柴达木盆地英雄岭构造带渐新世湖水盐度对碳酸盐岩沉积发育的控制作用

易定红， 李 翔，2， 石亚军， 李积永， 刘应如 马元坤， 倪祥龙， 王文卓

(1.中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃 兰州 730020；2.中国石油集团油藏描述重点实验室，甘肃 兰州 730020；3.中国石油青海油田公司，甘肃 敦煌 736202)

碳酸盐岩油气勘探是世界石油勘探的重要组成部分(罗平等，2008；汪泽成等，2013；杜金虎等，2015；王展等，2020)。我国的四川盆地和塔里木盆地在古老海相碳酸盐岩油气勘探上取得了巨大成果，发现了一批大油气田(邹才能等，2014；焦方正，2018)。相对于海相碳酸盐岩，我国的湖相碳酸盐岩主要具有发育时代新(绝大部分发育在新生代和中生代)、规模小(受控于咸化湖盆规模)、阶段性(主要发育于湖盆咸化阶段)和混积性(陆源碎屑含量高)特点。渤海湾盆地、苏北盆地、江汉盆地和柴达木盆地在新生代均发育优质的湖相碳酸盐岩储集层并取得了油气勘探的重大发现和突破(孙钰等，2008；王夕宾等，2016)。

柴达木盆地的湖相碳酸盐岩主要发育在柴西地区，主要有2种成因类型(寿建峰等，2003；王艳清等，2020)：第1种是生物(生物化学)成因，岩性主要为藻灰(云)岩类，主要发育在渐新世下干柴沟组上段(E32)，其次发育在中新世下油砂山组(N21)；第2种是化学成因，岩性主要为(泥)灰(云)岩类，主要发育在新生代各地质时期的湖盆内部区域。前人针对柴达木盆地湖相碳酸盐岩开展过广泛研究，并取得了一系列研究成果，在碳酸盐岩的岩石类型(寿建峰等，2003；宋华颖等，2010；毛玲玲等，2014；易定红等，2017a；王艳清等，2020)、沉积演化(张敏等，2004；易定红等，2019)、沉积环境(袁剑英等，2015；易定红等，2017b)和控制因素(黄成刚等，2017；王建功等，2018)等方面开展过系统研究，但是这些研究主要集中在英西地区、跃进斜坡西部、西岔沟和南翼山地区，缺乏对英雄岭构造带渐新世碳酸盐岩发育演化的差异性及其控制因素的研究。近年来，英西地区针对古近系渐新统(E32)白(灰)云岩油气勘探获得了重大突破，发现了sh38井等多口日产上千吨的高产井，英中地区同样在E32白(灰)云岩中获得油气勘探的重大突破，表明优质白(灰)云岩储层与膏盐岩盖层构成的储盖组合是油气成藏的关键。因此，开展英雄岭构造带白(灰)云岩和膏盐岩沉积演化及其控制因素的研究，查明白(灰)云岩和膏盐岩发育特征和分布范围，可为英中和英东地区碳酸盐岩油气勘探前景评价和区带优选提供依据。

1 区域地质背景

英雄岭构造带位于柴西中部地区，自西向东分为西段(英西地区)、中段(英中地区)和东段(英东地区)，西面与阿尔金斜坡西段相接，西南面依次与红柳泉斜坡、跃进斜坡和跃东斜坡相邻(图1a)。研究区E32以内源化学和生物化学沉积作用为主，矿物颗粒细、颜色深，主要为一套灰色、深灰色泥岩、碳酸盐岩和膏盐岩，其次为含钙泥岩、含膏泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩，局部发育藻灰云岩。地层厚度为524～2 250 m，分为6个砂组，其中优质白云岩储层主要发育在该套地层下部(Ⅳ砂组至Ⅵ砂组)，其上部(Ⅰ砂组至Ⅲ砂组)膏盐岩优质盖层发育而白云岩储层发育程度较差(图1b)。

图1 英雄岭构造带地理位置(a)和E32地层柱状图(b)Fig.1 Location(a) and stratigraphic column of E32 (b) in Yingxiongling tectonic belt1.井位；2.地名；3.断层；4.钙质泥岩；5.砂质泥岩；6.膏质泥岩；7.泥质粉砂岩；8.泥灰岩；9.灰岩；10.含云灰岩；11.灰云岩；12.白云岩；13.膏盐岩

