目前世界上储量规模大、产量高的油气藏多为碳酸盐岩油气藏，碳酸盐岩储层的油气产量约占世界油气总产量的60%^[1-3]。相比海相碳酸盐岩而言，湖相碳酸盐岩虽然仅占碳酸盐岩总量的极少一部分^[4]，但近年来大量开采的湖相碳酸盐岩油气藏让其成为国内外学者研究的重点。湖相碳酸盐岩沉积时间较长，自三叠纪到新近纪的古湖泊中均有发育，但主要集中在中生代和新生代^[5]。根据碳酸盐岩储层的成因与结构特征，其主要储层类型可分为礁滩相储层、喀斯特型储层及白云岩储层等3类^[3]，在我国准噶尔、四川、酒西和柴达木等盆地的凹陷和斜坡区均有发育^[1-7]。研究显示，中国湖相碳酸盐岩中蕴藏的油气资源量可达45亿t，但是平均探明率仅有约11%^[4]，这使湖相碳酸盐岩成为我国油气勘探开发的重点。不仅如此，国外大型湖相碳酸盐岩储层的勘探开发也成为近年来国内外专家关注的焦点，但与湖相碳酸盐岩相关的沉积、层序、地震、储层等多学科相结合的综合研究及预测目前并不充分，此类综合研究正成为湖相碳酸盐岩储层研究的趋势^[4]。

近年来，巴西桑托斯盆地湖相碳酸盐岩成为了重点关注的油气勘探领域，截至2014年，桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩中共发现79个油田，探明油气总可采储量超过48亿m^3[8-9]，是巴西近几年来油气储量的主要增长点，充分显示出巨大的油气勘探潜力并备受关注^{[8, 10-12]}。桑托斯盆地是一个典型的被动大陆边缘含盐盆地，盐下形成了碳酸盐岩、火成岩、砂岩和泥岩等多种岩相^[13-14]，其中白垩系湖相碳酸盐岩Barra Velha组（简称BV组）为其主力储层之一。近年来国内外学者针对桑托斯盆地的油气勘探前景^{[6, 8]}、成藏特征^[15-17]及主控因素^[18-19]、储层特征^[14]、古地貌^[20]及构造特征^[21-22]等领域开展了研究并取得了丰硕的成果，为该地区油气勘探开发奠定了坚实的基础。目前针对发育主力储层的BV组的高精度层序划分和沉积机理方面的研究薄弱，一定程度上制约了该地区油气田的勘探和开发。基于此，笔者在调研前人研究成果的基础上，通过对桑托斯盆地L油田40余口井约4800张岩心及薄片照片、测井资料和高精度三维地震资料综合分析，对L油田BV组进行高精度层序地层划分，并在该区域高精度层序格架内进行沉积微相划分，总结垂向微相组合演化序列，探讨微生物礁沉积机理，建立微生物礁沉积模式，以期深化桑托斯盆地盐下湖相碳酸盐岩的地质认识并对其油气勘探提供地质依据。

桑托斯盆地位于巴西东南部海上大坎波斯盆地的最南端，面积约为33万km²，水体最深＞4 km^{[20, 23]}。下白垩统阿普特阶BV组发育湖相微生物灰岩，以叠层石灰岩、球状微生物灰岩等为主，BV组在桑托斯盆地中沉积厚度不均（100~500m），部分区域受火山作用影响较大，发育较厚火山岩。

桑托斯盆地属典型的大西洋型被动大陆边缘盆地，形成于冈瓦纳大陆解体和自南向北的南大西洋两岸张开时期^{[18, 24]}。其构造演化可以大致分为3个阶段，分别为早白垩世裂谷阶段、阿普特期过渡阶段和晚白垩世—新生代漂移阶段（被动陆缘演化阶段）^[25-27]。整个盆地呈现出“三坳两隆”的构造格局，由西向东分别为西部坳陷带、西部隆起带、中央坳陷带、东部隆起带和东部坳陷带^{[17, 19, 28]}（图 1）。本文研究区位于东部隆起带上。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 桑托斯盆地构造图（a）及综合柱状图（b）（据文献[14, 23]修改） Fig. 1 Structural map(a)and comprehensive stratigraphic column(b)of Santos Basin

