陆相断陷盆地页岩岩相组合类型及特征：以济阳坳陷东营凹陷沙四上亚段页岩为例

Types and Characteristics of Shale Lithofacies Combinations in Continental Faulted Basins: A Case Study from Upper Sub-Member of Es ₄ in Dongying Sag, Jiyang Depression

摘要

目前尚未有划分陆相断陷盆地页岩岩相组合的研究成果和技术方法，不同页岩岩相组合的基本特征还需要进一步明确.在页岩油井取心井段岩心精细观察描述的基础上，利用岩石薄片观察和X射线‒全岩矿物衍射分析明确取心段页岩的基本岩石和岩相类型，通过主要矿物成分及主微量元素测试分析，提取济阳坳陷古近系页岩沉积古环境信息；依据四古环境（古气候、古物源、古盐度、古水深）基本特征，按照沉积环境相似性以及内部结构均一性等原则对东营凹陷沙四上亚段页岩层系进行岩相组合划分，建立了基于沉积环境主控的页岩岩相组合分级划分方案，并结合储层和有机地化分析测试明确了主要岩相组合的储集性和含油性特征.结果表明：（1）东营凹陷沙四上页岩是典型的富碳酸盐页岩（碳酸盐质页岩）和混积型页岩，纹层特征显著，孔隙类型多样，层理缝和构造缝较发育，有机质丰度高，演化程度中等‒低，埋藏深、压力系数高.（2）依据沉积构造部位、古环境，东营凹陷沙四上亚段页岩可划分为8类岩相组合，在盆地中心以发育基质型碳酸盐质页岩岩相组合为主、块状白云岩夹层型页岩岩相组合为辅，在北部陡斜坡带主要发育砂岩夹层型页岩岩相组合，在南部缓斜坡带主要发育块状白云岩夹层型以及纹层状灰质泥岩和白云岩互层等页岩岩相组合.（3）一般地，作为细粒沉积的主体，东营凹陷洼陷中心沙四上亚段基质型页岩层系自底至顶依次发育纹层状泥质灰岩夹块状白云岩相、纹层状泥质灰岩和白云岩互层相、纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层相、纹层状泥质灰岩夹灰质泥岩相、层状泥质灰岩和灰质泥岩互层相、层状泥质灰夹灰质泥岩相等，揭示沉积古环境由干旱、咸水、半深水、少物源向半湿润、半咸水、深水、较多物源的变化.（4）纹层状泥质灰岩夹灰质泥岩组合以及纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层组合最为发育，储集空间类型多样、大孔径孔隙占比高且连通性较好；纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层含油饱和度相对较高，也是目前济阳坳陷页岩油获得突破的一种有利岩相组合类型；纹层状泥质灰岩夹块状白云岩组合具有较好的含油性和脆性.进一步分析不同岩相组合的基本地质特征及含油性特征、厘定主要页岩岩相组合的发育分布特征对陆相断陷盆地页岩油勘探具有现实的指导意义.

关键词

页岩岩相组合 / 沉积环境 / 储集空间 / 含油性 / 断陷盆地 / 东营凹陷 / 石油地质学

Key words

shale / lithofacies combination / sedimentary environment / reservoir space / oil-bearing / faulted basin / Dongying Sag / petroleum geology

我国东部断陷湖盆古近系发育的泥页岩厚度大、有机质含量高、分布范围广，且普遍处于生油高峰阶段，资源潜力巨大.页岩油将是常规油气的主要接替类型之一，更是中国东部成熟探区油气的现实接替阵地之一（郭旭升，2022；邹才能等，2022）.根据我国第三轮全国油气资源评价结果，初步估算东部断陷盆地古近系页岩油可采资源量56.59×10⁸ t（武晓玲等，2013；张顺等，2016；宋明水等，2020）.济阳坳陷页岩油勘探经历了从认识‒实践到再认识‒再实践不断探索的过程，有50余年的勘探历史，可分为勘探偶遇（1972-2006年）、主动探索（2006-2013年）、创新突破（2014年至今）三个阶段.目前，通过YYP1、FYP1、BYP5井风险勘探，已突破超压、中等热演化、富碳酸盐纹层状基质型与超压、高热演化、富碳酸盐层状基质型页岩油，证明济阳坳陷页岩油勘探已取得多点突破，首批上报预测石油地质储量4.58×10⁸ t，对于东部老油田持续稳定发展具有重要意义.

