海拉尔盆地呼和湖凹陷南屯组物源体系分析

任朝波，李军辉

（1.中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京 100029；2.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）

沉积物物源分析是沉积盆地研究的重要内容，是再现沉积盆地演化和恢复古环境的重要依据，其主要研究手段是研究陆源碎屑组分及其重矿物组合。砂岩是陆源碎屑岩的主要岩石类型，其碎屑物质主要为母岩机械破碎的产物，是反映沉积物来源的重要标志[1]。物源分析在确定沉积物物源位置、性质和沉积物搬运路径及盆地的沉积格局和预测盆内砂体等方面具有重要意义[2-4]。

物源分析方法随着科技手段的进步不断增多，并不断地相互补充和完善。重矿物法[5-9]、碎屑岩类分析法[10-11]、地球化学法和同位素法[12-13]、古水流与古地貌法[14-15]、测井曲线法[16]、地震前积反射法[17]等是目前应用较多的物源分析方法。每种分析方法各有优势，需要联合使用多种方法才能准确判定物源方向。

在海拉尔盆地16个凹陷中，呼和湖凹陷是最具前景的凹陷。和2井获得低产油流，和10井获工业油流，揭示了该区具有良好的勘探潜力，是海拉尔盆地未来增储上产的重要区域之一。目前呼和湖凹陷勘探程度仍然较低，钻井稀少、资料匮乏，并且地质条件非常复杂，因此，物源体系的判定难度很大，制约了对呼和湖凹陷沉积体系的认识并影响了油气勘探的进度。

综合运用轻重矿物、砂岩厚度及砂岩百分含量、同沉积断裂组合样式分析、古地貌、地震反射特征等方面资料，从多种角度和不同层次对呼和湖凹陷南屯组古物源体系进行了分析研究，对该区沉积体系分布及其进一步油气勘探具有一定的理论和现实意义。

1 地质概况

呼和湖凹陷是海拉尔盆地外围凹陷中的一个主力凹陷，面积约为2 500 km2，呈北东向展布，总体上表现为东断西超的箕状凹陷，北部与伊敏凹陷相连，南部与蒙古国相邻，西与巴彦山隆起相接，东部与锡林贝尔凸起相邻，整体呈“两洼一隆三斜”的格局（图1）。沉积地层以白垩系为主，由下而上为铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组及青元岗组，南屯组是主要的生油层段。

2 物源体系分析

2.1 轻、重矿物特征分析

陆源碎屑矿物组分分析是沉积物物源方向分析的重要方法之一[18-19]。利用陆源碎屑重矿物和轻矿物组合及质量分数的变化，是判断物源方向和恢复母岩性质的常用方法。ZTR指数是指重矿物中最稳定矿物（锆石、电气石和金红石）在透明重矿物中所占的比例，代表重矿物的成熟度，是判别矿物成熟度的指标。成熟系数是指稳定矿物（石英、燧石）与不稳定矿物（长石和岩屑）的比值。ZTR指数越大，成熟度越高，表明沉积物自物源区向盆地中心搬运距离越远。

利用重矿物ZTR指数和成熟系数，分别编制了呼和湖凹陷南屯组重矿物和轻矿物组分分析图。从南一段重矿物组分分布图（图2）可以看出，ZTR指数在和5井、8井及海参7井附近有3个高值区。据此可以确定物源方向主要有3个，分别为缓坡区、陡坡区和南部隆起区。

图1 呼和湖凹陷区域位置及地层系统图Fig.1 Zone position and stratigraphic system map of Huhehu depression

图2 呼和湖凹陷南一段重矿物组分分析Fig.2 Analysis of heavy minerals in Nan-1 member of Huhehu depression

从南一段轻矿物组分分析图（图3）也可以看出，成熟系数在和5井、8井及海参7井附近存在3个高值区，而在海参7井区成熟系数相对低些。由成熟系数变化分析可知，南一段沉积时期物源方向主要来自缓坡带、陡坡带以及南部隆起带，与重矿物组合分析物源的结果基本一致。此外，西北斜坡也有可能是物源方向，由于研究程度较低，缺少资料，故暂时不能准确确定。

2.2 砂体展布分析

砂体展布分析可以有效地揭示物源的影响范围，指示古水流方向，从而进一步指示物源方向。对于同一沉积体系而言，通常距离物源区越近，其砂岩百分含量越大、砂体厚度越大，它们通常作为沉积物的主要搬运通道。因此，在物源体系宏观框架指导下，精细编制的砂岩百分含量图和砂岩等厚图，可以间接推断物源的方向。

通过南一段和南二段的砂岩百分含量图和砂岩等厚图可以看出，物源方向从湖盆四周向中央汇聚，其中主要物源来自缓坡和陡坡带，其次为南部隆起（图4、图5）。砂体主要分布在凹陷的边部，而且呈相对孤立状。虽然不同时期的物源方向有所差异，但是整体上南屯组物源方向具有明显的继承性。

