姜在興，孔祥鑫，楊葉芃，張建國，張?jiān)?，王力，袁曉?/p>

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083）

0 引言

頁巖油氣是重要的油氣接替資源，主要賦存在由粒徑小于62.5 μm 的顆粒組成的細(xì)粒沉積巖內(nèi)[1-2]。隨著國內(nèi)外海相頁巖氣商業(yè)化開發(fā)的成功，中國在2010年后逐步開展陸相頁巖油氣理論研究和探索性勘探工作，并在陸相頁巖系地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了豐富的油氣資源[3]。

相比于海相頁巖，陸相頁巖具有沉積環(huán)境不穩(wěn)定、物質(zhì)來源復(fù)雜和組成成分多樣的特點(diǎn)[4-5]。根據(jù)來源可以將細(xì)粒物質(zhì)分成陸源、內(nèi)源、火山源和深源等。陸源物質(zhì)包括源區(qū)物理風(fēng)化形成的石英、長石和黏土等[1]。內(nèi)源物質(zhì)是指盆內(nèi)水體中直接沉淀的自生礦物，其形成多與生物新陳代謝活動(dòng)有關(guān)[6]?；鹕皆次镔|(zhì)是指經(jīng)風(fēng)力搬運(yùn)至湖盆內(nèi)的火山灰顆粒。深源物質(zhì)是指沿?cái)鄬由嫌亢腿蹏娨缱⑷牒璧臒嵋毫黧w的結(jié)晶物質(zhì)。火山源和深源物質(zhì)常因火山噴發(fā)而共同出現(xiàn)在湖盆中而統(tǒng)稱為火山熱液物質(zhì)[7-8]。這些細(xì)粒物質(zhì)在沉積和沉積后階段經(jīng)歷了物理、化學(xué)和生物過程的相互作用[9]，導(dǎo)致顆粒結(jié)構(gòu)、堆積模式、與有機(jī)質(zhì)的共存關(guān)系和成巖演化途徑發(fā)生差異化，所形成的細(xì)粒沉積巖具有了迥異的物理屬性和烴類富集能力[1]。因此，細(xì)粒沉積巖的巖相類型研究是評(píng)價(jià)源儲(chǔ)一體式儲(chǔ)集層的基礎(chǔ)和核心[10-11]。根據(jù)細(xì)粒沉積巖的物質(zhì)組成類型，常見的細(xì)粒沉積巖包括碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖、粉砂質(zhì)細(xì)粒沉積巖、黏土質(zhì)細(xì)粒沉積巖和混合型細(xì)粒沉積巖[2]。

碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖廣泛分布在中國斷陷湖盆內(nèi)[4,8,12]，是賦存頁巖油氣的重要載體。然而，目前對(duì)陸相湖盆發(fā)育細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)的原因和碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的形成成因尚缺乏系統(tǒng)性研究，限制了對(duì)其巖相類型及特征的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，不利于開展針對(duì)碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的油氣富集機(jī)理研究。本文以團(tuán)隊(duì)以往研究中的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)論述陸相斷陷盆地發(fā)育細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)的多源成因機(jī)制，并對(duì)碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的油氣富集類型進(jìn)行總結(jié)，以期為在碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖富集地層中發(fā)現(xiàn)更多的油氣資源提供幫助。

1 碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖與陸相頁巖油氣

碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖是指以碳酸鹽礦物為主要組成物質(zhì)的細(xì)粒沉積巖[4]，廣泛分布在中國東部和西部陸相斷陷盆地內(nèi)（見圖1）。據(jù)筆者統(tǒng)計(jì)[13]，灰質(zhì)細(xì)粒沉積巖主要分布在渤海灣盆地始新統(tǒng)和南襄盆地漸新統(tǒng)湖相地層中；云質(zhì)細(xì)粒沉積巖主要分布在江漢盆地、渤海灣盆地滄東凹陷始新統(tǒng)以及西部地區(qū)準(zhǔn)噶爾盆地、三塘湖盆地中二疊統(tǒng)湖相地層中（見表1）。針對(duì)富含碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的頁巖地層的油氣勘探實(shí)踐最早在河南油田開展并揭示了良好的頁巖油氣勘探前景，如泌陽凹陷漸新統(tǒng)核桃園組三段的灰質(zhì)細(xì)粒沉積巖段在壓裂后獲得較高的產(chǎn)量[3]。隨后勝利油田在濟(jì)陽坳陷[11]、華北油田在束鹿凹陷[14]分別進(jìn)行了針對(duì)碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的頁巖油氣勘探研究。近年來，來自碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖內(nèi)的頁巖油氣突破陸續(xù)出現(xiàn)在新疆油田吉木薩爾凹陷[15]、大港油田滄東凹陷[16]和江漢油田潛江凹陷[12]，使得碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖成為中國東、西部主要陸相斷陷盆地頁巖油氣資源的提供者。

