高邮凹陷始新统戴南组古环境演化及沉积特征

马文睿，傅 强，董桂玉，曾玉兰

（1.同济大学 海洋与地球科学学院，上海 200092；2.河北联合大学 矿业学院，河北 唐山 063009；3.中石油新疆油田分公司采油二厂，新疆 克拉玛依 834008）

高邮凹陷位于苏北盆地东台坳陷中部，西接菱塘桥低凸起，东与吴堡断裂带及吴堡低凸起相连，南临真武断裂带与通扬隆起，北以斜坡形式过渡到柘垛低凸起（见图1）.东西长约100km，南北宽20～35km，面积约2670km2，是苏北盆地上沉降幅度最大、油气最富集的一个凹陷.它是在晚白垩世仪征运动和古新世末期吴堡运动期间，由断块差异沉降而形成的南断北超箕状凹陷［1－4］.凹陷内北东向断裂发育，汉留断裂、真①断裂、真②断裂将凹陷切割成次一级构造单元，自南向北依次为南部断阶带、中部深凹带和北部斜坡带，具有南断北超、南陡北缓、南深北浅的特点［3］（见图1）.

高邮凹陷古近系戴南组（E2d）地层广泛发育，与下伏古近系阜宁组（E1f）地层和上覆三垛组地层呈不整合接触.E2d沉积时期，区域性拉张作用进一步增强，凹陷处于强烈断陷阶段，最大沉积厚度达2000m；E2d地层自下而上可分为戴一段（E2d1）和戴二段（E2d2），主要为一套砂泥岩夹有砂砾岩及零星玄武岩地层［5］，发育了陡坡带近岸水下扇向扇三角洲演化的沉积体系，以及斜坡带三角洲、深凹带残余湖泊沉积体系［6－8］.

图1 苏北盆地构造区划及高邮凹陷位置Fig.1 Tectonic division and location map of Gaoyou Sag in Subei Basin

勘探实践证实，高邮凹陷南侧断陷背景下形成的沉积体系及相关成因类型砂体控制了油气的富集［9－12］.因此，研究E2d沉积环境演化特征及沉积相特征与分布，对于高邮凹陷E2d岩性地层油气藏勘探具有十分重要的意义.

1 E2d沉积环境演化

苏北盆地高邮凹陷受E1f4沉积期海侵的影响［13］，在吴堡运动基底抬升作用下，海水逐渐退去并与外海断绝关系，整个湖盆被分割成若干个箕状断陷，开始接受来自凹陷周围的沉积物.通过对马家嘴、黄珏、真武、富民、永安、沙埝等地区10口井的综合研究，对沉积环境演化进行了分析.

1.1 戴一段（E2d1）

随吴堡运动基底抬升作用影响，阜宁期海侵逐渐退去，开始接受E2d1沉积，到E2d1后期，地壳又趋稳定，地表径流发育，达到最大湖侵，总的说来，E2d1是个湖相加三角洲与近岸水下冲积扇的环境，高邮凹陷中的沉积物主要来自南部的通扬隆起，少量来自北部的柘垛低凸起、小海凸起.

E2d1期介形虫组合：以德卡里金星介（Cypris decry）、中华金星介（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.）为主，其次有土星介 （Ilyocypris sp.）、丽星介（Cypria sp.）、湖花介（Limnocythere sp.）等.此外，在E2d1地层中还有阜宁中华金星介（Sinocypris funingensis）、细网纹中华金星介（Sinocypris retinus）、六结土星介（Ilyocypris nexatuberosa）和膨胀新单角介（Neomonceratina bullata）等在渐新统上部E1f地层中常见的分子［6］.

金星介属为淡水相生物，真星介、土星介等属能够在半咸水环境中生存，而浪花介科的湖花介属能适应半咸水－咸水环境.微量元素地球化学指标方面，真武－曹庄地区：w（B）／w（Ga）比值为4.69，w（Sr）／w（Ba）比值为1.07，大致在海陆交界线上；马家嘴地区：w（B）／w（Ga）比值为4.06，大致在海陆交界线上，w（Sr）／w（Ba）比值为0.63［3］，则反映陆相.

经按生态分类的统计，可见E2d1中以能在半咸水中生存的介形虫占优势［6］，反映了经吴堡运动由海陆交互相环境变为湖泊环境后，E2d1沉积时期高邮凹陷的水体处于半咸水－淡水过渡的环境.

