刘文超, 张国坤, 杨宏飞, 柳佳期, 吕世聪. (2018)渤海莱州湾凹陷南部古近系混合沉积特征及发育模式* [J]. 古地理学报, 20(6): 1033-1042
Liu Wen-Chao, Zhang Guo-Kun, Yang Hong-Fei, Liu Jia-Qi, LüShi-Cong. (2018)Characteristics and development model of mixed deposits of the Paleogene in southern Laizhou Bay sag,Bohai Sea[J]. Journal Of Palaeogeography, 20(6): 1033-1042.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2018.06.076
Permissions
Copyright©2018, 《古地理学报》编辑部
版权所有.《古地理学报》编辑部
渤海莱州湾凹陷南部古近系混合沉积特征及发育模式*
刘文超, 张国坤, 杨宏飞, 柳佳期, 吕世聪
中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津 300459

第一作者简介 刘文超,男,1987年生,硕士,中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院开发地质工程师,主要从事石油地质研究。E-mail: liuwch8@cnooc.com.cn。

收稿日期:2018-04-27
基金资助:*国家科技重大专项[编号: 2011ZX05023-006-002]资助
摘要

渤海莱州湾凹陷南部古近系沙三下亚段广泛发育陆源碎屑与碳酸盐混合沉积。通过对井壁取心、测井及综合化验资料的分析,对研究区混合沉积特征、发育模式及控制因素进行分析。结果表明: 研究区既发育同一岩层内的混合沉积,又发育碳酸盐岩与陆源碎屑的互层混合沉积。混合沉积形成于两大物源注入背景下的湖泊滨岸环境,可进一步分为泥坪、砂质滩坝、浅滩和半深湖等混合沉积亚相,主要体现为波浪和湖流作用的双重影响。沙三下亚段整体呈现出水退式发育的特点,主要发育湖侵域和高位域,湖侵域主要发育半深湖混合沉积和浅滩混合沉积,高位域主要发育砂质滩坝混合沉积。混合沉积物受古地貌、古气候、古物源和湖平面变化的控制,优势储集亚相为砂质滩坝混合沉积亚相和浅滩混合沉积亚相。该研究成果不仅为莱州湾凹陷南部古近系优质动用储量研究提供了指导,而且为下一步勘探指明了方向。

关键词: 莱州湾凹陷; 沙河街组; 混合沉积; 发育模式
中图分类号:P512.2 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2018)06-1033-10
Characteristics and development model of mixed deposits of the Paleogene in southern Laizhou Bay sag,Bohai Sea
Liu Wen-Chao, Zhang Guo-Kun, Yang Hong-Fei, Liu Jia-Qi, Lü Shi-Cong
Bohai Oilfield Research Institute,Tianjin Branch of CNOOC Co., Ltd.,Tianjin 300459

About the first author Liu Wen-Chao,born in 1987,is a geological engineer in Bohai Oilfield Research Institute,Tianjin Branch of CNOOC Ltd. He is mainly engaged in research of petroleum geology. E-mail: liuwch8@cnooc.com.cn.

Fund:[Financially supported by the National Science and Technology Major Project(No.2011ZX05023-006-002)]
Abstract

Mixed clastic-carbonate deposits were widely distributed in the Lower part of Paleogene E2s3 Formation,Laizhou Bay sag,Bohai Sea. This paper studied the characteristics,facies and development model of the mixed deposits in this area based on sidewall coring,well logging data and laboratory sample analysis.Results show that the characteristics of deposits were mixing deposited between terrigenous fragments and carbonate constituent in one layer, and interbedded strata between terrigenous fragment and carbonate in the study area. Mixed rocks developed in lacustrine shore zone with input from two large provenances,and can be further classified into the following types: Mud flat subfacies of mixed deposits,sandy beach-bar subfacies of mixed deposits,shoal subfacies of mixed deposits, and semi-deep lake subfacies of mixed deposits. The mixed deposits were both controlled by wave actions and lake currents. According to the seismic,drilling,logging and paleontology data,it showed a regressive sequence feature for the lower part of the E2 s3 Formation which contains lacustrine transgressive system tract(mainly includes mud flat subfacies of mixed deposits and sandstone bank subfacies of mixed deposits)and high-stand system tract(mainly includes bar subfacies of mixed deposits). The mixed deposits were controlled by palaeogeomorphology,palaeoclimate,palaeosource and lake level changes. The study showed that sandy beach-bar subfacies of mixed deposits and shoal subfacies of mixed deposits are dominant facies belts providing implications for researches on high-quality development reserves and direction of further exploration.

Key words: Laizhou Bay sag; Shahejie Formation; mixed deposits; development model

国外学者在20世纪80年代就提出了混合沉积物的概念, 其将混合沉积定义为硅质碎屑与碳酸盐岩在结构上的相互掺杂或旋回性互层, 并研究和讨论了混积岩的分类、成因(Mount, 1984; Roberts, 1987; Dolyle and Roberts, 1988; Sarg, 1988)。随后, 这一概念得到地学界公认, 被多数学者沿用或扩展(Aqrawi, 1996; 沙庆安等, 2001; Halfar et al., 2004; Parcell and Williams, 2004)。20世纪90年代之后, 混合沉积机制的研究成为主要趋势, 多认为混合沉积的规模和类型受构造、气候、物源、海平面变化等因素的控制(江茂生和沙庆安, 1995; 郭福生等, 2003; 董桂玉等, 2007)。近年来, 国内关于混合沉积微相类型及发育模式方面的研究进展较大(张金亮和司学强, 2007; 董艳蕾等, 2011; 谭梦琪等, 2012; 王金友等, 2013), 但由于其本身的复杂性, 导致混合沉积的成因、机理、发育模式及主控因素等仍需进一步总结和研究。

