0 引言

湖相碳酸盐岩为盐湖的沉积主体^[1-2]，大都表现为混合沉积特征。目前湖相碳酸盐岩已成为油气勘探的重要领域，在许多陆相含油气盆地发现了大规模具工业价值的油田，例如：美国犹他盆地^[3-5]，东非大裂谷盆地的坦噶尼喀海槽^[6-9]，玻利维亚中部古安第斯盆地^[10-11]，阿根廷安迪娜盆地^[12]，美国加利福尼亚州里奇盆地^[13-14]，中国的四川盆地^[15]、渤海湾盆地^[16]、江汉盆地^[17]、柴达木盆地等^[18-19]。

柴达木盆地渐新世下干柴沟组上段是古近纪以来最大洪泛期的沉积地层，位于英西及周缘地区的沉降沉积中心，发育较厚的烃源岩，同时也形成以灰云岩为主的湖相碳酸盐岩储层，是油气勘探的重要领域。为了明确柴西地区渐新世下干柴沟组上段盐湖差异沉积特征，进一步厘清湖相碳酸盐岩有利储层及烃源岩的分布规律，本文综合利用40多口探井资料、600多米岩心数据、3 000多张微观薄片和1 200余项地球化学资料，围绕柴西地区渐新世下干柴沟组上段盐湖沉积地层重点开展如下研究：1)盐湖沉积岩相识别及特征分析；2)沉积环境演化分析及沉积模式建立；3)盐湖沉积成因机理及控制因素探讨。

1 地质概况

柴达木盆地位于青藏高原北部，盆地西部为阿尔金走滑断裂、北部为南祁连山冲断带、南部为东昆仑山走滑冲断带、东部为祁连山与昆仑山交汇带(位于都兰县一带)。盆地面积12.1万km²，为内陆中、新生代山间地块盆地。柴西地区是柴达木盆地新生代油气富集地区，主要发育上新世上油砂山组、下油砂山组，中新世上干柴沟组，渐新世下干柴沟组上段、下干柴沟组下段以及始新世—古新世路乐河组等多套地层(图 1)。渐新世下干柴沟组上段沉积时期，气候干旱，柴达木盆地英雄岭及周缘地区为大规模盐湖，发育以湖相碳酸盐岩为主的盐湖沉积，并具混合沉积特征，形成了碳酸盐矿物、黏土矿物、碎屑矿物、蒸发岩矿物等共生的混合沉积岩。

渐新世下干柴沟组上段发育盐下、盐间两套含油层系(图 2)，按照岩性组合、蒸发岩类型、主力烃源分布、古盐度及湖泊咸化程度，自下而上可依次划分为早、中、晚3个沉积阶段。3个沉积阶段的岩石组合特征具较大差异。沉积早期形成碳酸盐岩与灰质砂岩沉积组合，发育少量石膏；沉积中期形成碳酸盐岩与泥岩沉积组合，其中泥岩有机碳含量等有机地化指标相对较高，是渐新世下干柴沟组上段主力烃源岩发育段，中下部发育大量石膏沉积，上部则逐渐发育层状石盐；沉积晚期形成厚层石盐与薄层碳酸盐岩沉积组合^[20]。

湖相碳酸盐岩既是储层，又是优质烃源岩，具备形成源储一体碳酸盐岩油气藏的有利条件。湖相碳酸盐岩储层的主要矿物为白云石，白云石以泥晶为主，晶体直径为500~800 nm，形成于干旱、低温环境，以水下准同生为主^[19-21]。储层的孔隙度为5%~7%，渗透率小于1 mD^①，储层物性与白云石含量正相关，白云石含量越高储层物性越好^[22-23]。储集空间类型有白云石晶间孔、少量溶蚀孔和裂缝等，晶间孔和少量溶蚀孔是油气藏的主要储集空间，裂缝控制油气高产富集^[20]。

