高邮凹陷古近系戴南组戴一段物源分析

纪友亮，王 勇，李清山，3，胡 斌

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；2.江苏油田分公司物探研究院，江苏 南京210046；3.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊065000）

1 区域背景

1.1 区域构造背景

高邮凹陷是苏北盆地南部东台坳陷中的一个次一级凹陷，东西长约100km，南北宽约25～35km，面积2 670km2.东起大垛与白驹凹陷相邻；西至菱塘桥低凸起；南与江都隆起以断层相接；北侧由深凹带经汉留断裂，以缓坡形式逐渐向柘垛低凸起过渡.高邮凹陷是在晚白垩世仪征运动和始新世末期吴堡运动作用下，由于断块差异升降形成的一个箕状断陷，凹陷中心偏向南面大断层一侧.

本次研究的工区范围为高邮凹陷中东部，南北向范围为沙埝—瓦庄以南至边界断层，东西向范围为永安—真武一线至花庄—周庄构造带（图1）［1－5］.

1.2 沉积背景

高邮凹陷是在晚白垩世仪征运动和新生代喜马拉雅期吴堡运动作用下，由于断块差异升降而形成的一个箕状断陷.其构造—沉积经历了弱补偿拉张断陷阶段、过补偿断陷阶段以及坳陷阶段.戴南组沉积时期，高邮凹陷整体处于强烈断陷阶段，真武及吴堡等控盆断裂活动强烈，上盘大规模隆起，并遭受剥蚀，为戴南组沉积提供了充足的物源.戴一段早期的扇三角洲、三角洲、滨浅湖相较粗的沉积；戴一段晚期的三角洲、扇三角洲、近岸水下扇、深湖 半深湖等细粒沉积.前人的研究成果认为戴一段沉积时期的物源来自于凹陷的南北两边，但究竟发育几个物源，一直存在争议［1－5］.

图1 苏北盆地高邮凹陷构造单元划分（据江苏石油勘探局地质科学研究院，2002）Fig.1 Simplified tectonic map of Subei Basin（according to Institute of Geological Sciences，Jiangsu Petroleum Exploration Bureau，2002）

2 戴南组戴一段物源分析

物源分析是沉积体系分析的基础.本文采取的物源分析方法主要包括以下5种：①重矿物组合分析法，②矿物成分分析法，③砂岩质量分数法，④地震反射波组形态分析法，⑤古地貌分析法.

2.1 重矿物组合分析法

一般地，来源于同一个物源区的重矿物有着相似的组合，并且越远离物源区，抗风化、耐磨蚀的重矿物越易保存下来，从而在重矿物中所占的比值越高.利用工区取心井的戴南组一段重矿物资料进行重矿物组合分析（表1，2）.从表中可以明显看出，重矿组合特征在不同地区有所不同，从质量分数大于5%的主要重矿物中比较来看，除全区质量分数占首位的石榴石外，不同地区的组合面貌不同，占0.1%以上的次要重矿物的组合面貌各地也不尽相同，由此可见高邮凹陷戴一段沉积时期物源是多向来源的［6－11］.

表1 戴南组一段各区主要重矿物质量分数Tab.1 The percentage content of main heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different areas%

表2 戴南组一段各区主要重矿物组合Tab.2 The assemblage types of main heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different areas

在高邮凹陷中东部地区，选取30余口井的戴一段重矿物资料进行统计，利用“金红石＋锆石＋电气石”稳定重矿物组合（ZTR），“绿帘石＋黝帘石＋角闪石＋透闪石＋辉石＋橄榄石”不稳定重矿物组合，石榴石以及其他重矿物，研究工区范围内戴一段重矿物的分布规律.

根据统计数据绘制了相应的直方图，通过分析和对比30余口井对应的统计直方图，发现不同地区重矿物质量分数呈现出一定的规律性.如曹庄地区的曹31、曹35、曹21、曹37等4口井的各种重矿物质量分数（表3）所占的比例有一定的规律性，如ZTR＋石榴石的质量分数远远高于不稳定重矿物与其他矿物的质量分数；重矿物组成非常相似.因此可以初步判断，这4口井的沉积物来自于同一个物源区.而曹37井的ZTR 质量分数明显高于其他3 口井的质量分数，说明曹37井地区的沉积物搬运的距离更远.利用同样的分析方法，对其他井的重矿物质量分数进行对比，同样具有类似的规律.

