紀友亮，王 勇，李清山，3，胡 斌

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.江蘇油田分公司物探研究院，江蘇 南京210046；3.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊065000）

1 區(qū)域背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造背景

高郵凹陷是蘇北盆地南部東臺坳陷中的一個次一級凹陷，東西長約100km，南北寬約25～35km，面積2 670km2.東起大垛與白駒凹陷相鄰；西至菱塘橋低凸起；南與江都隆起以斷層相接；北側(cè)由深凹帶經(jīng)漢留斷裂，以緩坡形式逐漸向柘垛低凸起過渡.高郵凹陷是在晚白堊世儀征運動和始新世末期吳堡運動作用下，由于斷塊差異升降形成的一個箕狀斷陷，凹陷中心偏向南面大斷層一側(cè).

本次研究的工區(qū)范圍為高郵凹陷中東部，南北向范圍為沙埝—瓦莊以南至邊界斷層，東西向范圍為永安—真武一線至花莊—周莊構(gòu)造帶（圖1）［1－5］.

1.2 沉積背景

高郵凹陷是在晚白堊世儀征運動和新生代喜馬拉雅期吳堡運動作用下，由于斷塊差異升降而形成的一個箕狀斷陷.其構(gòu)造—沉積經(jīng)歷了弱補償拉張斷陷階段、過補償斷陷階段以及坳陷階段.戴南組沉積時期，高郵凹陷整體處于強烈斷陷階段，真武及吳堡等控盆斷裂活動強烈，上盤大規(guī)模隆起，并遭受剝蝕，為戴南組沉積提供了充足的物源.戴一段早期的扇三角洲、三角洲、濱淺湖相較粗的沉積；戴一段晚期的三角洲、扇三角洲、近岸水下扇、深湖 半深湖等細粒沉積.前人的研究成果認為戴一段沉積時期的物源來自于凹陷的南北兩邊，但究竟發(fā)育幾個物源，一直存在爭議［1－5］.

圖1 蘇北盆地高郵凹陷構(gòu)造單元劃分（據(jù)江蘇石油勘探局地質(zhì)科學(xué)研究院，2002）Fig.1 Simplified tectonic map of Subei Basin（according to Institute of Geological Sciences，Jiangsu Petroleum Exploration Bureau，2002）

2 戴南組戴一段物源分析

物源分析是沉積體系分析的基礎(chǔ).本文采取的物源分析方法主要包括以下5種：①重礦物組合分析法，②礦物成分分析法，③砂巖質(zhì)量分數(shù)法，④地震反射波組形態(tài)分析法，⑤古地貌分析法.

2.1 重礦物組合分析法

一般地，來源于同一個物源區(qū)的重礦物有著相似的組合，并且越遠離物源區(qū)，抗風(fēng)化、耐磨蝕的重礦物越易保存下來，從而在重礦物中所占的比值越高.利用工區(qū)取心井的戴南組一段重礦物資料進行重礦物組合分析（表1，2）.從表中可以明顯看出，重礦組合特征在不同地區(qū)有所不同，從質(zhì)量分數(shù)大于5%的主要重礦物中比較來看，除全區(qū)質(zhì)量分數(shù)占首位的石榴石外，不同地區(qū)的組合面貌不同，占0.1%以上的次要重礦物的組合面貌各地也不盡相同，由此可見高郵凹陷戴一段沉積時期物源是多向來源的［6－11］.

表1 戴南組一段各區(qū)主要重礦物質(zhì)量分數(shù)Tab.1 The percentage content of main heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different areas%

表2 戴南組一段各區(qū)主要重礦物組合Tab.2 The assemblage types of main heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different areas

在高郵凹陷中東部地區(qū)，選取30余口井的戴一段重礦物資料進行統(tǒng)計，利用“金紅石＋鋯石＋電氣石”穩(wěn)定重礦物組合（ZTR），“綠簾石＋黝簾石＋角閃石＋透閃石＋輝石＋橄欖石”不穩(wěn)定重礦物組合，石榴石以及其他重礦物，研究工區(qū)范圍內(nèi)戴一段重礦物的分布規(guī)律.

