周健 林春明 李艷麗 姚玉來(lái) 張霞 張志萍2， 高麗坤

(1.內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院南京210093; 2.中國(guó)石油化工股份有限公司華東分公司規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院南京210036)

蘇北盆地高郵凹陷馬家嘴地區(qū)古近系戴南組物源分析

周健1林春明1李艷麗1姚玉來(lái)1張霞1張志萍2，1高麗坤1

(1.內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院南京210093; 2.中國(guó)石油化工股份有限公司華東分公司規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院南京210036)

綜合運(yùn)用碎屑巖類分析法、重礦物法、沉積法三類物源分析方法對(duì)蘇北盆地高郵凹陷馬家嘴地區(qū)戴南組的物源進(jìn)行了分析。馬家嘴地區(qū)母巖巖性以火成巖為主，其次為變質(zhì)巖和沉積巖，其中中酸性火成巖的分布范圍要比基性火成巖分布范圍廣，變質(zhì)巖以中—低級(jí)變質(zhì)巖為主，深成巖較少。對(duì)研究區(qū)內(nèi)各層段砂巖類型、巖屑類型及含量變化、砂巖百分含量、地層厚度、沉積相展布、重礦物穩(wěn)定系數(shù)、重礦物組合、ZTR指數(shù)和重礦物指數(shù)等資料的研究結(jié)果表明，戴南組沉積時(shí)期馬家嘴地區(qū)各個(gè)區(qū)塊具有不同的物源方向，馬8區(qū)塊沉積物主要來(lái)自菱塘橋低凸起方向，部分來(lái)自通揚(yáng)隆起;馬31區(qū)塊沉積物來(lái)自菱塘橋低凸起方向，古河流發(fā)生遷移;馬33區(qū)塊沉積物來(lái)自通揚(yáng)隆起。

蘇北盆地高郵凹陷戴南組物源分析

近年來(lái)蘇北盆地高郵凹陷戴南組獲得了較大的勘探突破，揭示了高郵凹陷戴南組有著較大的勘探潛力。由于高郵凹陷馬家嘴地區(qū)處于高郵凹陷深凹帶，具有多物源、物源變化明顯的特點(diǎn)，因此弄清馬家嘴地區(qū)戴南組沉積時(shí)期的物源演化對(duì)預(yù)測(cè)該區(qū)沉積體系和油氣有利儲(chǔ)集體分布起著重要作用。

隨著現(xiàn)代分析手段的提高，物源分析方法日趨增多，并不斷地相互補(bǔ)充和完善。目前應(yīng)用較多的為碎屑巖類分析法［1，2］、重礦物法［3～6］、沉積法［7，8］、地球化學(xué)法和同位素法［9～11］、裂變徑跡法［12～14］等。通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)各層段砂巖類型、巖屑類型及含量變化、重礦物穩(wěn)定系數(shù)(碎屑巖中穩(wěn)定陸源重礦物含量與不穩(wěn)定陸源重礦物含量的比值)、重礦物組合、ZTR指數(shù)、重礦物指數(shù)、砂巖百分含量、地層厚度等資料綜合分析，對(duì)高郵凹陷馬家嘴地區(qū)各區(qū)塊的物源方向和母巖類型進(jìn)行了研究;并綜合利用巖心、錄測(cè)井資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，分析研究區(qū)戴南組沉積特征和沉積相類型，對(duì)該區(qū)油田評(píng)價(jià)及勘探開(kāi)發(fā)工作具有指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

高郵凹陷位于蘇北盆地南部(圖1A)，東起吳堡低凸起，西至菱塘橋低凸起，南為通揚(yáng)隆起，北接柘垛低凸起，東西長(zhǎng)約100 km，南北寬25～30 km，面積達(dá)2 670 km2，呈北東向長(zhǎng)條形分布，新生界沉積厚近7 000 m，是在晚白堊世儀征運(yùn)動(dòng)和古新世末期吳堡運(yùn)動(dòng)期間，由于斷塊差異沉降而形成的新華夏“多”字型構(gòu)造體系隆起帶上的一個(gè)中、新生代箕狀斷—凹沉積盆地［15］。高郵凹陷是蘇北盆地沉降幅度最大的凹陷，由南向北可劃分為南部斷階帶、中央深凹帶和北部斜坡帶三個(gè)構(gòu)造單元(圖1B)。除凹陷南部以真1斷層為界外，北部、東部、西部均由凹陷向斜坡逐層超覆［16］。

馬家嘴地區(qū)位于高郵凹陷西部(圖1B)，其形成及演化在區(qū)域上主要受中國(guó)東部郯—廬斷裂的走滑活動(dòng)，以及太平洋板塊自東向北北西方向俯沖作用的復(fù)合控制，先后經(jīng)歷了早白堊世晚期隆升剝蝕、古新世強(qiáng)烈裂陷、始—漸新世強(qiáng)烈斷陷、中—上新世的萎縮消亡四個(gè)階段［17］。馬家嘴地區(qū)按構(gòu)造特點(diǎn)分為馬8、馬31和馬33三個(gè)區(qū)塊(圖1C)。

