東營凹陷FY1井沙四上亞段泥頁巖沉積環(huán)境研究

王瑜斌，彭 軍，于樂丹，許天宇

（西南石油大學地球科學與技術(shù)學院，四川成都 610500）

濟陽坳陷位于渤海灣盆地的東南部，是該盆地中產(chǎn)油量最高的坳陷之一。研究區(qū)是濟陽坳陷四個次級凹陷之一，即東營凹陷。目前，研究區(qū)不但是濟陽坳陷油氣資源最為豐富的凹陷，而且是勝利油田頁巖油氣勘探研究重點的區(qū)域[1]。經(jīng)過多年的勘探實踐表明，研究區(qū)沙四上亞段發(fā)育了一大套泥頁巖地層，顯示了較好的勘探潛力，但是受多種條件的限制，使得泥頁巖的沉積環(huán)境特征認識不夠清楚，進一步加大了沙四上段油氣勘探開發(fā)的難度，為此，本文以FY1井巖心精細觀察描述及其分析測試資料為基礎(chǔ)，對東營凹陷沙四上亞段沉積環(huán)境特征進行了分析與研究，以期為東營凹陷尋找新的油氣藏富集區(qū)，落實新的儲量增長區(qū)塊，從而為泥巖油氣藏勘探儲備新的技術(shù)手段。

1 地質(zhì)背景

渤海灣盆地位于中國東部，東臨膠遼隆起，西與太行山隆起為鄰，南靠魯西隆起，北接燕山褶皺帶，是中朝準地臺經(jīng)過古生代沉積并在印支、燕山期運動的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中新生代斷陷盆地，面積約1.5×105km2。該盆地主要由臨清坳陷、冀中坳陷、黃驊坳陷、濟陽坳陷、渤中坳陷、遼東灣坳陷和遼河坳陷組成[1]。其中，濟陽坳陷位于渤海灣盆地的東南部，是盆地內(nèi)產(chǎn)油量最高的坳陷之一，坳陷內(nèi)發(fā)育車鎮(zhèn)凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷和東營凹陷四個次級凹陷，而東營凹陷是勝利油田頁巖油氣勘探研究重點區(qū)域。

東營凹陷位于山東省北部，東臨萊州灣，西接高青縣，南抵廣饒，北至利津陳家莊，是渤海灣裂谷系內(nèi)大型寬緩的中、新生代張扭型半地塹伸展盆地。該凹陷位于濟陽坳陷東南部，呈北東東走向，東西長90km，南北寬65km，面積達5 850km2，總體上形成一個北東向展布、“北斷南超”的復式半地塹斷陷（圖1），是濟陽坳陷油氣資源最為豐富的凹陷。研究層位沙四上亞段為半深湖-深湖沉積，形成了大套細粒沉積巖發(fā)育段，主要巖性為黏土質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)黏土巖、黏土巖、粉砂質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)黏土巖等[2]。

2 巖相特征

不同類型巖石沉積時的環(huán)境各異，通過對東營凹陷FY1井沙四上亞段巖心觀察、200余塊薄片觀察描述，根據(jù)巖石類型頻率統(tǒng)計篩選出5種常見的巖石類型，分別指示不同的沉積環(huán)境：

（1）富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)黏土巖：東營凹陷沙四上亞段富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)黏土巖常由深色的泥質(zhì)紋層與淺色的灰質(zhì)紋層組成，其中深色泥質(zhì)紋層中富含有機質(zhì)，常含有以石英為主的陸源碎屑，紋層平直且連續(xù)，偶見灰質(zhì)透鏡體，說明該沉積時期水體深，水體安靜，氣候暖濕。

（2）富有機質(zhì)塊狀灰質(zhì)黏土巖：該巖石整體均勻塊狀，基質(zhì)為黏土質(zhì)，巖石中均勻分布少量石英礦物和碳酸鹽礦物，整體為塊狀，說明該沉積時期整體水體較深，但水動力較強，氣候暖濕。

（3）富有機質(zhì)層狀黏土質(zhì)灰?guī)r：基質(zhì)以黏土為主，黏土紋層中含方解石和長英質(zhì)碎屑，灰質(zhì)以泥晶方解石紋層為主，自下而上黏土逐漸減少，灰質(zhì)逐漸增多，厚層灰質(zhì)條帶與薄層黏土條帶組成多套韻律，指示水體深度較淺，氣候較為干旱。

（4）富有機質(zhì)紋層狀黏土質(zhì)灰?guī)r：灰色紋層與淺色紋層互層，且淺色紋層更為發(fā)育，紋層界面明顯，部分紋層呈波狀，反映了該沉積時期水體淺且較為動蕩，氣候相對干旱。

（5）富有機質(zhì)層狀黏土質(zhì)灰?guī)r：特征與富有機質(zhì)層狀黏土質(zhì)灰?guī)r相似，灰質(zhì)增加，水體較之更淺（圖2）。

