高郵凹陷古近系戴南組戴一段物源分析

紀(jì)友亮，王 勇，李清山，3，胡 斌

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.江蘇油田分公司物探研究院，江蘇 南京210046；3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊065000）

1 區(qū)域背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造背景

高郵凹陷是蘇北盆地南部東臺(tái)坳陷中的一個(gè)次一級(jí)凹陷，東西長(zhǎng)約100km，南北寬約25～35km，面積2 670km2.東起大垛與白駒凹陷相鄰；西至菱塘橋低凸起；南與江都隆起以斷層相接；北側(cè)由深凹帶經(jīng)漢留斷裂，以緩坡形式逐漸向柘垛低凸起過(guò)渡.高郵凹陷是在晚白堊世儀征運(yùn)動(dòng)和始新世末期吳堡運(yùn)動(dòng)作用下，由于斷塊差異升降形成的一個(gè)箕狀斷陷，凹陷中心偏向南面大斷層一側(cè).

本次研究的工區(qū)范圍為高郵凹陷中東部，南北向范圍為沙埝—瓦莊以南至邊界斷層，東西向范圍為永安—真武一線至花莊—周莊構(gòu)造帶（圖1）［1－5］.

1.2 沉積背景

高郵凹陷是在晚白堊世儀征運(yùn)動(dòng)和新生代喜馬拉雅期吳堡運(yùn)動(dòng)作用下，由于斷塊差異升降而形成的一個(gè)箕狀斷陷.其構(gòu)造—沉積經(jīng)歷了弱補(bǔ)償拉張斷陷階段、過(guò)補(bǔ)償斷陷階段以及坳陷階段.戴南組沉積時(shí)期，高郵凹陷整體處于強(qiáng)烈斷陷階段，真武及吳堡等控盆斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，上盤(pán)大規(guī)模隆起，并遭受剝蝕，為戴南組沉積提供了充足的物源.戴一段早期的扇三角洲、三角洲、濱淺湖相較粗的沉積；戴一段晚期的三角洲、扇三角洲、近岸水下扇、深湖 半深湖等細(xì)粒沉積.前人的研究成果認(rèn)為戴一段沉積時(shí)期的物源來(lái)自于凹陷的南北兩邊，但究竟發(fā)育幾個(gè)物源，一直存在爭(zhēng)議［1－5］.

圖1 蘇北盆地高郵凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑〒?jù)江蘇石油勘探局地質(zhì)科學(xué)研究院，2002）Fig.1 Simplified tectonic map of Subei Basin（according to Institute of Geological Sciences，Jiangsu Petroleum Exploration Bureau，2002）

2 戴南組戴一段物源分析

物源分析是沉積體系分析的基礎(chǔ).本文采取的物源分析方法主要包括以下5種：①重礦物組合分析法，②礦物成分分析法，③砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)法，④地震反射波組形態(tài)分析法，⑤古地貌分析法.

2.1 重礦物組合分析法

一般地，來(lái)源于同一個(gè)物源區(qū)的重礦物有著相似的組合，并且越遠(yuǎn)離物源區(qū)，抗風(fēng)化、耐磨蝕的重礦物越易保存下來(lái)，從而在重礦物中所占的比值越高.利用工區(qū)取心井的戴南組一段重礦物資料進(jìn)行重礦物組合分析（表1，2）.從表中可以明顯看出，重礦組合特征在不同地區(qū)有所不同，從質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%的主要重礦物中比較來(lái)看，除全區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)占首位的石榴石外，不同地區(qū)的組合面貌不同，占0.1%以上的次要重礦物的組合面貌各地也不盡相同，由此可見(jiàn)高郵凹陷戴一段沉積時(shí)期物源是多向來(lái)源的［6－11］.

表1 戴南組一段各區(qū)主要重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.1 The percentage content of main heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different areas%

表2 戴南組一段各區(qū)主要重礦物組合Tab.2 The assemblage types of main heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different areas

在高郵凹陷中東部地區(qū)，選取30余口井的戴一段重礦物資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用“金紅石＋鋯石＋電氣石”穩(wěn)定重礦物組合（ZTR），“綠簾石＋黝簾石＋角閃石＋透閃石＋輝石＋橄欖石”不穩(wěn)定重礦物組合，石榴石以及其他重礦物，研究工區(qū)范圍內(nèi)戴一段重礦物的分布規(guī)律.