2 沉積地層

高郵凹陷古近系自下而上分為阜寧組、戴南組和三垛組，戴南組與阜寧組和三垛組均呈不整合接觸(表1)。根據(jù)其沉積旋回和巖性特征，將戴南組分為戴一段(E2d1)和戴二段(E2d2)兩個(gè)層段。根據(jù)次級(jí)沉積旋回和泥巖隔層發(fā)育特征又可將E2d1細(xì)分為三個(gè)亞段，E2d2細(xì)分為五個(gè)亞段。E2d1地層總厚度一般為0～300 m，最厚可達(dá)900 m，自下而上可分為上下兩個(gè)部分，下部為淺灰色砂巖與淺、灰黑色泥巖呈不等厚互層，上部為1～5層黑色、深灰色泥巖夾淺灰色砂巖，電性特征突出，泥巖段電阻率值為1Ω·m左右，且分布穩(wěn)定，即“五高導(dǎo)”標(biāo)志層［18］。E2d2主要為淺灰色砂巖、粉砂巖與棕色夾淺灰—灰黑色泥巖不等厚互層，地層厚度一般為150～400 m。

圖1 高郵凹陷地理位置圖及馬家嘴地區(qū)構(gòu)造略圖Fig.1Geographical location of Gaoyou Sag and the sketch tectonic map of the Majiazui area

表1 高郵凹陷古近系地層簡(jiǎn)表Table 1Stratigraphic division of the Paleogene in Gaoyou Sag

馬家嘴地區(qū)在戴南組時(shí)期地層沉積較厚(圖2)，整體上由凹陷邊緣至凹陷中心地層厚度逐漸增大，地層厚度較大區(qū)域沿馬33塊的馬24井至馬31塊的馬25井地區(qū)，即馬家嘴地區(qū)三個(gè)區(qū)塊的交匯處，地層沉積厚度達(dá)到800 m以上，最厚為馬25井為865 m，為該區(qū)的沉降中心，以上說(shuō)明馬家嘴地區(qū)可能存在多個(gè)物源，以致沉積較厚地層。

3 物源分析

沉積物物源分析是沉積盆地分析的重要內(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)，其主要研究對(duì)象是陸源碎屑組分及其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。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，是反映物質(zhì)來(lái)源的重要標(biāo)志［19］。砂巖中的主要碎屑成分——石英、長(zhǎng)石和巖屑在恢復(fù)物源區(qū)的研究中具有極為重要的意義［1］。砂巖中的重礦物因其耐風(fēng)化、穩(wěn)定性強(qiáng)，可以保留豐富的母巖信息，也是物源分析的依據(jù)之一。重礦物組合是物源搬運(yùn)距離和巖性變化的極為敏感的指示劑［20］。在同一沉積盆地中，同時(shí)期、同物源的沉積物的重礦物組合特征基本一致，因此，可利用同時(shí)期重礦物組合推斷沉積物來(lái)源的方向。

隨著搬運(yùn)距離的增大，沉積物中不穩(wěn)定重礦物含量逐漸減少，穩(wěn)定重礦物含量相對(duì)升高，因此可利用重礦物穩(wěn)定系數(shù)來(lái)研究碎屑沉積物的搬運(yùn)方向和搬運(yùn)距離的長(zhǎng)短。通常重礦物穩(wěn)定系數(shù)越大，沉積區(qū)距離物源區(qū)越遠(yuǎn)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)戴南組的砂巖類型、礦物成熟度、巖屑類型及其含量變化、重礦物穩(wěn)定系數(shù)、重礦物組合及其分布特征、ZTR指數(shù)和砂巖百分比等值線圖等資料判斷高郵凹陷西部馬家嘴地區(qū)戴南組的主要物源方向，并根據(jù)各種重礦物指數(shù)來(lái)推斷源區(qū)母巖類型。

3.1 物源方向

3.1.1 碎屑成分分析

高郵凹陷西部多口井的薄片觀察和重礦物統(tǒng)計(jì)表明，凹陷邊緣較中心巖石成分及結(jié)構(gòu)成熟度低，重礦物穩(wěn)定系數(shù)小，由凹陷邊緣至中心，長(zhǎng)石、巖屑和不穩(wěn)定重礦物含量減少，石英和穩(wěn)定重礦物含量增加。沿黃75—黃18井方向，石英含量由64.17%增加到67.82%，長(zhǎng)石巖屑總含量減小(表2、圖2)，礦物成熟度由1.79增加到2.11;沿聯(lián)19—聯(lián)15—聯(lián)24井方向，石英含量和礦物成熟度增逐漸增大(表2)。以上分析結(jié)合高郵凹陷西部的構(gòu)造特點(diǎn)，推測(cè)高郵凹陷西部沉積物來(lái)自通揚(yáng)隆起、柘垛低凸起方向和菱塘橋低凸起方向。

圖2 高郵凹陷西部戴南組巖石碎屑成分變化圖及馬家嘴地區(qū)地層等厚圖Fig.2Clastic complements variation chart of Dainan Formation in the western Gaoyou Sag and stratigraphic isopach map of Majiazui area

