咸化湖盆混積巖成因機理研究*

徐偉　陳開遠　曹正林　薛建勤　肖鵬　王文濤

1. 中國地質(zhì)大學能源學院，北京　1000832. 中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州　7300203. 中國石油青海油田研究院，敦煌　7362021.

關于海相及淡水湖盆混積巖的研究已相對完善，而針對咸化湖盆混積巖理論的形成及實踐應用卻鮮有報道，本文旨在系統(tǒng)地闡述咸化湖盆混積巖的成因機理、沉積模式、分布規(guī)律，對比其與一般混積巖沉積特征的異同點，并探討其與油氣富集特征的相關性。本文采用礦物學、微觀巖石學分析方法進行混積巖礦物組成、沉積特征、儲集空間類型研究，采取地質(zhì)統(tǒng)計分析方法明確混積巖分布規(guī)律，并運用物性分析方法對比不同類型混積巖的儲集性能。結(jié)合柴達木盆地西北區(qū)新近系混積巖研究實例，本文創(chuàng)新性地提出了欠補償咸化湖盆的混積巖成因類型：機械成因的相混合混積巖和生物成因的藻混合混積巖。相混合又可劃分為兩種亞類：互層型混合、組構(gòu)型混合；藻混合亦可劃分為兩種亞類：藻粘結(jié)混合、滑塌再混合。建立了咸化湖盆混積巖的沉積模式：混積巖主要發(fā)育于三角洲、水下扇、灘壩等碎屑巖沉積體系與湖相碳酸鹽巖沉積體系的過渡相帶以及藻灰?guī)r發(fā)育區(qū)。明確了混積巖的分布規(guī)律，可歸納為“盆緣互層型、盆內(nèi)組構(gòu)型、藻混合局限分布”?；旆e巖沉積特征對比分析結(jié)果表明，任何環(huán)境下混積巖形成的先決條件均為碳酸鹽巖的生長和聚集，而不同于淡水湖盆及海相混積巖沉積厚度大，生物含量高等特點，咸化湖盆混積巖單層厚度極薄，并發(fā)育特殊的藻混積巖類。綜合研究認為，藻混合混積巖與油氣儲層的相關性要大于相混合混積巖。以上成果可為咸化湖盆混積巖，乃至陸相湖泊混合沉積物的成因類型及油氣地質(zhì)意義研究提供借鑒與參考。

混積巖；成因分類；沉積模式；分布特征；油氣地質(zhì)意義；咸化湖盆

1　引言

Mount (1984)提出了混積巖的概念，狹義上的混合沉積是指陸源碎屑與碳酸鹽組份的混合(在同一巖層內(nèi))，而廣義的混合則包括了狹義的和陸源碎屑與碳酸鹽層構(gòu)成交替互層或夾層的混合(Holmes, 1983; Tirsgaard, 1996)?；旆e巖一般可分為四種成因類型：間斷混合、相混合、原地混合、受母源影響混合(Mount, 1984)?；旆e巖可廣泛發(fā)育于陸相湖泊、海陸過渡、陸棚和斜坡等環(huán)境(Brooksetal., 2003; Garcia-Hidalgoetal., 2007; 張錦泉和葉紅專, 1989)。近年來，有關混合沉積、混積巖的研究多集中于濱海相、淡水濱淺湖相、淺海陸棚、陸表海等沉積環(huán)境，針對咸化湖盆混積巖的關注較少，而且這些研究多聚焦于混積巖概念、成分比例、巖性命名等基本理論問題的討論(Mount, 1984; Garcia-Hidalgoetal., 2007; 張錦泉和葉紅專, 1989; 楊朝青和沙慶安, 1990; 張雄華, 2000; 沙慶安, 2001)，也有研究將混積巖與層序劃分、古氣候恢復等結(jié)合起來(Campbell, 2005; Lubesederaetal., 2008; Garcia-Garciaetal., 2009; 李祥輝, 2008)。相比而言，關于咸化湖盆混積巖的成因機理、沉積模式等方面的研究僅在極少數(shù)文獻中可見(馮進來等, 2011a)。此外，盡管只在為數(shù)不多的文獻中見到過混積巖可以形成油氣儲層的報道(Poeppelreiter and Aigner, 2003; Palermoetal., 2008; 張寧生等, 2006)，但這些信息可能表明，混積巖是可以形成優(yōu)質(zhì)儲層的。因此，探討咸化湖盆環(huán)境中混積巖的成因機制及其油氣地質(zhì)意義已成為沉積巖石學和石油地質(zhì)學領域的重要科學問題。本文擬結(jié)合最近在柴達木盆地西北區(qū)進行的相關研究工作，提出咸化湖盆混積巖的成因類型、沉積模式，明確其分布規(guī)律，對比分析咸化湖盆與淡水湖相及海相混積巖沉積特征的異同點，并初步探討不同類型混積巖與油氣儲層的相關性大小。本文研究結(jié)果可望為咸化湖盆，乃至陸相湖泊混積巖成因機理以及油氣地質(zhì)意義等研究提供一個新的實例和參考借鑒。

