基于重礦物與碎屑巖類分析的物源分析物源分析方法的綜合運用以蘇北盆地高郵凹陷泰一段地層為例

基于重礦物與碎屑巖類分析的物源分析物源分析方法的綜合運用以蘇北盆地高郵凹陷泰一段地層為例

在沉積物學中，物源分析包括對古侵蝕區(qū)的評估、古代地形特征的重建、河流體系的重建、物源區(qū)母巖的性質、沉積物體系的發(fā)育、氣候和確定沉降盆地的構造背景。因此，物源分析是盆地分析的重要內容之一（王正江等，2000；趙紅格等，2003）。盆地沉積物、發(fā)育范圍和分布空間的分類對氣的收集有根本性的影響（焦陽泉等，1998，遠江，2007），沉積物系統的發(fā)育范圍與物源區(qū)密切相關（李震等，1998；張福順，2005；徐天武等，2007）。因此，確定物源方向對盆地油氣勘探起到了重要的領導作用。隨著現代分析手段的提高,物源分析方法日趨增多,并不斷的相互補充和完善。目前應用較多的為:重礦物法(蔡雄飛等,1990;Mortonetal,1995;武法東等,1996;和鐘鏵等,2001;王洪偉等,2007)、碎屑巖類分析法(Dickinson,1985;劉立等,1991;李忠等,1999)、沉積法(李忠等,2000;申延平等,2005)、裂變徑跡法(Brandan,1992;Galbraith,1997;Dunkili,2001)、地球化學法和同位素法(McCulloch,1978;陳江峰,1989;劉少峰,2001;)等。高郵凹陷經過幾十年的勘探,已積累了大量的基礎地質數據。本文匯集了前人大量的基礎數據,對高郵凹陷泰一段沉積時期的物源做出分析,從而更好地指導油氣的勘探。高郵凹陷是蘇北盆地油氣的主產區(qū),北接建湖隆起,南接通揚隆起,西與凌塘橋低凸起,東與吳堡低凸起相接(圖1)。近年來鉆探的瓦X6等一批探井,在晚白堊統泰州組泰一段獲得了較大的勘探突破,這些新的發(fā)現也揭示了泰州組泰一段的油氣勘探有著較大的勘探潛力。現在人們對高郵凹陷泰一段沉積時期的物源認識不一,有的認為物源只來自凹陷南部的通揚隆起,有的認為凹陷內低凸起也起到一定的物源作用,有的認為本區(qū)存在多個物源。因此弄清區(qū)內泰一段的物源方向將對該區(qū)下步的油氣勘探有著重要意義。本文主要依據重礦物法、碎屑巖類分析法和沉積法,對本區(qū)的物源做出如下分析。1碎屑沉積物的重礦物組合重礦物一般耐磨蝕、穩(wěn)定性強,能較多地保留其母巖的特征,因此在物源分析中占有重要地位(何鐘鏵等,2001;趙紅格等,2003)。碎屑沉積物中重礦物的總體特征取決于母巖的性質、水體的動力條件和重礦物的搬運距離。在物源相同、古水流體系一致的碎屑沉積物中,碎屑重礦物的結合具有相似性;而母巖不同的碎屑沉積物則具有不同的重礦物的組合。在礦物碎屑搬運的過程中,不穩(wěn)定的重礦物逐漸發(fā)生機械磨蝕或化學分解,因而隨著搬運距離的增加,性質不穩(wěn)定的重礦物逐漸減少,而穩(wěn)定重礦物的相對含量逐漸升高。1.1泰一部分不同重礦物組合通過對研究區(qū)20多口井的400多個重礦物數據點的統計分析,得出高郵凹陷泰一段重礦物主要有鋯石、石榴子石、金紅石、電氣石、綠簾石、黑云母、獨居石、十字石。它們主要出現在分選較好砂巖中。其中最主要的5種重礦物及其含量分別為石榴石(20%~87%)、金紅石(1%~13%)、電氣石(1%~20%)、鋯石(3%~41%)、十字石(1%~2%),它們占總重礦物含量的95%以上。不同物質來源的重礦物組合,有著不同的數據結構,因此導致每個樣品所包含的重礦物信息是有差異的。利用多元統計分析原理對重礦物樣品進行相關分析處理,可以得出各種礦物之間的親疏關系,從而據此可判斷母巖類型(武法東等,1996;趙鵬大等,1983)。表1給出了泰一段各種重礦物的相關系數。(1)金紅石、鋯石、電氣石、獨居石具有較強的相關性,而金紅石、鋯石、電氣石3者的含量遠遠大于獨居石的百分含量,因此獨居石的含量可以忽略不計,金紅石、鋯石、電氣石(這3種礦物簡稱ZTR)是一種穩(wěn)定的重礦物組合。