0 前言
巴西桑托斯盆地深水盐下油气资源丰富，2006年发现了可采储量超过11.5×108 t的Lula巨型微生物碳酸盐岩油田，揭开了盆地下白垩统Barra Velha组微生物碳酸盐岩勘探的序幕。在地质认识与地球物理技术的推动下，该领域不断取得勘探突破，相继发现了Sapinhoa油田、Sururu油田、Búzios油田、Libra油田、Cacara油田等大型油田，同时带动了微生物碳酸盐岩的研究热潮。
一些学者研究认为，盆地下白垩统Barra Velha（BVE）组微生物碳酸盐岩主要形成于高盐碱的湖相环境[1-7]，其沉积过程受古气候、水体环境等因素影响[5-7]。在这种特殊的沉积环境下，形成了以灌木状叠层石、球粒微生物石、层纹石为主的微生物岩，以及受水动力改造和搬运的颗粒灰岩等多种岩相类型[5,8]。其储层受胶结、压实、交代、大气水溶蚀等成岩作用的影响[9-17]，以及热液流体循环作用的影响[18-21]，导致孔隙度和渗透率差异大，表现出较强的非均质性[9,22]。为满足油气勘探开发需求，前人探讨了这套微生物碳酸盐岩储层的表征方法[22-26]，揭示了不同类型储层的物性特征及其差异，但是对储层孔隙演化特征，以及优质储层发育的主控因素研究较少。
本文利用岩心薄片、测井响应、物性测试数据，在岩石类型、层序特征及沉积微相研究的基础上，分析储层孔隙结构和物性特征，明确了储层成岩作用序列和孔隙演化特征，探讨了微生物岩优质储层发育的主控因素，建立了储层发育模式。该研究为微生物碳酸盐岩的储层发育分布规律和定量表征提供借鉴，同时对南大西洋被动陆缘盆地深水盐下碳酸盐岩油气的勘探开发具有一定参考意义。
1 地质背景
桑托斯盆地位于巴西东南部海域，属于南大西洋被动陆缘盆地，面积约32×104 km2（图1）。盆地北边以卡布弗里乌高地（Cabo Frio High）为界与坎波斯盆地相邻，南部以弗洛里亚诺波利斯高地（Florianopolis High）为界与佩洛塔斯盆地相邻。
2 沉积特征
2.1 岩石学特征
根据内部结构特征，微生物碳酸盐岩可细分为叠层石灰岩、球粒微生物岩和层纹岩。叠层石灰岩呈乳白色或棕褐色，可观察到灌木状或树状格架叠置生长结构（图3a，图4a），灌木状或树状格架主要矿物成分为方解石，正交偏光下可见波状消光（图4b）。球粒微生物岩由于泥质含量较高，整体呈暗褐色（图3b），岩心上可观察到大小不一分散在泥晶基质中的圆形方解石球粒，球粒直径通常小于2 mm（图4c），圆度高，正交偏光镜下呈十字消光现象（图4d）。层纹岩整体为深棕褐色至黑灰色，具有明显的明暗相间的纹层结构，纹层呈微齿状或平滑状(图3c)，显微镜下显示，纹层主要由方解石与细颗粒的云母、黏土矿物、有机质互层构成（图4e，4f）。
图3 桑托斯盆地下白垩统Barra Velha组碳酸盐岩岩心照片Fig. 3 Core photographs of carbonate rocks of the Lower Cretaceous Barra Velha Formation in the Santos Basin |
2.2 地层层序
图5 桑托斯盆地碳酸盐台地北东—南西向地质剖面及典型井位置Fig. 5 Geological profile of carbonate platform in NE-SW direction and typical well locations in the Santos Basin |
SQ1湖侵体系域（SQ1-TST）由BVE组下段下部构成（图6），岩性主要为层纹岩，体现出水体较深的低能环境；SQ1湖退体系域（SQ1-RST）由BVE组下段的中上部构成，岩性主体为层纹岩夹内碎屑颗粒灰岩，显示水体逐渐变浅、能量逐渐变高的演化过程。SQ2湖侵体系域（SQ2-TST）由BVE组中段构成，岩性主要为层纹岩夹球粒微生物岩，体现出水体整体较深的低能环境；SQ2湖退体系域（SQ2-RST）由BVE组上段构成，岩性主体为叠层石灰岩、内碎屑颗粒灰岩、球粒微生物岩、少量层纹岩和局部出现的角砾灰岩构成，体现出水体较浅、能量较高的沉积环境。
