南堡凹陷古近紀古湖泊學研究

趙莉莉，鄭恒科，萬 維，吳琳娜，陳 剛

(中油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

引 言

古湖泊學是陸相含能源盆地研究的重要組成部分，研究任務是從沉積記錄中分別提取多種信息，通過多學科定量研究和建立湖泊系統演變模式的方法，揭示湖泊沉積、湖泊礦產和形成規律[1－3]。該項研究雖然早在20世紀70年代就在國外陸相盆地分析中開展[4－6]，但近些年陸相層序地層學的崛起，又為古湖泊學的研究注入了生機。

根據生物與環境相互依存、相互制約的關系，建立生物組合與沉積環境之間的聯系及分布規律。生態組合分析在判斷沉積環境方面有許多獨到之處，因為有些生物與特定沉積環境相關聯，其分布相帶窄，可彌補無機沉積構造對沉積相分析多解性的不足。南堡凹陷古近系地層存在豐富的古生物化石，根據化石屬種和化石保存特點來恢復古環境，根據古湖泊的形成與演化過程開展沉積體系的研究[7－8]，為南堡凹陷油氣資源勘探與開發發揮了重要的作用。

1 化石生態組合分析

1.1 遺跡組構分析

南堡凹陷古近系巖心觀察到了較為豐富的遺跡化石。根據遺跡化石在巖心中的分布及結構，劃分出5種遺跡組構類型(表1)。

表1 南堡凹陷遺跡組構類型及特點

1.2 微古動物分析

(1)介形類。南堡凹陷具有現生代表的常見介形類屬有 Ilycocypris土星介、Cypris金星介、Eucypris真星介、Cyprinotus美星介、Candoniella小玻璃介、Candona玻璃介、Candonopsis似玻璃介、Pseudocundona假玻璃介和 Limnocythere湖花介等。生活于淡水水溝、池塘、沼澤、河流和淺湖等環境中，但有時也能忍受較高含鹽度的咸水湖或鹽湖環境，顯示了廣鹽性介形類的特征。

(2)腹足類。具有現生代表的螺類有Valvata(Cincinna)高盤螺亞屬、Tulotomoides似瘤田螺、Melanoides擬黑螺和Stenothyra狹口螺等。其中，Melanoides適于在流動水中生活;而Valvata(Cincinna)則不僅適應于淺水，且能在深水湖中生活。

1.3 微古植物分析

(1)綠藻類。南堡凹陷古近系中，發現不少Pediastrum盤星藻屬、Campania褶皺藻屬、Hungarodiscus穴面球藻屬。它們是內陸湖生藻類的代表。Campenia等是湖泊藻類中對水質適應能力較強的類群，水體鹽度的劇烈變化只在其豐富程度上構成一定影響。

(2)溝鞭藻類。微咸至半咸水體中發育的有Bohaidina渤海藻屬、Parabohaidina副渤海藻屬和Deflandrea德弗蘭藻屬，都為海陸過渡類型，繁盛于淺湖至半深湖環境中。管球藻科在局部層位中較發育，反映平靜水體、淺水至半深水環境。

(3)疑源類。常見的疑源類Sphaeromorphitae球形亞類的Leiosphaeridia光面球藻屬、Granodiscus粒面球藻屬、Rugasphaera皺面球藻屬以及Herkomorphitae網面亞類Dictyotidium網面球藻屬、Granoreticella粒網球藻屬在各個層位都較繁盛。多是生活在淡水至半咸水體，反映濱淺水環境。

(4)孢子花粉。水生植物以及部分濕生蕨類的孢粉的含量在沼澤、濱岸區較高，隨著距岸漸遠，其孢粉含量逐漸降低，進而被具雙氣囊的松科花粉取代。

1.4 大化石分析

在巖心觀察過程中還發現很多魚鱗、魚骨、植物葉片化石。魚鱗、魚骨埋藏于深灰色泥巖或黑色頁巖內，沿巖層面保存，反映低氧的較深湖環境。植物葉片化石有完整埋藏與破碎埋藏2種。完整葉片化石群可能在埋藏過程中所受水動力作用不強，搬運距離不遠，這與三角洲平原沉積有關。破碎植物葉化石群應是埋藏于離湖岸稍遠的淺湖或前三角洲沉積中。

生物生態組合分析表明:南堡凹陷地區古近系地層各組段具有若干指示生物生態組合的標志化石或其組合特征，可分為5種生態組合類型:Ilycocypris土星介—陸生植物孢粉生態組合、光滑小殼介類—綠藻類和疑源類—水生植物孢粉組合、Dongyingia東營介和 Huabeinia華北介—溝鞭藻類—松科花粉組合、Xiyingia西營介和 Candona sinensis中華玻璃介—溝鞭藻類—松科花粉組合、Candona sagmaformis鞍狀玻璃介和Candona postabscissa后陡玻璃介組合。

