王 颖, 王晓州, 康洪全, 朱石磊, 蔡露露, 廖计华

(1.中海油研究总院，北京 100028; 2.洲际油气股份有限公司 新项目评价部，北京 100016)

桑托斯盆地白垩系湖相碳酸盐岩微生物礁滩的成因

王 颖1, 王晓州2, 康洪全1, 朱石磊1, 蔡露露1, 廖计华1

(1.中海油研究总院，北京 100028; 2.洲际油气股份有限公司 新项目评价部，北京 100016)

巴西桑托斯盆地为典型的南大西洋被动大陆边缘含盐盆地，裂谷期白垩系Barra Velha组发育湖相碳酸盐岩微生物礁滩，是盐下含油气系统主要储层，叠层石微生物灰岩是组成微生物礁滩的主要岩石成分。本文通过地震剖面的振幅反射结构、钻井岩性剖面、岩心观察、岩心薄片分析，研究微生物礁滩主要特征。叠层石颗粒组成岩石格架，粒间孔发育，是优质储层，主要分布在东部隆起带上。鲕粒灰岩颗粒为叠层石，颗粒形态多样、大小不一，为叠层石微生物礁破碎后就近堆积、经波浪改造后的产物。桑托斯盆地湖相碳酸盐岩微生物礁滩的形成主要受控于古环境、水体深度变化及藻类改造作用。

桑托斯盆地；白垩系；微生物礁滩；湖相碳酸盐岩；叠层石；鲕粒；巴西

湖相碳酸盐岩作为陆相含油气盆地中一种特殊的储层类型，在国内外均有一定的油气发现，如中国的渤海湾盆地济阳拗陷古近系的礁灰岩、四川盆地中侏罗统大安寨组的介壳灰岩、柴达木盆地西部中新统油砂山组和始新统干柴沟组生物礁灰岩[1-9]，以及巴西的坎波斯盆地、俄罗斯的滨里海盆地、美国的绿河盆地等[10-12]。

微生物岩(microbolite)一词来源于R.V.Burner(1987)，指由底栖微生物群落，以蓝细菌为主的光能细菌、化能自养菌和化能异养菌，真核微体藻(包括红藻、硅藻、褐藻)，以及一些后生动物(介形虫、甲壳类)组成的复杂共生体，通过黏结和捕捉碎屑沉积物、表面矿物沉淀、生物矿化作用而产生的生物沉积岩[13-15]。本文研究的湖相碳酸盐岩微生物礁滩则是在湖相环境中形成的一种微生物岩，主要发育在巴西桑托斯盆地白垩系Barremian阶Baravelha组，是以叠层石为格架，加上大量的藻类黏结作用，具有大面积连片发育的礁体。

叠层石的发育最早出现在早太古代地层中(约3 500 Ma B.P.)[16]，主要发育在温暖、较稳定的陆内克拉通浅水碳酸盐岩中，多为层状叠层石丘[17]。在中新元古代，叠层石达到高峰期，形态种类多样、分布范围广[18]。中生代叠层石已经成为微生物礁滩格架的主要成分[19]。

1 地质背景

巴西大坎波斯盆地地处巴西东南部海上，位于南大西洋西岸(图1)，包括桑托斯盆地、坎波斯盆地以及埃斯皮里图桑托盆地。桑托斯盆地位于最南端，面积最大，约为326 867 km2，水体最深>4 km[19]，构造格局呈现“三拗两隆”，由西向东分别为西部拗陷带、西部隆起带、中央拗陷带、东部隆起带和东部拗陷带。

图1 大坎波斯盆地构造格局Fig.1 The tectonic setting of Campos Basin

桑托斯盆地为典型的南大西洋被动大陆边缘含盐盆地，构造演化主要分为3个阶段：侏罗纪晚期-早白垩世阿普第早期的裂谷期；早白垩世阿普第中期进入过渡期；阿尔布期后为构造漂移期(图2)[20]。过渡期形成的厚层盐岩之下，为河湖相沉积体系发育时期，储层以湖相碳酸盐岩为主，烃源岩为陆相的中深湖相泥岩。盐上为中—晚白垩世至今漂移期形成的深水沉积体系，储层以土仑阶深水重力流砂岩为主，烃源岩为森诺曼至马斯特里特期形成的深水海相页岩。