相较于粗碎屑沉积岩和海相页岩，陆相断陷湖盆深水细粒沉积岩（广义页岩）岩相类型更加丰富（Loucks and Ruppel，2007；姜在兴等，2013；MacQuaker et al.，2014；陈世悦等，2016；刘早学等，2022）.前人根据岩心观察、薄片鉴定及X-衍射全岩矿物分析资料，基于岩石组分、沉积构造、有机质丰度等将济阳坳陷古近系页岩划分为纹层状、层状和块状3类16种岩相，认为沙三下‒沙四上页岩层系主要发育6种岩相，即富有机质纹层状泥质灰页岩相、富有机质纹层状灰质泥页岩相、富有机质层状泥质灰页岩相、富有机质层状灰质泥页岩相、含有机质层状泥质灰页岩相、含有机质块状泥岩相（张顺等，2014；宁方兴，2015；王勇等，2016；宋明水，2019）.在“十三五”页岩油勘探攻关阶段，胜利探区页岩油科研和生产人员以岩相为纽带和研究单元，连接了页岩宏观和微观特征，对于页岩油甜点评价和勘探突破发挥了重要的基础作用.

尽管关于页岩岩相的研究取得了阶段成果认识，随着取心井数量增多，研究者们发现不同类型岩相垂向叠置关系复杂、相变快，单类岩相垂向厚度从几厘米到几米不等.而陆相页岩油钻探目标和压裂改造的对象是一套厚度几十米的、包含了多种岩相类型的页岩层系（段）或单元，而且大部分获得高产油气流井往往钻遇多种岩相，并非单一岩相出油，多类型页岩组合而成的岩相组合是页岩油勘探生产的评价对象；这些获得产能突破的井在部署评价过程中，也进一步证实了厚度20~50 m的页岩岩相组合是开展济阳坳陷页岩油评价更有效的抓手和基本单元.

目前尚未有关于页岩岩相组合划分的研究成果和技术方法，发育在不同沉积构造位置的夹层与页岩基质的组合方式并不明确，这直接影响了页岩油目的层组的确定和有利目标区的优选效果.因此，亟需形成一种陆相页岩岩相组合划分方法.东营凹陷是济阳坳陷内典型的断陷湖盆，页岩层系岩石、岩相类型丰富，目前古近系沙河街组四段上亚段（沙四上亚段）的中等演化程度页岩油勘探获得突破.本文以济阳坳陷东营凹陷沙四上亚段页岩层系为研究对象，对系统取心井（牛页1井、樊页1井）、新探井和获得页岩油产能突破的井（樊页平1井）页岩样品进行地质和地化分析测试，落实沙四上页岩基本特征，开展沉积古环境分析，划分页岩岩相组合，并对主要页岩岩相组合储集性和含油性特征进行剖析.这对于济阳坳陷页岩油勘探开发工作有重要的理论和应用价值.

1 东营凹陷页岩油特征

济阳坳陷东营凹陷古近系页岩油主要发育于断陷盆地半深湖‒深湖细粒沉积相区，以烃源岩发育层段沙河街组三段下亚段（简称沙三下亚段，可分为4个层组）、沙河街组四段上亚段（简称沙四上亚段，可以细分为纯上、纯下两个次亚段，其中纯上又可以分为4个层组）为主，在凹陷的博兴、牛庄、利津和民丰4个洼陷均发育厚度不等的页岩.目前主要在博兴和牛庄洼陷的沙四纯上2、3小层页岩油勘探获得战略性突破.不同于北美中、古生代海相克拉通盆地，东营凹陷作为我国陆相断陷盆地的典型代表，页岩具有以下特征：页岩等细粒沉积体系分布广、有效厚度大，多数洼陷富有机质页岩厚度可达300~500 m以上；页岩油资源潜力大、丰度高；碳酸盐矿物含量高，平均含量接近50%，以方解石为主、（铁）白云石次之，富碳酸盐页岩纹层特征显著；孔隙类型多样，层理缝和构造缝较发育；有机质丰度高，TOC含量主体为1.5%~6%，最高为10.24%；有机质成熟度以中、低热演化程度为主；埋藏深，压力系数高（普遍>1.2），自然能量充足，页岩油日产量高.

2 页岩岩相组合分类

2.1　页岩岩相类型

岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合（姜在兴等，2013；操应长等，2017），是根据其岩石学（物理的、化学的和生物的）特征与相邻单元进行区别的岩石单元.国外岩相研究多集中在海相、海陆过渡相泥页岩，以层理、结构、生物群、成分、成因及纹理、矿物成分等为依据，对页岩进行岩相划分（Schieber，1999；Hickey and Henk，2007；Abouelresh and Slatt， 2012；Milliken et al.， 2012）.国内学者们（马文辛等，2012；梁超等，2012；王冠民等，2012；付金华等，2013）对于岩相的划分主要依据岩性和岩石构造特征.主要在沉积成因限制下，依据矿物成分、岩石类型、沉积构造、颜色、有机质含量、其他混入物等特征，对岩相进行大类及亚类的划分，并进行测井识别，开展岩相垂向演化及平面展布特征研究（邓宏文和钱凯，1990；姜在兴等，2014；张顺等，2014；袁选俊等，2015）.目前页岩岩相划分方法逐渐向以岩石组构参数为基础、融入一定的沉积成因特征的精细分类方向发展，向方便于页岩油气储层评价与开发的实用性方向发展.