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制了相應(yīng)的直方圖，通過分析和對比30余口井對應(yīng)的統(tǒng)計直方圖，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)重礦物質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性.如曹莊地區(qū)的曹31、曹35、曹21、曹37等4口井的各種重礦物質(zhì)量分數(shù)（表3）所占的比例有一定的規(guī)律性，如ZTR＋石榴石的質(zhì)量分數(shù)遠遠高于不穩(wěn)定重礦物與其他礦物的質(zhì)量分數(shù)；重礦物組成非常相似.因此可以初步判斷，這4口井的沉積物來自于同一個物源區(qū).而曹37井的ZTR 質(zhì)量分數(shù)明顯高于其他3 口井的質(zhì)量分數(shù)，說明曹37井地區(qū)的沉積物搬運的距離更遠.利用同樣的分析方法，對其他井的重礦物質(zhì)量分數(shù)進行對比，同樣具有類似的規(guī)律.

表3 戴一段曹莊地區(qū)部分井重礦物質(zhì)量分數(shù)統(tǒng)計表Tab.3 The percentage content of heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different wells in Caozhuang area %

穩(wěn)定重礦物（鋯石、電氣石、金紅石）抗風(fēng)化能力強、分布廣，遠離母巖區(qū)質(zhì)量分數(shù)相對升高.通過對研究區(qū)內(nèi)30余口井戴一段重礦物組成及質(zhì)量分數(shù)的分析，繪制了穩(wěn)定重礦物質(zhì)量分數(shù)等值線圖（圖2）.

圖2 高郵凹陷中東部戴南組戴一段穩(wěn)定重礦物等值線圖Fig.2 The contour of percentage of stable heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

從圖2中可以看出，北部緩坡的沉積物主要來自于3個物源，規(guī)模不等，自西向東其大致位置依次為卸甲莊—永安、沙埝、瓦莊地區(qū).沉積物主要來自于北部的柘垛低凸起物源區(qū).南部陡坡的沉積物來自于5個規(guī)模不等的物源.其中，真武、曹莊地區(qū)的沉積物主要來源于南部的通揚隆起，而富民、周莊、陳家堡地區(qū)的沉積物主要來自于東南部的吳堡低凸起.

2.2 礦物成分分析法

百分含量穩(wěn)定礦物石英與不穩(wěn)定礦物長石和巖屑的比值稱為成熟系數(shù)，該值能夠反映物源方向及搬運距離［6－11］.對工區(qū)內(nèi)30余口井的戴一段礦物成分（石英、長石、巖屑）質(zhì)量分數(shù)進行了統(tǒng)計分析（圖3）.根據(jù)礦物質(zhì)量分數(shù)的變化關(guān)系可以初步預(yù)測物源方向及規(guī)模，預(yù)測結(jié)果與利用穩(wěn)定重礦物等值線預(yù)測的結(jié)果大致相同.北部緩坡帶主要存在3個物源，都來自北邊的柘垛低凸起.南部發(fā)育3個主要物源，分別位于真武—曹莊、富民、周莊.其中，真武—曹莊的沉積物來自于南部通揚隆起；富民、周莊的沉積物來自東南部的吳堡低凸起.與重礦組合相比數(shù)目減少，主要是由于陳堡地區(qū)資料缺乏.

圖3 高郵凹陷中東部戴南組戴一段礦物成分質(zhì)量分數(shù)統(tǒng)計圖Fig.3 The statistic figure of percentage content of minerals of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

在礦物成分分析的基礎(chǔ)上，對工區(qū)內(nèi)30余口取心井的宏觀巖性特征進行了統(tǒng)計分析，研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)巖石類型及其對應(yīng)的典型沉積構(gòu)造存在明顯的差異（圖4）.北部花1井、花6井砂巖中普遍發(fā)育粒序?qū)永?、平行層理，?井中可見生物潛穴，反映物源充足的三角洲沉積特征；中部深凹帶內(nèi)永X30井發(fā)育變形層理，永14井為灰黑色泥巖，反映半深湖 深湖沉積；南部真81井多見雜色砂礫巖，反映近源的扇三角洲水道沉積.

