高郵凹陷南斷階戴南組沉積演化

李宗峰，董桂玉，柴新輝，仇永峰，畢天卓

（1.河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山063009；2.中國石油西部鉆探測井公司研究所，新疆克拉瑪依834000；3.中國石油化工股份有限分公司江蘇油田分公司地質科學研究院，江蘇揚州225009）

高郵凹陷南斷階戴南組沉積演化

李宗峰*1，董桂玉1，柴新輝2，仇永峰3，畢天卓3

（1.河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山063009；2.中國石油西部鉆探測井公司研究所，新疆克拉瑪依834000；3.中國石油化工股份有限分公司江蘇油田分公司地質科學研究院，江蘇揚州225009）

根據(jù)巖芯、測井、錄井、地震和區(qū)域地質資料，結合高分辨率層序地層學理論，對高郵凹陷南斷階戴南組地層進行了系統(tǒng)的層序劃分與對比，劃分為2個長期基準面旋回和8個中期基準面旋回；根據(jù)“元素石英判源區(qū)，鏡下畫物源”的思想，對南斷階戴南組物源體系進行了系統(tǒng)分析，認為南斷階的沉積物主要受通揚隆起方向和吳堡低凸起方向源區(qū)的影響，但不同中期基準面旋回沉積過程中，遠近有所變化；綜合各類相標志，系統(tǒng)剖析了南斷階戴南組的沉積特征和沉積類型，對研究區(qū)的沉積相、亞（微）相進行系統(tǒng)劃分和重新厘定，主要別出扇三角洲和近岸水下沖積扇2種沉積相類型，總結了沉積演化規(guī)律，并結合現(xiàn)代沉積學原理建立了南斷階戴南組的沉積相模式，為研究區(qū)進一步的勘探開發(fā)提供了地質依據(jù)。

高郵凹陷；南斷階；戴南組；沉積演化

高郵凹陷目前已進入了中—高熟勘探階段，隨著勘探的深入，探明程度越來越高，原有沉積體系的研究成果已不適應當前勘探開發(fā)的需要。面對當前勘探開發(fā)形勢，近年來大量的專家學者為尋找其他有價值的研究區(qū)塊做了不懈努力，研究表明，高郵凹陷南斷階戴南組是極具開發(fā)價值的隱蔽油氣藏潛力區(qū)。2005年，張喜林，朱筱敏等進行了高郵凹陷古近系戴南組地震相的研究［1］；2006年，任紅民等對高郵凹陷南斷階的油氣勘探潛力做出了系統(tǒng)評價［2］；2007年，馬曉鳴等對高郵凹陷的構造演化做了研究［3］；2008年，李學慧分析了南斷階斷層活動對油氣藏的控制［4］；2009年，程國鋒等研究了南斷階的成藏模式［5］；2010年，周健，林春明等對高郵凹陷馬家嘴地區(qū)戴南組做了物源分析［6］；2012年，張妮等做了高郵凹陷戴南組地球化學特征的研究［7］；2012和2013年，董桂玉以高郵凹陷為例，做了陸相復雜斷陷盆地隱蔽油氣藏的砂體預測［8］。鑒于缺乏南斷階沉積體系及演化模式新的研究認識，在前人研究的基礎上，本文以高郵凹陷南斷階戴南組為主要區(qū)塊系統(tǒng)分析了研究區(qū)的沉積演化規(guī)律。

1　區(qū)域地質概況

高郵凹陷在構造上位于蘇北盆地東臺坳陷中部，東西長約100km，南北寬約25～35km，面積2670km2，高郵凹陷總體構造格局為南斷北超、南陡北緩的箕狀斷陷結構［9］。南部以大斷層與通揚隆起和吳堡低凸起相鄰，北部以平緩的斜坡與柘垛低凸起相接，西部以柳堡和菱塘橋二低凸起間的鞍部與金湖凹陷相通，東鄰白駒凹陷。

高郵凹陷平面上由南往北分為南部斷階帶、深凹帶和斜坡帶3個構造帶。南部真①斷層是高郵凹陷與通揚隆起及吳堡低凸起的分界斷層，真②斷層是深凹帶與南部斷階帶的分界斷層，漢留斷層是深凹帶與北斜坡的分界斷層。