1.2 戴二段（E2d2）

戴二段（E2d2）沉积格局大体和E2d1分布相近.只在高邮凹陷南部的真武－马家嘴一带以及东北角竹弘镇一带还存在残余湖泊，其余部分都暴露地表.物源方向则大致与E2d1相同，基本上来自湖盆南北凸起.至于水体性质与E2d1一样，与海水已完全隔绝，所见化石均为陆相淡水型金星介科.微量元素地球化学指标：w（B）／w（Ga）比值为5.06，还表现出海相；w（Sr）／w（Ba）比值为0.699，则表现出陆相特征；马4井的三个样品分析w（Sr）／w（Ba）比值平均为0.52［3］，则更靠近陆相环境.所以，总的反映是淡水－微咸水环境.

1.3 戴南期的古气候

E2d孢粉组合为杉粉－松粉－山核桃粉组合带［6］.其特征是：① 以裸子植物花粉为主，被子植物花粉次之，蕨类孢子含量低；② 裸子植物中杉粉属和无口器粉属含量比E1f4增多，其中以破隙杉粉出现最多，具气囊的松柏类花粉含量在15%～20%以内；③ 被子植物中以小榆粉、三角山、核桃粉、来因苗榆粉、小享化栎粉等出现较多；④ 热带与亚热带植物花粉已出现不多；⑤ 草木植物花粉只零星出现.E2d上、下段孢粉组合差别不大，E2d孢粉组合代表的植物群以针叶植物为主，混杂了大量落叶阔叶植物的混交林，代表温热而湿润的亚热带型气候.

2 沉积相类型特征与展布

E2d沉积时期是吴堡运动后苏北盆地差异沉降、断陷活动强烈的时期；在这种构造活动背景下，盆内的沉积格局发生重大的变革，高邮凹陷海水的侵入已被隔绝［3］；前期统一的坳陷大湖盆解体，被分割成一系列南陡北缓的北东向箕状小断陷盆地，陡坡带与缓坡带的沉积厚度相差悬殊，并在南部陡坡带发育一系列近岸水下冲积扇、扇三角洲沉积体系，在北部缓坡带则发育三角洲沉积体系，在深凹带残留有湖泊沉积.

2.1 近岸水下冲积扇沉积

近岸水下冲积扇（亦称水下冲积扇）尽管与扇三角洲所处的位置相同，都属于山地小河流出山口直接入湖，并在滨－浅湖区形成扇形粗碎屑沉积.但近岸水下冲积扇与湖退期形成的扇三角洲不同，一般是在湖水上涨（湖进）阶段条件下形成的，沉积体系全部没于水下，无出露水面的岸上扇三角洲平原部分，或只有扇根极小部分出露，但很快又被湖水淹没.再者，近岸水下冲积扇主要是水下辫状河道的粗碎屑砂砾岩沉积，垂向上呈水道叠合体的正韵律层（见图2）.

图2 高邮凹陷E2d1近岸水下冲积扇沉积序列Fig.2 Subaqueous alluvial fan deposition series in Gaoyou Sag，E2d1

近岸水下冲积扇与水下扇均发育于靠近半地堑的盆缘——受断裂控制的陡坡带，沉积体均是入湖的产物.水下扇通常被认为是深水浊积产物，而近岸水下冲积扇是陡坡带碎屑物直接进入滨－浅湖形成的扇形堆积体，是以浅水冲积作用为主及牵引流沉积的产物.这种沉积主要发育在E2d1沉积时期箕状凹陷的陡坡带，高邮凹陷南部真①、真②断层附近.从山口处直接入湖，并深入湖盆深处.

2.1.1 扇根亚相

扇根位于扇体顶端，正对山体沟口，向下呈喇叭形展布，是主辫状水道的发育区，可分为水下辫状河道充填、水下砾质辫状水道以及高密度碎屑流沉积.

扇根亚相粒级范围广，各粒级连续过渡，反映强动力条件下流体携带大量粗碎屑、顺陡坡快速堆积的特点，扇根垂向层序显示出底部为冲刷面或者岩性突变面，向上为巨厚层砾岩和砂砾岩层（见图3a，b）.自然电位为幅度不明显的中低幅齿状，高电阻.

2.1.2 扇中亚相

位于扇根前方，占整个扇体面积的一半以上，也是厚度最大的地方.扇中部分是水下砂质辫状水道最发育的地方，可具体划分两个成因类型组合带，时而见重力流性质的沉积类型.

（1）扇中辫状水道

由一系列分流辫状水道组成并间有泥石流和水下滑塌沉积.分流辫状水道与扇根辫状主水道相接，岩性以砂岩为主，由含砾砂岩、砂岩组成，其中可见泥砾，泥岩含量较扇根增多.纵向上可由含砾砂岩、砂岩层间夹水下滑塌砂岩成正韵律.底部冲刷面发育，常见混杂块状构造和平行层理、中－小型交错层理以及滑塌变形构造，常构成多层砂岩叠合层（见图3c，d）.

