沉積環(huán)境控制下的頁巖巖相組合類型及測井表征：以松遼盆地古龍凹陷青山口組為例*

龐小嬌 王貴文 匡立春 趙 飛 李紅斌 韓宗晏 白天宇 賴 錦

1 油氣資源與工程全國重點實驗室，中國石油大學(xué)（北京），北京102249

2 中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249

目前非常規(guī)油氣中的頁巖油成為研究的熱點和難點（Dongetal.，2015；陳世悅等，2017；黎茂穩(wěn)等，2019；楊智和鄒才能，2022；張福祥等，2022）。隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的進行及新技術(shù)的興起，中國在頁巖油氣的勘探開發(fā)方面取得了矚目的成就（Liuetal.，2018；黎茂穩(wěn)等，2019；李國欣和朱如凱，2020；鄒才能等，2020）。頁巖油的勘探開發(fā)持續(xù)獲得突破，推動了中國頁巖油革命的進程（陳世悅等，2017；Liuetal.，2019；Zhangetal.，2019；白斌等，2022）。經(jīng)過半個多世紀高速高效勘探開發(fā)，松遼盆地北部常規(guī)油氣資源產(chǎn)量遞減，已經(jīng)進入頁巖油為主的非常規(guī)勘探開發(fā)新時代（崔寶文等，2018；劉國強，2021；鄒才能等，2022）。近來在松遼盆地北部的齊家—古龍凹陷上白堊統(tǒng)青山口組深湖—半深湖頁巖中獲得突破，但單井產(chǎn)量低、高低產(chǎn)井分布不均、頁巖油富集機理尚不明確，可動用資源分布預(yù)測難，規(guī)模開發(fā)難（胡素云等，2022；何文淵等，2023），這嚴重制約了中國陸相頁巖油勘探部署和規(guī)?；_采。相較于其他典型的陸相頁巖油儲集層，青山口組頁巖具有時代較新、埋藏淺、儲集層非均質(zhì)性強、頁理極其發(fā)育的特征（何文淵等，2021，2023）。作為典型的陸相淡水湖盆頁巖油，其油氣富集機理和主控因素的研究顯得尤為重要，而巖相作為最基本的研究單元，在礦物組成、沉積構(gòu)造、儲集性、含油性、可動性、油氣賦存狀態(tài)和巖石力學(xué)特性上具有非常大的差異（Liuetal.，2018；王高翔等，2021；于興河等，2022）。微觀上包含了沉積物礦物組分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，宏觀上巖相及其組合控制著油氣的富集和甜點的分布（Dilletal.，2005；Liuetal.，2018；黎茂穩(wěn)等，2022；劉惠民等，2022；王高翔等，2022）。在同一區(qū)域巖相的垂向變化反映了沉積過程中環(huán)境的變化，在同一沉積環(huán)境下形成的頁巖在客觀物質(zhì)表現(xiàn)上通常具有相似性，因而可以表現(xiàn)出均一性或相似的非均質(zhì)性，這為層序格架下巖相及其組合分布規(guī)律預(yù)測提供了可能（Loucks and Ruppel，2007；于興河等，2022）。因此，巖相及其組合類型的研究對于頁巖油勘探開發(fā)至關(guān)重要（Hickey and Henk，2007；Loucks and Ruppel，2007；Zhangetal.，2019；李國欣等，2020）。

陸相湖盆頁巖巖相的劃分和表征是頁巖油氣勘探開發(fā)的重要基礎(chǔ)。目前，針對陸相頁巖油儲集層巖相劃分較為一致認可的標準是以礦物組成和沉積構(gòu)造作為劃分的2個核心指標，或在此基礎(chǔ)上引入有機碳含量，即將礦物組成＋沉積構(gòu)造＋有機質(zhì)豐度作為劃分標準（柳波等，2018；劉忠寶等，2019；Liuetal.，2019）。傳統(tǒng)的研究方法是依據(jù)巖心和薄片觀察到的顏色、巖性、礦物成分、結(jié)構(gòu)和沉積構(gòu)造，再結(jié)合實驗測得的TOC含量或XRD測得的礦物組分含量，進行定性到半定量的評價。然而取心數(shù)量有限且成本較高，難以實現(xiàn)全井和全區(qū)域的評價。測井資料蘊含豐富的地質(zhì)信息，能夠很好地彌補取心的不足，但由于常規(guī)測井分辨率低（多為米級和分米級），而頁巖油儲集層非均質(zhì)性極強，因而常規(guī)測井資料難以實現(xiàn)頁巖巖相的精細識別和表征（Liuetal.，2018；劉國強，2021；Laietal.，2022）。新技術(shù)測井資料具有分辨率高、針對性強的特征，可以作為單井連續(xù)巖相的識別和劃分的有利手段。此外，開展基于大數(shù)據(jù)分析的人工智能測井評價勢在必行，目前已有學(xué)者利用人工智能技術(shù)包括監(jiān)督機器學(xué)習(xí)、半監(jiān)督機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隨機森林和深度學(xué)習(xí)等進行巖相的識別和劃分（匡立春等，2021；李寧等，2021）。然而各類機器學(xué)習(xí)方法均建立在巖相類型準確劃分及單井準確識別的基礎(chǔ)上，進而為展開區(qū)域性平剖面巖相及其組合的識別和劃分奠定基礎(chǔ)，為區(qū)域優(yōu)質(zhì)儲集層和甜點預(yù)測提供依據(jù)。因此，亟需建立一套巖相高分辨率新技術(shù)測井表征方法。

