東營凹陷沙河街組四段湖相細粒沉積特征及其控制因素

彭 軍，許天宇，于樂丹

（西南石油大學地球科學與技術學院，成都 610500）

0 引言

細粒沉積巖一般是指粒徑小于62.5 μm的沉積物顆粒形成的沉積巖［1］，這類巖石沉積構造多樣，蘊含著大量的沉積規律，儲存著豐富的沉積環境信息。由于細粒沉積巖粒度小，觀察難度大，且成分復雜，各種成分的含量也相差懸殊。因此，如何對細粒沉積巖進行巖相劃分一直是沉積學界關注的重要問題之一。學者們已在該領域進行了一定程度的研究，提出了多種巖相劃分方案［2-5］，其中王慧中等［3］以泥頁巖韻律層系特征將東營凹陷細粒沉積物分為紋層狀泥巖、黑色頁巖和鈣片頁巖；王冠民［4］根據細粒沉積巖中紋層組合和占比差異將濟陽坳陷古近系頁巖劃分為黑頁巖、鈣質紋層頁巖、富有機質紋層頁巖、紋層狀灰巖等7 種類型；袁劍英等［5］提出湖相細粒沉積的3 端元劃分方案，即將碳酸鹽礦物、陸源碎屑、泥質組分作為3 個端元，將相對含量最多的端元定為主名。上述成果對完善細粒沉積學理論、指導頁巖油氣和致密油氣勘探起到了重要推動作用，但是目前沉積學界在細粒沉積巖的微觀構造剖析、巖相劃分等方面仍存在較多的分歧，尚未能達成共識，特別是缺少統一的巖相劃分方案，這嚴重制約了細粒沉積巖的儲層評價、巖相分布、有利區帶預測等研究。因此，統一的巖相劃分標準對細粒沉積巖的沉積規律認識和非常規油氣勘探開發均具有至關重要的作用。

東營凹陷古近系沙河街組四段發育大套細粒沉積巖，其中蘊含著豐富的油氣資源，勘探程度較高，巖心保存完整，是理想的細粒沉積巖的研究地區［6］。筆者通過對研究區的樊頁1 井、牛頁1 井和利頁1井沙河街組四段上亞段總計近800 m 的巖心精細描述和1 705 塊巖石薄片的顯微鏡鑒定，并輔以X射線衍射和其他分析測試資料，對東營凹陷沙四段上亞段的細粒沉積巖進行精細刻畫，明確細粒沉積巖的礦物組成和沉積構造類型，詳細剖析各類巖石的成因及意義，并結合元素地球化學特征對其沉積環境進行分析，以期為細粒沉積的科學研究及東營凹陷古近系沙河街組的油氣勘探提供借鑒。

1 地質背景

東營凹陷是渤海灣盆地濟陽坳陷內的典型中—新生代陸相斷陷湖盆，其東部為青坨子凸起，南部為魯西隆起與廣饒凸起，西部為青城凸起，北部為陳家莊凸起和濱縣凸起（圖1）。東營凹陷內主要包括3 個正向構造帶（北部陡坡帶、中央背斜帶和南部緩坡帶）和4 個負向構造帶（利津洼陷、牛莊洼陷、博興洼陷和民豐洼陷）［7］，凹陷東西長約90 km，南北寬約65 km，總面積約5 700 km2。由于其古近系沙河街組四段上亞段為半深湖—深湖沉積，形成了大套細粒沉積巖發育段，主要巖性為黏土質灰巖、灰質黏土巖、黏土巖、粉砂質灰巖、粉砂質黏土巖等（圖2）。

圖1 東營凹陷構造地質簡圖（據文獻［8］修改）Fig.1 Geological profile of Dongying Depression

圖2 東營凹陷沙四段地層巖性綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of the fourth member of Shahejie Formation in Dongying Depression

2 細粒沉積巖巖相特征

單純根據巖性來進行細粒沉積巖的劃分，從而進行油氣勘探部署與開發工作，已經無法滿足當前的科研和生產需求。因此，在巖性大類識別的基礎上，眾多學者往往還結合巖石的顏色、礦物組分、沉積構造等方面進一步進行細分［9-12］，如鄭和榮等［9］、劉姝君等［11］主要依據巖石礦物組分、沉積構造等特征分別對四川盆地龍馬溪組和東營凹陷沙河街組的細粒沉積巖進行了巖相劃分。

