南堡凹陷古近紀(jì)古湖泊學(xué)研究

趙莉莉，鄭恒科，萬(wàn) 維，吳琳娜，陳 剛

(中油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

引 言

古湖泊學(xué)是陸相含能源盆地研究的重要組成部分，研究任務(wù)是從沉積記錄中分別提取多種信息，通過(guò)多學(xué)科定量研究和建立湖泊系統(tǒng)演變模式的方法，揭示湖泊沉積、湖泊礦產(chǎn)和形成規(guī)律[1－3]。該項(xiàng)研究雖然早在20世紀(jì)70年代就在國(guó)外陸相盆地分析中開展[4－6]，但近些年陸相層序地層學(xué)的崛起，又為古湖泊學(xué)的研究注入了生機(jī)。

根據(jù)生物與環(huán)境相互依存、相互制約的關(guān)系，建立生物組合與沉積環(huán)境之間的聯(lián)系及分布規(guī)律。生態(tài)組合分析在判斷沉積環(huán)境方面有許多獨(dú)到之處，因?yàn)橛行┥锱c特定沉積環(huán)境相關(guān)聯(lián)，其分布相帶窄，可彌補(bǔ)無(wú)機(jī)沉積構(gòu)造對(duì)沉積相分析多解性的不足。南堡凹陷古近系地層存在豐富的古生物化石，根據(jù)化石屬種和化石保存特點(diǎn)來(lái)恢復(fù)古環(huán)境，根據(jù)古湖泊的形成與演化過(guò)程開展沉積體系的研究[7－8]，為南堡凹陷油氣資源勘探與開發(fā)發(fā)揮了重要的作用。

1 化石生態(tài)組合分析

1.1 遺跡組構(gòu)分析

南堡凹陷古近系巖心觀察到了較為豐富的遺跡化石。根據(jù)遺跡化石在巖心中的分布及結(jié)構(gòu)，劃分出5種遺跡組構(gòu)類型(表1)。

表1 南堡凹陷遺跡組構(gòu)類型及特點(diǎn)

1.2 微古動(dòng)物分析

(1)介形類。南堡凹陷具有現(xiàn)生代表的常見(jiàn)介形類屬有 Ilycocypris土星介、Cypris金星介、Eucypris真星介、Cyprinotus美星介、Candoniella小玻璃介、Candona玻璃介、Candonopsis似玻璃介、Pseudocundona假玻璃介和 Limnocythere湖花介等。生活于淡水水溝、池塘、沼澤、河流和淺湖等環(huán)境中，但有時(shí)也能忍受較高含鹽度的咸水湖或鹽湖環(huán)境，顯示了廣鹽性介形類的特征。

(2)腹足類。具有現(xiàn)生代表的螺類有Valvata(Cincinna)高盤螺亞屬、Tulotomoides似瘤田螺、Melanoides擬黑螺和Stenothyra狹口螺等。其中，Melanoides適于在流動(dòng)水中生活;而Valvata(Cincinna)則不僅適應(yīng)于淺水，且能在深水湖中生活。

1.3 微古植物分析

(1)綠藻類。南堡凹陷古近系中，發(fā)現(xiàn)不少Pediastrum盤星藻屬、Campania褶皺藻屬、Hungarodiscus穴面球藻屬。它們是內(nèi)陸湖生藻類的代表。Campenia等是湖泊藻類中對(duì)水質(zhì)適應(yīng)能力較強(qiáng)的類群，水體鹽度的劇烈變化只在其豐富程度上構(gòu)成一定影響。

(2)溝鞭藻類。微咸至半咸水體中發(fā)育的有Bohaidina渤海藻屬、Parabohaidina副渤海藻屬和Deflandrea德弗蘭藻屬，都為海陸過(guò)渡類型，繁盛于淺湖至半深湖環(huán)境中。管球藻科在局部層位中較發(fā)育，反映平靜水體、淺水至半深水環(huán)境。