裂谷期为早白垩世欧特里夫期至阿普特期早期，南大西洋两岸刚开始裂开，在巴西东南部沿海区域形成了一系列的裂谷盆地（桑托斯盆地、坎波斯盆地及埃斯皮里图-桑托斯盆地等）^{[16, 29-30]}。该时期盆地构造活动强烈，断裂发育普遍，形成了多个NE走向的大型隆起和坳陷带，其中南侧由于火山带形成的地形高地在横向上隔挡了桑托斯盆地与南部的海水^{[17, 31-32]}。由于早期火山活动频繁，盆地发育多期火山岩及陆相沉积，在远物源区以厚层深湖相暗色泥、页岩沉积为主。裂谷期桑托斯盆地主要沉积了一套厚层的河流—湖泊相地层，在盆地南部形成了瓦尔维斯火山脊，使盆地与南大西洋分割，阻挡了南部海水侵入盆地，且剧烈的断裂活动形成了一些半地堑，盆地内部发育湖泊相沉积，由此形成了BV组湖相微生物灰岩^{[15, 26, 33-34]}。BV组为本文研究的盐下湖相碳酸盐岩储集层，储层以湖相微生物岩为主，烃源岩为深湖亚相泥岩与页岩^[35]。到了阿普特期，裂谷作用减弱，桑托斯盆地进入较稳定的过渡阶段，构造运动相对平静，仅发育局部断层。在热沉降作用下，狭窄的海道限制了海水的流入，由此发育海陆过渡相局限海环境，主要沉积了一套厚层的蒸发盐岩（由石盐、硬石膏等组成），厚度多数大于1 500 m^{[15, 36-37]}。该套蒸发岩层的发育对于桑托斯盆地乃至整个大坎波斯盆地的油气成藏起到了至关重要的作用。晚白垩世非洲板块向北漂移，南美洲板块向西南漂移，盆地进入漂移阶段（被动陆缘演化阶段）^[23]。从此开始了持续的热沉降和海水的快速入侵，盆地在热冷却作用下稳定坳陷沉降，沉积了一套巨厚海相地层，初期（阿尔布期）发育了海相碳酸盐岩沉积，晚期（土仑期—新生代）发育了海相碎屑岩沉积^{[15, 22]}，也形成了盆地另一套良好的盐上储集层。

桑托斯盆地BV组盐下湖相碳酸盐岩主要属于微生物碳酸盐岩，发育叠层石灰岩、枝状石灰岩、球状微生物灰岩（鲕粒灰岩）、层纹石灰岩和核形石灰岩等（图 1，2），上覆阿普特阶Ariri组盐岩地层，下伏巴雷姆阶ITP组介壳灰岩地层。叠层石灰岩[图 2（a）]成簇状广泛分布于BV组地层中^[38]；球状微生物灰岩[图 2（b），（c）]主要为微生物成因的鲕粒灰岩，与黏土伴生，形成于滨浅湖—浅湖等高能环境；层纹石灰岩[图 2（d）]由交替的亮色和暗色碳酸盐带组成，一般呈波浪状或锯齿状，具有不同程度的白云石化和硅化作用，部分含有黏土层^[34]；枝状石灰岩[图 2（e）—（g）]具有乔木状、灌木状和放放射状等多种类型，分别代表着不同的沉积水体环境^[39]：乔木状枝状石通常抗浪能力较强，沉积时水体深度较大，灌木状枝状石随着水体缓慢加深而生长，放射状枝状石通常发育在较浅水环境^[23]；核形石灰岩[图 2（h）]含泥质基质且部分基质硅化，为基质支撑，沉积于高能环境中；硅镁石鲕粒灰岩[图 2（i）]为机械-化学成因，规模小、单层薄、横向连续性差，发育在干旱蒸发浅湖高能带，沉积作用受控于湖平面变化和风暴浪。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 桑托斯盆地L油田BV组薄片照片 （a）簇状叠层石灰岩，A井，4 966.50 m，单偏光；（b）含黏土球状微生物灰岩，B井，5 436.00 m，正交偏光；（c）球状微生物灰岩，C井，4 952.50 m，单偏光；（d）层纹石灰岩，白云石化层，D井，5 513.00 m，正交偏光；（e）枝状石（乔木状），E井，5 058.50 m，单偏光；（f）枝状石（灌木状），A井，5 028.00 m；（g）枝状石（放射状），C井，4 991.07 m，正交偏光；（h）核形石灰岩（基质硅化），F井，5 146.50 m，正交偏光；（i）鲕粒灰岩，A井，4 969.30 m，单偏光 Fig. 2 Thin section of BV Formation in L oilfield of Santos Basin