以松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖為例，巖相劃分遵循 “地質(zhì)上可區(qū)分、測井上可識別”的原則。鑒于青山口組青一段及青二段底部為高TOC（平均含量為2.4%，最高可達6.0%）富集層段且縱向上變化不是很明顯，因此此次分類方案中未引入有機質(zhì)含量，而是選擇巖性和紋層結(jié)構(gòu)兩者進行耦合，其目的是為了能夠快速完成縱向上巖相的識別和劃分。本次研究綜合利用6口重點井（包括X井、Y井、Z井、W 井、S井和R井）的巖心、分析化驗、常規(guī)測井、Lithoscanner和高分辨成像測井資料。對X井、Z井、W 井和R井進行了系統(tǒng)的全井段的巖心觀察和描述，選取了X井和Y井巖樣進行鑄體薄片的磨制和鏡下觀察，對X井298個樣品點進行了全巖和黏土礦物分析測試，對X井42個樣品點進行了主微量元素測試和分析。首先利用巖心和分析化驗資料明確研究區(qū)巖性和紋層結(jié)構(gòu)類型并建立測井識別方法，進而實現(xiàn)單井縱向上巖性和紋層結(jié)構(gòu)類型的連續(xù)識別和劃分，然后將二者耦合得到單井縱向上巖相的分布，再結(jié)合沉積環(huán)境和層序地層明確縱向上巖相組合類型和發(fā)育模式，為后期尋找地質(zhì)甜點和工程甜點提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

松遼盆地位于中國東北部，橫跨黑龍江、吉林和遼寧3省，面積約為26×104km2，是中國主要含油氣盆地之一。進一步劃分為7個次級構(gòu)造單元，包括北部傾沒、西部斜坡、東北隆起、東南隆起、西南隆起、中央坳陷和開魯坳陷（圖1－a）。古龍凹陷位于中央坳陷西北部。在上白堊統(tǒng)，自下而上沉積地層為青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組和明水組（圖1－b）。其中嫩江組和青山口組經(jīng)歷了2次大規(guī)模湖侵，形成了2套厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖，是頁巖油的富集層系。嫩江組烴源巖處于未熟—低熟階段，青山口組為拗陷主期，盆地寬闊沉降平緩，有機質(zhì)富集并成熟度較高，發(fā)育中高成熟度頁巖油，是頁巖油有利勘探開發(fā)層系。青山口組自下而上依次發(fā)育青一段（K2qn1）、青二段（K2qn2）和青三段（K2qn3），其中青一段進一步分為2個亞段青二段細分為3個亞段青三段分為3個亞段（圖1－b）。依據(jù)沉積旋回，青山口組可以劃分為23個小層（Q1～Q23）（圖1－c）。青一段和青二段底部（Q1～Q9）半深湖—深湖亞相頁巖沉積厚度最大、分布范圍廣，是目前勘探開發(fā)的重點。

圖1 松遼盆地古龍凹陷區(qū)域位置及上白堊統(tǒng)青山口組柱狀圖Fig.1 Location of Gulong sag and stratigraphic column of the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in Songliao Basin

2 古龍頁巖巖相劃分

2.1 巖性分類及特征

XRD分析表明，松遼盆地古龍凹陷青山口組巖石礦物成分主要為黏土礦物、陸源碎屑、碳酸鹽礦物及少量其他類型礦物，如黃鐵礦和菱鐵礦等。其中黏土礦物以伊利石為主；陸源碎屑主要為石英、鉀長石和鈉長石；碳酸鹽巖礦物以方解石、白云石和鐵白云石為主。其黏土礦物含量平均高達30%以上（圖2－A），長石含量為21.3%，白云石含量為8.9%，方解石含量為5.6%。與國內(nèi)外其他頁巖油氣儲集層相比，其黏土礦物含量和長石含量相對較高，碳酸鹽含量低。巖性分類三角圖和巖心觀察表明，巖性主要為長英質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖、介殼灰?guī)r和云巖（圖2－B；圖3），其中介殼灰?guī)r和云巖多以薄夾層形式出現(xiàn)，黏土質(zhì)頁巖和長英質(zhì)頁巖占比高達90%以上，為頁巖油形成和富集的有利巖性。

圖2 松遼盆地古龍凹陷青山口組礦物組分箱狀圖（A）和巖性分類三角圖（B）（X井298個數(shù)據(jù)點）Fig.2 Box diagram ofmineral composition（A）and triangle diagram（B）of lithology of the Qingshankou Formation in Gulong sag，Songliao Basin（298 data points of Well X）

圖3 松遼盆地古龍凹陷青山口組巖性類型及特征Fig.3 Types and features of lithology in the Qingshankou Formation，Gulong sag，Songliao Basin

