈塊狀構(gòu)造，巖心明顯可見螺殼堆積而成的蜂窩狀。

2.3 典型巖相組合與分布特征

以三維地震解釋成果為基礎(chǔ)，采用層序界面拉平進(jìn)行古水平面恢復(fù)，通過去壓實(shí)校正，結(jié)合斷裂活動(dòng)特征，進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，恢復(fù)研究區(qū)沙一段沉積期的古地貌形態(tài)，從中識(shí)別出正向高地、高地周緣陡坡及緩坡帶等微構(gòu)造單元。綜合9 口井巖心、壁心、錄井及測(cè)井資料，通過分析巖相發(fā)育特征及其與古地貌微構(gòu)造關(guān)系，將沙一段底部湖相淺灘巖相組合類型分為兩類：內(nèi)緩坡型和外緩坡型（圖2）。內(nèi)緩坡型發(fā)育生屑云巖-半深湖泥巖沉積序列，外緩坡型發(fā)育含螺云質(zhì)砂礫巖-生屑云巖-半深湖泥巖沉積序列。

圖2 沙一段典型巖相組合類型分布特征及相關(guān)照片

生屑云巖-半深湖泥巖沉積序列主要發(fā)育在距離古隆起高地較遠(yuǎn)的緩坡帶。該區(qū)古坡度5°～10°，古地形平緩，延伸范圍廣，整體上水體較淺，受高地周緣風(fēng)化剝蝕物影響較小，濱岸帶混合沉積欠發(fā)育，從而造成在沙一段底部遠(yuǎn)離高地的緩坡帶廣泛發(fā)育淺湖生屑灘沉積。平面上，由岸向湖發(fā)育生屑灘、半深湖泥巖沉積；縱向上，在湖盆水體擴(kuò)張過程中，發(fā)育生屑云巖-半深湖泥巖巖相組合，如A3，A8 井區(qū)。

含螺云質(zhì)砂礫巖-生屑云巖-半深湖泥巖沉積序列主要發(fā)育在距離古隆起高地較近的周緣緩坡帶。由于距離古隆起高地較近，早期風(fēng)化剝蝕物鄰近高地堆積后，隨后期湖平面的上升，易受波浪或沿岸流的持續(xù)沖刷改造，與淺湖生屑顆?；旌铣练e，平面上分布于高地周緣濱岸帶，向湖方向過渡為淺湖生屑云巖、半深湖泥巖沉積?？v向上，在湖盆水體擴(kuò)張過程中，發(fā)育含螺云質(zhì)砂礫巖-生屑云巖-半深湖泥巖巖相組合，如A9，A1 井區(qū)。

3 成因分析與發(fā)育模式

3.1 湖相碳酸鹽巖淺灘退積-超覆沉積過程證據(jù)

BZ13 油田沙一段沉積期，湖相碳酸鹽巖淺灘呈退積-超覆沉積過程，其證據(jù)主要有以下幾個(gè)方面：①沙一段兩種典型巖相組合類型及特征均反映湖盆水體逐漸加深、水動(dòng)力由強(qiáng)變?nèi)醯某练e過程，與沙一段沉積期廣泛湖侵的沉積背景相符。②鉆井揭示沙一段底部發(fā)育生屑云巖的古地貌最大高程差為117.00 m，但適合底棲腹足類螺生物生存的水深為15.00～20.00 m。③生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料顯示，A2S 與A9 井的古地貌高程相差60.00 m，A2S 井在關(guān)井時(shí)監(jiān)測(cè)地層壓力仍持續(xù)下降，且與A9 井壓力下降趨勢(shì)一致（圖3），顯示沙一段底部淺灘儲(chǔ)層具有連通性。

因此，沙一段沉積期，研究區(qū)古隆起并未完全淹沒于水下，在湖盆水體持續(xù)擴(kuò)張過程中，生屑灘沿古隆起呈退積-超覆沉積過程，從而造成研究區(qū)在古地貌緩坡帶高程差較大范圍內(nèi)，均有生屑云巖發(fā)育且存在疊合連通。

