渤海灣盆地滄東凹陷孔店組二段細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理與環(huán)境演化

鄧 遠(yuǎn)，陳世悅，蒲秀剛，鄢繼華，陳 佳

[1.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.中國石油 大港油田分公司，天津 300280； 3.中國石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)， 新疆 克拉瑪依 834000]

細(xì)粒沉積巖是從沉積物的粒徑角度定義，即由粒徑小于62.5 μm的碳酸鹽礦物、粘土礦物、長英質(zhì)礦物和其他自生礦物構(gòu)成的沉積巖，細(xì)粒沉積巖占地表沉積巖總量的70%以上[1]，但長期以來沒有得到足夠的重視，相關(guān)研究進(jìn)展緩慢。近年來隨著非常規(guī)油氣的興起，油氣勘探不斷向深水細(xì)粒相區(qū)推進(jìn)，細(xì)粒沉積巖作為“源儲一體”的連續(xù)型油氣藏，被證實(shí)蘊(yùn)含著巨大勘探潛力，逐漸成為油氣地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2-5]。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對海相細(xì)粒沉積巖的形成環(huán)境、儲層物性和甜點(diǎn)評價(jià)等方面進(jìn)行了大量研究，并將這些研究成果較好地應(yīng)用于頁巖油氣的勘探與開發(fā)[6-12]。但對于中國同樣廣泛分布的湖相細(xì)粒沉積巖，相關(guān)研究程度相對較低，尤其缺少對其沉積環(huán)境和形成機(jī)理的深入分析，制約了湖相頁巖油氣的分布預(yù)測與勘探部署工作。

與海洋環(huán)境相比，湖泊具有范圍小、水體淺、物源多而近等特點(diǎn)，形成的細(xì)粒沉積巖礦物種類復(fù)雜、巖石類型豐富、垂向演化快，對氣候等環(huán)境因素的變化更為敏感[13-15]，深入剖析湖相細(xì)粒沉積巖的沉積微環(huán)境并探討其形成機(jī)理已成為沉積學(xué)研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)?；诶迕准墡r心精細(xì)觀察描述，結(jié)合巖石薄片、X射線衍射、AMICS礦物分析、地球化學(xué)和巖石熱解資料，提出滄東凹陷孔店組二段(孔二段)細(xì)粒沉積巖巖相劃分方案，分析各巖相的形成機(jī)理與沉積環(huán)境，探究不同巖相組合對應(yīng)的湖泊沉積模式，并總結(jié)出孔二段沉積環(huán)境的演化規(guī)律，以期為滄東凹陷孔二段頁巖油的勘探和開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

滄東凹陷位于渤海灣盆地黃驊拗陷南側(cè)，受東部的徐西斷層和西部的滄東斷層共同控制(圖1)?？锥纬练e(Ek2)時(shí)期，盆地邊界斷層尚未開始活動(dòng)，滄東凹陷為穩(wěn)定的陸內(nèi)拗陷型湖盆[16-17]。該時(shí)期同時(shí)也是孔店組最大湖泛期，凹陷內(nèi)部沉積了大量細(xì)粒沉積巖，最厚可達(dá)600 m?？锥巫韵露峡煞譃?個(gè)亞段，其中孔二段四亞段(Ek2(4))底部發(fā)育一套三角洲前緣沉積，巖性為灰色細(xì)砂巖和泥巖的互層；此后開始發(fā)育厚層半深湖-深湖相細(xì)粒沉積，一直持續(xù)到孔二段二亞段(Ek2(2))的上部，并在此之上覆蓋了一套重力流沉積，主要是遠(yuǎn)岸水下扇相的灰綠色細(xì)砂巖和粉砂質(zhì)泥巖；孔二段一亞段(Ek2(1))再次發(fā)育深水細(xì)粒沉積巖。整體來看，細(xì)粒沉積巖占到滄東凹陷孔二段的80%左右。

2 細(xì)粒沉積巖的多樣性

在滄東凹陷孔二段一系列取心井的巖心觀察描述過程中，發(fā)現(xiàn)該區(qū)細(xì)粒沉積巖巖石類型復(fù)雜、沉積構(gòu)造多樣、垂向序列多變，并且不同巖性的組合疊置關(guān)系有規(guī)律可循。系統(tǒng)開展的XRD、薄片鑒定等測試結(jié)果表明，孔二段細(xì)粒沉積巖具有顯著的多樣性，具體表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