圖4 高郵凹陷中東部戴南組戴一段沉積構(gòu)造特征Fig.4 The sedimentary structure of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

通過對巖性進行統(tǒng)計分析，將工區(qū)內(nèi)巖相劃分為砂礫巖相（礫巖質(zhì)量分數(shù)大于20%）、砂巖相（砂巖質(zhì)量分數(shù)大于30%）、砂泥巖相（砂巖質(zhì)量分數(shù)介于10%～30%）和泥巖相（砂巖質(zhì)量分數(shù)小于10%），并編制了戴一段巖相分布圖（圖5）.從盆地邊緣向盆地中心由砂礫巖相逐漸過渡為砂巖相、砂泥巖相，最終轉(zhuǎn)變?yōu)槟鄮r相.從圖5可以看出，區(qū)內(nèi)主要存在3個物源方向，即北部的柘垛低凸起、南部的通揚隆起及東南部的吳堡低凸起，沿這3個方向由砂礫巖、砂巖相逐漸過渡為砂泥巖、泥巖相.物源方向與重礦物組合及礦物成分預(yù)測方向基本一致［6－11］.

圖5 高郵凹陷中東部戴南組戴一段巖相類型展布圖Fig.5 The distribution of lithofacies of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

2.3 砂巖質(zhì)量分數(shù)法

一般來講，由砂地比高值區(qū)指向砂地比低值區(qū)的方向為物源的大致走向，在物源發(fā)育的主方向上，砂巖質(zhì)量分數(shù)數(shù)值降低梯度變化最為緩慢，因此根據(jù)砂巖質(zhì)量分數(shù)的變化趨勢，可以劃分出凹陷在各時期的主要物源方向［6－11］.

通過統(tǒng)計戴一段多口井的砂巖質(zhì)量分數(shù)信息，并在平面上研究其展布規(guī)律，可以推測凹陷內(nèi)各時期的主要物源發(fā)育方向.通過分析對比，南北方向的主要物源在3個時期內(nèi)大致相同，只是在不同的沉積時期，物源的規(guī)模有所改變.以戴一段一亞段為例（圖6），從南北兩側(cè)向凹陷中心，隨著物源的推進，砂巖質(zhì)量分數(shù)逐漸降低.北部有2個高值區(qū)，1個低值區(qū)，前者主要位于卸甲莊—永安及沙埝地區(qū)，物源規(guī)模較大；后者位于花莊北部—瓦莊地區(qū)，物源規(guī)模較小.北部物源近南北向展布，主要來自柘垛低凸起.南部共有2個高值區(qū)和2個中值區(qū)，高值區(qū)分別位于富民、花莊南—周莊—陳莊地區(qū)，物源規(guī)模大，中值區(qū)位于真武—曹莊及肖劉莊附近，規(guī)模相對較小.南部沉積物主要來自通揚隆起和吳堡低凸起.

2.4 地震反射波組形態(tài)分析法

從地震剖面上獲取的信息也可以很好地指示物源方向.從南北向地震剖面來看，地震相呈明顯的南北分帶的特點.北部和南部發(fā)育前積反射，這是沉積物向盆地推進時形成的典型反射結(jié)構(gòu)，前積方向為物源方向；而中部深凹帶內(nèi)振幅相對較弱，為湖相泥巖反射特征.如圖7所示，自南部向盆地中央方向，存在明顯的前積反射結(jié)構(gòu)，且地震反射呈典型的發(fā)散狀，地層厚度明顯增加，反映存在來自南部通揚隆起區(qū)的物源［6－11］.

2.5 古地貌分析法

古地貌形態(tài)是控制古物源和沉積體系發(fā)育的關(guān)鍵因素之一，因此古地貌恢復(fù)研究有助于揭示物源體系、沉積體系的發(fā)育特征及空間配置關(guān)系，有利于預(yù)測有利砂體富集區(qū).本文通過對高郵凹陷東部古近系戴南組殘留地層厚度、古水深和剝蝕厚度等關(guān)鍵參數(shù)的采集，應(yīng)用回剝技術(shù)定量地確定表示古地貌特征的古湖盆深度參數(shù)，并通過計算機3維可視化技術(shù)對戴南組沉積時期古地貌形態(tài)加以恢復(fù)和表征.最后對古地貌形態(tài)特征進行研究，探討古地貌形態(tài)特征與古物源、沉積體系之間的關(guān)系［12－13］.