在针对济阳坳陷沙四上‒沙三下亚段页岩岩相的研究中，前人认为东营凹陷沙四上亚段页岩层系主要发育富有机质纹层状泥质灰岩相、纹层状灰质白云岩相、纹层状灰质泥岩相，其次发育层状或者弱纹层状泥质灰岩和灰质泥岩相（姜在兴等，2014；张顺等，2014），此外还发育少量层状或块状泥质白云岩相，仅在局部层段富集，并对主要岩相类型的储集性和含油性进行了分析，优选出有利岩相类型（姜在兴等，2014；陈世悦等，2016）.总体上，这套典型的陆相断陷盆地页岩层系的岩相垂向变化较快，垂向叠置样式多样，但目前尚未针对岩相组合叠置方式进行研究和分析，对页岩岩相组合的划分尚未展开.

2.2　页岩岩相组合划分依据和原则

页岩岩相组合划分不是简单地将几类岩相进行组合，而是要综合考虑多种控制因素，从而具有勘探地质意义.沉积环境是形成沉积岩特征的决定因素，气候、物源、湖水介质性质以及水深等控制了半深湖‒深湖不同类型泥页岩等细粒沉积岩的发育分布（陈世悦等，2017；Lü et al.， 2017）.断陷湖盆沉积环境复杂多变，而细粒沉积由于处于深水环境，岩石矿物成分、沉积构造、有机质丰度等记录的古环境信息更为完整和丰富（Krumbein，1932；Milliken et al.，2013；周立宏等，2018），因此将沉积环境作为岩相及其组合类型划分的首要依据.鉴于页岩油甜点评价和分布预测的需求，通过伽马曲线及测井和岩心资料，对测井数据进行熵频谱分析，识别不同级次的旋回，划分层序界面，分析岩相及其组合样式，进而在层序地层格架下结合测井资料的识别能力分析岩相组合横向的发育分布特征.

从岩相组合的内涵出发，把握沉积环境相似性和内部结构均一性两个原则，从而使页岩岩相组合划分研究有理论依据和地质意义，将页岩层系划分为成因有意义、测井可识别的地层单元.

2.3　页岩岩相组合划分方案

按照上述划分依据和原则，对济阳坳陷古近系页岩层系进行岩相组合划分：首先通过页岩油井取心井段岩心观察，初步分析取心段页岩的基本岩石和岩相类型；在此基础上对页岩沉积环境进行分析，对主要岩石和岩相类型的页岩进行样品的选取，完成矿物成分、主量微量元素分析等测试，并根据矿物含量和元素提取古环境信息（古气候、古物源、古盐度），对沉积环境相似的页岩进行岩相组合分类，完成页岩岩相组合的一级划分.在岩相组合大类划分的基础上，结合测井响应（自然伽马、深侧向电阻率、声波时差等测井曲线特征）对其进行二级划分.对于砂岩和碳酸盐岩夹层发育的页岩岩相组合的划分还应考虑夹层的厚度、规模、分布特征等.

命名要充分反映岩相类型及其组合方式，以最主要的岩相类型为主名，在沉积环境约束下、限定的岩相组合内部，当不好区分哪类岩相占主导时，采用A岩相和B岩相“互层”命名；当确定一类岩相（A）为主、另一类岩相（B）为辅时，采用A岩相“夹”B岩相命名；当有一定规模的夹层（C）发育时，把夹层（C）放在主名之后，如“A和B互层夹C”、“A夹C”等，名称中一般不超过两种岩相类型.

2.4　古环境恢复及页岩岩相组合划分标准

在划分方案的基础上，将划分依据和主要考虑因素标准化，使页岩岩相组合划分具有更强的可操作性.古环境恢复主要包括古气候、古物源、古水深、古盐度等方面，通常采用矿物含量及地球化学元素分析古沉积环境.

气候是引起细粒沉积环境变化的根本因素.古气候可以通过Sr/Mg、Mg/Ca、Sr/Ca等元素比值表达，比值下降，对应温度升高，比值升高则温度降低；Ba/Sr比值大，指示较暖湿的气候，反之指示较干冷气候（张新荣等，2011；彭雪峰等，2012）.也可以通过干湿指数（∑（Fe+Mn+Cr+V+Co+Ni）/∑（Ca+Mg+Sr+Ba+K+N））对古气候进行定量分析，干湿指数越大，气候越潮湿，反之则越干旱（杨万芹等，2015）.干湿指数介于0~0.1，指示干旱；干湿指数介于0.1~0.2，指示半干旱；干湿指数介于0.2~0.4，指示半湿润；干湿指数介于>0.4，指示潮湿.