(3)疑源類。常見(jiàn)的疑源類Sphaeromorphitae球形亞類的Leiosphaeridia光面球藻屬、Granodiscus粒面球藻屬、Rugasphaera皺面球藻屬以及Herkomorphitae網(wǎng)面亞類Dictyotidium網(wǎng)面球藻屬、Granoreticella粒網(wǎng)球藻屬在各個(gè)層位都較繁盛。多是生活在淡水至半咸水體，反映濱淺水環(huán)境。

(4)孢子花粉。水生植物以及部分濕生蕨類的孢粉的含量在沼澤、濱岸區(qū)較高，隨著距岸漸遠(yuǎn)，其孢粉含量逐漸降低，進(jìn)而被具雙氣囊的松科花粉取代。

1.4 大化石分析

在巖心觀察過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)很多魚鱗、魚骨、植物葉片化石。魚鱗、魚骨埋藏于深灰色泥巖或黑色頁(yè)巖內(nèi)，沿巖層面保存，反映低氧的較深湖環(huán)境。植物葉片化石有完整埋藏與破碎埋藏2種。完整葉片化石群可能在埋藏過(guò)程中所受水動(dòng)力作用不強(qiáng)，搬運(yùn)距離不遠(yuǎn)，這與三角洲平原沉積有關(guān)。破碎植物葉化石群應(yīng)是埋藏于離湖岸稍遠(yuǎn)的淺湖或前三角洲沉積中。

生物生態(tài)組合分析表明:南堡凹陷地區(qū)古近系地層各組段具有若干指示生物生態(tài)組合的標(biāo)志化石或其組合特征，可分為5種生態(tài)組合類型:Ilycocypris土星介—陸生植物孢粉生態(tài)組合、光滑小殼介類—綠藻類和疑源類—水生植物孢粉組合、Dongyingia東營(yíng)介和 Huabeinia華北介—溝鞭藻類—松科花粉組合、Xiyingia西營(yíng)介和 Candona sinensis中華玻璃介—溝鞭藻類—松科花粉組合、Candona sagmaformis鞍狀玻璃介和Candona postabscissa后陡玻璃介組合。

1.5 干酪根類型分析

將南堡凹陷各地層單元的典型井位的干酪根類型進(jìn)行匯總，并在平面上進(jìn)行了展布研究，發(fā)現(xiàn)其與微體古生物組合有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系 (表2)。

表2 沉積環(huán)境與干酪根類型的相互關(guān)系

2 生物相類型及其環(huán)境模式

根據(jù)前述的南堡凹陷遺跡組構(gòu)類型、微體古生物生態(tài)組合類型以及干酪根類型3個(gè)方面對(duì)古湖泊古水深、沉積環(huán)境的反映特點(diǎn)，將其進(jìn)行分析組合，綜合出以下5種生物相類型(表3)，結(jié)合化石產(chǎn)出的巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特點(diǎn)，以指示南堡凹陷古近紀(jì)古湖泊沉積環(huán)境及其水深特點(diǎn)。

表3 南堡凹陷古近紀(jì)生物相類型及特征

3 生物相展布及古湖泊構(gòu)成

生物相的平面展布研究主要根據(jù)代表井的遺跡組構(gòu)分析、微體古生物生態(tài)組合與干酪根類型分布，并參考砂體的分布等多方面信息綜合而成。同時(shí)建立研究區(qū)古近系各組段生物相分布特點(diǎn)及與構(gòu)造活動(dòng)的耦合關(guān)系[9－19]，進(jìn)而研究古湖泊的演化過(guò)程。

南堡凹陷沙三段沉積時(shí)期是強(qiáng)烈斷陷期，構(gòu)造活動(dòng)以伸展為主，西南莊和柏各莊斷層伸展活動(dòng)強(qiáng)度增大，湖盆不斷沉降，形成沿西南莊斷層發(fā)育的北堡、老爺廟及拾場(chǎng)次凹3個(gè)沉降中心，為主要生油層發(fā)育期。具體可劃分出B、C、D、E 4個(gè)生物相帶(圖1a、b)。可以看出，當(dāng)時(shí)的南堡凹陷整體為湖相，平均水深較深，特點(diǎn)是以淺湖至半深湖為主。代表濱淺湖沉積的B相帶主要分兩大區(qū):沿西南莊斷層分布在北堡地區(qū)和老爺廟地區(qū)。代表淺湖沉積的C相帶主要分布在主控?cái)嗔盐髂锨f斷層和柏各莊斷層的B相帶前緣以及兩大斷裂相交處的拾場(chǎng)次凹。代表淺湖至半深湖沉積的D相帶主要分布在盆地中部。代表半深湖至深湖E相帶主要分布在盆地北部。