2.3 同沉积断裂组合样式分析

图3 呼和湖凹陷南一段轻矿物组分分析Fig.3 Analysis of light minerals in Nan-1 member of Huhehu depression

同沉积断裂的不同组合样式决定构造古地貌的不同特征，进而控制物源的运移和分布、沉积体系的空间展布[20]。因此，分析盆地的同沉积断裂组合样式，可以帮助我们分析主要沉积中心和勾绘出盆地物源通道，为物源分析提供宏观研究方向[21-23]。

图4 呼和湖凹陷南一段砂岩百分含量Fig.4 Sandstone percentage in Nan-1 member of Huhehu depression

图5 呼和湖凹陷南二段砂岩百分含量Fig.5 Sandstone percentage in Nan-2 member of Huhehu depression

通过对呼和湖凹陷内部断层组合样式的研究，发现同沉积断裂具有多种组合样式，包括平行断阶状、帚状、叉状、断层调节带等断裂体系，造就了湖盆内复杂多变的构造古地貌及断裂坡折体系，严格控制着凹陷内砂体分散体系的沉积和堆积模式（图6）。如西北缓坡带发育北东向的平行断阶状同沉积断裂组合系统，构成多级断坡，形成了沉积物向凹陷中心多级输送的路径，指示物源继续推进的方向。陡坡带的两组同向调节带为物源搬运提供了主要通道。北部的叉状断裂系控制了砂体空间的展布等。

2.4 古地貌特征分析

古地貌对沉积体系的展布有重要控制作用，通过对古地貌的分析可以确定盆地的隆洼展布形态，确定盆地的物源方向及物源区的位置[24]。通过呼和湖凹陷构造格架解释和层序地层格架构建，应用沉降回剥分析技术，经过去压实、沉积物重力均衡沉降及古水深等校正后，经计算机模拟，恢复了呼和湖凹陷南屯组发育初期古地貌。通过古地貌图可以直观地看出南屯组发育时期的“沟—脊—槽”等地貌单元在地理空间上的变化，为物源分析奠定了坚实的基础（图7）。

总体上，呼和湖凹陷南屯组沉积时期的古地貌特征表现出“三洼两隆”的构造特征。东部锡林贝尔凸起和西部巴彦山隆起围绕着呼和湖凹陷分布。这两个隆起区是呼和湖凹陷南屯组组沉积时期的重要物源区。凹陷内的隆凹格局明显，沉积物由物源区搬运过来顺着盆缘沟谷、低隆之间的鞍部或断层之间的转换带前进，直到盆地内的低洼区沉积下来。通过对恢复的南屯组的古地貌特征分析，缓坡、陡坡为主要物源方向，南部隆起为次要物源方向。

图6 同沉积断裂坡折带样式与砂体展布特征Fig.6 Styles of synsedimentary fault slope break belt and sandbody distribution characters

图7 呼和湖凹陷南屯组发育初期古地貌与物源体系Fig.7 Palaeogeomorphology and provenance system of early Nantun formation in Huhehu depression

2.5 地震反射特征分析

地震前积反射表现为同相轴向盆地中心区的进积，代表了沉积物向盆地的推进过程。前积反射是三角洲相中常见的地震反射特征，多发育在盆地边部。因此，通过分析地震前积反射特征不但能确定物源方向，而且对分析物源通道的位置也有重要参考作用[23]。

通过对呼和湖凹陷内主要地震测线的地震反射特征分析，可以确定呼和湖凹陷主要有4个大的物源方向，分别是：1）西北物源，由巴彦山隆起供源，在地震剖面上可以看到明显的地震前积反射特征；2）东北部物源，由锡林贝尔凸起供源，在地震剖面上可以看到断层下降盘发育大规模的楔形前积地震相，内部前积反射特征明显；3）西南物源，由巴彦山隆起提供物源，将军庙地区断裂坡折带明显控制着扇体的展布方向，在地震剖面上可以识别出明显的前积地震相；4）东南物源，由锡林贝尔凸起供源，在陡坡带的断层下降盘发育大规模的楔形前积地震相，内部前积反射特征明显。

3 结论

综合运用轻重矿物、砂岩厚度及砂岩百分含量、同沉积断裂组合样式分析、古地貌、地震反射特征等方面资料，从不同角度、不同层次对呼和湖凹陷南屯组古物源体系进行了精细研究。结果表明，呼和湖凹陷南屯组物源具有继承性，物源主要来自东部锡林贝尔凸起和西部巴彦山隆起，由四周向中央汇聚，其中缓坡带、陡坡带为主要物源，南部隆起为次要物源。

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