晋县凹陷中南部古近系沉积物源分析❶

2014-09-10黄远鑫张骜冯晗郭惠平

长江大学学报(自科版) 2014年10期

黄远鑫，张骜，冯晗，郭惠平

(长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

物源分析是通过各种方法确定沉积物物源位置和性质及沉积物搬运路径，甚至整个盆地的沉积构造演化的过程。其在评估古地理、限定造山带的侧向位移量、确定地壳的特征、验证断块或造山带演化模型、绘制沉积体系图、进行井下地层对比以及在评价储层的品质等方面，都可起到重要作用。晋县凹陷位于冀中坳陷西南部，东邻宁晋凸起，西邻无极-藁城低凸起，北与高阳低凸起相接，南以断裂方式与太行山接壤。晋县凹陷中南部地区即赵县背斜及以南地区，为不对称的双断凹陷。晋县凹陷的古近系的发育与整个渤海湾盆地的发育历程一样，二叠纪后期的海西运动使该区再次上升遭受剥蚀，大面积缺失三叠系沉积；印支运动进行了改造；中晚侏罗世，由于华北地区的地幔上隆，地壳强烈拉张，形成的宁晋等断裂控制了中生界沉积，在下隆盘沉积了较厚的中生界地层，上升盘广大地区遭受剥蚀；晚白垩世的燕山运动末期，控制凹陷的主要断裂为北西西向的衡水等断裂产生，与此同时，在凹陷内还发育了北东、北东东向2组断裂；由于断块翘倾和差异升降，古生界地层受到剥蚀，只在部分地势比较低洼处残存了石炭系-二叠系地层。发育赵县背斜、高村鼻状构造、高邑鼻状构造，西杨村断鼻、百户断鼻等构造。

1 地层特征

晋县凹陷中南部潜山分布具有一定的规律性，盆地东部的宁晋凸起带上太古界和元古界底层出露，与古近系底层呈断层接触关系。下古生界-上古生界潜山分布于宁晋凸起带的西侧，紧邻凸起带，向西则大面积分布的是中生界潜山。盆地东部宁晋凸起带上剥蚀的地层主要为石炭系-二叠系、寒武系-奥陶系和中生界地层。

1.1 基底地层主要岩性特征

1)太古界该区结晶基底为变质岩，岩石类型复杂多样。

2)中上元古界晋县凹陷中南部元古界由一套未变质或轻微变质的地台型海相富镁碳酸盐岩及碎屑岩所组成，厚度巨大，但中-上元古界地层缺失较多。

3)下古生界下古生界寒武系是一套浅海相碳酸盐岩为主的沉积。

4)上古生界由于地壳区域性抬升，剥蚀，上古生界地层在该区分布范围不广。岩石类型上部为砾岩，下部以含砾砂质泥岩为主。

5)中生界受凹陷构造活动和潜山地层埋深的影响，晋县凹陷中南部中生界潜山分布广泛。属于海陆交互相沉积。

1.2 古近系地层岩性

1)孔三段沉积中心位于坊珊、高村、大石桥、赵县一带，最大沉积厚度1300m左右，岩性主要为一套砂泥及砂砾岩组合，灰质、白云质含量较高。向西超覆尖灭于无极-藁城潜山带，与下伏地层呈角度不整合接触。

2)孔二段沉积中心位于高村-大石桥，坊珊-高邑地区，沉积厚度约1000m左右，在赵县、高村地区紫红色泥岩出现为孔二段出现的标志。

3)孔一段地层在凹陷南部沉积厚度在300～600m，沉积中心位于高村-大石桥，其次为坊珊-高邑地区。

4)沙四段地层在凹陷南部沉积厚度在130～200m，由下粗上细的2个正旋回沉积韵律组成。顶部灰色泥岩层发育较稳定，为标志层，不含膏岩。

5)沙二段和沙三段棕褐色、紫色、暗紫色泥岩及砂质泥岩与浅灰粉砂岩及中细砂岩不等厚互层。

6)沙一段棕色、浅棕色、紫红色、暗紫红色泥岩与灰白色、浅灰色、暗棕色泥质粉砂岩、粉细、砂岩不等厚互层。

2 物源分析

沉积物物源分析又称沉积物补给分析，是盆地分析的重要内容，是再现沉积盆地演化、恢复古环境的重要依据。沉积物物源的研究方法较多，如从重矿物组合、轻矿物组合、砂岩百分含量变化、古水流方向标志、古构造与古地形等方面进行物源研究。根据工区内所具有的实际资料情况，笔者主要采用重矿物组合分析法、轻矿物百分含量法、岩屑类型分析法这3种方法进行分析。

