早始新世極熱氣候時期咸化湖盆混合沉積作用
——以渤海灣盆地東營凹陷孔店組為例

譚先鋒，王 萍，王 佳，羅 龍, 梁 邁，譚東萍，況 昊

[1.復雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點實驗室，重慶 401331; 2.重慶科技學院 石油與天然氣工程學院，重慶 401331;3.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249]

“混合沉積現(xiàn)象”自Mount在1984年首次提出以來[1]，一直受到國內(nèi)外沉積地質學家的廣泛關注[2-7]，這種特殊的沉積現(xiàn)象廣泛發(fā)現(xiàn)于淺海陸棚、陸表海、濱淺湖、濱淺海及三角洲前緣等環(huán)境中[8-10]。在類似的研究報道中，有關湖泊環(huán)境中混合沉積現(xiàn)象的報道屢見不鮮[7,11-14]。與海洋相比，湖泊環(huán)境的規(guī)模較小，且受季節(jié)性氣候條件和物源供給的影響較大[15]，沉積厚度變化較快，容易形成薄互層的巖性組合[16]，這種巖性組合包括了灰?guī)r-砂巖、泥巖-泥晶灰?guī)r、砂巖-顆粒灰?guī)r、泥巖與顆粒灰?guī)r等混積層系[7,17]，這種互層型的混積層系在湖泊沉積記錄中廣泛存在，是混合沉積的宏觀表現(xiàn)形式。事實上，混合沉積現(xiàn)象遠不止互層型的混積層系這么簡單，在同一個巖石中的混積現(xiàn)象表現(xiàn)的更加豐富。典型的就是在鏡下薄片觀察時發(fā)現(xiàn)的碎屑顆粒和呈現(xiàn)基底式的泥晶方解石(少數(shù)為亮晶方解石和白云石)的共生現(xiàn)象[18]，也有生物顆粒中發(fā)現(xiàn)的大量碎屑顆?，F(xiàn)象，如川中龍崗地區(qū)的介殼灰?guī)r中出現(xiàn)的大量碎屑顆粒[14,19]，甚至還有少量的碳酸鹽內(nèi)顆粒和陸源碎屑顆粒的混合沉積現(xiàn)象[3-4]。這樣的沉積作用主要發(fā)生在濱淺湖環(huán)境的生物灘壩、砂壩和三角洲的前緣地帶[7,14,20]，其成因主要是碎屑物質的沉積分異和湖泊化學沉積分異的共同參與而形成，主要受控于構造條件、氣候條件和物質來源等因素[8]，也有學者探討其層序地層控制下的混合沉積作用規(guī)律[21]。隨著湖相混合沉積研究的深化，逐步開始由定性的描述向定量計算，由傳統(tǒng)的鏡下觀察向信息化手段的運用，如利用測井識別定量識別混積巖類型[22]，并開始對這一典型沉積現(xiàn)象與油氣的關系進行探討[23]，認為混積巖中存在很大的油氣儲集潛力，大量鈣質組分溶蝕為儲層發(fā)育提供了條件[9]。

鹽湖是一種特殊的湖泊類型，化學物質沉淀速度較快，可形成石膏、鹽巖及方解石等典型的化學物質[24-25]，可以形成大量的混合沉積記錄[26]。與開放性淡水湖泊不同的是湖泊中除了沉淀碳酸鈣之外，還可以原生形成石膏和鹽巖，有學者曾提出鹽湖中的混積巖應該也包括硫酸鹽的參與[26-28]。近年來，筆者在對濟陽坳陷古近系和柴達木盆地古近系的對比研究中發(fā)現(xiàn)，地層中存在一定數(shù)量的膏質砂巖，即砂巖中存在基底式分布的石膏[15]。濟陽坳陷古近系孔店組沉積中后期，受古新世末期的極熱氣候事件(IETM)影響，湖泊持續(xù)咸化，形成典型鹽湖[16]。本文以孔店組為例，深入探討該時期咸化湖盆的混合沉積作用并討論其研究意義，為混合沉積作用研究增添新的實例。