戴南組一段時(shí)期，馬家嘴地區(qū)12口井的90多個(gè)薄片數(shù)據(jù)表明(表2)，馬8區(qū)塊目的層砂巖石英平均含量為67.50%;馬31區(qū)塊目的層砂巖石英含量為58%～70%，長(zhǎng)石含量為15%～21%，巖屑主要為火成巖巖屑(圖3-1)，為3%～11%，其次為變質(zhì)巖巖屑(圖3-2)和沉積巖巖屑(圖3-3)，含量分別為1%～10%，1%～16%;馬33區(qū)塊目的層砂巖石英含量為60.00%，長(zhǎng)石含量為19%～20%，巖屑主要為沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑，含量為7%～9%，火成巖巖屑最少?？v向上各地區(qū)隨著深度的上升，石英含量表現(xiàn)出由少至多再減少的現(xiàn)象，馬31塊的馬25井變化最為明顯，在2 195 m時(shí)石英含量為48%，礦物成熟度僅為1.18，至2 034 m時(shí)石英含量增為64%，礦物成熟度增至1.97，至1967 m時(shí)石英含量又減少為53%，礦物成熟度減為1.37;馬8塊的馬13-1井，馬33塊的馬24井的也表現(xiàn)出這樣的規(guī)律性變化，顯示物源具有旋回性的特點(diǎn)。

根據(jù)Folk(1974)三端元分類法，對(duì)目的層砂巖投點(diǎn)作圖(圖4A)，表明馬8區(qū)塊巖性以長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖為主，偶見(jiàn)巖屑細(xì)砂巖;馬31區(qū)塊巖性以巖屑長(zhǎng)石中細(xì)砂巖、粉砂巖為主，見(jiàn)長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖，偶見(jiàn)長(zhǎng)石粉砂巖;馬33區(qū)塊巖性以長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖為主，偶見(jiàn)巖屑細(xì)砂巖。薄片觀察結(jié)果顯示，馬8區(qū)塊砂巖分選較好，磨圓度多為次圓狀，以顆粒支撐為主，顆粒間接觸關(guān)系以線接觸為主;馬31區(qū)塊由西北向東南方向，砂巖分選由差變好，磨圓度也由以次棱角為主變?yōu)榇螆A為主，結(jié)構(gòu)成熟度相對(duì)低，以顆粒支撐為主，顆粒間接觸關(guān)系以線接觸為主;馬33區(qū)塊砂巖分選中等，磨圓度多為次棱—次圓狀，接觸關(guān)系以點(diǎn)接觸和顆粒支撐為主。以上分析說(shuō)明，E2d1沉積時(shí)期馬8區(qū)塊和馬31區(qū)塊離物源區(qū)稍遠(yuǎn)，馬33區(qū)塊離物源區(qū)相對(duì)較近?？v向上各地區(qū)隨著深度的上升，碎屑的粒度及磨圓度也表現(xiàn)出規(guī)律性變化，粒度自下而上顯示粗—細(xì)—粗的三段性，磨圓度由次棱—次圓—次棱，這顯示物源具有旋回性的特點(diǎn)。

戴南組二段時(shí)期，馬家嘴地區(qū)3口井的30個(gè)薄片數(shù)據(jù)表明(表2)，馬31區(qū)塊目的層砂巖石英含量為63%～68%;長(zhǎng)石含量為17%～21%;巖屑主要為火成巖巖屑，為4%～10%。根據(jù)Folk砂巖分類(圖4B)，馬31區(qū)塊砂巖巖性以巖屑長(zhǎng)石細(xì)砂巖為主，見(jiàn)長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖和長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖。薄片觀察結(jié)果顯示，馬31區(qū)塊砂巖分選較好，磨圓度多為次圓狀，顆粒間以線接觸為主，結(jié)構(gòu)成熟度明顯高于E2d1時(shí)期，說(shuō)明E2d2時(shí)期馬31區(qū)塊離物源區(qū)距離相對(duì)遠(yuǎn)。

表2 高郵凹陷西部馬家嘴地區(qū)古近系戴南組巖石組分分析Table 2Component analysis of the Paleogene Dainan Formation in Majiazui area，western Gaoyou Sag

圖3 高郵凹陷馬家嘴地區(qū)典型巖相標(biāo)志、沉積構(gòu)造及薄片照片1.火成巖巖屑(箭頭所指，虛線為顆粒邊緣)馬9井，2 029.93 m，正交偏光，×20;2.變質(zhì)巖巖屑(箭頭所指)，馬14井，2 021.67 m，正交偏光，×20;3.沉積巖巖屑(箭頭所指為鮞粒)馬14井，1 669.7 m，正交偏光，×20;4.斜層理，馬6井，1 588.45 m;5.沖刷面，馬14井，2 026.67 m; 6.深灰色泥巖夾灰白色砂質(zhì)條帶，馬19井，2 029.70～2 029.93 m;Fig.3Photos of typical lithofacies and sedimentary structures and microphotographs of thin sections in Majiazui area，Gaoyou Sag

圖4 高郵凹陷馬家嘴地區(qū)戴南組砂巖分類圖A.馬家嘴各區(qū)塊戴一段砂巖分類圖;B.馬家嘴馬31區(qū)塊戴二段砂巖分類圖Fig.4Triangle diagram of sandstone classification of the Dainan Formation in Majiazui area，Gaoyou Sag