E32沉积时期，研究区及其周缘地区主要发育有3种沉积体系：①碳酸盐岩-膏盐岩沉积体系，主要发育在研究区及其东北的油泉子、南翼山和小梁山地区；②扇三角洲-湖泊沉积体系，主要发育在研究区北西端的阿尔金斜坡区域；③滨浅湖-滩坝沉积体系，主要发育在研究区西南面的红柳泉斜坡、跃进斜坡和跃东斜坡地区。

2 样品采集与实验测试

本次研究样品采自于英西的sh35井、sh37井、sh38井、sh40井、sh41井、shx28井、sh49-1井、sh41-2井、shb1井、英中的yh101井、sh62井、yt1井和英东的sx1井、sx2井和zt1井的目的层E32，其中用于分析荧光光谱的样品岩性均为泥岩。样品的实验测试包括X衍射全岩矿物含量分析、X射线荧光光谱元素组成分析和氯离子含量测定。氯离子含量测定分析是在青海油田分公司完成，其他实验测试均在中国石油天然气集团公司油藏描述重点实验室完成。用于X衍射全岩矿物含量分析的样品被研磨至粒径小于40 μm的粉末，称取2 g后采用“背压法”制成试片，然后测定各种矿物衍射峰的积分强度，计算其百分含量，所用仪器为荷兰产的帕纳科Empyrean锐影，分析电压为40 kV，电流为40 mA，扫描速度为2°/min，采样步宽为0.02°。用于X射线荧光光谱元素组成分析的样品被研磨至小于200目的粉末，称取5 g后采用“压片法”测定其元素组成，所用仪器型号为日本理学公司的ZSX Prinmus II，分析电压为60 kV，电流为60 mA，视野光阑为30 mm，每件样品的检测时间大于20 min，精度为±10%(黄成刚等，2017)。样品的氯离子含量测定采用硝酸银滴定法，相对偏差小于10%，称取约30 g样品，研磨粉碎完全通过30目的标准筛，放入烘箱内，在(105±5) ℃条件下烘4 h后置于干燥器内待测，具体执行遵照SY/T 5503—2009《岩石氯盐含量测定方法》(贾艳艳等，2015)。

3 古盐度分析

3.1 Sr/Ba值

微量元素Sr/Ba值作为盐度指标已被广泛用于陆相咸化湖盆水体盐度的定性恢复，因为锶比钡迁移能力强，在淡水湖泊中水介质酸性比较强，矿化度很低，硫酸根离子含量少，锶、钡均以重碳酸盐的形式保留在湖水中。当湖水不断咸化，矿化度逐渐增高时，钡首先以硫酸钡形式沉淀出来，而锶只有当湖水或海水浓缩到一定程度后才能产生硫酸锶沉淀，因此可以利用锶钡比值来确定古盐度(邓宏文等，1993)。目前，国内学者一般认为Sr/Ba值大于1表示咸水，Sr/Ba值小于0.6表示淡水，Sr/Ba值介于0.6～1.0表示半咸水(邓宏文等，1993；易定红等，2017a)。英西地区E32早期Sr/Ba值平均为5.07，其中大于1的占78.19%，小于0.6的占10.64%，介于0.6～1.0的占11.17%，表明英西地区E32早期水体盐度变化大，出现过一段时间的淡水-半咸水环境；而E32晚期Sr/Ba值均大于1(介于1.09～8.68，平均值为2.47；易定红等，2017b)，表明英西地区E32晚期为咸水环境；英中地区E32早期Sr/Ba值平均为1.83，其中大于1的占85.05%，小于0.6的占3.74%，介于0.6～1.0的占11.21%，而E32晚期Sr/Ba值平均为1.96，其中大于1的占82.61%，小于0.6的占2.17%，介于0.6～1.0的占15.22%，表明英中地区E32时期水体以咸水为主，也曾出现过短时间的淡水-半咸水环境。英东地区E32早期Sr/Ba值平均为0.79，其中大于1的占30.0%，小于0.6的占60.0%，介于0.6～1.0的占10.0%(表1)，表明英东地区E32早期水体以微咸水为主，也曾出现过短时间的咸水-半咸水环境，可以看出英雄岭地区E32早期自西向东水体盐度逐渐变小。