圖1 中國陸相盆地中含油氣細(xì)粒沉積巖的碳酸鹽含量特征[13]

2 碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖多源成因機(jī)制

2.1 細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)來源

陸相斷陷盆地易發(fā)育細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)與其存在多個(gè)可提供Ca2+、Mg2+和CO32-等物質(zhì)的來源途徑有關(guān)[7,17]。此次研究發(fā)現(xiàn)，物源區(qū)巖石組成、盆內(nèi)水體生物化學(xué)條件和沉積時(shí)期的火山熱液活動(dòng)是細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)大量發(fā)育在中國陸相斷陷盆地的主要因素。

2.1.1 陸地物源

湖泊中碳酸鹽物質(zhì)的聚集主要取決于暴露在地表或地下的碳酸鹽巖或富鈣巖石的數(shù)量[17]?；?guī)r、白云巖、大理巖、玄武巖和碳酸巖都可以經(jīng)風(fēng)化淋濾釋放鈣離子，為碳酸鹽礦物結(jié)晶提供物質(zhì)保障[18]。一般而言，物源區(qū)以碳酸鹽巖為主時(shí)，盆內(nèi)將主要充填富含碳酸鹽物質(zhì)的沉積物；當(dāng)源區(qū)既有碳酸鹽巖基巖也有硅質(zhì)碎屑基巖時(shí)，盆內(nèi)碳酸鹽沉積物的分布將會(huì)受物質(zhì)輸入的類型和位置等因素影響；而當(dāng)物源區(qū)含有較少碳酸鹽巖時(shí)，盆內(nèi)僅能形成少量含碳酸鹽成分的沉積物[17]。渤海灣盆地始新統(tǒng)湖相地層大多發(fā)育在寒武系—奧陶系海相碳酸鹽巖基底之上，暴露在地表的海相碳酸鹽巖可為陸相湖盆提供碳酸鹽質(zhì)碎屑及其溶解后的離子物質(zhì)。以束鹿凹陷為例，其是一個(gè)典型的受控于碳酸鹽巖物源的斷陷盆地，發(fā)育在其西側(cè)寧晉凸起和東側(cè)新河凸起的海相碳酸鹽巖地層是該盆地的主要物源區(qū)[19]。碎屑輸入是其盆內(nèi)碳酸鹽物質(zhì)堆積的重要來源，因而在沙三段下亞段發(fā)育有大量的碳酸鹽質(zhì)角礫巖和碳酸鹽質(zhì)細(xì)碎屑沉積巖[20]。由于碳酸鹽物質(zhì)易分解，大量的陸源碳酸鹽質(zhì)碎屑在搬運(yùn)過程中分散成碳酸鹽質(zhì)粉砂和泥并在盆地深處形成碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖（見圖2a、圖2b）。此外，在暖濕氣候條件下，大量的碳酸鹽物質(zhì)以離子或膠體形式通過化學(xué)風(fēng)化進(jìn)入湖盆，也為盆內(nèi)充填細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)提供了物質(zhì)保障[20]。因而在束鹿凹陷沙三段下亞段中，碳酸鹽物質(zhì)成為細(xì)粒沉積巖最主要的組成成分（見表1）。需要注意的是，物源區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖并不是湖盆內(nèi)充填碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的必要條件，其主要控制了后者的發(fā)育規(guī)模。

