晉縣凹陷中南部古近系沉積物源分析?

黃遠(yuǎn)鑫，張驁，馮晗，郭惠平

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

物源分析是通過(guò)各種方法確定沉積物物源位置和性質(zhì)及沉積物搬運(yùn)路徑，甚至整個(gè)盆地的沉積構(gòu)造演化的過(guò)程。其在評(píng)估古地理、限定造山帶的側(cè)向位移量、確定地殼的特征、驗(yàn)證斷塊或造山帶演化模型、繪制沉積體系圖、進(jìn)行井下地層對(duì)比以及在評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的品質(zhì)等方面，都可起到重要作用。晉縣凹陷位于冀中坳陷西南部，東鄰寧晉凸起，西鄰無(wú)極-藁城低凸起，北與高陽(yáng)低凸起相接，南以斷裂方式與太行山接壤。晉縣凹陷中南部地區(qū)即趙縣背斜及以南地區(qū)，為不對(duì)稱的雙斷凹陷。晉縣凹陷的古近系的發(fā)育與整個(gè)渤海灣盆地的發(fā)育歷程一樣，二疊紀(jì)后期的海西運(yùn)動(dòng)使該區(qū)再次上升遭受剝蝕，大面積缺失三疊系沉積；印支運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了改造；中晚侏羅世，由于華北地區(qū)的地幔上隆，地殼強(qiáng)烈拉張，形成的寧晉等斷裂控制了中生界沉積，在下隆盤沉積了較厚的中生界地層，上升盤廣大地區(qū)遭受剝蝕；晚白堊世的燕山運(yùn)動(dòng)末期，控制凹陷的主要斷裂為北西西向的衡水等斷裂產(chǎn)生，與此同時(shí)，在凹陷內(nèi)還發(fā)育了北東、北東東向2組斷裂；由于斷塊翹傾和差異升降，古生界地層受到剝蝕，只在部分地勢(shì)比較低洼處殘存了石炭系-二疊系地層。發(fā)育趙縣背斜、高村鼻狀構(gòu)造、高邑鼻狀構(gòu)造，西楊村斷鼻、百戶斷鼻等構(gòu)造。

1 地層特征

晉縣凹陷中南部潛山分布具有一定的規(guī)律性，盆地東部的寧晉凸起帶上太古界和元古界底層出露，與古近系底層呈斷層接觸關(guān)系。下古生界-上古生界潛山分布于寧晉凸起帶的西側(cè)，緊鄰?fù)蛊饚В蛭鲃t大面積分布的是中生界潛山。盆地東部寧晉凸起帶上剝蝕的地層主要為石炭系-二疊系、寒武系-奧陶系和中生界地層。

1.1 基底地層主要巖性特征

1)太古界 該區(qū)結(jié)晶基底為變質(zhì)巖，巖石類型復(fù)雜多樣。

2)中上元古界 晉縣凹陷中南部元古界由一套未變質(zhì)或輕微變質(zhì)的地臺(tái)型海相富鎂碳酸鹽巖及碎屑巖所組成，厚度巨大，但中-上元古界地層缺失較多。

3)下古生界 下古生界寒武系是一套淺海相碳酸鹽巖為主的沉積。

4)上古生界 由于地殼區(qū)域性抬升，剝蝕，上古生界地層在該區(qū)分布范圍不廣。巖石類型上部為礫巖，下部以含礫砂質(zhì)泥巖為主。

5)中生界 受凹陷構(gòu)造活動(dòng)和潛山地層埋深的影響，晉縣凹陷中南部中生界潛山分布廣泛。屬于海陸交互相沉積。

1.2 古近系地層巖性

1)孔三段 沉積中心位于坊珊、高村、大石橋、趙縣一帶，最大沉積厚度1300m左右，巖性主要為一套砂泥及砂礫巖組合，灰質(zhì)、白云質(zhì)含量較高。向西超覆尖滅于無(wú)極-藁城潛山帶，與下伏地層呈角度不整合接觸。

2)孔二段 沉積中心位于高村-大石橋，坊珊-高邑地區(qū)，沉積厚度約1000m左右，在趙縣、高村地區(qū)紫紅色泥巖出現(xiàn)為孔二段出現(xiàn)的標(biāo)志。

3)孔一段 地層在凹陷南部沉積厚度在300～600m，沉積中心位于高村-大石橋，其次為坊珊-高邑地區(qū)。

4)沙四段 地層在凹陷南部沉積厚度在130～200m，由下粗上細(xì)的2個(gè)正旋回沉積韻律組成。頂部灰色泥巖層發(fā)育較穩(wěn)定，為標(biāo)志層，不含膏巖。

5)沙二段和沙三段 棕褐色、紫色、暗紫色泥巖及砂質(zhì)泥巖與淺灰粉砂巖及中細(xì)砂巖不等厚互層。

6)沙一段 棕色、淺棕色、紫紅色、暗紫紅色泥巖與灰白色、淺灰色、暗棕色泥質(zhì)粉砂巖、粉細(xì)、砂巖不等厚互層。

2 物源分析

沉積物物源分析又稱沉積物補(bǔ)給分析，是盆地分析的重要內(nèi)容，是再現(xiàn)沉積盆地演化、恢復(fù)古環(huán)境的重要依據(jù)。沉積物物源的研究方法較多，如從重礦物組合、輕礦物組合、砂巖百分含量變化、古水流方向標(biāo)志、古構(gòu)造與古地形等方面進(jìn)行物源研究。根據(jù)工區(qū)內(nèi)所具有的實(shí)際資料情況，筆者主要采用重礦物組合分析法、輕礦物百分含量法、巖屑類型分析法這3種方法進(jìn)行分析。