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制了相應(yīng)的直方圖，通過(guò)分析和對(duì)比30余口井對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)直方圖，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性.如曹莊地區(qū)的曹31、曹35、曹21、曹37等4口井的各種重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表3）所占的比例有一定的規(guī)律性，如ZTR＋石榴石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不穩(wěn)定重礦物與其他礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；重礦物組成非常相似.因此可以初步判斷，這4口井的沉積物來(lái)自于同一個(gè)物源區(qū).而曹37井的ZTR 質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于其他3 口井的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，說(shuō)明曹37井地區(qū)的沉積物搬運(yùn)的距離更遠(yuǎn).利用同樣的分析方法，對(duì)其他井的重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行對(duì)比，同樣具有類(lèi)似的規(guī)律.

表3 戴一段曹莊地區(qū)部分井重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 The percentage content of heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different wells in Caozhuang area %

穩(wěn)定重礦物（鋯石、電氣石、金紅石）抗風(fēng)化能力強(qiáng)、分布廣，遠(yuǎn)離母巖區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)升高.通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)30余口井戴一段重礦物組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析，繪制了穩(wěn)定重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)等值線圖（圖2）.

圖2 高郵凹陷中東部戴南組戴一段穩(wěn)定重礦物等值線圖Fig.2 The contour of percentage of stable heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

從圖2中可以看出，北部緩坡的沉積物主要來(lái)自于3個(gè)物源，規(guī)模不等，自西向東其大致位置依次為卸甲莊—永安、沙埝、瓦莊地區(qū).沉積物主要來(lái)自于北部的柘垛低凸起物源區(qū).南部陡坡的沉積物來(lái)自于5個(gè)規(guī)模不等的物源.其中，真武、曹莊地區(qū)的沉積物主要來(lái)源于南部的通揚(yáng)隆起，而富民、周莊、陳家堡地區(qū)的沉積物主要來(lái)自于東南部的吳堡低凸起.

2.2 礦物成分分析法

百分含量穩(wěn)定礦物石英與不穩(wěn)定礦物長(zhǎng)石和巖屑的比值稱為成熟系數(shù)，該值能夠反映物源方向及搬運(yùn)距離［6－11］.對(duì)工區(qū)內(nèi)30余口井的戴一段礦物成分（石英、長(zhǎng)石、巖屑）質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（圖3）.根據(jù)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系可以初步預(yù)測(cè)物源方向及規(guī)模，預(yù)測(cè)結(jié)果與利用穩(wěn)定重礦物等值線預(yù)測(cè)的結(jié)果大致相同.北部緩坡帶主要存在3個(gè)物源，都來(lái)自北邊的柘垛低凸起.南部發(fā)育3個(gè)主要物源，分別位于真武—曹莊、富民、周莊.其中，真武—曹莊的沉積物來(lái)自于南部通揚(yáng)隆起；富民、周莊的沉積物來(lái)自東南部的吳堡低凸起.與重礦組合相比數(shù)目減少，主要是由于陳堡地區(qū)資料缺乏.

圖3 高郵凹陷中東部戴南組戴一段礦物成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 The statistic figure of percentage content of minerals of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

在礦物成分分析的基礎(chǔ)上，對(duì)工區(qū)內(nèi)30余口取心井的宏觀巖性特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)巖石類(lèi)型及其對(duì)應(yīng)的典型沉積構(gòu)造存在明顯的差異（圖4）.北部花1井、花6井砂巖中普遍發(fā)育粒序?qū)永?、平行層理，?井中可見(jiàn)生物潛穴，反映物源充足的三角洲沉積特征；中部深凹帶內(nèi)永X30井發(fā)育變形層理，永14井為灰黑色泥巖，反映半深湖 深湖沉積；南部真81井多見(jiàn)雜色砂礫巖，反映近源的扇三角洲水道沉積.