2　樣品與實驗方法

本次研究所觀測的698件巖石樣品采自柴西北區(qū)11個主要構(gòu)造的28口重點鉆井。巖石全巖礦物含量分析樣品447件，巖石常規(guī)薄片、鑄體薄片觀察共1009件，掃描電鏡樣品分析50件，物性樣品分析525件。

為明確混積巖礦物組成特征及巖石中碳酸鹽組分來源，進行了X衍射全巖礦物含量分析，實驗在中石油青海油田勘探與開發(fā)研究院實驗中心完成。由此可以得出巖石中碳酸鹽組分含量在盆地不同位置間的變化規(guī)律，進而推斷其來源是以物源剝蝕區(qū)為主還是自生為主。

為確定混積巖的巖石學特征，在巖心手標本精細觀測的基礎上，進行了顯微鏡下巖石學鑒定，觀測在中國地質(zhì)大學(北京)能源學院地質(zhì)資源勘查實驗室完成，儀器為ZEISS Axio Scope 40，透反射光偏光顯微鏡，光源100W Hg燈，采用Axiovision Capture顯微鏡數(shù)字照相系統(tǒng)。

為了查明混積巖儲集空間特征，除了顯微鏡下觀測外，還進行了掃描電鏡觀測，實驗在中國地質(zhì)大學(北京)能源學院地質(zhì)資源勘查實驗室完成，儀器型號為TESCAN VEGA2，加速電壓0.2～30kV,放大倍數(shù)4.5～1000000倍，背散射電子成像分辨率3.5nm，掃描速度20ns/圖素～10ms/圖素，連續(xù)式調(diào)整。

為對比不同類型混積巖與油氣儲層的相關性，進行了巖石物性分析工作，測試實驗在中石油青海油田勘探與開發(fā)研究院實驗中心完成。

圖1　柴達木盆地西北區(qū)地理位置及主要油氣田分布(a)和南翼山地區(qū)油藏剖面示意圖(b)Fig.1　Sketch map showing main oil/gas fields and the northwestern Qaidam Basin (a), oil/gas pool section (b) of Nanyishan area

3　地質(zhì)背景

柴達木盆地是青藏高原北部發(fā)育的大型山間盆地，盆地西部以阿爾金走滑斷裂為界，北部為南祁連山走滑沖斷帶，南部為東昆侖山走滑沖斷帶(圖1a)。柴達木盆地西北地區(qū)含油氣系統(tǒng)的烴源巖主要分布在第三系，其沉積地層自下而上劃分為路樂河組(E1+2)、下干柴溝組下段(E31)、下干柴溝組上段(E32)、上干柴溝組(N1)、下油砂山組(N21)、上油砂山組(N22)、獅子溝組(N23)。柴達木盆地在第三紀時期是典型的咸化湖盆，氣候干旱，長期處于欠補償狀態(tài)，沉積物粒度較細，粒徑中值主要分布在12～43μm之間，在這種條件下，柴達木盆地西北區(qū)新近系鹽湖相細粒沉積具有混合沉積的特征，即陸源碎屑與碳酸鹽(包括異化顆粒)混合沉積，形成了碳酸鹽礦物、泥質(zhì)礦物和粉砂質(zhì)碎屑共生的混合沉積巖(沙慶安, 2001)，發(fā)育普遍，分布廣泛。新近系時期，由于印度板塊向歐亞板塊持續(xù)俯沖，柴西北區(qū)處于南北向擠壓作用下，形成一系列NWW向構(gòu)造，盆地內(nèi)部斷裂系統(tǒng)發(fā)育(圖1b)。已發(fā)現(xiàn)的主要油氣藏多位于淺層新近系；根據(jù)油氣生物標志化合物組成、成熟度特征等的分析結(jié)果，油氣均主要來自更深層(>4300m)、成熟度更高的烴源巖(甘貴元等, 2002)；裂縫發(fā)育的碳酸鹽、混積巖可以作為油氣儲層，泥巖和泥質(zhì)含量較高的灰?guī)r可以作為蓋層，整體上，柴西北區(qū)具備良好的生儲蓋組合(張寧生等, 2006)。

4　混積巖成因分類

基于對混積巖礦物學及巖石學特征詳細的研究與觀察，首次提出了柴西北區(qū)咸化湖盆混積巖的成因分類方案，識別出兩種混積巖類型：機械成因的相混合混積巖和生物成因的藻混合混積巖。相混合又可分為兩種亞類：互層型混合、組構(gòu)型混合；藻混合亦可分為兩種亞類：藻粘結(jié)混合、滑塌再混合。