表1 英雄岭地区Sr/Ba值统计表

3.2 膏盐岩发育特征

对于含盐盆地古盐度的恢复，可以利用膏盐岩的发育情况来判断古盐度及咸化中心，通常认为咸化中心盐度最大、膏盐岩最发育，离咸化中心越远，水体盐度越小、膏盐岩发育程度越差(高红灿等，2015)。基于研究区及其周缘地区50多口井膏盐岩厚度的数据统计，初步明确了膏盐岩发育的大致范围。通过对英西、英中和英东三维连片地震资料的精细解释，明确含盐地层为中低频弱振幅反射特征，结合反射强度属性和能量半时长属性的分析，确定了膏盐岩平面分布范围(图2，3)。

图2 英西-英中地区E32膏盐岩地震反射特征及其属性特征Fig.2 Seismic reflection and its attribute characteristics of gypsum-salt in E32 Yingxi and Yingzhong area south-western Qaidam basina.Trace1 000原始地震剖面；b.Trace1 000反射强度属性剖面

图3 英雄岭地区E32膏盐岩平面分布特征(易定红等，2017)Fig.3 The gypsum-salt plane distribution characteristics of E32 in Yingxiongling tectonic belt south-western Qaidam basina.IV-VI砂组;b.I-III砂组

英雄岭地区E32早期的Ⅴ砂组和Ⅵ砂组为一套灰色、深灰色泥岩、钙质泥岩、灰岩和灰云岩组合，不发育膏盐岩；从Ⅳ砂组到Ⅰ砂组，膏盐岩发育程度变好，其中英西sh62井E32早期共发育13层膏盐岩，膏盐岩厚度为1.34～15.60 m，平均厚度为6.17 m，累计厚度为80.26 m。晚期发育47层膏盐岩，膏盐岩厚度为1.76～14.90 m，平均厚度为5.38 m，累计厚度为252.86 m；英中jc1井E32早期不发育膏盐岩，晚期发育16层膏盐岩，膏盐岩厚度为2.20～8.20 m，平均厚度为4.86 m，累计厚度为77.90 m。

研究区E32膏盐岩平面上呈环状分布，咸化中心大致位于sh44井—sh62井—sh58-1井以北区域，自阿尔金山前、红柳泉斜坡、跃进斜坡、跃东斜坡区等湖盆边缘至中心区域膏盐岩发育程度变好，厚度增大，英西和英中北部地区Ⅺ号断层下盘膏盐岩发育好，英中南部地区Ⅺ号断层上盘和英东地区膏盐岩发育差。其中早期膏盐岩累计厚度为200～250 m，平面分布面积为399.7 km2；晚期膏盐岩发育程度变好，累计厚度为250～300 m，平面分布面积为743.3 km2(图3)。

3.3 氯离子含量

氯离子含量作为古盐度指标越来越受到地质学家们的重视，已被运用到不同的沉积盆地并取得了很好的效果(齐亚林等，2013；贾艳艳等2015；Warren, 2016；Guo et al.，2017)。因为湖相沉积物中的氯离子含量主要受气候变化影响，在干旱环境下，湖水蒸发量大，盐度升高，沉积物及孔隙水中的氯离子含量升高，达到饱和时析出氯盐矿物。氯离子含量恢复古盐度具有指示范围大、灵敏度高的特点，可以覆盖从淡水到盐(卤)水整个盐度区间。通过统计研究区不同岩性组合和岩屑氯离子含量的相对关系发现，淡水(氯离子含量小于500 μg/g)以陆源碎屑沉积为主；微咸水(氯离子含量为500～2 000 μg/g)以碳酸盐岩沉积为主；半咸水(氯离子含量为2 000～10 000 μg/g)以碳酸盐岩和硫酸盐混合沉积为主；咸水(氯离子含量为10 000～20 000 μg/g)以硫酸盐沉积为主；盐水(氯离子含量大于20 000 μg/g)，以氯化物(氯盐和钾盐)沉积为主。

