晉縣凹陷中南部古近系沉積物源分析?

黃遠鑫，張驁，馮晗，郭惠平

(長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100)

物源分析是通過各種方法確定沉積物物源位置和性質及沉積物搬運路徑，甚至整個盆地的沉積構造演化的過程。其在評估古地理、限定造山帶的側向位移量、確定地殼的特征、驗證斷塊或造山帶演化模型、繪制沉積體系圖、進行井下地層對比以及在評價儲層的品質等方面，都可起到重要作用。晉縣凹陷位于冀中坳陷西南部，東鄰寧晉凸起，西鄰無極-藁城低凸起，北與高陽低凸起相接，南以斷裂方式與太行山接壤。晉縣凹陷中南部地區即趙縣背斜及以南地區，為不對稱的雙斷凹陷。晉縣凹陷的古近系的發育與整個渤海灣盆地的發育歷程一樣，二疊紀后期的海西運動使該區再次上升遭受剝蝕，大面積缺失三疊系沉積；印支運動進行了改造；中晚侏羅世，由于華北地區的地幔上隆，地殼強烈拉張，形成的寧晉等斷裂控制了中生界沉積，在下隆盤沉積了較厚的中生界地層，上升盤廣大地區遭受剝蝕；晚白堊世的燕山運動末期，控制凹陷的主要斷裂為北西西向的衡水等斷裂產生，與此同時，在凹陷內還發育了北東、北東東向2組斷裂；由于斷塊翹傾和差異升降，古生界地層受到剝蝕，只在部分地勢比較低洼處殘存了石炭系-二疊系地層。發育趙縣背斜、高村鼻狀構造、高邑鼻狀構造，西楊村斷鼻、百戶斷鼻等構造。

1 地層特征

晉縣凹陷中南部潛山分布具有一定的規律性，盆地東部的寧晉凸起帶上太古界和元古界底層出露，與古近系底層呈斷層接觸關系。下古生界-上古生界潛山分布于寧晉凸起帶的西側，緊鄰凸起帶，向西則大面積分布的是中生界潛山。盆地東部寧晉凸起帶上剝蝕的地層主要為石炭系-二疊系、寒武系-奧陶系和中生界地層。

1.1 基底地層主要巖性特征

1)太古界 該區結晶基底為變質巖，巖石類型復雜多樣。

2)中上元古界 晉縣凹陷中南部元古界由一套未變質或輕微變質的地臺型海相富鎂碳酸鹽巖及碎屑巖所組成，厚度巨大，但中-上元古界地層缺失較多。

3)下古生界 下古生界寒武系是一套淺海相碳酸鹽巖為主的沉積。

4)上古生界 由于地殼區域性抬升，剝蝕，上古生界地層在該區分布范圍不廣。巖石類型上部為礫巖，下部以含礫砂質泥巖為主。

5)中生界 受凹陷構造活動和潛山地層埋深的影響，晉縣凹陷中南部中生界潛山分布廣泛。屬于海陸交互相沉積。

1.2 古近系地層巖性

1)孔三段 沉積中心位于坊珊、高村、大石橋、趙縣一帶，最大沉積厚度1300m左右，巖性主要為一套砂泥及砂礫巖組合，灰質、白云質含量較高。向西超覆尖滅于無極-藁城潛山帶，與下伏地層呈角度不整合接觸。

2)孔二段 沉積中心位于高村-大石橋，坊珊-高邑地區，沉積厚度約1000m左右，在趙縣、高村地區紫紅色泥巖出現為孔二段出現的標志。

3)孔一段 地層在凹陷南部沉積厚度在300～600m，沉積中心位于高村-大石橋，其次為坊珊-高邑地區。

4)沙四段 地層在凹陷南部沉積厚度在130～200m，由下粗上細的2個正旋回沉積韻律組成。頂部灰色泥巖層發育較穩定，為標志層，不含膏巖。

5)沙二段和沙三段 棕褐色、紫色、暗紫色泥巖及砂質泥巖與淺灰粉砂巖及中細砂巖不等厚互層。

6)沙一段 棕色、淺棕色、紫紅色、暗紫紅色泥巖與灰白色、淺灰色、暗棕色泥質粉砂巖、粉細、砂巖不等厚互層。

2 物源分析

沉積物物源分析又稱沉積物補給分析，是盆地分析的重要內容，是再現沉積盆地演化、恢復古環境的重要依據。沉積物物源的研究方法較多，如從重礦物組合、輕礦物組合、砂巖百分含量變化、古水流方向標志、古構造與古地形等方面進行物源研究。根據工區內所具有的實際資料情況，筆者主要采用重礦物組合分析法、輕礦物百分含量法、巖屑類型分析法這3種方法進行分析。

2.1 重礦物組合分析法

圖1 重礦物組合平面分布圖

圖2 沙三段石英含量等值線圖

圖3 沙三段巖屑含量平面分布圖

在物源相同，古水流體系一致的沉積物中，重礦物組合具有相似性，而母巖不同的沉積物具有不同的重礦物組合，不同沉積時期水平方向上穩定重礦物含量變化的分布，可推測沉積物源和水流方向。該區物源方向的確定是依靠部分探井的陸源重礦物組分及巖石成分分析及骨架砂巖分布來確定的，根據陸源重礦物組分及巖石成分，該區主要發育3大物源沉積體系：