表1 中國陸相盆地頁巖物質(zhì)組成特征

2.1.2 盆內(nèi)生物供源

生物供源是陸相湖盆中內(nèi)源碳酸鹽物質(zhì)來源的重要途徑。盡管蒸發(fā)過程中常伴隨有碳酸鹽礦物的生成，但方解石結(jié)晶所需的化學(xué)動(dòng)力與溶液濃度并不對(duì)方解石沉淀起控制作用。在沒有藻類等生物參與的情況下，湖泊中難以形成成規(guī)模的白堊沉積[21]。湖泊中的浮游藻類和細(xì)菌可以通過自身新陳代謝作用降低周圍水體的CO2分壓，提高pH值，并使化學(xué)平衡從HCO3-向CO32-增加方向轉(zhuǎn)移，從而創(chuàng)造出有利于方解石結(jié)晶的微環(huán)境[6,20]。由于細(xì)胞表面帶有負(fù)電荷，帶有正電荷的金屬離子（如 Ca2+）會(huì)吸附在細(xì)菌表面[22]，因此細(xì)胞壁可以作為方解石成核的基底[23]。這一類成因的方解石稱為生物誘導(dǎo)方解石。生物分泌的胞外聚合物中的多糖物質(zhì)可以作為催化劑弱化Mg2+與H2O之間的結(jié)合，降低白云石所需的能量[24]。因而微生物及其有機(jī)物質(zhì)的存在也是湖盆內(nèi)白云石結(jié)晶的先決條件，有機(jī)環(huán)境導(dǎo)致的白云石結(jié)晶也被認(rèn)為是生物影響的沉淀物質(zhì)[25]。因?yàn)樽陨妓猁}礦物與生物及其有機(jī)質(zhì)在成因上具有密切聯(lián)系，這些無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)在形成的沉積物中也是共存的，因而形成了特殊的沉積現(xiàn)象。如細(xì)粒碳酸鹽礦物晶體內(nèi)部可因殘余有機(jī)物質(zhì)降解而形成晶內(nèi)孔[26]。部分有機(jī)體殘余留下的有機(jī)質(zhì)薄膜和有機(jī)絲帶也會(huì)圍繞在碳酸鹽晶體周圍（見圖2c）。此外，生物有機(jī)體還可以通過自身有機(jī)大分子組成的有機(jī)基質(zhì)來控制生物礦化作用，形成鈣質(zhì)生物體，并演化成具有特殊形態(tài)的超微化石（見圖2d）。因此，盆內(nèi)生物生命活動(dòng)產(chǎn)生的水化學(xué)條件變化是使水體中先存的Ca2+和Mg2+結(jié)晶形成碳酸鹽晶體的主要機(jī)制。

2.1.3 火山熱液來源

火山噴發(fā)及其伴生的熱液涌入可提高環(huán)境中的CO2含量和水體的堿度，帶來 Ca2+、Mg2+等離子，創(chuàng)造出有利于碳酸鹽物質(zhì)結(jié)晶的環(huán)境[7]。陸相斷陷盆地由于構(gòu)造活躍，常伴隨有火山活動(dòng)，如在準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷和灤平盆地等區(qū)域皆發(fā)現(xiàn)有大量的凝灰質(zhì)細(xì)碎屑物質(zhì)[27-28]，因而火山熱液物質(zhì)也為陸相斷陷盆地內(nèi)細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)發(fā)育提供了物質(zhì)保障。一方面，富Ca2+、Mg2+、Fe2+和CO32-的熱液注入可以在短期內(nèi)提高泉眼或斷層附近水體中礦物結(jié)晶所需的離子濃度和結(jié)晶溫度，直接沉淀出富Fe、Mg的碳酸鹽礦物[29]；另一方面，注入水體的熱液流體可向四周擴(kuò)散，并提高了周圍水體的溫度，既有利于微生物的勃發(fā)，又為水層中與生物活動(dòng)相關(guān)的生物化學(xué)反應(yīng)提供物質(zhì)[30]。在火山活動(dòng)背景影響下，灤平盆地下白堊統(tǒng)西瓜園組中發(fā)育了含有微晶云質(zhì)紋層的細(xì)粒沉積巖（見圖2e）。

2.1.4 混合來源

陸相盆地細(xì)粒物質(zhì)來源研究的復(fù)雜性在于不同的來源類型可能同時(shí)存在于同一區(qū)域，從而形成混合來源的沉積物質(zhì)[31]，如陸源碎屑與碳酸鹽的混合，凝灰物質(zhì)與碳酸鹽的混合，以及熱液礦物與碳酸鹽的混合等。其特點(diǎn)是在層內(nèi)出現(xiàn)多物源物質(zhì)的混積，由此區(qū)別于單一物源下形成的物質(zhì)組成較為單一的沉積層。以灤平盆地為例，其部分沉積紋層內(nèi)出現(xiàn)了自生結(jié)晶的微晶白云石和火山灰物質(zhì)（見圖2f）。多物源物質(zhì)不僅發(fā)生沉積上的組合，在成因上也有促進(jìn)關(guān)系，如火山灰中凝灰物質(zhì)的水解蝕變作用可釋放出Mg2+而有助于白云石的沉淀[27]。這類混合來源物質(zhì)組合在多個(gè)陸相盆地內(nèi)可發(fā)現(xiàn)，如江漢盆地中自生白云石與自生鈉長石的組合[4]，渤海灣盆地陸源碳酸鹽巖屑與自生方解石的組合[20]等。

