赵永斌，田作基，阳孝法，刘亚明，马中振，周玉冰，王丹丹，韩杰

中国石油勘探开发研究院

0 前 言

碳酸盐岩是非常重要的油气储层，全球超过60%的石油产量和40%的天然气产量来自碳酸盐岩。我国在西部塔里木盆地、中部四川盆地和鄂尔多斯盆地开展了多年的碳酸盐岩油气藏勘探，在深部地层，发现了大量碳酸盐岩油气藏［1-4］。南美玛德莱德迪奥斯盆地二叠系Copacabana 组碳酸盐岩地层与我国西部盆地具有相近的地质条件，是秘鲁58 区块有潜力的勘探层系。58 区块及周边多口探井具有商业发现及较好的气测显示，揭示出良好的勘探前景，其中邻区Mip-1 井和Mip-2 井为商业气流井，58区U-1井、P-2井和P-4井钻遇Copacabana组顶部，出现气测异常。对已钻井气测、试油等资料的统计表明：Copacabana 组沉积相对有利储层的分布有重要的控制作用，是研究区碳酸盐岩油气成藏的关键因素之一［5-6］。但由于碳酸盐岩沉积环境复杂，加之勘探程度低，目前缺乏对Copacabana 组沉积相展布规律的认识，储层分布规律亦不明确，这制约了该层系的勘探。

研究区以往的沉积相研究主要是基于单井岩心、薄片资料的沉积类型分析，缺乏区域上的沉积体系和沉积相带展布等方面的研究。随着研究区Copacabana 组油气勘探的深入，逐年增加的钻井及地震资料为Copacabana 组沉积相的深化研究提供了基础。在区域沉积背景调研的基础上，本文选取 Mip-2 井、Paw-1 井等 7 口井的岩心样品 99 块，结合钻遇Copacabana 组的测井资料及研究区地震资料，开展古地貌分析，识别岩石类型、测井相及地震相标志，明确沉积类型及展布特征，建立了研究区碳酸盐岩的沉积模式，探讨了沉积相发育的主控因素。

1 区域地质概况

1.1 区域构造特征

玛德莱德迪奥斯盆地位于南美安第斯山前，为多旋回沉积的弧后前陆盆地。秘鲁58 区位于盆地的西南部，处于前陆盆地逆冲推覆外区［7-10］。受第四纪前陆造山的影响，区块内整体呈东北高西南低的趋势，形成隆凹相间的构造格局。3 个隆起条带依次对应北部、中部和南部逆冲褶皱带（图1a），靠近安第斯山前区发育凹陷带，其中北部和中部逆冲构造带是有利的构造带。

区域上，盆地经历了克拉通边缘盆地→裂谷盆地→前陆盆地3 个演化阶段［11-12］。寒武纪－奥陶纪早期，盆地为古生代大陆边缘的一部分，持续至晚二叠世，受伸展应力的影响，由克拉通边缘盆地转化为裂谷盆地。中新世，受太平洋板块低角度逆冲挤压作用影响，进入前陆盆地演化阶段，形成了现今山前凹陷带和多个逆冲带呈条带状展布的构造格局。

1.2 区域地层特征

盆地地层主要在前寒武系基底之上发育而来，沉积厚度为6 000~10 000 m。地层从下至上包括奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、白垩系、古近系、新近系和第四系，三叠系、侏罗系和中下白垩统缺失［13］（图1b）。秘鲁 58 区的目的层系为二叠系中/下 Nia 组、Noi 组、Ene 组以及 Copacabana 组，其中Copacabana 组为深部潜在勘探层，是本次研究的目标层位。

图1 秘鲁58区及周边构造纲要及地层柱状图Fig.1 Tectonic outline and stratigraphic column of Block 58 and its surrounding areas in Peru

1.3 Copacabana组沉积背景

古生代南美大陆位于泛大陆西南部，发育稳定的板块内部沉积，间断性海水侵入板块内的沉降区，形成以碎屑岩为主、局部为碳酸盐岩的沉积。二叠纪早期经历了晚古生代最大范围的一次海侵，盆地处于浅海台地的沉积环境，形成了区域上分布非常稳定的Copacabana组碳酸盐岩沉积［14］。

碳酸盐岩的沉积厚度能够一定程度上反映出水动力条件：高能相带碳酸盐产率高，地层厚度大；低能相带碳酸盐产率低，地层厚度小。由前人研究编制的58 区及周边Copacabana 组碳酸盐岩厚度图可见（图2）：在秘鲁地区中南部碳酸盐岩厚度约为200~1 500 m，平均厚度为664 m，具有两侧薄（200~500 m）、中部厚（500~1 500 m）的展布特征，中部厚层区呈条带状近似平行海岸线分布［15］。58 区及周边位于厚层区的东北部，反映出由陆向海、由低能向高能相带转换，并以高能相带为主的沉积背景。

