湖相碳酸盐岩综述和上古煤系储层(2014-11-06).

中国石油大学(华东)东濮凹陷深层有效储层主控因素及预测张世奇中国石油大学（华东）地学院2014年11月06日国家油气专项“东濮凹陷油气富集规律与增储领域”外协项目张世奇中国石油大学（华东）地学院2014年11月06日湖相碳酸盐岩特征研究综述主要内容一、湖相碳酸盐岩的概念及研究意义二、湖相碳酸盐岩的分布特征三、湖相碳酸盐岩的基本特征及分类四、湖相碳酸盐岩的形成条件五、湖相碳酸盐岩的沉积相和沉积模式六、湖相碳酸盐岩储层特征七、湖相碳酸盐岩油气藏类型八、国内各高校和科研机构近年来在湖湘碳酸盐岩研究方面的情况一、湖相碳酸盐岩的概念及研究意义陆相碳酸盐岩系泛指各种非海相碳酸盐，包括五类：1.洞穴碳酸盐沉积和泉华；2.土壤中形成的钙结层；3.风成碳酸盐颗粒沙丘沉积经胶结作用而成的钙质风成岩；4.由再旋回的碳酸盐岩颗粒所组成的冲积扇或河流沉积经成岩作用而成的碳酸盐岩；5.湖相碳酸盐岩。其中，以内陆构造湖盆中的碳酸盐岩较为广泛（王英华，1993）。湖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（夏青松，2003）。在我国含油气盆地中也有显著的湖相碳酸盐岩油气聚集。济阳坳陷中，碳酸盐岩储层探明储量达7200万吨，其中东营凹陷达6660万吨，占东营凹陷总探明储量的93%（周自立，1986）；黄骅坳陷沙一下亚段湖相碳酸盐岩累积探明储量达2400万吨（肖春平，2007）。此外，四川盆地中保罗统大安寨组的介屑灰岩、冀中坳陷古近系沙三段湖相碳酸盐岩及苏北盆地古近系阜宁组二段的生物灰岩等，都是良好的储油层，甚至是高产油层。因此，对湖相碳酸盐岩的研究，不仅在沉积学自身领域里具有较大的理论意义，而且在进行盆地模拟研究、陆盆沉积模式研究以及在油气勘探中都有重要价值。二、湖相碳酸盐岩的分布特征湖相碳酸盐岩的产出部位和产状很不稳定，并主要受构造沉积相控制。产出和产状特点如下：1.湖相碳酸盐岩最发育的层段一般都相当于湖盆的发育阶段。该阶段湖盆开阔、水域广布，气候条件适宜，可使藻类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；在半深水至深水湖区，可形成泥晶灰岩和泥灰岩。2.构造活动缓和、湖盆沉降与沉积作用缓慢补偿的层段，尤其在缓慢湖侵、湖水开阔的情况下，最有利于湖相生物碳酸盐岩和颗粒碳酸盐岩的形成。3.在平面上，不同相带上的碳酸盐岩类型呈连续或不连续的带状环湖岸分布。在滨浅湖区相对隆起的正地形顶部或斜坡地带，是滩相和礁相发育的良好场所。4.湖相灰(云)岩的产状因沉积相的差异而不同，如滨浅湖区的灰(云)岩，其厚度大，呈不连续片状或连续带状环岸分布，片状者中心厚、边部薄；浅水隆起区的灰(云)岩，呈透镜状，在高点部位厚度较大；半深湖-深湖区的灰(云)岩，成层性好，比较稳定，多呈薄层状夹在黑色泥岩中。二、湖相碳酸盐岩的分布特征5.湖相碳酸盐岩和砂质岩在空间上呈规律性分布，多数情况下砂岩发育区灰岩不发育；砂岩零线以外的深水区仅有薄层泥灰岩或泥晶灰岩；在有湖流活动的地区，碳酸盐岩分布的水深可大一些；而在砂岩发育区的边缘或其间的湖湾内，则很有利于碳酸盐岩发育。在浅水隆起部位和斜坡带上缘形成生物滩和生物礁的地方，则极少有砂质混入。三、湖相碳酸盐岩的基本特征及分类湖相碳酸盐岩的主要物质来源，一是无机沉淀的和由生物光合作用所诱生的无机沉淀碳酸盐，二是来自生物残体的碳酸盐，如某些由介形类、软体动物壳或轮藻植物遗体等富集而成的生物灰岩层；此外，由河流带来的异地再旋回碳酸盐岩碎屑物质，也是它的一种物质来源。综合我国中、新生界湖相碳酸盐岩的各种恃征，并结合现代湖泊沉积，可以发现湖相碳酸盐沉积具有下列基本特点：1.水体深度有限，浅水湖相碳酸盐岩分布广泛；2.沉积介质能量偏低、持续时间短；3.近陆源、多源供给，多沉积中心；4.沉积周期短、速率大，沉积旋回发育；5.生物沉积作用显著，生物组合简单、变化快。