2.1.5 其他來源

可為斷陷湖盆提供細(xì)粒碳酸鹽礦物結(jié)晶所需物質(zhì)的來源類型還包括侵入湖盆的海水[32]，其不僅影響湖盆水體的鹽度，也帶來大量的離子（SO42-、Mg2+等）、營養(yǎng)物質(zhì)和海洋生物。此外，埋藏成巖階段，受有機(jī)質(zhì)演化影響也可形成富 HCO3-流體，在地層中改造或結(jié)晶出碳酸鹽晶體[2]。

2.2 碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖形成作用

進(jìn)入湖盆的多源細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)在沉積和成巖演化階段通過物理、化學(xué)和生物過程的相互作用，形成具有不同特征的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖[4]。

2.2.1 物理作用

物理沉積作用是指在沉積過程中以機(jī)械搬運(yùn)為主，包含懸浮沉積、底流改造和波浪、風(fēng)暴、地震誘導(dǎo)的密度流沉積等[33-35]。以束鹿凹陷為例，大量的陸源碳酸鹽質(zhì)碎屑物質(zhì)以碎屑流形式進(jìn)入該湖盆[19]，隨后演化成濁流使細(xì)碎屑物質(zhì)進(jìn)入湖盆深處，并沉積形成具有正粒序特征的粉砂質(zhì)紋層（見圖 3a、圖 3b）。黏土級(jí)的碳酸鹽泥懸浮在水層中，經(jīng)沉降形成紋層發(fā)育的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖（見圖3c），不同紋層的陸源碳酸鹽細(xì)碎屑的含量和粒度具有差異（見圖3d），反映了陸源物質(zhì)供給的周期性變化。已沉積的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖被底流侵蝕、搬運(yùn)和再沉積形成具有透鏡體結(jié)構(gòu)的紋層[36]（見圖 3b）。此外，研究發(fā)現(xiàn)斷陷湖盆的構(gòu)造活動(dòng)可引發(fā)地震、湖嘯等事件，導(dǎo)致已沉積物因液化、再懸浮形成渾濁層，隨后快速沉降形成厚層的塊狀細(xì)粒沉積巖[33]（見圖3e、圖3f）。

因此，物理作用下形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖類型按照成因和沉積特征可分為紋層狀碳酸鹽質(zhì)粉砂巖、紋層狀碳酸鹽質(zhì)泥巖和塊狀碳酸鹽質(zhì)泥巖（見圖3）。

圖3 物理作用形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖特征

2.2.2 生物化學(xué)作用

碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的生物化學(xué)作用是由一系列有機(jī)反應(yīng)和微生物生命活動(dòng)所觸發(fā)的[4,37]。該沉積作用下形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖以發(fā)育自生碳酸鹽紋層為特征。以渤海灣始新統(tǒng)湖相地層為例，具有韻律式紋層特征的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖是由經(jīng)微生物誘導(dǎo)結(jié)晶形成的方解石紋層和含有機(jī)質(zhì)的黏土紋層組合而形成[38]（見圖 4a、圖 4b）。其形成受氣候和水文環(huán)境變化導(dǎo)致的湖盆內(nèi)物質(zhì)供給和沉積作用周期性變化有關(guān)[20]。在江漢盆地始新統(tǒng)湖相地層中，發(fā)育有由黃色白云質(zhì)紋層和灰色灰泥紋層組合而形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖（見圖4c），并具有較高的TOC值，白云質(zhì)紋層內(nèi)的白云石的成因被認(rèn)為與微生物有關(guān)[12]?；鹕綗嵋何镔|(zhì)的進(jìn)入也可以導(dǎo)致盆內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)富集[7]，從而使藻類勃發(fā)，發(fā)生生物化學(xué)作用，形成自生碳酸鹽紋層（見圖4d）。

