馬文睿,傅 強(qiáng),董桂玉,曾玉蘭
(1.同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院,上海 200092;2.河北聯(lián)合大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院,河北 唐山 063009;3.中石油新疆油田分公司采油二廠,新疆 克拉瑪依 834008)
高郵凹陷位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷中部,西接菱塘橋低凸起,東與吳堡斷裂帶及吳堡低凸起相連,南臨真武斷裂帶與通揚(yáng)隆起,北以斜坡形式過渡到柘垛低凸起(見圖1).東西長約100km,南北寬20~35km,面積約2670km2,是蘇北盆地上沉降幅度最大、油氣最富集的一個(gè)凹陷.它是在晚白堊世儀征運(yùn)動(dòng)和古新世末期吳堡運(yùn)動(dòng)期間,由斷塊差異沉降而形成的南斷北超箕狀凹陷[1-4].凹陷內(nèi)北東向斷裂發(fā)育,漢留斷裂、真①斷裂、真②斷裂將凹陷切割成次一級構(gòu)造單元,自南向北依次為南部斷階帶、中部深凹帶和北部斜坡帶,具有南斷北超、南陡北緩、南深北淺的特點(diǎn)[3](見圖1).
高郵凹陷古近系戴南組(E2d)地層廣泛發(fā)育,與下伏古近系阜寧組(E1f)地層和上覆三垛組地層呈不整合接觸.E2d沉積時(shí)期,區(qū)域性拉張作用進(jìn)一步增強(qiáng),凹陷處于強(qiáng)烈斷陷階段,最大沉積厚度達(dá)2000m;E2d地層自下而上可分為戴一段(E2d1)和戴二段(E2d2),主要為一套砂泥巖夾有砂礫巖及零星玄武巖地層[5],發(fā)育了陡坡帶近岸水下扇向扇三角洲演化的沉積體系,以及斜坡帶三角洲、深凹帶殘余湖泊沉積體系[6-8].
圖1 蘇北盆地構(gòu)造區(qū)劃及高郵凹陷位置Fig.1 Tectonic division and location map of Gaoyou Sag in Subei Basin
勘探實(shí)踐證實(shí),高郵凹陷南側(cè)斷陷背景下形成的沉積體系及相關(guān)成因類型砂體控制了油氣的富集[9-12].因此,研究E2d沉積環(huán)境演化特征及沉積相特征與分布,對于高郵凹陷E2d巖性地層油氣藏勘探具有十分重要的意義.
蘇北盆地高郵凹陷受E1f4沉積期海侵的影響[13],在吳堡運(yùn)動(dòng)基底抬升作用下,海水逐漸退去并與外海斷絕關(guān)系,整個(gè)湖盆被分割成若干個(gè)箕狀斷陷,開始接受來自凹陷周圍的沉積物.通過對馬家嘴、黃玨、真武、富民、永安、沙埝等地區(qū)10口井的綜合研究,對沉積環(huán)境演化進(jìn)行了分析.
隨吳堡運(yùn)動(dòng)基底抬升作用影響,阜寧期海侵逐漸退去,開始接受E2d1沉積,到E2d1后期,地殼又趨穩(wěn)定,地表徑流發(fā)育,達(dá)到最大湖侵,總的說來,E2d1是個(gè)湖相加三角洲與近岸水下沖積扇的環(huán)境,高郵凹陷中的沉積物主要來自南部的通揚(yáng)隆起,少量來自北部的柘垛低凸起、小海凸起.
E2d1期介形蟲組合:以德卡里金星介(Cypris decry)、中華金星介(Sinocypris sp.)、金星介(Cypris sp.)、小玻璃玻璃介(Candona[Candoiella]sp.)、玻璃玻璃介(Candona[Candona]sp.)以及真星介(Eucypnis sp.)為主,其次有土星介 (Ilyocypris sp.)、麗星介(Cypria sp.)、湖花介(Limnocythere sp.)等.此外,在E2d1地層中還有阜寧中華金星介(Sinocypris funingensis)、細(xì)網(wǎng)紋中華金星介(Sinocypris retinus)、六結(jié)土星介(Ilyocypris nexatuberosa)和膨脹新單角介(Neomonceratina bullata)等在漸新統(tǒng)上部E1f地層中常見的分子[6].