① mD(毫达西)为非法定计量单位，1 mD=0.987×10^-3 μm², 下同。

2 岩石类型

渐新世下干柴沟组上段盐湖沉积可识别出9类主要岩石类型，分别为：泥晶灰云岩、钙质岩、颗粒灰岩、泥粒灰岩、微生物岩、粒泥灰岩、纹理粉砂岩、钙质泥岩、蒸发岩等。

1) 泥晶灰云岩。是盐湖主要沉积类型，厚度为1~20 m不等，大多集中在1~3 m。颜色以灰色、深灰色和灰黑色为主(图 3a)。主要矿物组分为白云石，其次为方解石(图 3b)。白云石以泥晶为主，粒度为1 nm~2 μm，最大为5 μm(图 3c)。晶间孔发育，孔径为微米级，局部微弱溶蚀。主要表现为块状、层状及纹层状结构。

2) 钙质岩(混积岩)。主要分布在陆相与盐湖沉积过渡区，为受物理与化学沉积作用共同控制形成的混积岩(图 3d)。矿物类型多样、成分复杂，主要成分为陆源碎屑(长石与石英)、碳酸盐岩矿物和黏土，以及少量石膏及黄铁矿。其中碎屑颗粒与碳酸盐岩矿物体积分数变化可达到20%~80%。岩石颜色以灰色和深灰色为主(图 3d)，厚度为厘米级和米级。碎屑颗粒粒径包括粉砂级(图 3e、f)、细砂级及中砂级等，杂基支撑，钙质胶结。发育脉状层理及块状构造(图 3e、f)。

3) 颗粒灰岩。发育在盐湖陡坡带以及盆内水下隆起带。主要为盆内重力流沉积，颜色以灰色、深灰色和灰黑色为主。图 3g岩心揭示的重力流颗粒灰岩厚度约为5 cm，颗粒粒径以0.5~5.0 mm为主，最大可达到20 mm，泥灰质杂基支撑。颗粒灰岩组分复杂多变，以泥灰岩为主，也有少量的粉砂质、泥质以及膏质类成分。岩心薄片揭示的粉砂质颗粒灰岩(图 3h、i)单层厚度为微米—厘米级，发育递变层理、变形层理等沉积构造。

4) 泥粒灰岩。主要发育在水动力较强的盐湖边缘以及盆内水下隆起带，由弱固结泥灰岩经过波浪改造作用而形成，或为与生物诱导成因有关的颗粒灰岩^[24]。岩心揭示泥粒灰岩(图 3j)主要由灰色内碎屑颗粒组成，粒径为0.5~1.0 cm，由深灰色泥灰质杂基胶结。粒泥灰岩厚度不大，以厘米级为主。薄片揭示泥粒灰岩具不同结构类型：颗粒支撑型(图 3k)、颗粒镶嵌型(图 3l)、颗粒飘浮型(图 3m)等。碎屑颗粒以内碎屑、鲕粒、核型石为主，粒径分布于0.05~0.20 mm之间，杂基支撑。填隙物为泥晶方解石及少量陆源碎屑颗粒。泥粒灰岩总体无明显的沉积层理、块状结构为主。

5) 微生物岩。在柴西地区下干柴沟上段发现了大量微生物岩^[24]，主要为叠层石灰岩与凝块石灰岩。

① 叠层石灰岩。柴西西岔沟地区露头剖面(图 3n)发现的渐新世下干柴沟组上段浅棕色叠层石灰岩叠置于灰色砂砾岩之上，厚度为1 m左右，含有大量泥灰质与粉砂质成分，受风化与淡水淋滤作用，发育大量溶蚀孔洞。岩心揭示的叠层石表现为柱状外形并夹持于泥晶灰岩中(图 3o)，厚度为10 cm左右。镜下揭示的叠层石灰岩具明暗纹层交替的叠层石构造(图 3p)，厚度为微米—毫米级，亮层由微—细晶方解石、陆源碎屑颗粒组成，暗层富含藻类而呈暗色泥晶结构。