2.1 重礦物組合分析法

圖1 重礦物組合平面分布圖

圖2 沙三段石英含量等值線圖

圖3 沙三段巖屑含量平面分布圖

在物源相同，古水流體系一致的沉積物中，重礦物組合具有相似性，而母巖不同的沉積物具有不同的重礦物組合，不同沉積時(shí)期水平方向上穩(wěn)定重礦物含量變化的分布，可推測(cè)沉積物源和水流方向。該區(qū)物源方向的確定是依靠部分探井的陸源重礦物組分及巖石成分分析及骨架砂巖分布來(lái)確定的，根據(jù)陸源重礦物組分及巖石成分，該區(qū)主要發(fā)育3大物源沉積體系：

1)北部-西北部扇三角洲、三角洲沉積體系 其巖屑組成成分主要以酸性噴發(fā)巖為主，其次為中基性噴發(fā)巖和凝灰?guī)r。

2)西部的沖積扇、扇三角洲、三角洲沉積體系 其巖屑組成成分主要以碳酸鹽巖為主，陸源重礦物主要以磁鐵礦、石榴子石和白鈦礦為主。

3)東部的沖積扇、水下扇、扇三角洲沉積體系 其巖屑組成成分以碳酸鹽巖和酸性噴發(fā)巖為主，陸源重礦物主要以磁鐵礦、赤鐵礦、鋯石、電氣石和白鈦礦為主(見(jiàn)圖1)。

2.2 輕礦物百分含量法

石英屬穩(wěn)定礦物成分，在搬運(yùn)過(guò)程中基本不發(fā)生化學(xué)變化。因此，巖石礦物中的石英相對(duì)含量隨著距離物源區(qū)的長(zhǎng)短而變化，距離源區(qū)越近則含量越低，反之，含量越高。從晉縣凹陷石英含量等值線圖(見(jiàn)圖2)來(lái)看，石英含量西部、西南部2個(gè)地區(qū)含量低，隨著向凹陷東部和東南部推進(jìn)，石英含量逐漸升高，在高村、坊珊、西楊村存在高值點(diǎn)。因此，從圖2中可以識(shí)別主要物源來(lái)自西部，次級(jí)物源來(lái)自西南部。巖屑抗風(fēng)化能力相對(duì)較弱，易分解破碎。在搬運(yùn)過(guò)程中的規(guī)律與石英剛好相反，相對(duì)含量隨著搬運(yùn)距離的增加而降低。巖屑含量西部、西南部多個(gè)地區(qū)含量高，隨著向凹陷東部東南部推進(jìn)，巖屑含量逐漸降低，在高村、趙縣、西楊村存在低值點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)，從中可以識(shí)別主要物源來(lái)自西部，次級(jí)物源來(lái)自西南部。這一特征與石英含量分析結(jié)果相差不大，彼此佐證(見(jiàn)圖3)。

2.3 巖屑類型分析法

統(tǒng)計(jì)和分析研究區(qū)不同層位的碎屑巖巖屑分析數(shù)據(jù)，可劃分出6種巖屑組合類型：Ⅰ類組合-噴出巖，Ⅱ類組合-沉積巖，Ⅲ類組合-變質(zhì)巖，Ⅳ類組合-噴出巖沉積巖混合，Ⅴ類組合-沉積巖變質(zhì)巖混合，Ⅵ類組合-噴出巖變質(zhì)巖混合。

盆地東部的寧晉凸起帶上太古界和元古界底層出露，與古近系底層成斷層接觸關(guān)系。下古生界-上古生界潛山分布于寧晉凸起帶的西側(cè)，緊鄰?fù)蛊饚?，向西則大面積分布的是中生界潛山。通過(guò)晉縣沙三段巖屑類型平面分布圖(見(jiàn)圖4)，可以看出在盆地的東部有2塊噴出巖區(qū)，西部有一塊噴出巖巖區(qū)，西南部有一塊沉積巖巖區(qū)。所以晉縣凹陷沙三段東部的物源主要可能來(lái)自于中晚侏羅世由于地幔上隆形成的酸性噴出巖和寧晉凸起帶上剝蝕地層中的碳酸鹽巖。西部物源受極-藁城低凸起控制,以中基性噴發(fā)巖為主。西南部物源受自太行山隆起控制，主要為碳酸鹽巖陸源碎屑(見(jiàn)圖5)。

圖4 晉縣沙三段巖屑類型平面分布圖 圖5 晉縣沙三段巖屑類型三角圖

3 結(jié)論

1)晉縣凹陷古近系主要受3大物源控制：一是來(lái)自西部無(wú)極-藁城低凸起, 二是來(lái)自太行山隆起的物源，這是主物源方向，三是來(lái)自東部寧晉凸起。

2)西部物源主要來(lái)自無(wú)極-藁城低凸起,以中基性噴發(fā)巖為主，這個(gè)物源控制了趙縣、黎村-四德、南固莊地區(qū)，其中趙縣地區(qū)位于主物源區(qū)。

3)西南部物源來(lái)自太行山隆起，巖性包括碳酸鹽巖和陸源碎屑巖，碳酸鹽巖成分占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。主要分布在高村和高邑地區(qū)。

4)東部物源來(lái)自于寧晉凸起，以酸性噴發(fā)巖、石英巖塊為主，并有一定含量的碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖塊，缺少中基性噴發(fā)巖成分，主要分布于寧晉斷層下降盤的斷階帶，如西楊村、百戶、南柏舍等地區(qū)。

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