長英質(zhì)頁巖在整個青山口組均有分布，隨著向上水體變淺沉積環(huán)境由深湖、半深湖向淺水三角洲轉(zhuǎn)變（王嵐等，2019；崔寶文等，2021），陸源碎屑供應(yīng)增加，長英質(zhì)頁巖含量亦有所增加。該類巖石巖心為灰白色，紋層發(fā)育，夾灰白色鈣質(zhì)粉砂巖紋層，受液化影響，部分頁理和紋層受到擾動破壞（圖3－F，3－G）。在Leica偏光顯微鏡觀察下，多呈灰褐色。碎屑顆粒主要為石英和斜長石，顆粒呈次棱角狀-圓狀，粒徑小于0.06mm，顆粒間主要為點接觸。碳酸鹽礦物少見，多為后期膠結(jié)、交代作用的產(chǎn)物（圖3－A至3－J）。黏土質(zhì)頁巖在研究區(qū)廣泛分布，占比高達60%。巖心為灰黑色或暗黑色，紋層和頁理發(fā)育，部分頁理和紋層界面不清晰（圖3－E）。光學(xué)顯微鏡下呈褐色、褐黃色、黑褐色，具有顯微定向構(gòu)造。碎屑顆粒呈次棱角狀-圓狀，粒徑小于0.05mm，以石英為主，多呈顯微條帶狀散布于黏土礦物間。碳酸鹽礦物以方解石和鐵白云石為主，方解石作為膠結(jié)物充填于顆粒間的孔隙，少量呈長條狀沿微裂縫、頁理縫分布（圖3－B，3－C）。介殼灰?guī)r發(fā)育較少，占比8%，分布較為分散。巖心多為灰白色，肉眼可見明顯的介殼層（圖3－H，3－I），有機質(zhì)含量低（TOC＜1%）。光學(xué)顯微鏡下可見生物介殼和瓣鰓類生物，生物腔體多被方解石充填及少量顯微硅質(zhì)或有機質(zhì)或瀝青質(zhì)充填（圖3－D）。介殼灰?guī)r中碎屑顆粒以石英為主，棱角狀—次圓狀，呈漂浮狀不均勻分布在基質(zhì)中，顆粒大小不一，最大可達0.2mm（圖3－D）。云巖在研究區(qū)的分布情況同介殼灰?guī)r類似，在青山口組分布較少，占比8%。巖心為灰白色，塊狀構(gòu)造，無肉眼可見的紋層等沉積構(gòu)造（圖3－J）。

此外，研究表明青山口組深湖環(huán)境中發(fā)育多種類型的重力流沉積，主要分布在盆地西部斜坡地區(qū)，以英臺—他拉哈地區(qū)最為發(fā)育（杜錦霞，2015），在齊家—古龍凹陷亦有少量分布。主要重力流沉積類型包括碎屑流型和濁流型，巖性上以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖的薄互層為主（付麗秀等，2014）。濁流以低密度濁流為主，主要為細粉砂級和黏土級沉積物，巖石類型主要為深黑色泥頁巖、深灰色泥質(zhì)粉細砂巖、灰白色粉砂巖和細砂巖。成層特征顯著，發(fā)育平行層理、水平層理、交錯層理等沉積構(gòu)造。由于水動力較弱，流速相對較慢、持續(xù)時間較長，多出現(xiàn)在一次重力流活動的尾部?？赡苄纬捎诤恿骱樗M入湖泊。低密度濁流具有典型的沉積構(gòu)造和沉積序列，最經(jīng)典的為鮑馬序列，在W 井青山口組青一段2360m深度段觀察到沉積厚度約為1m的鮑馬序列（圖3－K）。A段主要由砂巖組成，無礫石，砂巖底界面有明顯的沖刷構(gòu)造，疊置于頁巖之上；向上發(fā)育B段，主要為粉細砂巖，可見平行層理；C段以波狀層理為典型特征；D段發(fā)育水平層理的粉細砂巖；頂部E段發(fā)育塊狀泥巖。

巖心、薄片觀察及XRD等實驗分析為判定巖性最為精準有利的方法，但其成本較高，且獲得每口井的全部目的層的巖心是不可能實現(xiàn)的，因此，利用測井技術(shù)在巖心和實驗數(shù)據(jù)標定的基礎(chǔ)上建立巖性識別方法顯得尤為必要。由于陸相頁巖油儲集層縱向非均質(zhì)性強、泥質(zhì)含量高，常規(guī)測井難以識別，本文采用新測井技術(shù)——Lithoscanner測井完成單井縱向上巖性的連續(xù)識別與劃分。該技術(shù)首先通過非彈性散射或俘獲進行能譜采集，然后進行能譜剝離進而可以得到元素產(chǎn)額，再通過氧化物閉合模型獲得不同元素重量百分數(shù)，然后利用Techlog中的Elan模塊輸入4條常規(guī)測井曲線（包括密度、中子、聲波和深電阻率）和12種元素干重數(shù)據(jù)（包括硅、硫、鉀、鈉、鈣、鐵、鋁、鎂、鈦、錳、鉻、碳），在XRD標定下，反演得到不同類型礦物含量進而獲得礦物剖面（圖4）。依據(jù)不同類型巖性其不同礦物含量百分比不同可以完成巖性的縱向識別與劃分。以X井為例，青山口組Q1～Q9層長英質(zhì)頁巖層厚度范圍在0.06～1.25m 之間，累計厚度28.49m，占比20%；黏土質(zhì)頁巖單層厚度在0.05～4.69m之間，累計厚度92.79m，占比65%；介殼灰?guī)r單層厚度分布在0.05～0.60m 之間，累計厚度為8.61m，占比6%；云巖單層厚度0.03～1.06m，累計厚度12.04m，占比8%。每個小層各種巖性占比略有不同，Q3和Q8層黏土質(zhì)頁巖含量高達80%以上，長英質(zhì)頁巖含量在5%以下，其余小層（Q1、Q2、Q4～Q7、Q9）均以黏土質(zhì)頁巖和長英質(zhì)頁巖為主（表1）。整體上黏土質(zhì)頁巖含量最高，其次為長英質(zhì)頁巖，介殼灰?guī)r和云巖分布范圍最小。

