磨溪-高石梯地区灯影组四段微生物岩沉积特征及主控因素*

徐 欣 胡明毅 高 达

(1. 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室 湖北武汉 430100； 2. 长江大学地球科学学院 湖北武汉 430100)

微生物碳酸盐岩具有丰富的油气储量，且主要发育于时代较老的地层中。近些年来，随着勘探技术的不断进步，人们已逐渐将深层作为勘探目的层位。川中地区灯影组四段含有丰富的微生物碳酸盐岩，但是由于其埋藏深、时代古老，构造作用与成岩作用十分复杂[1-3]，该区微生物碳酸盐岩的研究难度加大。微生物碳酸盐岩的沉积序列控制着微生物岩储层性能，目前针对微生物岩的沉积环境和沉积序列的研究较少且不够深入。本文通过薄片、岩心、测井曲线、扫描电镜等资料，对川中磨溪-高石梯地区灯影组四段微生物碳酸盐岩沉积特征进行研究，并对其沉积模式进行分析，为该区深层油气勘探提供依据，也可为其他微生物岩发育区提供参考。

1 区域地质特征

研究区磨溪-高石梯地区位于四川盆地中部的乐山—龙女寺古隆起区域，属于川中古隆起中斜平缓带[4-5](图1)，面积约2.7×104km2。 研究区在灯影组四段沉积时期以局限台地相和台地边缘相交互沉积为主[6]，上震旦统灯影组与下伏下震旦统陡山沱组为整合接触；由于受桐湾运动的影响，灯影组与上覆下寒武统筇竹寺组为平行不整合接触，测井曲线上表现为自然伽马值明显增高。根据研究区岩性变化将灯影组分为四段，自下而上依次为灯一段、灯二段、灯三段和灯四段(图1)，其中灯一段岩性以泥晶云岩为主；灯二段主要发育藻云岩，其顶部由于风化作用而发育溶蚀孔洞；灯三段泥岩较发育；灯四段岩性以微生物云岩、晶粒云岩和颗粒云岩为主[7]，可见硅质条带，其顶部由于遭受岩溶作用而常见风化岩溶角砾岩，并发育大量溶蚀孔洞缝。

图1 研究区位置及地层柱状图

结合前人的研究，根据岩心、薄片、测井响应等资料，并结合小波变换结果，本文将研究区灯四段分为5个四级层序，即pss1、pss2、pss3、pss4和pss5[8]。以高石16井取心段为例(图2)，将地层的KTH曲线(即无铀伽马曲线，是自然伽马能谱测井中的一种，可以将地层中的铀元素的贡献区分出来，因此KTH值能更好地指示黏土含量)导入Matlab中，利用小波工具箱得出10条一维离散曲线(D1—D10)，对比发现D6曲线的震荡趋势与KTH变换趋势在关键界面上较吻合。在四级层序界面处，KTH值达到最小，从界面向上，KTH值先增大再减小，向上曲线由一个至多个漏斗形组成。在四级层序内部，根据次一级的KTH曲线变化，并结合沉积物颜色、岩性，可进一步划分出若干个五级层序。

图2 研究区高石16井沉积相柱状图

2 岩石学特征

微生物岩是指由底栖微生物通过捕获沉积物而在原地形成的沉积物，之后通过成岩作用而形成微生物岩，其形成与生物活动有关[9-11]，前人将微生物岩分为叠层石、凝块石、树枝石和均一石等。研究区灯四段发育的主要微生物岩为藻纹层状云岩、叠层石云岩和凝块石云岩(图3)。

a—藻纹层状云岩，发育水平-波状藻纹层，藻含量达40%，磨溪105井，5 360.58～5 360.87 m，灯四段；b—藻纹层状云岩，发育水平藻纹层，藻含量达30%，高石20井，5 222.70～5 222.87 m，灯四段；c—藻纹层状云岩，可见藻纹层，磨溪105井，5 337 m，灯四段；d—叠层石云岩，局部严重硅化，高石21井，5 320.6～5 321.3 m，灯四段；e—叠层石云岩，暗纹层与亮纹层交互出现，高石21井，5 321.56～5 327.71 m，灯四段；f—叠层石云岩，磨溪51井，5 343.6 m，灯四段；g—凝块石云岩，高石16井，5 459.65～5 459.86 m，灯四段；h—凝块石云岩，高石16井，5 447.21～5 447.70 m，灯四段；i—凝块石云岩，高石18井，5 139.5 m，灯四段；j—凝块石云岩，葡萄花边状构造，高石101井，5 530.8 m，灯四段。

图3研究区灯影组四段微生物碳酸盐岩岩心、薄片照片

Fig.3CoresandthinsectionsofmicrobialcarbonatesofthefourthMemberofDengyingFormationinthestudyarea