4.1　礦物組分特征

X-衍射全巖礦物統(tǒng)計分析結(jié)果表明，柴西北新近系N21-N23儲層巖石礦物混雜(圖2)，既有大量的陸屑石英、長石、粘土礦物，亦有碳酸鹽礦物如方解石、白云石、鐵白云石、文石、菱鐵礦、菱鎂礦等，該區(qū)統(tǒng)計的碳酸鹽礦物總含量平均為29.5%，以南翼山地區(qū)最高，達49.1%；此外還有相當數(shù)量的指相自生礦物硬石膏、石鹽等，說明沉積環(huán)境為高鹽度的湖泊。

圖2　柴西北區(qū)新近系巖石全巖礦物含量分析圖Fig.2　Content analysis of whole rock and minerals in shallow strata of the northwestern Qaidam Basin

需要指出的是，巖石中碳酸鹽礦物有一部分是來自于陸源碎屑中的碳酸鹽巖顆粒，也曾有研究認為柴西北區(qū)淺層混積巖中碳酸鹽巖礦物的主要來源是陸源碎屑。經(jīng)全巖分析可見(圖2)，從靠近盆緣的咸水泉、干柴溝等地區(qū)向盆地內(nèi)部南翼山等地區(qū)過渡的一定范圍內(nèi)，碳酸鹽礦物含量呈逐漸增加的趨勢，這說明碳酸鹽礦物是以自生為主的。

4.2　相混合(機械成因)

區(qū)別于暢流淡水湖盆中心可發(fā)育大型牽引流砂體，柴西北地區(qū)為高鹽度湖水，與供給水體之間差異較大，造成碎屑巖沉積體系深入到湖區(qū)范圍有限，因而山前碎屑巖發(fā)育相帶很窄，盆內(nèi)碎屑巖較少，碳酸鹽巖沉積范圍較大(圖3)，這就為混積巖的發(fā)育提供了廣泛的沉積區(qū)。

相混合為上述4種普遍分類中的最常見的一種混積類型，是指沉積物沿不同相之間的擴散邊界發(fā)生側(cè)向遷移而產(chǎn)生的混合。相鄰的沉積相在橫向和縱向上都有其邊界，在邊界上它們并非絕然接觸(董桂玉等, 2007)，由于沉積物受水流作用發(fā)生側(cè)向遷移，必然導致相鄰的沉積物在相緣(或相邊界)發(fā)生混合，形成混積巖。在砂質(zhì)海灘上，由海浪向岸的推進將廣海的碳酸鹽顆粒帶到海岸，在海灘上形成介屑、鮞粒與砂質(zhì)的混合物。另外沿岸流、離岸流或回流將海灘石英砂帶到陸棚碳酸鹽沉積區(qū)，造成碳酸鹽沉積物中含有石英砂夾層或石英砂分散出現(xiàn)在碳酸鹽沉積中(張雄華, 2000)。柴西北區(qū)東北物源區(qū)的辮狀河三角洲以及西北物源區(qū)沖積扇前端的扇三角洲將陸源碎屑帶到濱淺湖-半深湖碳酸鹽巖沉積區(qū)內(nèi)(圖3)，形成薄層陸源碎屑條帶或者分散的陸屑顆粒存在于碳酸鹽巖中，形成混積巖類，由于咸化湖盆欠補償?shù)某练e背景，碎屑巖層厚度很薄，一般在0.1～5mm之間。此外，湖浪、湖流對碎屑顆粒的再次搬運作用也可以形成混合沉積物，在柴西北區(qū)灘壩砂體與濱淺湖相碳酸鹽巖沉積接觸邊緣可發(fā)現(xiàn)混合沉積現(xiàn)象。

4.2.1互層型混合

河流的注入、陸源碎屑物的供給會造成混合沉積，這種混合沉積在河口灣、三角洲及扇三洲等沉積環(huán)境中常見，出現(xiàn)在相邊界附近。這種混積方式的特點是：具有韻律性或旋回性的層序(圖4a, b)，不同類型沉積物的層系往往出現(xiàn)于一個固定垂向?qū)有蛑?，這個固定層序受不同類型沉積環(huán)境橫向分布的控制。柴西北區(qū)東北物源區(qū)的辮狀河三角洲以及西北物源區(qū)的扇三角洲的前緣都常見互層型混合，需要指出的是，碎屑巖以夾層的形式出現(xiàn)在碳酸鹽巖中也屬于這種混合類型，因為這兩種混積類型具有相似的成因機理。

圖3　柴西北區(qū)新近系下油砂山組(N21)沉積特征Fig.3　Facies map showing the sedimentary characteristics of lower Youshashan formation (N21) of Neogene in the northwestern Qaidam Basin

圖4　柴西北區(qū)相混合混積巖微觀沉積特征(a)-薄層粉砂巖與泥晶云巖互層，梁6井，N21，1675.65m，(-)；(b)-薄層粉砂巖與泥晶灰?guī)r互層，堿1井，N21，2628.75m，(-)；(c)-含砂泥晶云巖，尖7井，N21，1960.54m，(+)；(d)-含砂泥晶灰?guī)r，開3井，N22，1423.77m，(-)Fig.4　Microsedimentary features of the facies mixing rock in the northwestern Qaidam Basin(a)-thin interbeds of siltstone and dolomicrite, Well Liang 6, N21, 1675.65m, plane polarized light; (b)-thin interbeds of siltstone and micrite limestone, Well Jian 1, N21, 2628.75m, plane polarized light; (c)-sandy micrite limestone, fine-grained sands and silts occurring in micrite limestone in detrital style, Well Jian 7, N21, 1960.54m, cross polarized light; (d)-sandy micrite limestone, fine-grained sands and silts occurring in micrite limestone in detrital style, Well Kai 3, N22, 1423.77m, plane polarized light