（2）扇中辫状水道间

以砂泥岩互层为主（见图3e，f）；泥岩多为灰色、灰绿色、紫褐色，偶尔有砂体插入，相当于三角洲的前缘水下分流间湾，自然电位呈齿状或指状.

2.1.3 扇端亚相

位于扇中前方，已进入浅湖，并向半深湖过渡；岩性以泥岩为主，夹粉砂岩、泥质粉砂岩，见水平、波状层理、沙纹层理；含丰富介形虫及植物碎片化石（见图3g，h），自然电位呈指状或齿状，偶见小段反韵律曲线.

2.2 扇三角洲沉积

这种沉积主要发育在E2d2沉积时期箕状凹陷的陡坡带，即高邮凹陷南部真①、真②断层附近.扇三角洲的形成是湖盆经E2d1大量陆源碎屑的充填及区域性的抬升运动后逐渐萎缩，水体变浅，盆地南缘虽仍继承了陡坡，但坡降已比E2d1时期小，南侧山地洪水所携带的大量碎屑物质不再像E2d1时期那样直接入湖，并深入湖盆深处，而是部分堆积在陆上，部分伸入湖盆中（见图4）.

2.2.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原是冲积扇的陆上部分，是主辫状河道及辫状分流河道的发育区，由混杂砾岩、砂砾岩夹杂黄－灰绿色泥岩组成（见图5a）.

2.2.2 扇三角洲前缘

属扇三角洲的主体部位，发育好，岩性以粗碎屑的砂砾岩、中粗砂岩、中细砂岩为主，夹灰绿色、灰色泥岩、粉砂质泥岩.

（1）扇三角洲前缘近端

主要为冲积扇水下靠岸部分，亦称水下辫状分流河道区，岩性以粗碎屑水道沉积为主（见图5b），见有水下决口扇、决口河道及水下辫状河道间细粒沉积.

（2）扇三角洲前缘远端

指水下辫状河道远离岸边的发育区，水流作用渐弱，相对波浪作用增强，形成受改造的水道及少量河口砂坝砂体，岩性一般为分选较好的砂岩、粉砂岩、少量含砾砂岩，并与厚度相对较大的灰－深灰色泥岩成互层（见图5c），自然电位为前积式指状组合.

2.2.3 前扇三角洲

前扇三角洲是扇三角洲前段开阔的浅湖区向深湖过渡的前缘斜坡带，岩性为深灰色和灰色块状泥岩，夹少量的粉砂岩，自然电位呈低幅平直状，向深水区域过渡出现少量正递变层理和滑塌揉皱砂层（见图5d）.

2.3 三角洲沉积

高邮凹陷E2d时期三角洲沉积主要发育在北部斜坡带这种构造相对平缓的区域并以牵引流沉积为主，这与南部断阶带不同，南部断阶带主要由重力流沉积及牵引流共同作用形成沉积；该沉积在高邮凹陷E2d沉积期主要发育在北部斜坡沙埝、富民地区的E2d2及E2d1.目前钻井主要钻遇三角洲前缘以及前三角洲部位.主要发育亚相沉积特征如下：

2.3.1 三角洲前缘

三角洲前缘是三角洲中砂体最发育的地方，处于河口前方滨－浅湖缓坡地带，是河湖水体共同作用的地带，主要可分为水下分流河道、河口砂坝、水下天然堤或决口扇、水下分流间湾（见图6）.

（1）水下分流河道

水下分流河道沉积是陆上河道向水体连续过渡的沉积体，具有岩性向上变细的正韵律特征，以浅棕色含泥砾砂岩、浅灰色中细砂岩、粉砂岩组成，底部与下伏成冲刷接触，中下部板－槽状交错层理，向上部逐渐过渡为小型板－槽状交错层理，沙纹层理及生物扰动构造，自然电位多为钟形，微齿箱型－钟形，一般冲刷型河道底部都有突变电位响应.

（2）河口砂坝

河口砂坝又称分流河口砂坝，由河流带来的碎屑物质在河口处因流速降低堆积而成.随着三角洲不断向湖心方向推进，河口砂坝主体部位逐渐向前推移，依次盖在河口坝尾和三角洲泥之上，因此在剖面上出现向上变粗、变厚的反韵律层序，并构成识别三角洲的重要标志.岩性主要由泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩和含砾砂岩组成，发育小型“人”字形浪成沙纹层理，板状、楔状交错层理.自然电位呈漏斗形，曲线下部齿化，上部为加积式幅度组合.