表1 松遼盆地古龍凹陷青山口組X井各小層巖性分布特征Table 1 Distribution characterization of different lithologies in different strata in the Qingshankou Formation，Gulong sag，Songliao Basin

圖4 松遼盆地古龍凹陷青山口組礦物組分測井反演Fig.4 M ineral composition derived from Lithoscanner in the Qingshankou Formation，Gulong sag，Songliao Basin（Well X）

2.2 紋層結(jié)構(gòu)分類及測井表征

紋層（Lamina）是指沉積物或沉積巖中可分辨的最小或最薄的原始沉積層，是組成層理的最小單元（劉國恒等，2015；王超等，2019；朱筱敏，2020）?！凹y層”通常是由不同的沉積物、礦物質(zhì)和有機質(zhì)在地質(zhì)時間尺度上堆積形成，不同層之間具有不同的厚度、礦物組成和性質(zhì)，強調(diào)沉積過程中形成的垂向差異?！绊摾怼笔敲枋鲰搸r中細小顆?；蚓Я５姆较蛐耘帕?，是指巖石沿著紋層界面裂開成薄板狀或薄片狀的習(xí)性，強調(diào)成巖過程中順層方向形成的力學(xué)薄弱面（蔡毅等，2022）。研究區(qū)頁巖頁理發(fā)育受控于沉積環(huán)境，青山口組時期沉積物沉積速率慢、有機質(zhì)豐度高、巖石水平層理發(fā)育，在深湖—半深湖環(huán)境下隨著沉積物增多、壓實作用增強，有機質(zhì)和黏土礦物等韌性礦物定向排列使得沉積物具有較好的成層性。頁理的存在對頁巖油儲集層的物理性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性方面具有重要影響。巖心觀察表明，紋層和頁理在青山口組極其發(fā)育，紋層多呈水平狀，可見波狀，進一步可見連續(xù)狀或斷續(xù)狀（圖7－A至7－F）。部分研究人員指出廣義紋層的定義可以擴展為 “某一尺度下采用相關(guān)觀測手段可識別的最小級別的層”，由此衍生多尺度紋層結(jié)構(gòu)（陳世悅等，2017；鄢繼華等，2017；李麗慧等，2019）。為了便于將巖心觀察到的紋層與測井可以表征的紋層相匹配，依據(jù)巖心觀察下的單一紋層厚度和紋層密度將青山口組沉積紋層結(jié)構(gòu)類型劃分為3類：紋層狀、層狀和塊狀。紋層狀對應(yīng)毫米級紋層結(jié)構(gòu)即單一紋層厚度小于1 cm，紋層密度大于100條／m（圖5－A，5－B，5－C）；層狀對應(yīng)厘米級紋層結(jié)構(gòu)即單一紋層厚度為1～10 cm，紋層密度為10～100條／m（圖5－D，5－E，5－F）；塊狀對應(yīng)分米級紋層結(jié)構(gòu)具有單一層厚度大于10 cm 或?qū)觾?nèi)無肉眼可見的紋層的特征（圖5－G，5－H，5－I）。

由于巖心數(shù)據(jù)很難獲取且成本較高，如何利用測井資料完成單井縱向上紋層結(jié)構(gòu)類型的連續(xù)識別和劃分至關(guān)重要。常規(guī)測井分辨率多為分米級到米級，而高分辨率成像測井分辨率可達5mm，在電阻率刻度的基礎(chǔ)上獲得的成像測井動靜態(tài)圖像，可以清楚地反映地層的層理變化，是紋層精細識別和表征的重要手段。利用巖心照片進行標定，建立3類紋層結(jié)構(gòu)類型的測井識別模板，進而實現(xiàn)單井縱向上沉積組構(gòu)的連續(xù)識別與劃分。以X井為例，紋層狀累計厚度217.3m，層狀結(jié)構(gòu)發(fā)育的儲集層累計厚度243.1m；塊狀結(jié)構(gòu)發(fā)育的儲集累計總厚度22.1m（圖6）。整體而言，古龍凹陷青山口組沉積組構(gòu)類型主要為紋層狀和層狀，二者占比在90%以上。

圖6 松遼盆地古龍凹陷X井青山口組紋層結(jié)構(gòu)測井表征及單井縱向識別Fig.6 Logging evaluatation and identification of lamina structure in a single well（Well X）in the Qingshankou Formation，Gulong sag，Songliao Basin