高郵凹陷南斷階是指真①斷層與真②斷層之間的狹長地帶，2大斷層總體走向為北東—北北東，由西向東主要發(fā)育黃玨南、許庒和竹墩2個3級正向構造單元。在真①和真②斷層之間發(fā)育多個次級斷層，嚴格來說南斷階是由一系列的正斷層所控制的構造帶。而從勘探開發(fā)的角度講，南斷階泛指高郵凹陷的南部陡坡帶，南部真①斷層為南斷階與通揚隆起的邊界，北部緊鄰深凹帶。

圖1　高郵凹陷構造單元劃分圖

2　高分辨率層序地層劃分

在對研究區(qū)鉆井巖芯、測井和地震資料綜合分析的基礎上，利用Cross倡導的高分辨率層序地層學的理論體系和研究方法［10］，根據(jù)基準面原理、體積劃分原理、相分異原理和旋回等時對比法則［11］，結合油田生產(chǎn)實際，將高郵凹陷戴南組共劃分為2個長期旋回和8個中期旋回（表1）。

表1　高郵凹陷戴南組高分辨率層序地層劃分方案

3　沉積體系的研究

沉積體系指的是在某一時間地層單元內(nèi)，根據(jù)物源性質、搬運過程、沉積作用和發(fā)育演變幾方面，把有內(nèi)在聯(lián)系的各個沉積相，組成的一個連續(xù)體系，它能與相鄰的體系區(qū)分開來。通過對巖芯巖石類型、沉積構造和測井相的分析，高郵凹陷南斷階戴南組可識別出扇三角洲、近岸水下沖積扇2種沉積相（表2）。

表2　高郵凹陷南斷階戴南組沉積相、亞相、微相類型劃分簡表

3.1扇三角洲

扇三角洲是指臨近高地直接進入穩(wěn)定水體中的沖積扇，扇三角洲沉積組成與三角洲很類似，但粒度較三角洲要粗，扇三角洲屬近源快速沉積，分選性和磨圓度很差，結構成熟度和成分成熟度均較低。扇三角洲在南斷階主要發(fā)育在黃玨、真武、富民、周莊和花莊局部地區(qū)，由扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲三種亞相和相應的微相組成。

3.1.1扇三角洲平原

扇三角洲平原為扇三角洲的水上部分扇三角洲平原系沖積扇的陸上與水下部分，是主辮狀河道、辮狀分流河道發(fā)育區(qū)，主要分布于南斷階，成分成熟度和結構成熟度較低，單砂層垂向上具明顯的正韻律；自然電位曲線表現(xiàn)為齒化的鐘形與箱形組合。按其沉積特征可細分為水上分流河道和漫灘沼澤微相。該亞相的微相類型有辮狀分流河道、分流間灣、決口扇、決口河道和廢棄河道等，巖性較粗，磨圓度和分選性差，顏色主要為棕色、棕紅色。以黃玨地區(qū)黃x井的E2d21-2亞段為例（圖2），含礫細砂巖的礫石最大直徑可達4cm×3.5cm，一般為4cm×6cm，磨圓度較差，為次圓—次棱角，正韻律結構明顯，單層砂體多在3m左右，沉積構造類型以塊狀層理為主，其他層理類型不明顯，砂層底部發(fā)育沖刷充填構造。

圖2　黃玨地區(qū)黃x井E2d21-2取芯井段（1524.08～1547.12m）扇三角洲平原沉積特征（1∶100）

3.1.2扇三角洲前緣

扇三角洲前緣為扇三角洲的主體部分，其上發(fā)育沖蝕切割湖底形成的水下網(wǎng)狀分流水道及河口壩，主要位于濱湖區(qū)，其前緣有時可達淺湖區(qū)，接受各種粒級的砂質沉積。沉積構造有交錯層理、平行層理、盤狀構造、泄水構造、變形構造、波狀—水平層理、塊狀構造等。韻律層內(nèi)部多呈下粗上細的正粒序結構。自然電位曲線為中—高幅、齒化箱型一鐘型曲線、齒中線平行、水平。與扇三角洲平原亞相相比，其縱向厚度大，巖性變化快，粒度略細，分選和磨圓相對較好，牽引流和重力流成因的沉積構造都很發(fā)育，由于地處南斷階，地勢陡、勢能大、沉積速率高，湖水的頂托作用明顯減弱，因此河口砂壩不發(fā)育。沉積物經(jīng)過反復淘洗、簸選，分選變好，在扇三角洲前緣地帶形成分布廣、厚度薄的席狀砂體，其巖性較細，成熟度高，顯示砂泥薄互層的反韻律粒序。水下分流間灣和水下決口扇微相粒度相對較細，與水上相應沉積單元類似（圖3）。