1 區(qū)域地質背景

東營凹陷位于渤海灣盆地東南緣，屬于濟陽坳陷次一級構造單元(圖1a)。古近紀早期，濟陽地區(qū)受NW向左行走滑斷層影響，形成一系列NE、NNE向斷裂，總體表現(xiàn)為北斷南超的半地塹式盆地構造，疊置在中生代陸相盆地之上[29]，形成了一系列箕狀斷陷湖盆，其中以東營箕狀斷陷湖盆最具有代表性[30]。該時期東營凹陷北邊發(fā)育陳家莊凸起，南邊發(fā)育廣饒凸起和魯西隆起，西邊發(fā)育濱縣凸起、林樊家凸起和青城凸起，東邊發(fā)育青坨子凸起(圖1b)，這些構造凸起與東營箕狀斷陷湖盆共同構成了一個完成的盆—山耦合體系，形成一個典型的箕狀斷陷湖泊；東營箕狀斷陷湖泊主要表現(xiàn)為北部斷裂活動發(fā)育，發(fā)育了陳南斷層、勝北斷層、永北斷層和利津斷層等斷裂帶，這些斷裂帶共同控制了東營箕狀斷陷湖盆的構造格局和沉積面貌，在北部地區(qū)形成了系列的粗粒碎屑巖沉積體，如近岸水下扇和扇三角洲等粗碎屑沉積體[31]；南部緩坡帶斷裂活動不發(fā)育，少量小型斷裂規(guī)模遠小于北部，構造格局控制了該時期沉積格局，主要為緩坡型的三角洲和濱淺湖沉積，沉積物粒度總體較細[15]。

圖1 東營凹陷研究區(qū)位置及地層結構Fig.1 Location and strata configuration of Dongying Sag

該時期沉積格局差異制約了地層巖性的橫向變化，沉積了一套孔店組的碎屑沉積物?？椎杲M為古新世和早始新世時期沉積的產(chǎn)物，主要為一套紅色碎屑沉積物(圖1c)。巖性上可分為3段，孔三段主要為紅色碎屑沉積，為斷陷初期的沉積產(chǎn)物，研究區(qū)大部分為剝蝕狀態(tài)，只有零星發(fā)育；孔二段主要為灰色碎屑沉積，為斷陷早期的產(chǎn)物，分布范圍比孔三段廣泛；孔一段為紅色碎屑沉積，為斷陷中期的沉積產(chǎn)物，由于該沉積期處于斷陷中期，湖盆水體覆蓋范圍較廣，所以沉積物質分布范圍較廣。受到斷裂活動和氣候條件的影響，東營箕狀斷陷湖盆物質分異作用強烈，湖盆中化學物質和碎屑物質同時分異，在湖盆中沉積了膏巖、灰?guī)r和灰質砂巖等巖石類型[16]。

2 樣品采集與實驗方法

本次研究重點選擇東營凹陷不同沉積區(qū)帶10口單井，共計256件樣品，所有樣品進行了系統(tǒng)配套拍照，巖心拍照500多張。巖石全巖樣品分析153件，巖石普通薄片分析78件，掃描電鏡43件，物性分析30件，碳氧同位素分析樣品20件。另外，為了更好的開展本研究，收集了勝利油田薄片分析資料1 000余份，碳氧同位素48份，物性分析資料300余份，掃描報告236份以及相關照片300多張。

巖石薄片分析在重慶科技學院復雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點實驗室完成，利用儀器為ZEISS AxioScope 40透反射光偏光顯微鏡，光源100 WHg燈，采用Axiovision Capture顯微鏡數(shù)字照相系統(tǒng)。對巖石樣品中的物質組構、顆粒和填隙物的相對含量進行了系統(tǒng)的統(tǒng)計，并對巖石樣品薄片進行系統(tǒng)拍照，每個薄片不少于30張照片。

巖石的主量元素、微量元素和稀土元素分析在中國核工業(yè)集團北京地質研究院APW2404 X-射線質譜儀進行。首先，準確稱取樣品0.050 0 g放入25 mL專用溶樣罐中，先用少量水潤濕，輕輕震動使樣品均勻，加入1 mL氫氟酸，3 mL硝酸，1 mL高氯酸，蓋上專用溶樣罐蓋，在低溫電熱板上200 ℃加熱溶解，待樣品分解后，打開溶樣罐，在低溫電熱板上加熱蒸至近干，滴加兩滴高氯酸，再次蒸至近干后加入1 ∶1硝酸3 mL蓋上專用溶樣罐蓋燜置一段時間。用1%硝酸提取至50 mL容量瓶中，搖均勻后在ICP-MS上采用在線內(nèi)標(Rh)法進行測量，得各樣品的測定結果。

為了系統(tǒng)分析砂巖中碳酸鹽礦物的成因，判定其是否為原始沉積環(huán)境下的混合沉積作用所形成的產(chǎn)物，重點選取了W100和SK1兩口井的20個不同碳酸鹽含量的樣品進行了分析，實驗測試在長江大學沉積盆地研究中心實驗室-GasbenchII氣體同位素質譜儀上采用磷酸法進行實驗分析，δ13C(PDB)和δ18O(PDB)的標準偏差分別為±0.2‰和±0.3‰。檢測依據(jù)：SY/T 5238—2008；實驗溫度25 ℃左右，濕度為60%RH 。