2.3 巖相分類及測井表征

目前針對頁巖巖相的劃分方案多樣，綜合巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和有機質(zhì)含量進行巖相分類是目前眾多學(xué)者比較認同的一個方案。綜合主要占比礦物組分、巖性和紋層結(jié)構(gòu)類型將古龍凹陷青山口組頁巖油儲集層巖相劃分為10類（圖7）。

圖7 松遼盆地古龍凹陷青山口組巖相類型及成像測井特征Fig.7 Types of lithofacies of the Qingshankou Formation in Gulong sag，Songliao Basin

紋層狀長英質(zhì)頁巖主要礦物類型為石英、長石和黏土礦物，有機質(zhì)含量中等，TOC含量在1%～2%之間，巖心觀察到巖石呈灰黑色，紋層密度大，可見頁理發(fā)育，紋層結(jié)構(gòu)類型為紋層狀，成像測井切片顯示其紋層發(fā)育（圖7－A）。層狀長英質(zhì)頁巖主要由石英、長石和黏土礦物組成，富含有機質(zhì)，TOC含量大于2%，巖心觀察表明該類巖相多為暗黑色，紋層和頁理發(fā)育，紋層結(jié)構(gòu)類型為層狀，成像測井靜態(tài)圖多為暗色。成像測井切片觀察表明，較紋層狀長英質(zhì)頁巖其整體上單一紋層厚度要厚、紋層密度要低（圖7－B）。紋層狀黏土質(zhì)頁巖巖心為黑色、紋層發(fā)育，成像測井切片表明其紋層結(jié)構(gòu)類型為紋層狀，該類巖相黏土礦物含量高，有機質(zhì)含量中等到高，TOC含量在2%～4%之間（圖7－C）。層狀黏土質(zhì)頁巖巖心為黑色，紋層和頁理發(fā)育，黏土礦物含量高，富含有機質(zhì)，TOC含量大于4%，成像測井靜態(tài)圖為暗色，成像測井切片顯示其紋層結(jié)構(gòu)類型為層狀（圖7－D）。塊狀頁巖（塊狀長英質(zhì)頁巖和塊狀黏土質(zhì)頁巖），巖心為灰黑色，成層性差，不發(fā)育紋層和頁理，觀察不到任何沉積構(gòu)造，成像測井動靜態(tài)圖均為均一塊狀模式，成像測井切片亦為塊狀模式，表明其紋層結(jié)構(gòu)類型為塊狀（圖7－E）。紋層狀粉砂巖相巖心觀察其巖石顏色為灰白色，紋層密度高，紋層形態(tài)多為平直或波狀，紋層連續(xù)性好，有機質(zhì)含量低，成像測井靜態(tài)圖為亮橘色，成像測井切片表明紋層結(jié)構(gòu)類型為紋層狀（圖7－F）。層狀粉砂巖相與紋層狀粉砂巖相特征相似，但其紋層結(jié)構(gòu)類型為層狀，即紋層密度較紋層狀粉砂巖相低、單一層厚度較大（圖7－G）。塊狀粉砂巖相在巖心和成像測井動靜態(tài)圖以及成像測井切片圖上均觀察不到任何沉積構(gòu)造，具有均一塊狀的特征（圖7－H）。塊狀灰?guī)r／云巖相巖心為灰白色，當生物發(fā)育時塊狀灰?guī)r相巖心上可觀察到生物介殼層，該類巖相在成像測井和切片上均為塊狀模式（圖7－I）。

明確研究區(qū)主要的巖性、紋層結(jié)構(gòu)和巖相類型后，利用常規(guī)測井＋Lithoscanner測井＋成像測井實現(xiàn)單井縱向上巖性、紋層結(jié)構(gòu)類型和巖相的連續(xù)識別和劃分，進而為巖相組合和優(yōu)勢巖相判定及優(yōu)質(zhì)甜點預(yù)測奠定基礎(chǔ)。具體識別巖相流程如下：首先利用常規(guī)測井包括自然伽馬和電阻率以及成像測井確定出頁巖、粉砂巖與灰?guī)r和云巖，然后利用Lithoscanner反演出的礦物剖面依據(jù)礦物含量較為精細的區(qū)分出長英質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖和粉砂巖，最后結(jié)合成像測井切片劃分出的紋層結(jié)構(gòu)類型，完成單井縱向上巖相的識別和劃分。以X井為例，巖相劃分結(jié)果如圖8所示，在X井的青一段和青二段底部未見到重力流沉積形成的粉砂巖，其巖相類型為紋層狀黏土質(zhì)頁巖、層狀黏土質(zhì)頁巖、紋層狀長英質(zhì)頁巖、層狀長英質(zhì)頁巖、塊狀云巖／灰?guī)r和塊狀頁巖。紋層狀黏土質(zhì)頁巖、層狀黏土質(zhì)頁巖、紋層狀長英質(zhì)頁巖和層狀長英質(zhì)頁巖為主要巖相類型，占比可達80%，其中層狀頁巖和紋層狀頁巖單層平均厚度最大，可達0.37m（表2）。Q1～Q9層巖相分布略有差異，自下而上塊狀介殼灰?guī)r和塊狀云巖含量先增大后減小，在Q5層含量最高為21.6%。Q1、Q2和Q4層紋層狀黏土質(zhì)頁巖和層狀黏土質(zhì)頁巖占比50%左右，層狀長英質(zhì)頁巖和紋層狀長英質(zhì)頁巖占比30%左右。Q5層層狀黏土質(zhì)頁巖和紋層狀黏土質(zhì)頁巖含量較低約為30%，紋層狀長英質(zhì)頁巖和層狀長英質(zhì)頁巖約為46%，可能是由于該時期河流帶來了較多的陸源碎屑供應(yīng)物，沉積層中長英質(zhì)含量增加。Q6～Q9層紋層狀黏土質(zhì)頁巖和層狀黏土質(zhì)頁巖含量在60%～80%之間，層狀長英質(zhì)頁巖和紋層狀長英質(zhì)頁巖含量較低（表2）。

