海拉爾盆地呼和湖凹陷南屯組物源體系分析

任朝波，李軍輝

（1.中國(guó)石化集團(tuán)國(guó)際石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100029；2.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

沉積物物源分析是沉積盆地研究的重要內(nèi)容，是再現(xiàn)沉積盆地演化和恢復(fù)古環(huán)境的重要依據(jù)，其主要研究手段是研究陸源碎屑組分及其重礦物組合。砂巖是陸源碎屑巖的主要巖石類型，其碎屑物質(zhì)主要為母巖機(jī)械破碎的產(chǎn)物，是反映沉積物來(lái)源的重要標(biāo)志[1]。物源分析在確定沉積物物源位置、性質(zhì)和沉積物搬運(yùn)路徑及盆地的沉積格局和預(yù)測(cè)盆內(nèi)砂體等方面具有重要意義[2-4]。

物源分析方法隨著科技手段的進(jìn)步不斷增多，并不斷地相互補(bǔ)充和完善。重礦物法[5-9]、碎屑巖類分析法[10-11]、地球化學(xué)法和同位素法[12-13]、古水流與古地貌法[14-15]、測(cè)井曲線法[16]、地震前積反射法[17]等是目前應(yīng)用較多的物源分析方法。每種分析方法各有優(yōu)勢(shì)，需要聯(lián)合使用多種方法才能準(zhǔn)確判定物源方向。

在海拉爾盆地16個(gè)凹陷中，呼和湖凹陷是最具前景的凹陷。和2井獲得低產(chǎn)油流，和10井獲工業(yè)油流，揭示了該區(qū)具有良好的勘探潛力，是海拉爾盆地未來(lái)增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要區(qū)域之一。目前呼和湖凹陷勘探程度仍然較低，鉆井稀少、資料匱乏，并且地質(zhì)條件非常復(fù)雜，因此，物源體系的判定難度很大，制約了對(duì)呼和湖凹陷沉積體系的認(rèn)識(shí)并影響了油氣勘探的進(jìn)度。

綜合運(yùn)用輕重礦物、砂巖厚度及砂巖百分含量、同沉積斷裂組合樣式分析、古地貌、地震反射特征等方面資料，從多種角度和不同層次對(duì)呼和湖凹陷南屯組古物源體系進(jìn)行了分析研究，對(duì)該區(qū)沉積體系分布及其進(jìn)一步油氣勘探具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)概況

呼和湖凹陷是海拉爾盆地外圍凹陷中的一個(gè)主力凹陷，面積約為2 500 km2，呈北東向展布，總體上表現(xiàn)為東斷西超的箕狀凹陷，北部與伊敏凹陷相連，南部與蒙古國(guó)相鄰，西與巴彥山隆起相接，東部與錫林貝爾凸起相鄰，整體呈“兩洼一隆三斜”的格局（圖1）。沉積地層以白堊系為主，由下而上為銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組及青元崗組，南屯組是主要的生油層段。

2 物源體系分析

2.1 輕、重礦物特征分析

陸源碎屑礦物組分分析是沉積物物源方向分析的重要方法之一[18-19]。利用陸源碎屑重礦物和輕礦物組合及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，是判斷物源方向和恢復(fù)母巖性質(zhì)的常用方法。ZTR指數(shù)是指重礦物中最穩(wěn)定礦物（鋯石、電氣石和金紅石）在透明重礦物中所占的比例，代表重礦物的成熟度，是判別礦物成熟度的指標(biāo)。成熟系數(shù)是指穩(wěn)定礦物（石英、燧石）與不穩(wěn)定礦物（長(zhǎng)石和巖屑）的比值。ZTR指數(shù)越大，成熟度越高，表明沉積物自物源區(qū)向盆地中心搬運(yùn)距離越遠(yuǎn)。

