湖相碳酸鹽巖沉積微相類型及沉積模式
——以坎波斯盆地東部下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖為例

熊連橋,李建平,謝曉軍,蔡露露,廖計華,許曉明

1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028

2.中國海洋石油國際有限公司，北京 100027

0 引言

巴西東南部的桑托斯盆地、坎波斯盆地及埃斯皮里圖桑托盆地合稱為大坎波斯盆地，盆地下白堊統(tǒng)普遍發(fā)育湖相碳酸鹽巖[1-3]，并且油氣探明可采儲量接近500億桶，其中桑托斯盆地約437億桶，坎波斯盆地約58億桶[4]，兩個盆地相同的層位，油氣儲量差異巨大。隨著勘探區(qū)塊水深加大，鉆井成本高企；湖相碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性強，勘探風(fēng)險增大。近年來，坎波斯盆地東部深水區(qū)下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖發(fā)現(xiàn)大量的硅質(zhì)膠結(jié)或交代等硅化現(xiàn)象[5]，形成硅化碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)，部分碳酸鹽巖完全蝕變?yōu)楣栀|(zhì)巖，原始碳酸鹽巖沉積組構(gòu)消失，對沉積環(huán)境研究帶來困難。這些硅化碳酸鹽巖的出現(xiàn)，導(dǎo)致原始碳酸鹽巖沉積環(huán)境認(rèn)識不清，對碳酸鹽巖儲集層的認(rèn)識程度降低，儲層的分布規(guī)律更是不明，給深水油氣勘探帶來了挑戰(zhàn)。因此，有必要對坎波斯盆地下白堊統(tǒng)硅化碳酸鹽巖進行研究。

湖相碳酸鹽巖受古氣候、古水介質(zhì)和古水動力條件影響較大，分布比較局限，厚度變化較大[6]。不同的構(gòu)造背景下，湖泊的沉積環(huán)境多樣，到目前為止，尚無學(xué)者對湖相碳酸鹽巖建立一個完整可靠、代表性強的沉積模式[6-7]。關(guān)于湖相碳酸鹽巖的沉積相模式，有學(xué)者根據(jù)湖盆發(fā)育階段[8]、湖泊水文狀況[9]、水深和水動力條件[10]、相帶發(fā)育特點[6]等建立起相應(yīng)的沉積相模式，但是這些研究成果大多針對小型湖泊碳酸鹽巖沉積。而早白堊世，大坎波斯盆地東西寬度可達(dá)400 km左右[11]，湖盆規(guī)模巨大。近年有學(xué)者[3]提出坎波斯盆地下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖屬于斷陷湖盆邊緣鑲邊臺地介殼灰?guī)r沉積模式，但這一模式尚未提到藻礁，并對生物礁的定義還存在爭議。雖然前人對研究區(qū)湖相碳酸鹽巖取得了一定的研究成果，但對深水區(qū)遭受硅化的湖相碳酸鹽巖沉積環(huán)境及沉積模式尚無系統(tǒng)研究。

在前人研究的基礎(chǔ)上，分析影響坎波斯盆地下白堊統(tǒng)硅化碳酸鹽巖發(fā)育的古地貌、古水介質(zhì)、湖平面變化特征，識別硅化碳酸鹽巖原始組構(gòu)及生物化石，以明確硅化碳酸鹽巖的原始沉積微相和沉積環(huán)境，厘清湖相碳酸鹽巖發(fā)育的主控因素，建立相應(yīng)的沉積模式。通過系統(tǒng)的沉積學(xué)研究，可為碳酸鹽巖硅化作用過程研究奠定理論基礎(chǔ)，也對本區(qū)硅化碳酸鹽巖的油氣勘探具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 碳酸鹽巖沉積背景

早白堊世，西岡瓦納大陸由南向北裂開[12]，大坎波斯盆地總體上經(jīng)歷了三期構(gòu)造演化：陸內(nèi)裂谷期、過渡期和被動大陸邊緣期[4]。

(1)陸內(nèi)裂谷期始于早白堊世凡蘭吟期，構(gòu)造活動強，盆地裂陷快速沉降，發(fā)育陸相河流—湖泊碎屑巖沉積體系，局部發(fā)育火山巖。整體上灰泥—泥頁巖含量較高，其中湖相頁巖有機碳含量、氫指數(shù)和生烴潛力指數(shù)均指示其為優(yōu)質(zhì)的烴源巖[13]。