3 混合沉積現(xiàn)象

3.1 混積層系

混積層系是一種常見沉積現(xiàn)象[4]，普遍存在于地表露頭和鉆井巖心剖面中[8]。本次研究通過對濟陽坳陷10口典型單井鉆錄井剖面進行觀察，系統(tǒng)總結了區(qū)內(nèi)混積層系類型及疊加方式(圖2)，主要特征如下。

3.1.1 陸源碎屑巖與碳酸鹽巖的互層沉積

該類混合沉積現(xiàn)象在研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，以南部緩坡帶最為普遍。這種混合沉積現(xiàn)象主要表現(xiàn)為灰?guī)r與粉砂巖的交互沉積、泥質灰?guī)r與泥巖的交互沉積(圖2)。錄井資料顯示，灰?guī)r厚度一般較小，約為0.1～2 m，少數(shù)為比較純的灰?guī)r類型(圖2a)，多數(shù)灰?guī)r中碳酸鹽礦物成分不純，灰?guī)r夾層實際為含有少量粘土和粉砂的結構混合類灰?guī)r(圖2b—d)。巖心精細觀察表明，在粉砂巖和砂巖中普遍存在較多的鈣質夾層(圖3a)，夾層厚度非常小，約為0.1～0.5 cm，這種鈣質夾層類似于“夾心餅干”，廣泛存在于濱淺湖粉砂巖中。大量錄井資料顯示，南部緩坡帶的W46,WG100,W100,BG1等井區(qū)存在有較多的灰?guī)r(泥灰?guī)r)夾層，主要受南部緩坡帶濱淺湖物源供給和鈣化水介質條件制約。

3.1.2 陸源碎屑巖與硫酸鹽巖的互層沉積

該類混合沉積現(xiàn)象是一種典型的鹽湖沉積現(xiàn)象(Xiao Chuantao等，1999)，以中央洼陷帶最為普遍。該類混合沉積現(xiàn)象主要表現(xiàn)為膏巖與泥巖、膏巖與粉砂巖的交互沉積(圖2e—h)。錄井資料顯示，膏巖厚度不均勻，約為0.1～10 m，以薄層的膏巖夾層為主。膏巖成分不純，多數(shù)為含有粘土的膏巖類型。錄井資料顯示，這種混積層系主要發(fā)育在中央洼陷帶，如XDF10,XLS1和HK1等井位區(qū)，主要跟高濃度的封閉性鹽湖有關。

3.2 結構混合沉積

圖2 東營凹陷孔店組不同類型混積層系Fig.2 Mixed sequences of various kinds in the Kongdian Formation of Dongying Sag

圖3 東營凹陷孔店組混合沉積現(xiàn)象Fig.3 Mixed sedimentation in the Kongdian Formation of Dongying Saga.砂巖與泥晶灰?guī)r互層，W100井，埋深1 574.1 m；b.鈣質粉砂巖，W100井，埋深2 188.6 m；c.含鈣泥質粉砂巖，W100井，埋深2 264.2 m；d.含粉砂泥質灰?guī)r，W46井，埋深2 872 m；e.含鈣質泥質粉砂巖，W46井，埋深2 957.1 m；f.含鈣泥質砂巖，濁流沉積，SK1井，埋深5 954.9 m；g.白云質粉砂 巖，XLS1井，埋深4 412 m；h.藻類中含有少量碎屑砂，XLS1井，埋深4 340 m；i.含膏鈣質粉砂巖，XDF10井，埋深5 050 m

結構混合沉積現(xiàn)象在濱淺湖中普遍存在，尤其是在高濃度的化學型湖泊中廣泛發(fā)育。這種沉積物類型一般表現(xiàn)為陸源碎屑物質、碳酸鹽礦物和硫酸鹽礦物等以不同比例混合在一起，形成過渡類型的沉積巖?？紤]到成巖因素的影響，一般認為只有陸源碎屑物質或碳酸鹽(硫酸鹽)含量大于5%的沉積巖才可以稱為混積巖[3，11]。通過大量薄片觀察，東營凹陷廣泛發(fā)育結構混合沉積巖類型，主要表現(xiàn)為陸源碎屑巖—碳酸鹽和陸源碎屑巖—硫酸鹽，其中第一種混合最為普遍(圖3)。

