0 引言

国外对碳酸盐岩研究早期集中于海相沉积地层中^[1-5]，Laporte^[1]提出波基面之下陆源碎屑沉积相带和碳酸盐岩与碎屑岩共存的陆表海模式；Wilson^[2]和Tucker^[3]又对前人各类海相碳酸盐岩沉积模式进行补充与发展，生物灰岩主要发育于台地边缘；Tucker et al.^[4]将碳酸盐岩沉积模式划分为五类，在镶嵌陆架型台地中，与盆地相邻的台地边缘常以发育有中连续到连续性的碳酸盐骨架颗粒浅滩为特征。

随后，关于生物灰岩的研究进而发展到湖相沉积地层中^[6-9]，Williamson et al.^[6]提出了湖相碳酸盐滩坝沉积；Ryder et al.^[7]认为波浪对斜坡边缘的湖相碳酸盐岩具有影响作用；Cohen et al.^[8]和Watts^[9]认为浅水缓坡是生物滩沉积的有利场所，并对生物滩沉积特征、沉积形态、水动力等进行了分析，但对于生物滩发育模式的研究还较为缺乏。

近年来，在渤海湾盆地济阳坳陷沙一段和沙四段多发现生物滩沉积，由于沙一段在盆地沉积较薄，前人主要研究集中于沙四段^[10-11]，沙一段的研究主要集中于惠民凹陷和饶阳凹陷^[12-13]，沾化凹陷沙一段仍处于低勘探程度层段，但近期在长堤地区沙一段生物灰岩中钻遇多口高产油藏，表明生物滩储层具较大勘探潜力。但仍存在以下问题：1)研究区生物灰岩厚度较薄，纵横向对比困难，常规地震属性无法准确预测生物灰岩的厚度分布特征；2)前人对研究区生物灰岩控制因素认识不清，未建立研究区生物灰岩发育模式。因此，本文以沙一段生物灰岩为解剖对象，以岩芯、录井、测井及三维地震资料为基础，分析长堤地区主要储层沙一段下部生物灰岩的沉积特征；运用层序地层学分析方法建立等时地层格架，确定沉积期相对古水深及古地貌特征，以此明确生物灰岩的控制因素，总结其分布规律，最终建立生物滩发育模式。

1 地质概况

长堤地区位于济阳坳陷沾化凹陷东北部，处于埕岛—桩西—长堤—孤东潜山披覆构造带中南部，呈近南北向条带状展布，面积近300 km²(图 1A)^[14-15]。位于黄河口凹陷(桩东洼陷)西南斜坡部位，西部通过长堤断层相接与五号桩洼陷相连。

长堤地区自下而上沉积有古生界、中生界，新生界第三系沙河街组、东营组、馆陶组和明化镇组等地层。由于长堤断层的作用，长堤断层下降盘的沙河街组地层比上升盘发育。沙一段底部为区域不整合界面，其下多缺失沙二段地层(图 1B)，与下伏沙三段地层呈角度不整合接触。

长堤潜山披覆构造形成于燕山运动末期，是在中生界残丘山基底古隆起背景上继承发育起来的近南北向古近系低位序潜山披覆构造^[16]。南北向、北北东—北东向和近东西向断层在平面上相互切割，将整个潜山带分成大小不一的断块或断鼻构造。自西向东可划分为低凸起带、断阶带和斜坡带三个构造带。而沙一段生物灰岩主要集中于斜坡带上，其次分布于低凸起带和断阶带。

2 生物灰岩沉积特征

研究区沙一段岩性主要以湖相碳酸盐岩和大套泥岩为主，其中湖相碳酸盐岩以生屑灰岩和鲕粒云岩为主。沙一段厚度较薄，10~100 m左右，而生物灰岩集中发育于沙一段下部，0.5~12 m左右。该套生物灰岩基本全区分布，研究区内38口探井，除3口探井(桩13、桩海6、桩海古1)外，均钻遇到生物灰岩。

沙一段生物灰岩沉积构造以桩海18井为例，沙一段下部岩性组合为灰色灰质砂岩—土黄色生物灰岩—灰色灰质砂岩。灰岩中可见大量生物碎屑，并呈规律分布，大量生物螺化石(图 2)呈层状分布，表明沉积期为高能稳定的水体环境，该地区古地貌对应为缓坡。依据前人对湖相碳酸盐岩沉积模式进行的总结，以及对长堤地区沉积体系的研究，将工区生物灰岩定为碳酸盐滩坝相^[17-22]。

