河南东濮凹陷古近系沙河街组盐岩沉积特征及成因

文章编号:1671-1505(2003)02-0162-09

河南东濮凹陷古近系沙河街组盐岩

沉积特征及成因

胥菊珍

1,2

蒋飞虎

1,2

张孝义2 尹 哲

2

1

中国地质大学能源地质系,北京100083

2

中原油田分公司勘探开发科学研究院,河南濮阳457001

摘 要 东濮凹陷是渤海湾盆地的一个次级构造单元,其古近系的两个沉积旋回发育了

四套盐岩,分别位于沙河街组第三段的第四亚段(S 43)、第三亚段(S 33)、第二亚段(S 2

3)和沙河街

组的第一段(S 1),主要分布在凹陷北部。每套盐岩又由若干个盐韵律组成,每一单韵律由盐岩和泥岩组成。两套等时对比标志层(深湖沉积)之间盐岩与砂泥岩存在着相变关系。盐岩是在深盆背景下干旱成因的,盐类物质来自地下深处上涌的卤水,卤水在凹陷中的分层作用是盐岩形成的主要方式,卤水上涌通道是基底大断裂系,其动力来源是岩浆活动。盐岩的阻隔作用使其对下部地层的温度、压力的变化均有影响,这种影响有利于加快盐岩下地层中的有机质成熟与演化。盐岩又是良好的盖层,且在高温、高压下盐岩呈塑性状态。勘探实践看出东濮凹陷的岩性油气藏与盐岩的沉积有密切的关系,因此搞清盐岩的分布规律对东濮凹陷下步勘探有着极为重要的意义。

关键词 盐岩 沉积特征 沉积旋回 沙河街组 成因 东濮凹陷

第一作者简介 胥菊珍,女,1966年生,2000年毕业于西南石油学院并获得硕士学位,现为中国地质大学(北京)能源系博士研究生,从事沉积学及层序地层学的研究。

中图分类号 P588 24+5 文献标识码 A

1 地质概况

东濮凹陷是我国东部油气最富集的凹陷之一。它位于鲁西、豫北地区,是渤海湾含油气盆地的一部分。它的东侧以兰聊断裂与鲁西南隆起为界,南邻兰考凸起,北邻临清坳陷,西部超覆于内黄隆起之上,凹陷面积约5300km 2,新生界古近系厚度超过7000m 。

东濮凹陷是以中生界为基底,以新生界为主要盖层的中 新生界断陷型凹陷,古近系沙河街组油气资源丰富。构造格局上呈现两洼一隆一斜坡(图1)。东濮凹陷已发现的14个油气田中,有9个分布在具有盐岩沉积的北部地区,在探明的储量中93 7%的油和80%的气也均在北部地区。可见盐岩的沉积对油的生成、运移尤其是保存具有非常重要的意义。

第5卷第2期

2003年5月古地理学报

JOU R NAL OF PA LAEOGEOGRA PHY

V ol 5No 2

M ay 2003

图1 研究区构造位置图F ig 1 T ectonic locatio n of studied area

2 地层发育与盐岩沉积特征

2 1 两套大的沉积旋回在北部沉积了

四套盐岩

东濮凹陷古近系可以分为两个大的沉积旋回: 旋回从沙河街组四段(S 4)到沙河街组二段下亚段(S 下 2), 旋回从沙河街组二段上亚段(S 上 2)到东营组(图2),凹陷演化经历了6个阶段:初期裂陷(S 4)、强烈裂陷(S 3)、萎缩(S 2)、稳定下沉(S 1)、收缩(Ed)及消亡-坳陷(N)[1]。

东濮凹陷始新世时期,随着边界兰聊断裂的活动,盆地形成箕状凹陷,在古气候干旱环境下,由周边多方向的小物源供给,沉积了S 4段下部的红色砂泥岩韵律层。继而随着水体的进一步加深,又沉积了S 4段上部的灰色砂泥岩地层。进入沙三段(S 3)沉积期后,

由于兰聊断层强烈活动,水体变深,湖水含盐度高,(S 3段的Cl -

含量在300~600mg/l 之间),加上东濮凹陷为一个闭流性盆地,气候炎热,在距物源较远的深水区,就结晶形成了第一组盐岩(S 4、S 3、S 2三套盐岩),但在距物源较近的深水区则主要为膏岩沉积和碎屑岩沉积。S 3段末期和S 下 2亚段沉积时期,盆地沉积进入第一旋回的末期,盆地萎缩,湖水变浅,地层以漫湖 泛滥平原的红色、灰绿色砂泥岩互层及砂泥岩混杂沉积为主。