渤海海域古近系在沙一、二段中常见陆源碎屑与碳酸盐岩混合沉积(倪军娥等, 2013; 宋章强等, 2013; 王启明等, 2015), 但沙三段尚未见该方面的报道。前期勘探已证实, 莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段广泛发育陆源碎屑与碳酸盐岩混合沉积并获得了油气, 但整体上对该套混积沉积认识程度较低, 发育模式亦不清楚, 因而有必要对该地区的混积沉积进行深入研究。以研究区沙三下亚段已钻4口井的井壁取心、测井及综合化验资料(薄片、粒度、古生物等资料)为基础, 通过对混合沉积特征、发育模式及主控因素的研究, 可为下一步勘探和合理开发方案的制定提供理论依据, 同时对莱州湾凹陷后备储量的提升具有重要的指导意义。

1 区域地质背景

莱州湾凹陷为渤海海域受郯庐断裂带控制形成的箕状凹陷, 总体上具有北断南超的构造格局, 北部的构造活动强于南部。凹陷南部缓坡带为一长期继承性发育的构造单元, 受基底斜坡岩层的控制, 向南超覆过渡为维北凸起, 向北与中央构造带相接, 东西分别为南次洼和垦东凸起(杨波等, 2016)(图 1)。

图 1 渤海莱州湾凹陷南部缓坡带构造位置(据杨波等, 2016; 有修改)Fig.1 Tectonic location of southern slope belt in Laizhou Bay sag, Bohai Sea(modified from Yang et al., 2016)

目的层位于沙河街组三段下亚段(E2 s3l), 研究区有1、2、8、9井4口井钻遇, 地层厚度120~145im。受郯庐断裂活动的控制, 莱州湾凹陷在沙河街组三段沉积期为裂陷演化期, 构造活动较为剧烈, 但南部缓坡带基底沉降速度较慢, 构造活动相对缓和, 沉积作用缓慢补偿(杨波等, 2016)。根据古生物和黏土矿物资料, 沙三下亚段栎粉属、渤海藻类、粒网球藻属、华北介属均较为常见, 高岭石含量相对较高, 总体为温暖湿润的气候条件, 湖水呈微咸— 半咸(宋章强等, 2013), 有利于碳酸盐岩的形成; 其与陆源碎屑岩互为消长, 形成混合沉积(图 2)。根据钻井、测井资料的综合研究, 沙三下亚段纵向上划分了Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 共3个油组, 整体形成于湖盆相对萎缩期, 早期(Ⅱ 、Ⅲ 油组沉积时期)湖平面有所扩大, 水体较深, 主要发育湖侵体系域(TST), 晚期(Ⅰ 油组沉积时期)陆源碎屑供应能力增强, 可容空间变小, 主要发育高位体系域(HST)(牛成民, 2012)(图 2)。

图 2 渤海莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段层序地层格架Fig.2 Sequence stratigraphic framework of mixed deposits of the lower part of E2s3 Formation in southern slope belt,
Laizhou Bay sag, Bohai Sea

2 混合沉积特征

莱州湾凹陷混合沉积表现为2种类型: (1)同一岩层内的混合沉积(狭义的混合沉积)(沙庆安, 2001), 指碳酸盐岩中含10%~50%的陆源碎屑(或碎屑岩中含10%~50%的碳酸盐); (2)碳酸盐岩与陆源碎屑的互层混合(广义的混合沉积)(郭福生等, 2003)。

2.1 同一岩层内的混合沉积

2.1.1 灰质砂岩— 砂质灰岩

由石英、长石、碳酸盐岩岩屑等构成, 颜色一般为灰色, 碎屑颗粒分选较好, 次棱— 次圆状, 砂岩粒度一般较小, 为粉砂级, 部分含泥质较重(图 3-a)。灰质砂岩中陆源碎屑含量50%~90%, 方解石含量20%~35%(图 3-d), 一般指示滨浅湖环境, 波浪扰动作用较强。砂质灰岩中陆源碎屑含量10%~40%, 方解石含量高达50%~70%(图 3-f), 一般形成于浅湖环境, 受到波浪和湖流作用的双重改造, 但作用微弱, 碳酸盐岩易于形成(张金亮和司学强, 2007)。镜下显示, 两类岩石均含有内碎屑、生物碎屑、鲕粒等, 其中鲕粒在灰质砂岩中更为常见, 核心常为石英和长石等陆源碎屑, 同心圆一般较薄(图 3-d)。

图 3 渤海莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段混合沉积特征
a— 灰质粉砂岩, 1井, 1141.0im, E2 s3l Ⅲ 油组, 井壁取心; b— 灰质泥岩, 1井, 1099.0im, E2 s3l Ⅱ 油组, 井壁取心; c— 泥质灰岩, 具水平层理, 9井, 1541.0im, E2 s3l Ⅲ 油组, 井壁取心; d— 含生物碎屑鲕粒细砂岩, 生物碎屑为介形虫和腹足类, 鲕粒为表鲕, 8井, 1182.7im, E2 s3l Ⅰ 油组, 单片光; e— 含生物碎屑细砂岩, 生物碎屑为螺和生物碎片, 2井, 1126.5im, E2 s3l Ⅱ 油组, 正交光; f— 粉砂灰质云岩, 陆源碎屑均匀散落于泥晶碳酸盐岩间, 1井, 1089.0im, E2 s3l Ⅱ 油组, 单偏光; g— 泥晶云岩, 泥晶方解石与泥质混杂分布, 8井, 1249.5im, E2 s3l Ⅱ 油组, 单偏光; h— 陆屑泥晶白云岩, 陆源碎屑与泥晶白云石相间分布, 9井, 1541.0im, E2 s3l Ⅲ 油组, 正交光; i— 纹层状泥灰岩, 泥晶方解石与泥质呈条带状分布, 8井, 1260.0im, E2 s3l Ⅲ 油组, 单片光Fig.3 Characteristics of mixed deposits of the lower part of E2s3 Formation in southern slope belt, Laizhou Bay sag, Bohai Sea