圖3 A2S 和A9 井歷年地層靜壓變化監(jiān)測(cè)曲線

3.2 陸屑顆粒來源及與碳酸鹽混合沉積成因討論

沙一段沉積期，BZ13 油田構(gòu)造處于湖盆凹中低隆起區(qū)域，不受區(qū)域陸源碎屑供給影響，有利于碳酸鹽巖沉積。BZ13-2 井巖心及薄片資料觀察顯示，沙一段底部發(fā)育的混積巖以含螺屑的灰色云質(zhì)砂礫巖為主，不整合覆蓋于中生界火山碎屑巖的古暴露面之上，白云石化強(qiáng)烈。陸屑顆粒以中-酸性噴出巖巖屑為成分的殘積礫石為主，與下伏中生界基底巖性相同，說明BZ13 油田構(gòu)造區(qū)古隆起形成之后，經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的暴露，位置相對(duì)較高的中生界基巖遭侵蝕破碎后形成碎屑顆粒，鄰近高地周緣堆積。在沙一段湖盆水侵和生屑灘退積背景下，受波浪的持續(xù)淘洗改造，淺湖區(qū)螺碎屑與濱岸帶原地風(fēng)化的陸源碎屑顆粒易發(fā)生混合沉積。陸屑顆粒邊緣普遍見泥-粉晶白云石，呈櫛殼狀膠結(jié)，反映成巖早期處于高能水體環(huán)境；同時(shí)，陰極發(fā)光顯示，陸屑顆粒邊緣粉晶白云石膠結(jié)物發(fā)橘紅色光，表明其形成于準(zhǔn)同生-同生期成巖環(huán)境?；旆e灘明顯具有淺灘沉積的性質(zhì)。

3.3 湖相碳酸鹽巖發(fā)育過程及模式

綜合沙一段底部湖相淺灘巖相類型、沉積特征及成因分析，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，認(rèn)為研究區(qū)沙一段底部淺灘沉積經(jīng)歷了高地周緣風(fēng)化-剝蝕物形成、湖侵早期內(nèi)緩坡型生屑灘退積沉積、湖侵晚期外緩坡型混積灘形成與生屑灘持續(xù)退積超覆的3 個(gè)發(fā)育階段，沉積體系的時(shí)空演化和分布特征受控于古構(gòu)造背景和湖平面變化。

始新世期的華北運(yùn)動(dòng)，造成BZ13 油田區(qū)域隆升，至沙一段沉積期，古地貌相對(duì)較高部位的基巖經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化-剝蝕作用，形成以火山碎屑為主要成分的陸屑顆粒，鄰近高地周緣堆積分布（圖4a）。沙一段沉積期，隨著湖盆水體的持續(xù)擴(kuò)張，淺湖生屑灘沿古隆起緩坡帶呈退積-超覆沉積，該時(shí)期在遠(yuǎn)離高地的低部位緩坡帶，形成大范圍分布的生屑灘，如A8，A3 井區(qū)（圖4b）。由于氣候濕熱，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，湖盆水體鹽度升高，在成巖早期易發(fā)生準(zhǔn)同生白云石化。在湖盆水體進(jìn)一步擴(kuò)張背景下，當(dāng)生屑灘超覆沉積至鄰近高地周緣時(shí)，受波浪回流或沿岸流的持續(xù)篩選改造，易造成粗粒陸屑顆粒與淺湖螺碎屑在濱岸帶發(fā)生混合沉積；隨著湖侵的進(jìn)一步發(fā)生，淺湖生屑灘退積超覆于混積灘之上，從而形成如BZ13-2 井區(qū)的巖相組合（圖4c）。根據(jù)混積巖中白云石碳氧同位素測(cè)定，δ18O‰PDB值為-12.3‰～-6.2‰，δ13C‰PDB值為2.2‰～8.7‰，利用基恩-韋伯公式計(jì)算，研究區(qū)99%的樣品鹽度指數(shù)都大于120，說明白云石化形成于高鹽度的咸水環(huán)境；古溫度為-2.51～80.20 ℃，說明白云石化是不同期次形成的，其中，近地表溫度（50.00 ℃）的樣品占73%以上，進(jìn)一步證實(shí)白云石化大多是在準(zhǔn)同生蒸發(fā)環(huán)境下進(jìn)行的。

圖4 沙一段湖侵期淺灘沉積與早期成巖作用演化

4 結(jié)論

（1）渤海海域沙南凹陷BZ13 油田沙一段底部發(fā)育混積巖和生屑云巖兩種巖石類型，分別對(duì)應(yīng)濱岸混積灘和淺湖生屑灘兩種湖相淺灘。根據(jù)巖相組合及其分布特征，劃分“外緩坡型”生屑灘-半深湖泥巖和“內(nèi)緩坡型”混積灘-生屑灘-半深湖泥巖兩種典型沉積序列。

（2）研究區(qū)沙一段底部淺灘為湖侵期退積-超覆沉積過程，經(jīng)歷了高地周緣風(fēng)化-剝蝕物形成期、湖侵早期“內(nèi)緩坡型”生屑灘退積沉積期、湖侵晚期“外緩坡型”混積灘形成與生屑灘持續(xù)退積超覆期3 個(gè)發(fā)育階段。