利用重礦物ZTR指數(shù)和成熟系數(shù)，分別編制了呼和湖凹陷南屯組重礦物和輕礦物組分分析圖。從南一段重礦物組分分布圖（圖2）可以看出，ZTR指數(shù)在和5井、8井及海參7井附近有3個(gè)高值區(qū)。據(jù)此可以確定物源方向主要有3個(gè)，分別為緩坡區(qū)、陡坡區(qū)和南部隆起區(qū)。

圖1 呼和湖凹陷區(qū)域位置及地層系統(tǒng)圖Fig.1 Zone position and stratigraphic system map of Huhehu depression

圖2 呼和湖凹陷南一段重礦物組分分析Fig.2 Analysis of heavy minerals in Nan-1 member of Huhehu depression

從南一段輕礦物組分分析圖（圖3）也可以看出，成熟系數(shù)在和5井、8井及海參7井附近存在3個(gè)高值區(qū)，而在海參7井區(qū)成熟系數(shù)相對(duì)低些。由成熟系數(shù)變化分析可知，南一段沉積時(shí)期物源方向主要來(lái)自緩坡帶、陡坡帶以及南部隆起帶，與重礦物組合分析物源的結(jié)果基本一致。此外，西北斜坡也有可能是物源方向，由于研究程度較低，缺少資料，故暫時(shí)不能準(zhǔn)確確定。

2.2 砂體展布分析

砂體展布分析可以有效地揭示物源的影響范圍，指示古水流方向，從而進(jìn)一步指示物源方向。對(duì)于同一沉積體系而言，通常距離物源區(qū)越近，其砂巖百分含量越大、砂體厚度越大，它們通常作為沉積物的主要搬運(yùn)通道。因此，在物源體系宏觀框架指導(dǎo)下，精細(xì)編制的砂巖百分含量圖和砂巖等厚圖，可以間接推斷物源的方向。

通過(guò)南一段和南二段的砂巖百分含量圖和砂巖等厚圖可以看出，物源方向從湖盆四周向中央?yún)R聚，其中主要物源來(lái)自緩坡和陡坡帶，其次為南部隆起（圖4、圖5）。砂體主要分布在凹陷的邊部，而且呈相對(duì)孤立狀。雖然不同時(shí)期的物源方向有所差異，但是整體上南屯組物源方向具有明顯的繼承性。

2.3 同沉積斷裂組合樣式分析

圖3 呼和湖凹陷南一段輕礦物組分分析Fig.3 Analysis of light minerals in Nan-1 member of Huhehu depression

同沉積斷裂的不同組合樣式?jīng)Q定構(gòu)造古地貌的不同特征，進(jìn)而控制物源的運(yùn)移和分布、沉積體系的空間展布[20]。因此，分析盆地的同沉積斷裂組合樣式，可以幫助我們分析主要沉積中心和勾繪出盆地物源通道，為物源分析提供宏觀研究方向[21-23]。

圖4 呼和湖凹陷南一段砂巖百分含量Fig.4 Sandstone percentage in Nan-1 member of Huhehu depression

圖5 呼和湖凹陷南二段砂巖百分含量Fig.5 Sandstone percentage in Nan-2 member of Huhehu depression

通過(guò)對(duì)呼和湖凹陷內(nèi)部斷層組合樣式的研究，發(fā)現(xiàn)同沉積斷裂具有多種組合樣式，包括平行斷階狀、帚狀、叉狀、斷層調(diào)節(jié)帶等斷裂體系，造就了湖盆內(nèi)復(fù)雜多變的構(gòu)造古地貌及斷裂坡折體系，嚴(yán)格控制著凹陷內(nèi)砂體分散體系的沉積和堆積模式（圖6）。如西北緩坡帶發(fā)育北東向的平行斷階狀同沉積斷裂組合系統(tǒng)，構(gòu)成多級(jí)斷坡，形成了沉積物向凹陷中心多級(jí)輸送的路徑，指示物源繼續(xù)推進(jìn)的方向。陡坡帶的兩組同向調(diào)節(jié)帶為物源搬運(yùn)提供了主要通道。北部的叉狀斷裂系控制了砂體空間的展布等。