金星介屬為淡水相生物,真星介、土星介等屬能夠在半咸水環(huán)境中生存,而浪花介科的湖花介屬能適應(yīng)半咸水-咸水環(huán)境.微量元素地球化學(xué)指標(biāo)方面,真武-曹莊地區(qū):w(B)/w(Ga)比值為4.69,w(Sr)/w(Ba)比值為1.07,大致在海陸交界線上;馬家嘴地區(qū):w(B)/w(Ga)比值為4.06,大致在海陸交界線上,w(Sr)/w(Ba)比值為0.63[3],則反映陸相.
經(jīng)按生態(tài)分類的統(tǒng)計(jì),可見E2d1中以能在半咸水中生存的介形蟲占優(yōu)勢[6],反映了經(jīng)吳堡運(yùn)動(dòng)由海陸交互相環(huán)境變?yōu)楹喘h(huán)境后,E2d1沉積時(shí)期高郵凹陷的水體處于半咸水-淡水過渡的環(huán)境.
戴二段(E2d2)沉積格局大體和E2d1分布相近.只在高郵凹陷南部的真武-馬家嘴一帶以及東北角竹弘鎮(zhèn)一帶還存在殘余湖泊,其余部分都暴露地表.物源方向則大致與E2d1相同,基本上來自湖盆南北凸起.至于水體性質(zhì)與E2d1一樣,與海水已完全隔絕,所見化石均為陸相淡水型金星介科.微量元素地球化學(xué)指標(biāo):w(B)/w(Ga)比值為5.06,還表現(xiàn)出海相;w(Sr)/w(Ba)比值為0.699,則表現(xiàn)出陸相特征;馬4井的三個(gè)樣品分析w(Sr)/w(Ba)比值平均為0.52[3],則更靠近陸相環(huán)境.所以,總的反映是淡水-微咸水環(huán)境.
E2d孢粉組合為杉粉-松粉-山核桃粉組合帶[6].其特征是:① 以裸子植物花粉為主,被子植物花粉次之,蕨類孢子含量低;② 裸子植物中杉粉屬和無口器粉屬含量比E1f4增多,其中以破隙杉粉出現(xiàn)最多,具氣囊的松柏類花粉含量在15%~20%以內(nèi);③ 被子植物中以小榆粉、三角山、核桃粉、來因苗榆粉、小享化櫟粉等出現(xiàn)較多;④ 熱帶與亞熱帶植物花粉已出現(xiàn)不多;⑤ 草木植物花粉只零星出現(xiàn).E2d上、下段孢粉組合差別不大,E2d孢粉組合代表的植物群以針葉植物為主,混雜了大量落葉闊葉植物的混交林,代表溫?zé)岫鴿駶櫟膩啛釒蜌夂?
E2d沉積時(shí)期是吳堡運(yùn)動(dòng)后蘇北盆地差異沉降、斷陷活動(dòng)強(qiáng)烈的時(shí)期;在這種構(gòu)造活動(dòng)背景下,盆內(nèi)的沉積格局發(fā)生重大的變革,高郵凹陷海水的侵入已被隔絕[3];前期統(tǒng)一的坳陷大湖盆解體,被分割成一系列南陡北緩的北東向箕狀小斷陷盆地,陡坡帶與緩坡帶的沉積厚度相差懸殊,并在南部陡坡帶發(fā)育一系列近岸水下沖積扇、扇三角洲沉積體系,在北部緩坡帶則發(fā)育三角洲沉積體系,在深凹帶殘留有湖泊沉積.
近岸水下沖積扇(亦稱水下沖積扇)盡管與扇三角洲所處的位置相同,都屬于山地小河流出山口直接入湖,并在濱-淺湖區(qū)形成扇形粗碎屑沉積.但近岸水下沖積扇與湖退期形成的扇三角洲不同,一般是在湖水上漲(湖進(jìn))階段條件下形成的,沉積體系全部沒于水下,無出露水面的岸上扇三角洲平原部分,或只有扇根極小部分出露,但很快又被湖水淹沒.再者,近岸水下沖積扇主要是水下辮狀河道的粗碎屑砂礫巖沉積,垂向上呈水道疊合體的正韻律層(見圖2).