說明ZTR組合來源于同一種母巖,結合(劉柚峰,1991)重礦物組合特征,推測其母巖類型主要是沉積巖。(2)石榴子石與十字石、黑云母具有正相關,與其他的重礦物均呈負相關。石榴子石是一種主要的重礦物、與十字石的相關系數是0.289,與黑云母的相關系數為0.589。說明石榴子石、十字石和黑云母代表了一種比較獨立的母巖類型。結合(劉柚峰,1991)重礦物組合特征,推測其母巖類型主要是變質巖。上述5種重礦物(金紅石、鋯石、電氣石、石榴子石、十字石)占總重礦物含量的95%以上,其中單種礦物石榴子石的含量最高,普遍在40%以上。由于在這5種礦物中極穩(wěn)定的重礦物為金紅石、鋯石、電氣石(ZTR),所以石榴子石、十字石、黑云母組合相對為一種不穩(wěn)定的重礦物組合,隨著遠離物源方向,組合百分比應是逐漸減少的;反之越靠近物源區(qū),組合百分比應逐漸增高。統計發(fā)現高郵凹陷內石榴子石、十字石、黑云母組合的含量由通揚隆起向建湖隆起方向呈現出由多—少—多規(guī)律(圖2)?？拷〒P隆起處組合的百分比很大(周31等井組合含量達到87%),而隨著遠離通揚隆起區(qū),含量也就隨著遞減(鎮(zhèn)1井組合含量為23%),然后向建湖隆起方向逐漸的增加(吳岔1井組合含量為60%)。說明高郵凹陷內存在兩個方向的物源。一個是來自通揚隆起,另一個是來自建湖隆起。另一個證據說明物源來自建湖隆起,是通過研究靠近建湖隆起處的吳岔1井,發(fā)現硬綠泥石含量在10%以上,其周圍的鎮(zhèn)1和柘1井均沒有發(fā)現硬綠泥石,而硬綠泥石是一種極其不穩(wěn)定的礦物,沿著物源方向含量會急劇減少。1.2控制特征變量的相互關系分析通過前面的相關性分析,得出蘇北盆地重礦物主要有兩種組合(ZTR和石榴石、十字石、黑云母)。但影響高郵凹陷物源的最大主控因素是以上兩種組合的哪種組合呢?本次研究主要是依據R型因子分析來確定主次物源。表2為R型因子分析各重礦物的特征值、特征值累計百分比和公因子載荷。由表中可以看出前兩個公因子的累計特征值百分比達到94.198%,代表了原數據的大部分的信息。因此可以依兩公因子為軸,做因子載荷平面分布圖,可以更直觀地找出主因子,并對原始變量進行歸類。(1)從表2中可以看出,第1公因子提供的方差占總方差的70.499%,前兩個公因子的累計特征值百分比則達94.198%,這說明F1和F2可以提供數據中的大部分的信息,是控制高郵凹陷重礦物的主要因子。(2)在圖3中F1和F2是相互垂直的兩條軸,它們代表了對蘇北盆地重礦物影響最大的兩個公因子。沿軸線分布的變量即可歸為公因子的影響變量,變量與公因子相關性的大小則根據其與另一條軸之間的距離來確定,與另一條垂直軸線的距離越遠,則相關性越強。(3)沿F1軸,根據與F1公因子關系的大小,從右向左變量的分布順序依次為金紅石、鋯石、電氣石、獨居石、黑云母、石榴子石、十字石(圖3)。其中金紅石、鋯石、電氣石、獨居石離F2軸的垂直距離比較的大,再根據前面的相關性分析,說明這四種重礦物來自同一種母巖,說明含有這四種重礦物的母巖對整個高郵凹陷物源的影響比較大,這其中金紅石為第一要素。F2軸是第二重要要素,沿F2軸,控制因素主要為石榴石離原點比較遠。十字石和黑云母離原點較近,說明這兩種重礦物對蘇北整體重礦物的影響不大。由此可見,第一影響因素為金紅石、鋯石、電氣石這3種重礦物組合(即ZTR組合),說明含有這3種重礦物的母巖對整個高郵凹陷的影響比較大,為以沉積巖為母巖區(qū)的物源對高郵凹陷的影響比較大。第二控制因素為含石榴子石、十字石、黑云母的母巖,其中石榴子石為第一要素,說明以變質巖為母巖區(qū)的物源對高郵凹陷的影響相對要弱一些。2碎屑巖的分析2.1巖屑特征分析碎屑巖中的碎屑組分和結構特征能直接反映物源區(qū)和沉積盆地的構造環(huán)境。通過對選定層位砂巖樣品中的石英、長石、巖屑含量進行統計,用Dickinson碎屑骨架三角圖進行投值,根據點的分布情況,可以確定物源類型,并從QFL圖中可區(qū)分陸塊、巖漿弧和再旋回造山帶3個基本物源區(qū)。