3.2.1 陸源碎屑物質-碳酸鹽的混合

這種混合沉積在研究區(qū)最為普遍，主要表現(xiàn)為陸源碎屑物質和碳酸鹽類物質以不同比例的混合。由于粘土礦物多數(shù)是因為機械搬運-沉積作用形成的，所以一般也考慮為陸源碎屑物質[5]，碳酸鹽類物質主要包括方解石和白云石兩種礦物類型。大量薄片觀察表明，東營凹陷廣泛存在陸源碎屑物質(含粘土礦物)、方解石和白云石混合沉積現(xiàn)象，方解石和白云石主要以基底式膠結或孔隙式膠結方式存在(圖3b—i)，陸源碎屑顆粒多數(shù)“漂浮”在碳酸鹽礦物中，大量的粘土礦物充填在陸源碎屑顆粒中，與碳酸鹽礦物一起起到膠結的作用，陸源碎屑石英、長石等顆粒呈“漂浮狀”分布在粘土礦物和碳酸鹽礦物混合體系中(圖3d—f)。碳酸礦物主要為方解石和白云石，以泥微晶方解石和白云石為主，少數(shù)方解石重結晶形成較大的晶粒結構，碎屑顆粒以石英為主，分選和磨圓一般(圖3)。大量統(tǒng)計表明，碳酸鹽礦物含量最高可達25%，一般分布在5%～20%，白云石含量較小，少數(shù)巖石中有發(fā)現(xiàn)，碎屑顆粒含量一般在50%以上，較少有比較純的灰?guī)r或者白云巖(表1)。由于有陸源碎屑顆粒、碳酸鹽和粘土礦物的3種類型物質存在，通常形成鈣質砂巖、砂質灰?guī)r、泥質灰?guī)r和含鈣泥質砂巖等過渡類型的巖類。

表1 東營凹陷混合沉積巖微觀礦物特征Table 1 Minerology of the mixed deposits in Dongying Sag

3.2.2 陸源碎屑物質-硫酸鹽的混合

該類混合沉積巖類型一般發(fā)育在鹽湖環(huán)境中，主要為不同比例的陸源碎屑物質(含粘土礦物)和硫酸鹽的混合沉積[27]。通過對東營凹陷不同沉積部位的薄片進行鑒定，該類混合沉積現(xiàn)象主要發(fā)育在SK1，HK1和XDF10等井區(qū)，硫酸鹽以基底式和孔隙式膠結方式充填于碎屑顆粒中，碎屑顆粒以石英為主。大量微觀統(tǒng)計表明，硬石膏含量最高可達12%，多數(shù)為4%～8%(表1)，少數(shù)以硬石膏沉積為主的混合沉積巖當中，硬石膏含量可達80%以上。這種硫酸鹽和碎屑顆粒的混合沉積，根據(jù)不同的比例混合可形成含膏泥巖、含膏粉砂巖、膏質泥巖、膏質粉砂巖以及含粉砂質膏巖等混合巖類。

4 混合沉積過程及機制

4.1 混合沉積相類型

研究區(qū)新生代北部斷裂活動比較發(fā)育，形成了一個箕狀斷陷湖盆，孔店組沉積期為斷裂活動的初期，湖盆總體呈逐步擴大的趨勢。平面上，從北到南可以劃分出北部陡坡帶、中央洼陷帶(中央隆起帶)和南部緩坡帶[15-16]。通過對50口鉆井剖面的進行統(tǒng)計，并重點對不同部位的12口井的薄片進行鏡下觀察，結合沉積環(huán)境的變化規(guī)律，對不同區(qū)帶和不同時限的混合沉積現(xiàn)象進行了系統(tǒng)研究。按照孔店組沉積期的不同階段，建立了發(fā)生混合沉積的沉積相類型。

4.1.1 孔店組沉積早期

為斷陷的初期，北部陡坡帶開始發(fā)育斷裂活動，主要在北部地區(qū)發(fā)育小規(guī)模的湖泊，南部廣大地區(qū)主要為間歇性的洪泛平原(圖4)，大部分井區(qū)處于剝蝕狀態(tài)，如W46和W100井區(qū)，北部地區(qū)主要以淺湖—半深湖為主，如HK1，SK1和XDF10井區(qū)等。由于該時期為斷陷初期，湖泊面積較小，碎屑物質供給充足，化學沉淀作用較慢，以碎屑沉積作用為主。該時期混合沉積作用主要發(fā)生在濱淺湖泥坪環(huán)境和濱淺湖砂壩當中，且以碎屑沉積為背景，混積層系主要為鈣質砂巖與砂巖互層、泥質灰?guī)r與泥巖互層、膏質粉砂巖與泥巖互層；混積巖主要有少量的鈣質粉砂巖和膏質粉砂巖為主。

4.1.2 孔店組沉積中期

隨著斷陷活動的持續(xù)進行，該時期湖泊面積不斷擴大，區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)均被湖水所覆蓋。由于該時期經(jīng)歷了極熱氣候變化[32]，氣候炎熱，蒸發(fā)作用增強，湖水開始咸化，湖水開始由早期的以碎屑沉積為主的湖泊逐步開始向碎屑-化學型的湖泊過渡，湖泊鹽度持續(xù)增強[33]。該時期混合沉積主要發(fā)生在南部濱淺湖的泥坪和砂壩中，如WG1和W46井區(qū)；湖盆中央鹽度較高，深水區(qū)發(fā)育高鹽度深水混合沉積作用，如XDF10和SK1等井區(qū)。南部濱淺湖混積層系主要發(fā)育鈣質砂巖與砂巖互層、泥質灰?guī)r與泥巖互層，中央深水去主要發(fā)育膏質砂巖與泥巖互層、云質粉砂巖與膏巖互層；南部濱淺湖地區(qū)混積巖主要發(fā)育鈣質砂巖、鈣質粉砂巖、粉砂質灰?guī)r、泥質灰?guī)r和膏質粉砂巖，中央深水環(huán)境主要發(fā)育膏質粉砂巖、膏質泥巖和白云質粉砂巖。