2.1.2 灰质泥岩— 泥质灰岩

灰质泥岩以富含有机质的泥岩为主, 泥质含量大于50%, 其次为陆源泥质碳酸盐岩碎屑, 含少量石英、长石等陆源碎屑, 偶见变质石英岩(图 3-b)。泥质灰岩则是以灰质为主, 灰质含量大于50%(图 3-c)。两类岩性颜色为灰色、褐灰色, 具水平层理, 一般形成于水动力条件较弱的静水地区, 指示湖相环境。

2.1.3 泥晶灰岩(云岩)

组分中含有少量石英、长石及黏土矿物等陆源碎屑, 以原地沉积的泥晶方解石为主(图 3-g)。此类岩石沉积时水体较深, 为半深湖环境, 水体安静, 陆源物质影响小, 有一定细粒陆源碎屑供应时则形成含粉砂质泥晶灰岩(云岩)。

2.2 碳酸盐岩与陆源碎屑的互层混合

2.2.1 砂质灰岩(灰质砂岩)与泥晶灰岩(云岩)的互层沉积

此类混合沉积在全区均有分布, 纵向上多出现在沙三下亚段的中部。砂质灰岩(灰质砂岩)层厚度2~4im, 泥晶灰岩(云岩)层厚度0.5~1.5im。发育平行层理和斜层理, 砂质灰岩(灰质砂岩)与泥晶灰岩(云岩)呈突变接触(图 3-h)。

2.2.2 泥质灰岩与泥晶灰岩(云岩)的互层沉积

此类混合沉积主要分布在2、8、9井沙三下亚段的下部, 为研究区重要的沉积类型。泥质灰岩与泥晶灰岩(云岩)相间分布, 形成条带状, 指示陆源物质少、以碳酸盐沉积为主, 形成于陆源间歇供给的半深湖环境(图 3-i)。

2.2.3 灰质砂岩与泥岩的互层沉积

此类混合沉积主要分布在2、8、9井沙三下亚段的上部。灰质砂岩层厚度1~4im不等, 最厚可达7im; 灰质泥岩层厚度0.5~3im。发育平行层理、斜层理, 灰质泥岩与灰质砂岩呈渐变接触。

3 混合沉积发育模式

混合沉积具有复杂的成因类型和发育模式。Mount(1984)和张雄华(2000)对混合沉积的成因进行了分类。李祥辉等(1997)将中国南方上扬子地区早中泥盆世的混合沉积分为混积滨岸相和混积陆棚相。董艳蕾等(2011)提出了黄骅凹陷层序格架控制之下的混合沉积成因模式。曹桐生(2011)总结出内蒙古阿尔山地区下寒武统苏中组混合沉积演化模式。谭梦琪等(2016)研究了回龙地区大安寨组的混合沉积模式。文中通过对井壁取心、测井、薄片、粒度等资料分析, 在混合沉积特征研究的基础上, 进一步对混积亚相、演化模式和控制因素进行探讨。

3.1 混合沉积亚相

区域沉积特征研究表明, 研究区周边存在两大物源体系, 主要物源为西部的垦东凸起, 次要物源为南部的维北凸起, 物源方向上均发育了三角洲沉积(杨波等, 2016), 至该区已经推进至三角洲远端的滨浅湖— 半深湖区, 因此该区混合沉积形成于湖泊滨岸环境。根据形成环境和组成特征, 可进一步识别出泥坪、砂质滩坝、浅滩和半深湖混合沉积亚相(图 4)。

图 4 渤海莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段混合沉积综合柱状图Fig.4 Comprehensive column of mixed deposits of the lower part of E2s3 Formation in southern slope belt, Laizhou Bay sag, Bohai Sea

3.1.1 泥坪混合沉积亚相

位于滨湖区, 水流不通畅, 波浪和湖流作用较弱。主要发育同层混合沉积, 岩性为泥质灰岩、灰质泥岩等, 局部含粉砂岩、灰质粉砂岩, 砂质成分含量小于20%。灰质粉砂岩单层厚0.4~0.8im, 平均0.6im。发育水平层理, 见植物碎片, 自然伽马曲线一般为指形。该亚相只在1井沙三下亚段Ⅰ 油组发育, 分布范围有限。

3.1.2 砂质滩坝混合沉积亚相

位于水体较浅、波浪作用较强的滨浅湖区, 沉积环境相对高能, 为该区的主要混合沉积类型之一和优势储集类型之一。混合沉积类型主要为同层混合沉积物, 岩性包括含泥粉(细)砂岩、含灰质(云质)粉(细)砂岩、含砾细砂岩等(图 3-a, 3-d), 砂质成分含量为60%~85%, 少见互层混合沉积物, 灰质砂岩层厚0.5~7.3im, 平均3.2im。相序一般为向上变粗的反韵律, 顶部含砾细砂岩、灰质细砂岩, 与灰质泥岩呈突变关系, 底部砂岩粒度逐渐变细, 与灰质泥岩呈渐变关系, 主要发育平行层理、低角度交错层理、浪成沙纹层理。自然伽马曲线一般为低幅齿化箱形和漏斗形, 纵向上测井曲线“ 刺刀状” (呈现为低伽马、高电阻、高密度和低声波时差的突变刺刀形状)频率小于10个/100im。 砂岩粒度概率曲线一般为“ 三段式” (图 5-a), 反映了陆源碎屑在滨浅湖区受到多组水流的改造。混合沉积物中含有较多的鲕粒、内碎屑和生物碎屑, 鲕粒核心常为石英和长石等陆源碎屑, 同心圆厚度一般较薄(图 3-d, 3-e)。该亚相以2、8井的Ⅰ 油组和9井的Ⅰ 、Ⅱ 油组为代表。灰质砂岩层的储集物性具有中— 高孔、中渗特征, 孔隙度13.8%~31.7%, 平均25.5%, 渗透率(10.0~248.8)× 10-3μ m2, 平均121.4× 10-3μ m2。