古物源主要指陆源供给量.一般岩石组分中，碳酸盐岩是原生的，粘土矿物和长英质是陆源输入的，物源供给主要根据页岩层系不同岩相类型长石和石英占总矿物百分含量得到：长英质矿物含量<30%，少物源供给；长英质矿物含量为30%~50%，中等物源供给；长英质矿物含量>50%，多物源供给.东营凹陷沙四上亚段页岩物源主要集中在20%~70%，从沙四上亚段底部至顶部，物源逐渐增加，从较少物源到较多物源.盐度是指介质中所有可溶盐的质量分数.古盐度主要根据Freundlich吸收方程得到（杨万芹等，2015），盐度计算公式为lgB _k=1.28lgS _p+0.11，式中B _k为高岭石校正硼含量（10^-6），S _p为古盐度（‰）.盐度值<1.0‰，淡水；盐度值介于1.0‰~5.0‰，微咸水；盐度值介于5.0‰~15.0‰，半咸水；盐度值介于15.0‰~30.0‰，咸水；盐度值介于30.0‰~50.0‰，盐水.地球化学元素能反映相对古水深，在实际应用中较常用的是Fe/Co.一般情况下，随着水深加大，湖水中游离氧减少，还原性逐渐增强，Fe/Co可以指示古湖水相对深度，Fe/Co值与相对水深成反比.本次研究古水深主要通过公式H=HV/FV，其中HV为平均水深（已知），FV为Fe/Co平均值：水深<20 m，浅水；水深介于20~50 m，半深水；水深介于50~70 m，深水.对于没有取心无法进行元素和矿物含量测试的井段，可以根据元素俘获测井（ECS）资料获取元素资料；可以通过测井资料建立解释模型进行矿物含量的解释.

图3是东营凹陷牛庄洼陷牛页1井沙四上亚段页岩层系综合柱状图，古环境恢复结果显示，整体上从下至上古气候由半湿润演变为湿润、碎屑物源由少物源演变为多物源，水体由浅水演变为深水、由盐水演变为半咸水、由强还原演变为还原（刘惠民等，2020）.在深度域上对牛页1井GR测井数据序列进行频谱分析，结果显示优势频谱峰值分别对应于小波分析图上的旋回，其比值与轨道周期吻合.其中长偏心率旋回与沙四上亚段细分层对应关系较好，初步判断这些沉积旋回为米兰科维奇旋回.结合岩相组合划分方案、环境划分标准及层序旋回特征，牛页1井纯上次亚段自底部至顶部依次发育层状泥质灰岩夹白云岩组合（LST）、纹层状泥质灰岩和白云岩互层组合（TST1）、纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层组合（TST2）、纹层状灰质泥岩夹泥质灰岩组合（HST1）、层状泥质灰岩与灰质泥岩互层以及层状泥质灰岩夹灰质泥岩组合（HST2）.

3 主要页岩岩相组合的储集性、含油性特征

3.1　基质型岩相组合

3.1.1　纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层（A）

纹层状泥质灰岩相和纹层状灰质泥岩相是济阳坳陷古近系最为发育的岩相类型（根据方解石晶体形貌，又可进一步分为泥晶泥质灰岩、细晶泥质灰岩和粗晶泥质灰岩），富有机质纹层状粗晶泥质灰岩是最有利的储集岩相类型，在实际的勘探实践中也被认为是优势岩相.纹层状泥质灰岩和灰质泥岩频繁互层（图4，图5），构成了沙四上亚段中部最为发育的岩相组合.东营凹陷博兴洼陷樊页平1井获得产能突破的层段主要是此类岩相组合，与牛庄洼陷的区别在于方解石纹层的晶体形貌，其沙四上亚段页岩主要为纹层状泥晶/细晶泥质灰岩（图5）.镜下观察显示纹层特征显著，多数纹层平直，细/亮晶方解石纹层与富有机质粘土层（或有机质层/粘土层）界限清晰，揭示了少陆源碎屑物质输入和浊流等事件沉积扰动，为水体分层条件好、偏安静的水体环境.

干湿指数介于0~0.2，Sr/Ba介于0~5，古水深参数Th/U集中在20~50.总体上，纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层岩相组合的沉积环境为半湿润、少物源、咸水.湖泊咸化造成水体密度变大，形成了较为稳定的水体分层条件，减少了水渗入及生物扰动，从而有利于有机质和纹层的保存.因此，该岩相组合指示了弱‒静水环境，且有机质含量普遍较高.当气候开始变湿润时，岩相组合中灰质泥岩比例开始减小，向纹层状泥质灰岩夹灰质泥岩过渡.

