利用重矿物组合类型直方图和重矿物指数来进行物源分析是沉积体系研究中最主要的研究方法(李珍等, 1998; Weislogel et al., 2006)。重矿物是指沉积岩中比重大于2.86的矿物。重矿物的种类很多, 根据其风化稳定性可分为稳定和不稳定两类。稳定重矿物抗风化能力强, 分布广泛, 在远离母岩区的沉积岩中其含量相对增高; 不稳定重矿物抗风化能力弱, 分布不广, 离母岩越远, 其相对含量越少。不同类型的母岩其重矿物组分不同, 经风化搬运后会产生不同的重矿物组合, 因此, 可以利用重矿物组合来解释母岩的性质和来源。

重矿物的组合和丰度在搬运、沉积和成岩过程中往往受到多种因素的影响, 如物理分选、机械破碎、层间溶解等, 这些势必会影响对物源判别的准确性。Morton等(1995)认为水动力条件和埋藏成岩作用是影响物源信息的两个主要因素。因此, 在相似水动力条件和成岩作用下, 稳定重矿物的质量比值能更好地反映物源特征, 将这些比值称为重矿物特征指数, 诸如Ati(磷灰石— 电气石指数), Rzi(含TiO₂矿物— 锆石指数), Mzi(独居石— 锆石指数), Czi(铬尖晶石— 锆石指数)等重矿物特征指数, 用来指示物源特点。目前, ZTR指数是一种最常用的方法, 由稳定矿物锆石(zircon)、电气石(tourmaline)和金红石(rutile)3种透明矿物的百分含量, 代表重矿物的成熟度。ZTR指数越大, 说明矿物的成分成熟度越高。本次研究中, 采用了重矿物的ZTR指数分析、特征矿物组合特征分析、单矿物含量特征分析等手段对泌阳凹陷东南部地区进行了重矿物分析, 并进一步分析该区的物源区。

研究区不同物源区的重矿物组合具有明显的不同。在平氏、杨桥物源控制的区域(泌264— 泌255— 泌239井区)出现高锆石(14%~27%)+低电气石+低金红石+中石榴石(21%~30%)的重矿物组合特征; 在魏庄物源控制的泌251井区, 重矿物组合呈现出低锆石(0.2%~5%)+低电气石+低金红石+低石榴石(< 15%)的特征; 在杨桥和魏庄物源之间的区域(泌273— 泌304— 泌102井区)为中锆石(5%~12%)+低电气石+低金红石+高石榴石(41%~68%)的组合特征。

在分析过程中发现, 如果按照10个层序(SQH11-SQH34)分别编制重矿物参数的图件, 由于数据分布局限, 对分析物源意义不大, 故选择以层序SQH11-SQH13、SQH21-SQH23和SQH31-SQH34分别作为编图单元来分析物源方向和类型。

图2-A为层序SQH31-SQH34重矿物含量直方图及ZTR指数等值线图, 图中泌285— 泌115— 泌239— 泌281— 泌251一带为低值区, ZTR指数约为10, 而泌213— 泌255— 泌264— 泌320一带为高值区, ZTR指数达到30, 向盆地中央ZTR呈现明显的增长趋势, 在泌115— 泌254井区和泌318— 泌187井区分别出现了等值线向边界大断层的凹进现象, 这说明在层序SQH31-SQH34发育时期, 至少存在3个物源, 2个来自于工区西南部, 分别为平氏物源和杨桥物源, 另外1个是研究区南部的魏庄物源。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 泌阳凹陷东南部重矿物含量直方图及ZTR指数等值线图Fig.2 Histogram of heavy mineral content and ZTR contour map in southeastern Biyang Sag

图2-B为层序SQH21-SQH23重矿物及ZTR指数等值线图。在赵凹— 杨桥地区的泌117— 泌254— 泌239— 泌357— 泌315— 泌251— 泌129一带为低值区, ZTR指数约为5, 而在泌98— 泌366— 泌169一带为高值区, ZTR指数约为20, 向盆地中央ZTR指数呈现增长趋势, 而且在泌366— 泌273井区出现等值线向边界大断层凹进, 这同样说明研究区内在层序SQH21-SQH23发育时期至少存在2个物源方向, 1个是西南地区平氏物源, 另1个是正南方向魏庄物源。

