沙河街组三段下亚段细粒沉积岩岩相特征与沉积演化

刘丹(大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江 大庆 163000)

0 引言

近些年结合全球范围内页岩油的勘探和开发情况来看，以中国和美国为主已经取得了较大的突破和进展。而中国当前现存的页岩油产量也较为乐观，这其中渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组三段下亚段具有较为丰富的细腻沉积岩，平均厚度达到了300 m左右，分布的规模超过了1 000 km，经过常规的油气勘探能发现有较好的页岩油勘探前景。但是岩层的性质以及分布规律，将直接影响勘探的有效性。那么落实好沾化凹陷页岩油勘探工作的创新，必须要结合其沉积岩的岩相特征以及沉积演化规律进行分析。

1 渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组三段下亚段的基础地理概况

针对渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组三段下亚段整体的地形结构进行勘测之后，能够发现北部较为陡峭，南部趋于平缓，整体面积接近2 800 km2。

地形结构在古近纪时期进行伸展，存在较为明显的陷裂状态，由下而上主要分为三个阶段，以发育孔店组、沙河街组以及东营组为主。地层结构的凹陷断裂发育程度在沙三段沉积之前不够活跃，该时期的气象条件主要为干旱气候发育主体以滨、浅湖沉积阶段为主。后续该位置的气候逐渐转化为了亚热带湿润性气候，同时盆地本身的成交速度也出现了较为明显的变化，进一步加剧了该区域的地层扩张速度，导致湖泊的最大深度逐渐变深，同时中心沙三段下亚段出现了200～300 m的细粒沉积岩。

在沙三段下亚段的沉寂期，主要沾化凹陷位于东经119度以及北纬37度，湖水的深度超过了50 m，以发育咸水和半咸水为主，水体环境多变。

2 渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组三段下亚段的岩相结构分析

建立在岩石成因的角度，分析具体的岩石物质组分以及沉积构造结合其差异性，可以将该区域的细粒沉积岩划分为5个类型。

2.1 藻灰岩

结合主要的分布区域来讲，藻灰岩主要分布在区域底部十几米左右的岩石层内，大部分为灰色的块状岩石，薄片中可以发现大量直径在100～500 μm的藻粒，藻粒之间能够发现较多的亮晶方解石胶结物以及螺化石，这表明该位置的岩石形成于浅水环境[1]。

2.2 纹层状泥灰岩

纹层状泥灰岩主要分布在该地形结构的中下部，大部分为深灰色以及灰色的岩石结构，纹层发育较为明显。其中泥晶方解石构成了亮色纹层，其他的物质较少。粘土矿物构成了暗色纹层，其中含有少量的微晶石英以及有机质。整体的纹层状态保存较为完好，证明并未受到水动力的扰动以及破坏，因此往往处于水动力较弱的深水环境中[2]。

2.3 纹层状重结晶灰岩

该种类型的岩石结构的岩心上，出现了大量毫米级的方解石脉体，具有较强的连续性，同时能够看到少量的马牙状脉体以及粒状亮晶方解石。

从地层结构的具体演变规律角度来讲，纹层状结晶灰岩的形成往往和纹层状灰岩有一定的关系，若灰岩中的 VTOC含量大于2%，同时有机质成熟期间会存在生烃作用，会形成亮晶方解石。与此同时产生的高压也会加剧区域结构的裂隙发育程度，进一步为亮晶方解石的发育提供了大量的空间。

2.4 纹层状灰质泥岩

这区域的平直纹层中涵盖大量的蚊虫状灰质泥岩，有一定的连续性发育特点。岩石的薄片中可以看到少量的陆源碎屑以及粘土矿物构成的纹理，两种纹层的厚度较为稳定，连续性较好。另外能够见到大量的介形虫碎片。

这其中陆源碎屑纹层、粘土矿物以及有机质纹层构成了年纹层结构，发展到中新世阶段，整体的地质变化规律以年为周期。同时河水的走向也进一步加剧了区域沉积物的沉积以及搬运速度，原本涵盖在陆源碎屑内的大量介形虫会跟随着河水的运动沉积到区域的岩层中。因此岩石中会含有大量的介形虫完整化石。

