禚喜準 王 琪 張 瑞 李 娟

(1.遼寧工程技術(shù)大學地質(zhì)系 遼寧阜新 123000;2.中國科學院油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000)

在碳酸鹽巖和陸源碎屑巖兩大類沉積巖之外，還普遍存在著二者的過渡類型——混積巖。所謂混積巖，是指陸源碎屑與碳酸鹽顆粒及灰泥混生在一起的一類沉積巖［1］。張雄華根據(jù)黏土、陸源碎屑、碳酸鹽(顆?；蚧夷?三個端元除了將粘土大于50%的稱為粘土巖外，將碳酸鹽含量為5% ～95%，陸源碎屑含量為5%～95%的混合沉積巖定為混積巖，并將混積巖分為四類:含陸源碎屑—碳酸鹽混積巖(以碳酸鹽為主，陸源碎屑含量為5% ～25%)、陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽混積巖(以碳酸鹽為主，陸源碎屑含量為25%～50%)、含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖(以陸源碎屑為主，碳酸鹽顆?；蚧夷嗪繛?% ～25%)、碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖(以陸源碎屑為主，碳酸鹽顆?；蚧夷嗪繛?% ～25%)［2］。很多學者從海平面變化、構(gòu)造升降等角度對海相混積巖形成機制進行了深入探討［3，4］，關(guān)于內(nèi)陸湖盆混積巖成因機制，羅順社等認為湖相混合沉積主要受控于構(gòu)造作用、氣候條件、物源三個方面［5］。我國的柴達木盆地、江漢盆地以及渤海灣盆地等含油氣盆地的第三系地層中廣泛發(fā)育混合沉積［5～7］，但是湖相混積巖及其對儲集性能的影響研究較少［6］，研究該類沉積體系對恢復當時的古地理、古環(huán)境、古氣候進而指導我國內(nèi)陸湖盆的油氣勘探有重要意義。研究區(qū)位于柴達木盆地北緣的中部(圖1)，在上世紀80年代和90年代進行了多輪油氣勘探，由于儲層物性總體較差，主要在南八仙—馬北構(gòu)造發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，冷湖七號只有微弱的產(chǎn)能。本文主要從沉積環(huán)境以及孔喉動態(tài)演化的角度分析了南八仙和冷湖七號兩個地區(qū)儲層物性差異的原因，探討了咸水湖盆的有利儲集相帶，為進一步勘探提供理論指導。

1 地質(zhì)概況

柴達木盆地北緣(柴北緣)為一侏羅系含油氣系統(tǒng)的中新生代陸相沉積盆地，盆地的發(fā)育始于印支運動以后，大致經(jīng)過三個發(fā)育階段:早中侏羅世潮濕氣候下的淡水斷陷湖，形成了柴北緣的早侏羅世主力烴源巖;在晚侏羅世—早白堊世，華北地塊與西伯利亞地塊碰撞，致使柴北緣處于構(gòu)造擠壓環(huán)境，造成早侏羅世伸展構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn);經(jīng)歷了晚侏羅世—早白堊世地殼擠壓構(gòu)造作用后，柴達木盆地以及相鄰地塊和造山帶在隨后的晚白堊世—始新世階段又處于相對構(gòu)造平靜期，盆地發(fā)生整體沉降，相鄰造山帶被不斷剝蝕和夷平，自始新世開始，印度板塊開始與古亞洲大陸發(fā)生碰撞，但碰撞所產(chǎn)生的遠距離效應自漸新世晚期()才開始影響柴達木盆地和相鄰塔里木盆地，因此在第三紀古始新世(E1+2)—中新世(N1)形成了干燥氣候下的微咸水—咸水大型拗陷湖;第三紀上新世(N2)—第四紀(Q)的緩慢抬升到褶皺，最終形成第四紀干燥氣候下的鹽化拗陷湖。

柴北緣中部的儲層主要為第三系儲層［8］，伊北凹陷是該區(qū)主要的生烴凹陷，該凹陷周緣發(fā)育冷湖七號和南八仙等背斜構(gòu)造(圖1)。本次研究的主要目的層位為下干柴溝組下段()，該地層處于盆地穩(wěn)定沉降的拗陷期中晚期，湖盆的差異沉降作用變?nèi)?，湖盆地形比較平緩，在盆地邊緣逆沖斷層的作用下，湖盆逐步擴張，湖平面逐漸上升，沖積扇范圍不斷縮小，形成了沖積平原—濱淺湖與辮狀河三角洲—濱淺湖兩大沉積體系。由于氣候干旱，兩大沉積體系發(fā)育的巖石類型主要為棕紅色的鈣質(zhì)粉細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、膏質(zhì)泥巖以及膏質(zhì)粉砂巖;其中南八仙地區(qū)沉積物的硬石膏含量很少，巖性較粗，主要為含鈣粉細砂巖，而冷湖七號硬石膏含量較高，巖性較細，以棕紅色或紅褐色的膏質(zhì)泥巖、含膏泥質(zhì)粉砂巖為主。

