一种通过碳酸盐岩台地鲕粒滩分布规律确定古风向的方法

摘要

本发明提供一种通过碳酸盐岩台地鲕粒滩分布规律确定古风向的方法，主要针对古代碳酸盐岩台地同沉积时古风向的恢复，在研究区域内，根据野外露头、钻井岩心及薄片观察鉴定确定岩石类型、分析沉积体系，收集归纳鲕粒参数，主要有单层厚度、鲕粒大小、鲕粒分选和胶结物类型，得出该区鲕粒滩的分布规律，最后以沉积学为指导理论，分析确定该碳酸盐岩台地的古风向。本发明不仅为恢复碳酸盐岩台地的古风向提供了一种有效的方法，同时也为碳酸盐岩油气勘探提供了一个有力参数。

说明书

技术领域

本发明属于碳酸盐岩台地勘探技术领域，具体涉及一种通过碳酸盐岩台地鲕粒滩分布规律确定古风向的方法。

背景技术

碳酸盐岩台地一直以来都是国内外学者研究和探索的热点。从全球来看，碳酸盐岩储层中的油气储量约占油气总储量的40％左右，产量约占油气总产量的60％左右(Roehl,1985)。并且碳酸盐岩储层具有展布广、厚度均一稳定、物性好等特点，成为油气重要的储集层和产层。但由于碳酸盐岩形成的复杂性，以及当前勘探技术的影响，对碳酸盐岩台地的认识还不够清楚。近年来研究发现风影响了碳酸盐岩台地的发育。因此恢复古代碳酸盐岩台地的古风向变得尤为重要。对于古风向的恢复，前人做了很多的研究，大多数研究都是通过风成地貌或风成沉积物来恢复沙漠、黄土及风成砂体沉积时古风向，而对于碳酸盐岩台地古风向的确定尚未发现一种有效的方法。本发明提供一种通过鲕粒滩分布规律恢复碳酸盐岩台地古风向的方法。一方面，为古代碳酸盐岩台地的气候研究提供参考依据；另一方面，指导碳酸盐岩高能迎风带储层的油气勘探开发。

姜在兴等(2018)通过测量古湖泊中沿岸沙坝原始厚度，而得到形成古湖泊沿岸沙坝时的古风力。其方案为，根据古沉积时期的沉积分布图，确定沿岸沙坝的分布范围，并绘制沿岸沙坝的连井剖面图；将连井剖面图的自然电位曲线划分为多个子单元；将多个子单元中符合标准曲线的子单元所对应的区域作为特定时期的沿岸沙坝，标准曲线是根据沿岸沙坝形成的水动力过程和岩相编码确定的；计算得出特定时期沿岸沙坝的厚度；对特定时期沿岸沙坝的厚度进行去压实校正，得出特定时期沿岸沙坝的原始厚度。为准确地得到形成古湖泊沿岸沙坝时的古风力提供支持。

该技术存在的缺点：

缺点一：恢复的是古风力，并不是古风向。

缺点二：此方案主要基于湖相沉积，由于海岸与湖岸相差很大，影响沉积物的主要因素也相差较远，因此此技术方案不适用于海岸台地。

缺点三：此方案主要是对碎屑岩分析，碳酸盐岩类不适用。

姜在兴等(2019)通过一种基于风场、物源、盆地系统的储集砂体预测方法来恢复古风向。其方案为，首先获取待预测区域的地质数据，如岩心数据、古生物数据、测录井数据和地震数据等；将地质数据输入至预设的风场、物源、盆地系统模型中，生成待预测区域的滩坝砂体形成过程数据；根据滩坝砂体形成过程数据，采用地质方法和地球物理方法预测待预测区域中滩坝砂体的具体分布位置。由此可以有效地识别和预测浅水薄层滩坝砂体的分布位置、范围和古风向。

该技术存在的缺点：

缺点一：此方案需要用到多种地球物理的方法，如地震勘探、电法勘探、重力勘探、磁法勘探、地球物理测井和放射性勘探等，然后对测得的信息进行分析、处理、反演、解释，且主要针对碎屑岩，不适用于碳酸盐岩。

