南堡凹陷沙河街组一段物源分析

霍少川，赵 炜，刘建宁，曹玉鹏，彭 凯，姬新元

（华北理工大学，河北唐山 063210）

物源体系包括物质从母岩区形成开始，一直到搬运进入沉积盆地的整个过程。研究包括母岩的位置、性质以及母岩区的物质进入沉积盆地的运移距离和运移路径。物源体系研究目的在于确定物源体系的方向、分布和演化[1]，分析构造因素对物源体系的控制作用，对进一步研究有利区带、提高油气产量具有重要意义。物源分析作为石油勘探和盆地分析的重要组成部分，是南堡凹陷沙河街组研究的重要内容。物源分析的主要内容大致可分为3点，一是确定物源区的沉积构造背景、古气候等外部条件；二是确定母岩类型和位置；三是确定物源入口和供源方向。目前物源分析使用的主要方法有碎屑岩类分析法（Dickinson，1985；李忠等，1999）、重矿物法（王洪伟等，2007）、沉积法（申延平等，2005）等。随着南堡凹陷勘探开发的深入，已累积了大量的基础地质信息，本文通过参考前人相关资料，对南堡凹陷沙河街组一段沉积时期物源体系做出分析，从而为该地区油气勘探提供指导意义。

1 区域地质概况

南堡凹陷位于黄骅坳陷北部，古近系是一个具有北断南超特征的典型的箕状凹陷[2]。该凹陷北以西南庄深断裂与老王庄凸起、西南庄凸起为界，东以柏各庄深断裂与柏各庄凸起、马头营凸起及石臼坨凸起毗邻，南与沙垒田凸起相接，西与北塘凹陷接壤（图1）。

沙河街组（Es）是南堡油田的主要烃源岩地层，形成于盆地断陷发育期，沙河街组地层自下而上分为沙三段、沙二段及沙一段(据冀东油田研究院)。沙一段沉积时期岩性较细[6]，地层主要呈现北部厚南部薄的特征。根据钻井、录井资料可得沙一段主要岩性为大段深灰色泥岩，夹薄层浅灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩。

2 物源体系分析

2.1 盆源地貌分析

区域的构造作用和气候的变化以及基准面的改变等多方面的因素影响着古地形地貌，同时对盆地的后期发育和分布也有着深远的影响。可根据古冲沟来判断古地形地貌的变化特征，明确古地形的侵蚀区与沉积区，从而确定当时水流进入盆地的沟槽位置[2]。结合盆地边界断层的构造特征与古冲沟来判断物源区位置、沉积物来源方向与运移途径，达到确定物源的目的。

研究区内沙河街组沉积主要受西南庄断层与柏各庄断层控制。柏各庄断层东南部靠近马头营凸起附近沟谷是沙河街组一段上亚段湖退域时期东部物源的主要供给途径。西南庄断层在沙河街组沉积时期活动强烈，该断层从倾向、倾角及形成等多方面影响着高尚堡、老爷庙和五号构造带的砂体展布发育规律。通过研究断层腐蚀面上的古冲沟分布特征，认为南堡凹陷砂体在横向上主要受沟谷体系控制，而纵向上则表现为继承性较强的特点。研究发现在高柳地区存在2个方向的碎屑物质供给，所以可认为沙一段沉积时期存在多个物源。

2.2 岩石碎屑颗粒组分分析

陆源碎屑主要是母岩经风化剥蚀等物理成因而形成的，我们可以根据碎屑物质的结构成熟度以及成分的成熟度来断定碎屑物质的来源方向以及运移距离[10]。母岩区的类型还可以根据碎屑矿物的类型来进行判断。所以物源区个数和物源影响范围可以通过对沉积区碎屑矿物组合进行分区对比来判断。

通过对古近系沙河街组一段碎屑岩碎屑颗粒组分绘制柱状图，并进行平面展布得到沙一段的碎屑矿物物源体系特征图(图2)，分析可将Es1划分为4个区域，第一为1号和2号构造带，表现为石英岩屑含量近似，长石稍少，岩屑主要由岩浆岩和变质岩组成；第二为柳赞地区、高尚堡构造带和5号构造带地区，岩屑组成大部分为岩浆岩岩屑，另外只有少量沉积岩岩屑；第三为3号构造带地区，岩屑组成则主要是变质岩岩屑，沉积岩岩屑与岩浆岩岩屑较少；第四为南堡4号构造带，该区域岩屑含量较少，岩屑成分以岩浆岩最多，变质岩次之，沉积岩最少。