2.1 巖石學特征

湖相細粒沉積巖的礦物成分主要包括碳酸鹽礦物、碎屑礦物、黏土礦物、黃鐵礦和有機質等，部分咸化湖盆沉積的細粒巖中還含有大量鹽類礦物［13］。因為大地構造背景、沉積環境、物源以及成巖作用等條件的不同，不同地區的含油氣盆地沉積的細粒巖的礦物組分也存在較大差異。

通過對東營凹陷沙河街組1 705 個薄片進行觀察和統計，得出該地區細粒沉積巖的主要礦物組成為碳酸鹽礦物、陸源碎屑礦物、黏土礦物、黃鐵礦及有機質等。其中碳酸鹽礦物體積分數平均為50.6%（方解石占38.5%，白云石占12.1%），陸源碎屑體積分數平均為23.8%（石英占20.9%），黏土礦物體積分數平均為20.3%，有機質體積分數平均為2.5%，此外還可見到少量黃鐵礦、長石及石膏等礦物（表1）。有機質不僅發育原生有機體腔孔，而且演化過程中形成了次生有機孔，這些微孔隙也是細粒沉積儲層的重要儲集空間類型。因此，有機質作為重要組分之一參與細粒沉積巖的巖相劃分是十分必要的。

表1 東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖主要礦物體積分數Table 1 Contents of main substances of fine-grained sedimentary rocks in the upper submember of member 4 of Shahejie Formation in Dongying Depression

2.2 沉積構造

沉積構造是對巖相進行命名的重要參考指標，而且通過沉積構造可以判斷沉積物在沉積時的水體環境，進而推斷當時的氣候特征。因此，沉積構造對巖相劃分、恢復古氣候和古環境均具有重要意義。東營凹陷沙河街組四段上亞段沉積時期，湖盆為半深湖—深湖環境，形成的細粒沉積巖的沉積構造豐富多樣，通過巖心和薄片觀察共識別出6 種沉積構造，分別為平直紋層構造、波狀紋層構造、塊狀構造、負載構造、透鏡狀構造和滑塌變形構造，其中平直紋層構造、波狀紋層構造和塊狀構造主要反映沉積時的水體環境，而負載構造、透鏡狀構造和滑塌變形構造還可反映同生期和成巖期的環境狀況和事件。平直紋層構造、波狀紋層構造、塊狀構造和滑塌變形構造為常見的4 種構造，平直紋層構造、波狀紋層構造和塊狀構造指示穩定的、持續的沉積環境；滑塌變形構造主要指示短暫的、陣發性的事件，該構造與巖性沒有直接關系，其發育具有偶然性與局域性的特征，常常與泥質重力流有關。針對東營凹陷沙河街組非泥質重力流沉積的細粒沉積巖，開展了巖相類型劃分，主要就平直紋層構造、波狀紋層構造和塊狀構造進行討論。

2.2.1 平直紋層構造

圖3 東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖中的沉積構造（a）巖心上形態平直、厚度均一的平直紋層，牛頁1 井，3 329.67 m；（b）顯微鏡下形態平直、厚度均一的平直紋層，牛頁1 井，3 413.90 m；（c）顯微鏡下的平直紋層相鄰單層成分差異較大，樊頁1 井，3 438.84 m；（d）巖心上波狀起伏的波狀紋層，樊頁1 井，3 390.11 m；（e）顯微鏡下呈波狀起伏的波狀紋層，利頁1 井，3 831.80 m；（f）顯微鏡下連續或斷續的波狀紋層，不同位置的厚度不均一，樊頁1 井，3 435.77 m；（g）巖心上呈均質的塊狀構造，利頁1 井，3 758.96 m；（h）顯微鏡下呈均質的塊狀構造，利頁1 井，3 632.39 m；（i）顯微鏡下的塊狀構造，可見非定向排列的生物碎屑以及風暴擾動構造，樊頁1 井，3 302.37 mFig.3 Sedimentary structure in fine-grained sedimentary rocks of the upper submember of the fourth member of Shahejie Formation in Dongying Depression