圖2 高郵凹陷E2d1近岸水下沖積扇沉積序列Fig.2 Subaqueous alluvial fan deposition series in Gaoyou Sag,E2d1
近岸水下沖積扇與水下扇均發(fā)育于靠近半地塹的盆緣——受斷裂控制的陡坡帶,沉積體均是入湖的產(chǎn)物.水下扇通常被認(rèn)為是深水濁積產(chǎn)物,而近岸水下沖積扇是陡坡帶碎屑物直接進(jìn)入濱-淺湖形成的扇形堆積體,是以淺水沖積作用為主及牽引流沉積的產(chǎn)物.這種沉積主要發(fā)育在E2d1沉積時(shí)期箕狀凹陷的陡坡帶,高郵凹陷南部真①、真②斷層附近.從山口處直接入湖,并深入湖盆深處.
2.1.1 扇根亞相
扇根位于扇體頂端,正對山體溝口,向下呈喇叭形展布,是主辮狀水道的發(fā)育區(qū),可分為水下辮狀河道充填、水下礫質(zhì)辮狀水道以及高密度碎屑流沉積.
扇根亞相粒級范圍廣,各粒級連續(xù)過渡,反映強(qiáng)動(dòng)力條件下流體攜帶大量粗碎屑、順陡坡快速堆積的特點(diǎn),扇根垂向?qū)有蝻@示出底部為沖刷面或者巖性突變面,向上為巨厚層礫巖和砂礫巖層(見圖3a,b).自然電位為幅度不明顯的中低幅齒狀,高電阻.
2.1.2 扇中亞相
位于扇根前方,占整個(gè)扇體面積的一半以上,也是厚度最大的地方.扇中部分是水下砂質(zhì)辮狀水道最發(fā)育的地方,可具體劃分兩個(gè)成因類型組合帶,時(shí)而見重力流性質(zhì)的沉積類型.
(1)扇中辮狀水道
由一系列分流辮狀水道組成并間有泥石流和水下滑塌沉積.分流辮狀水道與扇根辮狀主水道相接,巖性以砂巖為主,由含礫砂巖、砂巖組成,其中可見泥礫,泥巖含量較扇根增多.縱向上可由含礫砂巖、砂巖層間夾水下滑塌砂巖成正韻律.底部沖刷面發(fā)育,常見混雜塊狀構(gòu)造和平行層理、中-小型交錯(cuò)層理以及滑塌變形構(gòu)造,常構(gòu)成多層砂巖疊合層(見圖3c,d).
(2)扇中辮狀水道間
以砂泥巖互層為主(見圖3e,f);泥巖多為灰色、灰綠色、紫褐色,偶爾有砂體插入,相當(dāng)于三角洲的前緣水下分流間灣,自然電位呈齒狀或指狀.
2.1.3 扇端亞相
位于扇中前方,已進(jìn)入淺湖,并向半深湖過渡;巖性以泥巖為主,夾粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,見水平、波狀層理、沙紋層理;含豐富介形蟲及植物碎片化石(見圖3g,h),自然電位呈指狀或齒狀,偶見小段反韻律曲線.
這種沉積主要發(fā)育在E2d2沉積時(shí)期箕狀凹陷的陡坡帶,即高郵凹陷南部真①、真②斷層附近.扇三角洲的形成是湖盆經(jīng)E2d1大量陸源碎屑的充填及區(qū)域性的抬升運(yùn)動(dòng)后逐漸萎縮,水體變淺,盆地南緣雖仍繼承了陡坡,但坡降已比E2d1時(shí)期小,南側(cè)山地洪水所攜帶的大量碎屑物質(zhì)不再像E2d1時(shí)期那樣直接入湖,并深入湖盆深處,而是部分堆積在陸上,部分伸入湖盆中(見圖4).
2.2.1 扇三角洲平原
扇三角洲平原是沖積扇的陸上部分,是主辮狀河道及辮狀分流河道的發(fā)育區(qū),由混雜礫巖、砂礫巖夾雜黃-灰綠色泥巖組成(見圖5a).