從石英、長(zhǎng)石和巖屑組分相對(duì)含量分布及礦物成熟度等值線(圖5-A)可以看出，戴一段時(shí)期，在馬31區(qū)塊，由馬34井向南至馬31-3井方向，東南至馬32井方向，石英含量增加，由58.17%分別增加至62.47%、65.25%，長(zhǎng)石及巖屑含量減少，礦物成熟度指數(shù)由1.39增至1.66、1.88。在馬33區(qū)塊，由馬24、24-1井向北至馬25井方向，石英含量呈遞增趨勢(shì)，長(zhǎng)石及巖屑含量減少，礦物成熟度呈遞增趨勢(shì)。以上說(shuō)明在E2d1時(shí)期馬31區(qū)塊馬34井區(qū)離物源較近，沉積物來(lái)自菱塘橋低凸起方向，且沿東北—西南方向推進(jìn);馬33區(qū)塊沉積物來(lái)自南部的通揚(yáng)隆起。戴二段時(shí)期(圖5B)由馬14井向南至馬4井方向，東至馬32井方向，石英含量增加，由63.56%分別增至67.12%、65%，長(zhǎng)石及巖屑含量減少，礦物成熟度由1.74分別增至2.04、1.86。以上分析說(shuō)明E2d2時(shí)期馬31區(qū)塊沉積物來(lái)自菱塘橋低凸起方向，與E2d1相比，沉積物雖來(lái)自同一源區(qū)，但其沉積物的推進(jìn)方向卻不同，這可能是由于古水流發(fā)生遷移導(dǎo)致的。

圖5 高郵凹陷馬家嘴地區(qū)戴南組巖石碎屑成分變化及成熟度等值線圖A戴一段;B戴二段Fig.5Clastic variation chart and maturity map of Dainan Formation in Majiazui area，Gaoyou Sag

3.1.2 重礦物分析

馬家嘴地區(qū)戴南組16口井129個(gè)樣品的重礦物分析表明(表3，井位見(jiàn)圖6)，重礦物主要類型為石榴石、磁鐵礦、鋯石，其次為金紅石、電氣石、綠泥石，出現(xiàn)率為98%;見(jiàn)黑云母、十字石、獨(dú)居石、板鈦礦，在少數(shù)井中還可以見(jiàn)到綠泥石、角閃石、榍石等。其中石榴石為28%～81%，平均為54.39%;磁鐵礦為0～45.1%，平均為14.21%;鋯石為3.9%～35.86%平均為11.04%;金紅石為0～11.30%，平均為5.80%;電氣石為0～9.14%，平均為3.58%;綠泥石為0～42.61%，平均為3.30%;黑云母、十字石、獨(dú)居石、板鈦礦的含量分別為0～6.20%、0～0.41%、0～0.20%、0～0.10%。穩(wěn)定重礦物主要有石榴石、鋯石、金紅石、電氣石、十字石、磁鐵礦和白鈦石，總含量變化范圍為57.39%～100%;不穩(wěn)定重礦物主要為綠泥石、角閃石、黑云母，總含量變化范圍為0～42.61%。重礦物穩(wěn)定系數(shù)多數(shù)在1.35～207.39之間。

E2d1時(shí)期，馬8區(qū)塊馬13-1的重礦物組合為石榴石—金紅石組合，重礦物穩(wěn)定系數(shù)為7.52，馬21-1的重礦物組合為石榴石—鋯石—金紅石組合，重礦物穩(wěn)定系數(shù)13.67，位于兩井之間的馬13-3井的重礦物也以石榴石為主，重礦物穩(wěn)定系數(shù)為17.8。以上數(shù)據(jù)表明馬8區(qū)塊的重礦物組合較復(fù)雜，說(shuō)明沉積物可能來(lái)自不同源區(qū);重礦物穩(wěn)定系數(shù)具有兩邊大中間小的特點(diǎn)，說(shuō)明馬8區(qū)塊的沉積物除來(lái)自菱塘橋低凸起，也受通揚(yáng)隆起的影響，據(jù)重礦物組合推斷物源區(qū)巖性以變質(zhì)巖為主;馬31區(qū)塊的馬14、馬19和馬32井重礦物組合為石榴石—鋯石—金紅石，馬34井重礦物為石榴石—鋯石—赤鐵礦組合，其中鋯石可能來(lái)源于火山巖或者再旋回沉積巖，說(shuō)明母源區(qū)可能存在火山巖或再旋回沉積巖，馬4和馬25井為石榴石—磁鐵礦組合，以上分析表明馬31區(qū)塊的重礦物穩(wěn)定系數(shù)由東北向西南方向呈遞增趨勢(shì)，說(shuō)明其物源來(lái)自菱塘橋低凸起方向。