（一）湖相碳酸盐岩的基本特点三、湖相碳酸盐岩的基本特征及分类湖相碳酸盐岩以盆内和近源沉积物为主，其结构和成因的基本特征随沉积环境的变化而异。目前，国内一些学者针对不同地区或不同的工作目的，以岩石成因、颗粒类型、颗粒含量、颗粒与基质的比例等为分类标准，对湖相碳酸盐岩进行分类。杜韫华（1992）通过研究提出6大类湖相碳酸盐岩：(1)颗粒碳酸盐岩。该类型是由以螺、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,以及由2种以上的颗粒组成的复颗粒岩。颗粒含量大于10%。(2)泥晶碳酸盐岩。该类型主要为化学及生物沉积,其中颗粒含量小于10%。(3)生物灰(云)岩。该类型由非骨架生物,主要是介形虫、螺、蚌等的壳体埋藏石化而成,生物组分大于10%。(4)骨架碳酸盐岩。该类型由造架生物或藻类障积粘结而成。骨架组分含量大于10%。目前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,其产状有生物礁、礁丘、泥丘等。为湖相地层中重要产油气层。（二）湖相碳酸盐岩的分类三、湖相碳酸盐岩的基本特征及分类(5)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。(6)陆屑混杂碳酸盐岩。该类型的陆源碎屑含量小于50%,此类岩石在各类碳酸盐岩湖盆均发育。（二）湖相碳酸盐岩的分类王英华等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。湖相碳酸盐岩是古湖盆从淡水向咸水直到盐、碱湖演变过程的必然产物，在地层时代上，湖相碳酸盐岩主要集中于中生代和新生代，自三叠纪到第三纪的古湖中均有分布；在空间分布上，湖相碳酸盐岩则遍布全国各类湖盆中。其分布受控于构造背景、气候和物源供给等多方面因素（周书欣，1992）。（1）湖相碳酸盐岩的发育受构造背景的影响。在湖盆形成、发育和萎缩的发展阶段中，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；在半深水至深水湖区，可形成泥晶灰岩和泥灰岩。（2）湖相碳酸盐岩的形成受控于古气候、古水动力和古水介质条件的变化。淡水到半咸水湖相碳酸盐岩的发育状况与生物的发育程度密切相关，它主要发育在水体清浅、阳光充足、能量较高、营养丰富，适合于大量生物繁殖的环境，生物灰岩或藻灰岩发育；当气候干燥且有洪水入侵时，陆源碎屑大量入湖，水体浑浊，不利于生物生长，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。四、湖相碳酸盐岩的形成条件（3）湖相碳酸盐岩的发育受陆源物质的影响。湖相碳酸盐岩和砂岩在空间上呈消长关系分布，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，陆源物质影响不到的地区，如水下隆起区，有利于湖相碳酸盐岩的发育。（4）湖相碳酸盐岩的形成与海侵作用有密切的关系。近海湖泊，海侵的影响并不能改变湖泊水体的根本性质，但在湖侵发育期，遭受海侵影响。此时，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。四、湖相碳酸盐岩的形成条件目前，国内外学者已提出多种划分湖相碳酸盐岩相模式的方案，归纳起来主要有以下几种：（1）按湖泊的发育阶段划分：我国东部中生代和新生代内陆湖盆一般都经历了早期断陷、中期凹陷和晚期收缩3个发展阶段。官守锐等（1985）在研究了山东平邑盆地下第三系官庄组中段碳酸盐岩产出特征以后，提出了湖盆发育的3个阶段的湖相碳酸盐岩的沉积模式——早期为内源和外源混合沉积型(a)、中期为藻滩型(b)和晚期为浅水蒸发台地型(c)。五、湖相碳酸盐岩的沉积相和沉积模式（2）按构造背景和在湖盆中的构造位置划分：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，结合各自的构造背景，赵澄林（2001）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。