圖4 高郵凹陷中東部戴南組戴一段沉積構(gòu)造特征Fig.4 The sedimentary structure of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

通過(guò)對(duì)巖性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將工區(qū)內(nèi)巖相劃分為砂礫巖相（礫巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%）、砂巖相（砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%）、砂泥巖相（砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于10%～30%）和泥巖相（砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%），并編制了戴一段巖相分布圖（圖5）.從盆地邊緣向盆地中心由砂礫巖相逐漸過(guò)渡為砂巖相、砂泥巖相，最終轉(zhuǎn)變?yōu)槟鄮r相.從圖5可以看出，區(qū)內(nèi)主要存在3個(gè)物源方向，即北部的柘垛低凸起、南部的通揚(yáng)隆起及東南部的吳堡低凸起，沿這3個(gè)方向由砂礫巖、砂巖相逐漸過(guò)渡為砂泥巖、泥巖相.物源方向與重礦物組合及礦物成分預(yù)測(cè)方向基本一致［6－11］.

圖5 高郵凹陷中東部戴南組戴一段巖相類(lèi)型展布圖Fig.5 The distribution of lithofacies of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

2.3 砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)法

一般來(lái)講，由砂地比高值區(qū)指向砂地比低值區(qū)的方向?yàn)槲镌吹拇笾伦呦?，在物源發(fā)育的主方向上，砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)值降低梯度變化最為緩慢，因此根據(jù)砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)，可以劃分出凹陷在各時(shí)期的主要物源方向［6－11］.

通過(guò)統(tǒng)計(jì)戴一段多口井的砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)信息，并在平面上研究其展布規(guī)律，可以推測(cè)凹陷內(nèi)各時(shí)期的主要物源發(fā)育方向.通過(guò)分析對(duì)比，南北方向的主要物源在3個(gè)時(shí)期內(nèi)大致相同，只是在不同的沉積時(shí)期，物源的規(guī)模有所改變.以戴一段一亞段為例（圖6），從南北兩側(cè)向凹陷中心，隨著物源的推進(jìn)，砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低.北部有2個(gè)高值區(qū)，1個(gè)低值區(qū)，前者主要位于卸甲莊—永安及沙埝地區(qū)，物源規(guī)模較大；后者位于花莊北部—瓦莊地區(qū)，物源規(guī)模較小.北部物源近南北向展布，主要來(lái)自柘垛低凸起.南部共有2個(gè)高值區(qū)和2個(gè)中值區(qū)，高值區(qū)分別位于富民、花莊南—周莊—陳莊地區(qū)，物源規(guī)模大，中值區(qū)位于真武—曹莊及肖劉莊附近，規(guī)模相對(duì)較小.南部沉積物主要來(lái)自通揚(yáng)隆起和吳堡低凸起.

2.4 地震反射波組形態(tài)分析法

從地震剖面上獲取的信息也可以很好地指示物源方向.從南北向地震剖面來(lái)看，地震相呈明顯的南北分帶的特點(diǎn).北部和南部發(fā)育前積反射，這是沉積物向盆地推進(jìn)時(shí)形成的典型反射結(jié)構(gòu)，前積方向?yàn)槲镌捶较?；而中部深凹帶?nèi)振幅相對(duì)較弱，為湖相泥巖反射特征.如圖7所示，自南部向盆地中央方向，存在明顯的前積反射結(jié)構(gòu)，且地震反射呈典型的發(fā)散狀，地層厚度明顯增加，反映存在來(lái)自南部通揚(yáng)隆起區(qū)的物源［6－11］.

2.5 古地貌分析法

古地貌形態(tài)是控制古物源和沉積體系發(fā)育的關(guān)鍵因素之一，因此古地貌恢復(fù)研究有助于揭示物源體系、沉積體系的發(fā)育特征及空間配置關(guān)系，有利于預(yù)測(cè)有利砂體富集區(qū).本文通過(guò)對(duì)高郵凹陷東部古近系戴南組殘留地層厚度、古水深和剝蝕厚度等關(guān)鍵參數(shù)的采集，應(yīng)用回剝技術(shù)定量地確定表示古地貌特征的古湖盆深度參數(shù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)3維可視化技術(shù)對(duì)戴南組沉積時(shí)期古地貌形態(tài)加以恢復(fù)和表征.最后對(duì)古地貌形態(tài)特征進(jìn)行研究，探討古地貌形態(tài)特征與古物源、沉積體系之間的關(guān)系［12－13］.