E2d2時(shí)期，馬8區(qū)塊馬7、和馬17-1井的重礦物都以石榴石為主，重礦物穩(wěn)定系數(shù)分別為111.4和174.4，馬13-3、馬13-4、馬21-1和馬18井的重礦物組合為石榴石—磁鐵礦，重礦物穩(wěn)定系數(shù)分別為106.5、14.5、63.9和165.7，馬16井為石榴石—鋯石組合，重礦物穩(wěn)定系數(shù)為55.8，以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，E2d2時(shí)期馬8區(qū)塊的重礦物穩(wěn)定系數(shù)也具有兩邊小中間大的特點(diǎn)，由凹陷向北、向南均減小，表明E2d2時(shí)期馬8區(qū)塊的沉積物來(lái)源與E2d相同，即同時(shí)受菱塘橋低凸起和通揚(yáng)隆起的影響，物源區(qū)巖性沒(méi)有發(fā)生變化，仍以變質(zhì)巖為主;馬31區(qū)塊馬4和馬14井的重礦物組合為磁鐵礦—石榴石，重礦物穩(wěn)定系數(shù)分別為180.8和211.8，馬5-7井的重礦物組合為石榴石—磁鐵礦—赤褐鐵礦，重礦物穩(wěn)定系數(shù)為165.7，馬32井的重礦物組合為石榴石—鋯石—白鈦石，比較特殊，重礦物穩(wěn)定系數(shù)為27.6，整體來(lái)看，E2d2時(shí)期馬31區(qū)塊重礦物組合中指示母巖為沉積巖的鋯石和赤褐鐵礦含量增加，說(shuō)明物源區(qū)沉積巖的剝蝕增加，重礦物穩(wěn)定系數(shù)由西南向東北呈遞增趨勢(shì)，說(shuō)明馬31區(qū)塊物源來(lái)自菱塘橋低凸起方向，E2d2時(shí)期與E2d1時(shí)期相比，馬31區(qū)塊物源方向發(fā)生了變化，母源區(qū)剝蝕層位也發(fā)生變化。

在馬31區(qū)塊，同一井的不同時(shí)期重礦物含量有明顯變化，主要表現(xiàn)為由E2d1至E2d2時(shí)期，石榴石、鋯石含量明顯減少，磁鐵礦含量增加，錫石、白鈦石含量也有變化，但不普遍。如馬14井的石榴石含量由60.17%驟減到31.40%，鋯石含量由7.50%減至4.15%，磁鐵礦由0.03%增加到42%，說(shuō)明E2d2源區(qū)應(yīng)有基性火成巖存在;馬4井的石榴子石含量由40.12%減至35.97%，錫石含量由33.81%降低到0.01%;馬32井石榴子石含量由35.03%降至31%，鋯石含量由35.86%降至24%，白鈦石含量由11.51%增至22%，且鋯石呈滾圓狀，白鈦石呈粒狀，說(shuō)明沉積物可能由沉積巖母巖再搬運(yùn)而來(lái);以上分析表明馬31區(qū)塊的母源區(qū)剝蝕層位發(fā)生變化。

3.1.3ZTR指數(shù)分析

在重礦物中鋯石、金紅石和電氣石的化學(xué)成分最穩(wěn)定，他們?cè)谕该髦氐V物中所占的比例稱為ZTR指數(shù)。它代表重礦物的成熟度，是判別礦物成熟度的指標(biāo)。一般而言，來(lái)自同一剝蝕物源區(qū)的、相同年代、同一河流沉積物的重礦物樣品，常常具有相同或近似的重礦物組合和重礦物的相對(duì)百分含量，并且從上游至下游隨著搬運(yùn)距離的增加、改造程度的加劇，樣品中不穩(wěn)定重礦物數(shù)量將逐漸減少、穩(wěn)定重礦物的數(shù)量將相對(duì)增多，穩(wěn)定系數(shù)及ZTR指數(shù)也相應(yīng)依次逐漸增大［21，22］。而礦物的成熟度受古氣候、古構(gòu)造、搬運(yùn)距離及成巖作用等多種因素的制約，對(duì)其系統(tǒng)研究可以指示沉積物搬運(yùn)距離和物源方向，有時(shí)則反映不同時(shí)期的古構(gòu)造和古氣候的變化［4］。

從表3可以看出，E2d1時(shí)期，馬8區(qū)塊的ZTR指數(shù)呈中間大兩邊小的特點(diǎn)，由西北、東南兩個(gè)方向，向凹陷中心逐漸增加，馬13-1和馬21-1井的ZTR指數(shù)均為0.16，向中心至馬13-3井增為0.20;馬31區(qū)塊地區(qū)由東北向西南方向ZTR指數(shù)也逐漸增加，馬34井的ZTR為0.17，向西南至馬14、馬19、馬4和馬25井增為0.28、0.33、0.29和0.36。E2d2時(shí)期馬8區(qū)塊的ZTR變化趨勢(shì)與E2d1相同，ZTR指數(shù)由西北、東南向凹陷中心逐漸增加，馬21-1和馬7井為0.16、0.18，向中心至馬16、馬13-4和馬18井增為0.25、0.33、0.20;馬31區(qū)塊E2d2與E2d1相比，ZTR指數(shù)變化趨勢(shì)發(fā)生了變化，由E2d1時(shí)期的由東北向西南方向增加轉(zhuǎn)變?yōu)橛蒃2d2時(shí)期的西北向東南方向逐漸增加，馬5-7井為0.19，向東北至馬4和馬14井時(shí)增為0.22、0.31。以上分析說(shuō)明，E2d1時(shí)期馬8區(qū)塊的沉積物來(lái)自兩個(gè)方向，北部來(lái)自菱塘橋低凸起方向，南部來(lái)自通揚(yáng)隆起，馬31區(qū)塊沉積物來(lái)自菱塘橋低凸起方向;E2d2時(shí)期馬8區(qū)塊的沉積物來(lái)源與E2d1時(shí)期相同，馬31區(qū)塊物源方向發(fā)生了變化，沉積物主要來(lái)自西北方向，與E2d1時(shí)期相比，沉積物雖來(lái)自同一源區(qū)，卻是由不同的河流搬運(yùn)來(lái)的。

