【摘要】：傳統(tǒng)沉積學(xué)理論認(rèn)為陸源碎屑巖與碳酸鹽巖體系是兩類截然分離與獨(dú)立的沉積體系。然而,自然界普遍存在著陸源碎屑和碳酸鹽顆粒(包括異化粒和泥晶)在組分上相互混合或以互層的方式產(chǎn)出的沉積體系,被定義為混合沉積。我國渤海灣地區(qū)在古近系沙河街組一二段發(fā)現(xiàn)了豐富的混合沉積現(xiàn)象。近些年,伴隨油氣勘探實(shí)踐的深入,揭示了渤海海域混積巖兩個(gè)重要的特征:1)陸相湖盆背景下發(fā)育的混合沉積;2)混積巖儲(chǔ)層在普遍埋深超過3000m的背景下依然存在優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層。相比海相混合沉積的研究,陸相混合沉積的關(guān)注相對較少,導(dǎo)致對陸相混積巖的沉積特征與成因認(rèn)識(shí)不清。其次,在中-深埋藏背景下混積巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成機(jī)理尚不明確。因此,渤海海域混合沉積的研究具有重要的科學(xué)與油氣勘探意義�；谏鲜龃嬖诘膯栴},本文選取渤中坳陷及其周緣地區(qū)典型混積巖發(fā)育構(gòu)造帶作為研究區(qū),通過鉆井資料分析、巖心觀察、儲(chǔ)層特征和流體地球化學(xué)測試等技術(shù)方法,聚焦混積巖巖性相分類、沉積環(huán)境分析、儲(chǔ)層典型成巖作用和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集特征研究等工作,最終闡明混積巖沉積動(dòng)力過程和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成機(jī)理。本文取得的主要認(rèn)識(shí)包括:1.提出了外源碎屑、生物成因碳酸鹽顆粒和化學(xué)成因碳酸鹽三端元構(gòu)成的一個(gè)新的混積巖巖石學(xué)三角分類系統(tǒng)。該巖石學(xué)分類系統(tǒng)將混積巖劃分為四大類十六個(gè)小類。應(yīng)用該系統(tǒng)分類原則,將研究區(qū)混合沉積劃分出8類主要的組分混積巖性相類型。此外,還識(shí)別了兩類互層型混積層系,一類為大尺度混積層系,表征為在單個(gè)準(zhǔn)層序單元內(nèi)的層系混積;另一類為小尺度混積層系,表征為單個(gè)紋層組單元內(nèi)層系混積。2.通過典型相標(biāo)志分析,將混合沉積劃分為扇三角洲混合沉積和湖泊混合沉積兩大體系。其中,扇三角洲混合沉積體系進(jìn)一步劃分為扇三角洲前緣和前扇三角洲混合沉積兩類成因相組合。前者可識(shí)別出水下碎屑流混合沉積和河口壩混合沉積兩類成因相;后者發(fā)育前三角洲混合沉積成因相。湖泊混合沉積體系成因相組合為濱淺湖混合沉積,并識(shí)別出灘壩復(fù)合體混合沉積成因相。3.基于沉積體系沉積特征與空間配置關(guān)系,總結(jié)三類混積砂體成因類型:水下碎屑流混合沉積、扇三角洲前緣河口壩混合沉積和灘壩復(fù)合體混合沉積。水下碎屑流混合沉積砂體成因與扇三角洲前緣混積砂體二次垮塌的重力過程有關(guān)。扇三角洲前緣河口壩混合沉積與扇三角洲周期性推進(jìn)-廢棄等沉積作用相關(guān)。灘壩復(fù)合體混合沉積受控于湖平面變化與湖流驅(qū)動(dòng)的共同作用。三類混合沉積模式概括為:(1)扇三角洲重力流驅(qū)動(dòng)混合沉積模式;(2)扇三角洲建設(shè)-廢棄互層型混合沉積模式;(3)廣湖水文條件控制下灘壩復(fù)合體混合沉積模式。闡明混合沉積的主控因素:古氣候是混合沉積儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ),古地貌和古水深變化分別決定了儲(chǔ)層的分布和樣式。4.厘定主要成巖作用類型及成巖共生序列,查明了泥晶化作用、膠結(jié)作用、白云巖化作用和溶蝕作用等四類主要影響混積巖儲(chǔ)層的成巖作用及其成因機(jī)理。結(jié)合巖相學(xué)觀察、地球化學(xué)測試和不同成巖作用產(chǎn)物特征分析認(rèn)為,研究區(qū)沙一二段混積巖儲(chǔ)層處于中-深埋藏期,并經(jīng)歷了同生期、準(zhǔn)同生期、埋藏期三個(gè)成巖作用階段。其中同生期-準(zhǔn)同生期是主要的儲(chǔ)層建設(shè)期。5.結(jié)合儲(chǔ)層巖性相、沉積相、主要成巖作用、儲(chǔ)層空間類型和孔隙結(jié)構(gòu),提出三類混積巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成因類型:(1)灘壩混合沉積原生孔-次生溶蝕孔型儲(chǔ)層;(2)砂質(zhì)碎屑流混合沉積原生孔隙型儲(chǔ)層;(3)礫質(zhì)碎屑流混合沉積殘余原生孔隙型儲(chǔ)層。6.混積巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層良好的儲(chǔ)集性能來源于原生與次生孔隙的共同貢獻(xiàn)。原生孔隙的有效保存是儲(chǔ)層孔隙發(fā)育的重要因素之一。顆粒型混積巖沉積、(準(zhǔn))同生期建設(shè)性成巖作用及長期地層淺埋藏是儲(chǔ)層有效抵制上覆地層壓力、保存原生孔隙的原因。多期不同性質(zhì)的流體活動(dòng)起到改造儲(chǔ)層的作用,導(dǎo)致儲(chǔ)層經(jīng)歷了兩次建設(shè)期和兩次破壞期。其中,同生期大氣淡水的溶蝕作用是次生孔隙形成的主要原因。因此,混積巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成受控于沉積-成巖-構(gòu)造-流體等多因素的綜合影響。7.結(jié)合儲(chǔ)層控制因素,提出中-深層湖相混積巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層模式。同生期泥晶包殼和準(zhǔn)同生期白云巖化作用有效增加了儲(chǔ)層巖石的抗壓實(shí)能力,同時(shí)儲(chǔ)層長期處于淺埋藏環(huán)境降低了壓實(shí)與膠結(jié)作用對儲(chǔ)層的影響。兩者共同作用導(dǎo)致在埋藏過程中原生孔隙被大量保存。此外,同生期湖平面反復(fù)波動(dòng)導(dǎo)致大氣淡水滲入與儲(chǔ)層作用,導(dǎo)致大量生物顆粒次生選擇性組構(gòu)溶蝕孔形成,進(jìn)一步優(yōu)化了儲(chǔ)層。綜上所述,本文揭示了陸相湖盆混積巖沉積作用過程與砂體沉積模式,并闡明了中-深埋藏背景下的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成因機(jī)理,對渤海海域古近系沙一二段的儲(chǔ)層分布預(yù)測提出了新的理論支撐,同時(shí)也對類似盆地背景的研究提供了新的研究案例支持。
【圖文】：