2.1 重矿物组合分析法

图1 重矿物组合平面分布图

图2 沙三段石英含量等值线图

图3 沙三段岩屑含量平面分布图

在物源相同，古水流体系一致的沉积物中，重矿物组合具有相似性，而母岩不同的沉积物具有不同的重矿物组合，不同沉积时期水平方向上稳定重矿物含量变化的分布，可推测沉积物源和水流方向。该区物源方向的确定是依靠部分探井的陆源重矿物组分及岩石成分分析及骨架砂岩分布来确定的，根据陆源重矿物组分及岩石成分，该区主要发育3大物源沉积体系：

1)北部-西北部扇三角洲、三角洲沉积体系其岩屑组成成分主要以酸性喷发岩为主，其次为中基性喷发岩和凝灰岩。

2)西部的冲积扇、扇三角洲、三角洲沉积体系其岩屑组成成分主要以碳酸盐岩为主，陆源重矿物主要以磁铁矿、石榴子石和白钛矿为主。

3)东部的冲积扇、水下扇、扇三角洲沉积体系其岩屑组成成分以碳酸盐岩和酸性喷发岩为主，陆源重矿物主要以磁铁矿、赤铁矿、锆石、电气石和白钛矿为主(见图1)。

2.2 轻矿物百分含量法

石英属稳定矿物成分，在搬运过程中基本不发生化学变化。因此，岩石矿物中的石英相对含量随着距离物源区的长短而变化，距离源区越近则含量越低，反之，含量越高。从晋县凹陷石英含量等值线图(见图2)来看，石英含量西部、西南部2个地区含量低，随着向凹陷东部和东南部推进，石英含量逐渐升高，在高村、坊珊、西杨村存在高值点。因此，从图2中可以识别主要物源来自西部，次级物源来自西南部。岩屑抗风化能力相对较弱，易分解破碎。在搬运过程中的规律与石英刚好相反，相对含量随着搬运距离的增加而降低。岩屑含量西部、西南部多个地区含量高，随着向凹陷东部东南部推进，岩屑含量逐渐降低，在高村、赵县、西杨村存在低值点。根据这些特点，从中可以识别主要物源来自西部，次级物源来自西南部。这一特征与石英含量分析结果相差不大，彼此佐证(见图3)。

2.3 岩屑类型分析法

统计和分析研究区不同层位的碎屑岩岩屑分析数据，可划分出6种岩屑组合类型：Ⅰ类组合-喷出岩，Ⅱ类组合-沉积岩，Ⅲ类组合-变质岩，Ⅳ类组合-喷出岩沉积岩混合，Ⅴ类组合-沉积岩变质岩混合，Ⅵ类组合-喷出岩变质岩混合。

盆地东部的宁晋凸起带上太古界和元古界底层出露，与古近系底层成断层接触关系。下古生界-上古生界潜山分布于宁晋凸起带的西侧，紧邻凸起带，向西则大面积分布的是中生界潜山。通过晋县沙三段岩屑类型平面分布图(见图4)，可以看出在盆地的东部有2块喷出岩区，西部有一块喷出岩岩区，西南部有一块沉积岩岩区。所以晋县凹陷沙三段东部的物源主要可能来自于中晚侏罗世由于地幔上隆形成的酸性喷出岩和宁晋凸起带上剥蚀地层中的碳酸盐岩。西部物源受极-藁城低凸起控制,以中基性喷发岩为主。西南部物源受自太行山隆起控制，主要为碳酸盐岩陆源碎屑(见图5)。