表3 高郵凹陷馬家嘴地區(qū)始新統(tǒng)戴南組主要陸源重礦物含量及ZTR指數(shù)分析Table 3Heavy minerals content and ZTR index of the Paleogene Dainan Formation in Majiazui area，Gaoyou Sag

3.1.4 沉積法分析

沉積法主要是根據(jù)盆地鉆井、測(cè)井、地震等資料，結(jié)合巖性、成分、沉積體形態(tài)、粒度、沉積構(gòu)造、古流向及植物微體化石等資料，做出某時(shí)期的砂巖百分比等值線圖、礫巖百分比等值線圖、地層等厚圖、沉積相展布圖等相關(guān)圖件來(lái)推測(cè)物源區(qū)的相對(duì)位置［20，23］。地層厚度變化可反映湖泊沉降幅度和古地形的基本輪廓［24］，砂巖百分比等值線圖最能反映物源的方向，因?yàn)槠浜x為砂巖與地層厚度的相對(duì)比值，其受古地形、后期的剝蝕和構(gòu)造抬升作用是均等的［25］。

通過(guò)對(duì)馬家嘴地區(qū)50多口測(cè)井的統(tǒng)計(jì)，分別做出了馬家嘴地區(qū)E2d1和E2d2的砂巖百分比等值線圖，從圖6Α中可以看出E2d1時(shí)期，靠近漢留斷層的馬36、馬34井砂巖百分比分別為17%、18%，由漢留斷層向凹陷內(nèi)部砂巖百分比逐漸減小，靠近通揚(yáng)隆起的馬33-10井砂巖百分比為17%，由通揚(yáng)隆起向凹陷內(nèi)砂巖百分比也有規(guī)律的減小。根據(jù)等值線演化趨勢(shì)并結(jié)合前面碎屑巖類分析法、重礦物法的分析，推斷馬家嘴地區(qū)在E2d1時(shí)期存在三個(gè)方向的物源，馬31區(qū)塊沉積物來(lái)自菱塘橋低凸起方向，沿東北至西南方向沉積，馬8區(qū)塊沉積物北部來(lái)自菱塘橋低凸起方向，南部為通揚(yáng)隆起，馬33區(qū)塊沉積物來(lái)自通揚(yáng)隆起，馬31和馬8區(qū)塊沉積物雖都來(lái)自菱塘橋低凸起方向，但是卻是由不同的河流帶入的;從圖6Β中可以看出E2d2時(shí)期，靠近漢留斷層的馬6井砂巖百分比為12.3%，沿著漢留斷層向兩側(cè)及凹陷內(nèi)砂巖百分比逐漸減小，通揚(yáng)隆起附近的馬30井砂巖百分比為16.5%，沿通揚(yáng)隆起向凹陷內(nèi)砂巖百分比逐漸減小，結(jié)合碎屑巖類分析法、重礦物法的分析，認(rèn)為馬家嘴地區(qū)在E2d2時(shí)期存在兩個(gè)方向的物源，馬31和馬8區(qū)塊沉積物都來(lái)自菱塘橋低凸起方向，馬33區(qū)塊沉積物來(lái)自通揚(yáng)隆起，與E2d1相比馬31區(qū)塊的物源方向發(fā)生了變化。

戴南組沉積時(shí)期，高郵凹陷處于由凹陷變?yōu)閿嘞莸碾A段。E2d1早期斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，地層發(fā)育受斷裂控制，E2d1中期構(gòu)造活動(dòng)減弱，湖泊面積逐漸擴(kuò)大，E2d1晚期凹陷發(fā)生湖侵，水體深度達(dá)到最大，沉積范圍繼續(xù)擴(kuò)大。E2d2沉積繼承了E2d1的沉積格局，凹陷經(jīng)過(guò)E2d1的沉積充填及E2d2的區(qū)域性的抬升，水體變淺，自下而上顯示粗—細(xì)—粗的三段性，代表著水進(jìn)—水退的沉積旋回。

圖6 高郵凹陷馬家嘴地區(qū)戴南組砂巖百分比等值線及沉積相圖A.戴一段砂巖百分比及沉積相;B.戴二段砂巖百分比及沉積相Fig.6Contour maps of sandstone percentage for the Dainan Formation in Majiazui area，Gaoyou Sag