缺点二：此方案主要适用于“风-源-盆”三端元系统控制的沉积体系，并以强物源为主，对于弱物源的沉积体系(如碳酸盐岩颗粒滩)就不适用。

发明内容

本发明主要针对的是碳酸盐岩台地，通过鲕粒滩的分布规律来推断同沉积时的古风向。本发明主要针对古代碳酸盐岩台地同沉积时古风向的恢复，在研究区域内，根据野外露头、钻井岩心及薄片观察鉴定确定岩石类型、分析沉积体系，收集归纳鲕粒参数(主要有单层厚度、鲕粒大小、鲕粒分选和胶结物类型)，得出该区鲕粒滩的分布规律，最后以沉积学为指导理论，分析确定该碳酸盐岩台地的古风向。

具体技术方案如下：

针对上述背景技术存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种通过碳酸盐岩台地鲕粒的分布规律，恢复研究区古风向的方法。

为此，本发明采用以下技术方案：一种通过碳酸盐岩台地鲕粒滩分布规律确定古风向的方法，包括以下步骤：

步骤一：确定待恢复区的位置和层位；

根据研究需求，确定待恢复区的位置和层位，并对其地质背景进行调研。对待恢复区进行露头观测及取样、岩心观察及取样；将采集的样品磨制成显微薄片，并在电子显微镜下运用岩石学和沉积学理论进行鉴定；

步骤二：沉积体系分析；

在野外露头观测、岩心观察、薄片鉴定的基础上，运用沉积学基本理论对沉积体系进行系统分析，具体包括：岩石类型划分、沉积构造识别、不同颗粒的参数定量分析、化石含量、生物礁类型及规模；在此基础上，从沉积微相和超微相两个层面进行系统总结，并分析微相和超微相在三维空间内的分布规律；

步骤三：鲕粒参数统计；

在沉积体系分析的基础上，把待恢复区划分为三个区带；在每个区带内重点对碳酸盐岩鲕粒灰岩进行刻画，即对鲕粒滩从单层厚度、直径大小、分选级别、胶结类型四个方面进行定量总结；统计每个区带内鲕粒参数的分布范围；分析碳酸盐岩鲕粒滩的沉积分异规律；

步骤四：古风向恢复；

基于步骤三在三个区带内对鲕粒参数的统计结果，运用沉积学理论分析三个区带不同鲕粒参数的沉积环境与水动力强弱；将鲕粒单层厚度中等、直径中等、分选好、以亮晶胶结物为主的区带认定为高能带；将鲕粒单层厚度小、直径小、分选差、微晶胶结物为主的区带认定为低能带；将鲕粒单层厚度大、直径大、分选中等、以亮晶胶结物为主的区带认定为中能带；最后，根据高能带到低能带的指向确定古风向。

步骤二所述的岩石类型划分，碳酸盐岩基于邓哈姆的分类方案；碎屑岩基于福克的分类方案。

本发明主要针对海相沉积的碳酸盐岩台地进行研究，基于台地内鲕粒的分布规律来推断其古风向。首先确定研究区位置及层位，接着通过观察野外露头观测、钻井岩心观察及薄片鉴定，收集台地内鲕粒滩单层厚度、鲕粒的直径大小、鲕粒的分选性及胶结物的类型这四个定量参数。基于沉积学和岩石学理论基础，分析台地内不同区带四种定量参数的分布规律和水动能情况，从而得出研究区内的迎风带、过渡带和背风带，则推断出研究区的古风向。此方案不仅为恢复碳酸盐岩台地的古风向提供了一种有效的方法，同时也为碳酸盐岩油气勘探提供了一个有力参数。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是实施例的显示研究区域的区域索引图；

(A)显示华北克拉通板块的中国简化地图(据Zheng等，2013，修改)。

(B)华北克拉通寒武纪期间的古构造和古地理图(zhu等，2012；Jing等，2016；Zhang等,2017a)。方位古北是基于zhao等(1992)、huang(1999)及万天丰，朱鸿(2007)的古磁性研究。