平直紋層是東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖中最為常見的沉積構造，紋層形態平直、厚度均一［圖3（a）］，單層厚度為50～200 μm，多為有機質紋層、灰質紋層和黏土紋層，一般為2 種不同成分的紋層在垂向上相互疊置，相鄰單層成分差異較大［圖3（b）—（c）］。在平直紋層中，有時還發育少量石英、白云石礦物。在平靜的湖泊水體中，懸浮的細粒物質可以按照一定順序均勻地沉積在湖底，由此形成的單個紋層的形態平直，厚度均一，且平直有機質紋層多為暗色，平直黏土紋層中可見零星黃鐵礦分布，平直灰質紋層以泥晶方解石紋層為主，指示了水體較深且水動力較低。平直紋層構造常在氣候溫暖濕潤、水體較深的環境中發育［11］，且水體多為半封閉—封閉的低能環境［14］。

2.2.2 波狀紋層構造

波狀紋層與平直紋層略有不同，在巖心及顯微鏡下觀察發現，此類紋層呈連續或斷續的波狀起伏形態［圖3（d）—（f）］，不同位置的紋層厚度不均一，紋層成分主要為灰質和黏土質，其中灰質紋層較黏土紋層更厚，一般為70～200 μm，黏土紋層較薄，多為75～100 μm，黏土紋層中常含粉砂顆粒。

波狀紋層一般認為是微弱水動力攪動沉積而成，這種水動力可能與表層水和底層水發生混合后形成的回流作用有關［15］。波狀紋層中厚度相對較大的灰質紋層常呈斷續形態，指示當時水體較為動蕩，灰質與黏土礦物的相對含量反映了水體的深淺情況［16］，即灰質含量越多、黏土礦物含量越少，則水深越淺，灰質的來源可能與夏季藻類或浮游生物的光合作用有關［17-18］。綜上所述，波狀紋層可能是在氣候炎熱，水深較淺，水體較為動蕩環境中發育而成。

2.2.3 塊狀構造

塊狀構造也是東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖中的常見沉積構造，其巖石成分多為灰質、黏土質和粉砂質等，無法識別出紋層構造［圖3（g）—（h）］，常見生物碎屑，偶見風暴擾動構造。Ryan［19］認為塊狀構造是在水體平靜、沒有外界擾動的環境下形成的，但近年來部分研究成果顯示［20-21］，塊狀構造指示的是水體動蕩且較淺、水體能量較高、陸源輸入較多和沉積物沉積速率快的沉積環境。研究區的部分塊狀構造中常見非定向排列的生物碎屑和風暴擾動構造［圖3（i）］，表明沉積時水體動蕩。部分塊狀構造中可見呈明顯定向性排列的生物碎屑，且分布均勻，說明沉積時水體較為安靜，外界干擾較小。因此，利用塊狀構造判斷沉積環境時須結合塊狀構造中的物質成分和沉積構造。

3 巖相劃分方案

國外關于細粒沉積巖巖相研究主要集中在海相泥頁巖，Schieber［22］根據顏色、礦物組成和沉積構造將貝爾特盆地中Newland 組的細粒沉積巖分為鈣質或粉砂質頁巖、條紋頁巖等；Loucks 等［23］對Fort Worth 盆地的細粒沉積巖進行巖相劃分時也是根據礦物組分、沉積構造等特征。國內湖相細粒沉積巖具有重要的石油勘探價值［24］，杜江民等［25］總結了準噶爾盆地二疊系蘆草溝組、四川盆地侏羅系大安寨段、銀額盆地白堊系和柴達木盆地漸新統等4個典型湖盆的細粒沉積巖勘探成果，其油氣藏多為“連續型”非常規油氣藏，常與鄰區的常規油氣藏共同組成區域性油氣田群。鄧宏文等［2］將濟陽坳陷的細粒沉積巖劃分為黑頁巖、水平紋層粉砂質泥巖、遞變紋層粉砂質泥巖、鈣質黑頁巖、鈣質紋層頁巖等巖相。隨著研究的不斷深入，關于細粒沉積巖的劃分也越來越細致，王勇等［6］則根據巖石學特征和有機碳含量將東營凹陷富有機質細粒沉積巖劃分為薄透鏡狀晶?；規r、紋層狀泥晶灰巖、厚層塊狀灰質泥巖、塊狀泥巖和黑色頁巖；徐希旺等［10］依據巖石顏色、礦物組成、沉積構造等因素將吐哈盆地塔爾朗組細粒沉積巖劃分為灰黑色薄層狀混合細粒巖、深黑色頁狀黏土巖、灰色薄層狀粉砂巖等；張少敏等［12］依據礦物組分、沉積構造、有機質含量和分布特征將準噶爾盆地二疊系蘆草溝組細粒沉積巖劃分為塊狀粉砂質砂屑云巖、塊狀凝灰質粉砂巖和塊狀泥晶云巖等。上述研究成果極大地推動了細粒沉積學的發展，但細粒沉積巖礦物組分復雜、沉積構造多樣、形成環境及成因也各不相同，因此，學者們在對其進行巖相劃分時，往往不同的盆地會采用不同的劃分標準。早期學者們多按照顏色、宏觀構造等對細粒沉積巖進行分類，之后將巖石的礦物組成、微觀沉積構造作為巖相劃分的重要依據［26-27］，目前有機質含量也越來越受到學者們的重視，一些更為詳細的巖相劃分方案也相繼被提出，但微觀沉積構造方面還只觀察到紋層構造和塊狀構造2 類，未能進一步細分，且未將礦物組分、沉積構造和沉積環境三者有機結合起來。

