碳酸盐岩颗粒滩可发育良好储层，是油气勘探的重点对象。已有众多学者^[1-4]对碳酸盐岩颗粒滩的组合类型、沉积特征和展布规律等作过相关研究，研究对象涉及塔里木盆地奥陶系、四川盆地雷口坡组和龙王庙组等，普遍认为这些地层的颗粒滩主要发育于碳酸盐台地上，可分为台缘颗粒滩和台内颗粒滩2种类型。塔里木盆地奥陶系储层主要发育在良里塔格组、一间房组和鹰山组等，储集类型以裂缝—溶洞为主^[5]，沉积相皆被证实为碳酸盐岩颗粒滩微相。对于颗粒滩的划分，顾家裕等^[6]认为塔北地区一间房组主要发育生物碎屑、砂屑和鲕粒等，代表高能环境，应属于台缘礁滩相，但邓小江等^[1]认为这一观点只是把台内坡折处作为了台地边缘处。认知存在差异的原因是未深入分析塔北地区奥陶系碳酸盐岩颗粒滩的特征，从而在一定程度上制约了对储层发育的研究，且不利于分析有利勘探区带。正确认识碳酸盐岩颗粒滩的沉积特征与分布规律，是研究储层发育特征和主控因素的重要基础。

塔北隆起是塔里木盆地探明储量和石油产量最高的一级构造单元，其次级构造单元如南喀-英买力低凸起、哈拉哈塘凹陷、轮南低凸起等的钻井已逾百口，且获取了丰富的地层资料(图 1)。本次研究以塔北地区奥陶系颗粒滩为研究对象，综合塔北地区41口钻测井、三维地震剖面、30口井岩心、200张薄片照片等资料，深入剖析颗粒滩的沉积特征、垂向组合和分布规律等，以期为进一步勘探开发提供指导。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 塔北隆起构造单元划分[7] Fig. 1 Structural units of Tabei Uplift

奥陶纪是全球的暖湿气候期，塔里木板块处于古纬度南纬20°~30°的热带—亚热带地区，古水温24.22~31.53 ℃^[8]，海水清澈，碳酸盐台地建造稳定。塔北地区奥陶系钻遇地层自下而上为蓬莱坝组、鹰山组、一间房组、吐木休克组、良里塔格组、桑塔木组、铁热克阿瓦提组等。目前塔北地区奥陶系主力产层为一间房组和良里塔格组，本次研究重点讨论这2个组的颗粒滩体的沉积特征和分布规律。

碳酸盐岩颗粒滩是以沉积颗粒灰岩为主的亚相，依据石灰岩结构分类标准^[9]对研究区灰岩类型进行鉴定识别分类：颗粒质量分数大于50%属于颗粒石灰岩类，其中，颗粒质量分数大于90%属于颗粒灰岩，颗粒质量分数为75%~90%属于灰泥颗粒灰岩，颗粒质量分数为50%~75%属于灰泥质颗粒灰岩。塔北台地在中、上奥陶统主要发育一间房组和良里塔格组2套颗粒滩体，它们在微相构成上受古地貌和水动力条件的影响具有一定差别。

一间房组颗粒滩微相主要有内碎屑滩、藻粒滩、生屑滩和鲕粒滩等，主体颗粒不同使得结构构造存在差异。内碎屑滩主要由内碎屑颗粒组成。内碎屑是盆地内沉积不久弱固结的碳酸盐沉积物经水流、波浪、潮汐等作用，被剥蚀搬运后再沉积的碎屑，根据颗粒大小分为砾屑、砂屑和粉屑等。内碎屑滩岩性主要为浅灰色亮晶砂屑灰岩、褐灰色亮晶砂砾屑灰岩、泥亮晶藻砂屑灰岩、泥亮晶生物砂砾屑灰岩等[图 2(a~c)]，分选中等—差。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 塔北地区一间房组颗粒滩微相岩性特征 (a)亮晶内碎屑灰岩，H12-1井，6 692.77 m，单偏光；(b)亮晶砂砾屑灰岩，H601-4井，6 653.23 m，单偏光；(c)亮晶砂屑灰岩，HD23井，6 325.23 m，单偏光；(d)亮晶砂屑鲕粒灰岩，HD17井，6 420.00 m，单偏光；(e)泥亮晶藻屑藻团块灰岩，见葛万藻、串珠状钙藻，H7-1井，6 575.28 m，单偏光；(f)亮晶含藻砂屑生屑灰岩，HD23井，6 258.93 m，单偏光 Fig. 2 Lithologic features of grainstone shoals of Yijianfang Formation in Tabei area

