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油气之光——湖相碳酸盐岩具有巨大的油气储藏潜力

2015-12-2 9:14:12 来源:中国矿业报 作者:贾胜娟

湖相碳酸盐岩是分布最为广泛的一类陆相碳酸盐岩,是指在内陆湖泊盆地中形成的碳酸盐岩,包括淡水湖盆碳酸盐岩、半咸水-咸水湖盆碳酸盐岩和盐湖中的碳酸盐岩。湖相碳酸盐岩由于具备储集条件且多靠近油源,形成油气藏的可能性较大,在有合适的圈闭和盖层的条件下,就能形成油气藏。近年来,在我国泌阳凹陷和柴达木盆地西部等地区发现了工业油气流,表明湖相碳酸盐岩具有巨大的油气储藏潜力,极具经济价值。

一、湖相碳酸盐岩的岩石类型

张国栋、杜韫华等学者从矿物成分与陆源碎屑的混合沉积作用方面对湖相碳酸盐岩进行了分类,其存在、识别和区分,对古沉积环境的恢复和古地理再造有重要的意义;王英华等人提出的中国湖相碳酸盐岩的分类方案,除根据主要的碳酸盐组分对纯碳酸盐岩进行划分外,还考虑了湖相碳酸盐沉积中陆源碎屑的混入以及与膏岩、泥岩的过渡类型,是目前较成熟的分类方案。

杜韫华六大类湖相碳酸盐岩分类包括:

颗粒碳酸盐岩:颗粒含量大于10%,以螺、介形虫、蚌、藻类为主的生物化石和包壳粒、球粒、内碎屑等组成的单颗粒岩,或由两种以上颗粒组成的复颗粒岩。

泥晶颗粒岩:颗粒含量小于10%,主要为化学及生物沉积。

生物灰(云)岩:主要由介形虫、螺、蚌等的壳体埋藏石化而成,生物组分大于10%。

骨架碳酸盐岩:由造架生物或藻类障积粘结而成,骨架组分含量大于10%。已发现的这类生物有枝管藻、龙介虫管及形成叠层石的隐藻等,为湖相地层中的重要产油气层。

重结晶碳酸盐岩:由于中国大多数含湖相碳酸盐岩盆地比较年轻,此类岩石较少。

陆屑混杂碳酸盐岩:陆源碎屑含量小于50%,在各类碳酸盐岩湖盆均有发育。

二、湖相碳酸盐岩的形成条件

湖相碳酸盐岩是古湖盆从淡水向咸水,直到盐湖、碱湖演变过程的必然产物,主要集中于中生代和新生代,在三叠纪-第三纪的古湖中均有分布;在空间上,湖相碳酸盐岩的分布受控于构造背景、气候和物源供给等多方面的因素,广泛分布于全国各类湖盆中。

原生的湖相碳酸盐岩沉积可分为硬水湖中的沉积产物和卤水湖中的沉积产物。而具有生油能力的湖相碳酸岩沉积多形成于卤水湖中,如美国尤因他盆地中部的绿河组,柴达木盆地西部下第三系,泌阳凹陷下第三系核桃园组等。

在湖盆形成、发育、萎缩的发展阶段中,湖相碳酸盐岩一般发育于构造活动相对稳定、湖盆水体持续扩张阶段。这一阶段湖盆开阔、水域广布,加之适宜的气候条件,可使藻类、介形虫等生物大量生长和繁殖,从而在滨浅湖区形成各种类型的生物灰(云)岩、颗粒灰(云)岩和礁灰(云)岩,在半深水-深水湖区可形成泥晶灰岩和泥灰岩。

淡水-半咸水湖相碳酸盐岩的发育与生物的发育程度密切相关,在水体清浅、阳光充足、能量较高、营养丰富的环境下,生物灰岩或藻灰岩较发育;而气候干燥且有洪水入侵时,由于陆源碎屑大量入湖,水体浑浊,不利于生物生长,只可沉积少量无颗粒灰岩。盐湖中的碳酸盐岩形成于气温高、蒸发作用强的常年咸水湖、季节性盐湖、盐体边缘的风化壳和含盐泥坪中。

湖相碳酸盐岩和砂岩在空间分布上呈消长关系,多数情况下砂岩发育区碳酸盐岩不发育,而在砂岩发育区的边缘或其间的湖湾内,则有利于碳酸盐岩发育。湖相碳酸盐岩发育的地方一般没有充分的陆源供给,如水下隆起区。

在湖侵发育期,如果遭受海侵,新增可容空间足够大,水体变深、变广,盐度增加,而陆源碎屑物质供应不足,湖盆处于欠补偿沉积状态,以有机沉积和碳酸盐沉积为主,在陆源碎屑供给相对不足的水下隆起区发育碳酸盐礁体,在滨浅湖发育薄层湖相碳酸盐岩。