(2)在后裂谷期(即過渡期)，熱沉降階段從早阿普特期開始，隨著巖石圈變冷，以大面積區(qū)域沉降為特征；此時隆升的斷塊遭受侵蝕、沉降，促進了一個廣泛的、局限的高鹽度海灣發(fā)育，遠(yuǎn)離陸屑輸入的孤立臺地上發(fā)育生物碳酸鹽巖[10]。整個大坎波斯盆地平面上，靠近陸地的位置以沖積扇—扇三角洲為主，遠(yuǎn)離大陸的湖泊中，發(fā)育碳酸鹽巖；垂向上，湖相碳酸鹽巖又可分為貝殼灰?guī)r段和藻疊層石灰?guī)r段[1-3]。

(3)早白堊世阿爾比早期，西岡瓦納大陸徹底裂開，南美洲和非洲完全分離，盆地進入被動陸緣期。早白堊世阿爾比中—晚期，盆地受大陸邊緣熱沉降，發(fā)育淺海碳酸鹽臺地沉積體系；晚白堊世—現(xiàn)今，廣泛發(fā)育深海濁積體[4]。

1.1 古地貌特征

坎波斯盆地位于巴西東部(圖1a)，其北部以維多利亞隆起與埃斯皮里圖桑托盆地分隔，南部以卡布弗里奧隆起與桑托斯盆地相接[13]?？膊ㄋ故型鶘|200 km左右為盆地深水區(qū)，水深達(dá)2 000 m以上，研究區(qū)水深2 600～2 800 m(圖1b)?，F(xiàn)今，下白堊統(tǒng)總體呈“三坳兩隆”的構(gòu)造格局[2-3,14-16]，包括西部坳陷帶、西部隆起帶、中部坳陷帶、東部低隆區(qū)和東部坳陷帶(圖1b)。

通過古地貌恢復(fù)，研究區(qū)BV組沉積前古地貌整體呈西高東低的構(gòu)造格局，中部存在多個隆起(圖1c)，繼承性的水下古隆起有利于礁、灘發(fā)育[17]。A井為隆起邊上的一口鉆井(圖1d)，鹽下碳酸鹽巖發(fā)育段位于下白堊統(tǒng)阿普特階，自下而上劃分為ITP組和BV組，其中ITP組主要為玄武巖夾白云巖，BV組為硅化碳酸鹽巖發(fā)育段，發(fā)育灰?guī)r、白云巖、硅化碳酸鹽巖等巖性，頂部與R組鹽巖不整合接觸。

1.2 古水介質(zhì)

有學(xué)者[12]研究認(rèn)為，大坎波斯盆地下白堊統(tǒng)：1)窄鹽度海相生物的缺失(如腕足、棘皮、頭足和苔蘚蟲)；2)相比海相層序具有劇烈的鹽度波動；3)缺乏如潮流、強波浪作用等典型的海相標(biāo)志；4)垂向和橫向上巖性組合變化復(fù)雜(湖相沉積受氣候影響較大)；5)出現(xiàn)鎂蒙脫石(Stevensite)等非海相沉積的典型化學(xué)物質(zhì)。因此，可以判定坎波斯盆地下白堊統(tǒng)屬于湖泊沉積環(huán)境[1]。

湖水的水介質(zhì)對于是否發(fā)育碳酸鹽巖有重要的影響，利用樣品碳氧同位素，通過“Z”值公式可進行水體鹽度判斷[18]：

通常認(rèn)為“Z”值大于120為咸水環(huán)境，“Z”值小于120為淡水環(huán)境；δ13CPDB為碳同位素(‰)；δ18OPDB為氧同位素(‰)。A井下白堊統(tǒng)碳酸鹽巖白云石化、硅化現(xiàn)象常見，白云石和硅質(zhì)經(jīng)過了成巖蝕變，只有原生的方解石能才反映原始沉積環(huán)境。挑選出巖石中方解石組分進行碳氧同位素分析，并計算對應(yīng)的“Z”值(表1)?？梢钥吹剑瑑H有4個數(shù)據(jù)點“Z”值小于120，85.2%的數(shù)據(jù)點“Z”值均高于120，因此，可以認(rèn)為此時湖泊為咸水環(huán)境。有研究表明，坎波斯盆地同裂谷期的碳酸鹽巖沉積于玄武巖之上，而火山運動可促進高堿性環(huán)境的形成[19]。類似于海相碳酸鹽巖沉積，咸水環(huán)境可能有利于鈣質(zhì)的獲取[20]，這樣的水體環(huán)境為碳酸鹽巖沉積提供了物質(zhì)保障[7]。

