南堡凹陷沙河街組一段物源分析

霍少川，趙 煒，劉建寧，曹玉鵬，彭 凱，姬新元

（華北理工大學(xué)，河北唐山 063210）

物源體系包括物質(zhì)從母巖區(qū)形成開始，一直到搬運進入沉積盆地的整個過程。研究包括母巖的位置、性質(zhì)以及母巖區(qū)的物質(zhì)進入沉積盆地的運移距離和運移路徑。物源體系研究目的在于確定物源體系的方向、分布和演化[1]，分析構(gòu)造因素對物源體系的控制作用，對進一步研究有利區(qū)帶、提高油氣產(chǎn)量具有重要意義。物源分析作為石油勘探和盆地分析的重要組成部分，是南堡凹陷沙河街組研究的重要內(nèi)容。物源分析的主要內(nèi)容大致可分為3點，一是確定物源區(qū)的沉積構(gòu)造背景、古氣候等外部條件；二是確定母巖類型和位置；三是確定物源入口和供源方向。目前物源分析使用的主要方法有碎屑巖類分析法（Dickinson，1985；李忠等，1999）、重礦物法（王洪偉等，2007）、沉積法（申延平等，2005）等。隨著南堡凹陷勘探開發(fā)的深入，已累積了大量的基礎(chǔ)地質(zhì)信息，本文通過參考前人相關(guān)資料，對南堡凹陷沙河街組一段沉積時期物源體系做出分析，從而為該地區(qū)油氣勘探提供指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南堡凹陷位于黃驊坳陷北部，古近系是一個具有北斷南超特征的典型的箕狀凹陷[2]。該凹陷北以西南莊深斷裂與老王莊凸起、西南莊凸起為界，東以柏各莊深斷裂與柏各莊凸起、馬頭營凸起及石臼坨凸起毗鄰，南與沙壘田凸起相接，西與北塘凹陷接壤（圖1）。

沙河街組（Es）是南堡油田的主要烴源巖地層，形成于盆地斷陷發(fā)育期，沙河街組地層自下而上分為沙三段、沙二段及沙一段(據(jù)冀東油田研究院)。沙一段沉積時期巖性較細[6]，地層主要呈現(xiàn)北部厚南部薄的特征。根據(jù)鉆井、錄井資料可得沙一段主要巖性為大段深灰色泥巖，夾薄層淺灰色細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。

2 物源體系分析

2.1 盆源地貌分析

區(qū)域的構(gòu)造作用和氣候的變化以及基準面的改變等多方面的因素影響著古地形地貌，同時對盆地的后期發(fā)育和分布也有著深遠的影響?？筛鶕?jù)古沖溝來判斷古地形地貌的變化特征，明確古地形的侵蝕區(qū)與沉積區(qū)，從而確定當時水流進入盆地的溝槽位置[2]。結(jié)合盆地邊界斷層的構(gòu)造特征與古沖溝來判斷物源區(qū)位置、沉積物來源方向與運移途徑，達到確定物源的目的。

研究區(qū)內(nèi)沙河街組沉積主要受西南莊斷層與柏各莊斷層控制。柏各莊斷層?xùn)|南部靠近馬頭營凸起附近溝谷是沙河街組一段上亞段湖退域時期東部物源的主要供給途徑。西南莊斷層在沙河街組沉積時期活動強烈，該斷層從傾向、傾角及形成等多方面影響著高尚堡、老爺廟和五號構(gòu)造帶的砂體展布發(fā)育規(guī)律。通過研究斷層腐蝕面上的古沖溝分布特征，認為南堡凹陷砂體在橫向上主要受溝谷體系控制，而縱向上則表現(xiàn)為繼承性較強的特點。研究發(fā)現(xiàn)在高柳地區(qū)存在2個方向的碎屑物質(zhì)供給，所以可認為沙一段沉積時期存在多個物源。

2.2 巖石碎屑顆粒組分分析

陸源碎屑主要是母巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕等物理成因而形成的，我們可以根據(jù)碎屑物質(zhì)的結(jié)構(gòu)成熟度以及成分的成熟度來斷定碎屑物質(zhì)的來源方向以及運移距離[10]。母巖區(qū)的類型還可以根據(jù)碎屑礦物的類型來進行判斷。所以物源區(qū)個數(shù)和物源影響范圍可以通過對沉積區(qū)碎屑礦物組合進行分區(qū)對比來判斷。