2.1 巖石類型的多樣性

X射線衍射分析(XRD)是目前測定細(xì)粒沉積巖礦物組成的主要方法，研究區(qū)樣品的XRD測試結(jié)果表明，孔二段細(xì)粒沉積巖礦物組成復(fù)雜、巖石類型多樣，主要礦物組分為碳酸鹽礦物(平均含量34.7%)、陸源碎屑礦物(平均含量33.4%)和粘土礦物(平均含量15.9%)。按照“三端元”法以50%為界將細(xì)粒沉積巖分為4類[18]，把歸一化處理后的XRD數(shù)據(jù)進(jìn)行三角圖投點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)孔二段主要發(fā)育碳酸鹽巖、細(xì)粒長英沉積巖和細(xì)?；旆e巖，其中細(xì)?；旆e巖最為發(fā)育，占到該地區(qū)細(xì)粒沉積巖總量的45.9%，而粘土巖不發(fā)育(圖2)。

圖2 滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖分類Fig.2 Types of fine-grained sedimentary rocks in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

2.2 沉積構(gòu)造的多樣性

孔二段細(xì)粒沉積巖的沉積構(gòu)造類型非常豐富，巖心上常見塊狀構(gòu)造(圖3a)、紋層狀構(gòu)造(圖3b)和透鏡狀構(gòu)造(圖3c)等，并且還有一些規(guī)模更小、需要通過顯微鏡來觀察的構(gòu)造現(xiàn)象，如小型交錯(cuò)層理、波狀層理以及發(fā)育在單個(gè)紋層內(nèi)的顯微粒序?qū)永淼?圖3d)，此外巖石中還發(fā)育豐富的軟沉積物變形構(gòu)造(圖3e)。

圖3 滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖沉積構(gòu)造特征Fig.3 Sedimentary structures of fine-grained sedimentary rocks in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag a.灰色塊狀細(xì)粒沉積巖，構(gòu)造縫發(fā)育，G108-8井，埋深2 969.85m;b.深灰色紋層狀細(xì)粒沉積巖，G108-8井，埋深2 981.27 m;c.深灰色層狀細(xì)粒沉積巖夾褐色白云巖透鏡體，G108-8井，埋深3 064.61 m;d.長英質(zhì)紋層內(nèi)部發(fā)育顯微粒序?qū)永?，G108-8井，埋深3 273.23 m;e.軟沉積物變形 構(gòu)造破壞紋層，G108-8井，埋深2 982.75 m

2.3 垂向序列的多樣性

通過對G108-8，GD14和GD12等探井近700 m巖心開展厘米級描述，結(jié)合大量薄片鑒定和XRD分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒沉積巖單層厚度薄、垂向變化快，通常在幾米范圍內(nèi)的巖心上就存在巖石類型與沉積構(gòu)造的快速轉(zhuǎn)換(圖4)，甚至在顯微鏡下的不同視域，礦物類型與含量也可以發(fā)生很大變化。不同細(xì)粒沉積巖之間呈薄互層狀、厚互層狀或夾層狀等多種組合方式，從而構(gòu)成復(fù)雜的垂向序列。

圖4 滄東凹陷G108-8井孔二段細(xì)粒沉積巖垂向變化特征Fig.4 Vertical variations of fine-grained sedimentary rocks from Well G108-8 in the second member of the Kongdian Formation of the Cangdong Sag a.埋深2 977.00～2 977.35 m;b.取樣點(diǎn)A，埋深2 977.02 m，正交光;c. 取樣點(diǎn)B，埋深2 977.11 m，正交光;d. 取樣點(diǎn)C，埋深2 977.29 m，單偏光

總之，過去認(rèn)為組成簡單、結(jié)構(gòu)單一的細(xì)粒沉積巖，其實(shí)在巖石類型、沉積構(gòu)造與垂向序列等方面具有復(fù)雜的多樣性，這些特征體現(xiàn)了湖泊細(xì)粒相區(qū)在物源輸入強(qiáng)度、水動(dòng)力條件、水體性質(zhì)和氣候條件等方面的復(fù)雜多變，實(shí)際上反映了細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理和沉積環(huán)境的多樣性，可以通過不同的巖相類型來表征。

3 細(xì)粒沉積巖巖相特征

3.1 巖相劃分方案

巖相即一定環(huán)境條件下形成的巖石及其組合，和巖石類型相比，巖相包含多種環(huán)境信息且易于操作，可以作為研究細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理和沉積環(huán)境的基本單元[19]。對于滄東凹陷孔二段，近年來有學(xué)者嘗試進(jìn)行了巖相劃分，但現(xiàn)有的劃分方案在研究細(xì)粒沉積巖成因機(jī)理及沉積環(huán)境演化方面存在一定的不足。

