沙河街組三段下亞段細粒沉積巖巖相特征與沉積演化

劉丹(大慶油田有限責任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

近些年結合全球范圍內頁巖油的勘探和開發(fā)情況來看，以中國和美國為主已經取得了較大的突破和進展。而中國當前現存的頁巖油產量也較為樂觀，這其中渤海灣盆地沾化凹陷沙河街組三段下亞段具有較為豐富的細膩沉積巖，平均厚度達到了300 m左右，分布的規(guī)模超過了1 000 km，經過常規(guī)的油氣勘探能發(fā)現有較好的頁巖油勘探前景。但是巖層的性質以及分布規(guī)律，將直接影響勘探的有效性。那么落實好沾化凹陷頁巖油勘探工作的創(chuàng)新，必須要結合其沉積巖的巖相特征以及沉積演化規(guī)律進行分析。

1 渤海灣盆地沾化凹陷沙河街組三段下亞段的基礎地理概況

針對渤海灣盆地沾化凹陷沙河街組三段下亞段整體的地形結構進行勘測之后，能夠發(fā)現北部較為陡峭，南部趨于平緩，整體面積接近2 800 km2。

地形結構在古近紀時期進行伸展，存在較為明顯的陷裂狀態(tài)，由下而上主要分為三個階段，以發(fā)育孔店組、沙河街組以及東營組為主。地層結構的凹陷斷裂發(fā)育程度在沙三段沉積之前不夠活躍，該時期的氣象條件主要為干旱氣候發(fā)育主體以濱、淺湖沉積階段為主。后續(xù)該位置的氣候逐漸轉化為了亞熱帶濕潤性氣候，同時盆地本身的成交速度也出現了較為明顯的變化，進一步加劇了該區(qū)域的地層擴張速度，導致湖泊的最大深度逐漸變深，同時中心沙三段下亞段出現了200～300 m的細粒沉積巖。

在沙三段下亞段的沉寂期，主要沾化凹陷位于東經119度以及北緯37度，湖水的深度超過了50 m，以發(fā)育咸水和半咸水為主，水體環(huán)境多變。

2 渤海灣盆地沾化凹陷沙河街組三段下亞段的巖相結構分析

建立在巖石成因的角度，分析具體的巖石物質組分以及沉積構造結合其差異性，可以將該區(qū)域的細粒沉積巖劃分為5個類型。

2.1 藻灰?guī)r

結合主要的分布區(qū)域來講，藻灰?guī)r主要分布在區(qū)域底部十幾米左右的巖石層內，大部分為灰色的塊狀巖石，薄片中可以發(fā)現大量直徑在100～500 μm的藻粒，藻粒之間能夠發(fā)現較多的亮晶方解石膠結物以及螺化石，這表明該位置的巖石形成于淺水環(huán)境[1]。

2.2 紋層狀泥灰?guī)r

紋層狀泥灰?guī)r主要分布在該地形結構的中下部，大部分為深灰色以及灰色的巖石結構，紋層發(fā)育較為明顯。其中泥晶方解石構成了亮色紋層，其他的物質較少。粘土礦物構成了暗色紋層，其中含有少量的微晶石英以及有機質。整體的紋層狀態(tài)保存較為完好，證明并未受到水動力的擾動以及破壞，因此往往處于水動力較弱的深水環(huán)境中[2]。

2.3 紋層狀重結晶灰?guī)r

該種類型的巖石結構的巖心上，出現了大量毫米級的方解石脈體，具有較強的連續(xù)性，同時能夠看到少量的馬牙狀脈體以及粒狀亮晶方解石。

從地層結構的具體演變規(guī)律角度來講，紋層狀結晶灰?guī)r的形成往往和紋層狀灰?guī)r有一定的關系，若灰?guī)r中的 VTOC含量大于2%，同時有機質成熟期間會存在生烴作用，會形成亮晶方解石。與此同時產生的高壓也會加劇區(qū)域結構的裂隙發(fā)育程度，進一步為亮晶方解石的發(fā)育提供了大量的空間。

2.4 紋層狀灰質泥巖

這區(qū)域的平直紋層中涵蓋大量的蚊蟲狀灰質泥巖，有一定的連續(xù)性發(fā)育特點。巖石的薄片中可以看到少量的陸源碎屑以及粘土礦物構成的紋理，兩種紋層的厚度較為穩(wěn)定，連續(xù)性較好。另外能夠見到大量的介形蟲碎片。

這其中陸源碎屑紋層、粘土礦物以及有機質紋層構成了年紋層結構，發(fā)展到中新世階段，整體的地質變化規(guī)律以年為周期。同時河水的走向也進一步加劇了區(qū)域沉積物的沉積以及搬運速度，原本涵蓋在陸源碎屑內的大量介形蟲會跟隨著河水的運動沉積到區(qū)域的巖層中。因此巖石中會含有大量的介形蟲完整化石。