2.2.3 化學(xué)作用

碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的化學(xué)作用可在特殊環(huán)境下發(fā)生，如強(qiáng)烈蒸發(fā)和熱液涌入導(dǎo)致局部離子濃度過飽和，可通過化學(xué)作用直接沉淀出碳酸鹽物質(zhì)，形成以化學(xué)結(jié)晶物質(zhì)為主要組成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖。如在江漢盆地始新統(tǒng)湖相鹽間地層中，靠近蒸發(fā)巖一側(cè)的白云質(zhì)細(xì)粒沉積巖有機(jī)質(zhì)含量低，且出現(xiàn)鈣芒硝和硬石膏等蒸發(fā)礦物，蒸發(fā)濃縮導(dǎo)致的化學(xué)作用可能是其形成的主要因素[12]。

化學(xué)作用也是成巖階段物質(zhì)改造的主要機(jī)制。地層內(nèi)富 HCO3-流體可引發(fā)已形成的碳酸鹽物質(zhì)發(fā)生變化[37]。在有機(jī)質(zhì)熱成熟過程中，排出的有機(jī)酸可溶解原始方解石紋層，產(chǎn)生的流體在層間重結(jié)晶形成亮晶方解石[10]，從而形成發(fā)育有亮晶紋層的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖（見圖4e、圖4f）。

圖4 生物化學(xué)和化學(xué)作用形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖特征

2.3 碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖多源成因模式

多源物質(zhì)供給是陸相斷陷盆地富集細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)的主要原因。中國主要陸相斷陷盆地周緣多發(fā)育有由碳酸鹽巖和玄武巖等含鈣基巖組成的物源區(qū)[19,39]，其物理和化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物可為盆內(nèi)碳酸鹽物質(zhì)充填提供物質(zhì)基礎(chǔ)。盆地構(gòu)造演化產(chǎn)生的火山活動(dòng)可通過向盆內(nèi)提供堿性流體進(jìn)一步增強(qiáng)或彌補(bǔ)物源區(qū)的物質(zhì)供應(yīng)，導(dǎo)致盆內(nèi)Ca2+、Mg2+和CO32-等物質(zhì)富集。渤海灣盆地、江漢盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和灤平盆地等區(qū)域均可在碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖發(fā)育層段內(nèi)發(fā)現(xiàn)與火山活動(dòng)相關(guān)的沉積物[4,28-29,39-40]。由陸源和火山活動(dòng)輸入到盆內(nèi)的離子物質(zhì)可在盆內(nèi)微生物活動(dòng)參與下結(jié)晶生成內(nèi)源自生碳酸鹽物質(zhì)。因此，內(nèi)源物質(zhì)的生成是斷陷湖盆充填碳酸鹽物質(zhì)的穩(wěn)定機(jī)制，而陸源和火山熱液來源則是物質(zhì)生成的基礎(chǔ)保障，其彼此間存在著緊密的聯(lián)系，在盆內(nèi)形成混合物質(zhì)來源。多源物質(zhì)供給也導(dǎo)致了盆內(nèi)存在多個(gè)沉積作用，在物理、化學(xué)和生物化學(xué)作用共同影響下，形成了多種不同類型的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖（見圖5）。正因?yàn)殛懴鄶嘞莺璐嬖诙嘣次镔|(zhì)供應(yīng)機(jī)制和多元沉積過程的相互促進(jìn)和影響，使得其盆內(nèi)形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的物質(zhì)組成和沉積特征在空間上變化較快、多種巖相類型共存，導(dǎo)致地層非均質(zhì)性較強(qiáng)，并進(jìn)一步影響到頁巖油氣在碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖內(nèi)的生成與富集。

圖5 碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖多源成因模式[4]

3 碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖油氣甜點(diǎn)類型及特征

陸相斷陷盆地細(xì)粒物質(zhì)來源多元，沉積作用復(fù)雜，成巖作用明顯，雖然所發(fā)育的細(xì)粒沉積巖以碳酸鹽物質(zhì)富集為特征，但不同物質(zhì)來源及成因形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖在物質(zhì)組成類型、沉積構(gòu)造和有機(jī)質(zhì)富集上有較大的不同[4]，導(dǎo)致在儲(chǔ)集物性、含油性和烴類富集機(jī)制上存在差異[41]。受多源物質(zhì)供應(yīng)影響，碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖發(fā)育地層中也同時(shí)存在有多種沉積巖類型，如粉砂巖、凝灰?guī)r和其他粗碎屑沉積巖等[20,27]，這些沉積體與富含細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)的灰質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖和碳酸鹽質(zhì)粉砂巖共同組合形成了陸相頁巖油氣的儲(chǔ)集體。因而陸相頁巖油氣甜點(diǎn)類型具有多元性，按照物源來源，可以將陸相頁巖油氣甜點(diǎn)類型劃分為內(nèi)源型、陸源型、火山熱液型和混源型 4種主要類型。