1.3 湖平面變化

早白堊世坎波斯盆地屬于湖泊沉積，其中，早巴雷姆期和中阿普特期均發(fā)生過海侵，但是在沒有海侵的時期，坎波斯盆地湖平面難以跟全球海平面變化對比[1]。最初，F(xiàn)ischer曲線表示平均累積厚度偏移，主要用來研究高頻海平面變化幅度[21]，經(jīng)過后期的發(fā)展，F(xiàn)ischer曲線可以用來定義長周期海平面變化[22-23]甚至研究湖平面變化[24]。近年來，有學(xué)者將Fischer曲線旋回分析技術(shù)應(yīng)用于湖泊的旋回地層對比并取得了很好的效果[25-26]。因此，論文以A井的自然伽馬測井為基礎(chǔ)，通過Fischer曲線分析研究區(qū)湖平面變化。

A井研究層段底部與玄武巖為界，頂部與廣泛發(fā)育的鹽巖[4]相接。通過對A井研究層段自然伽馬曲線去奇異值、滑動平均、一階差分及旋回厚度統(tǒng)計，可得到該井反映的平均累積厚度偏移。Fischer曲線反映出，研究層段沉積早期可容空間較大，向上減小，末期再次增大；從而，鹽下碳酸鹽巖段整體上可以劃分為一個早期可容空間下降，后期上升的三級旋回(圖2)。由于湖泊沉積受氣候和陸源碎屑輸入影響嚴(yán)重，單憑一口井的數(shù)據(jù)一般難以確定盆地整體的旋回規(guī)律。但有學(xué)者研究認(rèn)為，研究區(qū)在三級旋回周期內(nèi)的氣候變化是區(qū)域性的，橫向?qū)Ρ瓤蛇_(dá)100 km以上[27]；此外，對坎波斯盆地其他井相同層段的旋回研究也認(rèn)為，鹽下碳酸鹽巖發(fā)育段整體為一個可容空間先降后升的三級旋回[26]。

圖1 坎波斯盆地下白堊統(tǒng)構(gòu)造綱要圖及研究區(qū)古地貌特征(a)大坎波斯盆地地理位置；(b)坎波斯盆地構(gòu)造綱要圖(據(jù)朱石磊等[3]修改)；(c)研究區(qū)古地貌特征；(d)坎波斯盆地阿普特階地層發(fā)育特征Fig.1 Structure outline map of the Lower Cretaceous in the Campos Basin,Brazil,and paleogeomorphology of the study area(a)location of Great Campos Basin;(b)structural map of the Campos Basin(modified from Zhu et al.[3]);(c)paleogeomorphology of the study area;(d)Aptian stratigraphy in the Campos Basin

早阿普特期，盆地處于構(gòu)造演化的后裂谷期或過渡期[4]，盆地以大面積區(qū)域沉降為主，構(gòu)造比較穩(wěn)定。根據(jù)可容空間變化，說明碳酸鹽巖沉積期，湖平面整體為先降后升。

2 碳酸鹽巖沉積微相及相帶疊置樣式

坎波斯盆地下白堊統(tǒng)硅化碳酸鹽巖段屬于湖相沉積[1]，根據(jù)湖泊的洪水面、枯水面和正常浪基面可將湖泊沉積區(qū)劃分為濱湖、淺湖和半深湖—深湖

區(qū)[28]，從而湖平面變化會引起不同沉積相帶垂向上沉積序列存在差異。因此，對硅化碳酸鹽巖沉積特征研究需要進行沉積微相識別，并結(jié)合湖平面變化探討不同相帶的沉積序列。

表1 坎波斯盆地下白堊統(tǒng)碳氧同位素特征Table 1 Characteristics of C and O isotopes of the Lower Cretaceous in the Campos Basin

圖2 坎波斯盆地下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖沉積期可容空間變化曲線Fig.2 Fischer plots of cyclic lake carbonate deposits in the Lower Cretaceous,Campos Basin