巖相劃分的關(guān)鍵是要選取合適的劃分依據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)外學(xué)者在進(jìn)行巖相劃分時(shí)，選擇的依據(jù)包括顏色、沉積構(gòu)造、礦物組分、粒度、沉積環(huán)境、生物群落和有機(jī)碳含量等十余類[8,20-23]，其中礦物組分、沉積構(gòu)造和有機(jī)碳含量是最為常用的3類。對于孔二段細(xì)粒沉積巖，上述3類依據(jù)中的礦物組分和沉積構(gòu)造能夠直觀地表征其巖石的多樣性，而且能夠反映其物源輸入強(qiáng)度、水動(dòng)力條件等信息，適合用來劃分巖相。有機(jī)碳含量未被選作劃分依據(jù)，因?yàn)榧幢闶峭N巖相，受湖泊生產(chǎn)力和后期保存條件等多方面的影響，不同樣品的有機(jī)碳含量也存在較大差異。以G108-8井為例，對比不同層位發(fā)育的17塊紋層狀細(xì)粒混積巖相樣品，有機(jī)碳含量區(qū)間為1.8%～11.8%，其中有機(jī)碳含量小于2%，介于2%～4%以及大于4%的分別為1，5和11塊，若分別加以命名則顯得過于冗雜，不利于巖相的成因分析。

具體劃分時(shí)，首先按照巖石類型劃分出3個(gè)巖相大類，再結(jié)合沉積構(gòu)造將巖相進(jìn)一步細(xì)分(表1)。滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖主要發(fā)育層狀細(xì)粒長英沉積巖相、塊狀細(xì)?；旆e巖相、紋層狀細(xì)?；旆e巖相、紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相等5種巖相類型。

表1 滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖巖相劃分方案Table 1 Lithofacies classification of the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

3.2 巖相類型與特征

為了精細(xì)刻畫細(xì)粒沉積巖的微觀特征，本文在巖心和薄片觀察的基礎(chǔ)上，采用AMICS礦物分析技術(shù)對典型巖相進(jìn)行分析，原理是將場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、能譜儀(EDS)和AMICS礦物自動(dòng)分析軟件相結(jié)合，獲取極高分辨率(2 nm)下礦物的含量、粒度大小、賦存狀態(tài)和分布情況等信息[24]。

3.2.1 層狀細(xì)粒長英沉積巖相

層狀細(xì)粒長英沉積巖相主要由長英質(zhì)(60.8%)和粘土礦物(17.2%)組成，碳酸鹽礦物含量低，平均為14.7%。巖心上顯著的特征是呈層狀、條帶狀或透鏡體狀分布的灰白色長英質(zhì)(圖5a)，局部見波狀層理或小型交錯(cuò)層理。依據(jù)顯微鏡下長英質(zhì)層的顆粒粒度、紋層厚度和接觸關(guān)系等可分為兩類，第1類以分選較好的泥級(<4 μm)長英質(zhì)顆粒為主，厚度較小、橫向延伸穩(wěn)定，常與粘土構(gòu)成薄互層(圖5b)；第2類長英質(zhì)顆粒分選差，從泥級到粉砂級均有發(fā)育，紋層內(nèi)部發(fā)育顯微粒序?qū)永恚c下伏粘土紋層間有明顯的沖刷侵蝕面(圖5c)。AMICS礦物分析顯示，長英質(zhì)層內(nèi)的顆粒直徑最大可達(dá)300 μm，最小只有10 μm(圖5d，e)，多呈次棱角-次圓狀，其余部分主要是粘土礦物和碳酸鹽礦物組成的紋層，顆粒堆積緊密，與長英質(zhì)層之間為突變接觸。

圖5 滄東凹陷孔二段細(xì)粒長英沉積巖相特征Fig.5 Characteristics of felsic fine-grained sedimentary rocks in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag a.層狀細(xì)粒長英沉積巖相，灰白色長英質(zhì)透鏡體或條帶，GD12井，埋深3 823.11 m;b.長英質(zhì)紋層與粘土紋層疊置，G108-8井，埋深3 198.52 m;c.長英質(zhì)紋層內(nèi)部發(fā)育顯微粒序?qū)永?G108-8井，埋深3 337.06 m;d.層狀細(xì)粒長英沉積巖相，BSE圖像，G108-8井，埋深2 978.87m;e.層狀細(xì) 粒長英沉積巖相，AMICS圖像，G108-8井，埋深2 978.87 m