图 5 渤海莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段混合沉积砂岩粒度概率曲线
a— 砂质滩坝混合亚相, 2井, 1107.0im, E2 s3l Ⅰ 油组; b— 浅滩混合亚相, 1井, 1145.0im, E2 s3l Ⅲ 油组Fig.5 Sand granularity probability curves of mixed deposits of the lower part of E2s3 Formation in southern slope belt, Laizhou Bay sag, Bohai Sea

3.1.3 浅滩混合沉积亚相

位于浅湖区, 波浪作用中等— 弱, 为该区的主要混合沉积类型之一。混合沉积类型常见灰质(云质)粉砂岩、粉砂质灰岩(云岩)与泥晶灰岩(云岩)的互层(图 3-h), 以及灰质(云质)粉砂岩与泥质灰岩的互层。砂质成分含量30%~60%, 灰质(云质)粉砂岩或粉砂质灰岩(云岩)层厚度0.5~7.3im, 平均2.1im。相序以反韵律为主, 主要发育水平层理、沙纹层理, 自然伽马曲线为齿形和弱齿漏斗形, 纵向上测井曲线“ 刺刀状” 频率10~20个/100im。砂岩粒度概率曲线既有“ 两段式” (图 5-b), 又有“ 三段式” , 反映为湖流和波浪作用的双重改造。混合沉积物中鲕粒较少, 含有内碎屑和生物碎屑, 生物化石主要为腹足类, 次为介形类(图 3-e, 3-f)。该亚相以1井的Ⅱ 、Ⅲ 油组和2井的Ⅱ 油组为代表。灰质砂岩和砂质灰岩层的储集物性具有中孔、中渗特征, 孔隙度10.7%~33.1%, 平均23.9%, 渗透率(10.7~248.8)× 10-3μ m2, 平均101.8× 10-3μ m2。

3.1.4 半深湖混合沉积亚相

位于浪基面以下水体较深的部位, 沉积水体弱还原, 沉积物主要受湖流作用的影响, 为该区的主要混合沉积类型之一。混合沉积类型主要为粉砂质灰岩、泥质灰岩与泥晶灰岩(云岩)的互层(图 3-c, 3-g, 3-i), 偶见薄层粉砂岩, 砂质成分含量在30%以下, 泥晶灰岩(云岩)层厚0.4~2.7im, 平均1.1im。发育水平层理, 见微量介形类碎片。自然伽马曲线一般为齿形, 纵向上测井曲线“ 刺刀状” 频率大于20个/100im。该亚相以2、9井的Ⅲ 油组和8井的Ⅱ 、Ⅲ 油组为代表。泥晶灰岩(云岩)层的储集物性具有中— 低孔、中— 低渗特征, 孔隙度8.0%~29.7%, 平均20.2%, 渗透率(1.3~189.7)× 10-3μ m2, 平均61.4× 10-3μ m2。

3.2 层序格架下的混合沉积演化模式

根据钻井、测井资料的综合分析, 研究区沙三下亚段并非一套完整的三级层序, 而是整体呈现出水退式发育的特点, 湖盆逐渐萎缩, 主要发育了湖侵域和高位域, 每个时期混合沉积平面分布各有特点(图 6, 图7)。

图 6 渤海莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段混合沉积演化模式图(剖面方向见图 7)
a— 高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期); b— 湖侵域的晚期(Ⅱ 油组沉积时期); c— 湖侵域的早期(Ⅲ 油组沉积时期)Fig.6 Sedimentary model of mixed deposits of the lower part of E2s3 Formation in southern slope belt, Laizhou Bay sag, Bohai Sea(the section direction seen in Fig.7)

图 7 Bohai莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段混合沉积相平面图
a— 高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期); b— 湖侵域的晚期(Ⅱ 油组沉积时期); c— 湖侵域的早期(Ⅲ 油组沉积时期)Fig.7 Sedimentary facies of mixed deposits of the lower part of E2s3 Formation in southern slope belt, Laizhou Bay sag, Bohai Sea

湖侵域的早期(Ⅲ 油组沉积时期), 湖平面快速上升, 可容空间迅速增加, 周边陆源碎屑供给少, 研究区大部分处于浪基面以下, 以2、8、9井为代表, 主要表现为半深湖相混合沉积。西部斜坡部位的1井仍处于浪基面以上的浅湖区, 受波浪和湖流双重作用的影响, 主要表现为浅滩混合沉积。东部9井处于孤立的水下隆起, 顶部只有小部分受到波浪作用的影响, 混合沉积物主要表现为粉砂质灰岩和灰质粉砂岩(图6-c; 图7-c)。