湖相碳酸盐岩结构组分以生物碎屑和鲕粒为主，其中生屑灰岩在长堤地区西部发育。王冠民等^[12]将腹足类个体较大，易于辨认这种生物灰岩称为“螺灰岩”。以沙一段桩11-3为例，生屑含量大于50%，生物化石以腹足和介壳为主(图 3)。腹足壳缘呈隐粒结构到晶粒结构，含有机质，基质以泥晶方解石为主，部分泥晶方解石重结晶成方解石晶粒，发育粒内溶孔和粒间溶孔，面孔率达8%以上，其中介屑含量较高反映沉积区水体能量较高。

鲕粒云岩以鲕粒为主体(图 3)，沙一段沉积时期，在长堤地区南部地区发育。以桩202井在为例，鲕粒含量大于70%，以表皮鲕和椭形鲕为主，多呈椭圆形，鲕粒呈漂浮状，点接触至线接触。鲕核内部亮晶充填，分选磨圆中等，粒内溶孔和粒间孔发育，面孔率达18%，鲕粒含量较高表明鲕粒沉积时环境能量较高。

沙河街组生物灰岩主要发育于沙一段和沙四段，相比于沙一段，沙四段岩性更为复杂，多以生物碎屑灰/云岩、内碎屑灰/云岩、砂质灰岩/云岩为主，生物化石除螺化石、介形虫之外，藻类十分发育，前人认为沙四段除碳酸盐岩滩沉积外，生物礁也异常发育^[23]。

3 生物灰岩层序地层格架

长堤地区沙一段形成于盆地发育的断陷期，为地震反射标志层T2与T2′之间的一套地层，从解释结果分析，研究区沙一段南厚北薄，西厚东薄的特点。苏宗福等^[24]认为T2界面在济阳坳陷分布具有一定规律，由南向北由湖泛面(下超面)变为三级层序界面(上超面)，许多学者将沙二上—沙一段划分为三级层序^[25-28]，而研究区沙一段与下伏沙三段或沙二下亚段呈全区明显的角度不整合接触，与上覆东营组呈整合接触(图 4)，结合前人划分基础，将本区沙一段作为一个三级层序。

在井孔剖面中，依据录井资料、GR及电阻率曲线韵律变化，以桩15和桩参1井为例，全区沙一段发育一套稳定分布的薄层油页岩(图 4)，其中以油页岩为界，沙一段下部GR呈正韵律，上部泥岩发育，GR呈弱反韵律。沙一早期为一个大的湖侵背景^{[17, 29]}，油页岩作为凝缩层代表沙一段时期最大湖泛面，将沙一段三级层序划分为湖进体系域(EST)和湖退体系域(RST)。在此基础上，利用井孔资料，通过识别单井旋回变化特征，划分四级层序(PSQ)，单个四级层序内由下至上为正旋回转变为反旋回。以桩4和桩203井为例，将湖侵体系域进一步划分为3个四级层序。

以桩4为例(图 5)，结合井孔资料同样将沙一段下部划分为三个四级层序，每个四级层序进一步划分为湖侵体系域与湖退体系域。PSQ1由下部石灰岩过渡到泥岩，至顶部粉砂岩，砂泥比逐渐变大，颜色以灰色为主，旋回对称性好，其中EST水体变深，粒度变细，下部发育石灰岩和砾岩，RST水体变浅，粒度变粗，由泥岩过渡为粉砂岩，顶部存在旋回转换面；PSQ2底部发育粉砂岩，顶部发育生物灰岩、泥岩和粉砂岩，砂泥比逐渐增大，颜色以灰色为主，下降半旋回大于上升半旋回，EST水体变深，下部以粉砂岩为主，向上粒度变细，GR呈钟型，RST水体变浅，顶部发育粉砂岩，向上粒度变粗，GR和电阻率呈漏斗型；PSQ3主要以粉砂岩为主，颜色呈灰色，电阻率曲线为中低幅钟型，旋回对称性较好，EST水体缓慢加深过程中，向上粒度变细，电阻率呈钟型，RST水体变浅，发育砂岩为主，晚期水体稳定，发育白云岩。

