环渤中坳陷古近系沙河街组一二段混积岩特征及优质储层形成机理

发布时间：2020-05-21 02:08

【摘要】：传统沉积学理论认为陆源碎屑岩与碳酸盐岩体系是两类截然分离与独立的沉积体系。然而,自然界普遍存在着陆源碎屑和碳酸盐颗粒(包括异化粒和泥晶)在组分上相互混合或以互层的方式产出的沉积体系,被定义为混合沉积。我国渤海湾地区在古近系沙河街组一二段发现了丰富的混合沉积现象。近些年,伴随油气勘探实践的深入,揭示了渤海海域混积岩两个重要的特征:1)陆相湖盆背景下发育的混合沉积;2)混积岩储层在普遍埋深超过3000m的背景下依然存在优质的储层。相比海相混合沉积的研究,陆相混合沉积的关注相对较少,导致对陆相混积岩的沉积特征与成因认识不清。其次,在中-深埋藏背景下混积岩优质储层的形成机理尚不明确。因此,渤海海域混合沉积的研究具有重要的科学与油气勘探意义。基于上述存在的问题,本文选取渤中坳陷及其周缘地区典型混积岩发育构造带作为研究区,通过钻井资料分析、岩心观察、储层特征和流体地球化学测试等技术方法,聚焦混积岩岩性相分类、沉积环境分析、储层典型成岩作用和优质储层储集特征研究等工作,最终阐明混积岩沉积动力过程和优质储层的形成机理。本文取得的主要认识包括:1.提出了外源碎屑、生物成因碳酸盐颗粒和化学成因碳酸盐三端元构成的一个新的混积岩岩石学三角分类系统。该岩石学分类系统将混积岩划分为四大类十六个小类。应用该系统分类原则,将研究区混合沉积划分出8类主要的组分混积岩性相类型。此外,还识别了两类互层型混积层系,一类为大尺度混积层系,表征为在单个准层序单元内的层系混积;另一类为小尺度混积层系,表征为单个纹层组单元内层系混积。2.通过典型相标志分析,将混合沉积划分为扇三角洲混合沉积和湖泊混合沉积两大体系。其中,扇三角洲混合沉积体系进一步划分为扇三角洲前缘和前扇三角洲混合沉积两类成因相组合。前者可识别出水下碎屑流混合沉积和河口坝混合沉积两类成因相;后者发育前三角洲混合沉积成因相。湖泊混合沉积体系成因相组合为滨浅湖混合沉积,并识别出滩坝复合体混合沉积成因相。3.基于沉积体系沉积特征与空间配置关系,总结三类混积砂体成因类型:水下碎屑流混合沉积、扇三角洲前缘河口坝混合沉积和滩坝复合体混合沉积。水下碎屑流混合沉积砂体成因与扇三角洲前缘混积砂体二次垮塌的重力过程有关。扇三角洲前缘河口坝混合沉积与扇三角洲周期性推进-废弃等沉积作用相关。滩坝复合体混合沉积受控于湖平面变化与湖流驱动的共同作用。三类混合沉积模式概括为:(1)扇三角洲重力流驱动混合沉积模式;(2)扇三角洲建设-废弃互层型混合沉积模式;(3)广湖水文条件控制下滩坝复合体混合沉积模式。阐明混合沉积的主控因素:古气候是混合沉积储层发育的基础,古地貌和古水深变化分别决定了储层的分布和样式。4.厘定主要成岩作用类型及成岩共生序列,查明了泥晶化作用、胶结作用、白云岩化作用和溶蚀作用等四类主要影响混积岩储层的成岩作用及其成因机理。结合岩相学观察、地球化学测试和不同成岩作用产物特征分析认为,研究区沙一二段混积岩储层处于中-深埋藏期,并经历了同生期、准同生期、埋藏期三个成岩作用阶段。其中同生期-准同生期是主要的储层建设期。5.结合储层岩性相、沉积相、主要成岩作用、储层空间类型和孔隙结构,提出三类混积岩优质储层成因类型:(1)滩坝混合沉积原生孔-次生溶蚀孔型储层;(2)砂质碎屑流混合沉积原生孔隙型储层;(3)砾质碎屑流混合沉积残余原生孔隙型储层。6.混积岩优质储层良好的储集性能来源于原生与次生孔隙的共同贡献。原生孔隙的有效保存是储层孔隙发育的重要因素之一。颗粒型混积岩沉积、(准)同生期建设性成岩作用及长期地层浅埋藏是储层有效抵制上覆地层压力、保存原生孔隙的原因。多期不同性质的流体活动起到改造储层的作用,导致储层经历了两次建设期和两次破坏期。其中,同生期大气淡水的溶蚀作用是次生孔隙形成的主要原因。因此,混积岩优质储层形成受控于沉积-成岩-构造-流体等多因素的综合影响。7.结合储层控制因素,提出中-深层湖相混积岩优质储层模式。同生期泥晶包壳和准同生期白云岩化作用有效增加了储层岩石的抗压实能力,同时储层长期处于浅埋藏环境降低了压实与胶结作用对储层的影响。两者共同作用导致在埋藏过程中原生孔隙被大量保存。此外,同生期湖平面反复波动导致大气淡水渗入与储层作用,导致大量生物颗粒次生选择性组构溶蚀孔形成,进一步优化了储层。综上所述,本文揭示了陆相湖盆混积岩沉积作用过程与砂体沉积模式,并阐明了中-深埋藏背景下的优质储层成因机理,对渤海海域古近系沙一二段的储层分布预测提出了新的理论支撑,同时也对类似盆地背景的研究提供了新的研究案例支持。
【图文】：