2.1 藻纹层状云岩

藻纹层状云岩常呈浅灰色—灰色、薄层—中层状产出，以藻纹层十分发育为特征，藻含量30%～50%不等，藻纹层呈水平层状、波状、簇状到花斑状，岩心上可以观察到暗色藻纹层。横向上，藻纹层可连续也可断续，层间通常为浅色薄层的泥—粉晶云岩(图3a、b)，由微生物释放的黏液吸附沉积物所形成。镜下也能看到明显的藻纹层(图3c)，鸟眼构造较发育，表明其形成时水体能量一般。藻纹层云岩通常发育窗格孔，但孔隙多被亮晶方解石充填，经过溶蚀作用的改造可以形成较好的储集空间。藻纹层状云岩是研究区微生物碳酸盐岩的主要岩石类型，通常发育于潮间带的中—低能环境。

2.2 叠层石云岩

叠层石云岩常呈浅灰色—灰色、中层状产出，富含微生物的暗纹层和贫藻亮纹层交互出现，纹层包含平坦的纹理状、波状、丘状，局部硅化现象明显。由于水深、水动力条件等沉积环境的不同[12]，前人将其分为锥状、波状、柱状、丘状等类型，研究区主要发育波状叠层石云岩和丘状白云岩(图3d、e)。手标本上层状叠层石云岩(图3e)多为浅灰色—灰色，呈层状，亮暗条纹交替出现，厚度约为0.3～0.8 mm；而丘状叠层石云岩(图3d)多为灰色—深灰色，呈丘状或半球—球状。岩心上可观察到叠层石明显的特征，一层一层，明暗交替。镜下也能观察到叠层石云岩的明暗相间的纹层(图3f)，其暗纹层为微生物所形成，微生物所释放的黏液吸附沉积物便形成了亮纹层。叠层石云岩局部发育窗格孔，后期多被亮晶方解石充填而破坏，保存完好的窗格孔较少。层状叠层石云岩多形成于潮间带下部，丘状叠层石白云岩相对发育于更深的水体环境，以潮下带上部为主。

2.3 凝块石云岩

凝块石云岩不具有纹层结构，常由蓝细菌、绿藻等凝聚成凝块状构造，暗色富藻沉积呈海绵状、云雾状，凝块间为浅灰色泥—粉晶白云石和颗粒构成，与泥晶云岩、叠层石云岩共生(图3f、h)。川中地区凝块石云岩与塔里木地区凝块石云岩结构类似，可以分为包壳状凝块石云岩(图3i)和斑状凝块石云岩[13](图3h)。宏观上，凝块石云岩为深灰色、灰黑色，凝块部分为泥晶球状、瘤状结构。微观上，凝块颗粒通常呈瘤状凸起，由与微生物活动有关的暗层包裹着中间的亮层所组成，亮色部位可被亮晶方解石充填或半充填。镜下可以观察到明显的葡萄—花边状构造(图3j)。凝块石云岩形成于潮间带—潮下带的中—低能环境，其形成水深要深于叠层石云岩和藻纹层云岩。凝块石云岩是研究区微生物碳酸盐岩的主要岩石类型。

3 沉积相类型及特征

前人对灯影组的沉积相划分方案千差万别：陈洪德 等[14]将其定为局限台地相；梅冥相 等[15]认为灯影组为潮坪相和缓坡相沉积；而洪海涛 等[16]则认为四川盆地灯影组为局限台地相，并将其分为台内滩、潮坪和潟湖亚相。本文结合前人的观点[8,17-18]，并根据薄片、岩心、测井曲线等资料，认为川中地区灯影组为台地边缘、局限台地和陆棚相交互沉积，其中灯四段属于台地边缘和局限台地相。

3.1 台地边缘相

根据钻井资料和岩心资料，研究区安岳以东、潼南以西区域灯四段发育台地边缘相(图4),该相带形成于台地与斜坡之间地貌相对较高部位，主要发育中厚层颗粒云岩、微生物岩，层理构造较发育。根据岩性和沉积物厚度可以将研究区灯四段台地边缘相进一步分为台缘丘、台缘滩和台缘滩间海等亚相。

图4 研究区灯四段沉积相

3.1.1台缘丘

该相带位于台地边缘，往往与台缘滩叠置发育，分布面积较广，岩石类型多样，以浅灰色和灰色叠层石云岩、凝块石云岩和藻纹层状云岩为主。根据微生物云岩的类型和发育规模，可以将研究区灯四段台缘丘亚相进一步分为丘基、丘核和丘盖微相。

丘基微相形成于潮下带中—下部，海平面开始下降时期水体较深，水动力条件仍较弱，沉积物以灰色、深灰色凝块石云岩、泥晶云岩为主，深灰色丘状叠层石云岩也有发育。研究区斑状凝块石云岩较常见(图3h、i)，暗色为凝块，亮色为凝块间藻的吸附物或者亮晶方解石，经过表生期溶蚀作用或者后期埋藏溶蚀作用形成储集空间，但物性一般—较差。

