引言

受北美页岩油气成功勘探开发的影响，胜利油田2008年以后先后部署了罗69井、牛页1井、利页1井和樊页1井等4口细粒沉积岩系统取芯井，并以此为基础对济阳拗陷页岩油气投入大量研究工作，取得了一系列研究成果，内容涉及页岩油富集条件、主控因素、富集机理、赋存机理以及细粒沉积岩的岩相、沉积环境和沉积模式等方面^[1-8]。但对细粒沉积岩段岩相组合特征依旧认识不清，制约了胜利油田勘探、开发和研究进展。本文综合应用岩芯、薄片、全岩X射线衍射和恢复的古沉积环境等资料，分析东营凹陷沙四上—沙三下亚段细粒沉积岩段不同古沉积环境的岩相特征和成因，建立细粒沉积岩沉积模式。

1 地质概况

东营凹陷是济阳拗陷的一个次级凹陷，北部受陈南断层控制，埋藏深，而南部古近系逐渐向鲁西隆起超覆，埋藏浅。南为鲁西隆起，北以陈家庄凸起为界，西为滨县、青城凸起，东为青坨子凸起，总面积约5 700 km$^2$。在凹陷内发育利津、牛庄、博兴及民丰4个次级洼陷(图 1)^[9-11]。东营凹陷细粒沉积岩段主要发育于古近系沙三下亚段和沙四上亚段，这两套细粒沉积岩分布面积广，沉积厚度可达上千米，是进行细粒沉积岩沉积研究的理想场所。

2 岩相类型

岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合^[12]。为了精细分析东营凹陷沙四上—沙三下亚段细粒沉积岩段岩相组合特征，借鉴前人研究方法^[13-14]，应用岩芯观察、薄片鉴定及X--衍射全岩矿物分析等资料，根据岩石组分、沉积构造、TOC和碳酸盐的晶体结构等4个指标，确定本区3口系统取芯井(樊页1井、牛页1井及利页1井)的细粒沉积岩岩相。本区主要发育8种岩相^[15-18](图 2，图 3)。

2.1 富有机质纹层状隐晶泥质灰岩

岩芯颜色呈深灰色—灰黑色，具有明暗相间的纹层，纹层连续性好，多呈水平状、波状或透镜状。可见生物富集层、析出盐等，有机质顺层富集。薄片下，明暗相间纹层清晰，浅色层富方解石，方解石多呈隐晶状，深色层为富含有机质的黏土纹层，相对方解石纹层较薄；可见球粒状黄铁矿及有机质碎屑；有机碳含量多在2%$\sim$3%，碳酸盐矿物含量大于60%，石英+长石含量大于20%，黏土矿物含量大于10%。

2.2 富有机质纹层状微晶泥质灰岩

岩芯颜色为深灰色，具有比较明显的明暗相间纹层，纹层多为水平状，有的也呈透镜状。薄片下，富有机质泥质纹层与方解石纹层互层，方解石纹层相对泥质层较厚，方解石显微晶结构；有机碳含量在3%$\sim$4%左右的最多，碳酸盐矿物含量在50%以上，黏土矿物含量在10%左右。

2.3 富有机质纹层状灰质泥岩

岩芯颜色呈深灰色—灰黑色，具有纹层结构，纹层多呈连续水平状、波状或透镜状。常见植物化石和碳屑，也可见生物富集成层、大的鱼化石。薄片下，主要由碳酸盐纹层和富有机质黏土纹层组成，碳酸盐纹层主要由方解石组成，方解石呈隐晶结构；石英、长石等陆屑碎屑多呈分散状分布；可见顺层介形虫碎片、颗石藻；有机质弥漫状分布在黏土中，以2%$\sim$3%居多；黏土矿物和石英+长石含量略高于碳酸盐含量。

2.4 富有机质层状泥质灰岩

岩芯颜色灰白—深灰色，纹层不发育，但发育隐约层理，生物碎屑(介形虫，螺等)富集。薄片下，方解石与泥质均匀混杂，多为隐晶结构，呈透镜状产出，局部见微米级粉砂夹层，黄铁矿呈凝块状和散点状分布；有机质弥漫状浸染泥灰质，有机碳含量以2%$\sim$4%为主，成分上，碳酸盐含量略高于陆源碎屑含量^[6]。