2.3 重矿物特征分析

重矿物在物源研究中运用十分广泛。母岩类型为岩浆岩或变质岩时，重矿物在运移过程中受到的磨蚀沉积和成岩作用相对较小，并且后期的影响也相对较小，所以在一定程度上可以较好地保留母源信息[5]。但母岩类型为沉积岩时，在运移过程中经历了多次沉积及改造作用后，其组分含量发生一定变化，这将影响对物源的判断。通过对区域地质背景的详细分析并结合钻井测井资料，发现南堡凹陷周围的母岩类型主要为太古宇花岗岩和沉积岩，因此常规运用重矿物组合判断母岩类型的方法在本研究区存在一定的局限性，但不同物源区的碎屑物质的性质还不尽相同，所以物源分区的判断仍可以运用重矿组合类型来进行划分。

笔者根据重矿物稳定性及透明度，将南堡凹陷沙一段含量比例较高的几种重矿物划分为3个区（见表1），并绘制重矿物柱状图（图3）。

通过重矿物组合物源体系特征图可见，沙一段主要还是划分为4个区，第一个区为南堡1号构造带，重矿物以稳定透明重矿物锆石和石榴石为主，锆石含量很高，铁的氧化物主要为磁铁矿和赤褐铁矿但含量较少；第二个区为北堡地区和高柳地区，仍以稳定透明重矿物锆石和石榴石为主，但铁的氧化物含量较高，并且含有少量不稳定透明重矿物绿帘石。两地重矿物略有不同，高柳地区铁矿含量略高于北堡地区；第三个区为南堡3号构造带附近，其特征为稳定重矿物白钛石所占比例最大，锆石含量次之，但石榴石含量极少，存在少量不稳定的透明重矿物黑云母；第四个区为4号构造带附近，表现为锆石和石榴石为主，且白钛石含量较高。

图3 南堡凹陷Es1重矿物组合物源体系特征图

3 物源体系展布特征

通过对研究区盆源地貌分析、岩石碎屑颗粒组分分析以及重矿物特征分析，认为在沙河街组一段沉积时期整个南堡凹陷可以识别出3大物源体系，为东部、北部和南部物源体系，又可详细划分为东部物源体系、西北部和中东北部物源体系以及西南部和正南物源体系。

表1 重矿物分类

沙一段东部物源体系透明稳定重矿物中锆石、石榴石比例很高，含较多白钛石，不透明铁矿较少，岩屑组合以沉积岩岩屑为主，其次为变质岩岩屑和岩浆岩岩屑；西北部物源体系锆石含量很高，石榴石次之，含有少量的电气石和金红石，石英、长石、岩屑含量近似，岩屑组合以岩浆岩为主；中东北部物源体系透明稳定重矿物中锆石、石榴石比例较高，不透明铁矿见较多的磁铁矿，以比例较高的铁矿为特征，个别井见绿帘石；西南部物源体系中锆石含量极高，透明稳定重矿物以锆石、石榴石为主，不透明铁矿见磁铁矿、赤褐铁矿、钛铁矿，不稳定重矿含量极低，岩屑组合主要为岩浆岩岩屑，变质岩岩屑次之，沉积岩岩屑最少；南部物源体系含有极高的白钛石，锆石含量较高，石榴石含量较少，铁矿和黑云母含量较少，岩屑基本为变质岩岩屑。

[1] 付玲,关平,赵为永,王牧,张英,卢静文.柴达木盆地古近系路乐河组重矿物特征与物源分析[J].岩石学报,2013,29(8):2867-2875.

[2] 李梦瑶.南堡凹陷古近系物源及沉积体系研究[D].中国石油大学(华东),2014.

[3] 王思琦,鲜本忠,万锦峰,李振鹏,余琦昌.南堡凹陷滩海地区东营组和沙河街组一段储层特征及其成因机制[J].东北石油大学学报,2015,39(4):54-62，87，9.

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[5] 李玉峰.黄河冲积扇菏泽魏庄一带沉积物物源分析及环境演变[D].北京师范大学,2007

[6] 蒋小军.南堡油田构造特征及储层预测研究[D].中国地质大学（北京）,2010.

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