圖3　花莊地區(qū)花x井E2d11取芯井段（2754.73～2802.71m）扇三角洲前緣+前扇三角洲沉積特征（1∶200）

3.1.3前扇三角洲

前扇三角洲是扇三角洲向平坦的淺湖或深湖底過渡的前緣斜坡段，主要接受細粒懸浮質沉積。主要由暗棕色、灰色和深灰色泥巖、粉砂質泥巖、砂質泥巖和泥質粉砂巖等細粒巖性組成，偶夾少量粉砂巖和細砂巖，其前端與濱淺湖或半深湖泥巖相接，且難以區(qū)分（圖3）。

3.2近岸水下沖積扇

近岸水下沖積扇為攜帶大量陸源碎屑物質的近源山間洪水由落差大的陡坡帶一側直接進入湖盆，形成完全沒于水下的沉積體。近岸水下沖積扇具有密度流的特征，也表現(xiàn)出一定的沖積性，以重力流為主，兼有牽引流性質［8］。由于處于水下且靠近剝蝕區(qū)，顏色以弱還原—還原色調為主，粒度很粗?？v向上近岸水下沖積扇可分為扇根亞相、扇中亞相和扇端亞相。

3.2.1扇根亞相

內(nèi)扇亞相發(fā)育主水道，巖性以不穩(wěn)定巖石為主，粒度范圍較廣，反映了很強的水動力攜帶大量粗細碎屑物后，順陡坡，未經(jīng)重力分異就進入湖盆沉積，呈現(xiàn)出混雜沉積構造。扇根整個沉積環(huán)境由攜帶粗碎屑的洪水所控制，其沉積物結構成熟度低，泥質含量很高（圖4）。

圖4　邵伯地區(qū)邵x井E2d12取芯井段（2975～2985.06m）近岸水下沖積扇沉積特征（1∶50）

3.2.2扇中亞相

扇中亞相發(fā)育水下網(wǎng)狀水道，由于坡度的減緩，碎屑流速度減慢，粗粒碎屑物質沉積疊覆，是近岸水下沖積扇的主體，也是砂礫巖體發(fā)育最厚的部位，結構成熟度與扇根亞相類似，均較低（圖4）。

3.2.3扇端亞相

扇端亞相位于扇中亞相前方，水體相對較深，巖性以厚層泥巖夾薄層粉砂、泥質粉砂為主，水平層理和各種小規(guī)模交錯層理相對發(fā)育，生物化石比較豐富，細粒沉積物易受到各種成因牽引流體的改造，局部地區(qū)由于受到季節(jié)性洪水重力流河滑塌重力流的影響，使剖面結構多樣化（圖5、圖6）。

圖5　扇端巖石類型、沉積構造

4　沉積演化

在單井相、連井相分析的基礎上，結合沉積相的平面展布特征以及高郵凹陷整體構造運動、地層分布特征、沉降中心、沉積中心遷移、基準面旋回特征等因素綜合分析南斷階戴南組沉積時期的沉積演化特征。