2.3 沉积微相及特征
结合岩心和测井响应特征，在碳酸盐台地亚相基础上，可识别出4种主要沉积微相：微生物礁、颗粒滩、微生物球粒滩、滩间，不同微相的特征和对应的沉积环境见表1。
表1 桑托斯盆地下白垩统Barra Velha组沉积微相类型及特征Table 1 Sedimentary microfacies types and characteristics of the Lower Cretaceous Barra Velha Formation in the Santos Basin |
| 沉积微相 | 主要岩相 | 沉积环境 |
|---|---|---|
| 微生物礁 | 以叠层石灰岩为主，夹薄层 球粒微生物岩或砾、砂屑灰岩 | 浅水中—高能环境 |
| 颗粒滩 | 以砾屑灰岩和砂屑灰岩为主，夹 间歇性暴露溶蚀垮塌角砾灰岩 | 浅水高能环境 |
| 微生物球粒滩 | 球粒微生物岩、层纹岩 | 局限低能环境 |
| 滩间 | 层纹岩、泥晶灰岩 | 中—深水低能环境 |
对台地内部和台缘的两口典型井的沉积微相进行了解释（图6）。结果显示：SQ1层序整体表现为水体深度较大的低能沉积环境，位于台地内部的B1井发育以厚层层纹岩为特征的滩间微相；同时期位于台缘的B2井虽然整体为滩间微相，但岩相存在明显变化，表现为厚层层纹岩局部夹球粒微生物岩。SQ2-TST时期，B1井逐渐出现球粒微生物岩和层纹岩互层的特征，B2井呈现连续大套的球粒微生物岩沉积，微生物球粒滩在台地范围内广泛发育。SQ2-RST时期，台地内水动力相对较弱，发育多个微生物礁和微生物球粒滩的沉积旋回；在台地边缘，水动力较强，颗粒碳酸盐岩较为发育，主要以多个微生物礁和颗粒滩的沉积旋回为特征。单井沉积微相分析揭示台地不同位置沉积微相纵向演化存在差异，特别是SQ2-RST沉积微相差异较大。
3 储层特征
3.1 储集空间类型
BVE组储层存在多种储集空间类型，主要包括生物格架孔及生物格架溶孔、粒间孔及粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔和溶蚀缝（图4）。
溶蚀缝主要出现在层纹岩中，沿纹层近水平状发育于层间（图4f），能够有效提高储层渗透性。
3.2 储层物性
岩心测试数据分析表明，不同层序体系域、不同沉积微相的储层物性差异较大。
SQ1-TST层段储层孔隙度和渗透率的分布范围分别是5%~10%（图7a）和(0.000 1~1) ×10-3 μm2（图7b），整体属于低孔、特低渗储层。SQ1-RST层段储层孔隙度有明显提高，孔隙度主要分布在10%~20%之间，渗透率主要介于(0.001~10)×10-3 μm2 ，属于中孔、特低渗储层。SQ2-TST层段储层孔隙度主要集中在10%~20%之间，渗透率主要分布在(0.1~10) ×10-3 μm2 之间，整体表现为中孔、低渗储层。SQ2-RST层段储层物性整体较好，孔隙度主要集中在5%~20%之间，渗透率主要集中在(1~1 000) ×10-3 μm2 之间，整体呈中—低孔、中—高渗特征，但孔、渗分布较为离散，主要是因为SQ2-RST层段发育微生物礁、颗粒滩、微生物球粒滩等多种沉积微相。