前人应用东营凹陷的3口系统取心井（牛页1、利页1和樊页1井）对纹层状页岩的储集性和含油性等基本特征进行了研究，普遍认为纹层状泥质灰岩和灰质泥岩的储集空间类型丰富、含油性条件较好（陈世悦等，2016；张顺等，2016）.对樊页平1井导眼取心段纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层组合进行重点分析测试，结果显示方解石晶间孔及晶间溶蚀孔及伊蒙混层I/S晶间孔普遍发育（图6），当纹层状泥质灰岩中方解石为亮晶结构且方解石的不同期次生长已经驱使页岩组构分离和脱节时，指示超压流体存在，容易产生近水平层间微缝（图6b），当晶体完整且接受含烃酸性流体改造时，在亮晶方解石层的内部晶间孔连通合并形成孔径达几十微米的大孔.

TOC介于0.62%~5.37%，超过50%的样品>2%；热解S ₁和S ₂均差异较大，热解S ₁介于0.99~3.05 mg/g，S ₂介于2.26~23.39 mg/g，T _max介于441~456 ℃.牛55-斜1井该岩相组合的TOC集中在2.17%~2.92%（表2 ），平均值为2.75%，热解S ₁平均值为3.89 mg/g，热解S ₂平均值为12.02 mg/g.含油饱和度差别较大，樊页1井该岩相组合含油饱和度平均为24.82%，而樊页平1井沙四上亚段该岩相组合的含油饱和度集中在44%~86%.R _o变化范围较大，以获得产能突破的页岩层段为例，博兴洼陷沙四上该岩相组合R _o集中在0.75%~0.83%，牛庄洼陷该岩相组合R _o总体小于博兴洼陷，平均值为0.65%，这与牛庄洼陷较高的地温梯度有关.总体上，纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层岩相组合基本处于主生油窗内，较高的有机质丰度和适宜的成熟度条件为页岩基质提供了充足的页岩油资源.

3.1.2　层状泥质灰岩夹灰质泥岩相组合（B）

该岩相组合类型主要发育在博兴洼陷和牛庄洼陷沙四上亚段中上部（纯上1小层底部和纯上2小层底部），岩心上表现为富有机质层状泥质灰岩相和富有机质层状灰质泥岩相互层，此外，间或发育少量纹层状泥质灰岩.镜下观察显示主要矿物呈现定向或弱定向组构，灰泥透镜体大小不一（200~ 500 μm）、断续分布，局部纹层连续性较好（图7），少量长英质矿物零星分布，成分混积特征较为显著；相较于其他页岩岩相组合，纹层欠发育，揭示水体深度、咸度和分层性弱于纹层状页岩岩相组合.微量元素测试结果显示，Sr/Ba比值平均为2.24，干湿指数平均为0.22，揭示该岩相组合主要形成于气候半潮湿、半咸水、半深水‒浅水、较多物源的还原环境.由于气候相对开始趋于湿润，水体较深，气候季节性控制沉积作用弱，因此，页岩以层状构造为主，发育少量的纹层状构造，且相较于岩相组合A，纹层不够发育，部分样品纹层界限不清晰、难识别（图6c）.陆源碎屑物源输入量较大也是该岩相组合的典型特征，牛页1井3 350~3 390 m超过50个样品的XRD全岩矿物衍射数据显示，石英矿物平均含量超过30%，高于岩相组合A.

由于纹层界限总体不够显著，微观非均质性弱于纹层状页岩岩相组合，镜下观察层状灰质泥岩和灰质泥岩样品，不同类型矿物接触关系较紧密，总体呈定向‒半定向组构.岩石密度平均为2.39 g/cm³.孔隙类型以粘土矿物晶间孔和方解石晶间孔为主，方解石溶蚀孔（孔径2.5~3.5 μm）中分布小石英晶体，还发育少量石英和长石等粒间孔，方解石重结晶晶间孔和白云石溶蚀孔不常见；泥质层微裂缝缝宽<1.0 μm，孔隙和裂缝的沟通性较差，很难形成有效的储集空间网络.储集物性方面，岩心常规分析结果显示孔隙度集中在7.60%~11.00%，平均9.15%，核磁共振测试孔隙度平均值6.87%；水平渗透率介于（0.30~8.28）×10^-3 μm²，平均为0.52×10^-3μm²，这与岩相组合纹层和层理欠发育有关，垂直渗透率平均为0.09×10^-3 μm².