② 凝块石灰岩(图 3q)。主要为由藻丝体的黏液黏结其他碳酸盐组分，如陆源碎屑颗粒、灰泥颗粒、生物碎屑等，通过黏结形成球粒和团块复合体。薄片揭示凝块石的粒径为50~300 μm；团块状复合体粒度大小不一、分布在50 μm~10 mm之间。往往与泥砂混层、发育黄铁矿并分布于藻团块边缘及其泥砂内部。

6) 粒泥灰岩。粒泥灰岩中的颗粒主要为粪球粒，颗粒体积分数为15%~20%，并混有少量碎屑颗粒及黄铁矿，杂基支撑。粪球粒大小均匀，粒径为60 μm左右(图 3r、s)。沉积构造主要为生物潜穴和生物扰动构造。

7) 纹层粉砂岩。盐湖中广泛发育，纹层粉砂岩单层厚度大多为毫米—厘米级。以纹层状、条带状分布于深灰色、灰黑色泥灰岩及泥岩中。薄片可揭示出粉砂质泥灰岩中含有大量的纹层状粉砂质条带(图 3t、u)，粉砂质碎屑颗粒的矿物成分主要为长石与石英，粒径为10~200 μm。发育递变层理、水平层理、平行层理和变形层理等沉积构造。

8) 钙质泥岩。咸化湖泊主要沉积类型，泥岩成分不纯，与其他矿物混杂分布。单层厚度为0.5~15.0 m，大多以1.0~3.0 m为主。沉积中期发育的泥岩分布范围广、累计厚度大，富含藻类与多种无定型炭质碎屑，形成纹层状结构，为咸化湖泊主力烃源岩。发育水平层理和变形层理等沉积构造。

9) 蒸发岩。咸化湖泊标志性沉积，主要有钙质石膏岩与含泥含灰石盐，以及少量的芒硝。钙质石膏岩(图 3v、w、x)主要有以下几种结构类型：①团块状或晶簇状分散在泥灰岩或泥岩中；②薄层状夹持于泥灰岩和泥岩中；③经二次搬运与陆源碎屑颗粒混积沉积于深水中的颗粒状石膏，具有重力流特征；④成岩后期因地层水作用充填于裂缝与断层中的石膏层，表现为层状、脉状、条带状以及不规则状等。盐湖阶段发育的厚层状含泥含灰石盐(图 3y)为深灰色半透明层状，单层厚度达2.0~35.0 m，平均厚度可达10.0 m左右。含泥含灰石盐层与泥灰岩和粉砂岩互层分布，表现为块状结构。

3 沉积环境与相组合

下柴沟组上段盐湖可划分为边缘沉积环境与盆内沉积环境(表 1)。根据古地貌、水文条件、沉积环境差异特征，盐湖边缘与盆内沉积环境可形成5种不同的沉积相组合类型(图 4、图 5)。盐湖边缘主要发育滨岸斜坡带相组合、缓坡带相组合和陡坡带相组合；盆内环境则发育水下隆起带相组合和盐湖深水区相组合。

3.1 盐湖沉积相组合

1) 滨岸斜坡带相组合。发育在陆相与盐湖的过渡带，由两种沉积环境共同控制，分布宽度为1~5 km。盐湖西北侧的犬南—西岔沟—干柴沟地区相带较窄，而红柳泉—跃进二号地区相带较宽。受物理和化学沉积双重作用影响，主要发育以钙质砂岩、钙质岩以及颗粒灰岩为主的岩石组合。因近物源区碎屑颗粒含量较高、粒度较粗，为细砂岩和粉砂岩，局部为少量中砂岩和粗砂岩，同泥灰岩混杂沉积，具混积沉积特征，也称为混积岩。

2) 缓坡带相组合。主要发育在砂西、尕斯与跃进二号等缓坡带，因受物源影响较小，水体清澈，阳光充足，适合生物生长。以化学和生物化学沉积为主。发育泥晶灰云岩、叠层石灰岩与凝块石灰岩、生物粪球粒泥灰岩和其他相关生物灰岩的岩石组合^[24]。