湖侵域的晚期(Ⅱ 油组沉积时期), 湖平面频繁升降, 可容空间缓慢增加, 周边陆源碎屑供给也在增加, 研究区除8井仍处于水体较深的半深湖区以外, 其余井均处于浪基面以上的浅湖地带。其中, 西部斜坡高部位的1井位于最低湖平面附近的滨浅湖区, 受波浪和湖流作用的双重改造, 主要形成砂质混积滩; 斜坡低部位的2井则位于浪基面附近的浅湖区, 波浪和湖流作用均较弱, 腹足类生物大量繁殖, 主要形成浅滩混合沉积(图6-b; 图7-b)。

高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期), 湖平面下降, 湖水变浅, 可容空间变小, 周边陆源碎屑供给持续增加。研究区整体受波浪作用改造强烈, 不仅砂质成分含量增加, 而且鲕粒和生物碎屑含量也在增加, 大部分表现为砂质滩坝混合沉积, 只有1井处于平均湖平面与最高湖平面之间的滨湖地带, 水流不够通畅, 主要表现为泥坪混合沉积。东部处于孤立水下隆起的9井位于浪基面以上, 主要受波浪作用的影响, 形成砂质滩坝混合沉积, 砂质坝为砂质滩的主体, 砂质成分含量更高, 粒度更粗(图6-a; 图7-a)。

研究区混合沉积有其特殊性, 表现在3个方面: (1)混合沉积形成于湖泊滨岸环境, 而这只是多种沉积环境(王国忠, 2001; Coffey and Read, 2004; 李祥辉, 2008)中的一种; (2)从物源影响来看, 周边存在两大物源体系(杨波等, 2016), 但至该区已经推进至三角洲远端, 物源影响相对较小, 与多数湖泊滨岸环境的混合沉积相似(张金亮和司学强, 2007; 董艳蕾等, 2011; 王金友等, 2013); (3)混合沉积因未到达滨岸边缘位置, 低位域(LST)不发育, 以湖侵域(TST)晚期和高位域(HST)为主, 主要表现为砂质滩坝混合沉积亚相和浅滩混合沉积亚相, 相序结构自下而上依次为粉砂质灰岩与灰质泥岩互层→ 灰质粉、细砂岩与灰质泥岩互层→ 含泥灰质鲕粒粉、细砂岩夹薄层泥岩→ 含灰质细砂岩, 且混合沉积作用类型以相混合为主, 少见源区混合、原地混合和间断混合, 与多数文献提及有所不同(李祥辉, 2008; 董艳蕾等, 2011; 王金友等, 2013)。

3.3 混合沉积控制因素

陆源碎屑与碳酸盐岩的混合沉积类型复杂, 沉积类型多样, 影响混合沉积的因素多而复杂(Roberts, 1987; 张锦泉和叶红专, 1989)。前人对混合沉积的控制因素进行了系统总结, 认为无论是湖泊滨岸环境还是陆棚浅海环境, 混合沉积的控制因素均表现在构造作用、气候条件、湖(海)平面变化、物源条件、水动力条件等方面(张金亮和司学强, 2007; 李祥辉, 2008; 王金友等, 2013; 赵灿等, 2013)。笔者根据研究区的混合沉积特征、发育模式, 结合沉积背景, 从古地貌、古气候、古物源和湖平面变化4个方面对研究区湖泊滨岸环境混合沉积的控制因素进行了讨论。

3.3.1 古地貌

古地貌条件在混合沉积的形成过程中起主导作用(张雄华, 2000)。受基底平缓单斜岩层的控制, 研究区沙三下亚段构造沉降速率较小, 构造活动较为缓和, 整体处于强烈断陷期的缓坡带(牛成民等, 2012; 杨波等, 2016), 水体清浅, 为滨浅湖— 半深湖的沉积背景, 有利于碳酸盐岩的形成, 因此莱州湾凹陷南部缓坡带的混合沉积较构造沉降速率较大的北部陡坡带发育。具体来说, 1、2、8井为平缓单斜的古地貌背景, 水体深度的变化控制着沉积相带的变化, 尤其在湖侵域时期(Ⅱ 、Ⅲ 油组沉积时期), 从1井至8井发育了一套浅滩— 半深湖的混合沉积; 9井则处于较为孤立的水下古隆起背景, 混合沉积物主要受波浪作用的影响, 在湖侵域的晚期(Ⅱ 油组沉积时期)和高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期)主要发育了一套砂质滩坝混合沉积(图 6, 图 7)。

3.3.2 古气候

湖泊对气候的变化尤为敏感(李玉成等, 1999), 降雨期和枯水期的交替变化直接影响到混合沉积物的类型(江茂生和沙庆安, 1995)。根据孢粉、藻类、古生物及黏土矿物分析资料, 研究区沙三下亚段虽整体处于温暖湿润的古气候条件, 但经历了由相对干旱到相对湿润的变化, 表现为自下而上反映北亚热带气候的栎粉属含量依次增加, 反映相对湿润气候的高岭石含量依次增加, 反映相对干旱气候的伊利石含量依次减少(图 2)。古气候的变化直接影响到水体盐度的变化, 沙三下亚段盐度自下而上依次降低, 但总体小于2%。因此, 湖侵域时期(Ⅱ 、Ⅲ 油组沉积时期), 气候相对干旱, 水体蒸发量较大, 加之水体较为封闭, 湖水盐度较高, 处于过饱和状态, 利于碳酸盐岩的形成, 而处于构造平缓部位的浅滩, 介形虫和腹足类等生物大量繁殖, 从而较多发育生物碳酸盐岩; 高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期), 气候相对湿润, 湖水盐度较低, 陆源碎屑注入量也变大, 与先期碳酸盐岩或经改造搬运之后的碳酸盐岩混合, 主要形成以砂岩为主的同层混合沉积物。

