高郵凹陷始新統(tǒng)戴南組古環(huán)境演化及沉積特征

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.

1 E2d沉積環(huán)境演化

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.

1.1 戴一段（E2d1）

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.

1.2 戴二段（E2d2）

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.

1.3 戴南期的古氣候

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?

2 沉積相類型特征與展布

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.

2.1 近岸水下沖積扇沉積

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.

2.2 扇三角洲沉積

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）.

2.3 三角洲沉積

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.

2.4 湖泊沉積

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.

3 沉積相演化發(fā)育與展布

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）.

4 結(jié)論

（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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