图2 桑托斯盆地岩性柱状图Fig.2 The stratigraphic column of Santos Basin

2 微生物礁滩发育特点

桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩微生物礁滩是盐下含油气系统主要储层，礁滩主体主要为叠层石微生物灰岩和鲕粒灰岩。礁体垂向厚度较大，钻井钻遇最大累计厚度达千米，平面上连片分布。

2.1 岩石学特征

叠层石微生物灰岩是组成微生物礁滩的主要岩石成分(图3)，岩心往往呈褐黄色(图3-A)，叠层石颗粒组成岩石格架，球粒状结构，基质几乎无硅化(图3-B)。叠层石颗粒四周见硅化边，粒间孔发育(图3-C蓝色部分)，叠层石颗粒往往由细小颗粒相互黏结组成大颗粒(图3-D黄色箭头)，部分颗粒钙化(图3-D中红色部分)，图3-D中红色箭头指示硅化特征。叠层石纹层(层理)是建造叠层石的单元，层理的大小、形状和生长姿态的连续变化决定了叠层石形态[16]。桑托斯盆地组成湖相碳酸盐岩礁体格架的叠层石类型多样(图4)，从而形成了类型多样的叠层石微生物礁体。按照叠层石生长形态，分为乔木状、灌木状和树枝状。不同类型的微生物礁滩代表不同的水体环境[19]。乔木状叠层石(图4-A)颗粒间堆积方式以向上为主，生长迅速，颗粒较大，形成的格架较为高大，抗浪能力强，指示水体深度较大；灌木状叠层石(图4-B)底部较窄，颗粒呈丛生状，类似灌木丛，相对乔木状叠层石较为矮小，为丘型或者扇形，说明水体深度变化缓慢，叠层石颗粒以侧向生长为主，缓慢向上生长；树枝状叠层石颗粒最为细小(图4-C)，但由于长条状的叠层石粒间孔较多，因此，树枝状叠层石为主的微生物礁体往往孔渗较好，是优质储层。

微生物礁滩还包括另外一种重要的岩石类型——鲕粒灰岩。研究区鲕粒灰岩颗粒往往为叠层石(图5-A黄褐色颗粒)，颗粒形态多样，有圆形、椭圆形、长条形及不规则形态。颗粒大小不一(图5-B)，说明鲕粒未经过长距离搬运及淘洗，多为叠层石微生物礁破碎后就近堆积，经波浪淘洗改造后形成。

叠层石微生物灰岩往往为礁体的主要组成部分，而鲕粒灰岩则是滩体的重要岩石类型。连续岩心观察发现，2种岩性(相带)在桑托斯盆地内呈互层发育(图6)，说明水体变化较快，为湖相典型特征。叠层石微生物灰岩易于出现垂直裂缝，同时物性较好，为优质储层；而鲕粒灰岩则相对致密。

图3 W4井叠层石微生物灰岩特征Fig.3 Photographs showing the characters of stromatolite microbial limestone from drilling well W4(井位见图9)

图4 叠层石类型Fig.4 Photographs showing the types of stromatolite(A)乔木状叠层石; (B)灌木状叠层石; (C)树枝状叠层石

图5 W4井鲕粒灰岩特征Fig.5 Characteristics of oolitic limestone from the drilling core of Well W4 (A)岩心; (B)薄片

图6 W1井叠层石微生物礁岩心特征Fig.6 The characteristics of drilling cores of stromatolite microbial reef from Well W1①鲕粒灰岩; ②叠层石微生物灰岩

2.2 分布特征

鲕粒滩或者鲕粒砂丘等坚硬基底是微生物席形成的基础[21]。桑托斯盆地微生物礁滩以Itpema组生屑滩为基底，大规模发育。通过井震联合标定(图7)，微生物礁相地震相特征为中振幅中频断续亚平行反射，局部空白反射，自然伽马曲线呈箱型，岩性以叠层石微生物灰岩为主；微生物滩地震相为席状-楔状中-强振幅中频较连续平行反射，自然伽马曲线呈锯齿状，为鲕粒灰岩、含叠层石微生物碎屑泥灰岩、泥灰岩互层沉积。

垂向上(图7)，微生物礁相和微生物滩相交互出现，说明水体变化频繁，由西南部到东北部的区域连井剖面显示(图8)，微生物礁厚度变化较大，为100～600 m，礁体分期发育，中间由微生物滩分隔。平面上(图9)，微生物礁在东部隆起带上连片分布，形状不规则，分布面积与底部古隆起展布密切相关，说明水体深度是形成碳酸盐岩建造的关键因素。在靠近盆地内部东部拗陷带一侧，迎风面，波浪作用强，将未固结或者弱固结的微生物礁碳酸盐岩组分撕裂、打碎，发生滑塌、崩落到低洼处，经波浪再改造作用，导致微生物滩大面积分布。在中央拗陷带及东部拗陷带内的低凸起，也是微生物礁发育的潜在区域。