利用旋回地层、滑移窗频谱分析技术，结合Fisher图解法得出的相对湖平面变化特征，结合测井曲线组合特征分析，对单井进行高精度层序地层划分，将BV组划分成1个三级层序，4个次级旋回，并根据地质-测井划分的次级旋回，通过井-震标定，识别四级地震层序。

依据岩心薄片、测井曲线及地震剖面特征，在巴西桑托斯盆地L油田BV组碳酸盐岩共识别出1个三级层序，命名为SQ2。

层序SQ2对应于BV组，以湖泊相浅棕色叠层石灰岩、枝状石、球状微生物灰岩、层纹石沉积为主，通常不发育岩浆岩，火山活动较弱（图 3）。SQ2层序为生物礁相储层，下部TST较薄，以礁缘和礁基滩为主，层序上部HST明显加厚，发育多套礁核相岩层，储层质量整体良好。SQ2层序顶界为BV组与阿普特阶盐岩层分界，底界为ITP组与BV组分界。地震资料整体表现为强或中强的振幅特征，连续性较好，可见丘状、席状等地震反射现象，针对三级层序界面可以很容易识别与追踪（图 3）。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 桑托斯盆地L油田BV组三级层序及次级旋回划分 Fig. 3 The third-order sequence and secondary cycle division of BV Formation in L oilfield of Santos Basin

根据岩性、沉积相和测井曲线变化等，通过井-震标定，在SQ2层序内部可划分出4个次级旋回，自下而上分别命名为SSQ4，SSQ5，SSQ6和SSQ7（图 3）。在北西—南东向过井地震剖面上，不整合面作为层序界面响应特征清楚，表现为中强—强反射轴且连续，特别是在工区西北方向上分布广泛且稳定，在工区东南方向，随着地层厚度的减薄，受地震资料品质影响，地震反射强和连续性降低（图 3）。SQ2各次级旋回主要发育球状微生物灰岩和藻叠层石灰岩，SQ2湖侵体系域处于BV组沉积早期，礁基滩发育，礁核微生物灰岩相对不发育；高位体系域存在3个次级的湖平面升降变化，划分为SSQ5，SSQ6，SSQ7共3个次级旋回；礁核微生物灰岩主要在三级层序高位域和SSQ5—SSQ6次级旋回发育，为优质储层发育时期；位于BV组沉积末期的SSQ7层序湖平面变化不大，此时礁核微生物灰岩规模减小，礁基滩相对发育（图 4）。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 桑托斯盆地L油田H井BV组沉积期湖平面变化及层序划分 Fig. 4 Lake level change and sequence division of BV Formation of well H in L oilfield of Santos Basin

从建立的阿普特阶BV组的井-震结合的高精度层序地层对比格架（图 5，6）来看，自北西向南东BV组SQ2层序厚度整体呈变薄趋势。纵向上，南部SSQ4，SSQ5层序发育不完整，受火山活动影响较大，下部火山岩较为发育，SSQ6，SSQ7层序在剖面上发育完全。整体来看SSQ5—SSQ6沉积最厚，礁核相藻叠层石灰岩及球状微生物灰岩主要发育在SSQ5—SSQ6层序中，SSQ4和SSQ7层序礁基滩及礁缘发育，含少量碎屑及泥质。横向上，4个次级旋回皆呈变薄趋势，中部沉积厚度大，位于近凹陷中心，且泥质含量明显高于南部及北部，并有少量白云岩，表现出半深湖—深湖亚相沉积特征。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 桑托斯盆地L油田北西—南东向BV组层序地层格架 Fig. 5 Sequence stratigraphic framework of BV Formation of NW-SE in L oilfield in Santos Basin

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 桑托斯盆地L油田北西—南东向BV组地震地质解释连井剖面 Fig. 6 Seismic and geological interpretation of connected well section of BV Formation in NW-SE direction in L oilfield of Santos Basin

从区内次级旋回的厚度图（图 7）可知，ITP组主要沉积于裂陷晚期，湖盆中心沉积较厚。BV组沉积于凹陷期，湖盆内部断裂持续拉张，湖盆水体持续加深，表现为同沉积构造，早期湖盆较深，后期湖盆逐渐萎缩。SSQ4沉积期过渡为凹陷早期，湖盆中心继承性较厚。SSQ5—SSQ7沉积期为凹陷中晚期，地层整体较薄，在SSQ7沉积期凹陷逐渐填平补齐。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 桑托斯盆地L油田次级旋回地层厚度图 Fig. 7 Thickness map of fourth-order sequence stratigraphy of L oilfield in Santos Basin