4.2.2組構(gòu)型混合

當沉積區(qū)離物源區(qū)較遠，河流注入未能到達，物源供給量急劇減少，只有少量的極細粒的、粉砂級別的碎屑顆粒混入碳酸鹽沉積物中，而且不足以抑制碳酸鹽的生長，便形成顆粒分散型混合，即組構(gòu)型混合(圖4c, d)，代表著相對較弱的水動力條件。當然，如果考慮到湖浪、湖流等作用，可能攜帶大量陸屑顆粒到這些沉積區(qū)，仍然有可能形成互層型混合。

4.3　藻混合(生物成因)

由于鹽度等水介質(zhì)條件可引起生物的勃發(fā)(Tayloretal., 2001; Barronetal., 2002; 徐寧等, 2004)，所以由繁盛的藻類植物分泌的粘液可以粘結(jié)碎屑顆粒形成相應的混積巖類。

藻混合混積并不屬于目前比較普遍的4種混積類型，但藻類的粘結(jié)作用可使陸屑與碳酸鹽礦物混合在一起，而且這種現(xiàn)象在柴西北區(qū)藻灰?guī)r發(fā)育區(qū)十分普遍，故將藻混合認為是一種新的混合類型。前人對混積巖的認知過程本身也是基于對世界范圍內(nèi)各種實例的研究，所以我們針對柴達木盆地藻灰?guī)r特有的發(fā)育特征將藻混合作為一種新的混合類型也是無可厚非并且合理的。

4.3.1藻粘結(jié)混合

柴西北區(qū)藻灰?guī)r一般形成于淺水環(huán)境的隆起之上，受沉積環(huán)境穩(wěn)定性的影響較大，較容易受陸源碎屑的干擾。柴西北區(qū)氣候干旱，湖內(nèi)缺乏河流的注入，沉積物以湖流、岸流攜帶的泥、粉砂為主，在一定程度下，細粒的陸源碎屑不足以抑制藻灰?guī)r的生長。在這種條件下，藻類既能自身分泌鈣質(zhì)或者促使水介質(zhì)沉淀出鈣質(zhì)并粘結(jié)吸附碳酸鹽,也能捕獲陸源碎屑物質(zhì)，如粉砂、粘土，從而形成混合沉積(圖5a, b)。

圖5　柴西北區(qū)藻混合混積巖微觀沉積特征(a)-藻灰?guī)r，藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)，5%碎屑，梁101井，N22，1237.33m，(+)；(b)-藻灰?guī)r，藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)，含粉砂，梁101井，N23，733.64m，(+)；(c)-滑塌藻灰?guī)r，變形層理，南102井，N22，1607.33m，(-)；(d)-滑塌藻灰?guī)r，變形層理，南102井，N22，1586.65m，(-)Fig.5　Microsedimentary features of the algae mixing rock in the northwestern Qaidam Basin(a)-algal limestone with algae bonding structure and silts, Well Liang 101, N22, 1237.33m, cross polarized light; (b)-algal limestone with algae bonding structure and silts, Well Liang 101, N23, 733.64m, cross polarized light; (c)-slumping remixing algal limestone with silts and deformation bedding, Well Nan 102, N22, 1607.33m, plane polarized light; (d)-slumping remixing algal limestone with silts and deformation bedding, Well Kai 3, N22, 1586.65m, plane polarized light

4.3.2滑塌再混合

受沉積環(huán)境的影響，藻灰?guī)r中?；煊猩?、陸屑顆粒、鮞粒等，由于不同成分的巖石在物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、力學性質(zhì)及含水飽和度上的差異，在水底斜坡或已形成的藻灘外緣斜坡上易發(fā)生滑動垮塌，同時在成巖作用過程中容易發(fā)生差異壓實作用，從而形成變形層理混積巖巖層(圖5c, d)。因此該巖層主要為生物(主要為藻類)成因的藻灰?guī)r滑塌再混合混積巖。

