陸相斷陷湖盆淺水三角洲沉積特征
——以高郵凹陷劉五舍次凹戴南組一段為例

李 維，朱筱敏，馬英俊，侯 斌，仇永峰，薄永德

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國(guó)石化 江蘇油田分公司 勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

高郵凹陷位于蘇北盆地南部，屬于新生代箕狀斷陷湖盆，形成于晚白堊世末儀征運(yùn)動(dòng)，由斷塊差異性沉降形成南斷北超的現(xiàn)今構(gòu)造格局[1-2]，自北往南依次發(fā)育北斜坡、深凹帶和南斷階3個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，其中深凹帶自西向東包括邵伯、樊川和劉五舍3個(gè)次凹(圖1)。高郵凹陷自下而上依次沉積古新統(tǒng)阜寧組(E1f)，始新統(tǒng)戴南組(E2d)、三垛組(E2s)以及新近系鹽城組(Ny)等地層，其中戴南組沉積于斷陷階段，自下而上包括戴一段(E2d1)和戴二段(E2d2)。前人已針對(duì)高郵凹陷戴南組開展大量研究[3-11]，通常在盆地現(xiàn)今構(gòu)造格局的約束下，認(rèn)為北部斜坡帶發(fā)育正常三角洲，南部斷階帶發(fā)育扇三角洲。但對(duì)于研究程度相對(duì)較低的劉五舍次凹，上述認(rèn)識(shí)并未充分考慮沉積背景。本次研究在古地貌恢復(fù)及物源分析的基礎(chǔ)上，綜合井震資料重新認(rèn)識(shí)了劉五舍次凹戴一段沉積特征。

1 現(xiàn)今構(gòu)造格局與地層概況

前人對(duì)高郵凹陷斷裂系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)已相當(dāng)成熟，包括斷層組合樣式、區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)等[12-16]，認(rèn)為在古近紀(jì)近南北向拉伸和右行走滑區(qū)域應(yīng)力的影響下，真武斷裂帶和漢留斷裂帶兩大NEE向伸展斷裂體系與凹陷東部NNE向的吳①斷層共同控制高郵凹陷現(xiàn)今構(gòu)造格局，其中真武斷裂帶包括北傾真①斷層及其派生的3條雁列狀真②斷層(圖1)。劉五舍次凹受真②-1斷層和吳①斷層影響，形成了現(xiàn)今東部和南部陡峭、北部平緩的構(gòu)造格局。

2 沉積背景與物源分析

高郵凹陷戴一段沉積范圍局限在真②斷裂帶及吳①等邊界斷層下降盤，此時(shí)除了有來(lái)自北部建湖隆起和南部通揚(yáng)隆起的巖漿巖、變質(zhì)巖物源，凹陷各邊界斷層上升盤的阜寧組沉積巖也可能為戴一段供源。復(fù)雜的物源類型給物源分析增添了難度，因此在利用重礦物等資料開展物源分析時(shí)，應(yīng)充分考慮古地貌背景。

2.1 戴一段古地貌恢復(fù)

真武、吳堡斷裂帶均屬于長(zhǎng)期活動(dòng)斷層，斷層活動(dòng)強(qiáng)度在不同地質(zhì)歷史時(shí)期變化很大，導(dǎo)致劉五舍次凹戴一段沉積時(shí)期古地貌與現(xiàn)今構(gòu)造格局存在差異。本次研究利用中國(guó)石化無(wú)錫石油地質(zhì)研究所研制的TSM盆模軟件對(duì)高郵凹陷進(jìn)行埋藏史恢復(fù)?；舅悸肥鞘紫纫源饕欢?、戴二段等各層段頂?shù)姿鶎?duì)應(yīng)的地震反射層構(gòu)造圖為基礎(chǔ)，結(jié)合盆地剝蝕量恢復(fù)工作搭建地層格架；然后在地層格架內(nèi)根據(jù)各層段砂泥巖平面分布特征，利用砂、泥巖孔—深曲線完成壓實(shí)校正，從而實(shí)現(xiàn)埋藏史恢復(fù)。其中砂巖孔—深曲線的淺層部分通過(guò)選取膠結(jié)作用較弱的實(shí)測(cè)樣點(diǎn)(埋深通常小于2 500 m)進(jìn)行擬合，而深層部分因?yàn)槟z結(jié)嚴(yán)重，更多參考前人實(shí)驗(yàn)成果[19]；泥巖孔—深曲線則參考正常壓實(shí)模型下的泥巖孔隙演化曲線[20]。

圖3展示了劉五舍次凹戴一段沉積時(shí)期古地貌與現(xiàn)今構(gòu)造格局的差異。以位于北部斜坡帶的花X31井和位于南部陡坡帶的周X63井為參照點(diǎn)，二者之間即為現(xiàn)今深凹帶(圖3b)?？梢妱⑽迳岽伟汲誓隙副本彽幕?。若以此構(gòu)造背景分析沉積，很容易認(rèn)為南部陡坡帶周X63井等的戴一段砂體來(lái)自南部物源；而事實(shí)上研究區(qū)戴一段沉積時(shí)期古地貌相當(dāng)平緩，沉降中心位于現(xiàn)今深凹以東且范圍很小(圖3a)。這意味著戴一段沉積時(shí)期，至少在劉五舍次凹中西部地區(qū)，沉積物是可以發(fā)生長(zhǎng)距離搬運(yùn)的。近南北向的平衡剖面更清晰地展示了上述特征(圖3c)：戴一段沉積背景平緩，南北地層厚度差異極??；戴二段開始出現(xiàn)南厚北薄的沉積厚度變化趨勢(shì)；而現(xiàn)今的深凹帶是在三垛組沉積時(shí)期才形成的。劉五舍次凹沉降中心的遷移以及構(gòu)造格局的變化與邊界斷層的活動(dòng)密切相關(guān)，將在下文詳述。