综上，对全区30余口探井进行了高频层序划分，各井沙一下亚段呈现相同韵律变化规律，均划分为3个四级层序，其中部分单井PSQ1只发育RST，PSQ2和PSQ3为完整旋回。

4 生物灰岩分布控制因素

长堤潜山披覆构造形成于燕山运动末期，沙二以前处于抬升剥蚀，形成长堤潜山，沙一时期构造活动趋于稳定，才开始重新接受沉积。又由于研究区相对地势较高，位于隆起部位，陆源物质供给较少，为生物灰岩沉积提供稳定的构造背景和较为清澈的水体环境。本文分别对古气候、相对古水深和古地貌进行重点研究，认为“三古”是控制生物灰岩分布关键因素。

4.1 古气候

作为气温、降水量、大气圈湿度和风的度量，气候决定了水的盐度和水的循环。杜韫华^[17]对沙一段古气候进行了研究，其中孢粉潮湿系数138，表明沙一时期较为湿润，蒸发量相对不大，并且在古盐度方面，沙一段中、下部为10.5%~17.3%，平均13.3%，表明为微咸水湖泊，水体为中盐水。张津菁^[29]经分析，将沙一段划分为亚热带湿润—干旱型气候，而沙四段则归为亚热带干旱—湿润型气候，宋国奇等^[30]通过古气候与碳酸岩滩坝发育段的对比，认为沙四段滩坝主要发育于中等温度条件和略偏干燥的湿度环境，通过古气候分析，并与沙四段进行对比，可以发现沙一段和沙四段沉积期古气候较为相似。

因此，沙一段沉积期亚热带湿润—干旱气候，微咸水湖泊环境易于发育生物灰岩，为生物灰岩在研究区有效分布创造了条件。

4.2 相对古水深

沙一段沉积特征表明其整体形成于湖水逐渐扩张，湖盆范围不断变大，水体逐渐变深的过程，前人认为沙一段绝对古水深范围在25~35 m^[29]，王延章^[31]认为碳酸盐岩滩坝中石灰岩和白云岩最适合水深分别为20 m和25 m。由于地层沉积的旋回性十分明显，在整体湖侵背景下湖水扩张与收缩交替、湖平面周期性升降。因此，本来从相对古水深分析入手，基于单井上的高频层序划分，进行相对湖平面变化恢复。

以桩317、桩4和桩203井为例(图 6)，整体可见古水深具有向变深趋势变化，反映沙一早期大的湖侵背景，沙一段下部生物灰岩发育段相对古水深存在三个旋回，各旋回中，EST对应相对古水深曲线斜率较大，表明一个周期内快速湖侵，缓慢湖退的过程。桩317井生物灰岩发育在第一个四级层序的湖退体系域中，桩4井生物灰岩发育在第二个四级层序的湖退体系域中，桩203井生物灰岩发育在第三个四级层序的湖退体系域中，通过对生物灰岩与相对古水深关系的分析，表明研究区生物灰岩主要处于湖水缓慢下降、稳定的水体环境。

4.3 古地貌

邓宏文等^[32]认为构造运动造就的古地貌在陆相盆地，特别是裂谷盆地对层序形成与发育起着重要的控制作用。当陆源碎屑补给缺乏时，局部隆起的水下平台区发育生物碎屑滩体系。通过对沙一段古地貌恢复前后进行对比，可以发现，古地貌恢复前，沙一段底界南部地势高，北部地势较低，古地貌恢复后(图 7)，沙一段底界西南部和东部地势较低，西北部和东南部地势较高，已钻遇生物灰岩井位位于西南部缓坡及东部洼槽。长堤潜山周缘沙一下亚段沉积期时，对应地形梯度变化较小，将古地貌图与生物灰岩预测厚度平面图进行对比，发现预测较厚的生物灰岩发育于南部古地貌缓坡处和东部古地貌陡坡洼槽处。

5 生物滩发育及演化模式

姜在兴等^[33]认为古地貌高地具有较高的能量，也有波能汇聚作用，有利于滩坝的形成和发育，而古地貌缓坡带的低洼处具有较大的可容纳空间，有利于滩坝的保存。研究区主要发育三套生物灰岩，表明生物滩呈三期发育，地震相以楔状相和席状相为主，在西部井位较少区域存在充填相，结合地震反射特征，将生物灰岩发育模式划分为缓坡生物滩发育模式和洼槽生物滩发育模式。