表3 戴一段曹庄地区部分井重矿物质量分数统计表Tab.3 The percentage content of heavy minerals of the 1st member of Dainan Formation in different wells in Caozhuang area %

稳定重矿物（锆石、电气石、金红石）抗风化能力强、分布广，远离母岩区质量分数相对升高.通过对研究区内30余口井戴一段重矿物组成及质量分数的分析，绘制了稳定重矿物质量分数等值线图（图2）.

图2 高邮凹陷中东部戴南组戴一段稳定重矿物等值线图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

从图2中可以看出，北部缓坡的沉积物主要来自于3个物源，规模不等，自西向东其大致位置依次为卸甲庄—永安、沙埝、瓦庄地区.沉积物主要来自于北部的柘垛低凸起物源区.南部陡坡的沉积物来自于5个规模不等的物源.其中，真武、曹庄地区的沉积物主要来源于南部的通扬隆起，而富民、周庄、陈家堡地区的沉积物主要来自于东南部的吴堡低凸起.

2.2 矿物成分分析法

百分含量稳定矿物石英与不稳定矿物长石和岩屑的比值称为成熟系数，该值能够反映物源方向及搬运距离［6－11］.对工区内30余口井的戴一段矿物成分（石英、长石、岩屑）质量分数进行了统计分析（图3）.根据矿物质量分数的变化关系可以初步预测物源方向及规模，预测结果与利用稳定重矿物等值线预测的结果大致相同.北部缓坡带主要存在3个物源，都来自北边的柘垛低凸起.南部发育3个主要物源，分别位于真武—曹庄、富民、周庄.其中，真武—曹庄的沉积物来自于南部通扬隆起；富民、周庄的沉积物来自东南部的吴堡低凸起.与重矿组合相比数目减少，主要是由于陈堡地区资料缺乏.

图3 高邮凹陷中东部戴南组戴一段矿物成分质量分数统计图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

在矿物成分分析的基础上，对工区内30余口取心井的宏观岩性特征进行了统计分析，研究发现不同地区岩石类型及其对应的典型沉积构造存在明显的差异（图4）.北部花1井、花6井砂岩中普遍发育粒序层理、平行层理，沙3井中可见生物潜穴，反映物源充足的三角洲沉积特征；中部深凹带内永X30井发育变形层理，永14井为灰黑色泥岩，反映半深湖 深湖沉积；南部真81井多见杂色砂砾岩，反映近源的扇三角洲水道沉积.

图4 高邮凹陷中东部戴南组戴一段沉积构造特征Fig.4 The sedimentary structure of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

通过对岩性进行统计分析，将工区内岩相划分为砂砾岩相（砾岩质量分数大于20%）、砂岩相（砂岩质量分数大于30%）、砂泥岩相（砂岩质量分数介于10%～30%）和泥岩相（砂岩质量分数小于10%），并编制了戴一段岩相分布图（图5）.从盆地边缘向盆地中心由砂砾岩相逐渐过渡为砂岩相、砂泥岩相，最终转变为泥岩相.从图5可以看出，区内主要存在3个物源方向，即北部的柘垛低凸起、南部的通扬隆起及东南部的吴堡低凸起，沿这3个方向由砂砾岩、砂岩相逐渐过渡为砂泥岩、泥岩相.物源方向与重矿物组合及矿物成分预测方向基本一致［6－11］.

图5 高邮凹陷中东部戴南组戴一段岩相类型展布图Fig.5 The distribution of lithofacies of the 1st member of Dainan Formation in the east and central area of Gaoyou Sag

2.3 砂岩质量分数法

一般来讲，由砂地比高值区指向砂地比低值区的方向为物源的大致走向，在物源发育的主方向上，砂岩质量分数数值降低梯度变化最为缓慢，因此根据砂岩质量分数的变化趋势，可以划分出凹陷在各时期的主要物源方向［6－11］.

通过统计戴一段多口井的砂岩质量分数信息，并在平面上研究其展布规律，可以推测凹陷内各时期的主要物源发育方向.通过分析对比，南北方向的主要物源在3个时期内大致相同，只是在不同的沉积时期，物源的规模有所改变.以戴一段一亚段为例（图6），从南北两侧向凹陷中心，随着物源的推进，砂岩质量分数逐渐降低.北部有2个高值区，1个低值区，前者主要位于卸甲庄—永安及沙埝地区，物源规模较大；后者位于花庄北部—瓦庄地区，物源规模较小.北部物源近南北向展布，主要来自柘垛低凸起.南部共有2个高值区和2个中值区，高值区分别位于富民、花庄南—周庄—陈庄地区，物源规模大，中值区位于真武—曹庄及肖刘庄附近，规模相对较小.南部沉积物主要来自通扬隆起和吴堡低凸起.

