谭庄凹陷下白垩统永丰组物源体系分析

李杭兵，顾 超，罗家群，石正勇，刘 鹏

（1.中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132；2.中国石化河南油田分公司，河南南阳 473132）

南华北盆地横跨华北地台南缘和秦岭-大别褶皱带北缘两个大地构造单元，属于叠加在古生代华北克拉通巨型坳陷之上的中、新生代断-坳盆地。二级构造单元主要有开封坳陷、太康隆起、周口坳陷、豫西隆起和信阳-合肥坳陷等。其中，周口坳陷为南华北盆地的最大坳陷[1]，勘探程度相对较高，已在古近系、下白垩统、石炭-二叠系三个层系试获低产工业油流，是目前南华北盆地油气显示井最多、显示级别最高的坳陷。

谭庄凹陷为周口坳陷中带西部的一个凹陷，北以临颍-郸城凸起为界，东与沈丘凹陷相通，南抵平舆-太和凸起，西与舞阳、襄城凹陷毗邻，整体呈NWW 向展布（图1），是在华北古生界台地基础之上发展起来的中、新生代叠合凹陷。勘探揭示区内发育上古生界石炭二叠系、中生界中下侏罗统和下白垩统、新生界古近系等多套勘探层系。其中，下白垩统是区内油气勘探最为现实的目的层系，沉积厚度约5 000 m，自下而上可划分为巴村组、永丰组（永丰组上段和永丰组下段）、商水组，永丰组是区内主要的含油层系和勘探层系[2]。

物源分析是盆地沉积相研究工作中最基本、最重要的工作。为进一步明确谭庄凹陷下白垩统永丰组的物源体系，本文利用碎屑岩类分析、重矿物组合、砂砾岩分布特征[3-9]等方法对谭庄凹陷下白垩统永丰组物源进行了分析，明确了永丰组沉积时期不同井区的母岩类型及物源方向。

图1 谭庄凹陷构造区划

1 碎屑岩类分析法

岩屑是母岩的碎块，岩屑的类型及含量能够准确反映物源区的岩性、风化作用的类型、程度及搬运距离。因同一物源，各岩屑类型及所占的比例应该存在一致性，所以本文主要通过对凹陷周缘基底地层特征、各类岩屑类型及组合特征的统计分析进行物源特征研究。

谭庄-沈丘凹陷周缘早白垩世造山带发育，东为界首凸起，北为临颍-郸城凸起，南为平舆-太和凸起，周缘造山带既限定了湖盆的发育范围，又是沉积物来源的主要供给区。临颍-郸城凸起钻遇上古生界探井有周参 7、8、9、13 等井，通过对周参7 井、周参8 井及周参13 井上古生界砂岩岩屑成分的统计，岩屑的成分以变质岩为主，含少量火成岩。平舆-太和凸起则主要发育火成岩，其中，周浅1 井自 984 m 钻遇一套厚度较大的角闪安山岩和安山质火山碎屑岩，层位为巴村组。

谭庄凹陷内岩石地球化学特征与周缘造山带基本相同，早白垩世其北部郸城地区主要为变质岩发育区，其南部平舆地区主要为火成岩发育区（图2）。

通过对谭庄凹陷永丰组岩石中碎屑组分，即石英、长石、岩屑及岩屑中沉积岩、岩浆岩和变质岩的含量进行统计，并编制永丰组上、下层段各探井的碎屑组分含量直方图。结果表明，下白垩统永丰组砂岩岩屑组分整体上以岩浆岩（火山岩+火山碎屑岩）为主，变质岩次之，沉积岩微量。

由图3 可知，研究区内各探井永丰组下段的岩屑以火成岩为主，但岩屑种类和碎屑含量存在一定的差异。其中，双楼田鼻状构造带的周15 井、周21井、周23 井、周参12 井等均具有较高的火成岩含量，呈南部平舆地区物源的特点。位于该构造带西北侧的周18 井变质岩岩屑含量10.3%，火成岩岩屑含量3.6%，以变质岩岩屑为主，呈北部郸城地区和南部平舆地区混合物源特征，并以北部郸城地区物源为主。位于该构造带中间北侧的巴1 井火成岩和变质岩岩屑含量均较高，其中，火成岩含量稍高于变质岩含量，推测巴1 井区为来自南部平舆地区和北部郸城地区的混合物源。推测周18 井区与巴1 井区物源相似。