研究区E32水体盐度变化特征明显，横向上，盆地边缘水体盐度总体上要小于湖盆中心。盆地边缘shb1井区由于受间歇性陆源碎屑的影响，水体变淡的趋势明显。英西和英中北部Ⅺ号断层下盘E32水体盐度普遍较高，早期以半咸水为主，晚期以咸水-盐水为主；英东地区则以微咸水为主，而且越向东水体盐度越小；纵向上，英西和英中地区早期水体盐度总体上要小于晚期，早期主要以半咸水为主，晚期则主要以咸水-盐水为主，而英东地区则以微咸水-半咸水为主，没有出现咸水(图4)。

图4 英雄岭地区E32岩屑氯离子含量演化剖面Fig.4 Evolution profile of chloride ion content of E32 in Yingxiongling area south-western Qaidam basin

通过对英西、英中和英东地区不同砂组的Sr/Ba值数据、膏盐岩发育情况和氯盐发育特征综合分析，认为E32沉积的早期到晚期，湖盆水体盐度增大，从半咸水、咸水至盐水演化，平面上E32沉积时期湖盆边缘阿尔金山前区域、红柳泉斜坡、跃进斜坡区水体盐度低、湖盆中心英西地区、英中北部地区Ⅺ号断层下盘盐度高，呈不规则的环状分布。

4 碳酸盐岩沉积演化

4.1 碳酸盐岩矿物成分

对研究区346件E32碳酸盐岩样品全岩矿物含量分析，发现碳酸盐岩矿物种类多、成分复杂，主要为方解石、白云石、铁白云石等碳酸盐矿物，其次为陆源碎屑矿物，如石英、长石、黏土矿物，少量石盐、硬石膏等。英西和英中地区碳酸盐矿物和硫酸盐矿物含量高、陆源碎屑矿物和黏土矿物含量低，英东地区碳酸盐矿物和硫酸盐矿物含量低，黏土矿物和陆源碎屑矿物含量高(图5)，表明英东地区受陆源碎屑注入的影响，水体盐度降低，碳酸盐岩发育程度变差。

图5 英雄岭地区E32全岩矿物含量分析Fig.5 Content analysis of whole rock and minerals in E32 Yingxiongling tectonic belt

4.2 碳酸盐岩岩性构成

基于岩芯描述和346件碳酸盐岩样品全岩矿物分析结果，表明研究区E32碳酸盐岩岩性复杂，混积特征明显，可分为白云岩、灰云岩、云灰岩和泥/灰岩4类(图6)。英西地区(57件样品)主要为白云岩(占43.86%)和灰云岩(占38.59%)，其次为云灰岩(占15.79%)，含量最少的是灰岩(占1.75%)；英中地区(281件样品)主要为白云岩(占45.21%)和灰岩(占41.76%)，云灰岩(占7.66%)和灰云岩(占5.36%)含量少；英东地区(8件样品)主要为灰岩(占37.5%)和云灰岩(占37.5%)，其次为白云岩(占25.0%)，不含灰云岩。从英西、英中到英东地区，灰岩含量明显增高、灰云岩含量明显降低，白云岩含量有所降低。

图6 英雄岭地区E32典型碳酸盐岩岩芯照片和铸体薄片Fig.6 Carbonate rock core photographs and microscopic photos of E32 in Yingxiongling areaa.灰色油迹藻灰云岩，块状层理，yh101井，2 927.52 m；b.灰色钙质泥岩夹灰白色油迹泥质白云岩，水平层理，yh101井，3 182.21 m；c.灰色泥灰岩，弱水平层理、波状层理，yh101井，3 193.25 m；d.灰色灰质白云岩，块状层理，shi38井，2 796.32 m；e.灰色泥质含云灰岩，块状层理，shi38井，2 799.39 m；f.灰色含灰云岩，块状层理，发育裂缝，裂缝内充石膏，shi203井，4 499.45 m；g.泥晶藻纹层白云岩,yh101井，2 927.2 m；h.含砂泥质灰云岩，shi38井，3 145.61 m；i.泥晶白云岩, yh101井，2 930.10 m