根据单井岩石学特征和测井资料分析，认为巴西桑托斯盆地L油田BV组湖泊相发育滨湖和微生物礁亚相（表 1），后者可进一步划分出3种微相。

表 1(Table 1)

表 1 桑托斯盆地L油田BV组沉积微相划分 Table 1 Sedimentary microfacies division of Barra Vleha Formation in L oilfield of Santos Basin 沉积相 沉积亚相 沉积微相 岩石组合 湖泊 滨湖 砂坪 粉砂岩、泥质粉砂岩 微生物礁 礁缘 泥质球状微生物/叠层石灰岩 层纹石灰岩 球粒灰岩 礁核 叠层石灰岩 球状微生物灰岩 礁基滩 鲕粒灰岩 砂屑/砾屑灰岩

下载CSV 表 1 桑托斯盆地L油田BV组沉积微相划分 Table 1 Sedimentary microfacies division of Barra Vleha Formation in L oilfield of Santos Basin

（1）礁缘微相。主要岩性为泥质球状微生物/叠层石灰岩、层纹石灰岩等[参见图 2（b）—（d）]，沉积时水动力中等到较弱，水深10~15 m。GR值较高（70~100 API），曲线呈尖指型结构。

（2）礁核微相。主要岩性为叠层石灰岩、枝状石和球状微生物灰岩等[参见图 2（a），（e）—（g）]，可见局部硅化，沉积时水动力相对较强，位于斜坡中段—上段，水深5~15 m。GR值较低（10~55 API），曲线呈齿化漏斗形-钟形-箱形结构。

（3）礁基滩微相。主要岩性为鲕粒灰岩、砂屑/砾屑灰岩[参见图 2（h）—（i）]，沉积时水动力中等到较强，水深为5~20 m。GR值中等（10~70 API），曲线呈漏斗/钟型结构。

结合区内多口井资料研究，总结出盆地内BV组沉积微相在垂向上大致呈礁基滩—礁缘—礁核—礁基滩的发育演化序列（图 8），由于湖平面震荡频繁，沉积微相在垂向上具有明显的周期性。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 桑托斯盆地L油田A井沉积相综合柱状图 Fig. 8 Comprehensive histogram of sedimentary facies of well A in L oilfield of Santos Basin

据多口井内各层序中的岩性统计可以看出，BV组沉积早期的SSQ4层序发育时期礁基滩、礁缘更为发育，礁核微生物灰岩和球状微生物灰岩相对不发育（图 9），随着相对湖平面逐渐下降，SSQ5—SSQ6层序主要发育礁核微相藻叠层石灰岩与球状微生物灰岩，到湖平面下降末期的SSQ7层序礁核发育规模减小，礁基滩相对较发育，垂向上也显示出礁基滩—礁核—礁缘—礁基滩的发育演化规律。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 桑托斯盆地L油田次级旋回岩性分布柱状图 Fig. 9 The fourth-order sequence lithology distribution histogram of L oilfield in Santos Basin

通过对古地貌、水体性质的综合分析以及对地震、测井、岩心薄片资料的研究，认为巴西桑托斯盆地L油田BV组湖相微生物碳酸盐岩形成主要受控于古地貌和火山作用。古隆起控制了微生物灰岩的分布，火山作用引起古水体性质的变化是微生物灰岩形成的必要条件。

根据L油田岩心薄片照片、单井沉积相分析，结合连井地震剖面古地貌分析及BV组碳酸盐岩微生物礁亚相分布（图 10）显示，BV组沉积期（坳陷期），工区①号湖盆具有“东北缓、西南陡”的古地貌，湖盆两侧发育多排次级台阶，次级台阶上的坡折带为盆缘生物礁发育的有利部位。工区②号湖盆具有“西低、东高”的古地貌特征，湖盆东侧发育多排次级台阶，次级台阶上的坡折带为盆缘微生物礁发育的有利部位。综合分析认为，BV组沉积期微生物礁主要分布在湖盆两侧台阶坡折带，在高水位环境加积发育，受控于古地貌和湖盆坡折带。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 桑托斯盆地L油田地震地质解释剖面（BV组顶界层拉平）及微生物礁亚相分布图 Fig. 10 Seismic geological interpretation section(flattened top boundary layer of BV Formation) and microfacies distribution map of L oilfield in Santos Basin