丘核形成于潮间带下部，是微生物丘的主体部分。由于海平面进一步下降，水体变浅，此时微生物碳酸盐岩开始大量发育，以灰色藻纹层状云岩和波状叠层石云岩为主(图3a、b、d、e)，深灰色丘状叠层石偶尔可见。波状叠层石的亮色纹层中多形成窗格孔，早期形成后未被方解石充填可以作为原生孔隙，但窗格孔多被白云石或亮晶方解石充填导致储层物性变差，经过后期埋藏溶蚀或者表生溶蚀作用后可形成主要储集空间。其孔隙直径为0.1～0.2 cm，最大可达0.5 cm，物性较好。

丘盖微相形成于潮上带下部—潮间带上部，以浅灰色—灰色藻纹层云岩、泥晶云岩、粉细晶云岩为主，鸟眼构造较发育，表明沉积水体较浅。

3.1.2台缘滩

该相带位于台地边缘浪基面之上的浅水高能地带，以浅灰色和灰色中厚层状含藻颗粒云岩为主，根据滩体厚度和沉积特征又可进一步分为滩核、滩翼微相，其中滩核微相主要发育浅灰色、灰白色中—厚层颗粒白云岩；滩翼微相以灰色、深灰色薄层状颗粒白云岩和泥晶云岩较发育。

3.1.3滩间海

该相带位于台缘滩之间相对低洼和静水低能的地带，沉积物颜色较深，以深灰色-灰黑色泥晶云岩为主或含少量黏土，是快速海侵期的主要沉积。

3.2 局限台地相

研究区灯四段局限台地相又可进一步划分为台内丘、台内滩和台内潟湖等亚相(图4a)。

3.2.1台内丘

台内丘是受潮汐或波浪作用控制形成的中、低能沉积，以浅灰色藻纹层云岩、叠层石云岩和凝块石云岩为主。与台缘丘类似，台内丘可以进一步分为丘基、丘核和丘盖微相。台内丘的沉积水深与台内滩相比往往更浅，水动能中等—较低，既具有原生的藻黏结或藻叠层相关的组构孔隙，同时易受到准同生期的岩溶作用改造。

3.2.2台内滩

台内滩通常位于台地内部沉积期古地貌略高的区域，受潮汐或波浪作用持续影响作用较强，形成藻砂屑、鲕粒和少量砾屑等碳酸盐颗粒，藻砂屑是主要的颗粒类型。发育以浅灰色含藻颗粒云岩为主的高能沉积，岩石类型以颗粒云岩为主。台内滩可以进一步分为滩核和滩翼微相。台内滩往往既具有相对高的原生孔隙，同时易受到高频海平面下降导致的早期岩溶作用，易发育优质储层。

3.2.3台内潟湖

该相带是局限台地内部相对深水的区域，极少受潮汐或波浪作用影响，以灰色泥晶云岩为主，发育泥晶云岩、含泥云岩和含膏-膏质泥晶-粉晶云岩。根据发育的主要岩相类型又可将台内潟湖亚相分为云质潟湖、云泥质潟湖和膏云质潟湖。

4 沉积特征

4.1 垂向上典型沉积序列

根据测井响应特征，并结合前人的研究成果，在研究区灯四段识别出了3种纵向沉积序列(图5)。

4.1.1丘基-丘核-丘盖

在该沉积序列中，丘基通常发育在微生物丘形成初期，为生物丘形成的基础。该时期为海平面下降初期，主要发育灰褐色泥晶云岩，凝块石云岩，也可见丘状叠层石云岩，沉积物颜色较深。丘核发育于一期藻丘的中期，为微生物丘沉积的主体部分，发育灰色藻纹层云岩、层状叠层石云岩和凝块石云岩。丘盖为丘核结束之后的沉积产物，沉积物以浅灰色—灰色藻纹层云岩、泥晶云岩为主。该沉积序列显示了一个海平面下降，水体变浅的过程，可以将其划分为五级层序的高位域。丘基-丘核-丘盖的沉积序列在台缘丘(图5a)和台内丘(图5b)内均可以发育，均可形成一期或多期的丘基-丘核-丘盖旋回，沉积物岩性也大致相同，在测井曲线上可以识别。在台缘丘亚相中，该序列在测井响应为GR总体为锯齿状低值箱形和钟形、电阻率为中—高值；而在台内丘亚相内，GR总体为中—低值漏斗形和箱形的复合类型，电阻率为中—低值或低值。