藻粒滩是指与藻有成因联系的颗粒滩，由藻鲕、藻灰结核和藻团块等主要颗粒形成的滩体，岩性主要为泥亮晶藻屑藻团块灰岩、微亮晶藻屑灰岩等[图 2(d~e)]。颗粒多呈不规则状、大小不等，藻球粒呈圆状，色暗，颗粒细小，粒径约为0.05~0.10 mm，藻团块为复合颗粒，呈不规则凝块状，包裹葛万藻丝体，藻屑见有葛万藻、串珠状钙藻等。

生屑滩由生物碎屑和生物颗粒组成。岩性主要为泥亮晶含砂屑生屑灰岩、泥亮晶含藻团块生屑灰岩、亮晶藻砂屑生屑灰岩、泥晶棘屑灰岩等[图 2(f)]。局部发育生物礁，造礁生物见有托盘类瓶筐石、苔藓虫、海绵等，附礁生物见有棘皮类、介形虫、藻类、腹足类、腕足类等。

鲕粒滩以发育鲕粒为主，岩性为亮晶棘屑鲕粒灰岩、亮晶藻砂屑鲕粒灰岩、亮晶鲕粒灰岩等，鲕粒质量分数为15%~30%。鲕粒主要为单鲕和表皮鲕，呈次棱角状—次圆状。

通过对塔北地区28口井一间房组薄片分析和岩心观察，一间房组颗粒滩岩石矿物成分主要以方解石为主，质量分数为97%~99%，泥质占1%~3%，黄铁矿和陆源碎屑质量分数小于1%。对各类岩石出现的频率进行统计，显示泥亮晶藻砂屑灰岩、泥亮晶藻屑藻团块灰岩出现频率较高，占40%；亮晶砂砾屑灰岩、亮晶生屑灰岩出现频率占15%~25%；鲕粒灰岩、粉屑灰岩出现频率较低，小于5%。薄片定量分析结果表明，一间房组岩石结构特征表现为石灰岩颗粒质量分数占60%~78%，灰泥(含泥晶胶结物)质量分数占7%~10%，亮晶胶结物质量分数占15%~25%。

良里塔格组颗粒滩微相主要为内碎屑滩、藻粒滩、鲕粒滩、生屑滩、核形石滩等(图 3)。内碎屑滩主要由泥亮晶砂屑灰岩、泥亮晶角砾状砂砾屑灰岩组成。藻粒滩分布广泛，由泥亮晶藻屑藻团块灰岩、亮晶藻鲕灰岩、亮晶藻砂屑藻鲕灰岩等组成。藻鲕呈圆状—次圆状，分选性好，同心纹放射结构，核部为灰泥，包裹生屑，鲕粒边缘为藻灰泥，粒径为0.5~1.0 mm。蓝绿藻黏结碳酸盐沉积物形成具同心层的颗粒为核形石，直径远大于鲕粒，为1.0~2.0 cm。鲕粒滩、生屑滩、核形石滩在区内滩体发育带皆有分布。鲕粒多为单鲕和表皮鲕，同心纹及放射状结构。生屑多为藻类、棘屑，偶见三叶虫、介形虫、苔藓虫等碎片。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 塔北地区良里塔格组颗粒滩微相岩性特征 (a)亮晶藻鲕灰岩，H13-6井，6 771.42 m，单偏光；(b)亮晶鲕粒灰岩，XK101井，6 767.04 m，单偏光；(c)泥亮晶藻砂屑藻屑灰岩，见串珠状钙藻，H13-6井，6 721.19 m，单偏光；(d)泥晶生屑灰岩，腹足、介形虫、棘屑等生物碎屑分布于灰泥之中，H13-6井，6 767.28 m，单偏光；(e)亮晶藻团块灰岩，H13-6井，6 753.3 m，单偏光；(f)亮晶砂屑灰岩，见核形石，LG39井，5 689.0 m，岩心照片 Fig. 3 Lithologic features of grainstone shoals of Lianglitage Formation in Tabei area

