渤海湾盆地沧东凹陷古近纪孔三段沉积时期物源体系分析

聂 舟， 李 勇， 王锦程， 段润梅， 郑斯赫

（1.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都610059； 2.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610059；3.大港油田公司勘探开发研究院，天津300280）

物源分析对确定母岩区位置、碎屑物质搬运路径、古地貌、古水流和砂体展布等具有重要意义，是油气勘探工作中非常重要的一项内容.随着技术的进步，物源分析的方法越来越多，如轻矿物组合特征、重矿物组合特征、岩屑组合特征、地震属性、重力异常、地球化学等［1-7］.

沧东凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷的南部，在古近纪始新世形成盆地，沉积孔店组地层，厚度约2 500 m，自下而上分别为孔三段、孔二段和孔一段，其中孔三段厚100 ～400 m［8-12］（图 1）.目前的钻井资料显示，孔三段以红色砂质泥岩、砾质泥岩为主，由于埋深较大，勘探程度较低，岩性的侧向变化尚不清楚，无法确定砂体展布情况，给未来深层勘探带来一定难度.目前对沧东凹陷孔店组物源体系已经取得一些共识：西部沧县隆起和东部埕宁隆起为孔店期盆地持续提供物源［13-15］.对孔二段和孔一段物源体系已经有了较多研究［16-18］，但对孔三段物源口及物源体系尚未做过详细研究.本次研究将综合多种分析方法对沧东凹陷孔三段主体沉积区（图1）的物源体系进行分析，并对砂体展布进行预测.

1 重力异常与古地貌分析

布格重力异常是对实测异常做高度改正、中间层改正和正常场改正后得到的异常，它反映地壳浅层和深层的地质构造和物质分布.通常在山区布格重力异常为负值，在海洋为正值.重力高大多与盆地相对应，重力低大多与山脉相对应.而地貌与重力异常之间的相互关系，在山区往往处于正均衡状态，其重力异常值为正值；在盆地处于负均衡重力异常，其值往往为负［16-18］.在该研究区可以通过布格重力异常资料，对于古地貌的高低做一个判断.在正值区为相对较高的地貌单元，而负值区则对应低洼地区，通过图1可以看出，沧东凹陷周缘发育若干个重力异常正高值区（透明区域）.另外，重力异常的高值区普遍对应了更老的地层（特别是沧东凹陷的东侧地区），反映了当时这些地区具有较高的海拔，遭受更强烈的剥蚀作用，因此重力异常高值带可以代表地貌高山区，而盆地周缘高值区之间的低值区很可能就是沉积物进入盆地的物源口.因此结合重力异常初步判断孔南地区的古地形的宏观展布规律，并初步标定11个物源口，其中孔三段主体沉积区（沉积厚度较大的地区）的物源口可能为6个.

图1 渤海湾盆地沧东凹陷孔三段地层展布特征Fig.1 The Strata distribution characteristics of the Third Member of Kongdian Formation in Cangdong depression of Bohai bay basin

图2 沧东凹陷孔三段轻矿物特征分布图Fig.2 TheLight mineral distribution of the Third Member of Kongdian Formation in Cangdong depression

2 孔三段的砂岩骨架成分分析

砂岩碎屑物组分的组合特征与物源区关系密切，根据砂岩骨架（轻矿物、岩屑）成分特征的差异性，可以区分不同物源体系的展布范围，并可以分析砂岩的成分成熟度，以此判断碎屑物搬运距离的远近.

2.1 轻矿物组合特征分析 轻矿物组分主要为石英和长石，其中长石又可分为正长石、微斜长石、斜长石.根据其在平面上的质量分数变化情况可以判断物源方向、沉积物的搬运距离.从孔三段轻矿物组合特征（图2）可以看出，研究区存在北西部、北东部和东部3个物源方向.

1）薛官屯物源体系：石英质量分数＞50%，最高可达70%，以石英质量分数高为特征；长石质量分数＜30%，以正长石为主，自北向南石英质量分数递增，长石质量分数递减，物源来自西侧的沧县隆起.

2）军马站物源体系：以枣54井为代表，石英质量分数仅为10%，长石质量分数高达50%，以高长石质量分数为特征，斜长石与钾长石质量分数相当，成分成熟度低.

3）王官屯物源体系：以王字号井为代表，具有长石质量分数高的特点，长石质量分数30%～50%，以斜长石为主，石英质量分数为15%，成分成熟度低.