5　混積巖沉積模式及分布特征

5.1　混積巖沉積模式

隨著混積巖、混合沉積研究的不斷深入，人們相繼提出了各種混合沉積相模式。但目前提出的相模式主要集中在各種海相沉積環(huán)境，較少發(fā)現(xiàn)陸相湖盆混合沉積模式的報道。目前報道的海相混合沉積模式的特點為(Davies, 1989; Daviesetal., 2003; 王國忠, 2001; 董桂玉等, 2009)：沉積環(huán)境大多處于海陸過渡地帶，多為濱岸和淺海陸棚環(huán)境，一般能夠接受陸源碎屑物質(zhì)的供給時多發(fā)育混合沉積。結(jié)合柴西北區(qū)南翼山地區(qū)中深層湖相混積巖沉積模式特點(馮進來等, 2011b)：濱淺湖相、濱岸相一般是有利于混積巖發(fā)育的低能淺水或較深水環(huán)境，再根據(jù)對上述混積巖微觀沉積特征及其沉積環(huán)境的分析，初步明確了柴西北區(qū)新近系混積巖發(fā)育的主要相帶：三角洲與濱淺湖的相邊界接觸帶、近岸水下扇與半深湖的相邊界接觸帶、濱淺湖灘壩與灰坪相邊界接觸帶、藻灘及藻灘外緣(圖6)。其中，前三類屬于發(fā)育于碎屑巖相與碳酸鹽巖相邊界接觸帶的相混合沉積，后兩類屬于生物成因的藻混合沉積。

圖6　柴西北區(qū)新近系湖相混積巖沉積模式圖Fig.6　Sedimentary model of lacustrine mixed deposition in the northwestern Qaidam Basin

柴西北區(qū)三角洲(包括辮狀河三角洲與扇三角洲)、近岸水下扇與湖相碳酸鹽沉積的相邊界接觸帶主要發(fā)育相混合混積巖，靠近三角洲、水下扇前端主要發(fā)生互層型混合，受水動力條件變化的控制，組構(gòu)型混合主要發(fā)生在互層型混合的前端(圖6)；由于柴西北區(qū)地層具有細粒、薄層、垂向變化快的沉積特點，故在灘壩主體可存在薄層壩砂與灰坪相泥晶灰?guī)r互層沉積的現(xiàn)象，在一定程度上也屬于廣義上的混合沉積，此外，在灘壩砂體的外緣，與湖相灰坪相邊界接觸帶，可發(fā)生組構(gòu)型的混合沉積(圖6)；藻混合沉積則主要發(fā)育于藻灘及藻灘外緣，由藻類的粘結(jié)作用捕獲碎屑以及經(jīng)歷滑塌作用后再混合而形成(圖6)，主要由藻類本身性質(zhì)以及巖石沉積后作用而控制。

5.2　混積巖分布特征

在微觀薄片鏡下觀察中，互層型混積巖體現(xiàn)為薄層的碎屑巖與碳酸鹽巖互層，組構(gòu)型混積巖則體現(xiàn)為陸屑顆粒分散于碳酸鹽礦物中。為了確定不同類型混積巖的分布特征，本次研究對柴西北區(qū)新近系重點井不同類型混積巖薄片的數(shù)量和所占比例進行了統(tǒng)計分析(表1)，結(jié)果表明(圖7)：靠近盆緣的紅溝子、咸水泉、干柴溝等地區(qū)以發(fā)育互層型混積為主；而到盆地內(nèi)部小梁山、南翼山、堿山、大風山等地區(qū)，組構(gòu)型混積所占比例更大，而且一般發(fā)育于互層型混合沉積的前端，這與盆地水動能強弱的變化是一致的；當然，當物源更加缺乏，湖水較安靜時，盆緣地區(qū)也可以發(fā)生組構(gòu)型混合沉積，同樣的，受波浪攜帶等作用的影響，盆地內(nèi)部亦可以發(fā)生互層型混合沉積，如大風山、油泉子等地區(qū)的灘壩發(fā)育區(qū)，可出現(xiàn)薄層灘壩砂與灰坪相泥晶灰?guī)r互層的沉積層序；藻混合沉積主要發(fā)育于水下建隆之上，局部分布于尖頂山、南翼山、大風山、咸水泉等地區(qū)，沉積范圍相對較小。

表1柴西北區(qū)新近系混積巖類型微觀薄片數(shù)量統(tǒng)計

Table 1Quantity statistics of rock thin sections of different mixed rock types in shallow strata

構(gòu)造互層型(件)組構(gòu)型(件)藻混合(件)干柴溝109—紅溝子83——咸水泉1131南翼山244630小梁山205041大風山19754尖頂山—941茫崖485—

由以上分析，本次研究認為柴西北區(qū)新近系混積巖分布特征可歸納為：盆緣互層型、盆內(nèi)組構(gòu)型、藻混合局限分布。

6　混合沉積特征對比

混合沉積與混積巖可形成于多種沉積環(huán)境中，包括海陸過渡帶或海岸帶、陸相湖泊、斜坡-盆地等環(huán)境。筆者選取國內(nèi)外較典型混積巖沉積實例，進行了對比性統(tǒng)計分析(表2)，旨在探究咸化湖盆混積巖與淡水湖盆、海相混積巖沉積特征的異同點。