通过统计塔北地区19口井岩心和薄片资料，发育滩体的层段中颗粒泥晶灰岩、泥亮晶藻团块藻屑灰岩出现频率较高，占35%，隐藻凝块灰岩占15%，泥亮晶粒屑(内碎屑、生屑)灰岩占13%，亮晶藻鲕灰岩、亮晶生屑鲕粒灰岩占3%。通过薄片定量统计分析，结果表明良里塔格组石灰岩颗粒质量分数为40%~60%，灰泥(含泥晶胶结物)质量分数为20%~25%，亮晶胶结物质量分数为15%~28%。岩石矿物成分中方解石质量分数为90%~97%，泥质质量分数为2%~6%，黄铁矿及陆源碎屑质量分数为1%。

通过对塔北地区南喀-英买力低凸起、哈拉哈塘凹陷、轮南低凸起等构造单元逾百口井奥陶系钻井剖面岩性、沉积特征等的分析，归纳奥陶系一间房组颗粒滩和良里塔格组颗粒滩垂向沉积组合样式。

一间房组颗粒滩垂向沉积组合主要为加积式厚层颗粒滩和点礁。一间房组沉积时期，塔北地区在弱挤压构造背景下，地层有所抬升，并由前期的持续海侵转为缓慢海退，在浅水位、高水体能量背景下，颗粒滩体广泛发育，且在局部适宜条件下，发育生物礁。

加积式厚层颗粒滩形成于水下隆起处，沉积水体能量高，因受波浪作用影响，形成厚层状浅灰色、灰色亮晶颗粒灰岩，偶夹薄层泥晶灰岩，见交错层理，垂向上构成向上变粗的旋回，单旋回厚20~50 cm，旋回间以冲刷侵蚀面接触。以H6井为例，沉积微相组合为厚层砂屑滩—薄层泥晶灰岩—厚层砂屑滩—薄层生屑滩—厚层生物砂屑滩(图 4)。随着滩体不断垂向加积，并伴随海平面下降，垂向上表现为向上变浅、变粗的逆粒序。低能泥晶灰岩薄互层是由于次级海平面震荡性海侵—海退导致。滩体上部发育针状孔隙和溶蚀孔洞，是因滩体时常出露于海平面，受到大气淡水淋滤改造而形成。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 一间房组颗粒滩沉积组合样式 Fig. 4 Assemblage patterns of grainstone shoals of Yijianfang Formation

生物礁主要发育于水体能量高、营养物质更新快的环境中。一间房组生物礁沉积厚度小，约4~7 m，呈零星分布，称之为“点礁”。邓小江等^[1]认为“点礁”规模过小，层组厚度薄且水体能量低于正常生物礁，实为生物丘。以HD13井为例，生物礁微相组合为厚层、巨厚层砂屑滩—厚层砂砾屑滩—托盘类生物礁—厚层砂砾屑滩(图 4)，礁基和礁盖皆为受波浪和风暴浪作用形成的厚层角砾状砂砾屑灰岩。

良里塔格组颗粒滩垂向沉积组合主要为中厚层颗粒滩和生物礁丘。良里塔格组沉积时期，生物繁盛，发育藻黏结岩、生物礁灰岩等，缺乏厚层砂屑滩，仅发育中厚层颗粒滩，生物礁丘也多为所需水体能量不高的藻类障积礁。良里塔格组沉积时期，因受海侵影响水位较深，台地受波浪作用影响小，能量中等偏低，发育弱镶边型碳酸盐台地。