2 混合沉積發(fā)育特征

柴北緣中部混合沉積分布廣泛，研究區(qū)的冷湖七號、南八仙等地區(qū)的沉積物中早期碳酸鹽含量一般在3～55%，按照張雄華提出的混合沉積物的成分結(jié)構(gòu)分類方案，含陸源碎屑大于5%的碳酸鹽巖(或含5%以上碳酸鹽的碎屑巖)都定為混合沉積物的范疇［2］，因此冷湖七號和南八仙沉積物屬于混積巖，其中冷湖七號主要為主要為碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖以及少量的陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽混積巖，南八仙主要為含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖以及少量的碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖。柴北緣中部地區(qū)混合形式主要有三種，即碳酸鹽作為砂巖的填隙物、陸源碎屑散布于碳酸鹽基質(zhì)中以及泥質(zhì)粉砂巖地層夾少量泥灰?guī)r［9］，按照Mount提出的混合作用分類屬于相緣混合型［1］，相緣混合型的混積巖成分和結(jié)構(gòu)主要受沉積環(huán)境的水動力條件以及水介質(zhì)條件的影響。根據(jù)巖性組合特征、測井資料以及砂地比等值線，依據(jù)水動力條件可以把柴北緣中部的混合沉積劃分為兩類(圖1):

(1)濱淺湖型(碳酸鹽—硬石膏基底式膠結(jié))

圖1 柴達木盆地北緣中部位置示意圖與下干柴溝組下段(E13)沉積相圖Fig.1 Sketch map of study area and the distribution of sedimentary facies map of the lower Xiaganchaigou Fm.in northern Qaidam Basin

圖2 柴達木盆地北緣下干柴溝組()典型成巖現(xiàn)象Fig.2 Typical diagenesis of Xiaganchaigou Fm.()，Qaidam Basin

冷湖七號下干柴溝組下段粒度總體較細，以粉砂質(zhì)泥—泥質(zhì)粉砂級為主，垂向上巖性以棕紅色的砂泥巖互層為主，不具二元結(jié)構(gòu)，砂巖的最大單層厚度4.5 m，砂巖平均單層厚度為1.7 m，砂地比(砂巖厚度與地層厚度之比)為19%，砂巖以灰泥質(zhì)粉砂巖為主，未見規(guī)模較大河流帶入的粗碎屑。冷湖七號構(gòu)造帶的沉積構(gòu)造主要為波狀層理，生物潛穴和生物擾動構(gòu)造也較為發(fā)育，有時見覓食遺跡等［9］，也反映當時構(gòu)造沉降比較平緩，水動力條件較弱。上述沉積現(xiàn)象說明，冷湖七號構(gòu)造帶主要為地形平緩的沖積平原—濱淺湖沉積體系，以濱淺湖環(huán)境為主(圖1)。

冷湖七號混積巖以碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖為主，碳酸鹽含量較高。薄片分析表明，早期碳酸鹽膠結(jié)物含量一般在15% ～55%之間，主要為泥晶方解石膠結(jié)物，少量白云石局部分布;此類巖石中含有一定數(shù)量的硬石膏，一般為2.3% ～15%，最高可達21%，硬石膏膠結(jié)物多呈斑塊狀分布，連晶狀膠結(jié)，分布不均勻。由于碳酸鹽以及硬石膏含量高，陸源碎屑顆粒散布在碳酸鹽中，呈現(xiàn)為基底式膠結(jié)(圖2-A、B、C)，為事件性洪水將陸源碎屑顆粒帶進濱湖碳酸鹽中形成;由于有時混雜作用較強，泥灰?guī)r以夾層的形式出現(xiàn)在粉砂巖或灰質(zhì)粉砂巖中，說明沉積物沿不同相邊界之間混合(圖3)。

圖3 冷湖七號地區(qū)混合沉積示意圖Fig.3 Schematic diagram showing the mixed deposits of the Lenghuqihao area

(2)辮狀河三角洲型(碳酸鹽孔隙式膠結(jié))