4.3 碳酸盐岩平面分布

通过对研究区及其邻区80多口重点井的E32碳酸盐岩发育情况统计表明，盐层以下的地层碳酸盐岩分布面积为1 381.3 km2，外形呈不规则的椭圆形，厚度大于320 m，自盆地边缘向盆地中心变厚。盐层之间的地层碳酸盐岩分布范围变小，面积为1 028.4 km2，碳酸盐岩沉积中心向南迁移，北部边界向南退缩，厚度大于60 m。

4.4 碳酸盐岩沉积组合

研究区E32碳酸盐岩岩性组合及其变化特征主要受控于水体盐度差异，在平面上和剖面上均表现出不同的特征(图7)。英西和英中北部Ⅺ号断层下盘发育咸水-盐水环境下的碳酸盐岩-膏盐岩沉积体系，碳酸盐岩岩性主要为白云岩和灰云岩，发育2套岩性组合，其中早期主要为灰云岩、云灰岩、灰岩、泥灰岩和钙质泥岩互层(图7a)，晚期主要为膏盐岩、白云岩和膏质泥岩互层(图7b)；英中南部Ⅺ号断层上盘在高部位局部区域发育藻灰云岩夹薄层灰岩、灰云岩，低部位发育薄层白云岩、灰云岩和灰岩，不发育膏盐岩(图7c,d)；英东地区受陆源碎屑的影响，水体盐度整体偏小，不发育膏盐岩沉积，主要以粉砂质泥岩、钙质泥岩、薄层灰岩、白云岩和泥灰岩为主，灰云岩和云灰岩发育相对较差(图7e)。

图7 英雄岭地区E32湖相碳酸盐岩沉积序列Fig.7 The sedimentary sequence model of lacustrine carbonate of E32 in Yingxiongling area1.泥岩；2.钙质泥岩；3.膏质泥岩；4.砂质泥岩；5.粉砂质泥岩；6.泥质粉砂岩；7.泥灰岩；8.灰岩；9.含云灰岩；10.灰云岩；11.白云岩；12.藻灰/云岩；13.盐岩

4.5 碳酸盐岩沉积演化

研究区E32碳酸盐岩沉积演化具有较强的规律性，表现为纵向上的分时性和横向上的分区性明显。纵向上，从早期的泥灰岩、灰岩为主，经中期的云灰岩、灰云岩为主过渡到晚期以白云岩为主，从早期到晚期，灰质成分减少、云质成分增多。横向上，从英西、英中到英东地区，云质成分减少、灰质和泥质成分增加，碳酸盐岩的发育程度减弱，厚度减小。在英西和英中北部Ⅺ号断层下盘，早期发育灰云岩与灰岩、泥灰岩组合，晚期发育灰云岩和白云岩组合；在英中南部Ⅺ号断层上盘，早期发育泥灰岩和灰岩组合，晚期发育灰云岩和灰岩组合；英东地区早期以泥灰岩为主夹灰岩，晚期以灰云岩为主，白云岩发育较差。

5 结论

(1)英雄岭地区E32时期膏盐岩平面分布呈不规则椭圆形，且晚期发育好于早期。位于湖盆边缘的英中南部和英东地区膏盐岩发育差，水体盐度小，以微咸水-半咸水为主，沉积中心英西和英中北部膏盐岩发育好，水体盐度大，早期以半咸水-咸水为主，晚期以咸水-盐水为主。

(2)英雄岭地区E32碳酸盐岩平面分布呈不规则的椭圆形，且早期发育好于晚期。受水体盐度的影响，碳酸盐岩岩性变化具有分时性和分区性，其中优质储层白(灰)云岩主要分布在英西和英中北部Ⅺ号断层下盘。早期英西和英中北部Ⅺ号断层下盘以灰云岩和灰岩为主，晚期以白云岩和灰云岩为主，英中南部Ⅺ号断层上盘和英东地区早期以泥灰岩和灰岩为主，晚期则以灰云岩和灰岩为主，且从英西到英东，碳酸盐岩发育程度减弱。