2.1 沉積微相

研究區(qū)古地貌特征表明，其中部存在多個隆起(圖1b)，這些古隆起位于距湖盆西緣約200 km的湖盆中央[11]。通過井壁取芯反映的巖石組分、沉積構(gòu)造和少量的生物化石，結(jié)合測井曲線與湖平面變化分析，反映出這些古隆起可能沒有完全淹沒于湖水之下，甚至有可能類似于湖中古島[29]。這些古島四周沉積特征相似，在此以任意一個方向為例，剖析由淺水至深水的沉積環(huán)境變化。根據(jù)沉積特征分析，研究區(qū)下白堊統(tǒng)硅化碳酸鹽巖發(fā)育段可劃分為淺水、中等水深和相對深水三種沉積環(huán)境，對應(yīng)于濱湖、淺湖和半深湖三種沉積亞相。進一步識別出濱湖灰泥坪微相，淺湖藻礁、顆粒灘微相，半深湖灘前前積體微相、滑塌體微相。

(1)灰泥坪微相。由于古隆起高部位可能暴露出水面，導(dǎo)致碳酸鹽巖遭受風(fēng)化淋濾，成土作用[30]形成的泥質(zhì)可進入湖泊淺水區(qū)域，形成泥質(zhì)碳酸鹽巖。灰泥坪位于湖平面附近，偶爾暴露出水面，水動力條件較弱；以泥質(zhì)灰?guī)r(圖3a)、泥質(zhì)白云巖(圖3b)為主。由于水體較淺，蒸發(fā)作用較強，白云石氧同位素相比方解石氧同位素向正方向偏移(表1)，并且以平直晶面粉晶級白云石為主(圖3b)，此外在部分白云巖中還可見到膏巖(圖3c)，說明碳酸鹽巖發(fā)生過蒸發(fā)濃縮白云石化作用。由于泥質(zhì)含量高，灰泥坪段自然伽馬值較高(圖3d)。

(2)藻礁微相。位于湖平面之下、正常浪基面之上，水動力條件較強；以藻疊層石格架灰?guī)r(圖3e)、藻紋層白云巖(圖3f)為主；其中，坎波斯盆地疊層石灰?guī)r相最為發(fā)育，其次為顆?！[屑灰?guī)r[26]。藻紋層白云巖為藻紋層灰?guī)r發(fā)生蒸發(fā)濃縮白云石化而來，但保留了原始的鋸齒狀層理(圖3f)，白云石晶粒呈粉晶級，晶粒間充填泥質(zhì)，表明其靠近湖平面；這些波狀的藻疊層石高度較小，可作為湖盆邊緣和水深的指示標(biāo)志[26]。

南大西洋兩岸下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖硅質(zhì)膠結(jié)或硅質(zhì)交代現(xiàn)象比較常見，不僅在大坎波斯盆地可以看到[5,31]，西非寬扎盆地也有發(fā)現(xiàn)[32]?？膊ㄋ古璧鼐植康貐^(qū)碳酸鹽巖遭受強烈硅質(zhì)交代而完全蝕變?yōu)楣栀|(zhì)巖，導(dǎo)致原始碳酸鹽巖沉積特征難以識別。如藻疊層石格架灰?guī)r在研究區(qū)比較少見，推測是由于原始格架灰?guī)r孔隙比較發(fā)育，有利于硅質(zhì)熱液[33]進入而發(fā)生硅質(zhì)膠結(jié)、交代，原始沉積組構(gòu)特征消失，但在部分硅化碳酸鹽巖中還可以見到碳酸鹽巖顆粒殘骸(圖3g)。同時，鉆井顯示，硅化碳酸鹽巖發(fā)育段自然伽馬測井值低，并且呈箱型(圖3h)，與其他地區(qū)湖相碳酸鹽巖藻礁測井識別特征一致[7]。因此，可以認(rèn)為箱型低伽馬層段的硅化碳酸鹽巖，包括完全蝕變的硅質(zhì)巖及含有碳酸鹽巖顆粒殘骸的巖石，原始狀態(tài)為藻礁微相。