圖4 東營地區(qū)孔店組沉積期混合沉積類型Fig.4 Mixed sedimentation types during the deposition of the Kongdian Formation of Dongying Sag

4.1.3 孔店組沉積晚期

經(jīng)歷了上一個時期的極熱氣候，湖水濃度較高，鹽度和堿度均達到了一定的程度[16]。盡管該時期氣候已經(jīng)逐步恢復到正常水平，但是湖泊鹽度仍然較高，化學性質的湖泊導致了混合沉積作用增強。該時期主要的混合沉積環(huán)境有南部的砂壩混合、生物淺灘混合和泥坪混合，如W100,XLS1和S10等井區(qū)；中央深水區(qū)的高鹽度混合沉積，如SK1,XDF和HK1等井區(qū)?；旆e層系包括南部的粉砂巖與灰?guī)r互層，生物灰?guī)r與粉砂巖互層，泥質灰?guī)r與泥巖互層，中央深水區(qū)的膏質砂巖與泥巖互層、云質粉砂巖與膏巖互層；混積巖有南部地區(qū)的鈣質粉砂巖、粉砂質生屑灰?guī)r、泥質灰?guī)r和膏質粉砂巖，中央深水區(qū)的膏質粉砂巖、膏質泥巖和白云質粉砂巖。

4.2 混合沉積機制

近30年來，混合沉積現(xiàn)象受到了眾多學者的廣泛關注，有關混合沉積作用的發(fā)生過程、物質效應和機制等問題是大家重點關注的對象。對混積巖的成因問題形成了一些共識，主要有間斷混合、相緣混合沉積、原地混合和源地混合[3-4]。研究區(qū)孔店組沉積期主要為斷陷型湖泊的早期，湖泊規(guī)模較小，混合沉積方式主要以相緣混合為主，少量間斷混合和原地混合沉積，并主要受到如下4個因素的制約。

4.2.1 物源供給

這個因素是發(fā)生混合的制約因素，尤其是在陸相湖泊沉積環(huán)境中。陸相湖泊由于規(guī)模遠較海洋小，離物源較近，相緣混合規(guī)模和時限均有限?；旌铣练e發(fā)生的理想場所主要是淺湖地帶，其規(guī)模也遠遠比海洋環(huán)境的陸棚規(guī)模要小得多[8,34]，物源供給對混合沉積影響較大，陸相湖泊中發(fā)生混合沉積的條件要求也更高，尤其是發(fā)生相緣混合沉積。東營斷陷湖泊在孔店組沉積期，北部陡坡帶，物源供給充足，相帶很窄，不容易發(fā)生理想的混合沉積作用；在南部緩坡帶，地域寬闊，發(fā)育幾個典型三角洲-河流沉積，沉積物源向湖盆推進的過程中，發(fā)生分異、卸載，較少有顆粒到達靠近湖盆中央的地帶，顆粒呈漂浮狀態(tài)出現(xiàn)，在這些過渡地帶，容易發(fā)生混合沉積作用。

4.2.2 湖泊水化學性質

湖泊水化學條件是制約混合沉積的重要因素，尤其是對于高鹽度湖泊條件下的沉積作用?？椎杲M沉積中-晚期，廣泛發(fā)育膏巖、巖鹽等化學沉積(圖5)，部分井區(qū)厚度還較大，說明該時期為高鹽度湖泊[24]。通過建立典型單井鹽度變化曲線也表明[16]，孔店組沉積期有鹽度逐漸增加的趨勢，說明湖泊隨著時間的推移，在逐漸咸化，向化學型湖泊過渡，在遠離湖岸的淺湖-半深湖-深湖環(huán)境中，主要以化學沉積為背景，嚴重缺乏陸源物質供給，只有粒度非常細小的粘土級和粉砂級的顆粒能到達，充填到以化學沉積為背景的沉積物當中，形成漂浮狀的混積過渡巖類。需要說明的是，化學沉積和碎屑沉積的發(fā)生過程是跟兩個元素密切相關的，如陸源碎屑物質隨著季節(jié)變化，間歇性的爆發(fā)或者停歇，就會在遠離湖岸的地帶交替沉積混積層系。