柴北緣中部的南八仙地區(qū)廣泛見有小型槽狀、板狀及波狀交錯層理等沉積構(gòu)造，并且該區(qū)下干柴溝組下段巖性主要為粉砂巖—細砂巖，偶夾薄層的粗砂巖和礫狀砂巖，顆粒磨圓為次棱角—次圓狀，砂巖單層厚度最大值為19 m，砂巖平均單層厚度為6 m，砂地比約50%，說明該區(qū)的水動力條件較強，為辮狀河三角洲前緣沉積(圖1)。

南八仙地區(qū)砂巖碎屑顆粒中石英含量一般為25% ～74%，平均46%;長石含量一般為27% ～38%，平均33%;巖屑含量一般為13% ～41%，平均21%。南八仙碎屑巖的碳酸鹽膠結(jié)物含量較少，碳酸鹽含量一般在3%～20%，主要為同沉積期形成的泥晶方解石，硬石膏含量很少，為含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖。由于該區(qū)碳酸鹽含量較少，混合形式主要是碳酸鹽作為砂巖的填隙物，膠結(jié)類型為基底式—孔隙式(圖2-D、E、F)。

3 冷湖七號與南八仙水動力和水介質(zhì)條件差異性

內(nèi)陸湖盆的混積巖實例主要形成于半咸水—咸水湖盆［5，6］，構(gòu)造升降運動控制著物源區(qū)和沉積區(qū)的分布和狀態(tài)，構(gòu)造作用也通過控制盆地類型和形態(tài)等來控制混合沉積［9］。盆地構(gòu)造下沉速率與沉積速率的配置也明顯地影響混合沉積，一般沉降幅度小，沉降速率較慢，有利于混積巖的形成。冷湖七號在下干柴溝組下段紅色泥巖與泥灰?guī)r的頻繁交替，說明盆地沉降幅度較小，地形平緩，湖盆寬淺，沉降速率比較平緩，因而混合沉積反復出現(xiàn)。水動力條件對懸浮物質(zhì)的分異、溶解物質(zhì)的分布有明顯的控制作用［11］。由于河流入湖沖淡表層湖水，湖緣的礦化度一般低于湖心，河口區(qū)礦化度最低，而在缺乏河水補給的濱湖附近礦化度也較高［11］。在干旱氣候條件下，當湖水蒸發(fā)量大于湖區(qū)降雨量、四周地表徑流和地下水輸入量較小時，湖水逐漸濃縮，達到某種濃度時，碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物依次析出。因此缺乏河水注入的冷湖七號區(qū)，水體礦化度較高，碳酸鹽含量有較大，硬石膏也有少量析出;處于三角洲前緣的南八仙構(gòu)造，由于河水的大量注入引起礦化度較低，硬石膏不發(fā)育，碳酸鹽含量也變少，顆粒以孔隙式—基底式接觸為主。氣候通過降雨量影響物源的供給及湖盆水體咸度，最終影響著混合沉積的發(fā)育［10］。假如降雨量少，帶進湖的陸源碎屑就少，湖盆水體含鹽度高，有利于碳酸鹽的生成。柴達木盆地在下干柴溝組下段處于拗陷期的晚期，湖盆面積逐漸擴大，沉積物以紅褐色為主，說明氣候干旱，降水量少。在干旱的氣候條件下，短暫的洪水攜帶大量陸源碎屑沉積物進入碳酸鹽沉積區(qū)，洪水過后，因降雨量少，陸源碎屑物質(zhì)入湖量少，又有利于碳酸鹽沉積，如此循環(huán)紅色砂泥巖與泥灰?guī)r的頻繁交替，混合沉積大量發(fā)育(圖3)。

4 不同類型湖相混合沉積對儲層物性的影響

混積巖的膠結(jié)物主要形成于同沉積期，此類早期膠結(jié)物參與了孔隙演化的整個過程。但由于不同類型混積巖的膠結(jié)方式以及膠結(jié)物化學成分的不同，其初始孔隙度和孔喉演化方式將有很大差異。

4.1 碳酸鹽—硬石膏基底式膠結(jié)對儲層的影響

冷湖七號附近的大部分混積巖顯示為硬石膏的基底式膠結(jié)，顆?！皯腋　睜?圖2-A，B，C)，硬石膏膠結(jié)物的大量存在反映了該區(qū)湖水鹽度較高。南八仙構(gòu)造帶也有部分混積巖出現(xiàn)碳酸鹽的基底式膠結(jié)(圖2-E)。由于碎屑顆粒之間的空隙被硬石膏或方解石充填，基底式膠結(jié)的混積巖原生孔隙都不發(fā)育(圖4-A，B)，說明早期膠結(jié)物的含量對初始孔隙度有明顯的控制作用。冷湖七號20多塊巖心樣品的實測孔滲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明，該區(qū)下干柴溝組下段孔隙度一般小于5%，滲透率低于1×10-3μm2，為特低孔特低滲儲層。從理論上講，初始孔隙度低將導致后期的酸性流體和烴類難以注入(圖4-A1)，尤其是硬石膏膠結(jié)的混積巖，由于有機酸性流體不能溶蝕硬石膏，因此冷湖七號物性很差且難以改造。