3 微生物礁滩成因

湖相局限的沉积环境决定湖相碳酸盐岩形成的控制因素较多，传统的湖相碳酸盐岩受构造背景、古气候、古水动力条件和古水介质性质控制[22]。但桑托斯盆地白垩系湖相碳酸盐岩微生物礁滩除受以上因素影响外，独特的古环境以及生物作用等因素对湖相碳酸盐岩优质储层的形成有至关重要的影响。通过古构造、古气候、水体性质综合分析，以及地震、钻井、岩心资料研究，认为桑托斯盆地湖相碳酸盐岩微生物礁滩的形成主要受控于古环境、水体深度变化及藻类改造。

3.1 古环境

这里指的古环境包括古气候、水体类型、构造格局。湖相碳酸盐沉积受气候影响较大[22]， 白垩纪气候为地质历史中一种特殊的温室气候类型[23]，碳酸盐岩沉积相对发育。Michael[24]通过对大西洋两岸油样源岩沉积环境分析，认为桑托斯盆地白垩纪水体盐度存在明显变化，Barremian早期水体为淡水-半咸水；晚期 Baravelha组发育时，水体转变为咸水湖泊环境。在咸水环境下，生物种类锐减，适应环境较强的叠层石繁盛，从而形成大量微生物灰岩。陆源碎屑的输入抑制碳酸盐岩的形成，桑托斯盆地西部隆起带的阻挡，使大量陆源碎屑沉积物主要沉积在西部拗陷带内，湖盆中央水体得到净化，使东部隆起带成为湖相碳酸盐岩发育的有利区带(图9)。

图7 藻叠层石礁地震相及测井相特征Fig.7 The seismic and logging facies of stromatolite reef

图8 桑托斯盆地沿盆地走向连井剖面Fig.8 The connected well profile in Santos Basin

图9 桑托斯盆地Barra Velha组沉积相图Fig.9 The sedimentary facies of Barra Velha Formation in Santos Basin

3.2 水体深度

通过准层序组多旋回分析的高分辨率层序地层学研究，可以精确反映沉积体相序变化与水平面之间的关系。向上变浅旋回和高频层序是构建碳酸盐岩储层、碳酸盐岩台地，以及陆棚到盆地之间联系的基石[25]。湖平面的升降变化会导致碳酸盐生产和堆积速率从低到高发生变化，湖平面的快速升高或者急速下降造成的短期暴露都会导致碳酸盐岩停止生长，从而形成向上变粗、变厚的准层序[26]。湖侵体系域发育时期，可容空间的增大利于湖相碳酸盐岩的发育，地层中普遍具有多旋回性特征[27]。

从桑托斯盆地Berra Velha组钻井沉积相综合分析(图10)可以看出，钻井岩性组合多样，具有多旋回特征，其中微生物礁主要发育在湖侵体系域，水体变浅，发育微生物滩。微生物滩出现大量鲕粒灰岩，或者含鲕粒叠层石微生物灰岩，孔渗变化较大，为Ⅱ类储层。礁缘岩性为叠层石微生物泥灰岩、含鲕粒叠层石微生物灰岩及鲕粒灰岩，孔渗较差，微生物礁核主体以叠层石微生物灰岩为主，孔渗好，为Ⅰ类储层；但有鲕粒灰岩夹层，说明当时水体动荡，水深变化频繁，为典型的湖相特征。

图10 W2A井沉积相综合分析图Fig.10 Analysis of sedimentary facies for drilling Well W2A

3.3 藻类黏结作用

中新元古代是叠层石发育繁盛时期[17]，但元古代叠层石是在清洁、相对安静的海洋环境中，由丝体藻生长堆积而成。白天，丝体藻漂浮在海面上进行光合作用，通过分泌黏性物质黏结矿物颗粒快速生长；夜晚，随着光合作用的停止或减弱，丝体藻沉到海底，匍匐生长，使叠层石出现明、暗相间的纹层。但这个时期形成的叠层石粒度细，呈丘型，孔渗差，与中生代发育的叠层石微生物礁滩明显不同。桑托斯盆地白垩系的微生物礁滩具有格架结构，孔渗好，是优质储层，这与叠层石的生长环境和藻类的黏结改造密不可分。