4.2.3 湖泊水動力

圖5 東營凹陷孔店組高鹽度湖泊沉積特征Fig.5 Characterization of sedimentation in high-salinity lakes of the Kongdian Formation in Dongying Saga.膏質泥巖，HK1井，埋深1 574.2 m；b.粉砂巖中的石膏，XDF10井,埋深4 360 m

湖泊規(guī)模較小，不會像海洋那樣發(fā)生大規(guī)模海嘯以及大規(guī)模的漲落潮，但湖泊中的波浪作用，季節(jié)性變化出現(xiàn)引起的水體運動也是制約混合沉積的重要因素。這種因素可能導致了間斷混合的直接發(fā)生，波浪作用可能將一個地方的沉積物質搬運到以化學沉積為背景的沉積區(qū)，形成了間斷混合，從而造成混合沉積。東營斷陷湖泊中遠端濁積扇也比較發(fā)育，說明了湖泊中發(fā)生異地間斷混合沉積的可能性是存在的。

4.2.4 湖平面升降

湖平面升降旋回變化首先導致了沉積區(qū)帶的交替往復，可以形成不同的混積層系，也可以導致混合沉積相帶的遷移變化。東營斷陷湖泊孔店組沉積期為一個持續(xù)斷陷，相對湖平面不斷增加的趨勢，這種湖水面積擴大，加速了物源卸載的進程，導致搬運到湖中心的碎屑物質變少。總體來看，混合沉積在整個孔店組沉積期是逐漸加強。如圖6所示，W100井區(qū)湖平面總體呈上升的趨勢，鏡下特征表明，鈣質充填物逐漸增加，巖石微觀結構演變?yōu)椤捌　睜罱佑|，說明鈣質組分多數(shù)為原生沉淀碳酸鈣。方解石和Ca元素的含量均呈現(xiàn)增加的趨勢(圖6)，達到了混合沉積的含量要求，由此說明了隨著湖平面上升，碎屑物質極少達到該地區(qū)，化學性質的沉淀占了主導地位，來自臨近相區(qū)的碎屑顆粒間歇性的漂浮到該沉積區(qū)，形成了混積層系和混積巖。

5 討論

5.1 湖泊咸化過程中的混合沉積作用

古新世/始新世之交，全球發(fā)生了極熱氣候事件，全球溫度平均上升5～6 ℃[35-36]，Moore在最新的一項研究中定量計算了65年時間內(nèi)湖泊蒸發(fā)量與咸化作用的關系，提出干旱氣候變化對湖泊咸化的制約作用[37]。全球范圍內(nèi)，氣候交替變化導致了湖泊環(huán)境的深刻變化[38]，天文軌道旋回的周期性變化導致了氣候的交替變化，進而造成了陸地地表湖泊環(huán)境的變化。干旱氣候環(huán)境下，加劇了湖泊的咸化過程，形成系列咸化湖泊。在湖泊咸化的過程中，由于受到了化學分異和機械分異作用的雙重效應，進而在部分沉積相帶會形成咸化湖泊的特殊沉積組構和物質聚集規(guī)律，進而沉積不同類型和組合方式的混積巖類[28]。這種沉積環(huán)境下形成的混合沉積遠遠不同于一般的淡水湖泊中的混合沉積類型，最典型的特征就是陸源碎屑巖、碳酸鹽和硫酸鹽的混合沉積[27]。研究表明，新生代出現(xiàn)了多次短暫的熱氣候事件，在全球出現(xiàn)了強烈的反應，如海洋酸化、CCD界面(碳酸鈣補償深度)大幅度上升[35]等變化。極端干旱氣候條件會加劇湖水的濃縮和咸化，影響了中國北方陸相湖泊的環(huán)境變化和物質過程[16,39]，造成了湖泊環(huán)境的不斷咸化，形成了系列鹽湖。不少學者也意識到鹽湖環(huán)境下的混合沉積作用現(xiàn)象，對這特殊沉積環(huán)境下的混合沉積作用的機理[28]、混積巖石類型[27]、混積巖的分類體系[39]和油氣儲層特征[26]等方面進行了探索。

圖7 東營凹陷極熱氣候時期物質響應(W46井)Fig.7 Response of the Kongdian Formation of Dongying Sag to the initial Eocene thermal maximum event(Well W-46)