3.1 內(nèi)源型甜點(diǎn)

內(nèi)源型甜點(diǎn)是指在以盆內(nèi)自生物質(zhì)為主要組成的細(xì)粒沉積巖內(nèi)部形成的油氣富集。該甜點(diǎn)巖相載體主要為發(fā)育自生碳酸鹽紋層的碳酸鹽質(zhì)泥巖。主要出現(xiàn)在中國東部渤海灣盆地、南襄盆地和江漢盆地等地。

由于陸相頁巖儲(chǔ)集層自身成熟度偏低，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育有限，因而烴類多富集在無機(jī)礦物晶間和晶內(nèi)孔[42]。碳酸鹽物質(zhì)由于對(duì)烴類吸附作用較弱，更易富集游離烴[43-44]。在渤海灣盆地始新統(tǒng)湖相地層中，自生方解石紋層可發(fā)育晶間孔和晶內(nèi)孔，其中晶間孔中充填有烴類物質(zhì)（見圖6a）。此外，在成巖階段形成的亮晶紋層可以使地層中層間縫隙更為發(fā)育，加之晶間孔縫發(fā)育，更利于烴類的運(yùn)聚（見圖6b）。

受自生碳酸鹽紋層的成因控制[20,41]，有機(jī)質(zhì)多發(fā)育在這些紋層的附近或其內(nèi)部（見圖 6c、圖 6d）。因而生烴母質(zhì)排出的烴類可直接就近富集在自生碳酸鹽紋層內(nèi)，形成原位自儲(chǔ)型的油氣甜點(diǎn)。受成巖階段富HCO3-流體的影響，局部因碳酸鹽物質(zhì)重塑而形成亮晶化層段（見圖6e）。相比于原始沉積的碳酸鹽紋層，亮晶紋層的儲(chǔ)集物性更佳，可成為頁巖油氣聚集的有利位置[45]，因而在自生自儲(chǔ)型甜點(diǎn)內(nèi)部也可因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化發(fā)生內(nèi)部的烴類運(yùn)聚。

圖6 內(nèi)源型甜點(diǎn)儲(chǔ)集巖相儲(chǔ)集空間類型與烴類富集特征

根據(jù)內(nèi)源型甜點(diǎn)的油氣聚集模式，烴類的生成和運(yùn)聚被限制在巖相內(nèi)部，因此頁巖油氣甜點(diǎn)的形成取決于載體巖相的生烴潛力與儲(chǔ)集能力。以東營凹陷NY1井沙四段上亞段為例，該地層主要由富有機(jī)質(zhì)的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖和黏土質(zhì)細(xì)粒沉積巖組成（見圖7）。根據(jù)游離烴含量（S1）和含油飽和度指數(shù)（OSI）可以發(fā)現(xiàn)烴類主要富集在亮晶化和白云石化明顯的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖內(nèi)，這是因?yàn)榱辆Х浇馐桶自剖幕|(zhì)孔隙更為發(fā)育。此外，由于烴類的遷移受限，有機(jī)質(zhì)的成熟度也是該甜點(diǎn)形成的重要因素。隨著 Ro值增加，烴轉(zhuǎn)化率（S1/（S1+S2））明顯上升，這也是下部地層相比于上部地層含油性更好的一個(gè)原因。因此，針對(duì)內(nèi)源型甜點(diǎn)的識(shí)別和評(píng)價(jià)，既要考慮儲(chǔ)集巖相自身在生儲(chǔ)上的潛質(zhì)，也要結(jié)合熱演化程度開展分析。此外，因?yàn)槌蓭r作用對(duì)巖相內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和物性條件的改善發(fā)揮重要作用，需充分研究細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)在沉積-成巖過程中的演化機(jī)制。

圖7 東營凹陷NY1井沙四段上亞段巖相、有機(jī)地球化學(xué)和礦物組成綜合柱狀圖（S1—游離烴含量，mg/g；S2—裂解烴含量，mg/g；OSI—含油飽和度指數(shù)）

3.2 陸源型甜點(diǎn)

陸源型甜點(diǎn)是指在以陸源碎屑物質(zhì)組成的沉積層中的油氣富集。陸源型甜點(diǎn)以鄂爾多斯盆地延長組泥巖和粉砂巖發(fā)育層段最為典型[46]，碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖發(fā)育的盆地內(nèi)也有發(fā)現(xiàn)，如沾化凹陷、束鹿凹陷等[47]。