沙二段沉積時(shí)期，斷裂活動(dòng)減弱，南堡凹陷湖盆范圍縮小，水體變淺。可劃分出A、B、C 3個(gè)生物相帶(圖1c)。湖盆主體部位以C相帶代表的淺湖為主。僅在C8－1、L12、L13x1等井區(qū)見(jiàn)代表三角洲平原或沼澤相的A相帶。B相帶主要分布在沙壘田凸起北部。

沙一段生物相展布特征如圖1d所示，可以看出，沙一段沉積時(shí)期受局部地形高差及斷層活動(dòng)的差異，沿西南莊斷層不同部位發(fā)育不同的生物相帶。北堡地區(qū)發(fā)育C相帶，拾場(chǎng)次凹則發(fā)育A、B、C、D相，凹陷南部以沙壘田凸起向北依次延伸為C、D相帶分布區(qū)。沙一段沉積時(shí)期繼承了沙二段沉積時(shí)期的古地理格局，是南堡凹陷第2次重要的湖泛期，發(fā)育了南堡凹陷第2套重要的烴源層系。

東三段生物相展布特征如圖2a所示，南堡凹陷劃分為A、B、C、D、E相。代表濱淺湖的A相帶主要沿西南莊斷層、柏各莊斷層的下降盤分布。M2、M5、M13、M13x2、M16x1 等井區(qū)以及 G19 井、G7井區(qū)分布濱淺湖B相帶。B2、B3、BS28等井區(qū)以及N27、G39井區(qū)為C相帶分布區(qū)。代表淺湖至半深湖的D相帶、E相帶沿沙壘田凸起向北西方向環(huán)帶狀交替分布。

東二段沉積時(shí)期，沿邊界斷層依次發(fā)育A、B、C、D相帶(圖2b)。北堡地區(qū)的B2－B15井區(qū)是該區(qū)的淺湖C相帶沉積環(huán)境。JH1x1井和B2—B15井區(qū)等都屬于D相帶的沉積。

圖1 南堡凹陷沙河街組生物相展布

圖2 南堡凹陷東營(yíng)組生物相展布

東一段沉積時(shí)期是湖盆發(fā)育的晚期階段，湖盆逐漸萎縮，地勢(shì)趨于平緩，物源供給充足，湖盆內(nèi)發(fā)育大規(guī)模的河流三角洲或扇三角洲沉積體系，淺湖相只發(fā)育在盆地西南、東南一線，范圍較小(圖2c)。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)南堡凹陷古近紀(jì)古湖泊在沙三段、沙一段和東三段時(shí)期分別達(dá)到最大深度，有利于形成沉降中心。其他時(shí)期為水退期，湖平面處于收縮狀態(tài)。

(2)南堡凹陷沙三段時(shí)期，湖盆不斷沉降，可劃分出B、C、D、E 4個(gè)生物相帶，凹陷整體為湖相，以淺湖至半深湖為主。有利于形成沉降中心，是南堡凹陷古近紀(jì)一套重要的烴源巖層。

(3)南堡凹陷沙一段沉積時(shí)期，受局部地形高差及斷層活動(dòng)的差異，沿西南莊斷層不同部位發(fā)育A、B、C、D不同的生物相帶。沙一段沉積時(shí)期是南堡凹陷第2次重要的湖泛期，發(fā)育了南堡凹陷第2套重要的烴源巖層。

(4)南堡凹陷東營(yíng)組的生物相展布特征與沙河街組相比有了很大的變化。沉積時(shí)期，盆地內(nèi)次級(jí)斷層進(jìn)一步發(fā)育，導(dǎo)致次級(jí)斷層控制區(qū)域水體加深，生物相可劃分為A、B、C、D、E 5種生物相類型，發(fā)育了南堡凹陷古近系第3套有利烴源巖層。

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