2.4 古地貌特征分析

古地貌對(duì)沉積體系的展布有重要控制作用，通過(guò)對(duì)古地貌的分析可以確定盆地的隆洼展布形態(tài)，確定盆地的物源方向及物源區(qū)的位置[24]。通過(guò)呼和湖凹陷構(gòu)造格架解釋和層序地層格架構(gòu)建，應(yīng)用沉降回剝分析技術(shù)，經(jīng)過(guò)去壓實(shí)、沉積物重力均衡沉降及古水深等校正后，經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬，恢復(fù)了呼和湖凹陷南屯組發(fā)育初期古地貌。通過(guò)古地貌圖可以直觀地看出南屯組發(fā)育時(shí)期的“溝—脊—槽”等地貌單元在地理空間上的變化，為物源分析奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)（圖7）。

總體上，呼和湖凹陷南屯組沉積時(shí)期的古地貌特征表現(xiàn)出“三洼兩隆”的構(gòu)造特征。東部錫林貝爾凸起和西部巴彥山隆起圍繞著呼和湖凹陷分布。這兩個(gè)隆起區(qū)是呼和湖凹陷南屯組組沉積時(shí)期的重要物源區(qū)。凹陷內(nèi)的隆凹格局明顯，沉積物由物源區(qū)搬運(yùn)過(guò)來(lái)順著盆緣溝谷、低隆之間的鞍部或斷層之間的轉(zhuǎn)換帶前進(jìn)，直到盆地內(nèi)的低洼區(qū)沉積下來(lái)。通過(guò)對(duì)恢復(fù)的南屯組的古地貌特征分析，緩坡、陡坡為主要物源方向，南部隆起為次要物源方向。

圖6 同沉積斷裂坡折帶樣式與砂體展布特征Fig.6 Styles of synsedimentary fault slope break belt and sandbody distribution characters

圖7 呼和湖凹陷南屯組發(fā)育初期古地貌與物源體系Fig.7 Palaeogeomorphology and provenance system of early Nantun formation in Huhehu depression

2.5 地震反射特征分析

地震前積反射表現(xiàn)為同相軸向盆地中心區(qū)的進(jìn)積，代表了沉積物向盆地的推進(jìn)過(guò)程。前積反射是三角洲相中常見(jiàn)的地震反射特征，多發(fā)育在盆地邊部。因此，通過(guò)分析地震前積反射特征不但能確定物源方向，而且對(duì)分析物源通道的位置也有重要參考作用[23]。

通過(guò)對(duì)呼和湖凹陷內(nèi)主要地震測(cè)線的地震反射特征分析，可以確定呼和湖凹陷主要有4個(gè)大的物源方向，分別是：1）西北物源，由巴彥山隆起供源，在地震剖面上可以看到明顯的地震前積反射特征；2）東北部物源，由錫林貝爾凸起供源，在地震剖面上可以看到斷層下降盤(pán)發(fā)育大規(guī)模的楔形前積地震相，內(nèi)部前積反射特征明顯；3）西南物源，由巴彥山隆起提供物源，將軍廟地區(qū)斷裂坡折帶明顯控制著扇體的展布方向，在地震剖面上可以識(shí)別出明顯的前積地震相；4）東南物源，由錫林貝爾凸起供源，在陡坡帶的斷層下降盤(pán)發(fā)育大規(guī)模的楔形前積地震相，內(nèi)部前積反射特征明顯。

3 結(jié)論

綜合運(yùn)用輕重礦物、砂巖厚度及砂巖百分含量、同沉積斷裂組合樣式分析、古地貌、地震反射特征等方面資料，從不同角度、不同層次對(duì)呼和湖凹陷南屯組古物源體系進(jìn)行了精細(xì)研究。結(jié)果表明，呼和湖凹陷南屯組物源具有繼承性，物源主要來(lái)自東部錫林貝爾凸起和西部巴彥山隆起，由四周向中央?yún)R聚，其中緩坡帶、陡坡帶為主要物源，南部隆起為次要物源。

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