图2 谭庄凹陷周缘岩屑特征平面展布

图3 下白垩统永丰组下段碎屑组分含量直方图

图4 下白垩统永丰组上段碎屑组分含量直方图

由图4 可知，双楼田构造带周15 井、周参12井、周23 井、周14 井永丰组上段的岩屑含量具有相似性，均以火成岩岩屑为主。其中，周参12 井火成岩岩屑含量最高，为53.8%，变质岩岩屑含量2.1%；周14 井长石和岩屑含量较低，但岩屑中火成岩含量较高，为35.0%，变质岩岩屑含量1.0%；周23 井火成岩岩屑含量较低，为25.2%，变质岩岩屑含量2.3%，均呈南部平舆地区物源的特点。但巴1 井岩屑含量较低，且变质岩岩屑含量高于火成岩岩屑含量，进一步表明巴1 井区在永丰组上段沉积时期的物源为郸城地区和平舆地区的混合物源。

综上所述，谭庄凹陷在永丰组沉积时期发育南部平舆地区火成岩物源和北部郸城地区变质岩物源两大物源区。其中，碎屑岩类组分分析表明，巴1 井区和周 18 井区均为南北双向混合物源，周参12 井、周14 井、周15 井和周23 井均为南部平舆地区物源。

2 重矿物组合特征

碎屑重矿物组合对物源反映十分敏感，且由于重矿物自身稳定性高，相对其他碎屑沉积物受风化、搬运和成岩作用影响较小，可作为物源分区的重要标志[10-11]。碎屑沉积物中重矿物的总体特征取决于母岩的性质、水体的动力条件和重矿物的搬运距离。在物源相同、古水流体系一致的碎屑沉积物中，碎屑重矿物的组合应具有相似性，而母岩区不同的碎屑沉积物则应具有不同的重矿物组合。

谭庄凹陷永丰组重矿物均以石榴石+锆石、磁铁矿+赤褐铁矿组合为主，但不同层段、不同井区重矿物组合含量有所差异。

由图5 可知，永丰组下段沉积时期，双楼田构造带周15 井磁铁矿+赤褐铁矿组合特征与其他井较相似，但石榴石+锆石含量和ZTR 指数均很低，与其他井具有明显差异，分析认为该井距离物源区较近；周参12 井、周18 井和周21 井具有相似的石榴石+锆石和磁铁矿+赤褐铁矿组合含量，且三口井具有相似的ZTR 指数，但周18 井、周21 井的磁铁矿+赤褐铁矿组合含量与周参12 井相比也具有一定差异。初步分析认为永丰组下段沉积时期，南部平舆地区物源具有东西两个分支，其中，周15 井、周18 井和周21 井来自同一物源分支的可能性较大，主要受南部平舆地区西分支物源的影响，周15 井距离物源较近，周18 井和周21 井距离物源相对较远；周参12 井则主要受南部平舆地区东分支物源的影响。巴1 井石榴石+锆石、磁铁矿+赤褐铁矿组合特征及ZTR指数均明显不同于其他井，其中，石榴石+锆石组合含量及ZTR 指数均最大，分析认为巴1 井区主要受北部郸城地区物源影响。

图5 下白垩统永丰组下段重矿物含量直方图

由图6 可知，永丰组上段沉积时期，双楼田构造带周 15 井石榴石+锆石组合含量和磁铁矿+赤褐铁矿组合含量及ZTR 指数均较低，表明了距离物源较近；周14 井、周23 井、周参12 井各组分的分布具有相似性，其中，石榴石+锆石组合总体含量偏低，磁铁矿+赤褐铁矿组合总体含量较高，具有较好的相似性，与永丰组下段沉积时期物源特征基本一致，主要受南部平舆地区物源影响；巴1 井和周18 井石榴石+锆石、磁铁矿+赤褐铁矿组合含量均相似，其中，指示母岩为变质的石榴石含量均较高，且具有较大的ZTR 指数，推测两井物源方向一致，主要受北部郸城地区的物源影响。