微生物礁相的储层物性最好，其次为颗粒滩相，而微生物球粒滩和滩间的储层物性相对较差（图7c，7d）。微生物礁相孔隙度主要为5%~20%，渗透率主要分布在(1~100) ×10-3 μm2之间，总体呈中孔、中渗的特征，其孔隙度和渗透性具有正相关关系（图8）。颗粒灰岩滩储层的孔隙度主要为5%~20%，渗透率主要分布在(10~1 000) ×10-3 μm2之间，整体表现为中—低孔、高渗的特征。孔-渗交会图表明，颗粒滩储层孔渗虽然表现出一定的正相关性，但在孔隙度增高到15%之后，渗透率维持在(10~1 000) ×10-3 μm2之间，不再随孔隙度的增加而增加。这主要是由于颗粒滩储层受到选择性溶蚀作用的影响，形成粒内溶蚀孔，孔隙增大的同时并未增加孔隙联通性，导致渗透率在孔隙度增加时无明显变化。微生物球粒滩储层的孔隙度主要为5%~10%，渗透率分布较为离散，主要集中在(0.001~1) ×10-3 μm2之间，整体为低孔、特低渗特征。其物性较差可能与球粒微生物岩的形成环境与成岩改造程度有关。虽然后期溶蚀作用形成粒间溶孔，白云石交代形成晶间孔以及差异溶蚀形成粒内孔（图4c，4d），但球粒微生物岩形成于低能环境，球粒间有机黏土复合体发育，早期沉积物致密且孔隙欠发育，造成孔、渗分布较为离散，储层非均质性强。滩间微相储层孔隙度主要为5%~15%，渗透率主要集中在(0.001~10) ×10-3 μm2之间，属于中—低孔、低渗储层，孔-渗交会图上表现出较强的非均质性，随着孔隙度的增大，渗透率变化不大。这种特征可能与粒间、晶间溶蚀有关，虽然形成了一些微孔隙，但对储层渗透性无明显贡献。
4 成岩作用与孔隙演化
BVE组碳酸盐岩成岩作用主要包括胶结作用、压实作用、压溶作用、白云石化作用、溶蚀作用和硅化作用等类型。在区域构造演化背景的基础上，结合岩心和薄片观察，明确了BVE组微生物碳酸盐岩储层成岩作用序列与孔隙演化过程（图9）。
湖侵体系域沉积时期，水体深度较大，以低能环境且相对致密的球粒微生物岩、层纹岩及泥灰岩沉积为特征。湖退体系域，特别是SQ2-RST沉积期，干旱蒸发的条件使得水体盐度及离子浓度增高，为微生物作用下形成的叠层石灰岩在台地内的广泛发育提供了基础。礁滩体储层以生物格架孔和粒间孔发育为特征，原始孔隙度可达30%以上。
同生成岩期，沉积物未脱离上覆水体环境，湖水提供的离子在松散的颗粒间发生化学沉淀作用而固结成岩，胶结作用显著，表现为颗粒间的灰白色亮晶胶结物，胶结物晶粒较小。该作用使得原生孔隙大大缩减，对储层的形成具有破坏性作用。与此同时，后期逐渐产生的压实作用也导致孔隙度急剧降低。
同生成岩期至早成岩期，近地表的环境容易发生大气水溶蚀，形成生物格架溶孔、粒内溶孔、粒间溶孔，这些现象可在叠层石灰岩、球粒微生物岩及层纹岩中观察到，使储层孔隙度增加。早成岩期的建设性成岩作用还有白云石化作用，在球粒微生物岩中较为显著。早成岩期，基质中富镁黏土逐渐溶解，为白云石化提供稳定的镁离子来源。此时期白云石结晶速度较慢，形成的白云石晶形通常较好，也可呈半自形，发育晶间孔；此外，白云石的形成具有一定的抗压实作用，使得形成的孔隙得以保存。该时期同时存在早期硅化作用，镜下可观察到微晶石英，可能为交代硅镁石的产物。早成岩期虽然压实作用显著，但大气水溶蚀、埋藏期白云石化对储层物性均有不同程度的建设性改造，因此该时期储层孔隙度呈现小幅度的增加。
中—晚成岩期，随着埋深的增大，压实作用进一步加强，储层内可见缝合线，为典型的压溶作用产物。该成岩期较为显著的成岩作用为埋藏期有机酸溶蚀、热液溶蚀、热液白云石化及热液硅化作用。该时期位于BVE组之下的烃源岩演化成熟，产生的有机酸向上运移，对储层进行溶蚀改造，形成溶蚀孔。此外，中—晚成岩阶段存在热液相关的成岩作用。薄片中可以观察到石英交代碳酸盐矿物，石英晶体较为粗大，呈斑块状，有些切割早期硅化条带，推断为热液硅化。研究区局部地区储层内可见鞍状白云石，推断其形成可能受热液影响，在溶蚀孔洞中缓慢沉淀形成，但分布较为局限。中—晚期成岩阶段的热液作用可能与南大西洋的形成密切相关。南大西洋形成过程中存在多期火山活动，裂谷期形成的深大断裂为岩浆热液上涌提供通道，热液沿断裂进入储层并对储层进行改造。该阶段虽然存在溶蚀作用，但硅质填充孔隙的影响更大，因此储层整体表现为孔隙度减小。