TOC集中在2.90%~4.12%（表2），平均为3.14%，热解S ₁和S ₂平均值普遍高于纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层组合，含油饱和度平均为28.9%.

3.1.3　纹层状泥质灰岩和白云岩互层（C）

主要发育于盆地南部凹陷中心和南部缓坡带沙四上亚段页岩层系的中下部.该岩相组合发育的岩石类型较复杂，从矿物成分上看有泥质灰（云）岩、灰（云）质泥岩、含灰白云岩、含云泥质灰岩（图9）.偶见陆源碎屑白云岩主要以夹层形式产出，厚度集中在30~ 150 cm，以纹层状或层状为典型的沉积构造特征.岩相类型多样，总体上以灰黑色纹层状灰质泥岩（含泥质灰岩）和白云岩互层或者纹层状混质灰岩夹褐色纹层状白云岩为主要组合特征（图9g）.对纹层状（含灰）白云岩夹层部分进行岩石薄片观察和X-射线全岩矿物衍射分析（表2），白云石含量最高达72%，部分样品混积及交代作用明显，可见白云石粉屑、微量黄铁矿和胶磷矿，Sr/Ba比值平均为5.27；纹层状白云岩及泥质灰岩的薄片观察均可见薄壳体小介形虫，部分呈长轴定向产出，反映具有一定水动力的半深水环境.白云岩集中发育段的干湿指数最低（<0.1）.镜下特征及环境参数特征均表明该岩相组合主要是气候干燥、物源少‒中等、半深水、咸水‒半咸水的强还原环境的产物.

储集空间类型丰富.岩心观察显示白云岩夹层部分宏观裂缝较为发育，裂缝以顺层延伸为主，有少量斜交缝和近直立的异常高压缝，缝宽集中在0.01~0.50 mm.扫描电镜观察可见白云石晶间孔，在方解石和白云石边缘或边角处可见溶蚀孔，多呈多边形或者不规则形；部分样品可见球粒状黄铁矿晶间孔和有机质收缩缝.部分裂隙中充填有机质与白云石，白云石较自形（图10）.部分溶蚀孔中充填白云石与有机质，白云石自形边缘被不规则交代（图10）.储集物性方面，孔隙度平均为15%，渗透率平均为21×10^-3μm².对纹层状白云岩样品进行CT扫描，结果表明，泥质云岩平均孔径为 330 nm，含云灰质泥岩平均孔径为220.6 nm，云质泥岩平均孔径为203 nm.低温氮气吸附实验结果显示，样品的孔隙主要介于40~80 nm，这也从一定程度上反映出白云石含量较高的夹层具有较高的渗透率，大孔径的孔隙比例较高.也表明了白云石在基质孔隙中的独特支撑作用，有利于基质孔缝系统的发育（滕建彬，2018）.

南部缓坡带该岩相组合TOC集中在1.77%~6.05%，平均值为5.07%，热解S ₁平均值为4.72 mg/g，热解S ₂平均值为15.99 mg/g，生烃潜量（S ₁+S ₂）平均值为20.71 mg/g.干酪根显微组分主要为腐泥组.盆地南部缓坡带埋深较浅，R _o介于0.43%~0.50%，岩相组合基本处于主生油窗内.岩石薄片及元素分析结果也证实了该岩相组合具有较好的含油性，图10为纹层状泥质微晶灰岩和角砾状含灰质白云岩，可见方解石晶间孔充填沥青质.

3.2　夹层型岩相组合

3.2.1　纹层状泥质灰岩夹块状白云岩（D）

主要发育于洼陷中心沙四上亚段底部，岩相类型包括灰黑色纹层状泥质灰岩、浅灰色块状白云岩及少量纹层状灰质泥岩.与岩相组合C的区别在于白云岩夹层主要呈块状产出，为浅灰色‒灰色，厚度为0.4~ 2.5 m（图10）.对块状白云岩夹层部分进行岩石薄片观察和X-射线全岩矿物衍射分析，岩石矿物成分主要为白云石（泥晶结构，含量为70%~83%），少部分泥质（其中泥级石英和长石含量为4%~16%，粘土矿物含量为4%~10%），微量黄铁矿，偶见陆源碎屑.岩石具有粒屑结构，粒屑成分主要为砂屑，部分粒屑重结晶结构不清，疑为藻类（图11）.不规则的白云石晶体直径主要为1~10 μm，多属于泥晶级别，在泥页岩纹层中分散分布或者零星出露.如果白云石是由文石或方解石被交代而形成，按照等摩尔方解石转化为白云石时体积缩小的原则，白云石周缘或多或少应有缩小体积的孔隙，而扫描电镜观察到白云石与方解石和其他矿物紧密接触，更类似于以化学沉淀方式直接从水体中沉淀的白云石，推测白云岩夹层的形成与生物成因有关.整体上，该岩相组合主要发育于偏干燥、少物源、咸水环境.