孔店組沉積期經(jīng)歷了古新世/始新世的轉變期[16]，盡管具體時限還無法完全確定，但在孔店組二段出現(xiàn)了大量黑色泥巖和碳同位素的負漂移現(xiàn)象證實了經(jīng)歷極熱事件的可能性(圖7)。粉分析也表明，東營地區(qū)古近紀經(jīng)歷了持續(xù)極熱的干旱氣候時期，經(jīng)歷了持續(xù)極熱—溫室交替—持續(xù)溫暖的階段[32]。湖盆水體氧化還原變化也表明，極熱氣候時期的缺氧變化在該地區(qū)的元素地球化學響應上廣泛存在[33]，這種極熱干旱環(huán)境是引起東營斷陷湖盆咸化的關鍵因素。根據(jù)沉積相劃分原則，編制了東營凹陷孔店組沉積相平面圖，并以XDF10井為例，開展孔店組沉積期的湖泊環(huán)境變化時空分析，系統(tǒng)揭示湖泊環(huán)境的咸化過程。從平面圖上可以看出，孔店組沉積早期，東營凹陷湖盆水域很小，為斷陷初期，湖盆以碎屑沉積為主，物源供給相對比較充分，沉積補償較好，XDF10井顯示，該時期主要為沉積較粗的碎屑顆粒沉積，該時期混合沉積作用比較弱，以含鈣砂巖為主；孔店組沉積中期經(jīng)歷了極熱氣候，平面圖上看出化學湖泊區(qū)開始出現(xiàn)，湖水咸化開始加劇，XDF10井顯示，該時期主要沉積鈣質砂巖、膏質砂巖和泥巖為主；孔店組沉積晚期，氣候恢復溫暖潮濕[32]，但是咸化湖盆仍然未得到改善，湖水比較封閉，化學湖泊沉積區(qū)擴大，該時期混合沉積作用加強，XDF10井顯示，該時期主要為白云質砂巖、灰質砂巖和膏質泥巖等混合類型(圖8)。

5.2 混合沉積對油氣儲層的貢獻

混合沉積作用自被提出以來，越來越受到了廣大學者的重視。盡管在沉積學領域，這只是一個非常特殊的沉積現(xiàn)象，但具有非常重要的研究意義[8]。近年來，混合沉積作用在油氣勘探中的地位越來越受到關注[11]?；旌铣练e作用除了可以形成較好的生儲蓋組合之外，在儲層研究中同樣具有非常重要的價值[9]，各大油田均發(fā)現(xiàn)了一定規(guī)模的混積巖為儲層的油藏，如大港灘海區(qū)古近系[40]、東營凹陷金家地區(qū)古近系[7]和柴西北區(qū)古近系[11]。

圖8 東營地區(qū)孔店組沉積期時空演化Fig.8 Spatio-temporal evolution during the deposition of Kongdian Formation in Dongying Sag

研究表明，混合沉積的油氣儲層貢獻主要體現(xiàn)在具有能提供溶蝕作用的組分[9]，特別是在深部儲層開放成巖體系中，碳酸鹽組分和硫酸鹽組分的溶蝕能力較強，形成次生孔隙的可能性較大，這種次生孔隙與后期的裂縫系統(tǒng)搭配，可以形成很好的儲層空間，具有較好的孔滲能力[9,23]。研究區(qū)孔店組混合沉積中這種現(xiàn)象比較普遍，孔店組埋藏深度較大，斷裂活動強烈，混合沉積巖中多發(fā)于溶蝕作用(圖9a，b)和裂縫作用(圖9c)，這是研究區(qū)孔店組深部儲層改造的重要因素。多數(shù)情況下，混合沉積作用多發(fā)生于陸源碎屑物質補充不足的環(huán)境中[28]，缺乏充足的陸源碎屑物質補給，主要在遠離湖岸的淺湖和半深湖中沉積細粒巖，如粉砂質灰?guī)r和鈣質泥巖等，這種類型的混積巖在成巖改造過程中要形成大規(guī)模的次生孔隙比較困難，主要以納米級的孔隙為主[23,26]，難以形成大規(guī)模儲層常規(guī)儲層，但大量鈣質存在，可以為細粒巖的非常規(guī)壓裂改造提供有力支持[41]。研究區(qū)孔店組廣泛發(fā)育碎屑巖-碳酸鹽-粘土礦物的三元混合的沉積，碎屑顆粒較少，碳酸鹽和粘土礦物為主要背景(圖9d)，這種混合沉積巖很難發(fā)育常規(guī)的裂縫-孔隙型儲層，以非常規(guī)儲層為主。

5.3 混合沉積對古環(huán)境恢復的貢獻

圖9 東營凹陷混積巖儲層微觀特征Fig.9 Microscopic characteristics of the mixed siliciclastic-carbonate reservoirs in the Kongdian Formation in Dongying Saga.灰質砂巖中的碳酸鹽溶蝕孔，埋深4 071.5 m，XDF10井；b.含膏粉砂巖中的膏巖溶蝕孔，埋深4 058 m，XDF10井；c.鈣質粉砂巖中的裂縫及充填,埋深4 171.5 m,XDF10井；d.含粉砂鈣質泥巖中的裂縫及溶孔,埋深2 918.13,W46井