筆者在參考上述研究成果基礎上，根據東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖的巖石薄片鑒定結果，將細粒沉積巖按照礦物成分、沉積構造、有機質含量進行了巖相劃分。第1 步，根據碳酸鹽、黏土和長英質等礦物含量特征進行大類劃分，將體積分數為10%～25%的礦物定義為“含”，將體積分數為25%～50%的礦物定義為“質”，將體積分數大于50% 的礦物定義為主名，如果三者均未超過50%，則將巖石定義為混合巖。第2 步，根據沉積構造進一步細分，包括平直紋層構造、波狀紋層構造和塊狀構造，命名時將沉積構造名稱置于巖石大類名稱前。第3 步，以有機質體積分數2%為界，當其大于或等于2%時，定義為“富有機質”，當其大于0且小于2%時，定義為“含有機質”。第4 步，綜合礦物組成、沉積構造和有機質含量提出了細粒沉積巖巖相劃分和命名方案，命名格式為“有機質含量+沉積構造+含或質+巖性主名”，例如富有機質平直紋層黏土質灰巖。根據此巖相類型劃分方案，可將東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖劃分為15種巖相類型（表2），其中富有機質平直紋層灰質黏土巖、富有機質塊狀黏土巖、富有機質塊狀含灰黏土巖、含有機質波狀紋層黏土質灰巖、含有機質波狀紋層含黏土灰巖等5 種巖相類型較為發育。該巖相劃分方案具有以下優點：①將有機質含量作為巖相劃分的命名組分之一，使巖相生烴潛力一目了然，從而可以更好地指導油氣勘探開發工作；②按照三端元法，即以碳酸鹽礦物、黏土礦物及長英質礦物的含量對巖相分類，使巖相的分類和命名更加簡潔，且具有系統性和可操作性，避免了針對同一種巖相命名卻各不相同的情況，從而有利于科研工作者及油氣勘探開發人員之間的交流學習；③此方案將沉積構造加入了巖相名稱中，旨在更好地體現出沉積物沉積時的環境特征，從而為今后研究湖相細粒沉積的環境變化及有利區展布起到促進作用。

表2 東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖巖相類型劃分Table 2 Lithofacies division of fine-grained sedimentary rocks of the upper submember of the fourth member of Shahejie Formation in Dongying Depression

4 巖相特征及環境意義

4.1 富有機質平直紋層灰質黏土巖

東營凹陷沙河街組四段上亞段富有機質平直紋層灰質黏土巖中的平直狀紋層包括深色紋層與淺色紋層，二者呈互層狀，界限清晰［圖4（a）］。紋層橫向上分布穩定，深色與淺色偶爾呈突變接觸，顯示了沉積時季節性的水體變化特征［4］。深色紋層厚度（50～200 μm）多大于淺色紋層厚度（50～83 μm）［圖4（b）—（c）］。深色紋層為富含有機質的黏土紋層，有機質含量較高，常含有陸源碎屑和方解石礦物，陸源碎屑中石英磨圓度較好；淺色紋層多為方解石紋層，偶見紋層斷續發育，方解石多為泥晶結構，其形成與季節性的湖水分層有關［20］。主要礦物組成如下：黏土礦物體積分數平均為53.0%，灰質組分的體積分數平均為34.1%，長英質礦物的體積分數平均為10.5%，有機質體積分數平均為2.4%。該巖相形成于溫暖濕潤的氣候條件下，湖泊水深較深、水體較為平靜、陸源輸入較多。