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图 1.1 不同学者混积岩岩石学分类三角图a. Mount 提出的混积岩三角四面体分类；b. 据杨朝青和沙庆安（1990）混积岩岩石分类；c. 据张雄华（2000）混积岩分类图1.2.2 混积岩成因类型及主控要素Mount（1984）最早提出间断混合、相混合、原地混合混合及母源混合四类混积岩成因类型。最新的研究认为母源混合不能代表一种混合成因类型（Chiarella etal., 2017），因为母源成因的混合沉积物中，碳酸盐组分的成因为重力事件，更符合碎屑岩体系的异地搬运机制，而非原地碳酸盐成分沉积。因而，母源混合形成的混合沉积虽然成分上和混积岩类似，，但是成因机理类似机械搬运成因的碎屑岩体系。间断混合指由事件成因引起的混合沉积。如风暴、泥石流等沉积事件将陆源碎屑物质带入碳酸盐为主的环境（Yose and Heller, 1989; Cózar et al., 2006）或者碳酸盐物质被迅速搬运至陆源碎屑为主的环境中（图 1.2a）。典型实例为西班牙伊比利亚盆地中因为事件成因所形成的砂砾质沉积物，被快速带入泄湖泥晶云岩中所

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加拿大魁北克湾相混合形成的夹层型混积岩剖面。剖面见厚层状粉砂质泥岩代表了半深海细粒沉积；夹呈的薄层状生物碎屑灰岩则代表滨海生物介壳沉积。两者的互层式混积是海平面变化造成的相迁移结果（Dix, 2013）（图1.3b）。张雄华（2003）通过对雪峰古陆的混积岩研究，总结了其成因机理也是与海平面变化造成的相迁移有关。晚石炭世滨海带与雪峰古陆的山系相邻，雪峰古陆的构造抬升运动导致大量的冲积扇砂砾岩向滨海滩相流入。但是随着晚古生代海平面的变化，陆相冲积扇沉积于海相碳酸盐建造垂向上的交互混合。原地混合指在陆源碎屑基底之内或原地沉积出碳酸盐组分形成的混合现象（图 1.2c）。这一般由于生物扰动或者微弱的洋流造成（Larsonneur et al., 1982）。典型的沉积过程实例包括苏伊士湾含砂质原地沉积的鲕粒灰岩混合异地搬运而来的陆源碎屑颗粒（黄色箭头）（El-Azabi, 2007）（图 1.3c）；西班牙伊比利亚盆地原地沉积轮藻与异地砂质层互层型沉积（Rocío Navarrete, 2013）（图 1.3d）。叠层石或者藻类等吸附细粒的陆源碎屑物质、碳酸盐岩的化学沉淀作用均可能形成原地混合（徐伟等，2014）。Santisteban（1988）也在地中海沿岸 Biocene Fortuna 盆地及 Eocene Catalan 盆地发现大量的原地混合沉积现象：当斜坡上水道向盆地输入大量碎屑沉积物，可形成三角洲进积沉积；当三角洲前缘碎屑物沉积停滞之后，在三角洲前缘进积的部位，原地发育点礁（patch reef）和边缘礁体（fringing reef）等礁滩体系。随后这些礁体又被下一期进积的三角洲扇体覆盖，垂向上形成多个这样的混积旋回。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.13

【参考文献】