受中晚奥陶世海侵影响，塔北地区大范围仍处于较深水位，水动力能量中等，所发育颗粒滩体厚度较薄，约4~8 m，单层颗粒滩体厚度小于20 cm，见块状层理，泥质充填构造缝等。以H13-6井为例，沉积微相组合为厚层灰质滩间海—中厚层灰泥丘—中厚层藻粒滩—中厚层灰泥丘—厚层灰质滩间海旋回式发育，旋回中泥晶灰岩所占比例最大，砂屑灰岩、藻屑藻团块灰岩次之(图 5)。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 良里塔格组颗粒滩沉积组合样式 Fig. 5 Assemblage patterns of grainstone shoals of Lianglitage Formation

多数礁丘发育藻类障积礁，少数礁丘发育藻类—海绵骨架礁。礁丘的造礁生物主要为蠕孔藻、菌藻、海绵、钙藻及苔藓虫等，附礁生物见三叶虫、腹足类、棘皮类等，生物钻孔和核形石常见。障积礁呈零星点状分布，厚度平均约25~35 m，生物礁群落多表现为障积型和黏结型。以LG391井为例，沉积微相组合为厚层灰质滩间海—中厚层灰泥丘—厚层礁丘—厚层生屑砂屑滩(图 5)。

通过分析一间房组和良里塔格组颗粒滩沉积组合样式，可知一间房组发育颗粒滩厚度要优于良里塔格组，且良里塔格组多含泥灰岩隔层，不利于形成大型洞穴型储层。一间房组颗粒滩GR曲线形态呈笔直状，且为低值，HD13井一间房组颗粒灰岩段GR值为5~20 API，平均为10 API，Ha6井一间房组GR值为9~36 API，平均为15 API(参见图 4)。良里塔格组颗粒滩GR曲线呈微锯齿状和箱型，H13-6井良里塔格组颗粒灰岩段GR平均值为30~35 API(图 5)。可利用自然伽马值大小和曲线形态来间接判断沉积环境能量高低和沉积颗粒粗细^[10]。良里塔格组GR值高于一间房组，代表其颗粒灰岩段含泥量多于一间房组，所在环境的水动力能量相对更低。

从地震图上可观察到哈得逊区块一间房组明显加厚(图 6)，哈得逊区块生物礁发育于台内缓坡坡折处，坡折处受波浪作用的影响最大，易于生物礁生长。因此，一间房组沉积时期的颗粒滩为台内颗粒滩。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 塔北地区奥陶系地震响应特征及沉积模式 Fig. 6 Seismic response characteristics and sedimentary models of the Ordovician in Tabei area

良里塔格组颗粒滩受构造挤压，尤其在台地隆起与凹陷表现更加剧烈，同时受海侵影响，水体加深。浅水与深水交接处水体能量高，水体循环快，氧气充足，养料供给充分，碳酸盐产生速率大，导致隆起边缘形成明显的台地带状镶边。因此，良里塔格组沉积时期的颗粒滩为台缘颗粒滩。

通过对塔北地区地震、钻测井、岩心资料的整合，首先分析塔北地区奥陶纪古地貌，识别区内单井颗粒滩微相类型，统计单井的颗粒岩厚度与层组地层厚度比值，把颗粒质量分数大于30%的地区定为滩。在此基础上探寻颗粒滩的分布规律，并勾画颗粒滩分布的平面图。

一间房组沉积时期，塔北台地以塔北古隆起为中心向南倾斜，颗粒滩体连片状分布，横向连续性好，由东到西从轮古东—哈德逊—哈拉哈塘地区的LN48，LN621，LG392，LG35，HD17，HD13，Ha601-4等取心井的一间房组内均发现有瓶筐石生物障积礁，礁体厚度一般小于5 m[图 7(a)]。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 塔北地区奥陶系颗粒滩分布 Fig. 7 Distribution of Ordovician grainstone shoals in Tabei area