2.4 地震反射波组形态分析法

从地震剖面上获取的信息也可以很好地指示物源方向.从南北向地震剖面来看，地震相呈明显的南北分带的特点.北部和南部发育前积反射，这是沉积物向盆地推进时形成的典型反射结构，前积方向为物源方向；而中部深凹带内振幅相对较弱，为湖相泥岩反射特征.如图7所示，自南部向盆地中央方向，存在明显的前积反射结构，且地震反射呈典型的发散状，地层厚度明显增加，反映存在来自南部通扬隆起区的物源［6－11］.

2.5 古地貌分析法

古地貌形态是控制古物源和沉积体系发育的关键因素之一，因此古地貌恢复研究有助于揭示物源体系、沉积体系的发育特征及空间配置关系，有利于预测有利砂体富集区.本文通过对高邮凹陷东部古近系戴南组残留地层厚度、古水深和剥蚀厚度等关键参数的采集，应用回剥技术定量地确定表示古地貌特征的古湖盆深度参数，并通过计算机3维可视化技术对戴南组沉积时期古地貌形态加以恢复和表征.最后对古地貌形态特征进行研究，探讨古地貌形态特征与古物源、沉积体系之间的关系［12－13］.

从戴南组沉积前古地貌恢复图上可以看到，凹陷整体规模相对较小，南部由于真武及吴堡断裂的发育，凹陷呈南断北超的箕状断陷，且断裂带地形很陡.凹陷分带性特征明显，整体上可以分为北部缓坡带、中部深凹带及南部断裂带.沉降中心主要位于邵伯—真武、肖刘庄、刘五舍一带；深凹带西起邵伯，经真武—富民，东至刘五舍，呈西宽东窄的狭长状.北部由于汉留断裂的发育，在永安南部形成陡坎，向东延伸至沙埝附近.东部的瓦庄—陈堡一带地形较缓，水体浅（图8）.一般而言，砂分散体系往往限制在正地貌单元之间，主要分布于微正地貌 微负地貌单元中，而终止于负地貌单元中.从物源区到沉积地，河流及三角洲朵体的沉积轨迹与最大坡降比相吻合，这符合重力驱动和重力分异作用的自然规律.从图8中可以看出，在北部缓坡带和南部陡坡带有些沟谷存在，这些沟谷应该是物源的主要来源方向.由于前3种方法主要采用井的资料，在井点资料较少的地方，采用了古地貌特征图进行校对，最终根据物源的分布，并结合其他资料编制了沉积体系图.

3 沉积相平面展布特征

高邮凹陷戴南组古地貌的研究提供了沉积体系空间的分布规律信息，砂岩等厚图、砂岩质量分数平面图、重矿物组合分布、矿物成分的展布，地震反射特征为层序格架内沉积体系的研究提供了较为可靠的参考信息，根据单井沉积相、连井沉积相分析以及地震剖面反射特征、地震地质解释剖面相模式和砂地比图综合分析研究，确定了戴南组各亚段地层沉积相的平面展布（图9）［14－15］.

戴南组一段沉积时期，北部缓坡带发育源自柘垛低凸起的三角洲沉积，主要发育两个大的复合体：卸甲庄—永安、沙埝—花庄；南部断裂带主要发育扇三角洲和近岸水下扇沉积，物源主要来自南部的通扬隆起和东部的吴堡低凸起.凹陷内除去上述两个相区之外，还发育滨浅湖 半深湖沉积.其特点是岩性上以暗色夹过渡色泥岩为主，在砂岩等厚、砂岩百分比图上都是低值区.

4 结论

（1）研究认为高邮凹陷中东部戴南组沉积物主要来自北部柘垛低凸起、南部通扬隆起区以及东南部的吴堡低凸起.其中，北部缓坡带（永安—沙埝—瓦庄）存在4个主要物源，沉积物来自柘垛低凸起；南部断裂带存在5 个主要物源，真武—曹庄—肖刘庄地区主要来自通扬隆起区；富民—周庄—陈堡地区来自东南的吴堡低凸起.

（2）高邮凹陷中东部戴南组一段沉积时期为陆相湖泊－三角洲沉积.戴一段沉积期，高邮凹陷南部陡坡带主要发育扇三角洲沉积体系，共有5个大型扇三角洲沉积体系，高邮凹陷北部缓坡带主要发育三角洲，共发育4个大型三角洲沉积体系.在凹陷中央发育深湖－半深湖沉积体系.

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