进入S 上

2亚段沉积时期,盆地边界断层的再次活动,使湖水再次变深,开始了第二旋回的早期沉积,在局部有深红色的泥膏和灰绿色泥岩沉积。沙一段(S 1)沉积时期,是第二个旋回的中期,水域广泛分布,湖水仍以咸水为主,盐岩的沉积范围达到最大。东营组沉积时期盆地逐渐被充填萎缩,以河流 泛滥平原为主,岩性主要为杂色砂砾岩与紫红色泥岩互层,东营组沉积期末,第二个旋回结束[2]。

2 2 盐岩的沉积特征

东濮凹陷盐岩单层厚度一般为0 2~1 0m,最厚5~6m,其中夹有石膏或泥页岩而形成 年轮 。盐岩晶体大约8~12mm ,他形为主,石膏为白色纤维状晶体,泥页岩为深灰到黑色,页理发育,局部见油页岩,泥页岩中夹有立方体和豆状体两种晶形的黄铁矿 。盐岩的成分主要为石盐(NaCl)、硬石膏(CaSO 4)、无水硭硝(Na 2SO 4)和钙硭硝(Ca -SO 4 Na 2SO 4),还有少量硫酸盐、有机质、含铁矿物等,具有富钠贫钾、高氯低溴的特

第2期胥菊珍等:河南东濮凹陷古近系沙河街组盐岩沉积特征及成因163

点。盐岩重结晶明显,结晶粒度粗大,Na +

、Ca 2+

、Cl -、SO 42-

为成盐卤水的主要离子

(表1)

。

图2 东濮凹陷北部古近系地层层序综合柱状图

F ig 2 Columnar stratigr aphic section of Paleogene in northern Dongpu Sag

164 古地理学报

第5卷

律在不同地区差异很大

[3]

。盐岩最大厚度处为当时的沉积中心,其沉积中心由S 4

3亚段

S 3

3亚段 S 2

3亚段逐渐向北转移(图3)。在两个等时深湖泥(页)岩对比标志层之间盐岩与砂岩存在着相变关系,由沉积中心向边缘的相变规律为:厚盐岩+厚泥岩 薄盐岩+中厚

泥岩 薄膏盐+中厚泥岩 中厚泥岩+薄砂岩 薄泥岩+较厚砂岩,即砂体向盐岩发育区逐渐变薄至最终尖灭。这是形成砂体尖灭油气藏的主要形式(图4)。

表1

东濮凹陷北部沙三段盐岩化学成分含量表

T able 1 Chemical co mposition of salt rock in M ember 3o f Shahejie Formation

in northern Dongpu Sag

/%

井号井深/m 层位K +Na +Ca 2+M g 2+Cl -Br -S O 42-文12690S 430 0539 220 880 2756 840 00321 02文692798S 430 05837 230 270 05858 10

0 008

0 59

文2043908S 430 0530 860 490 26文2043915S 430 1132 051 470 0551 150 0010卫202301S 230 220 4327 692 750 03048 01卫202401S 330 500 4822 160 870 02752 54濮633280S 330 0032 500 090 02

59 20

0 0010

濮1-154

2400

S 下3

44 96

0 47

0 05

3 盐岩的成因分析

东濮凹陷早古近纪时期,西、南、东三面均为隆起所围绕,S 3段沉积时期隆起与凹陷的高差达数百米或千米以上,S 1段时期其高差也达数百米,凹陷北端古潜山和边缘相带发育,是一个典型的闭流湖盆,由于凹陷的快速下沉,形成了 高山深盆 的地貌景观[4]。

3 1 卤水分层是盐岩形成的主要方式

盐水比重大于淡水,封闭的湖泊下部水体安静,重力作用会使其盐度向下增加,形成下部是卤水、上部是微咸水的分层现象,含盐度高的水在下沉的同时,向更深的湖底流动。富集在最深处(凹陷北部),而河水、雨水等进入湖盆就浮在盐水之上,形成分层卤水。根据本区蒸发岩特征(石盐远远多于石膏)和油田水特征[5][ (H CO 3-/Cl -)=0 0015, (SO 42-/Cl -)=0 007, (Na +)>80000 10-6, (Ca 2+)=(10000~20000) 10-6, (M g )<2000 10-6],认为卤水层为高纯氯化物卤水,如 (Ca 2+/Cl -)

和 (HCO 3-)均<0 01,阳离子含量 (Na +)>w (Ca 2+)> (M g 2+)

。

3 2 盐类物质来源

盐类物质来源是成盐的关键。盐可以有多方面的来源,如海侵残留水、盆地周边河溪水塘蒸发、深部地层卤水上涌等[5]。但海水含SO 42-较多[ (SO 42-/Cl -)=0 14],海水的

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