良里塔格组台缘缓坡带围绕古隆起呈环状窄带分布。缓坡之上沿轮古东—H6井区—新垦—YM32井区的良里塔格组地层厚度达80~120 m，向南缓坡之下沿哈得—热普—金跃—YM2井区的良里塔格组地层厚度小于30 m，向北良里塔格组地层厚度向尖灭线附近明显减薄[图 7(b)]，颗粒滩厚度约8~30 m，层组中颗粒岩段厚度与地层厚度比值小于35%。受中奥陶世古隆起的控制，台缘颗粒滩呈片状分布于台缘洼地中。在轮古地区的LG39，LG391，LN63等取心井中，于良里塔格组上部发现台缘生物礁丘，多数为小型障积礁，推测此处生物礁丘零星发育与局部高位。

一间房组和良里塔格组都经历过前期海侵、后期缓慢海退的过程，但颗粒滩体的发育程度、滩体厚度、生物礁大小及礁滩分布等均具有较大差别。控制颗粒滩体发育的主控因素主要有海平面相对升降、水体能量大小和古地貌等。

在碳酸盐台地内，滩体的发育要求沉积能量较高，而沉积界面是否位于浪基面附近的高能界面则取决于海平面升降变化引起的海水深度、动荡程度和水动力条件等的变化^[2]，它们共同控制着颗粒滩的发育和垂向沉积组合。鹰山组沉积时期，持续海侵，碳酸盐岩生长速度慢于海平面上升速度，表现为保持型碳酸盐岩沉积体系。持续的海侵，保证了水体的循环和可容性空间的增长。到一间房组沉积时期，地层因受挤压应力而抬升，造成等效海退，碳酸盐岩生长速度超过海平面上升速度，同时台地位于浪基面附近，水体浅，受强波浪作用，发育片状颗粒滩，并不断垂向加积[参见图 7(a)]。吐木休克组沉积时期，发生快速且大面积海侵，水体深度较深，台地曾一度成为淹没台地。进入良里塔格组沉积时期，虽缓慢海退，但台地仍大部分处于较深水体中，并未发育滩体，直到沉积后期，海平面缓慢下降，水体逐渐变浅，浅水与深水交接处水动力增强，开始局部沉积颗粒滩[参见图 7(b)]。

海水总体能量的回升为增加颗粒滩可容性空间提供了保障，快速海侵、缓慢海退的海水升降样式更有利于颗粒滩的发育演化^[11]。塔北地区奥陶系颗粒滩体的发育皆是在先期海侵、后期缓慢海退的环境中形成的，但由于良里塔格组沉积时期所处的水深大于一间房组沉积时期，水体能量也远小于一间房组沉积时期，使得良里塔格组碳酸盐岩生长速度相对更慢，所发育滩体规模、大小和横向展布等远不如一间房组。

虽然台地的定义泛指以相对平坦的碳酸盐岩沉积为主，且为地形较平坦的浅水沉积环境^[9]，但由于台地内同沉积构造活动差异或继承性古隆起控制的水下隆起，仍存在次一级凹凸起伏变化^[12]，台地内部仍有洼地、隆起、缓坡等次级构造。一间房组沉积时期，塔北台地初具雏形，阿满台盆为浅水台盆，塔北台地内地形平缓，向南为单斜缓坡过渡到阿满台盆，具有宽缓的古海底地貌。这一地貌一方面为海底高能沉积提供了基本的水动能条件，另一方面宽缓的海底地形不仅有助于形成连续性好且颇具规模的颗粒滩^[3]，也有利于生物礁的生长。良里塔格组沉积时期，由于构造挤压活动及持续海侵，使得阿满浅水台盆转为较深水台盆，受挤压应力影响，塔北南部缓坡渐转为斜坡，塔北台地范围进一步减缩，台地边缘变窄、变陡。窄且陡的海底地貌进一步削减了水体波浪能量，使得良里塔格组未发育厚层颗粒滩，仅发育有中厚层颗粒滩和相对低能的藻类障积礁。