受陸源物質(zhì)輸入和物理沉積作用控制，在斷陷湖盆內(nèi)可發(fā)育由碎屑顆粒組成的沉積體。相比于黏土質(zhì)細(xì)粒沉積巖，這些粉砂顆粒的抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，因而保留有顆粒間孔隙。以束鹿凹陷沙三段下亞段為例，由于該地層埋深較大，受壓實(shí)作用影響，地層整體孔滲性偏低[14]。以生物化學(xué)作用為主沉積形成的韻律型紋層狀灰質(zhì)泥巖因物性較差難以有效富集油氣，因而內(nèi)源型甜點(diǎn)的發(fā)育規(guī)模有限。受該盆地強(qiáng)陸源物質(zhì)輸入影響，在沙三段下亞段沉積了由陸源碳酸鹽質(zhì)碎屑組成的粉砂巖和角礫巖[19]。在這些碳酸鹽質(zhì)碎屑顆粒間保留有較多的粒間孔縫等儲(chǔ)集空間（見圖8a、圖8b），因而這些碎屑沉積層對(duì)改善致密地層的儲(chǔ)集物性有較好的表現(xiàn)。

圖8 陸源型甜點(diǎn)儲(chǔ)集巖相儲(chǔ)集特征[42]

受陸源物質(zhì)輸入導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)保存條件變差的影響[47]，在陸源碎屑沉積巖鄰近地層發(fā)育的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的有機(jī)質(zhì)豐富較低，難以形成有效的烴源巖。如束鹿凹陷沙三段下亞段中紋層狀碳酸鹽質(zhì)粉砂巖和與其鄰近的事件成因的紋層狀灰質(zhì)泥巖TOC值偏低（見圖9）。因此陸源型甜點(diǎn)形成的一個(gè)條件是發(fā)育連接儲(chǔ)集層和有效烴源巖的運(yùn)移通道。束鹿凹陷沙三段下亞段下部裂縫密度較大，且多發(fā)育高角度裂縫，這有利于連接高有機(jī)質(zhì)豐度的烴源巖和碎屑沉積體，從而使烴類聚集在碳酸鹽質(zhì)粉砂巖和礫巖中形成陸源型甜點(diǎn)[47]（見圖9）。

圖9 束鹿凹陷ST1H井沙三段下亞段巖相、裂縫密度和有機(jī)地球化學(xué)綜合柱狀圖[42]

3.3 火山熱液型甜點(diǎn)

火山熱液型甜點(diǎn)是指在以火山熱液物質(zhì)為主組成的巖相內(nèi)的油氣富集。典型的實(shí)例是準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組[15]和灤平盆地西瓜園組[28]?；鹕絿姲l(fā)及其伴生的熱液活動(dòng)可以在斷陷盆地內(nèi)形成凝灰?guī)r和白云巖[30]，其中（沉）凝灰?guī)r為火山活動(dòng)的直接產(chǎn)物，白云巖或?yàn)闊嵋褐苯映恋懋a(chǎn)物，或?yàn)闊嵋捍偈沟纳锘顒?dòng)導(dǎo)致的內(nèi)源物質(zhì)。受火山熱液影響形成的沉積層主要儲(chǔ)集空間類型為凝灰質(zhì)顆粒粒間孔和白云石晶間孔（見圖10）。以吉木薩爾凹陷為例，已有研究指出中二疊統(tǒng)蘆草溝組中凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)白云巖含油性最好[27]，甜點(diǎn)出現(xiàn)在凝灰質(zhì)物質(zhì)含量較高處（見圖11）。由于火山熱液物質(zhì)富含營養(yǎng)元素，利于生物生長，可導(dǎo)致事件發(fā)生后有機(jī)質(zhì)的富集，在該背景下形成的白云質(zhì)細(xì)粒沉積巖具有較好的生烴潛力。相比于陸源型甜點(diǎn)，火山熱液型甜點(diǎn)的儲(chǔ)集層和烴源巖在空間上更為相近或?qū)儆谕粠r相，因而具有源儲(chǔ)一體的特點(diǎn)（見圖11）。此外，火山噴發(fā)物質(zhì)中的過渡金屬元素對(duì)烴源巖生烴有一定的催化作用[48]，利于克服陸相地層成熟度偏低的缺陷，使烴源巖提前排烴。

圖10 火山熱液型甜點(diǎn)儲(chǔ)集空間特征

圖11 吉木薩爾凹陷蘆草溝組地質(zhì)綜合柱狀圖[27]