(C)陕甘宁台地地图，显示了本研究中使用的钻井和露头位置。

图3是实施例的陕甘宁台地寒武纪岩石特征(泥晶灰岩、粒泥灰岩、泥粒灰岩)；

(A)纯泥晶灰岩(MF1a)，不显任何组构，摩尔沟露头(ME)张夏组。

(B)生物潜穴泥晶灰岩(MF1b)，见＜3mm的潜穴，西硙口露头(XW)徐庄组。

(C)含微生物泥晶灰岩(MF1c)，见波纹状(＜1mm)的微生物席，麟游露头(LY)徐庄组。

(D)纹层状泥晶灰岩(MF1d)，见厚度约为0.3mm的粘土带，柏洼坪露头(BW)徐庄组。

(E)含裂缝泥晶灰岩(MF1e)，见微裂缝构造，其孔隙度为3.2％，恶虎滩露头(EH)徐庄组。

(F)角砾状泥晶灰岩(MF1f)，可见强油渍，大台子露头(DT)三山子组。

(G)鲕粒粒泥灰岩(MF2a)，见分选较差的残余鲕，形状多呈椭圆状，是白云石化作用形成的，西硙口露头(XW)毛庄组。

(H)鲕粒(生物碎屑)粒泥灰岩(MF2b)，摩尔沟露头(ME)徐庄组。

(I)生屑粒泥灰岩(MF2c)，见三叶虫碎片，微晶胶结物，ZH5钻井，3202.6m，徐庄组。

(J)内碎屑粒泥灰岩(MF2d)，见分选差、圆至次棱角状的内碎屑，水幽沟露头(SG)徐庄组。

(K)球粒粒泥灰岩(MF2e)，球状结构(<0.1mm)，见石英矿物和化石的骨骼，西硙口露头(XW)徐庄组。

(L)鲕粒泥粒灰岩(MF3a)，鲕粒的分选良好，粒径为1mm左右，西硙口露头(XW)张夏组。PPL为单偏光；XPL为正交偏光；Br为生物潜穴；Ce为胶结物；Fo为化石；Ic为内碎屑；Mm为微生物席；Oo为鲕粒；Os为油斑；Pe为似球状；Ts为三叶虫。

图4是实施例的陕甘宁台地寒武纪岩石特征(泥粒灰岩、颗粒灰岩)；

(A)内碎屑泥粒灰岩(MF3b)，内碎屑呈次棱角状-圆状，中等分选，牛心山露头(NX)张夏组。

(B)生屑泥粒灰岩(MP3c)，见三叶虫碎片，摩尔沟露头(ME)徐庄组。

(C)球粒泥粒灰岩(MF3d)，球状结构(<0.2mm)，见石英矿物和化石的骨骼，摩尔沟露头(ME)徐庄组。

(D)鲕粒(生物碎屑)颗粒灰岩(MF4a)，见大量分选差的放射状鲕粒和三叶虫碎片，GM8钻井，2960.0m，徐庄组。

(E)生屑颗粒灰岩(MF4b)，见大量的三叶虫碎片，摩尔沟露头(ME)三山子组。

(F)生屑(鲕粒)颗粒灰岩(MF4c)，见大量的三叶虫碎片和少量的鲕粒，BU8钻井，4644.4m，徐庄组。

(G)球粒颗粒灰岩(MF4d)，球状结构(<0.1mm)，微晶胶结物，水幽沟露头(SG)辛集组。

(H)内碎屑颗粒灰岩(MF4e)，分选差、次棱角状的内碎屑，微晶胶结物，牛心山露头(NX)张夏组。

(I)竹叶状内碎屑颗粒灰岩(MF4f)，分选差、次圆状、杂乱排列的竹叶状内碎屑，恶虎滩露头(EH)徐庄组。

(J)鲕粒颗粒灰岩(MF4g)，水幽沟露头(SG)徐庄组。

(K)鲕粒颗粒灰岩(MF4g)，GM8钻井，2960.0m，徐庄组。

(L)鲕粒颗粒灰岩(MF4g)，大台子露头(DT)徐庄组。PPL为单偏光；XPL为正交偏光；Co为复鲕；Fo为化石；Fp为竹叶状内碎屑；Ic为内碎屑；Oo为鲕粒；Pe为似球状；Ts为三叶虫碎片；Us为伞状结构。

