南堡凹陷古近纪古湖泊学研究

赵莉莉，郑恒科，万 维，吴琳娜，陈 刚

(中油冀东油田分公司，河北 唐山 063004)

引 言

古湖泊学是陆相含能源盆地研究的重要组成部分，研究任务是从沉积记录中分别提取多种信息，通过多学科定量研究和建立湖泊系统演变模式的方法，揭示湖泊沉积、湖泊矿产和形成规律[1－3]。该项研究虽然早在20世纪70年代就在国外陆相盆地分析中开展[4－6]，但近些年陆相层序地层学的崛起，又为古湖泊学的研究注入了生机。

根据生物与环境相互依存、相互制约的关系，建立生物组合与沉积环境之间的联系及分布规律。生态组合分析在判断沉积环境方面有许多独到之处，因为有些生物与特定沉积环境相关联，其分布相带窄，可弥补无机沉积构造对沉积相分析多解性的不足。南堡凹陷古近系地层存在丰富的古生物化石，根据化石属种和化石保存特点来恢复古环境，根据古湖泊的形成与演化过程开展沉积体系的研究[7－8]，为南堡凹陷油气资源勘探与开发发挥了重要的作用。

1 化石生态组合分析

1.1 遗迹组构分析

南堡凹陷古近系岩心观察到了较为丰富的遗迹化石。根据遗迹化石在岩心中的分布及结构，划分出5种遗迹组构类型(表1)。

表1 南堡凹陷遗迹组构类型及特点

1.2 微古动物分析

(1)介形类。南堡凹陷具有现生代表的常见介形类属有 Ilycocypris土星介、Cypris金星介、Eucypris真星介、Cyprinotus美星介、Candoniella小玻璃介、Candona玻璃介、Candonopsis似玻璃介、Pseudocundona假玻璃介和 Limnocythere湖花介等。生活于淡水水沟、池塘、沼泽、河流和浅湖等环境中，但有时也能忍受较高含盐度的咸水湖或盐湖环境，显示了广盐性介形类的特征。

(2)腹足类。具有现生代表的螺类有Valvata(Cincinna)高盘螺亚属、Tulotomoides似瘤田螺、Melanoides拟黑螺和Stenothyra狭口螺等。其中，Melanoides适于在流动水中生活;而Valvata(Cincinna)则不仅适应于浅水，且能在深水湖中生活。

1.3 微古植物分析

(1)绿藻类。南堡凹陷古近系中，发现不少Pediastrum盘星藻属、Campania褶皱藻属、Hungarodiscus穴面球藻属。它们是内陆湖生藻类的代表。Campenia等是湖泊藻类中对水质适应能力较强的类群，水体盐度的剧烈变化只在其丰富程度上构成一定影响。

(2)沟鞭藻类。微咸至半咸水体中发育的有Bohaidina渤海藻属、Parabohaidina副渤海藻属和Deflandrea德弗兰藻属，都为海陆过渡类型，繁盛于浅湖至半深湖环境中。管球藻科在局部层位中较发育，反映平静水体、浅水至半深水环境。

(3)疑源类。常见的疑源类Sphaeromorphitae球形亚类的Leiosphaeridia光面球藻属、Granodiscus粒面球藻属、Rugasphaera皱面球藻属以及Herkomorphitae网面亚类Dictyotidium网面球藻属、Granoreticella粒网球藻属在各个层位都较繁盛。多是生活在淡水至半咸水体，反映滨浅水环境。

(4)孢子花粉。水生植物以及部分湿生蕨类的孢粉的含量在沼泽、滨岸区较高，随着距岸渐远，其孢粉含量逐渐降低，进而被具双气囊的松科花粉取代。

1.4 大化石分析

在岩心观察过程中还发现很多鱼鳞、鱼骨、植物叶片化石。鱼鳞、鱼骨埋藏于深灰色泥岩或黑色页岩内，沿岩层面保存，反映低氧的较深湖环境。植物叶片化石有完整埋藏与破碎埋藏2种。完整叶片化石群可能在埋藏过程中所受水动力作用不强，搬运距离不远，这与三角洲平原沉积有关。破碎植物叶化石群应是埋藏于离湖岸稍远的浅湖或前三角洲沉积中。

生物生态组合分析表明:南堡凹陷地区古近系地层各组段具有若干指示生物生态组合的标志化石或其组合特征，可分为5种生态组合类型:Ilycocypris土星介—陆生植物孢粉生态组合、光滑小壳介类—绿藻类和疑源类—水生植物孢粉组合、Dongyingia东营介和 Huabeinia华北介—沟鞭藻类—松科花粉组合、Xiyingia西营介和 Candona sinensis中华玻璃介—沟鞭藻类—松科花粉组合、Candona sagmaformis鞍状玻璃介和Candona postabscissa后陡玻璃介组合。