表2 松遼盆地古龍凹陷X井青山口組各小層巖相分布特征（%）Table 2 Characteristics of lithofacies（%）in the Qingshankou Formation of Well X，Gulong sag，Songliao Basin

圖8 松遼盆地古龍凹陷青山口組X井巖相單井縱向連續(xù)識別與劃分Fig.8 Lithofacies classification in a single well（Well X）in the Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag，Songliao Basin

3 巖相組合及分布規(guī)律

3.1 沉積環(huán)境特征

古龍凹陷青山口組沉積時期湖盆進入快速沉降階段，形成了一大套半深湖—深湖頁巖。深湖和半深湖環(huán)境沉積水體較深，處于缺氧環(huán)境，有利于有機質(zhì)保存、聚集和轉(zhuǎn)化。有機質(zhì)主要來源為層狀藻類，有機碳含量高，青一段TOC含量為0.17%～7.12%，集中分布在1.8%～4.5%，平均值在2%以上。有機質(zhì)的含量對于油氣的富集具有重要的作用。青山口組自上而下成熟度變高，RO介于0.7%～1.7%之間，均值1.3%，屬于中高成熟頁巖油，勘探開發(fā)前景廣闊（圖9）。

Fe、Mn、Ni、Cr、Co、Cu、V、Th、Rb等在溫暖濕潤的氣候條件下容易富集，在干燥炎熱的氣候下Ca、Mg、Sr、K、Na、Ta、B、Zn、Pb容易富集。常用的氣候條件判別指標有氣候指數(shù)C（Σ（Fe＋Mn＋Ni＋Co＋Cr＋V）／Σ（Ca＋Mg＋K＋Sr＋Ba））和Sr／Cu值。Sr為喜干元素，其高值指示干熱氣候，水體鹽度較高（劉可禹和劉暢，2019；Huetal.，2020；Wuetal.，2021）。Cu的高值指示濕潤氣候。從X井微量元素Sr／Cu值縱向變化看，青山口組沉積時期整體處于濕潤氣候狀態(tài)，底部（Q1層）沉積時期氣候偏干旱環(huán)境（圖9）。氣候濕潤時，雨水攜帶大量的陸源碎屑注入湖泊，沉積體系中長英質(zhì)（石英和長石）含量增加；氣候干熱時，物源供給少并且不易被攜帶進入湖盆，沉積物中長英質(zhì)含量相對降低。因此，礦物成分含量在一定程度上可以反映氣候條件的變化。石英性質(zhì)穩(wěn)定，在搬運過程中容易保存，而不穩(wěn)定組分長石在搬運中隨著距離增加含量減少，氧化還原敏感性礦物黃鐵礦容易被保留，因此，沉積物中礦物組分類型和含量還可以指示物源距離。從X井實測礦物含量變化來看，青一段和青二段縱向上石英含量穩(wěn)定，長石含量變化頻繁，反映了不同沉積期次中沉積物搬運距離不同，也代表著沉積水動力強弱的變化。

微量元素U、V、Cr、Ni、Co、Cu等在氧化條件下容易溶解，在還原條件下容易富集；Th和U在還原條件下化學(xué)性質(zhì)相似，易富集，在氧化條件下存在差異。U在氧化條件下不穩(wěn)定易溶于水，而Th相對穩(wěn)定。因此可以通過V／（V＋Ni）、TH／U、V／Cr、Ni／Co等指標對氧化還原條件進行標定（楊萬芹等，2018；Huetal.，2020；Wuetal.，2021）。V／（V＋Ni）值大于0.84時沉積環(huán)境為厭氧，在0.6～0.84區(qū)間代表貧氧環(huán)境，小于0.6為富氧環(huán)境。V／Cr值大于4.25指示厭氧，2～4.25代表貧氧，小于2代表富氧。V／（V＋Ni）值最小為0.71，最大為0.94，均值為0.86；V／Cr最小值為2.46，最大值達4.45，平均值為3.16。X井微量元素研究表明古龍凹陷青山口組整體處于水體分層不明顯的貧氧環(huán)境，在青山口組底部出現(xiàn)過水體分層顯著的缺氧環(huán)境，X井Q1層2577.70m 和2583.01m處測得的V／（V＋Ni）值分別為0.89和0.93，V／Cr值分別為4.45和4.33，Q1段TOC平均含量為2.2%，最高可達4.68%，黃鐵礦平均含量3%（圖11）。研究表明水體分層的沉積模式為有機質(zhì)的生產(chǎn)、富集和保存提供了良好的條件（袁選俊等，2015；孫龍德等，2015；鄢繼華等，2017；朱如凱等，2017；柳波等，2018）。