宏觀上，無論混合沉積的控制因素如何復雜，混積巖的形成都必須具備陸源碎屑與碳酸鹽共同輸入(存在)或交替輸入(存在)的物質(zhì)條件。其中，碳酸鹽巖的生成和聚集可能是混積巖(層系)發(fā)育的優(yōu)先控制因素，典型的陸相碎屑巖生成環(huán)境(如河流相)幾乎不發(fā)育混積巖。海相混積巖形成的條件包括潮汐作用、相對比較強的水動力條件以及有利于低等生物發(fā)育的淺海環(huán)境(馮進來等, 2011a)，而咸化湖盆混積巖發(fā)育的控制因素是頻繁的湖平面和氣候的變化等。

暢流淡水湖盆水系發(fā)育，沉積物供應充足，碎屑沉積相帶較寬，在有限的較深水的混積巖沉積區(qū)內(nèi)多形成中厚層狀的混積巖，并常見于濁流沉積體系內(nèi)的混合沉積；濱海環(huán)境中碳酸鹽臺地及生物礁灘的發(fā)育，使得在此環(huán)境中形成的混積巖具有厚度大、生物碎屑含量高的特點(表2)。而以上這些特征都是咸化湖盆混積巖所不具備的，與之相比，咸化湖盆水體閉塞，長期處于欠補償狀態(tài)，碎屑巖沉積體系向湖盆內(nèi)延伸有限，湖相碳酸鹽巖沉積范圍較大，這為混積巖的形成提供了廣闊的沉積場所。由于物源缺乏、沉積物粒度整體較細，所以形成的混積巖互層層系中碎屑巖層厚度極薄，同時受湖流、湖水動蕩作用影響，零散的碎屑顆粒被攜帶至并分散沉積于碳酸鹽巖中形成組構(gòu)型混積巖，且發(fā)育范圍較大(圖7)。此外，由于鹽度等水介質(zhì)條件引起的藻類等生物的勃發(fā)，藻類分泌粘液可粘結(jié)碎屑顆粒形成特殊的藻混積巖類。

7　混積巖油氣地質(zhì)意義

巖石學特征研究表明，柴西北區(qū)新近系混積巖分布廣泛，巖石類型多樣(圖4、圖5、圖7)，主要巖性有：含粉砂泥晶灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖、含泥灰?guī)r、粉砂巖與泥晶灰?guī)r互層、含砂屑藻泥晶灰?guī)r等。沉積環(huán)境分析表明，柴西北區(qū)新近系層混積巖以濱淺湖沉積為主。

圖7　柴西北區(qū)N21-N22混積巖分布圖Fig.7　Distribution map of mixed rock during N21 to N22 period in the northwestern Qaidam Basin

圖8　柴西北區(qū)新近系混積巖儲集空間典型顯微照片(a)-薄層粉砂巖與泥晶云巖互層，粉砂巖層中粒間溶蝕孔隙，南102井，N22，1585.35m，(-)；(b)-含砂泥質(zhì)泥晶云巖，鑄模溶孔，尖7井，N21，1960.34m，(-)；(c)-含砂泥質(zhì)泥晶灰?guī)r，未充填裂縫，梁101井，N23，508.73m，(-)；(d) 含粉砂泥晶灰?guī)r，層間縫，南淺5-5井，N22，1278.37m，(-)；(e)-含粉砂藻泥晶灰?guī)r，灰質(zhì)組分被溶蝕，梁101井，N22，1237.33m，(-)(f)-方解石晶體晶間微孔，風8井，N22，857.25m，掃描電鏡Fig.8　Microphotographs showing reservoir space of mixed rocks in shallow strata of the northwestern Qaidam Basin(a)-thin interbeds of siltstone and micrite limestone, intergranular dissolution pores, Well Nan102, N22, 1585.35m, plane polarized light; (b)-moldic pores in muddy dolomicrite with sand grains, Well Jian 7, N21, 1960.34m, plane polarized light; (c)-fracture in sandy micrite limestone, Well Liang 101, N23, 508.73m, plane polarized light; (d)-diagenetic fracture in sandy micrite limestone, Well Nanqian 5-5, N22, 1278.37m, plane polarized light; (e)-silty algal limestone, dissolution pores in carbonate material, Well Liang 101, N22, 1237.33m, plane polarized light; (f)-intercrystal micropores in calcite, Well Feng 8, N22, 875.25m, scanning electronic microscope image

通過對微觀薄片的鏡下觀測，可見混積巖儲集空間類型多樣，具有一定的發(fā)育程度(圖8)。主要包括以下5種：碎屑層中粒間溶蝕孔隙(圖8a)，陸屑顆粒間碳酸鹽膠結(jié)物以及碎屑顆粒邊緣被酸性流體溶解而形成；鑄模溶蝕孔隙(圖8b)，碳酸鹽巖中易溶的碎屑顆粒經(jīng)選擇性溶解后形成的儲集空間；裂縫(圖8c，d)，柴西北區(qū)主要發(fā)育構(gòu)造裂縫與成巖裂縫，在后期過程中若不發(fā)生膠結(jié)充填作用而得以保存下來的話，對改善儲層物性可以起到至關重要的作用；碳酸鹽組分中溶蝕孔隙(圖8e)，主要是混積巖中的碳酸鹽組分被溶蝕而成；微孔隙(圖8f)，由于柴西北區(qū)沉積物整體粒度較細，所以巖石中普遍存在大量的微孔隙，針對柴西北區(qū)整體上低-特低孔、特低滲的儲層特征，以及日益深入的致密油藏研究，我們認為這類孔隙是可以為儲層的儲集性能做出貢獻。