從戴南組沉積前古地貌恢復(fù)圖上可以看到，凹陷整體規(guī)模相對(duì)較小，南部由于真武及吳堡斷裂的發(fā)育，凹陷呈南斷北超的箕狀斷陷，且斷裂帶地形很陡.凹陷分帶性特征明顯，整體上可以分為北部緩坡帶、中部深凹帶及南部斷裂帶.沉降中心主要位于邵伯—真武、肖劉莊、劉五舍一帶；深凹帶西起邵伯，經(jīng)真武—富民，東至劉五舍，呈西寬東窄的狹長(zhǎng)狀.北部由于漢留斷裂的發(fā)育，在永安南部形成陡坎，向東延伸至沙埝附近.東部的瓦莊—陳堡一帶地形較緩，水體淺（圖8）.一般而言，砂分散體系往往限制在正地貌單元之間，主要分布于微正地貌 微負(fù)地貌單元中，而終止于負(fù)地貌單元中.從物源區(qū)到沉積地，河流及三角洲朵體的沉積軌跡與最大坡降比相吻合，這符合重力驅(qū)動(dòng)和重力分異作用的自然規(guī)律.從圖8中可以看出，在北部緩坡帶和南部陡坡帶有些溝谷存在，這些溝谷應(yīng)該是物源的主要來(lái)源方向.由于前3種方法主要采用井的資料，在井點(diǎn)資料較少的地方，采用了古地貌特征圖進(jìn)行校對(duì)，最終根據(jù)物源的分布，并結(jié)合其他資料編制了沉積體系圖.

3 沉積相平面展布特征

高郵凹陷戴南組古地貌的研究提供了沉積體系空間的分布規(guī)律信息，砂巖等厚圖、砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)平面圖、重礦物組合分布、礦物成分的展布，地震反射特征為層序格架內(nèi)沉積體系的研究提供了較為可靠的參考信息，根據(jù)單井沉積相、連井沉積相分析以及地震剖面反射特征、地震地質(zhì)解釋剖面相模式和砂地比圖綜合分析研究，確定了戴南組各亞段地層沉積相的平面展布（圖9）［14－15］.

戴南組一段沉積時(shí)期，北部緩坡帶發(fā)育源自柘垛低凸起的三角洲沉積，主要發(fā)育兩個(gè)大的復(fù)合體：卸甲莊—永安、沙埝—花莊；南部斷裂帶主要發(fā)育扇三角洲和近岸水下扇沉積，物源主要來(lái)自南部的通揚(yáng)隆起和東部的吳堡低凸起.凹陷內(nèi)除去上述兩個(gè)相區(qū)之外，還發(fā)育濱淺湖 半深湖沉積.其特點(diǎn)是巖性上以暗色夾過(guò)渡色泥巖為主，在砂巖等厚、砂巖百分比圖上都是低值區(qū).

4 結(jié)論

（1）研究認(rèn)為高郵凹陷中東部戴南組沉積物主要來(lái)自北部柘垛低凸起、南部通揚(yáng)隆起區(qū)以及東南部的吳堡低凸起.其中，北部緩坡帶（永安—沙埝—瓦莊）存在4個(gè)主要物源，沉積物來(lái)自柘垛低凸起；南部斷裂帶存在5 個(gè)主要物源，真武—曹莊—肖劉莊地區(qū)主要來(lái)自通揚(yáng)隆起區(qū)；富民—周莊—陳堡地區(qū)來(lái)自東南的吳堡低凸起.

（2）高郵凹陷中東部戴南組一段沉積時(shí)期為陸相湖泊－三角洲沉積.戴一段沉積期，高郵凹陷南部陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲沉積體系，共有5個(gè)大型扇三角洲沉積體系，高郵凹陷北部緩坡帶主要發(fā)育三角洲，共發(fā)育4個(gè)大型三角洲沉積體系.在凹陷中央發(fā)育深湖－半深湖沉積體系.

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