2.2.2 扇三角洲前緣
屬扇三角洲的主體部位,發(fā)育好,巖性以粗碎屑的砂礫巖、中粗砂巖、中細(xì)砂巖為主,夾灰綠色、灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖.
(1)扇三角洲前緣近端
主要為沖積扇水下靠岸部分,亦稱水下辮狀分流河道區(qū),巖性以粗碎屑水道沉積為主(見圖5b),見有水下決口扇、決口河道及水下辮狀河道間細(xì)粒沉積.
(2)扇三角洲前緣遠(yuǎn)端
指水下辮狀河道遠(yuǎn)離岸邊的發(fā)育區(qū),水流作用漸弱,相對波浪作用增強(qiáng),形成受改造的水道及少量河口砂壩砂體,巖性一般為分選較好的砂巖、粉砂巖、少量含礫砂巖,并與厚度相對較大的灰-深灰色泥巖成互層(見圖5c),自然電位為前積式指狀組合.
2.2.3 前扇三角洲
前扇三角洲是扇三角洲前段開闊的淺湖區(qū)向深湖過渡的前緣斜坡帶,巖性為深灰色和灰色塊狀泥巖,夾少量的粉砂巖,自然電位呈低幅平直狀,向深水區(qū)域過渡出現(xiàn)少量正遞變層理和滑塌揉皺砂層(見圖5d).
高郵凹陷E2d時(shí)期三角洲沉積主要發(fā)育在北部斜坡帶這種構(gòu)造相對平緩的區(qū)域并以牽引流沉積為主,這與南部斷階帶不同,南部斷階帶主要由重力流沉積及牽引流共同作用形成沉積;該沉積在高郵凹陷E2d沉積期主要發(fā)育在北部斜坡沙埝、富民地區(qū)的E2d2及E2d1.目前鉆井主要鉆遇三角洲前緣以及前三角洲部位.主要發(fā)育亞相沉積特征如下:
2.3.1 三角洲前緣
三角洲前緣是三角洲中砂體最發(fā)育的地方,處于河口前方濱-淺湖緩坡地帶,是河湖水體共同作用的地帶,主要可分為水下分流河道、河口砂壩、水下天然堤或決口扇、水下分流間灣(見圖6).
(1)水下分流河道
水下分流河道沉積是陸上河道向水體連續(xù)過渡的沉積體,具有巖性向上變細(xì)的正韻律特征,以淺棕色含泥礫砂巖、淺灰色中細(xì)砂巖、粉砂巖組成,底部與下伏成沖刷接觸,中下部板-槽狀交錯(cuò)層理,向上部逐漸過渡為小型板-槽狀交錯(cuò)層理,沙紋層理及生物擾動(dòng)構(gòu)造,自然電位多為鐘形,微齒箱型-鐘形,一般沖刷型河道底部都有突變電位響應(yīng).
(2)河口砂壩
河口砂壩又稱分流河口砂壩,由河流帶來的碎屑物質(zhì)在河口處因流速降低堆積而成.隨著三角洲不斷向湖心方向推進(jìn),河口砂壩主體部位逐漸向前推移,依次蓋在河口壩尾和三角洲泥之上,因此在剖面上出現(xiàn)向上變粗、變厚的反韻律層序,并構(gòu)成識別三角洲的重要標(biāo)志.巖性主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂巖和含礫砂巖組成,發(fā)育小型“人”字形浪成沙紋層理,板狀、楔狀交錯(cuò)層理.自然電位呈漏斗形,曲線下部齒化,上部為加積式幅度組合.
(3)水下天然堤和決口扇
水下天然堤和決口扇沉積同三角洲平原亞相中的天然堤、決口扇一樣,是常見的類型,只是底部沖刷不如陸上部分明顯,巖性稍細(xì),以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖為主,呈透鏡狀分布,與水下分流河道共生,向外與水下分流間灣泥巖過渡.
(4)前緣末端與水下分流間灣
前緣末端沉積亦稱遠(yuǎn)砂壩沉積,沉積物較河口砂壩細(xì),主要為泥質(zhì)粉砂巖與泥巖組成,并與前三角洲泥巖呈過渡,電位呈反韻律結(jié)構(gòu),為低-中幅度漏斗狀;水下分流間灣常發(fā)育在兩個(gè)水下三角洲之間或前緣多個(gè)朵體之間,與開闊湖暢通,主要由泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖透鏡體組成,發(fā)育水平紋理,生物擾動(dòng)作用強(qiáng)烈,向湖盆方向漸變?yōu)闇\湖泥巖,與前三角洲泥沉積很難區(qū)分.