2.2 岩屑组合特征分析 岩屑基本保持了母岩结构的矿物集合体，能很好地反映物源区的岩石类型.薄片鉴定结果表明，岩浆岩岩屑、变质岩岩屑、沉积岩岩屑均在孔三段地层出现，在不同地区有所差异.从岩屑特征分布图可以区分出以下3个物源体系（图 3）：

1）薛官屯物源体系：主要是枣字号和孔字号的井，以岩浆岩岩屑、变质岩岩屑为主，岩浆岩岩屑平均质量分数10%，变质岩岩屑4%，沉积岩岩屑较少，自北西向南东岩屑质量分数递减.

2）军马站物源体系：岩浆岩岩屑和变质岩岩屑稍高，沉积岩岩屑较少，平均质量分数为1%，自北东向南西岩屑质量分数减少.

3）王官屯物源体系：以王字号的井为代表，具有高岩浆岩岩屑的特点，质量分数＞25%，变质岩岩屑质量分数5%，沉积岩岩屑质量分数3%.

根据砂岩骨架成分特征，可看出：北部地区主要是长石砂岩，次为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩；东部地区主要为长石砂岩；西部地区主要是岩屑长石砂岩、个别为长石岩屑砂岩.上述特征反映出孔三段时期盆内砂岩成分成熟度较低，碎屑物搬运距离不远，盆内沉积物质多来源于盆地周缘的隆起区.

图3 沧东凹陷孔三段岩屑特征分布图Fig.3 The clastic debris distribution haracteristics of the Third Member of Kongdian Formation in Cangdong depression

3 孔三段的重矿物分析

对研究区内6口钻井孔三段样品（表1），进行了0.125 ～0.063 mm 粒级的重矿物（比重大于2.89的碎屑矿物）分析.获得的重矿物类型主要有锆石、电气石、金红石、石榴石、角闪石、黑云母、钛磁铁矿等.

3.1 重矿物组合分析 由于矿物之间具有严格的共生组合关系，重矿物组合是物源变化极为敏感的指示剂，重矿物组合分析对物源区判断颇有用处.此外，不同的重矿物组合有着不同的数据结构特征，样品所含的重矿物信息也有所差异.根据重矿物组合特征可以标定以下2个物源体系：

1）军马站物源体系：从重矿物组合分布特征图上可以看出，以孔1井位代表的物源体系重矿物组合特征与其南侧五口井的重矿物组合特征具有明显差异，结合上文砂岩骨架特征（图4）的分析，判断孔1井处于军马站物源体系的范围内.

表1 沧东凹陷孔三段重矿物数据统计表Tab.1 Theheavy minerals statistics of the Third Member of Kongdian Formation in Cangdong depression

2）王官屯-东关物源体系：位于南侧的五口井重矿物组合既有相似性又有一定的差异性，相似性主要表现为锆石和石榴石质量分数均较高，反映其王官屯物源体系和东关物源体系来自相似的物源区，根据物源方向初步推测其来自东侧的埕宁隆起；差异性主要表现为官2井和官19井的钛磁铁矿质量分数异常高特别是靠近盆地边缘的官19井，说明2个物源体系还是具有一定的差异性，并且在官2井地区存在混源现象.整体上这一地区的重矿物组合相对较复杂，表现为“锆石-石榴石-电气石-钛磁铁矿-金红石-锐钛矿-角闪石”组合，此外还有少量电气石、绿泥石.自东向西，稳定重矿物（锆石、电气石、金红石）质量分数升高，不稳定重矿物质量分数降低.

3.2 重矿物ZTR指数分析 根据重矿物的稳定性可将其划分为：超稳定重矿物，如锆石、金红石、电气石；稳定矿物，如磷灰石、石榴子石、十字石、钛铁矿等；中等稳定矿物，如绿帘石、榍石、石榴石等；不稳定矿物，如角闪石、阳起石、辉石、橄榄石等.稳定重矿物抗风化能力强，随远离物源方向质量分数递增，相反，不稳定重矿物随着远离物源区质量分数递减.按上述原理，可以根据重矿物组合和重矿物ZTR指数（稳定重矿物锆石、电气石、金红石占透明重矿物的质量分数（越靠近源区，ZTR指数越小））来判断物源方向及物源区位置.

由于研究区孔店组孔三段的重矿物资料很少，本次针对局部数据较多的地区作出了ZTR等值线图（图4），根据ZTR等值线及其数值分布可以看出，东部地区东关-王官屯-段六拨一带，ZTR值由盆地边缘的10% ～20%向西逐渐增高，在风化店南侧地区ZTR指数值达60%以上，这种异常高值也有可能是由于来自盆地东西两侧的物质在此处有混源现象.