图5是实施例的陕甘宁台地寒武纪岩石特征(格架岩、白云岩、碎屑岩)；

(A)珊瑚格架岩(MF5a)，手标本为灰白色、块状、多孔隙，牛心山露头(NX)张夏组。

(B)珊瑚格架岩(MF5a)，孔隙结构发育(16.3％)。

(C)藻-海绵格架岩(MF5b)，宏观特征显示宽31cm，高12cm，摩尔沟露头(ME)三山子组。

(D)藻海绵格架岩(MF5b)，藻海绵的纵切面。

(E)无孔白云岩(MF6a)，半自形-自形的白云石，见残余鲕，XG1钻井，4136.3m，张夏组。

(F)有孔白云岩(MF6b)，半自形-自形的白云石，孔隙结构发育，其孔隙度为17.2％，西硙口露头(XW)三山子组。

(G)砾岩(MF7a)，分选差、杂色，呈角状，野外露头可见下切谷(宽50m,深20cm)，苏峪口露头(YS)毛庄组。

(H)砂岩(MF7b)，中等分选、棱角状，苏峪口露头(YS)徐庄组。

(I)砂岩(MF7b)，孔隙充填方解石胶结物，西硙口露头(XW)徐庄组。

(J)粉砂岩(MF7c)，上韩露头(SH)毛庄组。

(K)纹层状页岩(MF7d)，见水平粘土夹层，牛心山露头(NX)馒头组。

(L)块状页岩(MF7e)，发育泥裂缝、枕状和褶皱构造，BU8钻井，4645.8m，徐庄组。PPL为单偏光；XPL为正交偏光；Ca为方解石胶结物；Cl为粘土层；Cn为下切谷；Qz为石英；Sl为粘土层；Fg为化石颗粒。

图6是实施例的陕甘宁台地寒武纪剖面图，显示了岩石类型的分布；

图7是实施例的陕甘宁台地地图，显示了本研究中使用的钻井和露头位置。

I区，II区和III区是由鲕粒在单层厚度、颗粒大小、分选、胶结物类型4各方面的差异和台地几何形状确定的。

图8是实施例的鲕粒滩参数波动的示意图；

(A)单层厚度；(B)鲕粒直径大小；(C)分选程度；(D)胶结物方面。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。该通过碳酸盐岩台地鲕粒滩分布规律确定古风向的方法流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤一：确定研究区和层位

研究区陕甘宁碳酸盐岩台地位于中国北方，覆盖甘肃、宁夏、山西、内蒙古、陕西等省的部分地区(图2中A)，盆地总面积约37×10

步骤二：沉积体系分析

1.样品收集

对陕甘宁碳酸盐岩台地进行了13个露头详细观察及样品采集，这13个露头分别为摩尔沟(ME)、苏峪口(SY)、青龙山(QL)、阴石峡(YS)、大台子(DT)、牛心山(NX)、麟游(LY)、上韩(SH)、私家沟(SJ)、水幽沟(SG)、西硙口(XW)、柏洼坪(BW)和恶虎滩(EH)露头(图2中C)。共观察了58口钻井的岩心，累计进尺3500余米。本次分析集中在西北向的NE1、SK9、NX5、UP4和BW及南北向的WC3、IM1、AJ3、KQ7、NX5、YG1和WF7钻井(图2中C)。对这些岩心进行切片，共得出350余个薄切片样本。

2.岩石类型分析

根据陕甘宁碳酸盐岩台地13个野外露头的观察记录和850份样品薄片的鉴定资料，并参照Dunham(Dunham，1962)的分类方式，研究区的岩石共识别出7种微相类型及31种超微相(表1)。

2.1泥晶灰岩(MF1)