巖心上可觀察到該類巖相發育頁理縫和構造裂縫，在富有機質的黏土礦物紋層中，有機質條帶斷續分布，由于沙河街組四段上亞段埋藏較深，演化程度相對較高［28］，使得巖相中有機質孔較為發育，且礦物收縮縫也常見，但富鈣質紋層中儲集空間不發育。由于沉積環境的周期性變化，不同礦物組分富集程度不均一，使得紋層間的力學性質存在差異［28］，因而在紋層間發育少量的層間微裂縫［29］。研究區民豐洼陷的永54 井在沙河街組四段上亞段獲得了46.5 t/d 的高產油氣流，測井解釋TOC 質量分數高達5.57%，在該試油層段，富有機質平直紋層灰質黏土巖為主要巖相［29］。宋明水等［30］通過研究濟陽坳陷古近系細粒沉積巖得出，富有機質紋層狀巖相發育是頁巖油富集的基礎，且富有機質紋層狀巖相具有儲集空間類型多樣、連通性好、孔徑大、可動油飽和度高等特征。綜上所述，富有機質平直紋層灰質黏土巖不僅為烴源巖，還可作為儲集層。

4.2 富有機質塊狀黏土巖

圖4 東營凹陷沙河街組四段上亞段細粒沉積巖主要巖相類型（a）富有機質平直紋層灰質黏土巖，灰質紋層與黏土紋層之間界限清晰，樊頁1 井，3 395.12 m；（b）富有機質平直紋層灰質黏土巖，可見黏土紋層厚度大于灰質紋層厚度，牛頁1 井，3 461.24 m；（c）富有機質平直紋層灰質黏土巖，可見黏土紋層厚度大于灰質紋層厚度，樊頁1 井，3 259.53 m；（d）富有機質塊狀黏土巖，深灰色，均勻塊狀，不發育紋層，樊頁1 井，3 394.40 m；（e）富有機質塊狀黏土巖，不發育紋層，利頁1 井，3 632.39 m；（f）富有機質塊狀黏土巖，基質為纖維狀或微粒狀黏土物質，樊頁1 井，3 303.40 m；（g）富有機質塊狀含灰黏土巖，灰色，均勻塊狀，不發育紋層，樊頁1 井，3 327.19 m；（h）富有機質塊狀含灰黏土巖，顯微鏡下可見少量微小泥晶方解石透鏡體，利頁1 井，3 585.60 m；（i）富有機質塊狀含灰黏土巖，發育少量泥晶方解石透鏡體，樊頁1 井，3 366.30 m；（j）含有機質波狀紋層黏土質灰巖，灰色，微波狀紋層構造發育，淺色與深色紋層互層，樊頁1 井，3 418.27 m；（k）含有機質波狀紋層黏土質灰巖，灰質紋層與黏土紋層呈連續或不連續的波狀，利頁1 井，3 831.80 m；（l）含有機質波狀紋層黏土質灰巖，灰質紋層與黏土紋層呈連續或不連續的波狀，樊頁1 井，3 435.77 m；（m）含有機質波狀紋層含黏土灰巖，淺灰色，發育密集的波狀紋層構造，樊頁1 井，3 393.86 m；（n）含有機質波狀紋層含黏土灰巖，淺色方解石紋層與深色含有機質黏土紋層互層，牛頁1 井，3 464.60 m；（o）含有機質波狀紋層含黏土灰巖，厚層泥晶方解石紋層與褐色黏土紋層互層，黏土紋層中可見較多的方解石、陸源碎屑礦物及少量有機質，樊頁1 井，3 362.35 mFig.4 Main lithofacies types of fine-grained sedimentary rocks of the upper submember of the fourth member of Shahejie Formation in Dongying Depression