2.5 块状灰质泥岩

灰质泥岩的颜色主要为灰色，其厚度往往在数厘米乃至数十厘米，与其他的岩石结构之间存在着一定的突变接触状态。通过分解观察之后发现在块状灰质泥岩中夹杂着大量的陆源碎屑，同时有较多的微冲刷面。综合该区域的地形变化情况进行分析，可以发现该区域的块状灰质泥岩是河流末端水流稀释以及沉积物沉淀形成的。在地壳运动的影响下，区域河流出现了浊流运动，大量的泥质沉积物随着水流进行搬运结合最远的搬运距离来看，冲刷面的面积覆盖范围较大，沉积作用持续了近90 d，因此其中大量的浮游藻类以及生物化学作用形成的泥晶方解石共同沉淀，最终形成了方解石和Toc含量较高的块状灰质泥岩。

3 沉积环境的具体演化流程

3.1 自然气候的变化

结合湖相沉积内的大量孢粉进行分析，能够发现古气候条件和具体的变化情况。该区域的沉积物中共识别出了孢粉51类，结合不同孢粉的实际生长特点可以将其划分成喜热组、喜温组、广温组。同时结合其对生长温度以及生长湿度的要求，可以将其划分为湿生组、中生组以及旱生组[3]。由此可以识别不同孢粉的实际生长湿度以及温度条件，从而能够推算出古气候环境的具体变化情况。证明该阶段的温度在后期逐步提升，但是经过前期的研究表明，该区域古近纪CO2分压是现今的2～4倍，温度比现今高8～12 ℃左右。因此，虽然沙三段下亚段沉积期古温度相较于沙三段上亚段偏低，但其绝对温度并不低。

3.2 古盐度变化情况

结合元素地球化学特征以及有机地球化学指标，可以分析出该区域内的沉积期水体的盐度变化情况。本文是建立在B/Ca比值、伽玛蜡烷以及couth硼浓度的基础上进行古盐度恢复，并且结合不同的指标进行恢复结果的分析。

结合分析结果显示，该区域内水体中的古猿度呈现着自下而上的降低趋势，例如：罗69井3 040～3 136 m，随着埋深逐步减小，上述三个参数也在逐步下降，表明水体盐度逐渐降低；3034 m以浅的区域，经检测3项指标数值较为稳定，指示水体盐度相对稳定。结合当前的水体盐度标准来看，罗69井3 065～3 140 m层段为咸水及超咸水环境，3 065 m浅为半咸水环境。

3.3 古生态变化情况

在湖泊的古生态变化过程中，藻类是其中的重要组成部分，同时也是对整体岩层结构演化具有较强指示性作用的重要依据。结合沉积岩中的藻类进行统计，针对其类型，这些划分可以分为规则斗篷藻属、螺旋阿普第藻属、锥形阿普第藻属、明显圆藻属、美丽副多甲藻属以及粒皱锥藻属等类别。综合生物标志化合物的数据来讲，渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组三段下亚段不同岩相的甲藻甾烷丰度都呈现较高的状态，这表明沉积水体中含有大量的有机微生物及沟鞭藻[4]。同时也有研究表明，沟鞭藻不仅能够生活在海相水体中，也可以生活在陆相的湖盆水体中。因此结合微生物的具体生态现象进行分析，该区域的生活环境以微咸水或咸水为主，对微生物的生存以及繁衍有较大的促进作用。

3.4 研究结果分析

沾化凹陷沙三段下亚段自下而上为5种不同的细粒沉积岩岩相，即藻灰岩、纹层状泥灰岩、纹层状重结晶灰岩、纹层状灰质泥岩以及块状灰质泥岩。藻灰岩产生于浅水环境，含有底栖藻类；纹层状泥灰由弱陆源输形成，含有年纹层沉积；纹层状重结晶灰岩是含有较高TOC的纹层状泥灰岩转化而成；纹层状灰质泥岩是在陆源输入的影响下沉积而成，拥有年纹层构造；块状灰质泥岩为较强陆源输入背景下的泥质浊流沉积。

另外结合该区域的地层演变情况来讲，主要涉及到了以下几种环境演变阶段：首先沉积环境的变化导致沉积物呈现了垂直分布的规律。这种演化规律与每一个阶段的时间地层发育情况有一定的关联在沉积演化的第一阶段到第三阶段。整体的气候条件较为干旱，陆源输入的强度不高，湖盆中的自生灰岩占据了绝大部分的比例。在沉积演化的第四到第五阶段，整体的气候条件逐渐趋于湿热，陆源输入的作用逐步增强，导致纹层状的灰质泥岩以及块状灰质泥岩也增多。

4 结语

综上所述，渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组三段下亚段的细粒沉积岩相特征主要分为5个不同的部分，沉积演化的规律也随着温度以及气候湿度进行变化，这都可以为区域的页岩油开采和勘探提供明确的指向，同时也能够为区域地层勘探技术体系的创新奠定基础。