东营凹陷FY1井沙四上亚段泥页岩沉积环境研究

王瑜斌，彭 军，于乐丹，许天宇

（西南石油大学地球科学与技术学院，四川成都 610500）

济阳坳陷位于渤海湾盆地的东南部，是该盆地中产油量最高的坳陷之一。研究区是济阳坳陷四个次级凹陷之一，即东营凹陷。目前，研究区不但是济阳坳陷油气资源最为丰富的凹陷，而且是胜利油田页岩油气勘探研究重点的区域[1]。经过多年的勘探实践表明，研究区沙四上亚段发育了一大套泥页岩地层，显示了较好的勘探潜力，但是受多种条件的限制，使得泥页岩的沉积环境特征认识不够清楚，进一步加大了沙四上段油气勘探开发的难度，为此，本文以FY1井岩心精细观察描述及其分析测试资料为基础，对东营凹陷沙四上亚段沉积环境特征进行了分析与研究，以期为东营凹陷寻找新的油气藏富集区，落实新的储量增长区块，从而为泥岩油气藏勘探储备新的技术手段。

1 地质背景

渤海湾盆地位于中国东部，东临胶辽隆起，西与太行山隆起为邻，南靠鲁西隆起，北接燕山褶皱带，是中朝准地台经过古生代沉积并在印支、燕山期运动的基础上发展起来的中新生代断陷盆地，面积约1.5×105km2。该盆地主要由临清坳陷、冀中坳陷、黄骅坳陷、济阳坳陷、渤中坳陷、辽东湾坳陷和辽河坳陷组成[1]。其中，济阳坳陷位于渤海湾盆地的东南部，是盆地内产油量最高的坳陷之一，坳陷内发育车镇凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷和东营凹陷四个次级凹陷，而东营凹陷是胜利油田页岩油气勘探研究重点区域。

东营凹陷位于山东省北部，东临莱州湾，西接高青县，南抵广饶，北至利津陈家庄，是渤海湾裂谷系内大型宽缓的中、新生代张扭型半地堑伸展盆地。该凹陷位于济阳坳陷东南部，呈北东东走向，东西长90km，南北宽65km，面积达5 850km2，总体上形成一个北东向展布、“北断南超”的复式半地堑断陷（图1），是济阳坳陷油气资源最为丰富的凹陷。研究层位沙四上亚段为半深湖-深湖沉积，形成了大套细粒沉积岩发育段，主要岩性为黏土质灰岩、灰质黏土岩、黏土岩、粉砂质灰岩、粉砂质黏土岩等[2]。

2 岩相特征

不同类型岩石沉积时的环境各异，通过对东营凹陷FY1井沙四上亚段岩心观察、200余块薄片观察描述，根据岩石类型频率统计筛选出5种常见的岩石类型，分别指示不同的沉积环境：

（1）富有机质纹层状灰质黏土岩：东营凹陷沙四上亚段富有机质纹层状灰质黏土岩常由深色的泥质纹层与浅色的灰质纹层组成，其中深色泥质纹层中富含有机质，常含有以石英为主的陆源碎屑，纹层平直且连续，偶见灰质透镜体，说明该沉积时期水体深，水体安静，气候暖湿。

（2）富有机质块状灰质黏土岩：该岩石整体均匀块状，基质为黏土质，岩石中均匀分布少量石英矿物和碳酸盐矿物，整体为块状，说明该沉积时期整体水体较深，但水动力较强，气候暖湿。

（3）富有机质层状黏土质灰岩：基质以黏土为主，黏土纹层中含方解石和长英质碎屑，灰质以泥晶方解石纹层为主，自下而上黏土逐渐减少，灰质逐渐增多，厚层灰质条带与薄层黏土条带组成多套韵律，指示水体深度较浅，气候较为干旱。

（4）富有机质纹层状黏土质灰岩：灰色纹层与浅色纹层互层，且浅色纹层更为发育，纹层界面明显，部分纹层呈波状，反映了该沉积时期水体浅且较为动荡，气候相对干旱。

（5）富有机质层状黏土质灰岩：特征与富有机质层状黏土质灰岩相似，灰质增加，水体较之更浅（图2）。

图2 FY1井岩相类型

（a）FY1 井，3 105.08m，富有机质层状灰质黏土岩，1X（+）；（b）FY1 井，3 148.71m，富有机质层状黏土质灰岩，1x（-）；（c）FY1 井，3 113.9m，富有机质纹层状黏土质灰岩，5X（-）；（d）FY1井，3 159.53m，富有机质纹层状灰质黏土岩，1x（-）；（e）FY1井，3 218.06m，富有机质块状灰质黏土岩，10x（-）；（f）FY1井，3 231.57m，富有机质块状灰质黏土岩。