3.2.2 塊狀細(xì)粒混積巖相

塊狀細(xì)?；旆e巖相中各類礦物含量均小于50%，其中長英質(zhì)礦物平均含量最高(41.7%)，其次為碳酸鹽礦物(25.6%)和粘土礦物(21.2%)。巖心呈灰色-綠灰色的均勻塊狀(圖6a)，局部發(fā)育液化變形現(xiàn)象，該巖相脆性高、極易破碎，斷裂面為不規(guī)則的蛛網(wǎng)狀。顯微鏡觀察與AMICS礦物分析顯示，塊狀細(xì)?；旆e巖相主要是長英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物與粘土礦物(伊利石為主)的均勻混合，顆粒不顯定向性，其中碳酸鹽與長英質(zhì)礦物的粒徑多在1～5 μm，偶見10 μm以上的石英大顆粒零星分布(圖6b—d)。

3.2.3 紋層狀細(xì)?；旆e巖相

紋層狀細(xì)?；旆e巖相中的三端元礦物含量同樣表現(xiàn)出顯著的混合特征，長英質(zhì)礦物(35.4%)與碳酸鹽礦物(37.8%)含量接近，而粘土(17.9%)含量相對較低。巖心為深灰色-灰黑色，發(fā)育細(xì)密的水平紋層，單個(gè)紋層厚度0.5～2 mm(圖6e)。鏡下顯示該巖相主要由碳酸鹽紋層、長英質(zhì)紋層和有機(jī)質(zhì)-粘土紋層組成，在垂向上構(gòu)成規(guī)律性疊置的“三元結(jié)構(gòu)”[25]，其中長英質(zhì)紋層常發(fā)生缺失(圖6f)。通過AMICS礦物分析對紋層組分進(jìn)行精細(xì)測定，在鏡下看似組成單一的紋層，實(shí)際上也是多種成分的混合，例如碳酸鹽層內(nèi)也?；煊胁糠帜嗉夐L英質(zhì)礦物，反映出物質(zhì)的混合是湖泊細(xì)粒相區(qū)內(nèi)的普遍現(xiàn)象。該巖相有機(jī)質(zhì)含量豐富，不僅可以局部富集單獨(dú)成層，也可呈短線狀分布于其他紋層內(nèi)(圖6g，h)。

3.2.4 紋層狀白云巖相

紋層狀白云巖相主要由白云石(64.3%)和粘土礦物(17.8%)組成。巖心上紋層發(fā)育，淺褐色紋層和灰黑色紋層組成明暗相間的層偶，單個(gè)紋層厚度一般在1mm以下，局部有微弱起伏(圖7a)。通過顯微鏡觀察與AMICS礦物分析，淺色層為白云石紋層，主要是自形程度較好的泥-微晶白云石顆粒，暗色層是以伊利石為主的粘土紋層，夾有零星長英質(zhì)礦物顆粒(圖7b)。兩類紋層厚度有一定變化，紋層內(nèi)部或邊緣容易發(fā)育順層分布的方沸石，此外該巖相中常見星散狀分布的黃鐵礦(圖7c，d)。

3.2.5 塊狀白云巖相

塊狀白云巖相中的白云石平均含量為77.2%，最高達(dá)96.1%，其余主要為粘土礦物(10.8%)。巖心呈褐色或褐灰色的均勻塊狀，局部因碳酸鹽礦物重結(jié)晶后局部富集而呈透鏡狀(圖7e)，重結(jié)晶作用也導(dǎo)致該巖相內(nèi)部發(fā)育豐富的成巖收縮縫，常被瀝青等充填。顯微鏡觀察與AMICS礦物分析顯示，該巖相主要為白云石、鐵白云石顆粒均勻分布，礦物顆粒自形程度較高，摻雜少量粘土雜基和零星分布的長英質(zhì)礦物(圖7f—h)。

圖7 滄東凹陷G108-8井孔二段白云巖相特征Fig.7 Characteristics of dolomite from Well G108-8 in the second member of the Kongdian Formation of the Cangdong Sag a.紋層狀白云巖相，明暗紋層相間，埋深2 984.96 m;b.碳酸鹽紋層與粘土-有機(jī)質(zhì)紋層疊置，埋深3 191.37 m;c.紋層狀白云巖相，BSE圖像，埋深2 975.67 m;d.紋層狀白云巖相，AMICS圖像，埋深2 975.67 m;e.塊狀白云巖相，發(fā)育成巖收縮縫，埋深3 197.58 m;f.微晶白云石與粘土均勻混合， 埋深2 942.31 m;g.塊狀白云巖相，BSE圖像，埋深2 975.56 m;h.塊狀白云巖相，AMICS圖像，埋深2 975.56 m