(3)顆粒灘微相。主要巖性為藻鮞灰?guī)r(圖3i)、鮞?；?guī)r—豆?；?guī)r(圖3j)、生屑灰?guī)r(圖3k)。藻粒灰?guī)r中可見梅花狀或鋸齒狀的藻粒(圖3i)，粒間可見白云石晶粒和暗色的有機質(zhì)充填，其主要發(fā)育在疊層石格架之間。鮞?；?guī)r主要為藻鮞發(fā)育而來，部分鮞粒粘結(jié)成粒徑2 mm以上的豆?；虻[屑；粒間可見暗色有機質(zhì)和白云石晶粒充填，發(fā)育波紋層理(圖3j)。生屑灰?guī)r遭受硅質(zhì)交代嚴(yán)重，可見雙殼類、介形類化石殘骸(圖3k)。表明硅質(zhì)熱液同樣可以進入原始孔隙發(fā)育的顆粒灘中，交代顆?；?guī)r。由于顆粒灘發(fā)育部位水體深度相比藻礁大，因而顆粒灘微相中有機質(zhì)含量要高于藻礁微相，GR測井曲線表現(xiàn)為鋸齒狀(圖3l)，類似于桑托斯盆地ITP組的顆粒灘微相測井響應(yīng)特征[31]。

圖3 坎波斯盆地下白堊統(tǒng)硅化碳酸鹽巖沉積微相識別特征(a)泥質(zhì)灰?guī)r，A井，6 350 m；(b)泥質(zhì)白云巖，A井，6 379 m；(c)膏質(zhì)白云巖，正交光，A井，6 400 m；(d)A井灰泥坪段伽馬曲線特征；(e)疊層石格架灰?guī)r，據(jù)Muniz et al.[26]；(f)藻紋層白云巖，A井，6 267 m；(g)硅化碳酸鹽巖，正交光，A井，6 243 m；(h)藻礁段伽馬曲線特征；(i)藻鮞灰?guī)r，A井，6 163 m；(j)鮞?！沽；?guī)r，A井，6 158 m；(k)生屑灰?guī)r，A井，6 181 m；(l)顆?；?guī)r段伽馬曲線特征；(m)砂屑灰?guī)r，A井，6 152 m；(n)圖m局部放大；(o)砂屑灰?guī)r，見黃鐵礦，A井，6 152 m；(p)灘前前積體伽馬曲線特征；(q)粒泥灰?guī)r，A井，6 155 m；(r)泥?；?guī)r，見變形顆粒，A井，6 138 m；(s)泥?；?guī)r，見介形類碎片，A井，6 155 m；(t)滑塌體伽馬曲線特征Fig.3 Characteristics of silicified carbonates of the Lower Cretaceous,Campos Basin(a)muddy limestone,well A,6 350 m;(b)muddy dolomite,well A,6 379 m;(c)gypsum dolomite,orthogonal,well A,6 400 m;(d)GR log characteristics of lime mud flat in well A;(e)stromatolite framestone,after Muniz et al.[26];(f)laminar algal dolomite,well A,6 267 m;(g)silicified carbonates,orthogonal,well A,6 243 m;(h)GR log characteristics of reef in well A;(i)algal oolitic limestone,well A,6 163 m;(j)bean-shaped ooid grainstone,well A,6 158 m;(k)bioclast,well A,6 181 m;(l)GR log characteristics of grainstone in well A;(m)calcarenite,well A,6 152 m;(n)local amplification of figure(m);(o)calcarenite and pyrite,well A,6 152 m;(p)GR log characteristics of fore-shoal progradation in well A;(q)wackestone,well A,6 155 m;(r)packstone and deformed grain,well A,6 138 m;(s)packstone and ostracod debris,well A,6 155 m;(t)GR log characteristics of slump body in well A

關(guān)于鮞?；?guī)r成因，有學(xué)者認(rèn)為鮞粒形成于沉積物與水界面處，受有機組分影響發(fā)生的化學(xué)結(jié)核[34-35]。但筆者認(rèn)為，是由于藻類形成疊層石的過程中，一些藻顆粒脫離母體形成藻鮞，再經(jīng)過短距離搬運、磨蝕形成的鮞粒灰?guī)r；鮞粒間的波紋層理、亮晶膠結(jié)(圖3j)以及藻鮞(圖3i)的出現(xiàn)，證明這些鮞粒與藻類有關(guān)，并且經(jīng)歷過流水搬運。此外，在中等咸水湖階段，鮞?；?guī)r、礫屑灰?guī)r及微生物疊層石的互層比較常見[36]，也反映出鮞?；?guī)r與疊層石灰?guī)r關(guān)系密切。