3.4 混源型甜點(diǎn)

混源型甜點(diǎn)是指在多物源沉積體系下形成的混合細(xì)粒沉積巖中的油氣富集。相比于單物源控制下形成的甜點(diǎn)類型，混源型甜點(diǎn)巖相的形成過程中主控物源特征不明顯，細(xì)粒物質(zhì)以混積形式聚集?；鹕綗嵋盒吞瘘c(diǎn)巖相類型中除了包括機(jī)械沉積的凝灰?guī)r和化學(xué)沉積的熱液物質(zhì)外，還可能出現(xiàn)生物化學(xué)作用形成的內(nèi)源物質(zhì)，因而也可視為混源型甜點(diǎn)的一類。此外，陸源輸入的碳酸鹽碎屑可以與內(nèi)源結(jié)晶的自生碳酸鹽物質(zhì)混積形成另一種混源型甜點(diǎn)。如束鹿凹陷沙三段下亞段中，因碎屑流侵蝕，導(dǎo)致已沉積的韻律型紋層狀灰質(zhì)泥巖再次被搬運(yùn)，與陸源碳酸鹽質(zhì)碎屑顆?；旌显谝黄鸪练e（見圖 12a）。內(nèi)源沉積體中的生烴母質(zhì)排出的烴類物質(zhì)可經(jīng)微裂隙直接運(yùn)移至陸源白云質(zhì)碎屑顆粒處并充填在其晶間孔中，形成混源型油氣聚集甜點(diǎn)（見圖 12b、圖 12c）。因而相比于陸源型甜點(diǎn)，混源型甜點(diǎn)對(duì)構(gòu)造裂縫發(fā)育的要求相對(duì)較低。

圖12 混源型甜點(diǎn)儲(chǔ)集巖相特征[42]

4 碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖油氣富集研究的關(guān)鍵問題

碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖是中國陸相頁巖油氣賦存的重要載體之一。隨著勘探開發(fā)步伐的加快，取得的認(rèn)識(shí)也不斷增多，但也暴露出一些關(guān)鍵性問題。筆者依據(jù)研究發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的多源成因機(jī)制與油氣富集特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行梳理如下。

①受多物源供給和多沉積動(dòng)力控制，碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的類型多樣，其在物質(zhì)組成上不同于由黏土物質(zhì)組成的黏土巖，沉積模式上也有別于碳酸鹽巖。目前對(duì)其概念和類型的認(rèn)識(shí)還較為模糊，因而碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的定義、巖石分類及各類型對(duì)應(yīng)的沉積環(huán)境是需要解決的基礎(chǔ)問題。

②碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖在陸相盆地的分布具有廣域性，這反映出細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)的形成受多因素控制。不同的物質(zhì)來源、湖水性質(zhì)、盆地構(gòu)造與氣候背景對(duì)所形成的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖在沉積結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成和成巖演化路徑產(chǎn)生的差異尚缺乏系統(tǒng)研究，應(yīng)得到重點(diǎn)關(guān)注。

③碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖及其成因上有聯(lián)系的細(xì)粒巖相在油氣富集上具有多模式特征。不同類型的甜點(diǎn)對(duì)油氣聚集的形成條件的要求有所差別。因而在甜點(diǎn)評(píng)價(jià)中，應(yīng)充分考慮甜點(diǎn)類型的不同，開展針對(duì)性研究，精準(zhǔn)識(shí)別出各類陸相頁巖油氣甜點(diǎn)并制定開發(fā)方案。

5 結(jié)論

碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖是中國陸相斷陷盆地細(xì)粒沉積巖的重要組成成員，也是陸相頁巖油氣賦存的重要載體。

碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖內(nèi)的細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)的來源主要包括陸地物質(zhì)輸入、盆內(nèi)生物化學(xué)結(jié)晶、火山熱液物質(zhì)注入和混合來源等。多源物質(zhì)供給是陸相斷陷盆地富集細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)的主要原因。進(jìn)入湖盆的多源細(xì)粒碳酸鹽物質(zhì)在物理、化學(xué)和生物過程的相互作用下，形成具有不同特征的巖相類型。

在陸相盆地多物質(zhì)來源成因體系中，碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖及其成因上有聯(lián)系的細(xì)粒巖相的油氣富集受物質(zhì)來源和形成成因控制，具有多類型特點(diǎn)，包括內(nèi)源型、陸源型、火山熱液型和混源型等。