3 沉积环境特征

目前，沉积环境的恢复方法较多，主要有地球化学法、沉积矿物学法、古生态学法、沉积动力学法和地震地层学法等。每种方法各有利弊，在实际应用中，根据地区资料情况和方法可操作性来选择沉积环境的恢复方法。本文主要应用元素地球化学法，从古气候、古生产力、古水深、古盐度和古氧化还原性等5个方面来分析FY1井沙四上亚段古环境，并利用元素地球化学法将FY1井沙四上亚段环境演化划分出3个演化阶段（图3），第一阶段（3 251～3 306m）、第二阶段（3 306～3 401m）、第三阶段（3 401～3 441m）。

3.1 古气候

沉积物中Rb/Sr、Fe/Mn 的高值对应温湿气候，低值是干热气候的响应，Sr/Cu 值介于1.3～5.0通常指示温湿气候，而大于5.0则指示干热气候[3-4]。Sr/Cu值介于1.3～5.0通常指示温湿气候，而大于5.0则指示干热气候[3-4]。

FY1井沙四上亚段第二阶段Rb/Sr、Fe/Mn 相对高值，整体上有先增大后减小的趋势。Sr/Cu 值第一阶段平均值为35.7，第二阶段为18.9，第三阶段为40，根据其指示意义，第二阶段相对暖湿，一三阶段相对干热。三种指标综合分析古气候变化可以分为半干旱-干旱→相对暖湿→半干旱三个阶段。

3.2 古盐度

沉积磷酸钙组分Ca/（Ca+Fe）比值与盐度呈正比关系[5]，Sr/Ca 比值在咸水环境中为高值，在淡水环境中为低值[6]。Th/U 值越大，表示盐度越大，Th/U 值越小，表示盐度越低。

FY1 井沙四上亚段第一阶段Ca/（Ca+Fe）值主要分布在0.3～0.99，均值为0.85，Th/U 值分布在1.07～5.04，均值2.43，第二阶段Ca/（Ca+Fe）值主要分布在0.1～0.66，均值为0.52，Th/U 值分布在4.2-8.8区间，均值5.53，第三阶段Ca/（Ca+Fe）值主要分布在0.34～0.81，均值为0.73，Th/U 值分布在3-8.6区间，均值4.14。表明古盐度三个阶段变化为咸水→淡水-微咸水→半咸水。

3.3 古水深

Fe/Mn、（Fe+Al）/（Ca+Mg）比值与水深呈反比，FY1井沙四上亚段第一阶段与第二阶段都有向上变浅的趋势，第三阶段与前两阶段相反，可知沙四上亚段水体深度向上先增大后减小的趋势（图3）。结合前人研究结果，沙四上亚段古水深为10～60m，可以推测三个阶段水体变化为：浅水→半深水-深水→半深水。

图3 FY1井沙四上亚段岩性综合柱状图

3.4 古氧化还原性

V/（V+Ni）比值的变化主要由氧化还原环境控制，在缺氧环境中，V/（V+Ni）≥0.7～0.8，在贫氧环境下为0.46～0.60；V/Cr 值能反映水体的氧化还原环境，当V/Cr＜2为氧化，2～4.25为贫氧，＞4.24时为缺氧[7]。

FY1 井沙四上亚段第一阶段V/（V+Ni）主要区间为0.06～0.93，平均值为0.53，V/Cr 主要区间为0.17～7.5，平均值为2.58，两项指标都主要落在贫氧区；第二阶段V/（V+Ni）主要区间为0.13～1.33，平均值为0.71，V/Cr 主要区间为0.48～7.56，平均值为2.04；第二阶段V/（V+Ni）主要区间为0.1～0.91，平均值为0.51，V/Cr 主要区间为0.1～5.63，平均值为1.8；推测三个阶段氧化还原性变化为：弱氧化→弱还原性→弱氧化。

3.5 古生产力

Al/Ti、TOC 一般与古生产力呈正比。FY1 井沙四上亚段两个指标整体上变化趋势不大，但可以看出在纵向上都有向上先增大后减小的趋势，在第二阶段达到高值。指示三个阶段生产力差距不大，其中第二阶段生产力较高。

4 结论

东营凹陷FY1井沙四上亚段泥页岩古环境特征具有气候由干旱-相对暖湿-干旱、水体由半深水-深水-浅水、还原性较弱-强-弱、盐度由高到低、物源输入由较多到较少的变化规律。