5 储层发育主控因素与模式
通过沉积环境与岩石类型、层序与沉积微相特征、成岩作用等多因素分析，明确了BVE组微生物碳酸盐岩储层发育的主要控制因素，建立了储层发育模式（图10）。
古气候和古水介质控制微生物岩的发育和分布。BVE组沉积时期，盆地处于拗陷期，主要表现为干旱、炎热、高盐碱的沉积环境，适合耐盐性的藻类、微古生物菌类大量生长[7]。BVE组沉积初期，水体深度较大，垂向光照和养分供给不足，微生物作用较弱，以层纹岩和球粒微生物岩的沉积为特征。BVE组沉积后期，水体逐渐变浅，光照充足，自养型微生物（蓝细菌等）光合作用效率高；同时，高能循环水体为异养型微生物生长提供必需的养分，微生物岩生长效率高；另外，干旱蒸发的环境使得古水介质的盐度和离子浓度快速增加，在微生物作用下，叠层石广泛发育。
层序控制储层的纵向分布。SQ1层序时期为水体较深的低能沉积环境，以层纹岩发育为主，储层物性较差；SQ2层序时期为整体水体变浅的高能沉积环境，以叠层石灰岩和颗粒灰岩发育为主，储层物性整体优于SQ1层序。同一层序的湖退体系域的储层物性好于湖侵体系域。SQ1层序以层纹岩沉积为主，虽然渗透率整体均表现为特低渗，但孔隙度存在明显差异，SQ1-TST层段主要为低孔，而SQ1-RST则表现为中孔，主要是由于湖退体系域时期发生大气水溶蚀作用，层纹岩中方解石溶蚀形成不规则孔隙（图4e）。SQ2-RST发育微生物礁和颗粒滩，储层物性明显优于SQ2-TST的微生物球粒滩。
沉积相带控制优质储层的平面分布。微生物礁和颗粒滩是优质储层发育相带，孔隙类型以原始沉积生物格架孔和溶蚀扩大孔为主，主要为中孔、中渗和中—低孔、高渗型储层。微生物球粒滩和滩间微相形成于相对低能的沉积环境，后期成岩作用对孔隙度有一定的改造作用，但渗透率依然较低，且储层非均质性强。微生物礁和颗粒滩旋回主要发育在台缘带，台内发育微生物礁和微生物球粒滩旋回，台缘的储层物性相对更好。
成岩作用对储层具有改造作用，建设性成岩作用主要发生在早成岩阶段。该时期的大气水溶蚀形成的生物格架溶孔、粒内溶孔、粒间溶孔以及白云石化作用形成的晶间孔，均对储层孔隙的发育起到建设性作用。中—晚成岩期，虽然存在有机酸溶蚀、热液溶蚀等建设性成岩作用，但在深大断裂附近，热液通过断裂运移至储层，导致热液硅化、白云石化，部分孔隙被充填，储层的非均质性增强。
6 结论
（1）桑托斯盆地下白垩统BVE组微生物碳酸盐岩储层主要岩石类型包括叠层石灰岩、球粒微生物岩、层纹岩、砂屑灰岩、砾屑灰岩和角砾灰岩。BVE组纵向上可划分为2个三级层序，主要发育微生物礁、颗粒滩、微生物球粒滩、滩间等4种沉积微相。
（2）储集空间主要为生物格架孔及生物格架溶孔、粒间孔及粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔以及溶蚀缝。孔隙度和渗透率整体呈正相关关系，以孔隙型储层为主。由叠层石灰岩、颗粒灰岩构成的微生物礁和颗粒滩的储层物性好，以球粒微生物岩为主的微生物球粒滩次之，层纹岩构成的滩间储层物性较差。
（3）储层经历胶结、压实-压溶、白云石化、溶蚀等多种成岩作用。同生期，胶结作用使得孔隙度大幅度降低；早成岩期主要发生大气水溶蚀、白云石化作用，均为建设性成岩作用，储层孔隙度增加；中—晚成岩期，有机酸溶蚀、热液溶蚀等作用使得储层孔隙度增加，但断裂附近的储层发生热液硅化作用，孔隙被充填，导致孔隙度减小。
（4）古气候、古水介质、层序及沉积微相类型是控制微生物碳酸盐岩优质储层发育和分布的主要因素。古气候及古水介质控制微生物岩类型，层序控制储层的纵向分布，生物格架孔发育的微生物礁和粒间孔发育的颗粒滩为储层发育的优势相带。结合成岩演化，建立了微生物碳酸盐岩储层发育模式。