4.2 碳酸鹽孔隙式膠結(jié)對儲層的影響

南八仙構(gòu)造帶的混積巖主要為孔隙式膠結(jié)(圖2-D、F)，碳酸鹽含量較少，硬石膏膠結(jié)物很少出現(xiàn)，粒間仍有大量空隙 (圖2-D)，原生孔隙比較發(fā)育。仙6井下干柴溝組下段經(jīng)受了深埋藏壓實作用，現(xiàn)今埋深3 000 m，碎屑顆粒仍主要為點接觸，原生孔隙保存的較好(圖2-D);說明混積巖中少量的早期碳酸鹽膠結(jié)物，可以固結(jié)碎屑顆粒，防止顆粒的滑動與重新排列，有利于減緩壓實。南八仙構(gòu)造40多塊巖心樣品的孔滲數(shù)據(jù)表明，該區(qū)下干柴溝組下段孔隙度一般10% ～15%，滲透率在10～100×10-3μm2，為低孔低滲儲層，物性明顯高于冷湖七號地區(qū)。

圖4 膠結(jié)方式與孔隙發(fā)育模式示意圖Fig.4 Schematic diagram showing porosity evolution model of different cementation type during compaction and acid dissolution

早期碳酸鹽膠結(jié)的混積巖，石英顆粒被碳酸鹽交代的現(xiàn)象普遍存在，被交代的石英顆粒邊緣常呈“犬嚙狀”(圖2-F和圖4-D)。碳酸鹽膠結(jié)物通常比石英和長石等碎屑顆粒化學活動性強，因此烴源巖成熟過程中產(chǎn)生的大量有機酸性流體，沿著原生孔隙運移，更容易溶蝕碳酸鹽膠結(jié)物，形成次生孔隙。南八仙地區(qū)很多孔隙呈現(xiàn)長條形，孔隙邊緣的碳酸鹽被不規(guī)則溶蝕，形成大量的次生孔隙，石英顆粒的交代部位為“凹槽狀”(圖2-F和圖4-D1)，且溶蝕后不產(chǎn)生殘骸(圖2-D、圖2-F和圖4-D1)。

4.3 膠結(jié)非均質(zhì)性與儲層孔隙演化

基底式膠結(jié)的混積巖，顆粒之間為碳酸鹽或硬石膏膠結(jié)物充填，粒間孔隙不發(fā)育，因此儲層物性很差。混積巖中的膠結(jié)物主要形成于孔隙度驟降段之前，顆粒和膠結(jié)物共同起到承壓作用［12］，所以基底式膠結(jié)混積巖的顆粒接觸方式隨壓力增大幾乎不變(圖4-B和圖4-B1)。由于鈣質(zhì)膠結(jié)作用非均質(zhì)性很強，同一環(huán)境中“基底式膠結(jié)”和“孔隙式膠結(jié)”的混積巖大量共存。“基底式膠結(jié)”的鈣質(zhì)砂巖雖然自身滲透能力很差，但一般堅硬致密，可以遮擋支撐其下面的“孔隙式膠結(jié)”混積巖，有利于延緩周圍儲層的壓實，保護原生孔隙(圖4-C和圖4-C1)。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)巖性組合特征可以把柴北緣中部的混合沉積劃分為兩類:一種是碳酸鹽—硬石膏基底式膠結(jié)混積巖，為缺乏河流注入的濱淺湖沉積;另外一種是碳酸鹽孔隙式膠結(jié)混積巖，發(fā)育于水體鹽度較小的辮狀河三角洲前緣沉積區(qū)。

(2)冷湖七號處于濱淺湖地區(qū)，儲層主要為硬石膏—碳酸鹽基底式膠結(jié)，該類混積巖儲層的初始孔隙度很小，且難以溶蝕改造，物性很差;南八仙構(gòu)造帶處于辮狀河三角洲前緣，混積巖主要為碳酸鹽孔隙式膠結(jié)，初始孔隙度較高，抗壓實能力較強，且有利于后期酸性流體的溶蝕改造，儲層物性較好，是柴北緣中部有利的勘探相帶。