3.3.3 古物源

古物源是影响混合沉积的一个重要因素(蔡进功和李从先, 1994)。研究区周边存在两大物源体系(杨波等, 2016), 其一为来自西部垦东凸起的物源, 在古近系继承性地发育了一套辫状河三角洲, 其二为来自南部维北凸起的物源, 在物源方向上发育了一套扇三角洲, 但到该区已处于三角洲的远端, 混合沉积物受三角洲的影响不大, 主要受控于波浪作用的改造, 其中, 1、2、8井混合沉积物中的陆源碎屑主要来自西部垦东凸起物源, 9井混合沉积物中的陆源碎屑主要来自南部维北凸起物源。湖侵域时期(Ⅱ 、Ⅲ 油组沉积时期), 物源影响较小, 研究区主要发育以碳酸盐岩为主的混合沉积:浪基面以上砂质成分较高, 受波浪作用影响较大, 同时生物大量繁殖, 主要形成以浅滩生物碳酸盐岩为主的混合沉积; 浪基面以下, 受微弱湖流作用影响, 主要形成以泥岩或泥灰岩与碳酸盐岩互层的混合沉积。高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期), 物源影响较大, 经较强波浪作用的改造, 主要形成以砂质滩坝为主的混合沉积(图 6)。

3.3.4 湖平面变化

湖平面变化也是影响混合沉积的一个重要因素, 决定了混合沉积区带的迁移(Aqrawi, 1996; Dorsey and Kidwell, 1999; 张金亮和司学强, 2007)。一方面, 湖平面变化控制了可容纳空间的变化, 研究区纵向上呈现出水退式发育的特点, 自下而上水体深度变浅(图 2), 可容纳空间逐渐变小, 湖盆逐渐萎缩, 形成了一套半深湖混合— 浅滩混合— 砂质滩坝混合沉积序列; 另一方面, 湖平面变化控制不同的混合沉积类型, 其中湖侵域时期(Ⅱ 、Ⅲ 油组沉积时期), 湖平面变化频率较大, 主要形成互层混合沉积物, 高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期), 湖平面变化频率变小, 陆源碎屑供应量变大, 主要形成同层混合沉积物。此外, 短期内湖平面的频繁变化影响了水体古盐度, 使得古盐度曲线随湖平面变化而变化(图 2), 从而导致了同层混合沉积物中碳酸盐岩含量的变化。

综上, 通过对该区混合沉积特征、亚相、发育模式及主控因素的研究, 明确优势储集亚相为砂质滩坝混合沉积亚相和浅滩混合沉积亚相, 优势混合沉积岩石类型为灰质砂岩、鲕粒砂岩和砂质灰岩, 平面上优势储集相带分布于Ⅰ 油组的2、8、9井区, Ⅱ 油组的1、2、9井区, 以及Ⅲ 油组的1井区, 为优质动用储量研究提供了指导。同时, 因研究区的4口井均钻探于圈闭的相对高点, 且均钻遇连续含油层段, 因此优势储集相带的构造低部位具有较大的潜力, 这为下一步勘探指明了方向, 对后备储量的提升具有重要的指导意义。

4 结论

1)渤海莱州湾凹陷南部缓坡带沙三下亚段既有同层的混合沉积, 又有互层的混合沉积。同层混合沉积物主要包括灰质砂岩、砂质灰岩、灰质泥岩、泥质灰岩、泥晶灰岩(云岩); 互层混合沉积物主要包括砂质灰岩(灰质砂岩)与泥晶灰岩(云岩)的互层沉积、灰质泥岩与泥晶灰岩(云岩)的互层沉积以及灰质砂岩与灰质泥岩的互层沉积。

2)混合沉积形成于两大物源注入背景下的湖泊滨岸环境, 主要受波浪和湖流作用的双重影响。根据沉积环境、组成特征可进一步识别出泥坪混合沉积亚相、砂质滩坝混合沉积亚相、浅滩混合沉积亚相和半深湖混合沉积亚相。

3)沙三下亚段整体呈现出水退式发育的特点。湖侵域的早期(Ⅲ 油组沉积时期), 湖平面快速上升, 研究区大部分处于浪基面以下, 主要表现为半深湖相混合沉积; 湖侵域的晚期(Ⅱ 油组沉积时期), 湖平面频繁升降, 周边陆源碎屑供给也在增加, 研究区大部分均处于浪基面以上的浅湖地带; 高位域时期(Ⅰ 油组沉积时期), 湖平面下降, 周边陆源碎屑供给持续增加, 研究区整体受波浪作用改造强烈, 大部分表现为砂质滩坝混合沉积。混合沉积物受古地貌、古气候、古物源和湖平面变化的控制。

4)通过对该区混合沉积特征、亚相、发育模式及主控因素的研究, 明确优势储集亚相为砂质滩坝混合沉积亚相和浅滩混合沉积亚相。

致谢 感谢渤海石油研究院提供了丰富的资料, 感谢田晓平、孙风涛等老师在论文修改过程中提出的宝贵建议, 感谢多位审稿专家提出的建设性意见!

作者声明没有竞争性利益冲突.

