陆相断陷湖盆浅水三角洲沉积特征——以高邮凹陷刘五舍次凹戴南组一段为例

李 维，朱筱敏，马英俊，侯 斌，仇永峰，薄永德

(1.中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京 102249； 2.中国石化 江苏油田分公司 勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

高邮凹陷位于苏北盆地南部，属于新生代箕状断陷湖盆，形成于晚白垩世末仪征运动，由断块差异性沉降形成南断北超的现今构造格局[1-2]，自北往南依次发育北斜坡、深凹带和南断阶3个二级构造单元，其中深凹带自西向东包括邵伯、樊川和刘五舍3个次凹(图1)。高邮凹陷自下而上依次沉积古新统阜宁组(E1f)，始新统戴南组(E2d)、三垛组(E2s)以及新近系盐城组(Ny)等地层，其中戴南组沉积于断陷阶段，自下而上包括戴一段(E2d1)和戴二段(E2d2)。前人已针对高邮凹陷戴南组开展大量研究[3-11]，通常在盆地现今构造格局的约束下，认为北部斜坡带发育正常三角洲，南部断阶带发育扇三角洲。但对于研究程度相对较低的刘五舍次凹，上述认识并未充分考虑沉积背景。本次研究在古地貌恢复及物源分析的基础上，综合井震资料重新认识了刘五舍次凹戴一段沉积特征。

1 现今构造格局与地层概况

前人对高邮凹陷断裂系统的认识已相当成熟，包括断层组合样式、区域应力状态等[12-16]，认为在古近纪近南北向拉伸和右行走滑区域应力的影响下，真武断裂带和汉留断裂带两大NEE向伸展断裂体系与凹陷东部NNE向的吴①断层共同控制高邮凹陷现今构造格局，其中真武断裂带包括北倾真①断层及其派生的3条雁列状真②断层(图1)。刘五舍次凹受真②-1断层和吴①断层影响，形成了现今东部和南部陡峭、北部平缓的构造格局。

2 沉积背景与物源分析

高邮凹陷戴一段沉积范围局限在真②断裂带及吴①等边界断层下降盘，此时除了有来自北部建湖隆起和南部通扬隆起的岩浆岩、变质岩物源，凹陷各边界断层上升盘的阜宁组沉积岩也可能为戴一段供源。复杂的物源类型给物源分析增添了难度，因此在利用重矿物等资料开展物源分析时，应充分考虑古地貌背景。

2.1 戴一段古地貌恢复

真武、吴堡断裂带均属于长期活动断层，断层活动强度在不同地质历史时期变化很大，导致刘五舍次凹戴一段沉积时期古地貌与现今构造格局存在差异。本次研究利用中国石化无锡石油地质研究所研制的TSM盆模软件对高邮凹陷进行埋藏史恢复。基本思路是首先以戴一段、戴二段等各层段顶底所对应的地震反射层构造图为基础，结合盆地剥蚀量恢复工作搭建地层格架；然后在地层格架内根据各层段砂泥岩平面分布特征，利用砂、泥岩孔—深曲线完成压实校正，从而实现埋藏史恢复。其中砂岩孔—深曲线的浅层部分通过选取胶结作用较弱的实测样点(埋深通常小于2 500 m)进行拟合，而深层部分因为胶结严重，更多参考前人实验成果[19]；泥岩孔—深曲线则参考正常压实模型下的泥岩孔隙演化曲线[20]。

图3展示了刘五舍次凹戴一段沉积时期古地貌与现今构造格局的差异。以位于北部斜坡带的花X31井和位于南部陡坡带的周X63井为参照点，二者之间即为现今深凹带(图3b)。可见刘五舍次凹呈南陡北缓的箕状。若以此构造背景分析沉积，很容易认为南部陡坡带周X63井等的戴一段砂体来自南部物源；而事实上研究区戴一段沉积时期古地貌相当平缓，沉降中心位于现今深凹以东且范围很小(图3a)。这意味着戴一段沉积时期，至少在刘五舍次凹中西部地区，沉积物是可以发生长距离搬运的。近南北向的平衡剖面更清晰地展示了上述特征(图3c)：戴一段沉积背景平缓，南北地层厚度差异极小；戴二段开始出现南厚北薄的沉积厚度变化趋势；而现今的深凹带是在三垛组沉积时期才形成的。刘五舍次凹沉降中心的迁移以及构造格局的变化与边界断层的活动密切相关，将在下文详述。