(4)灘前前積體微相。主要巖性為砂屑灰?guī)r(圖3m～o)，巖石成分以砂屑顆粒和暗色有機質(zhì)為主；位于正常浪基面附近，風(fēng)暴浪基面之上，水體相對較深，見少量黃鐵礦(圖3o)。砂屑顆粒多為鮞粒、藻粒、生屑等碳酸鹽巖顆粒經(jīng)水動力搬運、磨蝕形成，原始顆粒的組構(gòu)特征消失，形成砂級的內(nèi)碎屑；可見小型的平行層理、交錯層理(圖3m)。其形成是重力與水動力共同作用的結(jié)果，湖泊垂向相變迅速，湖平面在低角度緩坡中高頻振蕩，浪基面上下波動，水流淘洗，顆粒也能形成前積層序[37]；這類似于同一時期西非Toca組貝殼灰?guī)r碎屑流前積體[1,20]。GR曲線表現(xiàn)為多個薄層漏斗狀(圖3p)，與桑托斯盆地迎風(fēng)坡丘前微相組合GR曲線特征類似[31]，反映了向上水動力增強，水體變淺的過程。

(5)滑塌體微相。主要巖性為粒泥灰?guī)r(圖3q)、泥粒灰?guī)r(圖3r)。為深水重力流沉積，發(fā)育破碎的介形類碎片(圖3s)、變形的鮞粒、砂屑顆粒(圖3r)、呈現(xiàn)出平行紋層(圖3q，r)，表明碳酸鹽巖緩坡臺地前緣同樣可以產(chǎn)生因重力滑塌形成的揉皺構(gòu)造[38]。由于位于在風(fēng)暴浪基面之下，該微相整體顏色較暗，富含有機質(zhì)，垂向上疊置于灘前前積體微相底部，測井上可見顯著的高伽馬值(圖3t)，類似的碳酸鹽巖濁積巖在柴達(dá)木盆地半深湖泥灰?guī)r相微相中也有發(fā)育[7]。

綜合各沉積微相的巖石組分、沉積構(gòu)造、生物化石等特征，研究區(qū)早白堊世古隆起周緣的沉積環(huán)境屬于遠(yuǎn)端變陡緩坡(圖4)，泥質(zhì)灰?guī)r及細(xì)薄紋層藻類灰?guī)r發(fā)育在構(gòu)造最高部位的濱湖區(qū)，偶爾出露水面；藻類生活在被水淹沒的淺水地帶；水體較深的部位則發(fā)育顆粒灘前積體和重力成因的滑塌體沉積。由于湖泊受氣候影響比較敏感，湖平面高頻振蕩，從而引起沉積相帶遷移變化。

2.2 不同相帶沉積序列

藻礁大多生長于正向地貌之上[6]，如A井鉆揭的硅化碳酸鹽巖發(fā)育段底部為顆粒灘微相，其上發(fā)育藻礁(圖5)。根據(jù)A井劃分的沉積微相，總體可將研究層段劃分為一個水退序列再到水進序列構(gòu)成的沉積旋回。

(1)由于生屑顆粒、鮞粒、藻粒等堆積，可形成凸起，為藻礁發(fā)育奠定基礎(chǔ)。顆粒灘沉積后，由于湖平面下降，相對淺水部位的藻類沉積疊置在顆粒灘之上，既而被水體更淺的灰泥坪覆蓋；顆粒灘—藻礁—灰泥坪構(gòu)成一個水退的沉積序列，此時湖平面最低。

(2)后期湖平面開始上升，在灰泥坪之上首先被藻類沉積覆蓋，繼續(xù)加深的水體測令顆粒灘沉積在藻礁之上，由灰泥坪—藻礁—顆粒灘構(gòu)成一個水進的沉積序列；向上水體繼續(xù)加深，較深水的灘前前積體和深水滑塌體微相覆蓋顆粒灘沉積。沉積末期，湖平面有所下降，隨著海侵和膏質(zhì)沉淀，碳酸鹽巖發(fā)育段被厚層膏巖覆蓋。