Ba2＋遷移能力較弱，當湖水鹽度高時、酸根離子富集則易形成BaCO3、BaSO4沉淀。Sr2＋遷移能力強，只有當鹽度很高時才會生產(chǎn)SrSO4沉淀。因此，可以利用Sr和Sr／Ba數(shù)值高低表征沉積時期湖水鹽度。Sr／Ba＞1指示海相咸水或咸化湖泊，0.6～1代表海陸過渡或半咸水，Sr／Ba＜0.6代表陸相淡水環(huán)境；Sr＞500μg／g指示海相咸水或咸化湖泊沉積，300～500μg／g代表海陸過渡或半咸水，小于300μg／g代表陸相淡水沉積（楊萬芹等，2018；劉可禹等，2019）。古龍凹陷青山口組Sr／Ba平均值為0.5，最高可達1.34，Sr元素含量平均為277.3μg／g，最低為151.0μg／g，最高可達864.0μg／g，表明整體處于淡水環(huán)境，在底部（Q1層底部）鹽度較高，為微咸水—咸水沉積環(huán)境。

Mn、Al能夠反映水深變化，隨著水深增加Mn和Al的含量會增加。利用Mn含量縱向上的變化定性判別古龍凹陷青山口組沉積時期水體變化，在各小層沉積時期湖平面頻繁波動升降，但整體演化過程中水體逐漸變淺。湖平面上下的頻繁變換以及較為穩(wěn)定的物源供應(yīng)，是研究區(qū)儲集層紋層和頁理發(fā)育的重要影響因素，而深水時期上下水體分層也為有機質(zhì)的富集和保存提供了良好的條件。

伽馬測井曲線在一定程度上可以反映出湖平面升降變化，根據(jù)伽馬值的大小在每個小層內(nèi)劃分出上升半旋（圖9藍色）回和下降半旋回（圖9橘色），伽馬最大值處代表該層內(nèi)湖水最深時期（圖9）。Q1層～Q6層上升半旋回沉積期要大于下降半旋回沉積期，表明此階段湖平面整體處于上升的狀態(tài)。Q7層之后整體下降半旋回沉積期要大于上升半旋回沉積期，說明湖平面開始下降，且在Q7層水體達到最深。

3.2 沉積環(huán)境控制下的巖相組合類型

沉積環(huán)境條件如湖平面變化、物源供給、氣候等控制著沉積物的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其組合形式，反之，巖相組合形式能夠反映成因上具有關(guān)聯(lián)的沉積環(huán)境特征。因此不同級別的層序可以用來進行巖相組合的劃分和成因的研究（劉惠民等，2022）。

依據(jù)各小層層內(nèi)巖相縱向疊置規(guī)律，將研究區(qū)巖相組合類型劃分為5類（圖10）。I型紋層狀黏土質(zhì)頁巖與層狀黏土質(zhì)頁巖互層、Ⅱ型紋層狀黏土質(zhì)頁巖與紋層狀長英質(zhì)頁巖互層、Ⅲ型紋層狀長英質(zhì)頁巖與層狀長英質(zhì)頁巖互層、Ⅳ型紋層狀黏土質(zhì)頁巖與紋層狀長英質(zhì)頁巖及層狀黏土質(zhì)頁巖互層、V型紋層狀黏土質(zhì)頁巖和層狀黏土質(zhì)頁巖及紋層狀長英質(zhì)頁巖和層狀長英質(zhì)頁巖互層。巖相組合類型以紋層狀黏土質(zhì)頁巖、層狀黏土質(zhì)頁巖、紋層狀長英質(zhì)頁巖和層狀長英質(zhì)頁巖4類巖相中的2種及以上組合而成，塊狀頁巖、塊狀介殼灰?guī)r和塊狀云巖含量不到20%，出現(xiàn)頻率很低，因此未納入巖相組合模式中。I型巖相組合除Q7層外在其他各小層均有發(fā)育，主要出現(xiàn)在下降半旋回（即圖11第4道橘色層位）；Ⅱ型和Ⅲ型巖相組合發(fā)育較少，Ⅱ型只在Q3層下降半旋回出現(xiàn)；Ⅲ型巖相組合出現(xiàn)在Q1和Q5層的上升半旋回（即圖11第4道藍色層位）；Ⅳ型出現(xiàn)在Q6～Q8層上升半旋回；V型巖相組合類型發(fā)育程度僅次于I型組合，在上升和下降半旋回均有出現(xiàn)，集中分布在Q2、Q4、Q7和Q94個小層。

圖10 松遼盆地古龍凹陷青山口組巖相組合類型Fig.10 Types of lithofacies assemblage in the Qingshankou Formation in Gulong sag，Songliao Basin

圖11 松遼盆地古龍凹陷X井青山口組青一段巖相組合發(fā)育模式Fig.11 Patterns of lithofacies assemblage in the Qingshankou Formation of Well X in Gulong sag，Songliao Basin