图2 秘鲁58区及周边Copacabana组碳酸盐岩厚度图（据文献［15］）Fig.2 Contour map of carbonate rock thickness of Copacabana Forma⁃tion of Block 58 and its surrounding area in Peru(cited from reference［15］)

2 沉积相类型

58 区Copacabana 组地层厚度约为400~800 m，通过与周边地层对比，结合地层岩性将Copacabana组划分为 3 段［16-17］(图 3)：下段发育厚层颗粒灰岩、泥灰岩和泥岩；中段发育颗粒灰岩、泥晶灰岩、泥灰岩和泥岩；上段发育燧石、砂屑白云岩、石膏、颗粒灰岩、泥灰岩和泥岩。整体上，Copacabana组为浅海碳酸盐台地沉积，在整体为高能环境的沉积背景下，自东向西由低能相带向高能相带转换。参照经典塔克碳酸盐岩沉积相模式［18-19］，通过岩心描述、薄片鉴定、测井相及地震相分析，识别出研究区以开阔台地相为主，见局限台地相，局部发育蒸发台地相。Copacabana 组碳酸盐台地沉积可划分为3 种沉积相和5种沉积亚相（表1）。

图3 秘鲁58区Mip-2井综合柱状图Fig.3 Comprehensive column of Well Mip-2 in Block 58，Peru

2.1 开阔台地相

开阔台地相为台地边缘后与广海相连通的区域，是Copacabana 组主要的沉积相类型，在平面上和纵向上普遍分布。开阔台地包括位于构造较高部位的水动力较强的浅滩（颗粒滩），以及滩体间相对低洼区的滩间海。

颗粒滩 岩石类型包括生物碎屑颗粒灰岩和鲕粒灰岩。在地震剖面上的反射特征明显，具有丘状形态，内部具有低振幅、杂乱的反射结构（表1）。生物碎屑颗粒灰岩中含有大量生物碎屑，主要为棘皮类和腕足类，另外含有一定数量的鲕粒，亮晶胶结为主，部分受重结晶作用影响形成微晶胶结。鲕粒灰岩为亮晶胶结，颗粒支撑，鲕粒含量超过60%，鲕粒呈同心层和可变形状（圆形、椭圆形），粒度介于0.2~0.4 mm，鲕粒核心一般溶解或充填石英颗粒。鲕粒间含有生物碎屑，主要为棘皮类碎屑。

滩间海 颗粒滩之间的低洼区，发育低能的泥粉晶灰岩、泥灰岩及泥岩。泥灰岩由大量的似球状泥晶方解石构成，含棘皮动物和介形虫碎屑。

2.2 局限台地相

局限台地相是向海一侧受浅滩遮挡而形成的相对低洼的潮下地区。58 区局限台地相在平面上主要分布于东北靠陆地一侧，纵向上主要分布于Copacabana 组上段。局限台地水体循环受阻，整体处于低能环境，仅与广海相通部位为高能环境，由此形成了以低能的泥晶灰岩、泥灰岩和白云质灰岩为主，局部伴有高能砂屑白云岩的岩性组合特征。地震反射特征为席状，内部则表现出平行—亚平行夹小型杂乱反射，具有中弱振幅、中等连续性的特征（表1）。局限台地相主要包含了潟湖和浅滩（砂屑滩）亚相。

潟湖 主要发育由微晶方解石构成的泥晶灰岩，偶见微晶白云石，少见生物碎屑，颗粒直径主要分布于0.08~0.65 mm。该亚相反映了水体环境受限、潮下低能的沉积环境，是典型的局限台地沉积特征。

砂屑滩 在潟湖边缘水动力较强的地貌较高部位，发育高能的砂屑灰岩、生物碎屑灰岩及砂屑白云岩。在研究区的北部构造带识别出了砂屑白云岩、生物碎屑灰岩。砂屑白云岩以粗晶白云石为主体，伴有硅质碎屑，偶见石膏充填。其中，硅质碎屑由石英和少量长石组成。岩性组合反映出该相带主体处于局限低能水体，在靠近开阔台地的部位，发生局部高能、低能交互的沉积作用而形成。砂屑白云岩薄片镜下特征显示（表1），砂屑白云岩物性条件好，是区内最为有利的储层类型。

表1 秘鲁58区Copacabana组碳酸盐台地沉积相划分及识别标志Table 1 Sedimentary facies division and identification marks of carbonate platform of Copacabana Formation in Block 58，Peru