桑托斯盆地阿普特阶是一个火山活动强烈的深水盆地，尽管BV组沉积期火山活动可能不强烈，但地下岩浆热液活动可能仍对BV组沉积期微生物灰岩的沉积及成岩产生了很大影响^[40]，一些学者认为BV组沉积期古湖盆中的钙主要来源于热液盐水，Na⁺-HCO₃^-主要来自渗透海水，并与火山屏障的玄武岩发生反应^[34]，也有学者认为桑托斯盆地的盐下BV组灰岩岩心和地震测线重力分析中发现的镁铁质侵入体和准同生火山活动（玄武岩）是裂谷内Na⁺，Mg²⁺，HCO₃^-等溶质的重要来源^[40-42]。在阿普特阶玄武岩的物理和化学风化作用和二氧化碳的大气压力升高^{[34, 43-44]}等影响下产生了带有Na⁺-HCO₃^-的碱性溶液^[45-46]；在环境封闭的盆地中，围岩的岩性也直接影响了水体性质^[47]，盆地两侧的基岩也有助于古湖盆碱性流体的形成^[34]。另外，随着莫霍面地温梯度增加，海底盆地会有大量富含CaCl₂的热液卤水，火山喷发形成的沃尔维斯山脊中的玄武质成分通过海水渗透穿过屏障与热液海相渗流的混合将产生饱和CaCO₃的混合盐水^{[34, 48]}。

BV组微生物碳酸盐岩中广泛发育有一类独特的放射状、球粒状湖相碳酸盐岩，放射状球粒发育于硅镁黏土矿物中，由纤维状方解石包裹有机物残骸或藻类等生物形成（图 11），推测其形成与碱性水环境和火山背景有关^[49]。另外，众多学者研究证实，南大西洋沿岸BV组沉积期湖盆可容纳空间逐渐减小，为蒸发作用强烈的盐碱湖^{[22, 36, 50]}。由此，笔者推测火山作用带来的外来溶质改变了古水体性质，在新的高碱性水湖泊（pH>9）及富Ca与Mg水环境中，形成了这类放射状球状碳酸盐岩及各类枝状石。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 放射状球状微生物灰岩形成环境（据文献[49]修改） Fig. 11 Formation environment of radial spherical microbial limestone

在对桑托斯盆地不同沉积相碳酸盐岩分布特征研究的基础上，综合考虑沉积相发育控制因素及层序地层特征，认为L油田BV组沉积期微生物碳酸盐岩发育于高碱性水湖泊（pH>9）。平面上主要分布在湖盆两侧台阶坡折带，在高水位环境下加积发育。由于湖平面震荡频繁，在垂向上具有明显的周期性，湖盆内部断裂持续拉张，湖盆较深，总体表现为湖平面相对下降，有效可容纳空间减小，地震反射显示后期湖盆逐渐萎缩，填平补齐，表现为同沉积构造，表明桑托斯盆地L油田具有“两盆三带，坡折控礁”的沉积格局。根据L油田BV组沉积期微生物碳酸盐岩受控于古地貌及火山作用，建立了BV组湖相微生物碳酸盐岩沉积模式（图 12）。

图 12

Fig. 12

下载原图 图 12 桑托斯盆地L油田BV组湖相微生物碳酸盐岩沉积模式 Fig. 12 Sedimentary model of lacustrine microbial carbonate rocks of BV Formation in L oilfield of Santos Basin

（1）厘定了巴西桑托斯盆地L油田BV组层序地层划分方案，将BV组划分成1个三级层序，4个次级旋回，建立了北西—南东向高频层序地层格架，揭示了湖盆沉积演化规律。在BV组沉积早期，湖盆中心继承性发育厚度较大；中晚期地层整体较薄，且凹陷逐渐填平补齐。

（2）巴西桑托斯盆地L油田BV组湖泊相主要发育微生物礁亚相，可进一步划分出礁缘、礁核、礁基滩等3类沉积微相，利用层序格架内沉积微相及岩性特征分析，认为其垂向上呈现出“礁基滩—礁核—礁缘—礁基滩”的发育演化规律。

（3）明确了巴西桑托斯盆地L油田“两盆三带，坡折控礁”的沉积格局和礁、滩展布规律。且综合分析认为，BV组沉积早期为高碱性水湖泊（pH>9）、富Ca与Mg深水沉积，晚期湖盆逐渐萎缩，呈填平补齐状态，其湖相微生物礁滩的沉积主要受控于古地貌及火山作用。