青山口組與下伏泉頭組沉積時期為松遼盆地白堊系的第3次大規(guī)模湖侵周期。泉頭組進入構(gòu)造拗陷期，湖泊面積擴張，到青山口組時期，構(gòu)造沉降速率大于沉積物供給速率，湖泊面積進一步擴大，到青山口組晚期，來自盆地南北和西部的兩大物源輸入增強，致使湖泊發(fā)生退積從而導(dǎo)致湖平面下降（柳波等，2021）。因此整個青山口組經(jīng)歷了水體變深再變淺的一個大的循環(huán)周期。在Q7沉積時期水體達到最深，發(fā)育了一套較厚的以黏土質(zhì)頁巖夾長英質(zhì)頁巖或介殼灰?guī)r或云巖的巖相組合體。向上水體逐漸變淺，水動力較弱，沉積物中增加了少量的陸源碎屑，因此形成了一套以紋層狀長英質(zhì)頁巖為主夾紋層狀黏土質(zhì)頁巖和層狀黏土質(zhì)頁巖及塊狀灰?guī)r或云巖的巖相組合體（圖11）。在整體水體加深的過程中，即Q1～Q6時期，在各小層上升半旋回中（即圖11第4道藍色層位）以Ⅰ型和Ⅲ型巖相組合為主，多為2種巖相組合疊置，整體上巖性較為簡單，表明沉積環(huán)境相對穩(wěn)定；當水體達到最深且開始逐漸下降進入湖泊—三角洲沉積時期，即Q7～Q9層，上升半旋回以復(fù)雜巖相組合體為主，多為Ⅳ型或Ⅴ型，多是由于陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)增加，巖石礦物組分類型變多，進而形成一套巖性較為復(fù)雜的沉積體，沉積層具有長英質(zhì)頁巖發(fā)育的特征，由于沉降緩慢沉積物成層性顯著，發(fā)育紋層狀和層狀沉積構(gòu)造。在各小層湖平面下降半旋回中（即圖11第4道橘色層位），巖相組合類型以I型為主，即紋層狀黏土質(zhì)頁巖與層狀黏土質(zhì)頁巖互層，說明在湖平面下降過程中，大量的懸浮物質(zhì)得以沉降形成沉積層，使得地層發(fā)育紋層狀或?qū)訝畛练e構(gòu)造，具有黏土質(zhì)頁巖發(fā)育的特征。整體上研究區(qū)以I型巖相組合為主，表明青山口組處在一個穩(wěn)定交替變換的沉積背景下，形成了一套薄互層頻繁交替出現(xiàn)且非均質(zhì)性強的沉積體。

4 結(jié)論

1）松遼盆地古龍凹陷青山口組青一段和青二段底部（Q1～Q9）巖性分為4類：黏土質(zhì)頁巖、長英質(zhì)頁巖、介殼灰?guī)r和云巖?；?guī)r中富含介形蟲類和瓣鰓類等生物介殼。重力流沉積的粉砂巖在局部地區(qū)出現(xiàn)。為了便于將巖心觀察到的紋層與測井可以表征的紋層相匹配，將紋層結(jié)構(gòu)類型按照尺度劃分為毫米級紋層狀、厘米級層狀和分米級塊狀3類。以礦物組分和紋層結(jié)構(gòu)類型作為2個核心標準，將古龍凹陷頁巖油儲集層巖相分為10類，由于粉砂巖儲集層只在局部區(qū)域出現(xiàn)，研究區(qū)常見的巖相類型分為7類。

2）利用Lithscanner技術(shù)完成古龍頁巖油巖性礦物組分測井評價，結(jié)合常規(guī)測井實現(xiàn)單井縱向上巖性的連續(xù)識別與劃分。主要巖性為黏土質(zhì)頁巖，其次為長英質(zhì)頁巖，二者占比約為80%，灰?guī)r和云巖較少出現(xiàn)；基于高分辨率成像測井技術(shù)實現(xiàn)單井縱向上紋層結(jié)構(gòu)類型的連續(xù)識別與劃分，紋層狀和層狀占比可達90%以上；進而將二者疊合實現(xiàn)單井縱向上巖相的快速識別和劃分，主要巖相類型為紋層狀黏土質(zhì)頁巖和層狀黏土質(zhì)頁巖，占比高達60%，其次為紋層狀長英質(zhì)頁巖和層狀長英質(zhì)頁巖為主，塊狀介殼灰?guī)r和云巖出現(xiàn)較少，塊狀頁巖偶現(xiàn)。

3）微量元素分析表明，青山口組整體處于氣候濕潤還原性較強的淡水湖盆的沉積環(huán)境，水體在Q7層達到最深而后逐漸變淺。地層旋回控制下的巖相組合類型可以劃分為5類，每種類型由紋層狀黏土質(zhì)頁巖、層狀黏土質(zhì)頁巖、紋層狀長英質(zhì)頁巖和層狀長英質(zhì)頁巖4類巖相中的2種及以上組合而成，其中Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型為2種巖相互層，Ⅳ型巖相組合類型為3種巖相疊置，Ⅴ型為4種巖相混合互層。Q1～Q6時期巖相組合類型主要為Ⅰ型、Ⅱ型或Ⅲ型，下降半旋回以Ⅰ型為主，上升半旋回以I型和Ⅲ型為主。Q7時期湖泊水深達到最大且開始逐漸下降。Q7～Q9層時期，上升半旋回多為Ⅳ型和Ⅴ型，下降半旋回以I型為主。