馬家嘴地區(qū)位于凹陷的北部緩坡帶，坡度平緩。根據(jù)巖心觀察，本區(qū)發(fā)育大量沖刷面、交錯(cuò)層理、斜層理、平行層理(圖3-4、5)，局部可見(jiàn)滑塌構(gòu)造，也見(jiàn)植物根莖、螺化石、蟲(chóng)孔、有一定定向排列的泥質(zhì)團(tuán)塊或泥礫，其中交錯(cuò)層理、斜層理、平行層理是牽引流的產(chǎn)物，螺化石、蟲(chóng)孔反映水體不深，不超過(guò)淺湖，較完整的植物根莖說(shuō)明沉積體離物源的距離不遠(yuǎn)，巖性以粉砂巖為主，有細(xì)砂巖和中砂巖，深灰色泥巖夾灰白色砂質(zhì)條帶(圖3-6)，偶爾有泥礫層，泥層與砂層之間有棕色、暗棕色泥巖，說(shuō)明是在較規(guī)律的水流中沉積的。通過(guò)測(cè)井、錄井、分析化驗(yàn)資料等的綜合分析，分別做出了馬家嘴地區(qū)E2d1和E2d2的沉積相圖(圖6)，在E2d1時(shí)期(圖6A)，馬8區(qū)塊內(nèi)沉積了兩個(gè)三角洲朵體，北部的三角洲由西北向東南方向依次沉積了三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲亞相，南部由西南至東北方向也依次沉積了三角洲的三個(gè)亞相，這說(shuō)明該時(shí)期馬8區(qū)塊的沉積物來(lái)自兩個(gè)方向，北部來(lái)自菱塘橋低凸起方向，南部來(lái)自通揚(yáng)隆起，且沉積相的展布方向與前述物源方向吻合;馬31區(qū)塊由東北至西南方向沉積了一個(gè)三角洲朵體，這說(shuō)明其物源來(lái)自菱塘橋低凸起方向，并沿東北至西南方向沉積，與物源方向一致;馬33區(qū)塊的三角洲與馬8區(qū)塊南部的三角洲屬于同一個(gè)大的朵體，沉積物均來(lái)自通揚(yáng)隆起。在E2d2時(shí)期(圖6B)，馬8區(qū)塊內(nèi)的三角洲沉積與E2d1相比，南部三角洲發(fā)育增強(qiáng)，沉積物還是來(lái)自通揚(yáng)隆起，北部三角洲減弱，沉積相展布方向與物源方向一致;馬31區(qū)塊內(nèi)的三角洲沉積由E2d1時(shí)期的東北至西南方向轉(zhuǎn)變?yōu)橛晌鞅毕驏|南方向沉積，這與物源方向的轉(zhuǎn)變也吻合;馬33區(qū)塊內(nèi)的三角洲沉積與E2d1相比逐漸萎縮，說(shuō)明發(fā)生了水退，物源供給不充分，但沉積物仍來(lái)自通揚(yáng)隆起。

3.2 母巖類型

巖屑是母巖巖石的碎塊并保持著母巖結(jié)構(gòu)的礦物集合體，是提供沉積物源區(qū)巖石類型的直接標(biāo)志。不同的母巖類型具有不同的重礦物組合，重礦物的種類、含量和組合可以直接指示物源區(qū)的母巖性質(zhì)。石榴石、磁鐵礦、綠簾石和部分鈦鐵礦是變質(zhì)巖的產(chǎn)物，磷灰石和鈦鐵礦來(lái)源于中—酸性火山巖，重晶石和赤(褐)鐵礦是沉積物沉積和成巖過(guò)程中生成的，它們的大量出現(xiàn)代表了干旱氧化的沉積和成巖環(huán)境［26～28］，據(jù)此可以來(lái)初步判斷物源區(qū)的母源巖性及沉積區(qū)的沉積環(huán)境。筆者認(rèn)為巖屑含量和搬運(yùn)距離是判別來(lái)源區(qū)母巖類型的兩個(gè)主要制約因素，但是研究區(qū)在戴南組時(shí)期，水體沒(méi)有發(fā)生大規(guī)模的變化，搬運(yùn)距離在同一地區(qū)影響較小，因此研究區(qū)巖屑含量的變化是反映源區(qū)巖石類型的主控因素。

根據(jù)薄片鑒定結(jié)果，巖屑中可識(shí)別出巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖3種類型。巖漿巖巖屑最多，其含量范圍、平均值依次為3.15%～10.67%、6.7%;變質(zhì)巖和沉積巖巖屑含量相當(dāng)，分別為1.65%～9.50%和5.16%，1.64%～15.2%和5.04%。

重礦物組合和豐度在搬運(yùn)過(guò)程中往往受到多種因素的影響，如機(jī)械破碎、物理分選、成巖作用等，為了減少這些作用對(duì)物源解釋的影響，Morton和Hallswor提出了利用在相似水動(dòng)力條件和成巖作用下穩(wěn)定性相差不大的重礦物比值反映物源特征，將這些比值稱為重礦物指數(shù)，比如ATi指數(shù){100×磷灰石/(磷灰石+電氣石)}、GZi指數(shù){100×石榴石/ (石榴石+鋯石)}、RuZi指數(shù){100×金紅石/(金紅石+鋯石)}、MZi指數(shù){100×獨(dú)居石/(獨(dú)居石+鋯石)}等［27、29］。