1.5 干酪根类型分析

将南堡凹陷各地层单元的典型井位的干酪根类型进行汇总，并在平面上进行了展布研究，发现其与微体古生物组合有很好的对应关系 (表2)。

表2 沉积环境与干酪根类型的相互关系

2 生物相类型及其环境模式

根据前述的南堡凹陷遗迹组构类型、微体古生物生态组合类型以及干酪根类型3个方面对古湖泊古水深、沉积环境的反映特点，将其进行分析组合，综合出以下5种生物相类型(表3)，结合化石产出的岩石结构、构造等特点，以指示南堡凹陷古近纪古湖泊沉积环境及其水深特点。

表3 南堡凹陷古近纪生物相类型及特征

3 生物相展布及古湖泊构成

生物相的平面展布研究主要根据代表井的遗迹组构分析、微体古生物生态组合与干酪根类型分布，并参考砂体的分布等多方面信息综合而成。同时建立研究区古近系各组段生物相分布特点及与构造活动的耦合关系[9－19]，进而研究古湖泊的演化过程。

南堡凹陷沙三段沉积时期是强烈断陷期，构造活动以伸展为主，西南庄和柏各庄断层伸展活动强度增大，湖盆不断沉降，形成沿西南庄断层发育的北堡、老爷庙及拾场次凹3个沉降中心，为主要生油层发育期。具体可划分出B、C、D、E 4个生物相带(图1a、b)。可以看出，当时的南堡凹陷整体为湖相，平均水深较深，特点是以浅湖至半深湖为主。代表滨浅湖沉积的B相带主要分两大区:沿西南庄断层分布在北堡地区和老爷庙地区。代表浅湖沉积的C相带主要分布在主控断裂西南庄断层和柏各庄断层的B相带前缘以及两大断裂相交处的拾场次凹。代表浅湖至半深湖沉积的D相带主要分布在盆地中部。代表半深湖至深湖E相带主要分布在盆地北部。

沙二段沉积时期，断裂活动减弱，南堡凹陷湖盆范围缩小，水体变浅。可划分出A、B、C 3个生物相带(图1c)。湖盆主体部位以C相带代表的浅湖为主。仅在C8－1、L12、L13x1等井区见代表三角洲平原或沼泽相的A相带。B相带主要分布在沙垒田凸起北部。

沙一段生物相展布特征如图1d所示，可以看出，沙一段沉积时期受局部地形高差及断层活动的差异，沿西南庄断层不同部位发育不同的生物相带。北堡地区发育C相带，拾场次凹则发育A、B、C、D相，凹陷南部以沙垒田凸起向北依次延伸为C、D相带分布区。沙一段沉积时期继承了沙二段沉积时期的古地理格局，是南堡凹陷第2次重要的湖泛期，发育了南堡凹陷第2套重要的烃源层系。

东三段生物相展布特征如图2a所示，南堡凹陷划分为A、B、C、D、E相。代表滨浅湖的A相带主要沿西南庄断层、柏各庄断层的下降盘分布。M2、M5、M13、M13x2、M16x1 等井区以及 G19 井、G7井区分布滨浅湖B相带。B2、B3、BS28等井区以及N27、G39井区为C相带分布区。代表浅湖至半深湖的D相带、E相带沿沙垒田凸起向北西方向环带状交替分布。

东二段沉积时期，沿边界断层依次发育A、B、C、D相带(图2b)。北堡地区的B2－B15井区是该区的浅湖C相带沉积环境。JH1x1井和B2—B15井区等都属于D相带的沉积。

图1 南堡凹陷沙河街组生物相展布

图2 南堡凹陷东营组生物相展布

东一段沉积时期是湖盆发育的晚期阶段，湖盆逐渐萎缩，地势趋于平缓，物源供给充足，湖盆内发育大规模的河流三角洲或扇三角洲沉积体系，浅湖相只发育在盆地西南、东南一线，范围较小(图2c)。

4 结论与认识

(1)南堡凹陷古近纪古湖泊在沙三段、沙一段和东三段时期分别达到最大深度，有利于形成沉降中心。其他时期为水退期，湖平面处于收缩状态。

(2)南堡凹陷沙三段时期，湖盆不断沉降，可划分出B、C、D、E 4个生物相带，凹陷整体为湖相，以浅湖至半深湖为主。有利于形成沉降中心，是南堡凹陷古近纪一套重要的烃源岩层。

(3)南堡凹陷沙一段沉积时期，受局部地形高差及断层活动的差异，沿西南庄断层不同部位发育A、B、C、D不同的生物相带。沙一段沉积时期是南堡凹陷第2次重要的湖泛期，发育了南堡凹陷第2套重要的烃源岩层。

(4)南堡凹陷东营组的生物相展布特征与沙河街组相比有了很大的变化。沉积时期，盆地内次级断层进一步发育，导致次级断层控制区域水体加深，生物相可划分为A、B、C、D、E 5种生物相类型，发育了南堡凹陷古近系第3套有利烃源岩层。

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