5.1 缓坡生物滩发育模式

通过已知井孔资料证实在研究区存在的发育模式，将垂直于长堤走向，由西向东依次将长堤潜山划分为缓坡区、台坪区和洼槽区，缓坡生物滩主要发育于西部缓坡区中缓坡坡折带处(图 8中缓坡区)，平面分布于研究区西南部及西部缓坡。其中缓坡生物滩形成于浪基面之上，水体较为动荡，生物遗体堆积被掩埋从而形成生物滩，以介壳和腹足类生物灰岩为主，发育次生孔隙。古地貌恢复后，其沉积期为一缓坡，且形成于西部迎浪面一侧。结合沙一段下部相对古水深，生物灰岩沉积期水体较为动荡，存在三期湖平面变化旋回，并且三期湖平面变化旋回使得古水深整体呈现变深趋势，在各期湖平面旋回湖退过程中，发育对应三期生物滩，在纵向上三期生物滩呈退积叠置样式。

5.2 洼槽生物滩发育模式

综合地震及钻测井资料建立了洼槽生物滩发育模式，丰富了国内外生物滩发育模式研究，对勘探具有一定指导作用。洼槽生物滩发育于东部洼槽区(图 8中洼槽区)，通过地震相及敏感属性分析，确定研究区东部存在充填相，并在瞬时振幅平面图中，充填相附近显示为高值，表明可能发育较厚生物灰岩，而在充填相邻近探井桩310钻遇大套生物灰岩，具有油气显示，证实充填相发育较厚生物灰岩。

结合地震、相对古水深、古地貌建立洼槽生物滩发育模式，洼槽厚度范围为40~100 m，生物灰岩厚度为8~16 m。其中生物灰岩推测为两类成因，第一类位于正常浪基面之上，原地生物滩沉积；第二类处于风暴浪基面之下，先前原地沉积生物滩被打碎，经近距离搬运，在洼槽内部沉积。

古地貌对应为洼槽，在洼槽陡坡迎浪面一侧，结合相对古水深，其沉积期水体较为动荡，存在三期湖平面变化旋回，古水深整体呈现变深趋势，在各旋回湖退过程中，发育生物滩沉积，三期生物滩纵向上呈退积叠置样式，各旋回内又经湖浪打碎原地沉积的生物滩，在洼槽底部正常浪基面之下，堆积形成三期异地沉积的生物灰岩。

5.3 生物滩演化模式

沙一早期生物灰岩发育阶段，研究区至少存在三期较小的湖平面变化旋回，发育三期生物滩沉积，通过已钻遇生物灰岩单井证实，其中发育三套生物灰岩位置多集中于北部潜山西南缘梯度变化较大区域，向西南向坡度变缓，依次发育两套生物灰岩和一套生物灰岩。以桩181—桩12—桩209对应剖面可以发现(图 9A)，桩181中第三类内幕结构发育(表 1)，桩12在PSQ1和PSQ2中各发育一套生物灰岩，对应第二类内幕结构，桩209在PSQ1发育一套生物灰岩，对应第一类内幕结构，具有一定规律性。

沙一早期湖侵过程中湖平面发生高频振荡，各期次最高湖平面具有变高趋势(图 9A)，第一期湖平面变化旋回的湖退过程中(图 9B)，桩181、桩12和桩209均处于浪基面与湖平面之间，位于滨浅湖缓坡波折带上，均发育生物滩，平面上呈条带分布，第二期旋回的湖退过程中，桩181和桩12处于浪基面和湖平面间，发育生物滩，而桩209处于浪基面之下，发育以泥岩为主，第三期旋回的湖退过程，桩181处于浪基面和湖平面间，发育生物滩，而桩12和桩209处于浪基面之下，以泥岩发育为主。三期湖平面变化旋回后，三期生物滩在纵向上呈退积迁移。