本研究根據(jù)馬家嘴地區(qū)所有井戴南組重礦物數(shù)據(jù)對(duì)上述各指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并分別做了GZi—RuZi和GZi—MZi兩個(gè)交匯圖(圖7)。其中ATi指數(shù)主要揭示沉積物中磷灰石的風(fēng)化程度，如果風(fēng)化作用很弱，則ATi數(shù)值的變化主要反映沉積物物源的變化［5］，本區(qū)所有樣品的ATi指數(shù)均為零，說(shuō)明沉積物源巖成分不含磷灰石或磷灰石經(jīng)歷強(qiáng)烈風(fēng)化;GZi指數(shù)旨在分析是否存在角閃巖或麻粒巖物源［30］，研究區(qū)GZi指數(shù)數(shù)值介于40～100之間變化，且變化較大，主要集中在70～100之間，說(shuō)明石榴子石的含量相對(duì)較高，而磷灰石的含量較低，巖石類型比較單一，源區(qū)母巖應(yīng)該是以中—低級(jí)變質(zhì)巖為主要成分;RuZi指數(shù)主要反映來(lái)自基性火成巖的金紅石與來(lái)自中酸性火成巖的鋯石的關(guān)系［29］，本區(qū)RuZi指數(shù)數(shù)值在0～100之間都有，主要集中在20～60之間變化，說(shuō)明源區(qū)母巖中酸性火成巖的分布較基性火成巖要廣。MZi指數(shù)旨在探討物源具有深成巖的比例［31］，本區(qū)MZi指數(shù)主要在1～3之間，多數(shù)小于1，這說(shuō)明源區(qū)深成巖較少。

圖7 高郵凹陷馬家嘴地區(qū)戴南組重礦物指數(shù)特征Fig.7The characteristic of heavy mineral ratios of the Dainan Formation in Majiazui area，Gaoyou Sag

根據(jù)以上的碎屑組分、重礦物組合和重礦物指數(shù)分析，認(rèn)為馬家嘴地區(qū)的沉積物源區(qū)母巖以火成巖為主，變質(zhì)巖和沉積巖其次，其中中酸性火成巖的分布范圍要比基性火成巖分布范圍廣，變質(zhì)巖以中—低級(jí)變質(zhì)巖為主要成分，源區(qū)深成巖較少。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)各層段砂巖類型、巖屑類型及含量變化、重礦物穩(wěn)定系數(shù)、重礦物組合、ZTR指數(shù)、砂巖百分含量、地層厚度和重礦物指數(shù)等資料的研究，及對(duì)巖心觀察描述、測(cè)井、錄井、分析化驗(yàn)資料等綜合分析，結(jié)合該地區(qū)的沉積相展布特點(diǎn)，得到以下兩點(diǎn)結(jié)論:

(1)戴南組沉積時(shí)期，馬家嘴地區(qū)各個(gè)區(qū)塊具有不同的物源方向，馬8和馬31區(qū)塊沉積物均主要來(lái)自菱塘橋低凸起方向，沉積物由不同古河流帶入，馬31區(qū)塊的古河流發(fā)生遷移，馬8區(qū)塊沉積物部分來(lái)自通揚(yáng)隆起，馬33區(qū)塊沉積物來(lái)自通揚(yáng)隆起;

(2)馬家嘴地區(qū)母巖巖性以火成巖為主，變質(zhì)巖和沉積巖其次，其中中酸性火成巖的分布范圍要比基性火成巖分布范圍廣，變質(zhì)巖以中—低級(jí)變質(zhì)巖為主，源區(qū)深成巖較少。

致謝本研究得到江蘇油田地質(zhì)科學(xué)研究院劉玉瑞、劉啟東、張春峰、馬英俊等幫助，在此致以衷心的感謝!

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Provenance Analysis of Dainan Formation(Paleogene) of Majiazui in Gaoyou Sag，Subei Basin

ZHOU Jian1LIN Chun-ming1LI Yan-li1YAO Yu-lai1ZHANG Xia1ZHANG Zhi-ping1，2GAO Li-kun1
(1.State Key Laboratory for Mineral Deposites Research，School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093; 2.Petroleum Planning＆Design Institute;East China Branch，SINOPEC，Nanjing 210036)

Synthesizing methods of clastic constituments，heavy mineral，and sedimentation，we analyzed Dainan Formation provenance of Majiazui in Gaoyou Sag，Subei Basin.Igneous rock is the main lithology of Majiazui source rocks，followed successively by metamorphics and sedimentary rock;distribution range of neutral and acidic igneous rocks is wider than that of basic igneous rock;and medium to low is the dominating grade of metamorphics;while plutonite here is rare.According to sandstone types，types and contents of clastic constituents，percentage of sandstones，thickness of layers，distribution of sedimentary facies，stability factors of heavy minerals，heavy mineral combination，ZTR index and index of heavy mineral，we believe that during the depositional period of Dainan Formation，provenance differed between different blocks.Sediments of Ma 8 block mainly from Lingtang low bulge and partly came from Tongyang uplift;that of Ma 31 block was only from Lingtang low bulge and paleo-rivers transferred;while sediments of Ma 33 block came from Tongyang uplift.

Subei Basin;Gaoyou Sag;Dainan Formation;provenance analysis

book=6,ebook=457

周健男1984年出生碩士研究生沉積學(xué)與石油地質(zhì)學(xué)E-mail:zhoujian-nju.@163.com

P512.2P534.5

A

1000-0550(2010)06-1117-12

2009-09-28;收修改稿日期:2009-12-29