橫向上，沉積相帶也會發(fā)生疊置變化，雖然僅用一口井資料難以準(zhǔn)確描述，但根據(jù)A井的微相疊置關(guān)系結(jié)合湖平面變化可見，總體上礁灘發(fā)育在湖平面較高時期。此外，研究區(qū)不同相帶沉積序列主要特征為(圖6)：濱湖相區(qū)主要為灰泥坪沉積或灰泥坪與薄層藻礁互層(圖6a，b)；淺湖相區(qū)主要為藻礁、顆粒灘夾灰泥坪序列(圖6c～e)；半深湖相區(qū)主要為灘前前積體、顆粒灘夾藻礁序列(圖6f)；深湖相區(qū)則以深水灰泥、滑塌體夾灘前前積體沉積序列(圖6g，h)。

過A井的北東—南西向地震剖面可見(圖7)，在火山巖古隆起之上發(fā)育礁灘，但是構(gòu)造高部位可能有一段時間暴露于空氣中，導(dǎo)致碳酸鹽巖土壤化，濱淺湖部位則發(fā)育灰泥坪；地震反射特征方面，藻礁呈低頻弱振幅較差連續(xù)特征，顆粒灘振幅相比藻礁稍強，而灰泥坪呈中高頻強振幅連續(xù)地震反射。

3 碳酸鹽巖發(fā)育的主控因素及沉積模式

3.1 古地貌與湖平面變化的影響

早白堊世巴雷姆—阿普特期，坎波斯盆地位于西岡瓦納大陸南部，處于干旱氣候環(huán)境[1]，高鹽度的咸水(表1)湖泊環(huán)境有利于碳酸鹽巖沉淀[20]，而研究區(qū)早白堊世的地貌與湖平面特征控制了不同類型碳酸鹽巖的發(fā)育。

3.1.1 古地貌決定礁灘生長部位

通過古地貌恢復(fù)，研究區(qū)存在多個繼承性古隆起(圖1b)，構(gòu)造高部位、坡折帶和低洼區(qū)發(fā)育的湖相碳酸鹽巖不同。

(1)構(gòu)造高部位發(fā)育灰泥坪、藻礁和顆粒灘微相，其中由泥質(zhì)灰?guī)r、含膏泥質(zhì)白云巖構(gòu)成的灰泥坪發(fā)育在最高部位，而這些巖性物性較差，表明構(gòu)造高部位不一定為有利的碳酸鹽巖儲集相帶，位于水體相對較深部位的藻礁和顆粒灘則為有利的儲集相帶。

(2)坡折帶發(fā)育灘前前積體和滑塌體微相，這些相帶中的砂屑顆粒是藻類顆粒、鮞粒、生屑等經(jīng)過搬運、磨蝕的結(jié)果，有機質(zhì)及灰泥充填于顆粒之間，導(dǎo)致巖石物性較差。

(3)低洼區(qū)水體較深，水動力弱，多沉積滑塌體微相及灰泥，有機質(zhì)含量較高。

圖4 坎波斯盆地下白堊統(tǒng)古隆起周緣碳酸鹽巖沉積環(huán)境示意圖(古隆起邊緣的一個剖面)Fig.4 Schematic of sedimentary environment of the Lower Cretaceous in Campos Basin(one of the surrounding sections of the paleo-uplift)

總體上，研究區(qū)礁灘發(fā)育在構(gòu)造高部位的相對深水區(qū)，油氣勘探應(yīng)圍繞這些部位尋找有利儲層。

3.1.2 湖平面變化造成礁灘遷移疊置

研究區(qū)硅化碳酸鹽巖發(fā)育段總體為一個湖平面先降后升的三級旋回(圖2)，在顆粒灘的基礎(chǔ)之上發(fā)育藻礁，早期湖平面下降，礁灘向半深湖部位發(fā)生遷移，晚期湖平面上升，礁灘再次遷移到構(gòu)造高部位的濱淺湖帶(圖6)。湖平面在低角度緩坡上高頻振蕩，同樣能導(dǎo)致礁灘形成前積層序[37]，鉆井上則表現(xiàn)為藻礁與顆粒灘互層疊置?？梢?，湖平面變化是造成藻礁與顆粒灘橫向遷移，垂向疊置的根本原因。