2.5 塊狀灰質泥巖

灰質泥巖的顏色主要為灰色，其厚度往往在數厘米乃至數十厘米，與其他的巖石結構之間存在著一定的突變接觸狀態(tài)。通過分解觀察之后發(fā)現在塊狀灰質泥巖中夾雜著大量的陸源碎屑，同時有較多的微沖刷面。綜合該區(qū)域的地形變化情況進行分析，可以發(fā)現該區(qū)域的塊狀灰質泥巖是河流末端水流稀釋以及沉積物沉淀形成的。在地殼運動的影響下，區(qū)域河流出現了濁流運動，大量的泥質沉積物隨著水流進行搬運結合最遠的搬運距離來看，沖刷面的面積覆蓋范圍較大，沉積作用持續(xù)了近90 d，因此其中大量的浮游藻類以及生物化學作用形成的泥晶方解石共同沉淀，最終形成了方解石和Toc含量較高的塊狀灰質泥巖。

3 沉積環(huán)境的具體演化流程

3.1 自然氣候的變化

結合湖相沉積內的大量孢粉進行分析，能夠發(fā)現古氣候條件和具體的變化情況。該區(qū)域的沉積物中共識別出了孢粉51類，結合不同孢粉的實際生長特點可以將其劃分成喜熱組、喜溫組、廣溫組。同時結合其對生長溫度以及生長濕度的要求，可以將其劃分為濕生組、中生組以及旱生組[3]。由此可以識別不同孢粉的實際生長濕度以及溫度條件，從而能夠推算出古氣候環(huán)境的具體變化情況。證明該階段的溫度在后期逐步提升，但是經過前期的研究表明，該區(qū)域古近紀CO2分壓是現今的2～4倍，溫度比現今高8～12 ℃左右。因此，雖然沙三段下亞段沉積期古溫度相較于沙三段上亞段偏低，但其絕對溫度并不低。

3.2 古鹽度變化情況

結合元素地球化學特征以及有機地球化學指標，可以分析出該區(qū)域內的沉積期水體的鹽度變化情況。本文是建立在B/Ca比值、伽瑪蠟烷以及couth硼濃度的基礎上進行古鹽度恢復，并且結合不同的指標進行恢復結果的分析。

結合分析結果顯示，該區(qū)域內水體中的古猿度呈現著自下而上的降低趨勢，例如：羅69井3 040～3 136 m，隨著埋深逐步減小，上述三個參數也在逐步下降，表明水體鹽度逐漸降低；3034 m以淺的區(qū)域，經檢測3項指標數值較為穩(wěn)定，指示水體鹽度相對穩(wěn)定。結合當前的水體鹽度標準來看，羅69井3 065～3 140 m層段為咸水及超咸水環(huán)境，3 065 m淺為半咸水環(huán)境。

3.3 古生態(tài)變化情況

在湖泊的古生態(tài)變化過程中，藻類是其中的重要組成部分，同時也是對整體巖層結構演化具有較強指示性作用的重要依據。結合沉積巖中的藻類進行統(tǒng)計，針對其類型，這些劃分可以分為規(guī)則斗篷藻屬、螺旋阿普第藻屬、錐形阿普第藻屬、明顯圓藻屬、美麗副多甲藻屬以及粒皺錐藻屬等類別。綜合生物標志化合物的數據來講，渤海灣盆地沾化凹陷沙河街組三段下亞段不同巖相的甲藻甾烷豐度都呈現較高的狀態(tài)，這表明沉積水體中含有大量的有機微生物及溝鞭藻[4]。同時也有研究表明，溝鞭藻不僅能夠生活在海相水體中，也可以生活在陸相的湖盆水體中。因此結合微生物的具體生態(tài)現象進行分析，該區(qū)域的生活環(huán)境以微咸水或咸水為主，對微生物的生存以及繁衍有較大的促進作用。

3.4 研究結果分析

沾化凹陷沙三段下亞段自下而上為5種不同的細粒沉積巖巖相，即藻灰?guī)r、紋層狀泥灰?guī)r、紋層狀重結晶灰?guī)r、紋層狀灰質泥巖以及塊狀灰質泥巖。藻灰?guī)r產生于淺水環(huán)境，含有底棲藻類；紋層狀泥灰由弱陸源輸形成，含有年紋層沉積；紋層狀重結晶灰?guī)r是含有較高TOC的紋層狀泥灰?guī)r轉化而成；紋層狀灰質泥巖是在陸源輸入的影響下沉積而成，擁有年紋層構造；塊狀灰質泥巖為較強陸源輸入背景下的泥質濁流沉積。

另外結合該區(qū)域的地層演變情況來講，主要涉及到了以下幾種環(huán)境演變階段：首先沉積環(huán)境的變化導致沉積物呈現了垂直分布的規(guī)律。這種演化規(guī)律與每一個階段的時間地層發(fā)育情況有一定的關聯在沉積演化的第一階段到第三階段。整體的氣候條件較為干旱，陸源輸入的強度不高，湖盆中的自生灰?guī)r占據了絕大部分的比例。在沉積演化的第四到第五階段，整體的氣候條件逐漸趨于濕熱，陸源輸入的作用逐步增強，導致紋層狀的灰質泥巖以及塊狀灰質泥巖也增多。

4 結語

綜上所述，渤海灣盆地沾化凹陷沙河街組三段下亞段的細粒沉積巖相特征主要分為5個不同的部分，沉積演化的規(guī)律也隨著溫度以及氣候濕度進行變化，這都可以為區(qū)域的頁巖油開采和勘探提供明確的指向，同時也能夠為區(qū)域地層勘探技術體系的創(chuàng)新奠定基礎。