4 細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理

4.1 巖相形成機(jī)理

隨著近年來研究人員對細(xì)粒沉積巖成因的研究逐步深入，并通過水槽實(shí)驗(yàn)?zāi)M和驗(yàn)證細(xì)粒物質(zhì)的沉積過程，細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理復(fù)雜且沉積環(huán)境多變已成為共識[26-28]。以各巖相的巖石學(xué)特征為基礎(chǔ)，通過對比分析不同巖相的地球化學(xué)特征和有機(jī)質(zhì)含量(表2)，可以判斷巖相形成時(shí)的物源輸入強(qiáng)度、水動(dòng)力條件、水體性質(zhì)和氣候條件等[29-31]。

表2 滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖地球化學(xué)特征Table 2 Geochemical characteristics of lithofacies in the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

4.1.1 層狀細(xì)粒長英沉積巖相

層狀細(xì)粒長英沉積巖相Rb/Sr值高(平均值0.21)，指示沉積時(shí)氣候濕潤，充沛的降雨使湖水鹽度降低、含氧量增加，對應(yīng)于較低的Sr/Ba值(平均值0.6)和δU值(平均值0.87)。該巖相陸源碎屑礦物平均含量達(dá)到60.8%，巖心與鏡下均可見密集發(fā)育的長英質(zhì)條帶，顆粒分選中等-差、次棱角-次圓狀，指示沉積水動(dòng)力較強(qiáng)，控制巖相發(fā)育的主要因素是高強(qiáng)度、高頻率的陸源碎屑輸入，包括底流、異重流等形式[32-34]。中等有機(jī)碳含量(2.08%)源于陸源有機(jī)質(zhì)隨碎屑物質(zhì)一起輸入并快速沉積埋藏。整體來看，該巖相形成于濕潤氣候下的強(qiáng)物源供給環(huán)境。

4.1.2 塊狀細(xì)?；旆e巖相

塊狀細(xì)?；旆e巖相的Rb/Sr值平均為0.17，略低于層狀細(xì)粒長英沉積巖相，同樣形成于較為潮濕的氣候條件下。該巖相的Sr/Ba值(平均為0.92)與δU值(平均值0.97)中等，反映湖水鹽度增高、含氧量降低，沉積水體為缺氧半咸水。微觀分析顯示該巖相中粘土礦物、長英質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物相互摻雜，構(gòu)成不顯定向性的均勻混合物，少量粉砂級長英質(zhì)顆粒雜亂分布，表明其形成時(shí)沒有受到湖水分層的影響，主要沉積機(jī)制是短時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的快速、連續(xù)沉降，有機(jī)質(zhì)在這種高能水體環(huán)境中容易被打碎而難以保存，導(dǎo)致該巖相的TOC值在5種巖相中最低，僅為0.96%。綜合判斷該巖相形成于相對潮濕氣候，受控于間歇性洪水等事件沉積。

注：Rb/Sr高值指示潮濕氣候，低值指示干旱氣候；Sr/Ba>1為咸水，Sr/Ba<1為淡水；δU>1為缺氧，δU<1為含氧。

4.1.3 紋層狀細(xì)粒混積巖相

紋層狀細(xì)?；旆e巖相由不同紋層疊置發(fā)育構(gòu)成，紋層細(xì)密平直、界限清晰，證明其形成于安靜的分層水體[35]。該巖相的Rb/Sr值平均為0.14，Sr/Ba值平均為1.01，指示湖泊處于半濕潤氣候，水體發(fā)生輕度咸化，上下層水體的鹽度差是導(dǎo)致湖水分層的主要原因，較高的δU值(平均值1.15)表明下層水處于長期缺氧的還原環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)的長期保存，該巖相的TOC(總有機(jī)碳含量)值(5.29%)明顯高于其他巖相。

對于發(fā)育紋層結(jié)構(gòu)的細(xì)粒沉積巖來說，紋層的組分和疊置次序是沉積過程的直接記錄。碳酸鹽紋層形成于春、夏季溫度上升時(shí)期，藻類勃發(fā)消耗CO2引發(fā)碳酸鹽過飽和沉淀；長英質(zhì)紋層形成于夏季多雨期，間歇性強(qiáng)降雨輸入大量陸源碎屑，通過底流或異重流等方式搬運(yùn)至深水區(qū)并沉積；粘土-有機(jī)質(zhì)紋層形成于秋、冬季，藻類死亡后與懸浮的粘土礦物以絮凝物的方式沉積成層。這種典型的三元紋層結(jié)構(gòu)表明該巖相的形成受控于季節(jié)性氣候變化[36-37]。