图6 下白垩统永丰组上段重矿物含量直方图

平面上，永丰组上段沉积时期，距离凹陷南部边缘越近锆石含量越低；由南向北，距离凹陷南部边缘越远，锆石含量越高。东西方向上，周15 井-周14 井区和周23 井-周参12 井区锆石含量相对较低，认为南部物源具有东西两个供给分支方向（图7）。同时，距离凹陷南部边缘越近石榴石含量越低；由南向北，距离凹陷南部边缘越远，石榴石含量越高，周18 井和巴1 井含有变质成分的石榴石含量偏高，结合区域岩性特征，具有北部物源的特征。东西方向上，周15 井-周14 井区和周23 井-周参12井区石榴石含量也相对较低，同样反映出南部物源存在东西两个主要供给分支方向。

图7 下白垩统永丰组上段物源分布叠合展布

综上所述，区域上周18 井和巴1 井以北部郸城地区物源为主，周参12 井、周14 井、周15 井、周21井、周23 井等均以南部平舆地区物源为主，同时南部物源可进一步划分为东西两个主要供给分支方向。

3 砂砾岩分布特征

盆地中砂岩和砾岩发育程度、厚度变化、分布以及砂砾含量可以提供古流向、母岩类型和物源区方位等重要信息。因此，本文从研究对象的特点出发，对砂砾岩厚度、分布、含量及砾岩中砾石颗粒大小与物源的关系进行探讨。

3.1 砂砾岩厚度

下白垩统统计资料表明，双楼田构造及邻区永丰组上段各井砂砾岩厚度为198.7～561.5 m，其中周14 井厚 561.5 m，周 15 井厚 415.0 m，周 18 井厚328.5 m，周23 井厚261.0 m，周参12 井厚236.0 m，巴1 井厚241.2 m，周21 井厚198.7 m。平面上，距离凹陷南部边缘越近砂砾岩累计厚度越大；由南向北，距离凹陷南部边缘越远，砂砾岩厚度逐渐减薄。在东西方向上，西侧周15 井-周14 井区和东侧周23 井区砂砾岩厚度相对较大（图7）。

谭庄凹陷永丰组下段的砂砾岩厚度统计资料同样具有上述变化特征，进一步表明南部物源存在东、西两个主要供给分支方向。通过对谭庄凹陷下白垩统不同层位砂砾岩累计厚度和分布特征分析，在早白垩世永丰组上段至商水组沉积时期，物源供给和古水流发育是较为固定的，发育着来自西侧（周15井至周14 井一线）和东侧（周参12 井至周23 井一线）的两个物源供给和古水流方向；巴1 井则位于该东侧物源供给的最远端。

3.2 砂砾岩含量

砂砾岩含量等值线图也是分析古水流与物源特征的主要依据之一。下白垩统统计资料表明，双楼田构造及邻区永丰组上段各井砂砾岩含量为35.0%～79.8%，其中周14 井为79.8%，周15 井为68.7%，周18 井为56.1%，周23 井为53.3%，周参12 井为48.2%，巴1 井为38.8%，周21 井为35.0%。平面上，距离凹陷南部边缘越近砂砾岩含量越高；由南向北，距离凹陷南部边缘越远，砂砾岩含量逐渐降低；东西方向上，西侧的周15 井-周14 井区和东侧的周23 井-周参12 井区砂砾岩含量相对较高（图7）。

与砂砾岩厚度分布相比，砂砾岩含量的大小基本吻合于各层段的砂砾岩厚度的分布特征，即砂砾岩厚度大的地区，其对应的砂砾岩含量高。所以时空上砂砾岩含量的分布等同于砂砾岩厚度所反应的物源与古水流方向特征。

4 结论

（1）谭庄凹陷下白垩统沉积时期的物源主要来自于北部郸城凸起和南部平舆凸起，且南北物源区碎屑组分不同，其中，南部平舆地区碎屑组分以火成岩为主，北部郸城地区碎屑组分以变质岩为主。

（2）综合永丰组碎屑组分分布、重矿物组合特征及砂砾岩分布特征等资料分析的结果，双楼田构造带的周15 井、周14 井、周21 井、周23 井、周参12 井等主要受南部平舆地区物源影响；周18 井、巴1 井呈现南北混合物源特征，并以北部郸城地区物源为主。

（3）南部平舆地区物源可进一步划分为东西两个供给分支方向，其中，周15 井-周14 井区物源以西分支为主，周23 井-周参12 井区物源以东分支为主。