参考文献
[1] 曹桐生, 田景春, 朱迎堂, 赵荣华, 解惠, 田江飞, 杨辰雨. 2011. 内蒙古阿尔山地区下寒武统苏中组混合沉积特征及形成环境研究. 沉积学报, 29(1): 55-63.
[Cao T S, Tian J C, Zhu Y T, Zhao R H, Xie H, Tian J F, Yang C Y. 2011. Depositional characteristics and environment of mixing sediments of Lower Cambrian Suzhong Formation in Aershan area, Inner Mongolia. Acta Sedimentologica Sinica, 29(1): 55-63] [文内引用:1]
[2] 蔡进功, 李从先. 1994. 内蒙古西南部石炭系碎屑岩—碳酸盐岩混合沉积特征. 石油与天然气地质, 15(1): 80-86.
[Cai J G, Li C X. 1994. Characteristics of canbonferous mixed siliciclastic and carbonate sediments in southwest Inner Mongolia. Oil & Gas Geology, 15(1): 80-86] [文内引用:1]
[3] 董桂玉, 陈洪德, 何幼斌, 秦志勇, 罗进雄, 辛长静. 2007. 陆源碎屑与碳酸盐混合沉积研究中的几点思考. 地球科学进展, 22(9): 931-939.
[Dong G Y, Chen H D, He Y B, Qing Z Y, Luo J X, Xin C J. 2007. Some problems on the study of the mixed siliciclastic carbonate sediments. Advances in Earth Science, 22(9): 931-939] [文内引用:1]
[4] 董艳蕾, 朱筱敏, 滑双君, 成克男, 于学敏, 李德江, 李桂芝. 2011. 黄骅坳陷沙河街组一段下亚段混合沉积成因类型及演化模式. 石油与天然气地质, 32(1): 98-107.
[Dong Y L, Zhu X M, Hua S J, Cheng K N, Yu X M, Li D J, Li G Z. 2011. Genetic types and evolutionary model of mixed clastic-carbonate deposits in the lower part of the Sha-1 Formation, the Huanghua Depression. Oil & Gas Geology, 32(1): 98-107] [文内引用:4]
[5] 郭福生, 严兆彬, 杜杨松. 2003. 混合沉积、混积岩和混积层系的讨论. 地学前缘, 10(3): 312-314.
[Guo F S, Yan Z B, Du Y S. 2003. Discussion on mixing deposit, Hunji rock and Hunji sequence. Earth Science Frontiers, 10(3): 312-314] [文内引用:2]
[6] 江茂生, 沙庆安. 1995. 碳酸盐与陆源碎屑混合沉积体系研究进展. 地球科学进展, 10(6): 551-554.
[Jiang M S, Sha Q A. 1995. Research advances in the mixed siliciclastic-carbonate sedimentary systems. Advances in Earth Science, 10(6): 551-554] [文内引用:2]
[7] 李祥辉, 刘文均, 郑荣才. 1997. 龙门山地区泥盆纪碳酸盐与硅质碎屑的混积相与混积机理. 岩相古地理, 17(3): 1-10.
[Li X H, Liu W J, Zheng R C. 1997. Hybrid facies and mechanism for the formation of the mixed Devonian carbonate siliciclastic sediments in the Longmen Mountain area, Sichuan. Sedimentary Facies and Palaeogeography, 17(3): 1-10] [文内引用:1]
[8] 李祥辉. 2008. 层序地层中的混合沉积作用及其控制因素. 高校地质学报, 14(3): 395-404.
[Li X H. 2008. Mixing of siliciclastic-carbonate sediments within systems tracts of depositional sequences and its controlling factors. Geological Journal of China Universities, 14(3): 395-404] [文内引用:3]
[9] 李玉成, 王苏民, 黄耀生. 1999. 气候环境变化的湖泊沉积学响应. 地球科学进展, 14(4): 412-416.
[Li Y C, Wang S M, Huang Y S. 1999. The lake sediments responses to environmental and climatic change. Advance in Earth Sciences, 14(4): 412-416] [文内引用:1]
[10] 倪军娥, 孙立春, 古莉, 何娟, 赵卫平, 刘新光, 郭丽娜, 吴梦阳. 2013. 渤海海域石臼坨凸起Q油田沙二段储集层沉积模式. 石油与天然气地质, 34(4): 491-498.
[Ni J E, Sun L C, Gu L, He J, Zhao W P, Liu X G, Guo L N, Wu M Y. 2013. Depositional patterns of the 2nd member of the Shahejie Formation in Q Oilfield of the Shijiutuo Uplift, Bohai Sea. Oil & Gas Geology, 34(4): 491-498] [文内引用:1]
[11] 牛成民. 2012. 渤海南部海域莱州湾凹陷构造演化与油气成藏. 石油与天然气地质, 33(3): 424-431.
[Niu C M. 2012. Tectonic evolution and hydrocarbon accumulation of Laizhouwan depression in southern Bohai Sea. Oil & Gas Geology, 33(3): 424-431] [文内引用:2]
[12] 沙庆安. 2001. 混合沉积和混积岩的讨论. 古地理学报, 3(3): 65-66.
[Sha Q A. 2001. Discussion on mixing deposit and Hun ji Rock. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 3(3): 65-66] [文内引用:2]
[13] 宋章强, 陈延芳, 刘志刚, 王雪莲. 2013. 渤海海域沙一、二时期碳酸盐岩沉积特征及主控因素分析. 沉积与特提斯地质, 33(1): 5-11.
[Song Z Q, Chen Y F, Liu Z G, Wang X L. 2013. Sedimentary characteristics and controls of the carbonate rocks during the deposition of the first and second members of the Shahejie Formation in the Bohai sea area. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 33(1): 5-11] [文内引用:2]
[14] 谭梦琪, 刘自亮, 沈芳, 谢润成, 刘成川, 邓昆, 徐浩. 2016. 四川盆地回龙地区下侏罗统自流井组大安寨段混积岩特征及模式. 沉积学报, 34(3): 571-581.
[Tan M Q, Liu Z L, Shen F, Xie R C, Liu C C, Deng K, Xu H. 2016. Features and model of mixed sediments of Da'Anzhai Member in Lower Jurassic Ziliujing Formation, Huilong area, Sichuan Basin. Acta Sedimentologica Sinica, 34(3): 571-581] [文内引用:2]