2.5 富有机质层状灰质泥岩

岩芯颜色较深，可见隐约的层理，泥质层相对较厚。薄片下，深色层组分主要为长石、石英和黏土矿物，浅色层组分主要为方解石；偶见微米级透镜状砂条，交错层理，见大量生物碎屑(以介形虫为主)顺层分布，球粒状黄铁矿及有机质碎屑；有机质弥漫状浸染灰泥质，有机碳含量以2%$\sim$4%居多；成分上，陆源碎屑组分含量(黏土、石英、长石)略较高于碳酸盐。

2.6 富有机质块状灰质泥岩

岩芯颜色深灰色，呈块状。薄片下，主要是鳞片状结构的泥质，部分隐晶方解石，与泥质混杂不易区分，总体呈微显层状或块状构造。有机质、粉砂和泥质较均匀相混，呈矿物沥青基质或分散状产出^[19]。黄铁矿呈散点状分布。该岩相总体致密，裂缝不发育。有机碳含量大于2%。

2.7 含有机质层状灰质泥岩

岩芯颜色浅灰—深灰色，呈层状构造。薄片下，方解石隐晶结构，泥质鳞片结构，二者混杂分布，泥质含量高，略见定向排列。陆源碎屑成分主要为石英，粒级一般小于0.03 mm。黄铁矿一般为小球粒状，聚集成细条带或小团块顺层定向分布。见介形虫及其碎片。见磷质碎片，后期被铁白云石交代。炭质为小炭屑或炭片状分布泥质中。有机质部分聚集呈细条带状，部分浸染于泥质微孔中，有机碳含量小于2%。

2.8 含有机质层状膏质泥岩

岩芯颜色较浅，以明暗相间的薄互层为特征，暗层为膏质泥岩、灰质泥岩，浅色层为膏岩或泥质膏岩，石膏发育燕尾双晶；可见大量黄铁矿。薄片下，各组分成层性明显，可见纹理，纹理主要由不规则的膏质纹层和泥质纹层构成。膏质纹层主要由半自形板状细微晶硬石膏组成，泥质纹层含有机质，有机质呈分散状分布，有机碳含量很少，绝大部分都小于2%。

3 古环境恢复

细粒沉积岩岩相组合是其特定沉积环境的产物^[20]，因此，恢复细粒沉积岩形成的古环境对于研究细粒沉积岩岩相组合具有重要意义。参考前人古沉积环境的研究方法^[21-27]，综合应用多种方法恢复东营凹陷细粒沉积岩段沉积环境，结果见图 3。

应用因子分析法，从干湿指数、碳酸盐和陆源碎屑3个指标数据中提取古气候因子恢复古气候。干湿指数越大，气候越潮湿温暖，反之则越干旱寒冷。碳酸盐尤其是碳酸钙的含量可以很好地反映沉积物形成时的气候状况。沉积物中碳酸盐含量高，指示水体蒸发较强，气候偏干；碳酸盐含量低，则指示气候偏湿。当气候潮湿时，降水多，大量物源注入湖泊，带来较多的陆源碎屑；反之，气候干旱，沉积物中陆源碎屑会变少。因子分析法取值在0$\sim$0.6，值越大越潮湿，越小越干旱。

以考奇法盐度数据为依据，并结合古盐度与Sr/Ba值及伽马蜡烷的相关关系恢复古盐度。考奇法是Couch根据黏土矿物对硼的吸收比率关系，提出求取以高岭石含量为标准的校正硼含量，而黏土矿物从水体中吸收的硼的含量与水体的盐度呈双对数关系。锶钡法是常用的恢复古盐度的方法之一，Sr/Ba值是随着远离海岸而逐渐增大的，淡水沉积物中Sr/Ba值小于1，而海相沉积物中Sr/Ba值大于1。伽马蜡烷与高盐环境伴生，伽马蜡烷含量较高，指示较高的古盐度水体环境。统计结果表明，古盐度值在10‰$\sim$45‰。

综合应用Fe/Co、Fe/Mn和Th/U值等恢复古水深。近年来，一些学者利用地球化学元素恢复相对古水深。Fe/Co值加大，水体变浅；Fe/Co值减小，水体加深。一般浅水环境的Mn/Fe值要比深水环境的Mn/Fe值低得多。Th/U值与古水深有密切关系，即Th/U比值小趋向还原环境，沉积时水体相对较深；Th/U值大趋向干旱环境，沉积时水体相对较浅。统计结果表明，古水深在0$\sim$80 m。