经过湖平面周期变化，内幕结构发生相应演化，三期生物滩由南向北纵向上呈退积叠置样式，从演化角度，研究区生物灰岩具有隆起周缘发育较厚，沿坡倾向而相对减薄的特征。

6 生物灰岩分布特征

通过钻测井及岩芯、地震资料发现，长堤地区生物灰岩主要分布于沙一段下部，多呈三期分布，并主要分布于长堤潜山周缘斜坡和局部洼槽。依据30余口探井的录井资料，纵向上将生物灰岩划分为三种内幕结构，分别发育三套、两套和一套生物灰岩。其中不同内幕结构在平面上分布位置和范围不同，总体表现为，由长堤隆起周缘向凹陷方向，依次发育三套、两套和一套生物灰岩。

6.1 纵向分布特征

依据井孔资料，纵向上，生物灰岩主要呈三期分布，与高精度层序划分的四级层序相对应，均发育于各四级层序湖退体系域中，呈退积叠置样式分布。

6.1.1 单井内幕结构划分

在研究区不同位置，生物灰岩发育套数稍有差异，依据单井纵向上生物灰岩发育套数，将研究区生物灰岩内幕结构划分为3类(表 1)。

其中第一类内幕结构，垂向上发育一套生物灰岩，以桩317为例，纵向岩性组合为粉砂岩—生物灰岩—粉砂岩，GR呈指状低值，电阻率相对较低，其中发育于PSQ1中的湖退体系域，在层拉平地震剖面上其发育于缓坡处；第二类内幕结构，垂向上发育两套生物灰岩，以桩207为例，纵向岩性组合为泥岩—生物灰岩—灰质泥岩，GR为中低值，电阻率为指状中值，其中发育于PSQ1和PSQ3中的湖退体系域，在层拉平地震剖面上其发育于缓坡处；第三类内幕结构，垂向上发育三套生物灰岩，以桩47为例，岩性组合多以泥岩—生物灰岩—泥岩为主，GR呈指状低值，向上逐渐增大，电阻率向上逐渐增高，生物灰岩分别发育于三个四级层序湖退体系域中，在层拉平地震剖面上，该类内幕结构发育于缓坡坡折带。

6.1.2 联井确定纵向分布特征

选取了四条联井剖面，包括三横一纵，以此确定生物灰岩垂向上分布规律，横向上选取研究区北部桩132—桩181—桩海18—桩海6井联井剖面，中部选取桩4—桩1—桩15—桩11—桩参1井联井剖面，南部选取桩3—桩306—桩302—桩303井联井剖面，而纵向选取南北向桩海古1—桩14—桩47—桩207—桩306井联井剖面。

横向剖面上，从桩132—桩海6井联井剖面中，长堤潜山两翼三个四级层序厚度厚于潜山顶部，三个四级层序两翼厚度达8~10 m，顶部达到4 m，其中内部生物灰岩在北部隆起顶部较为发育，三个四级层序中均发育生物灰岩，厚度达到4 m，两翼生物灰岩厚度较薄，发育1~2 m；在桩4—桩参1井联井剖面中(图 10)，三个四级层序厚度西翼厚于东翼，西翼厚度达17~23 m，东翼4~5 m，而生物灰岩在桩11和桩参1井附近较为发育，三个四级层序中均发育生物灰岩，累积厚度达5~8 m，剖面西翼在PSQ2和PSQ3中发育生物灰岩；在桩3—桩303联井剖面中，三个四级层序厚度差异不大，厚度为14~23 m，而生物灰岩在桩303附近相对发育，厚度达到8~10 m，以发育三套生物灰岩为主，桩302附近生物灰岩不发育；纵向剖面上，在桩海古1—桩306剖面中(图 11)，明显发现剖面南部3个四级层序厚度远厚于北部，南部厚度达13~14 m，北部厚度为3~7 m，其中生物灰岩中部桩47井附近相对较厚，厚度达4 m，其中在南部斜坡具有一定分布规律，由陡变缓依次发育三套、两套、一套生物灰岩，在PSQ1均发育生物灰岩。

综上可发现各期次生物灰岩分布稳定，第一期生物灰岩全区较为发育，纵向上各期生物灰岩厚度变化规律明显，向上逐渐减薄，其中累积生物灰岩厚度由中部向南具有减薄的趋势。研究区隆起周缘发育三期生物灰岩，向斜坡方向发育生物灰岩期次减少。