[15] 王国忠. 2001. 南海北部大陆架现代礁源碳酸盐与陆源碎屑的混合沉积作用. 古地理学报, 3(2): 47-54.
[Wang G Z. 2001. Mixed sedimentation of recent reefoid carbonates and terrigenous clastics in the north continental shelf of the South China sea. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 3(2): 47-54] [文内引用:1]
[16] 王金友, 张立强, 张世奇, 林会喜. 2013. 济阳坳陷沾化凹陷沙二段湖相混积岩沉积特征及成因分析: 以罗家—邵家地区为例. 地质论评, 59(6): 1085-1096.
[Wang J Y, Zhang L Q, Zhang S Q, Lin H X. 2013. Sedimentary characteristics and origin of lacustrine mixed rocks of the second member of the Eogene Shahejie Formation in Zhanhua sag, Jiyang Depression: Taking Luojia-Shaojia area for an example. Geological Review, 59(6): 1085-1096] [文内引用:4]
[17] 王启明, 杜晓峰, 加东辉, 宛良伟. 2015. 渤海海域428凸起地区沙一二段沉积体系及其主控因素. 沉积与特提斯地质, 35(4): 12-16.
[Wang Q M, Du X F, Jia D H, Wan L W. 2015. The 1st and 2nd members of the Shahejie Formation in No. 428 uplifted area, Bohai Sea: Sedimentary systems and their controlling factors. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 35(4): 12-16] [文内引用:1]
[18] 杨波, 胡志伟, 李果营, 杨海风. 2016. 渤海莱州湾凹陷南部斜坡带构造特征及油气成藏规律. 中国海上油气, 28(5): 22-29.
[Yang B, Hu Z W, Li G Y, Yang H F. 2016. Tectonic characteristics and hydrocarbon accumulation rules in south slope of Laizhouwan sag in Bohai sea. China Off Shore Oil and Gas, 28(5): 22-29] [文内引用:6]
[19] 张金亮, 司学强. 2007. 断陷湖盆碳酸盐与陆源碎屑混合沉积: 以东营凹陷金家地区古近系沙河街组第四段上亚段为例. 地质论评, 53(4): 448-453.
[Zhang J L, Si X Q. 2007. Mixed siliciclastic-carbonate sediment in rift lacustrine basin: A case on the upper part of the Fourth Member of the Eocene Shahejie Formation in Jinjia area, Dongying Depression. Geological Review, 53(4): 448-453] [文内引用:5]
[20] 张锦泉, 叶红专. 1989. 论碳酸盐与陆源碎屑的混合沉积. 成都地质学院学报, 16(2): 89-92.
[Zhang J Q, Ye H Z. 1989. A study on carbonate and silicilastic mixed sediments. Journal of Chengdu University of Technology, 16(2): 89-92] [文内引用:1]
[21] 张雄华. 2000. 混积岩的分类和成因. 地质科技情报, 19(4): 31-34.
[Zhang X H. 2000. Classification and origin of mix sediment. Geological Science and Technology Information, 19(4): 31-34] [文内引用:1]
[22] 赵灿, 李旭兵, 郇金来, 于玉帅. 2013. 碳酸盐与硅质碎屑的混合沉积机理和控制因素探讨. 地质论评, 59(4): 615-626.
[Zhao C, Li X B, Huan J L, Yu Y S. 2013. Mechanism of mixied siliciclastic-carbonate sediments and its controlling factors. Geological Review, 59(4): 615-626] [文内引用:1]
[23] Aqrawi A A M. 1996. Carbonate-siliciclastic sediments of the Upper Cretaceous(Khasib, Tanuma and sa'di Formations)of the Mesopotamian Basin. Marine and Petroleum Geology, 13(7): 781-790. [文内引用:2]
[24] Coffey B P, Read J F. 2004. Mixed carbonate-siliciclastic sequence stratigraphy of a Paleogene transition zone continental shelf, southeastern USA. Sedimentary Geology, 166: 21-57. [文内引用:1]
[25] Dolyle L J, Roberts H H. 1988. Carbonate-clastic transitions. Development in Sedimentology, 42: 304. [文内引用:1]
[26] Dorsey R J, Kidwell S M. 1999. Mixed carbonate-siliciclastic sedimentation on a tectonically active margin. The Journal of Geology, 34: 165-179. [文内引用:1]
[27] Halfar J, Ingle J C, Godinez-Orta L. 2004. Modern non-tropical mixed carbonate-siliciclastic sediments and environments of the southwestern Gulf of California, Mexico. Sedimentary Geology, 165: 93-115. [文内引用:1]
[28] Mount J F. 1984. Mixing of silicilastics and carbonate sediments in shallow shelf environments. Geology, 12(7): 432-435. [文内引用:2]
[29] Parcell W C, Williams M K. 2005. Mixed sediment deposition in a retro-arc foreland basin: Lower Ellis Group(M. Jurassic), Wyoming and Montana U. S. A. Sedimentary Geology, 177: 175-194. [文内引用:1]
[30] Roberts R H. 1987. Modern carbonate-siliciclastic transitions: Humid and arid tropical examples. Sedimentary Geology, 33: 78-91. [文内引用:2]
[31] Sarg J F. 1988. Carbonate sequence stratigraphy. In: Wilgus C K, Hastings B S, Kendall C G S T C, Posamenter H W, Ross C A, van Wagoner J C(eds). Sea-level Changes: An Integrated Approach. SEPM Special publication, 42: 155-181. [文内引用:1]