图4 沧东凹陷孔三段重矿物组合及重矿物特征分布图Fig.4 The heavy mineral assemblage and distribution of the Third Member of Kongdian Formation in Cangdong depression

4 孔三段地震属性与物源区分布

由于目前孔三段砂岩骨架成分分析和重矿物分析井的数量有限，对无数据地区的物源体系无法进行分析，因此本次将利用三维地震数据资料对孔三段进行进行波形分类、相干属性等地震属性分析，从而揭示研究区物源分布特点.从沧东凹陷孔店组孔三段波形分类图可以看出，研究区明显存在3类颜色形态组合（图5），分别为黑色、灰白颜色混合区和条纹状颜色混杂区，其中黑色片区反映的是以湖泊相沉积为主，、灰白颜色组合区为三角洲、冲积体系沉积，具有线性特征的条纹状颜色混杂区则主要指示的是断层.由此，可以推测出在孔三段沉积时期，盆地边缘共发育6个粗碎屑楔状体，代表了这一地区的6个物源体系.沧东凹陷孔店组孔三段沿层相干属性图（图6）可以进一步验证着6个物源体系.

图5 孔三段地震波形分类属性图Fig.5 The property of earthquake waveform classification of the Third Member of Kongdian Formation

图6 孔三段沿层地震相干属性图Fig.6 The following layer seismic coherence attribute of the Third Member of Kongdian Formation

5 孔三段的砂体分散体系分析

砂体展布是判别物源区的重要方法之一，水系发育的地区往往也是砂体发育的地区，砂体厚度较大，砂地比相对较高，砂体收敛的方向常常能指示出物源区的位置.通过对砂岩质量分数的特征可以判断物源口的位置和物源体系的范围.

本次对砂体展布的分析，一方面对有井地区通过分析砂岩质量分数的空间变化区分其不同的物源体系；另一方面，结合上文对物源口、轻矿物、岩屑、重矿物的分析，特别是地震属性的分布特征，同时考虑地层厚度（图1）反映的盆地内古地貌特征，对没有井的地区进行砂体预测，为以后对该地区孔三段的勘探提供依据.

1）薛官屯物源体系：该物源体系在沧14井—枣34井—枣新58井一线砂岩质量分数达到30%以上，推测其西侧靠近盆地边缘的地区砂岩质量分数可以达到40% ～50%，主体砂体呈NW—SE向延伸长8～9 km，宽4～6 km（图7）.

图7 大港沧东凹陷孔店组孔三段砂岩质量分数等值线图Fig.7 The sandstone percentage composition contour line of the Third Member of Kongdian Formation in Cangdong depression of Dagang

2）军马站物源体系：该物源体系在沿孔27井—军2井一线砂岩质量分数约30%，推测其东侧靠近盆地边缘的地区砂岩质量分数可以达到40%～50%，主体砂体呈NE—SW向延伸，长7～8 km，宽4～6 km（图7）.

3）东关物源体系：该物源体系砂岩厚度平均＞40 m，最大厚度可达87 m，砂岩质量分数介于40% ～50%，砂体自东向西延伸，宽5～8 km，长9～11 km（图7）.

4）王官屯物源体系：该物源体系砂体规模相对较小，呈朵状，在王21井附近砂岩累计厚度超过100 m，自南东向北西延伸（图7）.

5）舍女寺物源体系：该物源体系砂体规模最大，砂体呈朵状沿盆地边缘分布，东西宽约8 km，南北宽度超过12 km（图7）.

6）沧州物源体系：该物源体系目前尚无孔三段的井资料，砂岩展布主要根据地震属性资料，砂岩质量分数自西向东逐渐降低，推测其主体砂体的砂岩质量分数为30% ～40%（图7）.

6 结论

综上所述，通过对沧东凹陷孔三段主体沉积区物源体系的分析，初步获得以下几点认识：

1）根据重力异常法与古地貌分析法，初步标定了沧东凹陷孔三段沉积时期主体沉积区在东西两侧各发育3个物源口.

2）综合重力异常法与古地貌分析法、砂岩骨架成分分析法、重矿物分析法、地震属性分析法、砂体分散体系分析法，确定了孔三段主体沉积物区共发育6个物源体系，并详细标定了其分布范围.

3）根据地震属性特征和古地貌分析，首次对孔三段主体沉积区内无井资料地区的砂体规模和空间展布进行了预测，对今后的勘探具有重要指导作用.