该种岩石类型占采集样品的10％(850份样品中有85份；表1)。共识别出六种超微相：MF1a为纯泥晶灰岩，不显任何组构(图3中A)；MF1b为生物潜穴泥晶灰岩，镜下见生物潜穴，直径＜3mm，在潜穴内见颗粒＜100μm、分选较好的内碎屑充填其中(图3中B)；MF1c为含微生物泥晶灰岩，厚度＜1mm的明暗相间的波纹层，其中亮层为微晶胶结物，暗层为微生物席(图3中C)；MF1d为纹层状泥晶灰岩，镜下见厚度约为0.3mm的粘土带(图3中D)；MF1e为含裂缝泥晶灰岩，镜下见微裂缝构造，其孔隙率为3.2％(图3中E)；MF1f为角砾状泥晶灰岩(图3中F)。其中纯泥晶灰岩是最常见的类型，约占所有泥晶灰岩样品的50％(表1)。

2.2粒泥灰岩(MF2)

该种岩石类型占采集样品的7％(850份样本中有60份；表1)。共识别出五种超微相：MF2a为鲕粒粒泥灰岩，镜下见分选较差的残余鲕(图3中G)，形状多呈椭圆状，是白云石石化作用形成的；MF2b为分选良好的鲕粒(生物碎屑)粒泥灰岩，含生物碎屑(图3中H)；MF2c为生屑粒泥灰岩，含三叶虫碎片(图3中I)；MF2d为内碎屑粒泥灰岩，见分选差、圆至次棱角状的内碎屑(图3中J)；MF2e为球粒粒泥灰岩，球状结构(<0.1mm)，见石英矿物和化石的骨骼(图3中K)。其中鲕粒粒泥灰岩是最常见的类型，约占所有粒泥灰岩样品的60％(表1)。

表1.陕甘宁台地寒武系沉积微相、超微相分类及特点

(“X/Y”为每种类别相对于总计数的含量，“Z％”是对应的百分比)。

2.3泥粒灰岩(MF3)

该种岩石类型占采集样本的16％(850份样本中有136份；表1)。识别出4种超微相：MF3a为鲕粒泥粒灰岩，鲕粒的分选良好，粒径为1mm左右，为圆状(图3中L)；MF3b为内碎屑泥粒灰岩，镜下见圆状至棱角状、中等分选的内碎屑(图4中A)；MF3c为生屑泥粒灰岩，见三叶虫碎片(图4中B)；MF3d为球粒泥粒灰岩，见球状结构(图4中C)，球状物质为泥质颗粒，其粒径多为200μm。其中鲕粒泥粒灰岩是最常见的类型，约占所有泥粒灰岩样品的60％(表1)。

2.4颗粒灰岩(MF4)

该种岩石类型占采集样本的19％(850份样本中有161份；表1)。识别出7种超微相：MF4a为鲕粒(生物碎屑)颗粒灰岩，见大量分选差的放射状鲕粒和三叶虫碎片(图4中D)；MF4b为生屑颗粒灰岩，见大量的三叶虫碎片(图4中E)；MF4c为生屑(鲕粒)颗粒灰岩，见大量的三叶虫碎片和少量的鲕粒(图4中F)；MF4d为球粒颗粒灰岩，球状结构(<0.1mm)，微晶胶结物(图4中G)；MF4e内碎屑颗粒灰岩，见分选差、次棱角状的内碎屑，微晶胶结物(图4中H)；MF4f为竹叶状内碎屑颗粒灰岩，手标本中见分选差、扁平状、杂乱排列的内碎屑(图4中I)；MF4g为鲕粒颗粒灰岩(图4中J-L)。其中鲕粒颗粒灰岩是最常见的类型，约占所有颗粒灰岩样品的60％(表1)。

2.5格架岩(MF5)

该种岩石类型占采集样品的3％(850份样品中有25份；表1)。识别出两种超微相：MF5a为珊瑚格架岩(图5中A-B)，占所有样品的70％左右，其手标本为灰白色、块状、多孔隙；MF5b藻-海绵格架岩(图5中C-D)，手标本为褐色块状，见直立的植物化石，其高约20-30cm。

2.6白云岩(MF6)

该种岩石类型占所有采集样本的36％(850份样本中有306份；表1)。大多数白云岩样品由致密的半自形至自形白云石组成，显示出非组构选择性白云石化的特征，这是由晚期成岩作用形成的(图5中E-F)。在本研究中，我们只识别两个超微相：MF6a为无孔白云岩，见分选良好、椭圆状的残余鲕(图5中E)；MF6b为有孔白云岩，孔隙结构发育，孔隙度高达17.2％(图5中F)。有孔白云岩是更常见的类型，约占白云岩样品的70％(表1)。