4.1.4 紋層狀白云巖相

與紋層狀細(xì)粒混積巖相類似，紋層狀白云巖相同樣形成于受季節(jié)性氣候控制的分層水體，但其低Rb/Sr值(平均值0.06)與高Sr/Ba值(平均值1.62)指示沉積環(huán)境為干旱氣候下的咸化湖，高鹽度下水體分層穩(wěn)定，底部水循環(huán)停滯使沉積物處于強(qiáng)還原條件，δU值平均為1.33。該巖相的TOC值(2.21%)明顯低于同樣形成于水體分層條件下的紋層狀細(xì)?；旌蠋r相，是由于湖水較高的鹽度抑制藻類等生物的成長，降低了湖泊的生產(chǎn)力所致。該巖相由白云石紋層和粘土紋層相互疊置構(gòu)成層偶，長英質(zhì)紋層極少發(fā)育或不發(fā)育，表明陸源輸入的影響已經(jīng)很弱，綜合判斷認(rèn)為該巖相形成于半干旱氣候下的弱陸源供給環(huán)境。

4.1.5 塊狀白云巖相

塊狀白云巖相具有5種巖相中最低的Rb/Sr值(平均值0.04)和最高的Sr/Ba值(平均值1.83)，指示形成時(shí)氣候干旱，強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用使湖水鹽度快速升高。與紋層狀白云巖相類似，受高鹽度下湖泊低生產(chǎn)力的限制，該巖相TOC值進(jìn)一步降低，平均為1.27%。該巖相中碳酸鹽礦物平均含量高達(dá)77.2%，而長英質(zhì)礦物含量僅為6.7%，反映該巖相形成時(shí)陸源供給不足，沉積環(huán)境穩(wěn)定且無事件沉積影響，碳酸鹽礦物是主要的沉積產(chǎn)物。綜合判斷該巖相形成于長期干旱氣候下的化學(xué)沉淀作用。

4.2 巖相組合與沉積模式

在對研究區(qū)內(nèi)鉆遇孔二段的取心井進(jìn)行巖相劃分的過程中，發(fā)現(xiàn)單個(gè)巖相很少連續(xù)發(fā)育，基本上都是以2種或3種巖相的組合形式出現(xiàn)。這種不同巖相按照一定疊置次序構(gòu)成的巖相組合，類似于沉積學(xué)中的沉積韻律，可以反映一定時(shí)期內(nèi)湖泊細(xì)粒相區(qū)的沉積環(huán)境演化規(guī)律[38-39]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)主要發(fā)育4類典型的巖相組合，分別選取4段典型巖心，進(jìn)行XRF(X射線熒光光譜分析)掃描與巖石熱解分析。

第1類組合由層狀細(xì)粒長英沉積巖相和塊狀細(xì)粒混積巖相構(gòu)成(圖8)，主要發(fā)育在Ek2(2)中部和底部。巖心上呈現(xiàn)灰色、灰綠色等淺色，單個(gè)巖相層厚一般都在30 cm以上。構(gòu)成該組合的兩種巖相均形成于強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境，共同特點(diǎn)是陸源供給充足、長英質(zhì)礦物含量高，其中層狀細(xì)粒長英沉積巖相形成于周期性的底流或異重流沉積，塊狀細(xì)粒混積巖相形成于洪水引發(fā)的事件性沉積，兩類巖相交替發(fā)育主要受陸源輸入變化控制。XRF掃描與巖石熱解結(jié)果顯示，此類組合的Rb/Sr值均大于0.1，最高可達(dá)0.26，而Sr/Ba值和δU值均在1以下，TOC含量在0.6%～1.8%。整體上來看，第1類巖相組合發(fā)育時(shí)氣候濕潤、降雨充沛，湖泊快速擴(kuò)張，周邊水系將大量陸源碎屑注入湖盆，并伴有間歇性洪水事件，湖平面持續(xù)上升，整體為動(dòng)蕩的含氧半咸水環(huán)境。

圖8 滄東凹陷孔二段巖相組合與沉積模式Fig.8 Lithofacies assemblages and deposition modes of the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