（3）水下天然堤和决口扇

水下天然堤和决口扇沉积同三角洲平原亚相中的天然堤、决口扇一样，是常见的类型，只是底部冲刷不如陆上部分明显，岩性稍细，以粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩为主，呈透镜状分布，与水下分流河道共生，向外与水下分流间湾泥岩过渡.

（4）前缘末端与水下分流间湾

前缘末端沉积亦称远砂坝沉积，沉积物较河口砂坝细，主要为泥质粉砂岩与泥岩组成，并与前三角洲泥岩呈过渡，电位呈反韵律结构，为低－中幅度漏斗状；水下分流间湾常发育在两个水下三角洲之间或前缘多个朵体之间，与开阔湖畅通，主要由泥岩夹泥质粉砂岩透镜体组成，发育水平纹理，生物扰动作用强烈，向湖盆方向渐变为浅湖泥岩，与前三角洲泥沉积很难区分.

图6 高邮凹陷E2d三角洲前缘垂向沉积序列Fig.6 Vertical sedimentary series of delta front in Gaoyou Sag，E2d

2.3.2 前三角洲

位于三角洲前缘末端前方，水体相对较深，相当于半深湖位置，典型岩性为深灰－灰色泥岩和粉砂质泥岩，具有水平纹理、透镜状层理和块状层理，生物潜穴发育，自然电位平直，微齿化.

2.4 湖泊沉积

高邮凹陷戴南期的湖泊主要是继承性发育，分布范围有限，主要分布在盆地相对较深的部位，都为箕状小湖泊，沉积以灰黑色或深灰色泥岩、泥页岩、钙质页岩、油页岩为主，夹薄层含粉砂质泥岩，为静水还原环境，含自生黄铁矿晶粒，生物化石以浮游类为主，多见介形虫与叶肢介化石，自然电位平直.

3 沉积相演化发育与展布

E2d1沉积期，由于受构造运动及气候等方面影响，在苏北盆地高邮凹陷北斜坡和西斜坡分别发育源自柘垛低凸起和天长隆起的三角洲前缘亚相沉积，前者发育三个较大的朵状体，影响可达深凹带联盟庄－富民－码头庄南部；后者主体在韦庄及码头庄以西，影响可达大仪集－韦庄－码头庄；凹陷南缘临近大断层的断阶带－深凹带发育源于通扬隆起的近岸水下冲积扇沉积（见图7），沿陡岸带呈裙边状分布，其中泥岩夹层呈红色和暗色特征，是水体震荡起伏变化的结果，显示出高砂砾岩含量的特点；凹陷内除去上述两个相区之外发育浅湖－前三角洲亚相，其特点是薄层暗色泥岩与过渡色泥岩互层.

图7 高邮凹陷E2d1沉积相展布图Fig.7 Sedimentary facies distribution in Gaoyou Sag，E2d1

E2d2沉积期，随着水体与气候特征的变化，高邮凹陷出现了三角洲和扇三角洲沉积.三角洲平原相沉积发育于北斜坡高邮城北－发财庄－沙埝一带；三角洲前缘发育于北斜坡的车逻－永安－富民－花庄－瓦庄一带以及西部的秦栏、大仪一带，是在较平缓的斜坡上形成的，且向前延伸距离较远；凹陷南部陡坡带一侧黄珏－许庄－肖刘庄－竹墩一带发育扇三角洲沉积；凹陷北部发育浅湖沉积（见图8）.

4 结论

（1）高邮凹陷戴南期发育了近岸水下冲积扇、扇三角洲、三角洲、湖泊沉积体系，类型多，相变快，呈现出南部断阶带发育重力流沉积、北部斜坡带发育牵引流沉积、深凹带发育湖泊沉积的特征.

（2）根据对E2d孢粉、介形虫等特征的分析，戴南期属温热而湿润的亚热带型气候.

图8 高邮凹陷E2d2沉积相展布图Fig.8 Sedimentary facies distribution in Gaoyou Sag，E2d2

（3）经油气勘探实践证实，目前发现的以E2d为主要储层的油田都集中在凹陷南部断阶带发育的近岸水下冲积扇及扇三角洲砂体中.因此，南断阶下发育的沉积体系成为有利的油气富集区域.

［1］陈安定.苏北箕状断陷形成的动力学机制［J］.高校地质学报，2001，7（4）：409.CHEN Anding.Dynamic mechanism of formation of dustpan subsidence，northern Jiangsu Province［J］.Geological Journal of China Universities，2001，7（4）：409.