层序SQH11-SQH13的ZTR指数等值线也具有同样的趋势(图 2-C)。在赵凹— 杨桥地区的泌117— 泌116— 泌239— 泌304— 泌251— 泌129一带为低值区, ZTR指数约为5, 而在泌213— 泌114— 泌264— 泌169一带为高值区, ZTR指数约为15, 向盆地中央指数呈现增大趋势, 而且在泌273— 泌281井区出现等值线向边界大断层凹进, 说明研究工区内至少存在2个物源方向, 1个是西南地区平氏物源, 另1个是正南方向魏庄物源。

利用岩心资料, 同样可以清晰地反映自母岩区向深凹区砂砾岩的粒度及单层厚度的变化, 例如图3为泌281— 泌273— 泌96井岩心序列对比图, 图中的泌281井层序SQH32的岩性为砂岩和砾岩的互层, 砂岩单层厚度约2 m, 位于泌281井东北的泌273井层序SQH32为砂岩、含砾砂岩与泥岩的互层, 岩性变细, 而其东北的泌96井层序SQH32岩性为泥岩和白云岩。因此通过岩性的变化可以反映沉积碎屑物质来自于杨桥物源, 砂体自泌281井向泌96井推进。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 泌阳凹陷东南部泌281— 泌273— 泌96井层序SQH32岩心序列Fig.3 Core succession of Sequence SQH32 in Wells B281-B273-B96

研究层段前积地震相是由一组向同一方向倾斜的同相轴组成的, 与其上覆和下伏的平坦同相轴成角度或切线相交的地震相类型。根据倾斜同相轴的形态、相互之间的关系以及倾斜同相轴与其上、下层的相交关系, 可将前积地震相划分为S形前积、斜交前积、复合前积和叠瓦状前积4种类型, 它们对于物源研究和古水系恢复是最有意义的。在地震剖面上最易识别前积反射结构, 环境意义也最明显, 它们构成盆地的骨架地震相。前积反射结构通常是三角洲沉积的地震响应, 前积方向便是三角洲推进的主要方向, 能够指示主要物源和水流方向。

图4是泌阳凹陷东南部按照层序SQH11顶面拉平的连井地震剖面, 在层序SQH11-SQH13中可见到大量S型前积反射结构, 自南西向北东方向集中发育在泌13— 泌69井区, 延伸距离近9 km。通过前积反射结构的方向不仅可以判断物源的方向, 而且可以初步判断前积地震相的分布范围。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 泌阳凹陷东南部前积地震反射特征Fig.4 Characteristics of prograding seismic reflection in southeastern Biyang Sag

查明砂砾岩的成分、粒度、厚度及其含量变化特征, 是确定物源方向的基本手段。图5、图6、图7是各层序的砂岩含量图, 图中从桔黄色、黄色、绿色至蓝色反映砂岩含量逐渐降低。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 泌阳凹陷东南部古近系渐新统核桃园组层序SQH34-SQH31砂岩含量等值线图Fig.5 Contour maps of sandstone content of Sequences SQH34-SQH31 of the Paleogene Oligocene Hetaoyuan Formation in southeastern Biyang Sag

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 泌阳凹陷东南部古近系渐新统核桃园组层序SQH23-SQH21砂岩含量等值线图Fig.6 Contour maps of sandstone content of Sequences SQH23-SQH21 of the Paleogene Oligocene Hetaoyuan Formation in southeastern Biyang Sag

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 泌阳凹陷东南部古近系渐新统核桃园组层序SQH13-SQH11砂岩含量等值线图Fig.7 Contour maps of sandstone content of Sequences SQH13-SQH11 of the Paleogene Oligocene Hetaoyuan Formation in southeastern Biyang Sag