圖2 FY1井巖相類型

（a）FY1 井，3 105.08m，富有機質(zhì)層狀灰質(zhì)黏土巖，1X（+）；（b）FY1 井，3 148.71m，富有機質(zhì)層狀黏土質(zhì)灰?guī)r，1x（-）；（c）FY1 井，3 113.9m，富有機質(zhì)紋層狀黏土質(zhì)灰?guī)r，5X（-）；（d）FY1井，3 159.53m，富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)黏土巖，1x（-）；（e）FY1井，3 218.06m，富有機質(zhì)塊狀灰質(zhì)黏土巖，10x（-）；（f）FY1井，3 231.57m，富有機質(zhì)塊狀灰質(zhì)黏土巖。

3 沉積環(huán)境特征

目前，沉積環(huán)境的恢復方法較多，主要有地球化學法、沉積礦物學法、古生態(tài)學法、沉積動力學法和地震地層學法等。每種方法各有利弊，在實際應(yīng)用中，根據(jù)地區(qū)資料情況和方法可操作性來選擇沉積環(huán)境的恢復方法。本文主要應(yīng)用元素地球化學法，從古氣候、古生產(chǎn)力、古水深、古鹽度和古氧化還原性等5個方面來分析FY1井沙四上亞段古環(huán)境，并利用元素地球化學法將FY1井沙四上亞段環(huán)境演化劃分出3個演化階段（圖3），第一階段（3 251～3 306m）、第二階段（3 306～3 401m）、第三階段（3 401～3 441m）。

3.1 古氣候

沉積物中Rb/Sr、Fe/Mn 的高值對應(yīng)溫濕氣候，低值是干熱氣候的響應(yīng)，Sr/Cu 值介于1.3～5.0通常指示溫濕氣候，而大于5.0則指示干熱氣候[3-4]。Sr/Cu值介于1.3～5.0通常指示溫濕氣候，而大于5.0則指示干熱氣候[3-4]。

FY1井沙四上亞段第二階段Rb/Sr、Fe/Mn 相對高值，整體上有先增大后減小的趨勢。Sr/Cu 值第一階段平均值為35.7，第二階段為18.9，第三階段為40，根據(jù)其指示意義，第二階段相對暖濕，一三階段相對干熱。三種指標綜合分析古氣候變化可以分為半干旱-干旱→相對暖濕→半干旱三個階段。

3.2 古鹽度

沉積磷酸鈣組分Ca/（Ca+Fe）比值與鹽度呈正比關(guān)系[5]，Sr/Ca 比值在咸水環(huán)境中為高值，在淡水環(huán)境中為低值[6]。Th/U 值越大，表示鹽度越大，Th/U 值越小，表示鹽度越低。

FY1 井沙四上亞段第一階段Ca/（Ca+Fe）值主要分布在0.3～0.99，均值為0.85，Th/U 值分布在1.07～5.04，均值2.43，第二階段Ca/（Ca+Fe）值主要分布在0.1～0.66，均值為0.52，Th/U 值分布在4.2-8.8區(qū)間，均值5.53，第三階段Ca/（Ca+Fe）值主要分布在0.34～0.81，均值為0.73，Th/U 值分布在3-8.6區(qū)間，均值4.14。表明古鹽度三個階段變化為咸水→淡水-微咸水→半咸水。

3.3 古水深

Fe/Mn、（Fe+Al）/（Ca+Mg）比值與水深呈反比，F(xiàn)Y1井沙四上亞段第一階段與第二階段都有向上變淺的趨勢，第三階段與前兩階段相反，可知沙四上亞段水體深度向上先增大后減小的趨勢（圖3）。結(jié)合前人研究結(jié)果，沙四上亞段古水深為10～60m，可以推測三個階段水體變化為：淺水→半深水-深水→半深水。

圖3 FY1井沙四上亞段巖性綜合柱狀圖

3.4 古氧化還原性

V/（V+Ni）比值的變化主要由氧化還原環(huán)境控制，在缺氧環(huán)境中，V/（V+Ni）≥0.7～0.8，在貧氧環(huán)境下為0.46～0.60；V/Cr 值能反映水體的氧化還原環(huán)境，當V/Cr＜2為氧化，2～4.25為貧氧，＞4.24時為缺氧[7]。

FY1 井沙四上亞段第一階段V/（V+Ni）主要區(qū)間為0.06～0.93，平均值為0.53，V/Cr 主要區(qū)間為0.17～7.5，平均值為2.58，兩項指標都主要落在貧氧區(qū)；第二階段V/（V+Ni）主要區(qū)間為0.13～1.33，平均值為0.71，V/Cr 主要區(qū)間為0.48～7.56，平均值為2.04；第二階段V/（V+Ni）主要區(qū)間為0.1～0.91，平均值為0.51，V/Cr 主要區(qū)間為0.1～5.63，平均值為1.8；推測三個階段氧化還原性變化為：弱氧化→弱還原性→弱氧化。

3.5 古生產(chǎn)力

Al/Ti、TOC 一般與古生產(chǎn)力呈正比。FY1 井沙四上亞段兩個指標整體上變化趨勢不大，但可以看出在縱向上都有向上先增大后減小的趨勢，在第二階段達到高值。指示三個階段生產(chǎn)力差距不大，其中第二階段生產(chǎn)力較高。

4 結(jié)論

東營凹陷FY1井沙四上亞段泥頁巖古環(huán)境特征具有氣候由干旱-相對暖濕-干旱、水體由半深水-深水-淺水、還原性較弱-強-弱、鹽度由高到低、物源輸入由較多到較少的變化規(guī)律。