3.2 湖相碳酸鹽巖沉積模式

有學(xué)者研究認(rèn)為，坎波斯盆地下白堊統(tǒng)屬于低角度緩坡臺地[1]，但是根據(jù)研究區(qū)古地貌特征、沉積構(gòu)造、沉積物類型及生物化石分析，認(rèn)為研究區(qū)位于湖盆中央，古隆起類似于湖中古島[29]。構(gòu)造高部位可能出露水面，遭受風(fēng)化淋濾，而古隆起四周屬于坡折帶，發(fā)育滑塌和半深湖—深湖沉積，從而這些古隆起可用碳酸鹽巖遠(yuǎn)端變陡的緩坡模式解釋。

隨著湖平面周期性的上升和下降，研究區(qū)硅化碳酸鹽巖發(fā)育段可識別出至少兩次湖平面下降、三次湖平面上升，總體劃分為高位湖退、低位湖退、低位湖侵、高位湖侵四個階段(圖8)。高位湖退期(圖8a，b)，古隆起高部位間歇出露湖面，碳酸鹽巖成土作用形成的泥質(zhì)向淺湖區(qū)供給；低位湖退期(圖8c)，湖平面進一步下降，古隆起高部位廣泛遭受風(fēng)化淋濾，同時環(huán)境有利于白云石化作用發(fā)生，泥質(zhì)灰?guī)r、含膏泥質(zhì)白云巖比較發(fā)育，藻礁和顆粒灘發(fā)育受限；低位湖侵期(圖8d，e)，湖平面振蕩上升，藻礁與顆粒灘頻繁互層(圖6)，藻礁得以充分發(fā)育，沉積厚度較大；高位湖侵期(圖8f)，湖平面持續(xù)上升，整個古隆起可能均被湖水淹沒，藻礁在古隆起高部位發(fā)育，水體較深部位則發(fā)育顆粒灘、灘前前積體；整個過程中，由于湖平面高頻振蕩，湖相碳酸鹽巖可能遭受事件性擾動，向構(gòu)造低部位發(fā)育碳酸鹽巖滑塌體。

4 結(jié)論

(1)坎波斯盆地東部早白堊世發(fā)育繼承性古隆起，硅化碳酸鹽巖原始沉積于咸水濱淺湖環(huán)境，借助Fischer曲線可將硅化碳酸鹽巖發(fā)育段劃分為一個可容空間由大減小再增大的三級旋回，湖平面表現(xiàn)為先下降再上升。

圖5 A井沉積微相與沉積序列Fig.5 Sedimentary microfacies and depositional sequence,well A

(2)研究區(qū)古隆起之上屬于湖相碳酸鹽巖臺地沉積，古隆起周緣水體由淺變深，類似于海相碳酸鹽巖遠(yuǎn)端變陡緩坡，可識別出濱湖、淺湖、半深湖三種沉積環(huán)境，發(fā)育了灰泥坪、藻礁、顆粒灘、灘前前積體和滑塌體等5種沉積微相。

圖6 不同沉積相帶沉積序列Fig.6 Depositional sequences of the different facies

圖7 過A井的NE—SW向地震剖面沉積相解釋Fig.7 Facies interpretation of the NE-SW seismic profile across well A

(3)坎波斯盆地下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖發(fā)育主要受古地貌與湖平面變化控制，其中古地貌決定了藻礁和顆粒灘發(fā)育在構(gòu)造高部位的相對深水區(qū)，藻礁與顆粒灘受湖平面變化而發(fā)生橫向遷移和垂向互層疊置。

(4)坎波斯盆地下白堊統(tǒng)湖相碳酸鹽巖的垂向疊置關(guān)系，反映出該區(qū)湖平面至少出現(xiàn)過兩次下降、三次上升，可以劃分為高位湖退、低位湖退、低位湖侵、高位湖侵四個演化階段，其中湖侵階段藻礁和顆粒灘最為發(fā)育，沉積厚度最大。

致謝 中海油研究總院有限責(zé)任公司徐微、劉子玉和白海強等工程師為本文的修改提出了建設(shè)性意見,在此表示感謝；非常感謝審稿專家對本文提出中肯的修改意見。

圖8 坎波斯盆地下白堊統(tǒng)硅化碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)垂向沉積演化模式Fig.8 Sedimentary evolution of the silicified carbonates of the Lower Cretaceous in the Campos Basin