综合应用Th/U、V/(V+Ni)和Pr/Ph等3个指标来恢复古氧化还原性。微量元素比值经常用来作为氧化还原环境的示踪，如V/(V+Ni)、Ni/Co及Th/U。利用元素比值法进行氧化还原性恢复时，选用不同判别指标可能得到不同结果。生物标志化合物可作为判别氧化还原条件的指标，还原环境易于形成植烷，氧化环境中则易于形成姥鲛烷。统计结果表明，其值在0$\sim$3，值越小还原性越强。

综合应用陆源碎屑含量、Ti含量和Al/Ca值等指标恢复古物源。陆源碎屑法主要利用碎屑分布受物源输入的控制这一特点进行古物源恢复的；某些微量元素可作为古物源的示踪剂，自生富集程度低，几乎被等量地转移到再沉积物中。统计结果表明，其值在0$\sim$100%，值越大物源越多。

4 不同古沉积环境的岩相组合特征

不同古沉积环境的岩相组合模式如图 4所示。

4.1 环境1

由于受沙四下干旱气候的影响，环境1整体是干旱、高盐度、浅水、弱还原、物源少的滨浅湖环境，以石膏岩、膏质泥岩、泥质灰岩及泥质白云岩为主。

在环境1底部，由于是水极浅的干旱盐湖环境，有机质丰度整体偏低，以含有机质岩性为主。水体分层差，以层状和块状结构为主。发育典型蒸发岩相—浅灰色石膏岩相夹含有机质层状膏质泥岩相。在环境1中部，由于陆源碎屑输入增加，石英和长石的含量增大，水动力较强，发育含有机质块状粉砂岩、含有机质层状云质泥岩和含有机质层状泥质白云岩。在环境1上部，发育富有机质纹层状泥质灰岩、层状灰质泥岩相和含有机质层状泥质白云岩(图 4a)。

4.2 环境2

环境2整体是半潮湿、半咸水、半深水、还原、物源较多的半深湖环境。陆源碎屑输入变化较为频繁，黏土矿物与碳酸盐矿物含量变化频繁，岩性以泥质灰岩为主。

泥质灰岩与灰质泥岩互层分布，泥质灰岩厚度大于灰质泥岩。在多期幕式动荡咸水环境下，碳酸盐纹层呈波状，结晶程度高，大多呈细微晶结构。下部发育富有机质纹层状微晶泥质灰岩与富有机质纹层状灰质泥岩互层组合，上部发育富有机质纹层状隐晶泥质灰岩与富有机质纹层状灰质泥岩互层组合(图 4b)。

4.3 环境3

环境3整体是潮湿、半咸水、半深水、还原、物源多的半深湖环境。陆源碎屑输入强，黏土矿物与碳酸盐矿物含量变化频繁，岩性前期以灰质泥岩为主，后期以泥质灰岩为主。

下部发育富有机质纹层状隐晶泥质灰岩与富有机质纹层状灰质泥岩互层岩相组合，富有机质纹层状灰质泥岩比富有机质纹层状隐晶泥质灰岩厚。上部由于陆源碎屑输入转弱，水动力变强，发育富有机质层状泥质灰岩与富有机质层状灰质泥岩互层岩相组合，富有机质层状泥质灰岩比富有机质层状灰质泥岩厚(图 4c)。

4.4 环境4

环境4整体是半潮湿、半咸水、半深水、强还原、物源较少的半深湖环境。陆源输入较环境3弱，岩性以泥质灰岩为主。由于较强水动力环境不利于水体的分层，层状岩性发育，仅在底部发育纹层状岩性，纹层状隐晶泥质灰岩多呈波状或透镜状。

下部发育富有机质纹层状隐晶泥质灰岩夹富有机质纹层灰质泥岩岩相组合，中部发育富有机质层状泥质灰岩夹富有机质层状灰质泥岩岩相组合，上部富有机质层状泥质灰岩与富有机质层状灰质泥岩互层岩相组合。下部灰质泥岩较薄，上部灰质泥岩较厚，反映了陆源碎屑输入由弱变强(图 4d)。

4.5 环境5

环境5整体是半潮湿、半咸水、半深水、强还原、物源少的半深湖环境。陆源碎屑输入弱，岩性以泥质灰岩为主。下部发育富有机质层状泥质灰岩与灰质泥岩互层岩相组合，灰质泥岩与泥质灰岩差不多厚。上部发育富有机质层状泥质灰岩夹富有机质层状灰质泥岩薄层岩相组合(图 4e)。