［2］曾萍.G78区域大剖面综合解释与苏北盆地构造特征［J］.石油天然气学报，2007，29（3）：82.ZENG Ping.Synthetic interpretation of the G78 profile and tectonic characteristics of Subei Basin［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2007，29（3）：82.

［3］邱旭明，刘玉瑞，傅强.苏北盆地上白垩统—第三系层序地层与沉积演化［M］.北京：地质出版社，2006.QIU Xuming，LIU Yurui，FU Qiang.Sequence stratigraphy and sedimentary evolution of upper Cretaceous tertiary in northern Jiangsu Basin ［M ］. Beijing： Geological Publishing House，2006.

［4］陈泽润，吴建耀.高邮凹陷西部戴南组早期沉积特征与油气关系［J］.小型油气藏，2006，11（2）：11.CHEN Zerun，WU Jianyao.Early deposition feature of Dainan formation in the west of Gaoyou Sag and its relation to oil and gas［J］.Small Hydrocarbon Reservoirs，2006，11（2）：11.

［5］张喜林，朱筱敏，钟大康，等.苏北盆地高邮凹陷古近系戴南组沉积相及其对隐蔽油气藏的控制［J］.古地理学报，2005，7（2）：207.ZHANG Xilin，ZHU Xiaomin，ZHONG Dakang，et al.Sedimentary facies and its controlling on subtle oil and gas reservoirs of the Dainan formation of Paleogene in Gaoyou sag，Subei Basin［J］.Journal of Palaeogeography，2005，7（2）：207.

［6］董荣鑫.高邮凹陷戴南－三垛组古生物与沉积环境演变［J］.同济大学学报：自然科学版，1999，27（3）：366.DONG Rongxin.Evolution of paleontology and sedimentary environment in Dainan－Sanduo formation of the tertiary Gaoyou depression［J］.Journal of Tongji University：Natural Science，1999，27（3）：366.

［7］姚玉来，林春明，高丽坤，等.苏北盆地高邮凹陷深凹带东部古近系戴南组二段沉积相及沉积演化［J］.沉积与特提斯地质，2010，30（2）：1.YAO Yulai，LIN Chunming，GAO Likun，et al.Sedimentary facies and evolution of the second member of the Palaeogene Dainan formation in the deep area of eastern Gaoyou depression，north Jiangsu Basin［J］.Sedimentary Geology and Tethyan Geology，2010，30（2）：1.

［8］高丽坤，林春明，姚玉来，等.苏北盆地高邮凹陷古近系戴南组沉积相及沉积演化［J］.沉积学报，2010，28（4）：706.GAO Likun，LIN Chunming，YAO Yulai，et al.Sedimentary facies and evolution of Paleogene Dainan Formation in Gaoyou Sag，Subei Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2010，28（4）：706.

［9］杨新明.高邮凹陷南断阶许庄－竹墩地区断层发育演化和油气成藏［J］.海洋石油，2010，30（2）：19.YANG Xinming.The evolution and development of fault and petroleum accumulation in the south fault zone of Gaoyou Sag，the Xuzhuang－Zhudun area［J］.Offshore Oil，2010，30（2）：19.

［10］吴向阳，夏连军，陈晶.苏北盆地高邮凹陷构造再认识及对油气勘探的意义［J］.石油实验地质，2009，31（6）：570.WU Xiangyang，XIA Lianjun，CHEN Jing.Further cognition of the Gaoyou Sag in the Subei Basin and its significance on oil and gas exploration［J］.Petroleum Geology ＆ Experiment，2009，31（6）：570.

［11］邓丽娟，夏连军，张列平，等.苏北盆地隐蔽油气藏勘探方法探讨：以高邮凹陷为例［J］.复杂油气藏，2009，2（1）：14.DENG Lijuan，XIA Lianjun，ZHANG Lieping，et al.The exploration methods research of subtle reservoir in Subei Basin：taking Gaoyou depression for example［J］.Complex Hydrocarbon Researvoirs，2009，2（1）：14.

［12］高国强，陈平原.高邮凹陷北斜坡戴南组成藏规律分析［J］.石油天然气学报，2009，31（2）：251.GAO Guoqiang，CHEN Pingyuan.Hydrocarbon accumulation of north slope in Gaoyou Sag，Subei Basin［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2009，31（2）：251.

［13］傅强，李益，张国栋，等.苏北盆地晚白垩世－古新世海侵湖泊的证据及其地质意义［J］.沉积学报，2007，25（3）：380.FU Qiang，LI Yi，ZHANG Guodong，et al.Evidence of transgression lake of Subei Basin during late Cretaceous and Paleocene Epoch and its geological significance ［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2007，25（3）：380.