2.3 蒸发台地相

蒸发台地相处于潮上带，以干热地区的潮上盐沼地或萨巴哈沉积为典型特征。58 区蒸发台地相发育有限，平面上主要分布于北部逆冲带，纵向上分布于Copacabana 组上段。蒸发台地相地层厚度小，发育准同生泥晶白云岩及白云质泥岩，含石膏夹层，见陆源碎屑。在地震剖面上，则表现为席状形态（表1），内部为较为连续、中强振幅及分布不规则的透镜状反射结构。蒸发台地相主要发育潮坪亚相。

潮坪 岩性为泥晶白云岩、白云质泥岩，夹石膏，具有干热潮上带的典型特征。其中，白云岩由微晶白云石组成，含方解石，见少量的石膏充填及石膏结核，为同生—准同生期的白云石化作用所形成。

2.4 Copacabana组碳酸盐岩沉积序列

Copacabana 组碳酸盐岩沉积具有明显的旋回性，反映出台地相沉积序列（图4）。58 区及周边主要发育开阔台地和局限台地相，局部发育蒸发台地相。蒸发台地相位于靠陆一侧的潮上带，工区处于该相带边部，见少量的潮坪泥晶白云岩和石膏，以及陆源碎屑夹层。局限台地相处于向陆一侧的低洼区，低能带发育泥晶灰岩、泥灰岩（潟湖），与开阔海连通的区域形成局部的高能环境，发育砂屑白云岩（砂屑滩）。向海方向进入开阔台地相，受古地貌影响，凸起区发育高能的颗粒灰岩（颗粒滩），低洼区则发育低能的泥灰岩和泥岩（滩间海）。

图4 秘鲁58区Copacabana组碳酸盐岩台地沉积序列Fig.4 Carbonate platform sedimentary sequence of Copacabana Formation in Block 58，Peru

根据区域地层厚度，进一步推测向海方向发育台地边缘和台地前缘斜坡相。厚层碳酸盐岩对应台地边缘相，随着厚度迅速减薄，过渡至斜坡相。

区域上完整的沉积序列为蒸发台地相—局限台地相—开阔台地相—台地边缘相—台地前缘斜坡相，58 区及周边Copacabana 组主要发育开阔台地相和局限台地相，与由低能向高能相带转换的沉积背景吻合。结合薄片鉴定和测试分析可知，其中高能相带的砂屑滩和颗粒滩是58区有利储层相带。

3 沉积相展布特征

综合岩心描述、薄片鉴定、测井相及地震相分析，在研究区识别出了3 种沉积相和5 个亚相，在此基础上对7口井进行沉积相识别和碳酸盐岩沉积厚度统计，绘制了Copacabana 组各段沉积相平面图，并进行各段的沉积相展布特征分析。

3.1 Copacabana组下段

Copacabana组下段沉积时期古地貌为由东北向西南展布的宽缓斜坡，广泛发育了开阔台地相（图5a）。开阔台地颗粒滩分布于中部至东北部的广阔地区，基本包含了3个逆冲构造带，其中Pag-1井和Sm-1井钻遇约120 m厚的颗粒灰岩，反映出该相带在东北部分布的稳定性。向西南方向，滩间海亚相分布于山前凹陷带附近。总体上，呈现从东北向西南方向，由开阔台地颗粒滩向滩间海过渡的分布特征（图5a）。

3.2 Copacabana组中段

随着海平面上升，Copacabana 组中段沉积时期处于高海平面的背景，这与中段下部的稳定泥灰岩和泥岩段沉积相对应，Mip-2井、Pag-1井和Sm-1井均有钻遇。相对于下段，开阔台地相整体向东北方向扩展，其中滩间海延伸至中东部，在工区内大范围分布，而颗粒滩发育范围收缩至中部和北部逆冲构造带的东部（图5b）。

3.3 Copacabana组上段

Copacabana组顶部发育区域性风化壳，推测Co⁃pacabana组沉积晚期可能发生了整体构造抬升或快速海退等事件，沉积相带发生显著进积和迁移（图5c）。

图5 秘鲁58区Copacabana组各段沉积相平面图Fig.5 Sedimentary facies maps of Copacabana Formation in Block 58，Peru

在工区东北部发育了蒸发台地和局限台地相。北部逆冲构造带东部的Sm-1 井钻遇了薄层白云岩夹石膏的组合，反映出少量的蒸发台地沉积；北部逆冲构造带中东部的Pag-1井钻遇了泥晶灰岩和白云质灰岩组合，反映了局限台地沉积，并受到一定白云石化作用的影响。