通過對古近系沙河街組一段碎屑巖碎屑顆粒組分繪制柱狀圖，并進行平面展布得到沙一段的碎屑礦物物源體系特征圖(圖2)，分析可將Es1劃分為4個區(qū)域，第一為1號和2號構(gòu)造帶，表現(xiàn)為石英巖屑含量近似，長石稍少，巖屑主要由巖漿巖和變質(zhì)巖組成；第二為柳贊地區(qū)、高尚堡構(gòu)造帶和5號構(gòu)造帶地區(qū)，巖屑組成大部分為巖漿巖巖屑，另外只有少量沉積巖巖屑；第三為3號構(gòu)造帶地區(qū)，巖屑組成則主要是變質(zhì)巖巖屑，沉積巖巖屑與巖漿巖巖屑較少；第四為南堡4號構(gòu)造帶，該區(qū)域巖屑含量較少，巖屑成分以巖漿巖最多，變質(zhì)巖次之，沉積巖最少。

2.3 重礦物特征分析

重礦物在物源研究中運用十分廣泛。母巖類型為巖漿巖或變質(zhì)巖時，重礦物在運移過程中受到的磨蝕沉積和成巖作用相對較小，并且后期的影響也相對較小，所以在一定程度上可以較好地保留母源信息[5]。但母巖類型為沉積巖時，在運移過程中經(jīng)歷了多次沉積及改造作用后，其組分含量發(fā)生一定變化，這將影響對物源的判斷。通過對區(qū)域地質(zhì)背景的詳細分析并結(jié)合鉆井測井資料，發(fā)現(xiàn)南堡凹陷周圍的母巖類型主要為太古宇花崗巖和沉積巖，因此常規(guī)運用重礦物組合判斷母巖類型的方法在本研究區(qū)存在一定的局限性，但不同物源區(qū)的碎屑物質(zhì)的性質(zhì)還不盡相同，所以物源分區(qū)的判斷仍可以運用重礦組合類型來進行劃分。

筆者根據(jù)重礦物穩(wěn)定性及透明度，將南堡凹陷沙一段含量比例較高的幾種重礦物劃分為3個區(qū)（見表1），并繪制重礦物柱狀圖（圖3）。

通過重礦物組合物源體系特征圖可見，沙一段主要還是劃分為4個區(qū)，第一個區(qū)為南堡1號構(gòu)造帶，重礦物以穩(wěn)定透明重礦物鋯石和石榴石為主，鋯石含量很高，鐵的氧化物主要為磁鐵礦和赤褐鐵礦但含量較少；第二個區(qū)為北堡地區(qū)和高柳地區(qū)，仍以穩(wěn)定透明重礦物鋯石和石榴石為主，但鐵的氧化物含量較高，并且含有少量不穩(wěn)定透明重礦物綠簾石。兩地重礦物略有不同，高柳地區(qū)鐵礦含量略高于北堡地區(qū)；第三個區(qū)為南堡3號構(gòu)造帶附近，其特征為穩(wěn)定重礦物白鈦石所占比例最大，鋯石含量次之，但石榴石含量極少，存在少量不穩(wěn)定的透明重礦物黑云母；第四個區(qū)為4號構(gòu)造帶附近，表現(xiàn)為鋯石和石榴石為主，且白鈦石含量較高。

圖3 南堡凹陷Es1重礦物組合物源體系特征圖

3 物源體系展布特征

通過對研究區(qū)盆源地貌分析、巖石碎屑顆粒組分分析以及重礦物特征分析，認為在沙河街組一段沉積時期整個南堡凹陷可以識別出3大物源體系，為東部、北部和南部物源體系，又可詳細劃分為東部物源體系、西北部和中東北部物源體系以及西南部和正南物源體系。

表1 重礦物分類

沙一段東部物源體系透明穩(wěn)定重礦物中鋯石、石榴石比例很高，含較多白鈦石，不透明鐵礦較少，巖屑組合以沉積巖巖屑為主，其次為變質(zhì)巖巖屑和巖漿巖巖屑；西北部物源體系鋯石含量很高，石榴石次之，含有少量的電氣石和金紅石，石英、長石、巖屑含量近似，巖屑組合以巖漿巖為主；中東北部物源體系透明穩(wěn)定重礦物中鋯石、石榴石比例較高，不透明鐵礦見較多的磁鐵礦，以比例較高的鐵礦為特征，個別井見綠簾石；西南部物源體系中鋯石含量極高，透明穩(wěn)定重礦物以鋯石、石榴石為主，不透明鐵礦見磁鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦，不穩(wěn)定重礦含量極低，巖屑組合主要為巖漿巖巖屑，變質(zhì)巖巖屑次之，沉積巖巖屑最少；南部物源體系含有極高的白鈦石，鋯石含量較高，石榴石含量較少，鐵礦和黑云母含量較少，巖屑基本為變質(zhì)巖巖屑。

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