4.6 环境6

环境6整体是潮湿、半咸水、深水、强还原、较多物源供给的深湖环境，水深大于碳酸盐补偿深度(CCD)。在CCD以下的深湖环境，碳酸盐溶解速率大于供给速率而呈欠饱和状态，陆源输入强，灰质泥岩多于泥质灰岩^[28]，主要发育富有机质层状泥质灰岩和富有机质层状灰质泥岩互层岩相组合。

下部发育富有机质层状灰质泥岩和泥质灰岩互层岩相组合，富有机质层状灰质泥岩厚度大于富有机质层状泥质灰岩，上部是频繁的富有机质层状灰质泥岩夹泥质灰岩薄层组合(图 4f)。

4.7 环境7

环境7整体是半潮湿、微咸水、深水、强还原，多物源的深湖环境。在CCD以下深湖环境，碳酸盐减少，陆源输入较强，岩性以灰质泥岩为主。主要发育富有机质层状泥质灰岩和富有机质层状灰质泥岩互层岩相和富有机质层状灰质泥岩夹泥质灰岩岩相组合。

下部发育富有机质层状泥质灰岩和富有机质层状灰质泥岩互层岩相组合，富有机质层状灰质泥岩厚度大于富有机质层状泥质灰岩，上部发育富有机质层状灰质泥岩夹泥质灰岩薄层岩相组合(图 4g)。

4.8 环境8

环境8整体是半潮湿、微咸水—淡水、深水、强还原、深湖的环境。在CCD以下深湖环境，碳酸盐减少，陆源输入强，岩性以灰质泥岩夹泥质灰岩薄层为主。

下部由于水体是微咸水，水动力强，发育富有机质层状灰质泥岩夹富有机质层状泥质灰岩薄层岩相组合。上部由于水体主要是淡水，水动力较下部更强，湖底盐度分层消失，沉积物沉积速率快，以块状构造为主。主要岩相是富有机质块状灰质泥岩夹富有机质块状泥质灰岩薄层(图 4h)。

5 沉积模式

东营凹陷的系统取芯井利页1、牛页1细粒沉积岩相同演化阶段具有与樊页1相似的沉积序列，表明东营凹陷断陷湖盆沙四上—沙三下亚段细粒沉积岩沉积序列具有普遍性。

根据不同沉积环境的岩相组合特征分析，按照水体深浅的顺序，分滨浅湖、半深湖、深湖细粒沉积岩的岩相组合，建立东营凹陷沙四上—沙三下亚段细粒沉积岩沉积模式如图 5所示。

滨浅湖环境主要发育石膏岩、膏质泥岩、泥质灰岩和泥质白云岩。其岩相演化序列为石膏岩夹含有机质层状膏质泥岩相—含有机质层状云质泥岩—含有机质块状粉砂岩—含有机质层状泥质白云岩—含有机质层状灰质泥岩—富有机质纹层状隐晶泥质灰岩—富有机质纹层状微晶泥质灰岩—富有机质纹层状隐晶泥质灰岩—富有机质层状灰质泥岩—含有机质层状泥质云岩。

半深湖环境主要发育泥质灰岩与灰质泥岩互层，泥质灰岩略多于灰质泥岩。其岩相演化序列为富有机质纹层状微晶泥质灰岩与富有机质纹层状灰质泥岩互层岩相组合—富有机质纹层状隐晶泥质灰岩与富有机质纹层状灰质泥岩互层岩相组合—富有机质层状泥质灰岩与富有机质层状灰质泥岩互层岩相组合。

深湖环境主要发育灰质泥岩夹泥质灰岩薄层组合。其岩相演化序列为富有机质层状灰质泥岩夹富有机质泥质灰岩薄层岩相组合—富有机质块状灰质泥岩夹富有机质块状泥质灰岩薄层岩相组合。

6 结论

（1）本区细粒沉积岩主要发育富有机质纹层状隐晶泥质灰岩、富有机质纹层状微晶泥质灰岩、富有机质纹层状灰质泥岩、富有机质层状泥质灰岩、富有机质层状灰质泥岩、富有机质块状灰质泥岩、含有机质层状灰质泥岩及含有机质层状膏质泥岩相等8种岩相。

（2）东营凹陷沙四上—沙三下亚段被划分为8种沉积环境，分析了不同沉积环境下细粒沉积岩的沉积序列以及成因，建立了东营凹陷沙四上—沙三下亚段细粒沉积岩沉积模式，为下一步细粒沉积岩沉积相研究打下了坚实基础。