图5 研究区灯四段微生物丘典型沉积序列

4.1.2滩间海-台缘丘-台缘滩

该沉积序列下部发育滩间海沉积(图5c)，形成于海退早期，此时沉积水体较深，沉积物以暗色泥晶云岩为主。随着海平面下降，逐渐过渡为台缘丘沉积，沉积物颜色变浅，以灰色—深灰色藻纹层云岩、凝块石云岩和叠层石云岩为主。随着海平面进一步下降，加之早期的沉积物的堆积，可容纳空间减小，此时海底地貌高地处于浪基面附近，台缘滩亚相开始发育，沉积物以浅灰色亮晶颗粒云岩为主。此沉积序列暗示了一个水体变浅的过程，为四级层序的高位域，测井曲线上表现为GR为低值齿化的箱形，电阻率为中值，其中台缘丘电阻率通常比台缘滩略低。

4.1.3潟湖-台内丘-台内滩

该沉积序列下部发育潟湖沉积(图5d)，此时期沉积水体较深，沉积物类似滩间海亚相，以深灰色—灰黑色泥晶云岩为主。随着海平面下降，台内丘开始发育，沉积物类似台缘丘，以灰色—深灰色藻纹层云岩、凝块石云岩和叠层石云岩为主。之后，海平面持续下降，台内滩开始发育，沉积物以浅灰色亮晶颗粒云岩为主。该沉积序列为一个四级层序的高位域，反映了一个水体变浅的过程，测井上表现为KTH值为锯齿状中—低箱形和漏斗形，其中台内丘的KTH值比台内滩的略高，电阻率为中—低值。

4.2 横向展布特征

图6为研究区建立的一条NE向连井剖面，可以看出，从南西到北东，研究区由台地边缘相过渡到局限台地相，台缘丘滩体和台内丘滩体均较发育，但整体上台缘丘更为发育，厚度、规模更大，横向连续性更好，而台内丘体厚度更薄、规模更小，且由高石21井到磨溪23井，由丘核过渡到丘基，厚度也逐渐减薄。总体上，台缘丘内丘核微相更发育，台内丘内部丘基微相更发育。

图6 研究区灯四段层序格架内沉积相展布

5 主控因素

研究区灯四段微生物碳酸盐岩的分布受海平面变化、水深、层序、古地貌、沉积相等因素的影响,其中海平面变化、水体深度和层序影响了微生物岩垂向上的分布，而古地貌变化和沉积相则影响了微生物岩的横向分布，但总体而言，微生物岩的分布主要受海平面升降和古地貌变化的控制[5,19-20]。

5.1 海平面升降

微生物碳酸盐岩通常形成于水体能量中等—较低的环境，主要在潮下带上部—潮间带形成。海平面的变化[5,19，21-23]及其所导致的水体深度、盐度、水动力条件的变化和层序的划分对微生物岩的形成与发育均起着重要作用。海平面的变化控制着微生物岩的垂向发育序列。当海平面上升时，水体较深，水体环境不适合微生物生长，微生物岩不发育；当海平面开始下降时，微生物岩开始发育，并逐渐发育丘基、丘核和丘盖。随着多个次级海平面的升降变化，发育多期丘基—丘核—丘盖的纵向序列。随着沉积物的不断堆积，当沉积物到浪基面附近时，水体环境已不再适合微生物发育，微生物岩停止生长。

5.2 古地貌变化

磨溪-高石梯地区古地貌具有西低东高的特点，微生物岩多发育在地貌高部位，即台地边缘和局限台地的相对隆起区域(图4a)，低洼处少许发育或不发育。微生物丘在横向上成片发育，相互叠置，其中台地边缘相微生物丘厚度大、规模大，局限台地相微生物丘厚度薄、规模较小。此外，古地貌的变化还决定了不同区域的微生物岩的岩性的差异。

6 结论

1) 磨溪-高石梯地区灯四段为局限台地相和台地边缘相交互沉积,微生物碳酸盐岩形成于台内丘和台缘丘亚相，主要发育藻纹层云岩、叠层石云岩和凝块石云岩。

2) 研究区灯四段垂向上识别出了3种典型的沉积序列，分别为丘基-丘核-丘盖，滩间海-台缘丘-台缘滩和潟湖-台内丘-台内滩，每种沉积序列均反映了沉积水体向上变浅，且每种序列均发育于整个沉积旋回的中晚期，即高位体系域(前者为五级层序，后两者为四级层序)。总体上，研究区灯四段微生物丘横向展布性较好，台缘丘体规模较台内丘体大。

3) 海平面升降与古地貌变化是影响研究区灯四段微生物碳酸盐岩的分布位置与规模的主控因素。垂向上，微生物丘形成于五级层序高位体系域，丘核位于高位体系域中上部；横向上，微生物丘形成于古地貌相对隆起区，藻丘连片展布，叠置生长。

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