开阔台地相向西南部收缩，主要分布于北部逆冲构造带的西部和中部逆冲构造带，北部的Mip-2井，中部的U-1 井、P-2 井和P-4 井均有钻遇。斜坡相位于台地西南一侧，主要靠近于山前凹陷带。

相对于中段和下段，Copacabana 组上段沉积相类型更为多样，由西南向东北方向依次发育开阔台地滩间海—开阔台地颗粒滩—局限台地潟湖沉积，展示出研究区Copacabana组较为完整的沉积序列。

4 储层发育主控因素

在58 区块主要识别出4 种储层类型，包括风化壳、砂屑白云岩、白云质灰岩及颗粒灰岩储层。储层的形成过程与沉积演化及成岩作用密切相关，受控于古地貌和海平面升降的双重作用［20-21］。

4.1 古地貌对储层发育的控制作用

受控于构造抬升或快速海退作用，Copacabana组碳酸盐岩顶部为区域性的不整合面，形成风化壳层。古地貌高低会造成风化程度的不同，从而发育不同的储层组合特征。区域的沉积背景和Copaca⁃bana 组沉积平面特征也呈现出由东北向西南缓坡下降的古地貌特征（图6）。

图6 秘鲁58区Copacabana组沉积-成岩模式图Fig.6 Sedimentary-diagenetic pattern of Copacabana Formation in Block 58，Peru

北部逆冲构造带位于研究区古地貌高部位，主要发育后生的粗晶砂屑白云岩，该类储层物性条件最佳，孔隙度普遍超过15%，是58区块的最优储层。通过薄片鉴定，能够识别出石灰岩转化为白云岩或白云质灰岩的特征，该类储层受限于原生岩石的物性条件，原岩孔隙度约为7%~10%。

中部逆冲构造带位于研究区古地貌中低部位，风化程度有限，大气淡水溶蚀作用弱，风化层下部基本不发育白云石化层。总的来说，中部构造带的储层条件弱于北部，风化壳储层有限，后生白云石化储层基本不发育，原生颗粒灰岩是中部构造带的主要目标储层。

南部逆冲构造带未有井钻遇，由于该区域位于古地貌的低部位，风化程度进一步减弱，相比于中部构造带，推测南部风化壳和后生白云石化储层发育非常有限。

4.2 海平面变化对储层发育的控制

颗粒灰岩储层主要由开阔台地颗粒滩沉积形成。伴随着海平面周期性的升降变化，该储层在横向展布和纵向组合上出现明显变化。

Copacabana组自下而上，伴随着水进、水退和快速水退的过程（图7）。早期水进阶段，广布式的颗粒滩在中北部整体分布，并以退积的形式逐步向东北迁移，在Copacabana 组下段沉积后形成最大海泛面；中期水退阶段，在高海平面的背景下，颗粒滩灰岩与滩间海泥灰岩互层发育，并以加积的方式逐渐向西南迁移；后期快速水退阶段，在东北部出现了一定规模的局限台地和蒸发台地，与颗粒滩灰岩呈互层沉积，而中南部主要发育颗粒滩灰岩，总体以进积的方式逐渐向西南迁移。伴随着沉积相带迁移，颗粒滩储层普遍发育。在中南部区域，由于表层风化作用弱，风化壳和白云岩储层发育有限，颗粒滩灰岩为主要的储层目标（图6，图7）。

5 结 论

（1）秘鲁58 区块二叠系Copacabana 组浅海碳酸盐台地沉积可划分为3种沉积相和5个亚相。Copa⁃cabana 组可分为3 段：下段沉积时期处于古地貌极为平缓的环境，广泛发育开阔台地颗粒滩，滩间海存在于工区西南部；中段沉积时期经历了一期海侵过程，开阔台地滩间海由西南部延伸至工区大范围，颗粒滩仅发育于东北部；上段沉积时期发生了快速海退作用，由西南向东北依次发育开阔台地滩间海—开阔台地颗粒滩—局限台地潟湖沉积。

（2）储层的形成过程与沉积演化及成岩作用密切相关，受控于古地貌和海平面升降的双重作用。东北地区处于古地貌高部位，发育砂屑白云岩及白云质灰岩储层；中南部地区处于古地貌中低部位，白云石化储层基本不发育。颗粒灰岩储层主要由开阔台地颗粒滩沉积形成，伴随着海平面水进、水退和快速水退的变化，颗粒滩向东北及西南方向周期性迁移，在工区中南部由于表层风化作用弱，风化壳和白云岩储层发育有限，颗粒灰岩为主要的储层目标。