圖2 蘇北盆地高郵凹陷劉五舍次凹周X63井戴一段綜合柱狀圖Fig.2 Core facies analysis of first member of Dainan Formation in well Zhou X63,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

圖3 蘇北盆地高郵凹陷劉五舍次凹埋藏史Fig.3 Restoration of burial history in Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

2.2 物源分析

巖屑類型亦具有該特征(圖4b)：富民地區(qū)北部以火成巖巖屑占優(yōu)勢(shì)，南部以變質(zhì)巖巖屑為主，對(duì)應(yīng)南北雙向物源；而劉五舍次凹各地區(qū)三類巖屑含量都趨于均分，不存在南北分區(qū)的現(xiàn)象。

圖4 蘇北盆地高郵凹陷劉五舍次凹砂組物源分析a.重礦物組合；b.巖屑組成；c.礦物成熟度指數(shù)；d.物源方向推測(cè)Fig.4 Provenance analysis of the upper sand group of the second section of the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

3 沉積特征

3.1 劉五舍次凹戴—段發(fā)育淺水三角洲沉積

偏氧化色泥巖和大量生物擾動(dòng)指示淺水沉積環(huán)境。戴一段交互出現(xiàn)的棕色、紫紅色泥巖和灰色泥巖(圖2)以及巖心中的植物炭屑(圖5f)和大量生物擾動(dòng)(圖5c)，都指示了較淺的沉積水體在偏氧化至偏還原環(huán)境中反復(fù)動(dòng)蕩的特征，而近乎直立的蟲孔更是直接反映了淺水特征(圖5c)。

強(qiáng)水動(dòng)力沉積構(gòu)造和間斷正韻律指示河道沉積。戴一段砂體以分選較好的粉、細(xì)砂巖為主；受較強(qiáng)的河流作用影響，巖心常見塊狀層理，其底部往往發(fā)育沖刷面和定向排列、成分單一的泥礫(圖5a)，此外廣泛發(fā)育的平行層理(圖5b)和板狀交錯(cuò)層理(圖5d)也指示了較強(qiáng)的牽引流作用。

研究區(qū)測(cè)井曲線(圖2)亦指示淺水三角洲沉積特征。SP曲線主要為指示水下河道沉積的箱型和少量指示席狀砂的指狀異常，河口壩沉積的反韻律特征相對(duì)少見，淺水三角洲水下分流河道很可能構(gòu)成了戴一段最主要的砂體類型。強(qiáng)烈的河控作用使河口壩難以保存，河流的頻繁改道和沖刷作用在垂向上形成典型的間斷正韻律，間斷正韻律之間的泥巖段厚度由北向南逐漸增加，砂巖百分含量和砂體規(guī)模則逐漸減小，整體由淺水三角洲平原“無(wú)泥”間斷正韻律向前緣“有泥”間斷正韻律演變[23]，這與沉積物由北往南搬運(yùn)的物源分析結(jié)果相吻合。

圖5 蘇北盆地高郵凹陷劉五舍次凹戴一段淺水三角洲巖心特征與沉積構(gòu)造紅色背景為現(xiàn)今緩坡帶鉆井，灰色背景為現(xiàn)今陡坡帶鉆井，井位參見圖1。a.花X24井，灰色細(xì)砂巖，見沖刷面和定向排列泥礫；b．花X24井，灰褐色油跡細(xì)砂巖，平行層理；c．周22井，暗棕色泥質(zhì)粉砂巖，生物擾動(dòng)，見直立蟲孔；d．周36井，灰黃色油斑細(xì)砂巖，板狀交錯(cuò)層理；e．周22井，淺棕色塊狀細(xì)砂巖，見定向排列泥礫；f．周36井，植物炭屑Fig.5 Lithologic characteristics and sedimentary structures of shallow-water deltas in the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

3.2 陡坡帶階段性發(fā)育扇三角洲沉積

在斷陷湖盆淺水三角洲沉積體系中，當(dāng)邊界斷層活動(dòng)強(qiáng)度增加或由于其他因素導(dǎo)致盆地具備重力流形成條件時(shí)，陡坡帶有利位置仍然可能出現(xiàn)扇三角洲沉積，這是研究區(qū)淺水三角洲沉積體系不同于坳陷湖盆之處。

圖6 蘇北盆地高郵凹陷劉五舍次凹戴一段淺水三角洲地震響應(yīng)剖面位置參見圖1。Fig.6 Seismic data and interpretation of a shallow-water delta in the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

圖7 蘇北盆地高郵凹陷劉五舍次凹亞段不同巖性波阻抗特征與地層切片F(xiàn)ig.7 Wave impedance of different lithologies and strataslices of the second section of the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

4 結(jié)論

(1)高郵凹陷劉五舍次凹現(xiàn)今呈南斷北超的典型斷陷湖盆構(gòu)造格局，但始新統(tǒng)戴一段沉積時(shí)期邊界斷層活動(dòng)強(qiáng)度減弱，古地貌相對(duì)平緩，沉積物可跨越現(xiàn)今深凹帶長(zhǎng)距離搬運(yùn)。

(2)劉五舍次凹戴一段整體受北部物源控制，戴一段主要發(fā)育淺水三角洲沉積。

(3)斷陷湖盆在其演化過(guò)程中亦能發(fā)育淺水三角洲，并且在合適的沉積背景下，湖盆陡坡帶可階段性出現(xiàn)扇三角洲，這是斷陷湖盆與典型的坳陷湖盆淺水三角洲沉積的不同之處。