富有機質塊狀黏土巖多為深灰色，不發育紋層［圖4（d）］，基質為纖維狀或微粒狀黏土礦物［圖4（e）—（f）］。巖石中均勻分布少量長英質礦物和碳酸鹽礦物，含較多的有機質，部分巖石發育較多定向排列的生物碎屑，巖石薄片在顯微鏡下插入石膏試板后轉動載物臺進行觀察，可見礦物總體的干涉色由橘黃色向藍紫色轉變，變色現象明顯。主要礦物組成如下：黏土礦物體積分數平均為83.0%，灰質礦物體積分數平均為6.8%，長英質礦物體積分數平均為8.0%，有機質體積分數平均為2.2%。該巖相多形成于氣候溫暖濕潤的條件下，湖泊水體深且較閉塞，生物較為繁盛，為強原性環境。

4.3 富有機質塊狀含灰黏土巖

富有機質塊狀含灰黏土巖以灰色或深灰色為主，整體上為均勻塊狀，紋層不發育［圖4（g）］，基質為黏土礦物，因吸附了較多有機質而部分顏色較深。該巖相偶爾可見少量微晶—泥晶方解石透鏡體，透鏡體厚為0.10～0.15 mm［圖4（h）—（i）］，透鏡體的長軸沿水平方向展布，長軸長度為150～500 μm，風暴作用引起的水體擾動將弱固結—半固結的方解石紋層打碎后，原地再沉積而成［31-32］。巖石中還可見到零星的陸源碎屑，分選和磨圓度均差，有時還可見到無定向分布的生物碎屑。將巖石薄片放置到顯微鏡下，插入石膏試板后轉動載物臺，可觀察到礦物總體的干涉色由橘黃色向藍紫色轉變，變色程度沒有塊狀黏土巖明顯。主要礦物組分如下：黏土礦物體積分數平均為65.0%，灰質礦物體積分數平均為25.0%，長英質礦物體積分數平均為8.5%，有機質體積分數平均為2.5%。該巖相多形成于溫暖濕潤的氣候條件下，湖泊水體較深，但時常受到水下底流影響，為半深湖—深湖的還原環境。

4.4 含有機質波狀紋層黏土質灰巖

含有機質波狀紋層黏土質灰巖以灰色為主，波狀紋層構造發育，淺色與深色紋層呈互層狀，且淺色紋層更發育［圖4（j）］。淺色紋層成分為泥晶方解石，厚度為0.07～0.20 mm，呈連續或不連續的波狀，表明沉積時受到了較強的水動力影響；深色紋層為含有機質的黏土紋層，厚度為0.07 mm 左右［圖4（k）—（l）］，黏土紋層中含少量陸源碎屑。部分深色紋層與淺色紋層之間為突變接觸，而部分卻為漸變接觸，界限相對模糊，突變接觸的紋層暗示了沉積時季節性的水體變化特征，漸變接觸的紋層暗示了沉積時氣候差異性較小。這類巖相橫向上紋層厚度不穩定，波峰與波谷之間高差為100～200 μm。主要礦物組成如下：黏土礦物體積分數平均為34.0%，灰質礦物體積分數平均為57.0%，長英質礦物體積分數平均為6.7%，有機質體積分數平均為2.3%。該巖相多形成于炎熱干旱的氣候條件下，湖泊水體較淺且較為動蕩，為強還原環境。

該類巖相中構造裂縫和異常壓力裂縫都較為發育［29］，由于方解石紋層與黏土紋層間的礦物成分和力學性質均存在差異［28］，使得二者間發育較多的層間微裂縫，這些微裂縫均可以作為較好的儲集空間，而且垂向的微裂縫可以連通各個水平紋層，從而促進油氣的初次運移。因此，含有機質波狀紋層黏土質灰巖也可作為儲集層。