圖10 東營地區(qū)孔店組混積巖中的同位素及鏡下特征Fig.10 Isotopes and their microscopic images from the mixed siliciclastic-carbonate sequences in the Kongdian Formation of Dongying Saga.碳、氧同位素特征；b.灰質砂巖,埋深1 501.95 m;c.泥質粉砂巖,埋深1 861.8 m;d.泥質粉砂巖,埋深2 264.2 m;e.粉砂巖,埋深2 264.2 m

利用碳酸鹽巖同位素數(shù)據(jù)可以恢復古海洋(湖泊)環(huán)境，原始沉積的碳酸鹽巖中的元素依賴于海洋(湖泊)環(huán)境，排除成巖過程的鈣質沉淀的干擾，一般具有較好的耦合性[42]。碎屑巖中成分復雜，多數(shù)組分是異地搬運而來，不能直接反應沉積水體環(huán)境的問題，如水深、氧化還原、鹽度和堿度等相關問題。也有學者利用碎屑巖中的碳酸鹽膠結物來探索古環(huán)境和成巖埋藏的關系問題[43]，這種恢復最大難度在于要確定碎屑巖中的碳酸鹽礦物是否為原生沉淀？這是制約碎屑巖古環(huán)境恢復的關鍵問題。

本次研究選取W100井和SK1井中的碳酸鹽含量較高的碎屑巖進行了碳氧同位素測定(圖10)，鏡下特征也表明具有明顯的原始沉積特征，測定的碳氧同位素基本可以反映相關沉積環(huán)境(圖10)。圖中顯示，W100井的濱淺湖環(huán)境的氧同位素明顯高于SK1井的半深湖高鹽度環(huán)境，這可能跟W100井離湖岸較近，受到大氣淡水作用有關；在W100的樣品點中，樣品點(b)的碳同位素明顯低于樣品點(c)和(d)，巖石鏡下特征表明，樣品點(b)碳酸鹽含量明顯較高，顆粒呈漂浮狀態(tài)，碳酸鈣以原生混合沉積作用形成，可以反映原始沉積環(huán)境。因此，在進行碎屑巖中的碳氧同位素測時，必須要結合鏡下特征，排除成巖作用礦物的影響，才能利用混合沉積作用真實的反映原始沉積環(huán)境。

6 結論

1) 早始新世時期，東營凹陷孔店組沉積中現(xiàn)在廣泛現(xiàn)在混合沉積現(xiàn)象，包括混積層系和結構混合沉積兩種類型?；旆e層系主要包括陸源碎屑巖與碳酸鹽巖的互層沉積和陸源碎屑巖與硫酸鹽巖的互層沉積；結構混合沉積主要包括陸源碎屑物質與碳酸鹽的結構混合和陸源碎屑物質與硫酸鹽的結構混合沉積，前者主要形成鈣質砂巖、砂質灰?guī)r、泥質灰?guī)r和含鈣泥質砂巖等混合巖類，后者主要形成膏質泥巖、膏質粉砂巖和含粉砂質膏巖等混合巖類。

2) 孔店組沉積期不同階段具有不同的混積相帶特征，早期混合沉積發(fā)育在濱淺湖泥坪環(huán)境和濱淺湖砂壩等環(huán)境中，混積層系包括鈣質砂巖與砂巖互層等；混積巖包括鈣質粉砂巖和膏質粉砂巖等；中期受到極熱氣候影響，混合沉積主要發(fā)生泥坪、砂壩和高鹽度深水環(huán)境中，混積層系包括鈣質砂巖與砂巖互層、膏質砂巖與泥巖互層等；混積巖主要發(fā)育鈣質砂巖、膏質粉砂巖等；晚期湖盆咸化持續(xù)，混合沉積主要發(fā)生在泥坪、砂壩、高鹽度深水環(huán)境和生物淺灘等環(huán)境中，混積層系主要包括粉砂巖與灰?guī)r互層、生物灰?guī)r與粉砂巖互層等；混積巖包括鈣質粉砂巖、粉砂質生屑灰?guī)r和膏質粉砂巖等?；旌铣练e主要以相緣混合為主，發(fā)育少量間斷混合和原地混合類型，受到物源供給、水化學性質、水動力和湖平面升降等制約。

3) 孔店組沉積期經(jīng)歷了IETM事件的影響，湖盆咸化作用強烈，咸化過程與碎屑物質的充注同時進行，形成了系列的混合沉積現(xiàn)象；混合沉積作用對油氣勘探具有重要意義，埋藏過程中的碳酸鹽組分、硫酸鹽組分溶蝕以及裂縫作用均可以改造儲層，微觀納米孔隙也是儲層空間的重要補充；通過分析測定混合沉積中的化學組分的微量元素與同位素等，可以很好地恢復古湖泊環(huán)境，具有重要的古環(huán)境意義。

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