1.5 干酪根類型分析

將南堡凹陷各地層單元的典型井位的干酪根類型進行匯總，并在平面上進行了展布研究，發現其與微體古生物組合有很好的對應關系 (表2)。

表2 沉積環境與干酪根類型的相互關系

2 生物相類型及其環境模式

根據前述的南堡凹陷遺跡組構類型、微體古生物生態組合類型以及干酪根類型3個方面對古湖泊古水深、沉積環境的反映特點，將其進行分析組合，綜合出以下5種生物相類型(表3)，結合化石產出的巖石結構、構造等特點，以指示南堡凹陷古近紀古湖泊沉積環境及其水深特點。

表3 南堡凹陷古近紀生物相類型及特征

3 生物相展布及古湖泊構成

生物相的平面展布研究主要根據代表井的遺跡組構分析、微體古生物生態組合與干酪根類型分布，并參考砂體的分布等多方面信息綜合而成。同時建立研究區古近系各組段生物相分布特點及與構造活動的耦合關系[9－19]，進而研究古湖泊的演化過程。

南堡凹陷沙三段沉積時期是強烈斷陷期，構造活動以伸展為主，西南莊和柏各莊斷層伸展活動強度增大，湖盆不斷沉降，形成沿西南莊斷層發育的北堡、老爺廟及拾場次凹3個沉降中心，為主要生油層發育期。具體可劃分出B、C、D、E 4個生物相帶(圖1a、b)。可以看出，當時的南堡凹陷整體為湖相，平均水深較深，特點是以淺湖至半深湖為主。代表濱淺湖沉積的B相帶主要分兩大區:沿西南莊斷層分布在北堡地區和老爺廟地區。代表淺湖沉積的C相帶主要分布在主控斷裂西南莊斷層和柏各莊斷層的B相帶前緣以及兩大斷裂相交處的拾場次凹。代表淺湖至半深湖沉積的D相帶主要分布在盆地中部。代表半深湖至深湖E相帶主要分布在盆地北部。

沙二段沉積時期，斷裂活動減弱，南堡凹陷湖盆范圍縮小，水體變淺?？蓜澐殖鯝、B、C 3個生物相帶(圖1c)。湖盆主體部位以C相帶代表的淺湖為主。僅在C8－1、L12、L13x1等井區見代表三角洲平原或沼澤相的A相帶。B相帶主要分布在沙壘田凸起北部。

沙一段生物相展布特征如圖1d所示，可以看出，沙一段沉積時期受局部地形高差及斷層活動的差異，沿西南莊斷層不同部位發育不同的生物相帶。北堡地區發育C相帶，拾場次凹則發育A、B、C、D相，凹陷南部以沙壘田凸起向北依次延伸為C、D相帶分布區。沙一段沉積時期繼承了沙二段沉積時期的古地理格局，是南堡凹陷第2次重要的湖泛期，發育了南堡凹陷第2套重要的烴源層系。

東三段生物相展布特征如圖2a所示，南堡凹陷劃分為A、B、C、D、E相。代表濱淺湖的A相帶主要沿西南莊斷層、柏各莊斷層的下降盤分布。M2、M5、M13、M13x2、M16x1 等井區以及 G19 井、G7井區分布濱淺湖B相帶。B2、B3、BS28等井區以及N27、G39井區為C相帶分布區。代表淺湖至半深湖的D相帶、E相帶沿沙壘田凸起向北西方向環帶狀交替分布。

東二段沉積時期，沿邊界斷層依次發育A、B、C、D相帶(圖2b)。北堡地區的B2－B15井區是該區的淺湖C相帶沉積環境。JH1x1井和B2—B15井區等都屬于D相帶的沉積。

圖1 南堡凹陷沙河街組生物相展布

圖2 南堡凹陷東營組生物相展布

東一段沉積時期是湖盆發育的晚期階段，湖盆逐漸萎縮，地勢趨于平緩，物源供給充足，湖盆內發育大規模的河流三角洲或扇三角洲沉積體系，淺湖相只發育在盆地西南、東南一線，范圍較小(圖2c)。

4 結論與認識

(1)南堡凹陷古近紀古湖泊在沙三段、沙一段和東三段時期分別達到最大深度，有利于形成沉降中心。其他時期為水退期，湖平面處于收縮狀態。

(2)南堡凹陷沙三段時期，湖盆不斷沉降，可劃分出B、C、D、E 4個生物相帶，凹陷整體為湖相，以淺湖至半深湖為主。有利于形成沉降中心，是南堡凹陷古近紀一套重要的烴源巖層。

(3)南堡凹陷沙一段沉積時期，受局部地形高差及斷層活動的差異，沿西南莊斷層不同部位發育A、B、C、D不同的生物相帶。沙一段沉積時期是南堡凹陷第2次重要的湖泛期，發育了南堡凹陷第2套重要的烴源巖層。

(4)南堡凹陷東營組的生物相展布特征與沙河街組相比有了很大的變化。沉積時期，盆地內次級斷層進一步發育，導致次級斷層控制區域水體加深，生物相可劃分為A、B、C、D、E 5種生物相類型，發育了南堡凹陷古近系第3套有利烴源巖層。

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