6.2 平面分布特征

结合所划分的四级层序，对各四级层序内生物灰岩厚度分布规律进行研究，PSQ1中生物灰岩分布较广(图 12A)，主要集中在研究区南部桩12井附近；PSQ2中生物灰岩向隆起顶部迁移(图 12B)，集中分布于桩15井和桩310附近；PSQ3中生物灰岩则向潜山东南部高部位迁移(图 12C)，主要集中于桩310井附近。各四级层序内生物灰岩涵盖范围广，部分地区各级层序生物灰岩均有发育，如桩海18，也有部分地区生物灰岩不发育，如桩13。

四级层序生物灰岩主要发育于研究区西部和南部，呈带状分布，由PSQ1-PSQ3，生物灰岩具有向北部长堤隆起和南部高部位呈退积迁移趋势。沙一段生物灰岩主要集中在研究区东北、中部和南部三个区域，进而确定三类内幕结构的不同探井在研究区分布位置具有一定规律，中部潜山隆起南缘发育第三类内幕结构，向西南方向依次发育第二类内幕结构和第一类内幕结构，平面以带状分布为主。

关于生物滩地震相研究方面，生物滩在地震显示中主要呈丘状相、楔状相和席状相^[34-37]。以此对全区进行地震相分析，确定生物灰岩地震相分布特征，在研究区识别到四种地震相(图 13)，包括楔状相，充填相，中强振幅中连续性席状相，弱振幅强连续性席状相，其中研究区充填相集中于研究区东部，多呈长轴沿南北向展布，充填相内部具明显双向上超特征；楔状相多分布于潜山周缘，上超特征明显；席状相广泛分布于研究区中部，内部同向轴呈平行或亚平行状。综合考量，认为楔状相和充填相为有利的生物滩优势地震相。

其次，利用常规地震属性分析生物灰岩平面分布的差异性，其中分别选取了波形聚类、弧长类、频谱类、能量类、沿层构造类、线积分类和瞬时振幅类等七类属性进行地震属性对比试验，并进行敏感属性优选，以此确定与生物灰岩厚度相关性较好的敏感属性为瞬时振幅属性，瞬时振幅属性与生物灰岩厚度相关系数达到0.839 9。而瞬时振幅属性高值主要以条带状、北西—南东倾向分布在研究区中部，总体呈现西部较高，南东低的振幅分布特征(图 14A)。

综合沉积古地貌、瞬时振幅属性，并结合井孔揭示的厚度分布的约束，最终勾绘出长堤地区沙一段生物灰岩等厚图(图 14B)。南部洼槽附近的生物灰岩发育最厚(达到8 m以上)，其中桩310井钻遇12 m厚生物灰岩，桩308井北部和桩海6井南部附近也是研究区生物灰岩发育较厚的区域，平均厚度在8~10 m左右，总体上，研究区生物灰岩呈现中部和南部较厚，东部洼槽附近发育较厚的生物灰岩。

7 结论

(1) 建立长堤地区井孔高频层序，沙一段作为一个三级层序，沙一下亚段细分为三个四级层序，并进一步划分湖侵体系域和湖退体系域，而生物灰岩发育于四级层序湖退体系域中。

(2) 沙一段生物灰岩分布主要受古气候、相对古水深、古地貌所控制。沉积期为亚热带湿润—干旱气候，微咸水湖泊环境，湖平面高频振荡，生物灰岩发育于相对古水深缓慢下降的过程中，在南部古地貌缓坡和东部古地貌洼槽易于发育生物滩。

(3) 建立了研究区生物滩发育模式，针对研究区特征，进一步划分为缓坡生物滩发育模式和洼槽生物滩发育模式，分别在古地貌西部缓坡坡折带和东部洼槽，迎浪面一侧，水体较为动荡，存在三期湖平面变化旋回，在各旋回缓慢湖退过程中发育生物滩，纵向上三期生物滩呈退积叠置样式。

(4) 纵向上将全区划分为三种内幕结构，分别发育一套、两套和三套生物灰岩。研究区从潜山中部由北向南依次发育第三类、第二类和第一类内幕结构，平面呈带状分布，综合预测研究区生物灰岩厚度呈现南厚北薄，东部洼槽附近发育较厚的分布特征。

致谢: 编辑老师与审稿专家提出了宝贵意见，诚挚谢忱！