4.5 含有機質波狀紋層含黏土灰巖

含有機質波狀紋層含黏土灰巖多為淺灰色，發育密集的微波狀紋層構造，淺色方解石紋層與深色含有機質黏土紋層互層，方解石紋層厚度多為0.06～0.30 mm，遠大于黏土紋層厚度（約0.03 mm）［圖4（m）—（n）］。顯微鏡下可見厚層泥晶方解石紋層間夾少量褐色黏土紋層，而黏土紋層中也可見微晶或泥晶方解石、陸源碎屑礦物和少量有機質［圖4（o）］。該巖相的微觀紋層構造與含有機質波狀紋層黏土質灰巖類似，顯微鏡下紋層同樣呈連續或斷續的波狀起伏特征。深色與淺色紋層間為突變接觸，橫向上紋層厚度不穩定，波峰與波谷之間高差為100～250 μm。主要礦物組成如下：黏土礦物體積分數平均為18.0%，灰質礦物體積分數平均為73.0%，長英質礦物體積分數平均為7.5%，有機質體積分數平均為1.5%。有機質含量偏低，陸源碎屑含量較高，主要形成于炎熱干旱的氣候條件下，湖泊水體較淺且動蕩。

5 沉積環境對巖相的控制作用

古沉積環境的演化控制了巖石的礦物組成、化學成分、有機質含量，進而控制了巖石類型。利用東營凹陷沙河街組四段上亞段巖石中的Fe/Mn，Fe/Co，Zr/Al 等元素含量比值作為指示古水深變化的指標［16］，Fe/Mn 和Fe/Co 均與水深呈反比，而Zr/Al與水深呈正比；Sr/Ca，V/Ni，Ca/（Ca+Fe）與古鹽度呈正比；Na/Al，Ca/（Si+Al），蒸發礦物的含量均可指示古氣候的變化；V/Cr，U/Th 和黃鐵礦的含量均可輔助判斷古氧化-還原的強弱。通過對研究區樊頁1 井沙河街組四段上亞段巖石進行地球化學分析，得出黃鐵礦含量、Ca/（Ca+Fe）、Zr/Al 和Sr/Ca 的變化規律，結合GR測井曲線對東營凹陷沙河街組四段上亞段的沉積演化進行研究，劃分出4 個演化階段（圖5）。

第1 階段（3 410.70～3 441.00 m）：黃鐵礦含量較少，有機質含量偏低，Zr/Al 逐漸降低，GR測井曲線值也呈現逐漸降低的趨勢，表明該時期湖平面不斷降低，為弱還原環境，有機質和黏土礦物含量逐漸減小，而Ca/（Si+Al）和Sr/Ca 呈逐漸增大的趨勢，可以推斷該時期氣候逐漸變得干旱，水體蒸發強烈，鹽度逐漸升高。巖性主要以含黏土灰巖和黏土質灰巖為主，夾少量的灰巖、白云巖和粉砂巖，發育較多的波狀紋層和變形構造，反映湖水蒸發強烈，水體較淺，氣候較干旱，水體較為動蕩。

干旱氣候條件下，蒸發作用強烈，水體逐漸變淺，有利于形成相對封閉的湖盆［33］。隨著湖水鹽度逐漸增大，較多鹽類礦物開始析出，促進了白云石的生成，且陸源輸入減弱，為灰巖的發育創造了條件。高鹽度水體不利于生物生存，造成湖泊生產力維持在較低水平，加之湖泊水體較淺，湖底的氧含量較高，還原性減弱，不利于有機質的生產和保存，導致了有機質含量和黃鐵礦含量偏低。湖水較淺時，水體易受外界影響，從而形成了較多的波狀構造。因此，在干旱氣候條件下，含有機質波狀紋層含黏土灰巖和含有機質波狀紋層黏土質灰巖均較發育。

第2 階段（3 369.56～3 410.70 m）：黃鐵礦含量逐步上升，有機質含量開始增加，Zr/Al 和GR測井曲線值也開始增大，湖水不斷加深，水體還原性逐漸增強，黏土礦物含量增多，Ca/（Si+Al）開始減小，反映出沉積期氣候逐漸轉向暖濕。但Sr/Ca 沒有減小，反而繼續增大，可能是由于受到了海侵的影響，致使湖泊水體鹽度升高［34］。巖性主要以灰質黏土巖為主，上部夾部分含黏土灰巖，沉積構造以平直紋層為主，其次為塊狀構造，塊狀構造中發育少量微晶方解石透鏡體，為風暴作用引起的水體擾動而形成，方解石紋層被打碎后發生原地再沉積作用。水體較深，氣候逐漸轉為暖濕，水體整體較平靜，局部也有微弱的底流作用。