台地内部不同的次级构造影响了颗粒滩垂向沉积特征。台地内部水下隆起发育厚层颗粒滩体，水下缓坡坡折处发育点礁[参见图 7(a)]。早古生代的钙质微生物、钙藻和后生动物礁更倾向于中—富营养环境^[13]，迎风一侧的缓坡坡折处，受到强波浪作用，携带丰富营养物质和氧气的水流首先抵达缓坡坡折处，使得缓坡坡折处率先富集营养物质。同时，强波浪和海流作用形成动荡且清澈的水体，这些因素都非常利于生物礁的生长。

塔北地区奥陶系碳酸盐岩岩溶储层的储集空间主要为粒内溶孔、溶蚀孔洞和裂缝等。岩溶型储集空间是在碳酸盐岩经历了多期次岩溶的叠加改造作用下形成的。张学丰^[14]等的研究表明，在加里东中期Ⅰ幕、Ⅱ幕、Ⅲ幕、海西早期和海西晚期共发生了5个阶段的同生—表生岩溶作用，均对塔北地区奥陶系产生了不同程度的影响。颗粒滩体的发育为岩溶作用提供了良好的物质基础，质纯、性脆、少灰泥等皆有利于岩溶作用和裂缝的发育。早期对塔北地区储层的讨论主要集中于一间房组和鹰山组，认为塔北地区良里塔格组发育瘤状灰岩，是盖层发育段，或者认为其只在局部发育储层。但目前，从塔北哈拉哈塘地区钻取的岩心中，观察到良一段和良三段发育颗粒灰岩，并见有溶蚀孔洞，且H803井、RP4 C井、RP1 C井的良三段在试采时获得工业产能。虽然良里塔格组的颗粒滩体发育状况和规模不如一间房组，但其台缘相带上发育的颗粒滩体仍可发育优良储层。良里塔格组主要受加里东中期Ⅱ幕岩溶作用影响，地层轻微抬升，部分被剥蚀^[14-15]，内部形成有效储集空间，是潜在的油气储集层位。因此需对良里塔格组进行重新认识，加强对塔北地区良里塔格组地层、沉积演化、成岩作用等的研究。

(1) 塔北地区一间房组颗粒滩微相主要为内碎屑滩、藻粒滩、生屑滩和鲕粒滩等。内碎屑滩和藻粒滩占主要，生屑滩和鲕粒滩次之。颗粒发育层段对应低GR值，平均值为10~15 API，GR曲线形态呈笔直状。颗粒滩垂向沉积组合为高能厚层加积式颗粒滩和点礁。

(2) 塔北地区良里塔格组颗粒滩微相主要为内碎屑滩、藻粒滩、生屑滩、鲕粒滩和核形石滩等。藻粒滩和生屑滩占主要，内碎屑滩、鲕粒滩和核形石滩次之。颗粒滩发育层段对应GR平均值为30~35 API，GR曲线形态呈微锯齿状和箱型。颗粒滩垂向沉积组合为中厚层加积式颗粒滩和生物礁丘。

(3) 颗粒滩体的发育主要受水体能量和古地貌的控制。一间房组沉积时期，海底地形宽缓，水体较浅，广泛发育颗粒滩，属台地内部颗粒滩。滩体连片分布，横向连续性好。良里塔格组沉积时期，受构造和海侵影响，台地围绕古隆起核部呈环状窄带分布，水体较深，滩体呈片状分布于台缘洼地中，属台缘颗粒滩。良里塔格组颗粒滩发育规模和大小虽不如一间房组，但其台缘带上发育的颗粒滩体受加里东中期Ⅱ幕岩溶作用影响，可发育优良储层，为塔北地区潜在的油气储量层位。