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

2020-04-25 14:35:10別旭偉許賽男孫藏軍全洪慧

石油地質與工程 2020年1期

別旭偉，許賽男，孫藏軍，姜永，全洪慧

（中海石油（中國）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育，可作為良好的油氣儲集體。渤海灣盆地已發現的湖相碳酸鹽巖時間上集中分布于古近紀，空間上幾乎在盆地內各個凹陷均有發現，顯示出一定的資源規模和潛力[1]。近年來，針對渤海灣盆地古近系沙一段底部發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、控制因素及儲層分布預測等方面取得了豐富成果[2-9]，但多基于凹陷級別研究，精細程度難以滿足開發需求，以開發單元區塊為尺度的精細研究甚少。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，對沙一段的巖相類型、組合特征及其分布規律進行研究，并論述其成因、發育過程及模式。研究成果將為該油田調整井部署方案優化及其他相似地質條件的油田勘探開發提供借鑒。

1 區域地質背景

渤海灣盆地是疊置于華北地臺上的中、新生代裂谷盆地[10]。BZ13 油田位于渤海中部海域，區域構造上位于沙壘田凸起東南傾沒端上的沙東南構造帶（圖1），西南為沙南凹陷，東北緊鄰渤中凹陷。新生代以來，區域構造演化主要經歷了古近紀早期（孔店組至沙三段沉積期）斷陷期、古近紀晚期（沙二段至東營組沉積期）斷坳期和新近紀（館陶組至明化鎮組沉積期）區域坳陷三個階段[11]。沙一段沉積期，盆地整體處于斷-坳轉換期，區域構造背景相對穩定、古氣候濕熱、鹽度適宜[11]，有利于碳酸鹽在淺水臺地、淺水斜坡及水下古隆起等局部區域沉積，如渤海海域的JZ9、CFD2 及QHD30 等地區。在研究區表現為湖盆水體持續穩定擴張的沉積背景下，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組二段、三段為厚層泥巖，與之構成良好的儲蓋組合。

圖1 研究區區域位置

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構-成因分類兩種，并且大多已考慮陸源碎屑的混入。目前應用比較廣泛的為王英華等（1993 年）提出的中國湖相碳酸鹽巖結構-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）根據黏土、碳酸鹽和陸源碎屑三端元組分的相對含量對混積巖進行了系統分類，比王英華等（1993 年）的劃分范圍更大，對混積巖分類更具有適用性。

研究區沙一段湖相碳酸鹽巖的生物碎屑含量高但生物種類簡單，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上，將巖石成因、顆粒類型、顆粒含量、顆粒與基質的比例等作為分類標準，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

研究區發育的混積巖為含螺屑云質砂礫巖，主要分布于濱淺湖帶靠陸一側，表現為螺碎屑顆粒、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存在，具有明顯灘相沉積特點。在BZ13-2 井的巖心中，含螺屑云質砂礫巖呈灰色、中薄層，成分以陸源碎屑為主，含量達55.00%～90.00%，次為云質生屑、砂屑及藻黏結或藻球粒，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。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，次為變質花崗巖巖屑、石英及長石，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重，殼內未充填。沉積構造相對簡單，為塊狀層理。

2.2.2 生屑云巖

生屑云巖主要為生物和化學沉積，沙一段沉積期，盆地內廣泛發育生屑云巖，粉晶生屑云巖分布于濱淺湖帶，表現為粉晶碳酸鹽膠結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，呈生屑結構，顆粒主要為螺屑，含量達65.00%以上，大多較破碎，少見內碎屑、陸源碎屑。粒間膠結物多為粉晶白云石，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87.00%～97.00%，平均為92.42%。沉積構造相對簡單，呈塊狀構造，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，采用層序界面拉平進行古水平面恢復，通過去壓實校正，結合斷裂活動特征，進行時深轉換，恢復研究區沙一段沉積期的古地貌形態，從中識別出正向高地、高地周緣陡坡及緩坡帶等微構造單元。綜合9 口井巖心、壁心、錄井及測井資料，通過分析巖相發育特征及其與古地貌微構造關系，將沙一段底部湖相淺灘巖相組合類型分為兩類：內緩坡型和外緩坡型（圖2）。內緩坡型發育生屑云巖-半深湖泥巖沉積序列，外緩坡型發育含螺云質砂礫巖-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照片

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

含螺云質砂礫巖-生屑云巖-半深湖泥巖沉積序列主要發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沖刷改造，與淺湖生屑顆粒混合沉積，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。縱向上，在湖盆水體擴張過程中，發育含螺云質砂礫巖-生屑云巖-半深湖泥巖巖相組合，如A9，A1 井區。

3 成因分析與發育模式

3.1 湖相碳酸鹽巖淺灘退積-超覆沉積過程證據

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，其證據主要有以下幾個方面：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、水動力由強變弱的沉積過程，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生產動態資料顯示，A2S 與A9 井的古地貌高程相差60.00 m，A2S 井在關井時監測地層壓力仍持續下降，且與A9 井壓力下降趨勢一致（圖3），顯示沙一段底部淺灘儲層具有連通性。

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

圖3 A2S 和A9 井歷年地層靜壓變化監測曲線

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 油田構造處于湖盆凹中低隆起區域，不受區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，沙一段底部發育的混積巖以含螺屑的灰色云質砂礫巖為主，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 油田構造區古隆起形成之后，經歷了長時間的暴露，位置相對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，受波浪的持續淘洗改造，淺湖區螺碎屑與濱岸帶原地風化的陸源碎屑顆粒易發生混合沉積。陸屑顆粒邊緣普遍見泥-粉晶白云石，呈櫛殼狀膠結，反映成巖早期處于高能水體環境；同時，陰極發光顯示，陸屑顆粒邊緣粉晶白云石膠結物發橘紅色光，表明其形成于準同生-同生期成巖環境。混積灘明顯具有淺灘沉積的性質。

3.3 湖相碳酸鹽巖發育過程及模式

綜合沙一段底部湖相淺灘巖相類型、沉積特征及成因分析，并結合區域地質背景，認為研究區沙一段底部淺灘沉積經歷了高地周緣風化-剝蝕物形成、湖侵早期內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退積超覆的3 個發育階段，沉積體系的時空演化和分布特征受控于古構造背景和湖平面變化。

始新世期的華北運動，造成BZ13 油田區域隆升，至沙一段沉積期，古地貌相對較高部位的基巖經歷了長時間的風化-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擴張，淺湖生屑灘沿古隆起緩坡帶呈退積-超覆沉積，該時期在遠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（圖4b）。由于氣候濕熱，蒸發作用強烈，湖盆水體鹽度升高，在成巖早期易發生準同生白云石化。在湖盆水體進一步擴張背景下，當生屑灘超覆沉積至鄰近高地周緣時，受波浪回流或沿岸流的持續篩選改造，易造成粗粒陸屑顆粒與淺湖螺碎屑在濱岸帶發生混合沉積；隨著湖侵的進一步發生，淺湖生屑灘退積超覆于混積灘之上，從而形成如BZ13-2 井區的巖相組合（圖4c）。根據混積巖中白云石碳氧同位素測定，δ18O‰PDB值為-12.3‰～-6.2‰，δ13C‰PDB值為2.2‰～8.7‰，利用基恩-韋伯公式計算，研究區99%的樣品鹽度指數都大于120，說明白云石化形成于高鹽度的咸水環境；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，進一步證實白云石化大多是在準同生蒸發環境下進行的。