圖6 高郵凹陷E2d三角洲前緣垂向沉積序列Fig.6 Vertical sedimentary series of delta front in Gaoyou Sag,E2d
2.3.2 前三角洲
位于三角洲前緣末端前方,水體相對較深,相當(dāng)于半深湖位置,典型巖性為深灰-灰色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖,具有水平紋理、透鏡狀層理和塊狀層理,生物潛穴發(fā)育,自然電位平直,微齒化.
高郵凹陷戴南期的湖泊主要是繼承性發(fā)育,分布范圍有限,主要分布在盆地相對較深的部位,都為箕狀小湖泊,沉積以灰黑色或深灰色泥巖、泥頁巖、鈣質(zhì)頁巖、油頁巖為主,夾薄層含粉砂質(zhì)泥巖,為靜水還原環(huán)境,含自生黃鐵礦晶粒,生物化石以浮游類為主,多見介形蟲與葉肢介化石,自然電位平直.
E2d1沉積期,由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及氣候等方面影響,在蘇北盆地高郵凹陷北斜坡和西斜坡分別發(fā)育源自柘垛低凸起和天長隆起的三角洲前緣亞相沉積,前者發(fā)育三個(gè)較大的朵狀體,影響可達(dá)深凹帶聯(lián)盟莊-富民-碼頭莊南部;后者主體在韋莊及碼頭莊以西,影響可達(dá)大儀集-韋莊-碼頭莊;凹陷南緣臨近大斷層的斷階帶-深凹帶發(fā)育源于通揚(yáng)隆起的近岸水下沖積扇沉積(見圖7),沿陡岸帶呈裙邊狀分布,其中泥巖夾層呈紅色和暗色特征,是水體震蕩起伏變化的結(jié)果,顯示出高砂礫巖含量的特點(diǎn);凹陷內(nèi)除去上述兩個(gè)相區(qū)之外發(fā)育淺湖-前三角洲亞相,其特點(diǎn)是薄層暗色泥巖與過渡色泥巖互層.
圖7 高郵凹陷E2d1沉積相展布圖Fig.7 Sedimentary facies distribution in Gaoyou Sag,E2d1
E2d2沉積期,隨著水體與氣候特征的變化,高郵凹陷出現(xiàn)了三角洲和扇三角洲沉積.三角洲平原相沉積發(fā)育于北斜坡高郵城北-發(fā)財(cái)莊-沙埝一帶;三角洲前緣發(fā)育于北斜坡的車邏-永安-富民-花莊-瓦莊一帶以及西部的秦欄、大儀一帶,是在較平緩的斜坡上形成的,且向前延伸距離較遠(yuǎn);凹陷南部陡坡帶一側(cè)黃玨-許莊-肖劉莊-竹墩一帶發(fā)育扇三角洲沉積;凹陷北部發(fā)育淺湖沉積(見圖8).
(1)高郵凹陷戴南期發(fā)育了近岸水下沖積扇、扇三角洲、三角洲、湖泊沉積體系,類型多,相變快,呈現(xiàn)出南部斷階帶發(fā)育重力流沉積、北部斜坡帶發(fā)育牽引流沉積、深凹帶發(fā)育湖泊沉積的特征.
(2)根據(jù)對E2d孢粉、介形蟲等特征的分析,戴南期屬溫?zé)岫鴿駶櫟膩啛釒蜌夂?
圖8 高郵凹陷E2d2沉積相展布圖Fig.8 Sedimentary facies distribution in Gaoyou Sag,E2d2
(3)經(jīng)油氣勘探實(shí)踐證實(shí),目前發(fā)現(xiàn)的以E2d為主要儲(chǔ)層的油田都集中在凹陷南部斷階帶發(fā)育的近岸水下沖積扇及扇三角洲砂體中.因此,南斷階下發(fā)育的沉積體系成為有利的油氣富集區(qū)域.
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