吳堡運動時期，蘇北盆地整體抬升，高郵凹陷南部斷裂活動加劇，整體被不同級別的構造斷裂所控制，絕大部分阜寧組地層露出水面遭受剝蝕，南斷階戴南組沉積初期（MSC1）就是在這種起伏不平的古侵蝕面上充填沉積的；隨著斷陷湖盆的不斷發(fā)育，到早、中期和快速沉降期（MSC2～MSC3），地層由深凹帶向兩側逐漸超覆，沉積范圍不斷擴大，導致南部斷階帶不斷地邊緣化；由于湖盆抬升擴張和充填增加，導致湖盆水體不斷變淺，南斷階LSC1沉積時期發(fā)育的近岸水下扇沉積部分演化為LSC2沉積時期（邵伯地區(qū)為LSC2中晚期）的扇三角洲沉積，但由于構造坡折帶的影響，扇三角洲和近岸水下沖積扇除了前后略有進退和偏移外，朵體規(guī)模整體上變化不太明顯；到MSC4～MSC8時期，斷陷湖盆在急劇或緩慢抬升，凹陷邊界地層被剝蝕程度依次加劇，周緣水攜沉積物向盆內(nèi)充填依次增多。伴隨斷陷盆地的沉降與抬升，戴南組沉積時期，經(jīng)歷了2次大規(guī)模的水進—水退的旋回過程（MSC1～MSC3、MSC4～MSC8）和多次次級水進—水退的旋回過程（如MSC3）；隨著湖盆的水進與水退，沉降中心和沉積中心不斷往復遷移，二者步調往往不一致，且沉降中心和沉積中心由一個演化成多個。

圖6　邵x井E2d12扇中、扇端沉積特征

5　沉積相模式

通過對南斷階戴南組沉積相的研究，以研究區(qū)沉積相展現(xiàn)的沉積特征和沉積演化規(guī)律為基礎，結合當代沉積學理論和相關區(qū)域地質資料，建立了高郵凹陷南斷階戴南組沉積相模式（圖7）。

圖7　高郵凹陷南斷階戴南組沉積模式圖

6　結論

高郵凹陷南斷階物源主要來自通揚隆起和吳堡低凸起，從層序上將研究區(qū)分為2個長期旋回和8個中期旋回，不同的沉積時期物源的方向和距物源的遠近會有一些變化，真武、曹莊、黃玨、肖劉莊、邵伯地區(qū)主要以通揚隆起為物源區(qū)，而花莊、周莊等地區(qū)沉積物主要來自吳堡低凸起。

高郵凹陷南斷階戴南組發(fā)育扇三角洲和近岸水下沖積扇，扇三角洲可劃分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲三種亞相；近岸水下沖積扇可分為扇根亞相，扇中亞相和扇端亞相。

南斷階戴南組沉積初期（MSC1）古地貌起伏不平，斷裂不斷發(fā)育；到沉積中期（MSC2～MSC3），隨著湖盆的擴張，南斷階不斷邊緣化，逐漸形成近岸水下沖積扇和扇三角洲相；到沉積后期（MSC4～MSC8），湖盆逐漸抬升，南斷階地區(qū)剝蝕加劇。整個演化過程南斷階經(jīng)歷了2次大的水進—水退。

［1］張喜林，朱曉敏，楊俊生.蘇北盆地高郵凹陷古近系戴南組地震相研究［J］.西安石油大學學報，2005，20（3）：44-47，195.

［2］任紅民，徐建，張偉青，等.高郵凹陷南部斷階帶油氣勘探潛力分析［J］.海洋石油，2006（2）：13-17.

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［4］李學慧.高郵凹陷南斷階斷層活動對油氣成藏的控制［J］.新疆石油地質，2008，29（6）：719-721.

［5］程國鋒，宋全友，李寶鋼.高郵凹陷南斷階油氣成藏模式［J］.西部探礦工程，2009（4）：106-109.

［6］周健，林春明，李艷麗，等.蘇北盆地高郵凹陷馬家嘴地區(qū)古近系戴南組物源分析［J］.2010，28（6）：1117-1128.

［7］張妮，林春明，周健，等.蘇北盆地高郵凹陷古近系戴南組一段元素地球化學特征及其地質意義［J］.地質學報，2012，86 （2）：269-279.

［8］董桂玉.陸相復雜斷陷盆地隱蔽油氣藏砂體預測［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2013.

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［11］鄭榮才.高分辨率層學地層學［M］.1版.北京：地質出版社，2010.

TE121

A

1004-5716（2016）09-0063-06

2015-10-13

2015-10-20

河北省自然科學基金（D2013209045）；河北省科技計劃項目（12274203）。

李宗峰（1988-），男（漢族），河北滄州人，華北理工大學在讀碩士研究生，研究方向：儲層沉積學與油氣田勘探。