圖 1.1 不同學(xué)者混積巖巖石學(xué)分類三角圖a. Mount 提出的混積巖三角四面體分類；b. 據(jù)楊朝青和沙慶安（1990）混積巖巖石分類；c. 據(jù)張雄華（2000）混積巖分類圖1.2.2 混積巖成因類型及主控要素Mount（1984）最早提出間斷混合、相混合、原地混合混合及母源混合四類混積巖成因類型。最新的研究認(rèn)為母源混合不能代表一種混合成因類型（Chiarella etal., 2017），因?yàn)槟冈闯梢虻幕旌铣练e物中，碳酸鹽組分的成因?yàn)橹亓κ录纤樾紟r體系的異地搬運(yùn)機(jī)制，而非原地碳酸鹽成分沉積。因而，母源混合形成的混合沉積雖然成分上和混積巖類似，，但是成因機(jī)理類似機(jī)械搬運(yùn)成因的碎屑巖體系。間斷混合指由事件成因引起的混合沉積。如風(fēng)暴、泥石流等沉積事件將陸源碎屑物質(zhì)帶入碳酸鹽為主的環(huán)境（Yose and Heller, 1989; Cózar et al., 2006）或者碳酸鹽物質(zhì)被迅速搬運(yùn)至陸源碎屑為主的環(huán)境中（圖 1.2a）。典型實(shí)例為西班牙伊比利亞盆地中因?yàn)槭录梢蛩纬傻纳暗[質(zhì)沉積物，被快速帶入泄湖泥晶云巖中所

加拿大魁北克灣相混合形成的夾層型混積巖剖面。剖面見厚層狀粉砂質(zhì)泥巖代表了半深海細(xì)粒沉積；夾呈的薄層狀生物碎屑灰?guī)r則代表濱海生物介殼沉積。兩者的互層式混積是海平面變化造成的相遷移結(jié)果（Dix, 2013）（圖1.3b）。張雄華（2003）通過對雪峰古陸的混積巖研究，總結(jié)了其成因機(jī)理也是與海平面變化造成的相遷移有關(guān)。晚石炭世濱海帶與雪峰古陸的山系相鄰，雪峰古陸的構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致大量的沖積扇砂礫巖向?yàn)I海灘相流入。但是隨著晚古生代海平面的變化，陸相沖積扇沉積于海相碳酸鹽建造垂向上的交互混合。原地混合指在陸源碎屑基底之內(nèi)或原地沉積出碳酸鹽組分形成的混合現(xiàn)象（圖 1.2c）。這一般由于生物擾動(dòng)或者微弱的洋流造成（Larsonneur et al., 1982）。典型的沉積過程實(shí)例包括蘇伊士灣含砂質(zhì)原地沉積的鮞粒灰?guī)r混合異地搬運(yùn)而來的陸源碎屑顆粒（黃色箭頭）（El-Azabi, 2007）（圖 1.3c）；西班牙伊比利亞盆地原地沉積輪藻與異地砂質(zhì)層互層型沉積（Rocío Navarrete, 2013）（圖 1.3d）。疊層石或者藻類等吸附細(xì)粒的陸源碎屑物質(zhì)、碳酸鹽巖的化學(xué)沉淀作用均可能形成原地混合（徐偉等，2014）。Santisteban（1988）也在地中海沿岸 Biocene Fortuna 盆地及 Eocene Catalan 盆地發(fā)現(xiàn)大量的原地混合沉積現(xiàn)象：當(dāng)斜坡上水道向盆地輸入大量碎屑沉積物，可形成三角洲進(jìn)積沉積；當(dāng)三角洲前緣碎屑物沉積停滯之后，在三角洲前緣進(jìn)積的部位，原地發(fā)育點(diǎn)礁（patch reef）和邊緣礁體（fringing reef）等礁灘體系。隨后這些礁體又被下一期進(jìn)積的三角洲扇體覆蓋，垂向上形成多個(gè)這樣的混積旋回。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P618.13

【參考文獻(xiàn)】

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