該方法比較簡單、直觀,已經得到廣泛的應用。需注意的是,在樣品的選取方面,盡量選擇成巖作用小和次生作用弱的樣品,這樣才使分析的結果更準確。通過對高郵凹陷12口井的砂巖樣品中的石英、長石、巖屑含量的分析,用Dickinson碎屑骨架三角圖進行投值,根據點的分步情況,可見點全部落在RO范圍之內(圖4),且以石英再旋回造山帶物源為主,從而確定本區(qū)物源類型為再旋回造山帶,一般認為再旋回造山帶多與周邊的地形高差大,結合前文的分析,物源應來自凹陷周邊的隆起造山帶處,也就排除了物源來自凹陷內低凸起的可能性。碎屑沉積物中巖屑的總體特征與母巖的性質、水體動力條件及搬運距離有關。經統計泰一段巖屑含量為8.0%~26.9%,平均值為19.5%。自北部的建湖隆起至凹陷中部,巖屑含量逐漸遞減,即由蕩參1-興參1-吳岔1(井位位置如圖1所示)由26.9%逐漸遞減到17.9%(表3),分選由中等逐漸過渡到好,主要粒度由0.20mm~0.45mm逐漸減小到0.10mm~0.25mm,反映了存在一個自北向南的物源,結合前面的重礦物分析也就否定了盆地北部的建湖隆起不起物源的作用。南部巖屑含量比較混雜,沒有規(guī)律性,反映了多期物源的疊加。2.2唐趙紅格2002年礫巖中礫石的成分、礫徑等變化是確定物源的直接證據。利用礫石中不同成分的含量、粒徑大小及所占百分比等統計資料,能區(qū)分源巖的主要巖性、搬運距離、粒序層、礫石的分選、磨圓、礫巖體的形態(tài)等都可作為有用的參考(Colombo,1994;趙紅格,2003)。位于凹陷南部毗鄰通揚隆起處的邵2和紀1井礫巖厚達80m以上,礫石有的達到6cm×5cm,紀1井含有含礫不等粒砂礫巖、礫狀砂巖和砂礫巖。其中含礫不等粒砂巖中礫石的礫徑一般為1mm~3mm,分選差。礫狀砂巖成分以石英為主,含有中酸性火成巖礫,硅質巖礫,變質巖礫,白云巖礫,礫徑2mm~5mm,個別達8mm~10mm,砂粒以細砂級為主,顆粒呈次棱角狀,分選差。砂礫巖的礫石成分以石英、白云巖、碳酸巖礫為主,少量變質巖礫,礫徑一般為3mm~6mm,個別達到10mm。并且顆粒呈次棱角狀,分選差。在凹陷的北部興參1等井和西部的韋17等井處也發(fā)現了礫巖,但其厚度和百分比遠小于凹陷南部地區(qū),從這點上也可以肯定高郵凹陷主物源來自凹陷的南部通揚隆起。3置紅格等人的《紅字》沉積法主要是根據盆地鉆井、測井、地震等資料,結合巖性、成分、沉積體形態(tài)、粒度、沉積構造(波痕、交錯層等)、古流向及植物微體化石等資料,做出某時期的砂巖百分比等值線圖、礫巖百分比等值線圖、地層等厚圖、沉積相展布圖等相關圖件來推測物源區(qū)的相對位置(Haughton,1991;趙紅格等,2003)。其中砂巖百分比等值線圖和礫巖百分比等值線圖最能反映物源的方向,因為其含義為砂巖或礫巖與地層厚度的相對比值,其受古地形、后期的剝蝕和構造抬升作用是均等的。通過對高郵凹陷近40口測井的統計,做出了高郵凹陷砂巖百分比等值線圖和礫巖百分比等值線圖,從圖5中可以看出,在靠近凹陷南部通揚隆起處的周31、紀3、邵3、邵2等井砂巖百分比和礫巖百分比都是最高的,分別高達80%和40%以上,并且沿著隆起向凹陷內砂巖百分比和礫巖百分比都逐漸減小。在高郵凹陷的北部,興參1井砂巖百分比和礫巖百分比含量分別接近80%和5%,并且從建湖隆起向凹陷內,砂巖百分比和礫巖百分比也是有規(guī)律的減小的。在凹陷的西部也發(fā)現了和上述相同的規(guī)律。這可以初步確認高郵凹陷在泰一段沉積時期存在著3個方向的物源。4覆巖斷裂帶及物源分析(1)通過重礦物法對高郵凹陷的物源進行了分析,可以得出高郵凹陷在泰一段沉積時期高郵凹陷存在兩個大的方向物源,分別來自凹陷南部的通揚隆起、北部的建湖隆起,另外對重礦物R型因子分析,確定了母巖區(qū)為沉積巖對高郵凹陷的影響比較大。(2)通過碎屑巖類分析法對高郵凹陷的物源進行了分析,采用Dickin