3) 陡坡带相组合。分布于盐湖西侧地区，如狮39井、狮45井区。因古地形变陡，水体加深，沉积类型复杂多样。发育以泥晶碳酸盐岩、颗粒灰岩、粒泥灰岩、粒泥灰岩为主的岩石组合。最典型的为颗粒灰岩沉积，主要由弱固结沉积物经地震和风暴等触发作用，在重力作用下滑塌变形、二次搬运沉积而成。沉积构造以变形层理、递变层理、块状层理为主。

4) 水下隆起带相组合。发育在英西地区的狮46、狮41井区一带，水体较浅、适于生物生长，波浪作用较强。主要发育泥晶碳酸盐岩、粒泥灰岩、泥粒灰岩以及微生物岩和粪球粒泥灰岩等岩石组合，但后三者规模不大。

5) 盐湖深水区相组合。盐湖深水区是柴西地区沉积主体发育区，也是化学沉积作用与物理沉积作用重要区域，也是沉积旋回频繁、沉积记录最全面的古环境。沉积物分异度相对较高、成层性较好，沉积类型多样、岩相最为丰富。主要发育泥晶碳酸盐岩、泥岩、纹层砂岩以及蒸发岩的岩石组合。以泥晶灰云岩为主，大量发育富有机质泥岩并伴生分散状和晶族状石膏，沉积晚期发育层状石盐与薄层泥晶碳酸盐岩，咸水湖泊—盐湖各演化阶段发育大量钙质纹层粉砂岩。

3.2 盐湖沉积环境演化

早期为半咸水沉积环境(图 6a)。下干柴沟沉积早期盐湖边缘坡度小，古地形平缓，水深较浅。盆缘带较宽，钙质砂岩相对发育；盆内主要发育泥晶灰云岩，发育少量的石膏，零星分布于碳酸盐岩中。以进积式、正粒序沉积为主，形成碳酸盐岩与钙质砂岩的岩石组合。

中期为咸水沉积环境(图 6b)。受同沉积构造运动控制，盆地沉降加剧，湖盆边缘坡度变大、古地形变陡。气候相对潮湿，湖平面持续上升、水域面积增大。边缘滨岸带变窄、变陡，形成边缘陡坡带，大量发育重力流沉积；盆内形成碳酸盐岩与富有机质泥岩，并伴生大量颗粒状、团块状和晶簇状石膏的岩石组合。

晚期湖泊萎缩为盐湖环境(图 6c)。盆地沉降变缓，湖盆边缘坡度变小、古地形趋于平缓，气候干旱、蒸发强烈、含盐度持续增高、水域面积缩小。盆缘带变宽，钙质砂岩发育。盆内形成厚层石盐、薄层碳酸盐岩和钙质粉砂岩互层的沉积组合。

4 盐湖沉积控制因素

柴西盐湖沉积的主要控制因素包括古气候、古地貌和同沉积构造运动等。沉积环境变化与沉积相差异分布主要受外部因素控制^{[2-3, 25]}，与湖平面升降、气候与汇水系统的变化密切相关^[26]。气候变化与构造作用控制湖平面升降与沉积响应^{[2-3, 27-28]}。气候引起湖泊平衡充填与过度充填、进而造成湖泊类型转换，而构造则引起盆地的欠补偿^[2]。