References)

1 Mount J.F.Mixed siliciclastic and carbonate sediments:a proposed first order textural and compositional classification［J］.Sedimentology，1985，32:435-442

2 張雄華.雪峰古陸邊緣上石炭統(tǒng)陸源碎屑和碳酸鹽混合沉積［J］.地層學雜志，2003，27(1):54-58［Zhang Xionghua.The Upper Carboniferous mixed siliciclastic and carbonate sediments on the margin of the Xuefeng Ancient Land［J］.Journal of Stratigraphy，2003，27(1):54-58］

3 Damien Carcel，Claude Colombié，F(xiàn)abienne Giraud，et al.Tectonic and eustatic control on a mixed siliciclastic-carbonate platform during the Late Oxfordian-Kimmeridgian(La Rochelle platform，western France)［J］.Sedimentary Geology，2010，223(3-4):334-359

4 楊永劍，劉家鐸，田景春，等.塔里木盆地上奧陶統(tǒng)桑塔木組混合沉積特征及控制因素［J］.地質(zhì)論評，2011，57(2):185-192［Yang Yongjian，Liu Jiazuo，Tian Jingchun，et al.Mixed sedimentary characteristics and controlling factors of Upper Ordovician Sangtamu Formation in Tarim Basin［J］.Geological Review，2011，57(2):185-192］

5 羅順社，劉魁元，何幼斌，等.渤南洼陷沙四段陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積特征與模式［J］.石油天然氣學報，2004，26(4):19-21［Luo Shunshe，Liu Kuiyuan，He Youbin，et al.Mixed sedimentary characteristics and mode of terrigenous clastics and carbonate in Es4 of Bonan Depression［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2004，26(4):19-21］

6 馮進來，胡凱，曹劍，等.陸源碎屑巖與碳酸鹽混積巖及其油氣地質(zhì)意義［J］.高校地質(zhì)學報，2011，17(2):297-307.［Feng Jinlai，Hu Kai，Cao Jian，et al.A review on mixed rocks of terrigenous clastics and carbonates and their petroleum-gas geological significance［J］.Geological Journal of China Universities，2011，17(2):297-307］

7 馬艷萍，劉立.大港灘海區(qū)第三系湖相混積巖的成因與成巖作用特征［J］.沉積學報，2003，21(4):607-613［Ma Yanping，Liu Li.Sedimentary and diagenetic characteristics of Paleogene lacustrine"HunJi"rock in Beach District，Dagang［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2003，21(4):607-613］

8 高先志，陳發(fā)景，馬達德，等.南八仙構(gòu)造油氣成藏模式及其對柴北緣勘探的啟示［J］.石油實驗地質(zhì)，2001，23(2):154-159.［Gao Xianzhi，Chen Fajing，Ma Dade，et al.Pool-forming model of hydrocarbon in Nanbaxian Structure and its implication to the exploration of the northern margin of the Qaidam Basin［J］.Petroleum Geology ＆ Experiment，2001，23(2):154-159］

9 王鵬，趙澄林.柴達木盆地北緣地區(qū)第三系碎屑巖儲層沉積相特征［J］.石油大學學報(自然科學版)，2001，25(1):12-15.［Wang Peng，Zhao Chenglin.Characteristics of Tertiary reservoir sedimentary facies in the north part of Qaidam Basin［J］.Journal of the University of Petroleum，China，2001，25(1):12-15］

10 張錦泉，葉紅專.論碳酸鹽與陸源碎屑的混合沉積［J］.成都理工大學學報(自然科學版)，1989，16(2):87-92［Zhang Jinquan，Ye Hongzhuan.A study on carbonate and siliciclastic mixed sediments［J］.Journal of ChengDu University of Technology，1989，16(2):87-92］

11 中國科學院蘭州地質(zhì)所，青海湖綜合考察報告［M］.北京，科學出版社，1979，74-88.［Lanzhou Institute of Geology，Chinese Academy of Sciences.Report of comprehensive investigation on Qinghai Lake［M］.Science Press，Beijing，1979，74-88］

12 徐北煤，盧冰.硅質(zhì)碎屑巖中碳酸鹽膠結(jié)物及其對儲層的控制作用的研究［J］.沉積學報，1994，12(3):56-65［Xu Beimei，Lu Bing.The study of diagenetic carbonate in siliciclastic rock and its control on the reservoir［J］.Acta Sedimentologica Sinica，1994，12(3):56-65］