第2類組合由塊狀細(xì)?；旆e巖相和紋層狀細(xì)?；旆e巖相構(gòu)成，在整個(gè)孔二段均有發(fā)育。巖心上以灰色、深灰色為主，局部呈灰綠色，巖相之間厚度變化較大(20～150 cm)，以塊狀構(gòu)造和紋層狀構(gòu)造的頻繁轉(zhuǎn)換為特征。從該組合的XRF掃描結(jié)果來看，Rb/Sr值和Sr/Ba值變化幅度較小，δU值也穩(wěn)定在1左右，說明沉積時(shí)氣候潮濕程度、水體鹽度和氧化還原性等環(huán)境因素變化不大，但不同樣品的TOC值有較大差異，主要是兩種巖相不同的成因機(jī)理導(dǎo)致的。整體來看，第2類組合發(fā)育時(shí)期氣候較為潮濕，且存在一定的季節(jié)性變化。該時(shí)期湖泊面積最廣，湖水達(dá)到最深并出現(xiàn)不穩(wěn)定分層，陸源輸入強(qiáng)度中等，但間歇性強(qiáng)降雨會(huì)引發(fā)洪水入湖，破壞湖水分層的同時(shí)也帶來較強(qiáng)的陸源輸入。

第3類組合以厚層的紋層狀細(xì)?；旆e巖相為主，夾有薄層紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相，主要發(fā)育在Ek2(3)的中上部。巖心上顏色較深，顯示深灰色或灰黑色，白云巖相薄層顯褐色。該組合中除塊狀白云巖相外均發(fā)育顯著的紋層狀構(gòu)造，表明湖泊處于長期穩(wěn)定的分層狀態(tài)。Rb/Sr值中等偏高，但在紋層狀和塊狀白云巖相處出現(xiàn)明顯的低值，TOC含量也有類似的變化規(guī)律，Sr/Ba值的分布則與之相反，其中塊狀白云巖相的Sr/Ba值最高可達(dá)1.92。綜合判斷，第3類組合發(fā)育時(shí)為半濕潤-半干旱氣候，陸源輸入強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，湖泊開始萎縮，湖泊水體鹽度上升、分層穩(wěn)定，氣候的季節(jié)性變化是控制沉積作用的主要因素，整體為安靜的缺氧半咸水環(huán)境[40]。

第4類組合主要為紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相的互層，局部夾少量紋層狀混積巖相，但厚度一般不超過20 cm，該組合主要發(fā)育在Ek2(1)的下部。巖心上呈褐色-灰褐色，不同巖相之間呈漸變過渡關(guān)系。兩類白云巖相均形成于干旱氣候，XRF掃描結(jié)果顯示，Rb/Sr值集中在0.05左右，僅在紋層狀細(xì)?；旆e巖相中出現(xiàn)高值，最大不超過0.15，Sr/Ba平均值高達(dá)1.63，TOC含量1.2%～2.8%?？傮w來看，白云巖相的大量發(fā)育表明該時(shí)期氣候持續(xù)干旱，湖平面處于較低位置，周邊物源的碎屑物質(zhì)輸入不足，湖泊面積最小且咸化嚴(yán)重，自生碳酸鹽礦物是該時(shí)期主要沉積產(chǎn)物。

4.3 湖泊環(huán)境演化

以位于滄東凹陷孔西斜坡區(qū)的G108-8井為例，孔二段除Ek2(2)上部和Ek2(4)下部2套砂巖外，共計(jì)發(fā)育細(xì)粒沉積巖400 m?；诶迕准墡r心描述的巖相劃分結(jié)果表明，孔二段沉積時(shí)期湖泊環(huán)境經(jīng)歷了多次旋回變化，巖相及巖相組合種類多、演化快。如圖9所示，按照不同巖相組合所反映的沉積環(huán)境演化過程，可以將孔二段沉積期分為3個(gè)階段。

圖9 滄東凹陷孔二段沉積環(huán)境綜合柱狀圖Fig.9 Composite column showing the depositional environment of the second member of the Kongdian Formation in the Cangdong Sag