三、湖相碳酸盐岩的发育特点

湖相碳酸盐岩分布的特殊条件决定了其特有的发育特点:广泛分布于浅水区;岩层具有层数多、单层薄、呈韵律性变化等特点;沉积周期短、速率大,沉积旋回发育;生物沉积作用显著,生物组合简单,变化快;不同相带上的碳酸盐岩类型,在平面上呈连续或不连续的带状环湖岸分布,滩相和礁相在滨浅湖区相对隆起的正地形顶部或斜坡地带发育;湖相碳酸盐岩的产状因沉积相的差异而不同,如滨浅湖区的灰(云)岩厚度大,呈不连续片状或连续带状环岸分布,浅水隆起区的灰(云)岩呈透镜状,在高部位厚度较大,半深湖-深湖区的灰(云)岩多呈薄层状夹在黑色泥岩中;湖相碳酸盐中陆源碎屑的混杂更为普遍;海源湖相碳酸盐岩占有重要地位,特别是海源湖相生物建造碳酸盐岩。

四、湖相碳酸盐岩的沉积模式

湖泊是一个复杂多变的动力系统,湖相沉积明显受古气候、古水动力条件和古水介质性质等因素的控制。目前已有多种划分湖相碳酸盐岩沉积模式的方案。

按湖盆的发育阶段划分。我国东部的湖盆一般都经历了早期断陷、中期坳陷、晚期收缩3个发展阶段。管守锐等人提出了湖盆发育3个阶段的沉积模式:早期内源和外源混合沉积,中期藻滩型沉积,晚期浅水蒸发台地型沉积。

按湖盆的水文状况划分。可分为水文开口湖相和水文封闭湖相2种,其中水文开口湖相又可分出湖盆相和湖盆边缘相两种沉积环境,湖盆边缘相又进一步分为低能陡坡阶地边缘亚相、高能陡坡阶地边缘亚相、缓坡低能斜坡边缘亚相、缓坡高能斜坡边缘亚相。

按水深和水动力条件划分。周自立等学者建立了济阳坳陷明化镇组湖相碳酸盐岩的沉积模式:滨湖相(包括泥坪-藻坪和岸滩)、浅湖相(包括湖湾和浅滩-藻礁)、半深湖相、深湖相,济阳坳陷平面沉积大体呈此模式。

按构造背景和在湖盆中的构造位置划分。赵澄林根据对全国各地区湖相碳酸盐岩油气储层沉积特征的研究,以3个重点地区为代表,总结出了湖相碳酸盐岩油气储层的3种沉积相组合及相模式:断陷咸水湖盆边缘碳酸盐沉积模式,包括4个亚相-滨湖亚相、浅湖亚相、半深湖亚相和深湖亚相,6个微相-藻礁微相礁、前滩微相、湖湾微相、后滩微相、沙坪微相和泥坪-藻坪微相;断陷咸水湖盆中央台地碳酸盐沉积模式,包括4个微相-前缘斜坡相、生物滩微相、台地浅滩微相、局限台地微相;坳陷淡水湖盆碳酸盐沉积模式,包括3个亚相和5个微相类型,其中滨湖亚相分为泥坪微相、含生物介壳的洼地微相和湖湾滞流碳酸盐坪微相,浅湖亚相可分为介壳滩微相和介屑滩微相。

综合模式。杜韫华在总结了中国渤海地区下第三系湖相碳酸盐岩沉积特征后,提出了综合性的湖相碳酸盐岩沉积模式。该模式既反映了碳酸盐岩体的成因特征,又表达了其空间的分布形势。

五、湖相碳酸盐岩的储层及油气藏类型

碳酸盐岩的孔隙体系主要由原生孔隙和次生孔隙构成,原生孔隙多受沉积环境控制,滩相和礁相原生孔隙比较发育,孔隙特征受岩石结构组分控制;次生孔隙是储集油气的重要孔隙类型,其形成和分布主要受成岩环境控制。湖相碳酸盐岩的储集空间较复杂,王英华等人按照孔隙类型及其组合将储层类型分为4种:孔隙型储集层,储集性能较好,孔隙度及渗透率较大且稳定;溶蚀孔洞型储集层,层厚度变化大,物性条件好;裂缝型储集层,多见于白云岩中,多属中、低孔储层;复合型储集层,原生孔隙、次生孔隙和裂缝同时出现或出现其中的两种。

油气藏类型。湖相碳酸盐岩由于自身结构及分布规律等条件所致,一般多以岩性和地层油气藏为主,也有成岩圈闭油气藏和构造油气藏。由于湖相碳酸盐岩在空间上多呈透镜状和薄层状展布,四周多被泥质岩包围,故易形成岩性油气藏;对于地层油气藏,因生物颗粒灰岩多形成于浅水近岸相,侧向和垂向生储盖配置好,利于形成;成岩作用在湖相碳酸盐岩中对形成次生孔隙和改造原生孔隙十分重要,由于成岩环境的差异,成岩作用常不均匀地改造原岩的孔隙结构,可形成次生孔隙发育区,构成成岩圈闭,形成岩圈闭油气藏;构造油气藏在湖相碳酸盐岩油气藏中也是较常见的一种类型,除背斜油气藏外,也有断层遮挡的构造油气藏。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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