收稿日期:2002-09-11󰀁󰀁改稿日期:2002-10-31󰀁󰀁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,北京1000832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(S43)、第三亚段(S33)、第二亚段(S23)和沙河街组的第一段(S1),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5300km2,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JOURNALOFPALAEOGEOGRAPHYVol󰀁5No󰀁2May2003

图1󰀁研究区构造位置图Fig󰀁1󰀁Tectoniclocationofstudiedarea2󰀁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(S1)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

󰀁󰀂黄醒汉等󰀁东濮凹陷第三系盐湖生油及储层特征󰀁中原石油勘探局,1986󰀁1~28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(CaSO4)、无水硭硝(Na2SO4)和钙硭硝(Ca-

SO4󰀁Na2SO4),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+、Ca2+、Cl-、SO42-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Fig󰀁2󰀁ColumnarstratigraphicsectionofPaleogeneinnorthernDongpuSag

2󰀁3󰀁盐岩的韵律特征及相变规律

东濮凹陷盐岩的韵律是由盐岩(或膏盐)和泥岩构成。不同盐岩的韵律、同一盐岩的韵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S43亚段󰀁

S33亚段󰀁S23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Table1󰀁ChemicalcompositionofsaltrockinMember3ofShahejieFormationinnorthernDongpuSag󰀁/%

井号井深/m层位K+Na+Ca2+Mg2+Cl-Br-SO42-

文12690S430󰀁0539󰀁220󰀁880󰀁2756󰀁840󰀁00321󰀁02

文692798S430󰀁05837󰀁230󰀁270󰀁05858󰀁100󰀁0080󰀁59

文2043908S430󰀁0530󰀁860󰀁490󰀁26

文2043915S430󰀁1132󰀁051󰀁470󰀁0551󰀁150󰀁0010

卫202301S230󰀁220󰀁4327󰀁692󰀁750󰀁03048󰀁01

卫202401S330󰀁500󰀁4822󰀁160󰀁870󰀁02752󰀁54

濮633280S330󰀁0032󰀁500󰀁090󰀁0259󰀁200󰀁0010

濮1-1542400S下344󰀁960󰀁470󰀁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,S3段沉积时期隆起与凹

陷的高差达数百米或千米以上,S1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

󰀁󰀂见163页󰀁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][󰀁(HCO3-/Cl-)=

0󰀁0015,󰀁(SO42-/Cl-)=0󰀁007,󰀁(Na+)>80000󰀁10-6,󰀁(Ca2+)=(10000~20

000)󰀁10-6,󰀁(Mg)<2000󰀁10-6],认为卤水层为高纯氯化物卤水,如󰀁(Ca2+/Cl-)

和󰀁(HCO3-)均<0󰀁01,阳离子含量󰀁(Na+)>w(Ca2+)>󰀁(Mg2+)󰀁。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SO42-较多[󰀁(SO42-/Cl-)=0󰀁14],海水的第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165󰀁

图3󰀁东濮凹陷沙河街组四套盐岩分布图Fig󰀁3󰀁DistributionoffoursetsofsaltrockofShahejieFormationinDongpuSag

蒸发混合不能形成高纯氯化物卤水,而湖边池蒸发所得的盐也不足以形成这样巨厚的盐层;

据Dunhan资料,深部地层水基本上是高纯氯化物卤水,其矿化度达37%,才能形成厚的盐层󰀁。古近纪东濮凹陷及渤海湾盆地构造活动与东非裂谷相似,深水张性断裂十分发育,

󰀁󰀂见163页󰀁166󰀁古地理学报第5卷

图4󰀁东濮凹陷盐岩与砂岩的相变关系Fig󰀁4󰀁FaciesvariationrelationshipbetweensaltrockandsandstoneinDongpuSag

它们在活动期会释放深部的能量。深部卤水在断裂部位受高温膨胀产生巨大压力,沿断裂

向上涌,以热卤水形式进入湖盆,热卤水在地下汲取围岩中重金属和古老地层中的盐类

(如奥陶系的蒸发岩),进入盆地后温度骤然下降,其中溶解的重金属盐(络合物)迅速沉淀成固体小颗粒,沉积在盐层及附近的泥岩中,致使盐层及盐间泥岩重金属含量比远离盐层

的泥岩高(表2,Q108)。表2是对东濮S43和S23亚段两个盐层几个样品微量重金属和常量

元素的测定结果,并与东非基伍湖(LakeKivu)、海水和青海湖的资料进行对比。基伍湖

卤水成盐作用已被确认[6],东濮盐岩的盐间泥岩与基伍湖类似,说明它们的盐类物质来源也可能相同。表中还可看出东濮的盐类与海水和干旱的青海湖是不同的。

󰀁󰀂见163页󰀁另外,东濮各大断裂都有岩浆活动,岩浆水常含有盐类,但高纯氯化物卤水与岩浆水

无关[7],说明东濮凹陷盐类物质不是来自岩浆水或火山热泉。但岩浆活动说明了深大断裂有活动的热源存在,因而热卤水活动是有动力基础的。

3󰀁3󰀁东濮凹陷盐岩成因分析

1)盐岩中微量元素Br和硫同位素(󰀁34S)的分布及其指相意义󰀁根据Holser(1979)的

研究结果,海相成因的石盐岩与陆相成因的石盐岩的Br含量明显不同󰀁。海相成因石盐

岩的Br含量通常高于60󰀁10-6,而陆相成因石盐岩的Br含量低于20󰀁10-6,甚至在

10󰀁10-6以下,东濮凹陷的石盐岩的Br含量一般低于(10~30)󰀁10-6,代表了较典型的第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167󰀁