4.1 古气候

气候对湖泊的影响远比对海洋显著，湖相碳酸盐岩主要形成于干旱、高盐度古气候环境，古水介质pH值>9^[17]。柴西地区渐新世下干柴沟组上段沉积早、中期，高岭石发育，干旱植物化石较少，表明气候温暖潮湿；而晚期绿泥石和伊利石含量显著增大，干旱植物占优势，包裹体均一温度恢复结果也表明为寒冷干旱环境。由此说明柴西地区受干旱与潮湿气候的间歇性叠加影响，古湖泊类型演化、沉积环境变化及沉积特征受古气候控制明显。柴西地区沉积早期古湖泊咸化，平均古盐度小于20‰，以碳酸盐岩沉积为主，蒸发岩不发育；沉积中期为最大洪泛期，演化为咸水湖泊，古盐度为27.9‰~31.2‰，平均为29.3‰，碳酸盐岩与富有机质泥岩互层分布，石膏大量发育；沉积晚期湖泊演化为盐湖，古盐度超过40.0‰，以形成厚层石盐为典型特征，同时发育薄层碳酸盐岩与钙质粉砂岩。

4.2 古地貌

古地貌控制沉积环境与沉积类型差异分布(图 7)。盐湖边缘缓坡带沉积相组合主要发育于跃进和尕斯等地区，以生物化学为典型沉积特征，并以泥晶灰岩为主，同时发育叠层石等微生物岩。英西凹陷西侧陡坡带，以砂质泥晶灰岩为主，受化学与物理沉积双重作用，弱固结沉积物受地震与风暴的触发，易于形成重力流沉积。湖盆中心是生物化学沉积主体区，气候与汇水系统共同影响，使湖泊咸水达到平衡，发育大规模湖相碳酸盐岩，受白云岩化作用进而形成准同生泥晶白云岩。沉积中期受季节性气候控制，陆表淡水注入量频繁增加，引起盆地周期性欠补偿，造成碳酸盐岩与富有机质泥岩互层分布。沉积晚期气候持续干旱，以发育石盐蒸发岩为主。

4.3 同沉积构造运动

渐新世下干柴沟组上段时期是柴达木盆地快速沉降期，柴西地区英西凹陷沉降幅度最大，形成了规模较大的生烃凹陷与油气富集带。XI号断裂为燕山期存在的基地断层，古近纪被活化并持续继承性活动，演化为同沉积逆断层，也是控制凹陷演化的边界生长断层(图 4)，长期活动造成古地貌差异分布，断层上盘红柳泉、砂西、跃进二号地区为浅水沉积环境，而断层下盘的英西、游园沟地区为深陷区。同沉积控凹断层及次级层内断层控制盆地结构、古地貌及沉积充填等。大量岩心和薄片中均见到了与XI号断裂伴生的一系列次级同沉积断层，发育有正断层、逆断层和直立断层等类型(图 8)，表明该时期构造应力机制具挤压走滑性质。同沉积断层大多为层间断层，断距较小、分布于不同深度段，表明同沉积构造运动为幕式构造运动，表现为脉冲式或阵发式特征。同沉积断层频繁活动可以诱发事件沉积(图 8)。斜坡带弱固结咸化湖泊沉积发生液化、滑塌搬运并形成重力流沉积，同时也可形成震积岩。

5 结论

1) 柴西地区渐新世下干柴沟组上段盐湖沉积可识别出9类主要岩石类型，分别为泥晶灰云岩、钙质岩、颗粒灰岩、泥粒灰岩、微生物岩、粒泥灰岩、纹理粉砂岩、钙质泥岩、蒸发岩等。

2) 下柴沟组上段盐湖可划分为边缘环境与盆内环境，根据古地貌、水文条件及沉积环境差异特征，可识别出5个沉积相组合。边缘环境可识别出滨岸斜坡带相组合、缓坡带相组合和陡坡带相组合；盆内环境可识别出水下隆起带相组合和盐湖深水区相组合。

3) 下柴沟组上段自下而上划分早、中、晚3个沉积演化阶段，对应沉积环境分别为半咸水湖泊、咸水湖泊和盐湖。各阶段分别形成碳酸盐岩与钙质砂岩、富含石膏的碳酸盐岩与泥岩、厚层石盐与薄层碳酸盐岩等主要岩石组合。

4) 柴西盐湖沉积的主要控制因素包括古气候、古地貌和同沉积构造运动等，不同古气候及差异古地貌控制形成不同的沉积岩石组合。