藻混積巖是藻類捕獲陸屑顆粒而形成的，所以其本質(zhì)就是藻灰?guī)r混有有限量的碎屑顆粒，巖石成分仍是以碳酸鹽為主，組成相對單一，藻類本身有機物含量較高，在后期演化過程中易形成酸性流體(郭春清等, 2003)，再加之生烴期排放的有機酸，使得溶蝕作用容易發(fā)生，而且集中在灰質(zhì)組分中(圖8e)；柴西北區(qū)藻灰?guī)r發(fā)育于淺水水下建隆或者臺地之上(趙賢正等, 2004)，受季節(jié)、湖面變化影響，經(jīng)常性出露水面，受到大氣淡水淋濾作用及風浪的沖擊破碎，促使儲集空間的形成，且滲透性相對較好，平均可達7×10-3μm2以上(圖9)。相對而言，相混合混積巖沉積物粒度較細，成分相對復雜，包含砂、泥、灰，而且經(jīng)常受咸化湖盆膠結(jié)物的影響，其儲層物性較差；雖然成分的復雜性為溶蝕作用提供了基礎，但是從目前觀察到的現(xiàn)象來看，溶蝕孔隙盡管存在，連通性卻較差，平均滲透率小于2×10-3μm2(圖9)；此外，相混積巖發(fā)育于淺湖浪基面以下，形成時期位于水下，基本沒有出露水面造成風化淋濾的過程，亦缺乏有機酸溶蝕通道；當然在成巖過程中，如果有合適的外界條件，相混積巖是極有可能成為較優(yōu)質(zhì)儲層的。

圖9　柴西北區(qū)新近系藻混積巖與相混積巖滲透性對比分析圖Fig.9　Comparison chart of permeability between algae mixing and facies mixing rocks in the shallow strata of northwestern Qaidam Basin

對于混積巖儲層的形成機制還需要更加細致、系統(tǒng)的研究，但就目前初步分析來看，在同等條件下，柴西北區(qū)新近系層藻混積巖與油氣儲層的相關性要大于相混積巖。

8　討論

本研究基于大量的微觀沉積特征觀察，首次將柴西北區(qū)咸化湖盆混積巖分為機械成因的相混合混積巖和生物成因的藻混合混積巖，并進一步劃分為四個亞類：互層型混合、組構(gòu)型混合、藻粘結(jié)混合、滑塌再混合。在沉積特征研究的基礎上，提出了咸化湖盆混積巖的沉積模式：主要發(fā)育于三角洲、水下扇、灘壩等碎屑巖沉積體系與湖相碳酸鹽巖沉積的過渡地帶及藻灰?guī)r發(fā)育區(qū)。對不同類型混積巖微觀薄片數(shù)量進行了大量的統(tǒng)計分析，結(jié)合湖盆水動力條件變化規(guī)律，得出了混積巖的分布特征：盆緣互層型、盆內(nèi)組構(gòu)型、藻混合局限分布。通過對世界各地不同沉積環(huán)境下形成的混積巖實例的對比分析，認為任何環(huán)境下混積巖形成的先決條件均為碳酸鹽巖的生長和聚集，而不同于淡水湖盆及海相混積巖沉積厚度大，生物含量高等特點，咸化湖盆混積巖單層厚度極薄，并發(fā)育特殊的藻混積巖類?；诖罅康奈⒂^薄片及物性資料，進行了儲集空間類型以及儲集性能對比分析，認為藻混合混積巖與油氣儲層的相關性要大于相混合混積巖。

近年來，有關混合沉積、混積巖的研究多集中于濱海相、淡水濱淺湖相海等沉積環(huán)境，針對咸化湖盆的混積巖關注較少，而且這些研究多聚焦于混積巖概念、成分比例、巖性命名等基本理論問題(Mount, 1984; Garcia-Hidalgoetal., 2007; 張錦泉和葉紅專, 1989; 楊朝青和沙慶安, 1990; 張雄華, 2000; 沙慶安, 2001)。相比而言，關于混積巖的成因機理、沉積模式等方面的研究僅在極少數(shù)文獻中可見(馮進來等, 2011b)，而且未曾聚焦于咸化湖盆環(huán)境下的混積巖。因此，明確咸化湖盆環(huán)境中混積巖的成因機制，形成完善的混積巖理論已成為沉積巖石學領域的重要科學問題。本次研究運用大量微觀資料，從成因上對咸化湖盆混積巖進行了客觀、可靠的分類，通過微觀沉積特征分析提出了混積巖沉積模式，并基于地質(zhì)統(tǒng)計分析明確了混積巖的分布規(guī)律，形成了相對完善的咸化湖盆混積巖理論。