從戴南組沉積前古地貌恢復(fù)圖上可以看到，凹陷整體規(guī)模相對較小，南部由于真武及吳堡斷裂的發(fā)育，凹陷呈南斷北超的箕狀斷陷，且斷裂帶地形很陡.凹陷分帶性特征明顯，整體上可以分為北部緩坡帶、中部深凹帶及南部斷裂帶.沉降中心主要位于邵伯—真武、肖劉莊、劉五舍一帶；深凹帶西起邵伯，經(jīng)真武—富民，東至劉五舍，呈西寬東窄的狹長狀.北部由于漢留斷裂的發(fā)育，在永安南部形成陡坎，向東延伸至沙埝附近.東部的瓦莊—陳堡一帶地形較緩，水體淺（圖8）.一般而言，砂分散體系往往限制在正地貌單元之間，主要分布于微正地貌 微負地貌單元中，而終止于負地貌單元中.從物源區(qū)到沉積地，河流及三角洲朵體的沉積軌跡與最大坡降比相吻合，這符合重力驅(qū)動和重力分異作用的自然規(guī)律.從圖8中可以看出，在北部緩坡帶和南部陡坡帶有些溝谷存在，這些溝谷應(yīng)該是物源的主要來源方向.由于前3種方法主要采用井的資料，在井點資料較少的地方，采用了古地貌特征圖進行校對，最終根據(jù)物源的分布，并結(jié)合其他資料編制了沉積體系圖.

3 沉積相平面展布特征

高郵凹陷戴南組古地貌的研究提供了沉積體系空間的分布規(guī)律信息，砂巖等厚圖、砂巖質(zhì)量分數(shù)平面圖、重礦物組合分布、礦物成分的展布，地震反射特征為層序格架內(nèi)沉積體系的研究提供了較為可靠的參考信息，根據(jù)單井沉積相、連井沉積相分析以及地震剖面反射特征、地震地質(zhì)解釋剖面相模式和砂地比圖綜合分析研究，確定了戴南組各亞段地層沉積相的平面展布（圖9）［14－15］.

戴南組一段沉積時期，北部緩坡帶發(fā)育源自柘垛低凸起的三角洲沉積，主要發(fā)育兩個大的復(fù)合體：卸甲莊—永安、沙埝—花莊；南部斷裂帶主要發(fā)育扇三角洲和近岸水下扇沉積，物源主要來自南部的通揚隆起和東部的吳堡低凸起.凹陷內(nèi)除去上述兩個相區(qū)之外，還發(fā)育濱淺湖 半深湖沉積.其特點是巖性上以暗色夾過渡色泥巖為主，在砂巖等厚、砂巖百分比圖上都是低值區(qū).

4 結(jié)論

（1）研究認為高郵凹陷中東部戴南組沉積物主要來自北部柘垛低凸起、南部通揚隆起區(qū)以及東南部的吳堡低凸起.其中，北部緩坡帶（永安—沙埝—瓦莊）存在4個主要物源，沉積物來自柘垛低凸起；南部斷裂帶存在5 個主要物源，真武—曹莊—肖劉莊地區(qū)主要來自通揚隆起區(qū)；富民—周莊—陳堡地區(qū)來自東南的吳堡低凸起.

（2）高郵凹陷中東部戴南組一段沉積時期為陸相湖泊－三角洲沉積.戴一段沉積期，高郵凹陷南部陡坡帶主要發(fā)育扇三角洲沉積體系，共有5個大型扇三角洲沉積體系，高郵凹陷北部緩坡帶主要發(fā)育三角洲，共發(fā)育4個大型三角洲沉積體系.在凹陷中央發(fā)育深湖－半深湖沉積體系.

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