岩石薄片及扫描电镜观察结果显示，基质部分主要发育方解石（亮晶）晶间孔、粘土矿物晶间孔，其中亮晶方解石晶间孔孔径可达50 μm，纹层状泥质灰岩中发育片状伊蒙混层晶间孔和微裂缝、方解石晶间孔和晶间溶蚀孔以及方解石与粘土矿物之间有机质收缩形成的孔隙（王永诗等，2013）；在白云岩夹层内部，部分白云石晶间、藻骨架间及藻孔中后期充填亮晶方解石，因此主要发育泥晶白云石晶间孔和少量亮晶方解石晶间孔（图12）；发育少量微裂缝，如官17-斜10井3 221.34 m样品见一条垂直层理的裂缝，缝宽0.02~0.06 mm，裂缝局部后期溶蚀扩大为溶孔，孔内后期充填粗晶重晶石.核磁共振实验显示白云岩夹层孔隙度为12.24%，纹层状泥质灰岩孔隙度为17.24%.总体上，该岩相组合类型储集空间类型较丰富，有效孔隙和大孔隙占比较高，储集物性好.

通过岩石荧光扫描图片、荧光薄片观察页岩基质部分（纹层状泥质灰岩）和白云岩夹层部分的特征（图11），岩石荧光显示整体较强，白云石泥晶结构，发亮黄色荧光；微晶、亮晶方解石呈暗棕色荧光，且方解石晶间孔、缝中含油；富有机质粘土（含线状有机质）发暗黄色或黄绿色荧光（图12a）.岩心荧光扫描图像也显示块状白云岩夹层的荧光显示较强（图11）.

3.2.2　砂岩夹层型岩相组合

东营凹陷北部斜坡带（陡坡带）主要发育扇三角洲、近岸水下扇等砂砾岩体（王洪宝，2009）.这些砂砾岩体夹在巨厚的生油岩中，是油气成藏的有利条件.沙三下亚段至沙四上亚段沉积期，北部斜坡带主要发育远岸深水扇，近物源粗碎屑物质通过重力流水道供给至湖盆深水区，形成深水细粒沉积体系中厚度从厘米到米不等的砂岩夹层.

岩心观察和X射线全岩矿物衍射结果显示，北部斜坡带（陡坡带）页岩层系主要发育层状灰质泥岩相、纹层状泥质灰岩相、块状泥质粉砂岩和层状泥质粉砂岩岩相.砂岩夹层主要为含灰质/泥质细粒岩屑长石砂岩、中粗粒岩屑长石砂岩以及少量含砾粗砂岩等岩石类型.结合沉积环境特征分析和岩相纵向叠置关系，发现北部斜坡带主要发育层状灰质泥岩夹砂岩、纹层状泥质灰岩与灰质泥岩互层夹砂岩、块状砂岩夹层状灰质泥岩等岩相组合（王勇等，2016），可以根据夹层的发育分布特征对岩相组合类型进行再细分.层状灰质泥岩夹层状/块状砂岩岩相（高含量分散型）主要是微咸水、半湿润、多物源沉积环境的产物，也是最为常见的砂岩夹层型岩相组合.

以东营凹陷坨斜729井为例，沙四上亚段砂岩夹层主要包含泥质粗砂岩、泥质和灰质粉砂岩，砂岩单层厚度为0.4~3.5 m，镜下观察主要为泥质和灰质胶结，整体较致密.薄片观察显示孔隙类型主要为粒间孔和溶蚀孔（溶蚀孔主要为填隙物溶孔，少量粒内溶孔）（图13），孔隙形态多呈不规则形，孔径为0.05~0.20 mm.孔隙局部连通性中等，整体连通性较差，喉道类型为点状喉，喉径<0.01 mm.填隙物主要为泥质杂基和少量碳酸盐矿物（微晶‒细晶铁白云石和方解石胶结物）（图13）.以沙四上纯下次亚段3 501.70~3 517.00 m为例，核磁共振录井分析孔隙度为6.36%~19.62%，渗透率为0.88×10^-3μm²~1 324.37×10^-3μm²，含油饱和度为34.62%~54.86%；荧光薄片鉴定显示岩石孔隙连通性较好，整体发褐色荧光，荧光强度中亮.岩心常规分析结果显示孔隙度介于7.4%~21.1%.

总体上，东营凹陷沙四上页岩层系中岩相组合类型多样，纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层最为发育，在含油性和储集性上均为有利岩相组合，纹层状泥质灰岩夹块状白云岩在东营凹陷沙四上纯上底部广泛发育，具有较好的含油性和可压性.富碳酸盐岩页岩（碳酸盐质页岩）是东营凹陷沙四上页岩层系的主体，主要岩相组合特征总结见表3.