1)北部-西北部扇三角洲、三角洲沉積體系 其巖屑組成成分主要以酸性噴發巖為主，其次為中基性噴發巖和凝灰巖。

2)西部的沖積扇、扇三角洲、三角洲沉積體系 其巖屑組成成分主要以碳酸鹽巖為主，陸源重礦物主要以磁鐵礦、石榴子石和白鈦礦為主。

3)東部的沖積扇、水下扇、扇三角洲沉積體系 其巖屑組成成分以碳酸鹽巖和酸性噴發巖為主，陸源重礦物主要以磁鐵礦、赤鐵礦、鋯石、電氣石和白鈦礦為主(見圖1)。

2.2 輕礦物百分含量法

石英屬穩定礦物成分，在搬運過程中基本不發生化學變化。因此，巖石礦物中的石英相對含量隨著距離物源區的長短而變化，距離源區越近則含量越低，反之，含量越高。從晉縣凹陷石英含量等值線圖(見圖2)來看，石英含量西部、西南部2個地區含量低，隨著向凹陷東部和東南部推進，石英含量逐漸升高，在高村、坊珊、西楊村存在高值點。因此，從圖2中可以識別主要物源來自西部，次級物源來自西南部。巖屑抗風化能力相對較弱，易分解破碎。在搬運過程中的規律與石英剛好相反，相對含量隨著搬運距離的增加而降低。巖屑含量西部、西南部多個地區含量高，隨著向凹陷東部東南部推進，巖屑含量逐漸降低，在高村、趙縣、西楊村存在低值點。根據這些特點，從中可以識別主要物源來自西部，次級物源來自西南部。這一特征與石英含量分析結果相差不大，彼此佐證(見圖3)。

2.3 巖屑類型分析法

統計和分析研究區不同層位的碎屑巖巖屑分析數據，可劃分出6種巖屑組合類型：Ⅰ類組合-噴出巖，Ⅱ類組合-沉積巖，Ⅲ類組合-變質巖，Ⅳ類組合-噴出巖沉積巖混合，Ⅴ類組合-沉積巖變質巖混合，Ⅵ類組合-噴出巖變質巖混合。

盆地東部的寧晉凸起帶上太古界和元古界底層出露，與古近系底層成斷層接觸關系。下古生界-上古生界潛山分布于寧晉凸起帶的西側，緊鄰凸起帶，向西則大面積分布的是中生界潛山。通過晉縣沙三段巖屑類型平面分布圖(見圖4)，可以看出在盆地的東部有2塊噴出巖區，西部有一塊噴出巖巖區，西南部有一塊沉積巖巖區。所以晉縣凹陷沙三段東部的物源主要可能來自于中晚侏羅世由于地幔上隆形成的酸性噴出巖和寧晉凸起帶上剝蝕地層中的碳酸鹽巖。西部物源受極-藁城低凸起控制,以中基性噴發巖為主。西南部物源受自太行山隆起控制，主要為碳酸鹽巖陸源碎屑(見圖5)。

圖4 晉縣沙三段巖屑類型平面分布圖 圖5 晉縣沙三段巖屑類型三角圖

3 結論

1)晉縣凹陷古近系主要受3大物源控制：一是來自西部無極-藁城低凸起, 二是來自太行山隆起的物源，這是主物源方向，三是來自東部寧晉凸起。

2)西部物源主要來自無極-藁城低凸起,以中基性噴發巖為主，這個物源控制了趙縣、黎村-四德、南固莊地區，其中趙縣地區位于主物源區。

3)西南部物源來自太行山隆起，巖性包括碳酸鹽巖和陸源碎屑巖，碳酸鹽巖成分占絕對優勢。主要分布在高村和高邑地區。

4)東部物源來自于寧晉凸起，以酸性噴發巖、石英巖塊為主，并有一定含量的碳酸鹽巖、硅質巖塊，缺少中基性噴發巖成分，主要分布于寧晉斷層下降盤的斷階帶，如西楊村、百戶、南柏舍等地區。

[參考文獻]

[1]趙紅格，劉池洋.物源分析方法及研究進展[J].沉積學報，2003，21( 3)：409-415.

[2] 徐亞軍，杜遠生，楊江海.沉積物物源分析研究進展[J].地質科技情報，2007，26( 3)：26-32.

[3] 汪正江，陳洪德，張錦泉.物源分析的研究與展望[J].沉積與特提斯地質，2000，20(4)：104-110.

[4] 楊仁超，李進步，樊愛萍. 陸源沉積巖物源分析研究進展與發展趨勢[J]. 沉積學報，2013，31(1)：99-101.

[5] 何鐘鏵，劉招君，張峰.重礦物分析在盆地中的應用研究進展[J].地質科技情報，2001，20(4)：29-32.