2.7碎屑岩(MF7)

除六种类型的碳酸盐岩外还有一些少量的碎屑岩，其含量占所收集样品的9％(850份样品中有77份；表1)。共识别出五种超微相：MF7a为砾岩，分选差且棱角分明(图5中G)；MF7b为砂岩，中等分选、棱角状(图5中H–I)；MF7c为粉砂岩，中等分选、棱角状，水平层理(图5中J)；MF7d为纹层状页岩，见水平粘土夹层(图5中K)；MF7e为块状页岩，发育泥裂缝、枕状和褶皱构造、见三叶虫化石(图5中L)。其中砂岩是碎屑岩中最常见的类型，约占所有碎屑岩样品的50％(表1)。

3.沉积剖面分析

根据上述结果，做出寒武纪X-X’和Y-Y’的剖面图(图6)。陕甘宁碳酸盐岩台地寒武纪主要有两种沉积环境：早寒武纪的陆表海沉积环境和中-晚寒武世的碳酸盐岩台地沉积环境。由上述对岩石类型的分析发现，鲕粒在研究区分布广泛，主要集中在中寒武统，分别为张夏组(ZX)、徐庄组(XZ)和毛庄组(MZ)。鲕粒主要发育的在颗粒质泥岩、泥粒灰岩和颗粒灰岩中。

粒泥灰岩(MF2)。根据剖面图(图6)和对研究区的位置(图2中C)的分析，发现粒泥灰岩主要发育在研究区的中部，即主要位于庆阳古隆起的东缘位置。此种岩石多发育在水动力较低开阔台地相中。

泥粒灰岩(MF3)。根据剖面图(图6)和对研究区的位置(图2中C)的分析，发现泥粒灰岩主要发育在研究区的东北部。此种岩石多发育在水动力中等的潮坪相及开阔台地相中。

颗粒灰岩(MF4)。根据剖面图(图6)和对研究区的位置(图2中C)的分析，发现颗粒灰岩主要发育在研究区的西缘和南缘。此种岩石主要发育在水动力较高的台地边缘相和开阔台地中，为高能、含氧量良好的浅海环境。

步骤三：鲕粒参数统计

不同区域位置的鲕粒大小及分选程度有所不一。在台地的西部边缘和南部边缘处，其鲕粒的分选较好、粒径多为0.5mm左右、形状多呈圆状；在台地的东北边缘部，鲕粒的分选中等、粒径多为1mm左右、形状多呈椭圆状；而台地的中部及北部东部，鲕粒的分选差、粒径多为0.5mm左右。根据上述不同位置鲕粒的大小及分选程度不同的沉积分异性，将研究区划分成三个区域(图7)，Ⅰ区为台地的西部边缘和南部边缘、Ⅱ区为台地的中部；Ⅲ区为台地的东北部。

对台地内中寒武统的95个鲕粒灰岩样品进行定量测量，定量测量的参数主要有单层厚度、粒径大小、分选程度及胶结物类型(图8，表2)。统计结果发现单层厚度在Ⅰ区平均为2.6±2.0m，在Ⅱ区平均为1.8±1.5m，以及Ⅲ区为3.7±3.0m。平均粒径在Ⅰ区为0.7±0.5mm，在Ⅱ区为0.5±0.4mm，在Ⅲ区为1.0±0.7mm。鲕粒分选程度Ⅰ区好，Ⅱ区差，Ⅲ区中等。胶结物大小Ⅰ区主要为亮晶组成，Ⅱ区和Ⅲ区为微晶组成。

表2陕甘宁台地中寒武统不同区域的95个样品参数

步骤四：古风向恢复

鲕粒最适合在水动力较高，温暖的饱和CaCO

根据上述对鲕粒分布规律的分析，推断出I区为迎风带、II区为过渡带和III区为背风带。即得出中寒武世陕甘宁碳酸盐岩台地的古风向是由迎风带指向背风带。