此外，盡管只在為數(shù)不多的文獻中見到過混積巖可以形成油氣儲層的報道，但這些信息可能表明，混積巖是可以形成優(yōu)質(zhì)儲層的。前人在柴達木盆地做過類似的研究工作。張寧生等(2006)等按照巖石層理的構(gòu)造產(chǎn)狀將柴西北區(qū)南翼山地區(qū)古近系混積巖劃分為變形層理混積巖、水平層理混積巖和塊狀層理混積巖3種類型，并分別形成于濱淺湖、淺湖和較深湖3種沉積環(huán)境，指出變形層理混積巖儲層物性相對較好。羅芳等(2009)將南翼山地區(qū)新近系油砂山組混合沉積劃分為淺湖和半深湖相，并認為淺湖相中發(fā)育的顆粒灘微相具有較好的物性及含油性。由此說明，在一定條件下，咸化湖盆混積巖是有可能形成儲層甚至是優(yōu)質(zhì)儲層的。本次研究基于大量的微觀資料和物性資料分析，對咸化湖盆混積巖的儲集空間類型及特征進行了識別，認為其類型多樣，且具有一定的發(fā)育程度，并結(jié)合孔滲分析結(jié)果與柴西北區(qū)目前已廣泛存在的藻灰?guī)r油藏實例，對比認為藻混積巖與油氣的相關性要大于相混積巖。由此對混積巖的油氣地質(zhì)意義進行了探討，為以后的儲層研究工作提供基礎與實例借鑒。

結(jié)合本次研究，認為咸化湖盆混積巖研究仍需深化完善：

(1)目前關于混積巖成因分類以及沉積模式的研究結(jié)果存在明顯的差異，其原因可能主要受到混合沉積環(huán)境多樣性的影響。因此，進一步深入研究混積巖沉積特征及其沉積環(huán)境主控因素，有利于完善混積巖的沉積成因理論。

(2)結(jié)合以往世界范圍內(nèi)，尤其是柴達木盆地的混積巖儲層研究，我們可以認為，咸化湖盆混積巖是有潛力作為油氣儲層的，但對于混積巖油氣藏的確定還需要進一步對儲層形成機制、生儲蓋配置關系等方面進行大量細致的系統(tǒng)性研究工作。

9　結(jié)論

以柴達木盆地西北區(qū)新近系為研究實例，針對咸化湖盆混積巖得出了以下認識：

(1)創(chuàng)新性地識別出了咸化湖盆的混積巖成因類型：相混合(機械成因)、藻混合(生物成因)。相混合分為可兩種亞類：互層型混合、組構(gòu)型混合；藻混合亦可分為兩種亞類：藻粘結(jié)混合、滑塌再混合。

(2)咸化湖盆混積巖發(fā)育的主要相帶包括：三角洲與濱淺湖的相邊界接觸帶、近岸水下扇與半深湖的相邊界接觸帶、濱淺湖灘壩與灰坪相邊界接觸帶、藻灘及藻灘外緣。

(3)咸化湖盆混積巖分布特征受水動力條件變化控制，盆緣以互層型混積為主，盆地內(nèi)部以組構(gòu)型混積為主，藻混合沉積主要發(fā)育于水下建隆之上，分布范圍較局限。

(4)咸化湖盆混積巖與淡水湖盆及濱海相混積巖沉積特征的相同點在于：均以碳酸鹽巖的生長和聚集為優(yōu)先條件，且具備陸源碎屑與碳酸鹽共同輸入或交替輸入的物質(zhì)條件。不同點在于：咸化湖盆混積巖發(fā)育的控制因素是頻繁變化的湖平面和氣候，混積巖沉積場所廣闊，單層沉積厚度極薄，藻混合沉積物較發(fā)育；而淡水湖盆混積巖沉積范圍較小，以中厚層沉積為主，且常見濁流體系內(nèi)混合沉積，海相混積巖形成的條件包括潮汐作用、相對比較強的水動力條件以及有利于低等生物發(fā)育的淺海環(huán)境，混積巖沉積厚度大，生物碎屑含量高。

(5)混積巖儲集空間類型多樣，相對比較發(fā)育，適宜作為儲層。其中藻混積巖巖石組分以碳酸鹽為主，屬于淺水環(huán)境沉積物，經(jīng)常暴露出水面，受溶蝕作用較強，儲集性能較優(yōu)；相混合混積巖成分復雜，沉積物粒度細，膠結(jié)強烈，儲層性能相對較差；故初步認為，在同等條件下，藻混合混積巖與油氣儲層的相關性要大于相混合混積巖。

致謝感謝中國地質(zhì)大學(北京)能源學院伍大茂老師在薄片鑒定過程中給予的幫助;感謝中國石油青海油田公司在樣品采集分析和資料收集過程中給予的大力協(xié)助。

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