4 页岩岩相组合发育分布特征

在页岩岩相组合划分和基本特征分析的基础上，通过重点井岩心观察描述，结合主要页岩岩相组合测井响应特征，进一步明确岩相组合在盆地内纵向和横向的发育分布特征.

图14是东营凹陷一条典型的EW向剖面，在东营凹陷内次级洼陷（博兴洼陷、牛庄洼陷、利津洼陷等）沙四上页岩层系厚度大，主要发育（纹）层状泥质灰岩和灰质泥岩互层、（纹）层状泥质灰岩夹灰质泥岩等基质型页岩岩相组合，沙四上页岩层系底部发育（纹层状）白云岩夹层型页岩岩相组合，这几类岩相组合构成了盆地中心页岩的主体；在凹陷南部斜坡带和分隔洼陷的局部隆起，页岩层系厚度变小，纹层状白云岩发育的页岩岩相组合更为普遍；在东营凹陷北部陡坡带主要发育（纹）层状灰质泥岩夹层状砂岩等砂岩夹层型页岩岩相组合.

结合环境特征及层序旋回特征可知受沉积环境纵向演化控制，从低位域到湖侵域再到高位域，从下至上依次发育纹层状泥质灰岩夹白云岩、纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层、层状泥质灰岩和灰质泥岩互层、层状灰质泥岩夹泥质灰岩（图3，图14）.总体上，纵向上伴随气候干旱水体浓缩阶段以内源化学作用沉积的层状富灰岩相组合为主；气候湿润水体淡化阶段外来物源增加，以外源机械作用沉积的层状富粘土岩相为主；半干旱半湿润咸水阶段，以混源纹层状岩相最为发育，沉积环境控制了纵向岩相类型及组合样式.

横向自物源方向向盆地洼陷中心依次发育富有机质层状灰质泥岩夹砂岩相、富有机质（纹）层状灰质泥岩和泥质灰岩互层相、内源富有机质纹层状泥质灰岩夹灰质泥岩相和内源含有机质纹层状泥质灰岩夹纹层状白云岩相.总体上，横向上靠近湖盆边缘受外物源控制明显，主要发育以外源机械作用为主的块状/层状泥页岩岩相和砂岩夹层岩相；远离物源供给区，湖盆内部受季节气候控制明显，主要发育生物化学作用为主和生物化学作用‒机械絮凝作用为主的碳酸盐夹层岩相和纹层状/层状泥页岩岩相组合，沉积作用横向演化控制岩相类型及组合样式.

5 结论

（1）东营凹陷沙四上页岩层系岩石岩相类型多样，从矿物成分上看以碳酸盐质页岩为主.页岩岩相组合的划分就是依据古气候、古物源、古水深、古盐度等古环境特征及测井识别能力将页岩层系划分为成因有意义、测井可识别的地层单元，遵循沉积环境相似性和内部结构相对均一性等原则，对沙四上亚段（主要是纯上次亚段）页岩层系进行岩相组合划分.

（2）东营凹陷沙四上亚段页岩可划分为8类岩相组合，纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层、层状泥质灰岩夹灰质泥岩、纹层状泥质灰岩夹块状白云岩、纹层状泥质灰岩与白云岩互层、层状灰质泥岩夹层状/块状砂岩相是最典型的几类岩相组合，在储集空间类型、储集物性、有机地化参数以及测井响应等方面特征存在差异.纹层状泥质灰岩和灰质泥岩互层组合最为发育，在含油性和储集性上均为有利岩相组合，纹层状泥质灰岩夹块状白云岩在东营凹陷沙四上纯上底部广泛发育，具有较好的含油性和可压性.

（3）沙四上亚段沉积期沉积古环境由干旱、咸水、半深水、少物源向半湿润、半咸水、深水、较多物源变化.伴随古环境变化，自底部至顶部依次发育纹层状泥质灰岩夹块状白云岩组合、纹层状泥质灰岩和白云岩互层组合、纹层状泥质灰岩与灰质泥岩互层组合、层状泥质灰岩与灰质泥岩互层组合、层状泥质灰岩夹灰质泥岩组合等；凹陷中心以发育基质型碳酸盐质页岩岩相组合为主，在北部斜坡带主要发育砂岩夹层型页岩岩相组合，在南部缓斜坡带主要发育块状白云岩夹层型岩相组合及纹层状泥质灰岩和白云岩互层组合.

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基金资助

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目(2014CB239100)

国家专项(2017ZX05049)

国家自然科学基金项目(4217020748)