从层序SQH34-SQH31的砂岩含量等值线图(图 5)中可以看出, 自泌150井向东北至泌117井, 层序SQH34砂岩百分比从96%降至60%, 反映研究区西南部平氏附近存在1个物源区, 此物源控制的沉积范围18 km²。除此之外, 在魏庄附近也同样存在1个砂岩含量的高值区, 自南向北从68%降至52%, 但沉积控制范围较小, 仅为6 km²。而层序SQH33的砂岩含量反映出除了平氏、魏庄物源外, 出现了南部杨桥物源, 该物源从84%降至54%, 控制范围为2 km²。在层序SQH32沉积时期, 除平氏、杨桥物源外, 魏庄物源消失, 栗园东北物源出现, 砂岩含量从84%降至36%, 控制沉积范围约2 km²。层序SQH31沉积时期, 栗园东北物源控制沉积范围稍有扩大, 面积约4 km²。

图6为层序SQH23-SQH21的砂岩含量等值线图, 各个层序时期都有平氏物源的发育, 持续且影响范围大(均为18 km²左右)。魏庄物源也较为发育, 但面积小, 不足2 km²。除层序SQH23外, 均发育栗园东北物源, 而杨桥物源仅在层序SQH22沉积时期发育。

图7为层序SQH13-SQH11的砂岩含量等值线图, 平氏、魏庄和栗园东北物源在3个沉积时期均有发育, 而层序SQH11沉积时期还有杨桥物源的发育, 面积约2 km²。

纵观各个沉积时期物源的发育特点, 可见平氏物源在10个层序时期均发育(表 2), 并且控制沉积范围近20 km²(表 3), 而其余层序仅在部分层序中控制沉积砂体的发育, 而且均小于10 km², 因此将平氏物源定为主物源方向, 其余物源定为次要物源(图 5, 图6, 图7)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 泌阳凹陷东南部古近系渐新统核桃园组层序SQH11-SQH34物源发育情况汇总 Table 2 Provenance statistics of Sequences SQH11-SQH34 of the Paleogene Oligocene Hetaoyuan Formation in southeastern Biyang Sag 层序 平氏物源 杨桥物源 魏庄物源 栗园物源 栗园东北物源 SQH11 Y Y Y N Y SQH12 Y N Y N Y SQH13 Y N Y N Y SQH21 Y Y Y Y Y SQH22 Y Y Y Y Y SQH23 Y N Y Y N SQH31 Y Y N N Y SQH32 Y Y N N Y SQH33 Y Y Y N N SQH34 Y N Y N N 注:“ Y” 表示是当期物源, “ N” 表示非当期物源。

表2 泌阳凹陷东南部古近系渐新统核桃园组层序SQH11-SQH34物源发育情况汇总 Table 2 Provenance statistics of Sequences SQH11-SQH34 of the Paleogene Oligocene Hetaoyuan Formation in southeastern Biyang Sag

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 泌阳凹陷东南部古近系渐新统核桃园组主要物源与次要物源特征对比 Table 3 Comparison of characteristics of main provenance and secondary provenances of the Paleogene Oligocene Hetaoyuan Formation in southeastern Biyang Sag 物源 类型 物源 名称 控制沉积面积 /km2 控制纵向 层序个数 砂岩含量 /% 主要物源 平氏 20 10/10 96~60 次要物源 魏庄 3 8/10 68~56 杨桥 4 6/10 84~69 栗园 2 3/10 92~75 栗园东北 10 7/10 90~50

表3 泌阳凹陷东南部古近系渐新统核桃园组主要物源与次要物源特征对比 Table 3 Comparison of characteristics of main provenance and secondary provenances of the Paleogene Oligocene Hetaoyuan Formation in southeastern Biyang Sag

综上所述, 通过研究各层序的砂砾岩的分布、重矿物组合等资料, 并结合各层序砂岩厚度图、砂地比图、地震剖面前积反射结构可以看出, 泌阳凹陷东南部主要发育5个物源, 其中主要物源有1个(泌150— 泌285井区的平氏物源), 次要物源有4个, 即泌102— 泌239的杨桥物源, 来自于正南方向的泌151— 泌251井区的魏庄物源、来自于东南方向泌129井区的栗园物源和来自于东北方向的泌319井栗园东北物源。