桑托斯盆地白垩系Barra Velha组夹杂大量的鲕粒灰岩，说明水体环境动荡。在滨-浅湖高能环境中，藻类黏结叠层石，从而形成具有抗浪格架的孔隙度和渗透率较好的黏结类礁体，与元古代单纯的叠层石丘状沉积明显不同。西澳鲨鱼湾的现代叠层石研究[28]，进一步证实了藻类在改造叠层石礁体物性所起的关键作用。在藻类不发育的潮间带，叠层石以蓝藻细菌建造为主，粒度细；潮下带叠层石则以蓝藻细菌建造和藻类黏结共同形成，粒度明显变粗，物性得到明显改善。

4 结 论

a.微生物礁滩是桑托斯盆地白垩系盐下湖相碳酸盐岩一类重要的储层类型。叠层石微生物灰岩和鲕粒灰岩是组成微生物礁滩的主要岩石成分，叠层石颗粒组成岩石格架，粒间孔发育，是优质储层。叠层石类型多样，有乔木状、灌木状和树枝状。鲕粒灰岩颗粒往往为叠层石，颗粒形态多样，有圆形、椭圆形、长条形以及不规则形态；颗粒大小不一，为叠层石微生物礁破碎后就近堆积，经波浪淘洗改造后形成，是组成滩体的重要岩石类型。鲕粒灰岩和叠层石微生物灰岩互层发育，说明水体变化较快，为湖相典型特征。

b.微生物礁厚度变化较大，为100～600 m，礁体分期发育，中间由微生物滩分隔。平面上，微生物礁在东部隆起带上连片分布。在靠近盆地内部东部拗陷带一侧，迎风面，波浪作用强，微生物滩大面积分布。在中央拗陷带及东部拗陷带内的低凸起，也是微生物礁发育的潜在区域。

c.桑托斯盆地湖相碳酸盐岩微生物礁滩的形成主要受控于古环境、水体深度变化及藻类改造作用的控制。水体由淡水-半咸水转变为咸水，使叠层石繁盛，盆地内部东部隆起带远离陆源碎屑干扰，利于湖相微生物灰岩的形成；微生物礁主要发育在湖侵体系域，水体变浅，发育微生物滩；藻类黏结改造使叠层石微生物礁滩成为优质储层。

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Genetic analysis of microbial reef-bank of Cretaceous lacustrine carbonate in Santos Basin, Brazil

WANG Ying1, WANG Xiaozhou2, KANG Hongquan1, ZHU Shilei1, CAI Lulu1, LIAO Jihua1

1.ResearchInstituteofChinaNationalOffshoreOilCorp.,Beijing100028,China;2.NewVentureGroup,Geo-JadePetroleumCorporation,Beijing100016,China

Lacustrine environment is different from marine environment and the lacustrine carbonate rocks have its unique characteristics and genesis. In recent years a special reservoir of lacustrine carbonate is found in China and abroad. The study area of Santos Basin is a typical passive continental margin in the south Atlantic salt basins and lacustrine carbonate microbial reef-beach composed of stromatolites microbial limestone is the main reservoirs in the salt petroleum system. The main characteristics of microbial reef-beach is studied on the basis of comprehensive analysis of seismic reflection structure, properties of three-dimensional seismic sections, core deposit structure, drilling lithological profile, logging curve. The rock framework which is composed of stromatolites particles and the intergranular pores are main factors forming the high quality reservoir distributed mainly in the eastern uplift zone. The fragments of oolitic limestone are stromatolites with varied morphology and varied sizes. They are resulted from the nearby accumulation and wave reformation after the fragmentation of microbial reef-beach. It is considered that the formation of lacustrine carbonate microbial reefs in Santos Basin is controlled by ancient environment, changes of water depth and algae transformation.

Santos Basin; Cretaceous; microbial reef-beach; lacustrine carbonate; stromatolite; oolitic; Brazil

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.01.09

1671-9727(2017)01-0067-09

2015-10-16。

国家科技重大专项(2011ZX05030-002); 中国海洋石油有限公司勘探部项目(2014-KT-09-05)。

王颖(1976-)，女，博士，高级工程师，主要从事储层地质学研究, E-mail:wangying8@cnooc.com.cn。

P534.53; P588.245

A