當氣候由干旱向暖濕過渡時，河流將大量淡水帶入湖泊，水體逐漸加深，陸源輸入逐漸加強，湖盆由前一階段的封閉狀態逐漸轉為開放，黏土礦物逐漸變多，由于湖水較深，水體較為安靜，多形成平直紋層，為有機質的生產和保存創造了條件。因此，該階段主要形成富有機質平直紋層灰質黏土巖。

第3 階段（3 286.13～3 369.56 m）：黃鐵礦含量和Zr/Al 仍維持在較高水平，巖相中有機質含量高，GR測井曲線值同樣保持在高值，顯示了水體較深，還原性較強，Ca/（Si+Al）持續減小，氣候暖濕，Sr/Ca較前一階段開始減小，陸源淡水的注入導致了湖泊水體鹽度降低。巖性以塊狀含灰黏土巖和塊狀黏土巖為主，夾少量白云巖和灰巖。該階段水體較深且閉塞，氣候溫暖濕潤，水體平靜。

當氣候變得溫暖濕潤后，水體深度達到峰值，陸源輸入較多，帶來了豐富的黏土礦物。湖泊具有水體分層的特征，即上部水體含氧量較為充足，底部水體處于貧氧或缺氧狀態，湖底處于較強的還原環境，黃鐵礦最為發育，有機質保存條件最佳，水體環境整體平靜，碳酸鹽礦物不太發育，形成了較多的均一塊狀構造。因此，在濕潤氣候條件下，富有機質塊狀含灰黏土巖和富有機質塊狀黏土巖均較發育。

第4 階段（3 251.00～3 286.13 m）：黃鐵礦含量、GR測井曲線值和Zr/Al 開始出現減小趨勢，巖相仍然以富有機質沉積為主，Ca/（Si+Al）開始增大，Sr/Ca 為持續平穩的低值，反映了這一時期水深開始變淺，還原性減弱，黏土礦物沉積減少，氣候也開始由暖濕向干旱轉變。主要發育灰質黏土巖和黏土巖，少量含灰黏土巖夾雜其中，沉積構造以塊狀為主，夾較多泥晶方解石透鏡體，部分巖石可見平直紋層狀沉積構造，表明該時期水體仍然較深，氣候較為濕潤，水體時常受到底流擾動。

當暖濕氣候向干旱氣候過渡時，水體逐漸變淺，還原性依然較強但開始逐漸減弱，整體水體深度依然較大，水體環境較為平靜，沉積構造以塊狀和平直紋層狀為主，有機質含量較高。由于蒸發作用增強，沉積的灰質逐漸增加，出現了灰質黏土巖，偶爾可見風暴作用打碎方解石紋層后形成的方解石透鏡體，沉積時期伴隨有微弱的底流作用。綜上所述，當研究區由暖濕氣候向干旱氣候轉變時，主要發育富有機質塊狀黏土巖和富有機質平直紋層灰質黏土巖。

6 結論

（1）東營凹陷沙河街組四段上亞段的細粒沉積巖的礦物組分主要包括方解石、白云石、石英、黏土礦物、黃鐵礦和石膏等，多富含有機質，沉積構造以平直紋層、波狀紋層和塊狀構造為主。根據礦物組成、沉積構造和有機質含量等指標將研究區細粒沉積巖劃分為15 種巖相，其中富有機質平直紋層灰質黏土巖、富有機質塊狀黏土巖、富有機質塊狀含灰黏土巖、含有機質波狀紋層黏土質灰巖、含有機質波狀紋層含黏土灰巖5 種巖相較為發育。

（2）東營凹陷沙河街組四段上亞段的沉積演化可分為4 個階段，即干旱氣候階段、干旱—暖濕氣候過渡階段、暖濕氣候階段和暖濕—干旱氣候過渡階段。干旱氣候條件下，含有機質波狀紋層含黏土灰巖和含有機質波狀紋層黏土質灰巖均較為發育；在干旱—暖濕氣候過渡階段，富有機質平直紋層灰質黏土巖發育；暖濕氣候條件下，富有機質塊狀含灰黏土巖和富有機質塊狀黏土巖均較發育；在暖濕—干旱氣候過渡階段，主要發育富有機質塊狀黏土巖和富有機質平直紋層灰質黏土巖。