a.断陷咸水湖盆边缘碳酸盐沉积模式：该模式以平方王地区沙四段上部为代表。断陷咸水湖盆边缘碳酸盐沉积包括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。五、湖相碳酸盐岩的沉积相和沉积模式（2）按构造背景和在湖盆中的构造位置划分：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，结合各自的构造背景，赵澄林（2001）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。b.断陷咸水湖盆边缘碳酸盐沉积模式：该模式以JZ20-2构造沙一、二段为代表，在咸水湖盆中央台地碳酸盐沉积包括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。五、湖相碳酸盐岩的沉积相和沉积模式（2）按构造背景和在湖盆中的构造位置划分：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，结合各自的构造背景，赵澄林（2001）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。c.坳陷淡水湖盆碳酸盐沉积模式：该模式以川中大安寨灰岩为代表。坳陷淡水湖盆碳酸盐沉积包括3个亚相和5个微相类型。亚相包括滨湖亚相、浅湖亚相和半深湖亚相，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。五、湖相碳酸盐岩的沉积相和沉积模式（3）按湖泊的水文状况划分：可分为水文开口湖和水文封闭湖两种。水文开口湖又可划分出湖盆相和湖盆边缘相两种沉积环境。（4）按水深和水动力条件划分：从整个湖相碳酸盐岩的沉积条件、沉积特征及其与陆源碎屑岩的组合关系考虑，结合湖水的相对深浅、水动力条件和自然地理部位，可划分为滨湖相、浅湖相、半深湖相和深湖相4个相带。（5）综合模式：杜韫华（1990）在总结了我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。该模式即反映了碳酸盐岩体的成因特征，又表达了其空间分布，并且对预测岩体的分布起指导作用。五、湖相碳酸盐岩的沉积相和沉积模式隆起边缘缓坡，碳酸盐岩仅沿古隆起边缘呈狭窄条带状分布，面积小。沉积相模式渤南洼陷南部沙二段沉积相模式沾化凹陷西部沙四上亚段沉积模式我国湖相碳酸盐岩储层的主要储集空间为孔、洞、缝三大类，14种，继而划分出孔隙型储集层、溶蚀孔洞型储集层、裂缝型储集层和复合型储集层四类储层类型。六、湖相碳酸盐岩储层特征（一）储集空间类型储层物性好、累计厚度较大，油气产量高，但分布局限，非均质性强，含油面积小。生物礁油气储层主要分布在渤海湾盆地和柴达木盆地古近系，如渤海湾盆地济阳坳陷平方王、义和庄，柴达木盆地西部的跃进、尕斯库勒、南翼山等地区均发育生物礁储层，多数以小面积孤立的长垣状分布在滨浅湖区的水下隆起或宽缓斜坡的岸线周边，礁体及邻区可分为6个微相：礁核、礁前、礁缘、礁后、礁前湖泊及礁后湖泊。礁体储油性很好，以礁核相最佳。该类储层分布局限且孤立，难以形成大面积连片规模富集区，且储层预测难度大，因此，在油气勘探中宜作为常规油气资源进行专探或兼探。湖相碳酸盐岩储层可以分为两类，一类是以藻礁为主的生物礁，包括藻礁、藻礁丘及藻生物层等生物礁类储层；另一类是除湖相生物礁之外的湖相石灰岩、白云岩与混合岩等复杂岩类储层。（二）储层岩石类型1、生物礁储层复杂岩类储层物性差，厚度差异大，油气产量不一，多需要改造才能获得工业产能，但分布面积较大，可以形成规模油气储量区。该类储层在获得油气发现的12个盆地均有分布，在湖泊发育的淡水、半咸水-咸水阶段均可形成，主要分布在宽缓斜坡区，凹陷区也发育湖相白云岩、石灰岩与油页岩、泥岩夹层。储层基质孔隙度多小于15%，渗