图2 苏北盆地高邮凹陷刘五舍次凹周X63井戴一段综合柱状图Fig.2 Core facies analysis of first member of Dainan Formation in well Zhou X63,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

图3 苏北盆地高邮凹陷刘五舍次凹埋藏史Fig.3 Restoration of burial history in Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

2.2 物源分析

岩屑类型亦具有该特征(图4b)：富民地区北部以火成岩岩屑占优势，南部以变质岩岩屑为主，对应南北双向物源；而刘五舍次凹各地区三类岩屑含量都趋于均分，不存在南北分区的现象。

图4 苏北盆地高邮凹陷刘五舍次凹砂组物源分析a.重矿物组合；b.岩屑组成；c.矿物成熟度指数；d.物源方向推测Fig.4 Provenance analysis of the upper sand group of the second section of the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

3 沉积特征

3.1 刘五舍次凹戴—段发育浅水三角洲沉积

偏氧化色泥岩和大量生物扰动指示浅水沉积环境。戴一段交互出现的棕色、紫红色泥岩和灰色泥岩(图2)以及岩心中的植物炭屑(图5f)和大量生物扰动(图5c)，都指示了较浅的沉积水体在偏氧化至偏还原环境中反复动荡的特征，而近乎直立的虫孔更是直接反映了浅水特征(图5c)。

强水动力沉积构造和间断正韵律指示河道沉积。戴一段砂体以分选较好的粉、细砂岩为主；受较强的河流作用影响，岩心常见块状层理，其底部往往发育冲刷面和定向排列、成分单一的泥砾(图5a)，此外广泛发育的平行层理(图5b)和板状交错层理(图5d)也指示了较强的牵引流作用。

研究区测井曲线(图2)亦指示浅水三角洲沉积特征。SP曲线主要为指示水下河道沉积的箱型和少量指示席状砂的指状异常，河口坝沉积的反韵律特征相对少见，浅水三角洲水下分流河道很可能构成了戴一段最主要的砂体类型。强烈的河控作用使河口坝难以保存，河流的频繁改道和冲刷作用在垂向上形成典型的间断正韵律，间断正韵律之间的泥岩段厚度由北向南逐渐增加，砂岩百分含量和砂体规模则逐渐减小，整体由浅水三角洲平原“无泥”间断正韵律向前缘“有泥”间断正韵律演变[23]，这与沉积物由北往南搬运的物源分析结果相吻合。

图5 苏北盆地高邮凹陷刘五舍次凹戴一段浅水三角洲岩心特征与沉积构造红色背景为现今缓坡带钻井，灰色背景为现今陡坡带钻井，井位参见图1。a.花X24井，灰色细砂岩，见冲刷面和定向排列泥砾；b．花X24井，灰褐色油迹细砂岩，平行层理；c．周22井，暗棕色泥质粉砂岩，生物扰动，见直立虫孔；d．周36井，灰黄色油斑细砂岩，板状交错层理；e．周22井，浅棕色块状细砂岩，见定向排列泥砾；f．周36井，植物炭屑Fig.5 Lithologic characteristics and sedimentary structures of shallow-water deltas in the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

3.2 陡坡带阶段性发育扇三角洲沉积

在断陷湖盆浅水三角洲沉积体系中，当边界断层活动强度增加或由于其他因素导致盆地具备重力流形成条件时，陡坡带有利位置仍然可能出现扇三角洲沉积，这是研究区浅水三角洲沉积体系不同于坳陷湖盆之处。

图6 苏北盆地高邮凹陷刘五舍次凹戴一段浅水三角洲地震响应剖面位置参见图1。Fig.6 Seismic data and interpretation of a shallow-water delta in the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

图7 苏北盆地高邮凹陷刘五舍次凹亚段不同岩性波阻抗特征与地层切片Fig.7 Wave impedance of different lithologies and strataslices of the second section of the first member of Dainan Formation,Liuwushe Subsag,Gaoyou Sag,North Jiangsu Basin

4 结论

(1)高邮凹陷刘五舍次凹现今呈南断北超的典型断陷湖盆构造格局，但始新统戴一段沉积时期边界断层活动强度减弱，古地貌相对平缓，沉积物可跨越现今深凹带长距离搬运。

(2)刘五舍次凹戴一段整体受北部物源控制，戴一段主要发育浅水三角洲沉积。

(3)断陷湖盆在其演化过程中亦能发育浅水三角洲，并且在合适的沉积背景下，湖盆陡坡带可阶段性出现扇三角洲，这是断陷湖盆与典型的坳陷湖盆浅水三角洲沉积的不同之处。