第1階段為Ek2(4)～Ek2(3)時(shí)期。Ek2(4)初期發(fā)育一套三角洲相砂巖，之后湖泊快速擴(kuò)張，開始發(fā)育細(xì)粒沉積。Ek2(4)早期Rb/Sr為高值，Sr/Ba值和δU值較低，指示潮濕氣候下降雨充沛，湖泊水體為動(dòng)蕩的含氧淡水，該時(shí)期來自周邊物源區(qū)的大量陸源碎屑輸入湖盆，沉積物中以長英質(zhì)礦物為主，發(fā)育層狀細(xì)粒長英沉積巖相和塊狀細(xì)粒混積巖相，構(gòu)成第1類巖相組合。Ek2(4)中期Rb/Sr值開始降低，氣候潮濕程度減弱，整體為季節(jié)變化明顯的半潮濕-半干旱氣候，周邊淡水輸入也隨之減少，湖水鹽度和還原性增大，Sr/Ba值和δU值相應(yīng)升高，受此影響沉積物中長英質(zhì)減少而碳酸鹽增加，有機(jī)質(zhì)也得到良好保存，紋層狀細(xì)?；旆e巖相成為主要的巖相類型，與塊狀細(xì)?；旆e巖相構(gòu)成第2類巖相組合，或與白云巖相夾層構(gòu)成第3類巖相組合，一直持續(xù)到Ek2(3)結(jié)束。整體上，第1階段是湖泊水體加深、陸源輸入減弱和氣候變化影響增強(qiáng)的過程。

第2階段為Ek2(2)時(shí)期。該階段初期Rb/Sr值迅速升高，氣候趨于潮濕，大量淡水入湖并帶入氧氣，湖水鹽度降低，還原性減弱，Sr/Ba和δU均顯示低值，強(qiáng)物源供給影響下層狀細(xì)粒長英沉積巖相和塊狀細(xì)?；旆e巖相交替發(fā)育，構(gòu)成第1類巖相組合。此后氣候潮濕程度短暫回落，水體鹽度上升并出現(xiàn)分層，發(fā)育厚約40 m的第2類巖相組合，之后氣候再次轉(zhuǎn)為潮濕。第2階段的沉積環(huán)境總體上呈現(xiàn)潮濕-半潮濕-潮濕的旋回變化；末期受湖底扇相重力流沉積影響，發(fā)育一套近30 m的重力流砂巖。

第3階段為Ek2(1)時(shí)期。該階段初期Rb/Sr值達(dá)到最低，氣候持續(xù)干旱，強(qiáng)烈蒸發(fā)作用導(dǎo)致湖平面下降，水體鹽度也達(dá)到最大，湖泊缺乏外來碎屑物質(zhì)，碳酸鹽礦物成為主要的沉積產(chǎn)物，紋層狀白云巖相和塊狀白云巖相大量發(fā)育，構(gòu)成第四類巖相組合。至該階段中晚期，Rb/Sr值大幅升高，氣候由干旱轉(zhuǎn)為潮濕，Sr/Ba與δU快速降低，表明水體鹽度與還原性均出現(xiàn)明顯回落，巖相亦轉(zhuǎn)變?yōu)榈?類巖相組合。

5 結(jié)論

1) 孔二段沉積時(shí)期，滄東凹陷發(fā)育一套巖石類型復(fù)雜、沉積構(gòu)造多樣、垂向序列多變的細(xì)粒沉積，綜合考慮巖石類型、沉積構(gòu)造等，將其劃分為層狀細(xì)粒長英沉積巖相、塊狀細(xì)?；旆e巖相、紋層狀細(xì)?；旆e巖相、紋層狀白云巖相與塊狀白云巖相5種巖相類型。

2) 5種巖相特征各異，反映出形成機(jī)理與沉積微環(huán)境的不同。層狀細(xì)粒長英沉積巖相形成于濕潤氣候下的強(qiáng)物源供給環(huán)境；塊狀細(xì)粒混積巖相形成相對潮濕氣候，受控于間歇性洪水等事件沉積；紋層狀細(xì)?；旆e巖相形成于季節(jié)性氣候變化的分層水體，發(fā)育碳酸鹽紋層、長英質(zhì)紋層和有機(jī)質(zhì)-粘土紋層的“三元結(jié)構(gòu)”；紋層狀白云巖相形成于半干旱氣候下的咸化湖水，同樣受季節(jié)影響；塊狀白云巖相形成于長期干旱氣候下的化學(xué)沉淀作用，沉積環(huán)境穩(wěn)定且無事件沉積影響。

3) 單個(gè)巖相很少連續(xù)發(fā)育，而是按照一定疊置次序構(gòu)成巖相組合，反映一定時(shí)期內(nèi)的環(huán)境演化規(guī)律。研究區(qū)共發(fā)育4類典型巖相組合，從第1類到第4類組合，氣候從潮濕逐漸轉(zhuǎn)為干旱，湖泊從擴(kuò)張加深再到萎縮變淺，陸源輸入對沉積過程的影響依次減弱，而氣候的影響則逐步增強(qiáng)。按照不同巖相組合所反映的沉積環(huán)境演化過程，可以將孔二段沉積期分為3個(gè)階段。