前人针对饶阳凹陷100余口钻井的资料和岩心进行了分析总结, 恢复了冀中坳陷古近系的水系分布(图 1), 认为在蠡县斜坡具有南部的安国— 博野和北部的清苑— 高阳2个继承性发育的古水系(李博等, 2008); 但并未对2套水系对于研究区影响范围大小、持续时间长短进行深入探讨, 此次研究结合古地貌资料明确了古水系对沙河街组沉积分布的影响。始新世研究区未发生大规模剥蚀作用(纪中云等, 2006), 可利用地层厚度资料近似恢复古地貌, 并结合沙一段、沙二段及沙三段古水流方向, 为研究区物源方向的研究提供证据。

在沙三段沉积时期, 保定— 石家庄断裂的活动致使保定凹陷的持续陷落, 任西大断裂的活动使饶阳凹陷西部洼槽带开始显现, 这2条断裂系统的活动导致高阳低凸起的定型(周路等, 2009), 此时高阳低凸起对于蠡县斜坡沉积起到封挡作用(图 2)。

图2

Fig.2

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	图2 蠡县斜坡沙三段沉积时期古地貌图Fig.2 Palaeogeomorphology of the Member 3 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

图3

Fig.3

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	图3 蠡县斜坡沙二段沉积时期古地貌图Fig.3 Palaeogeomorphology of the Member 2 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

在沙二段沉积时期, 受区域性挤压应力的影响, 饶阳凹陷进入抬升回返阶段。由于气候干热, 西南部各大地表水系活跃程度显著下降, 对洼陷区的沉积作用减弱。此时高阳低凸起对于斜坡的屏障作用被削弱。期间局部高势区如高阳低凸起、雁翎地区等都处在高部位(图 3), 沉积作用停顿或遭受了一定程度的剥蚀(纪友亮等, 2006)。经历了沙二段沉积时期的抬升回返之后, 饶阳凹陷进入了新一轮湖侵周期的开始。沙一段沉积时期降雨量增加, 使得太行山区的几大水系迅速向东南部漫延, 形成一个湖侵体系(李博等, 2008)。此时的保定凹陷已经与高阳低凸起连成一片, 与蠡县斜坡成为一个整体的构造单元, 形成了一个大型低缓斜坡, 此时古唐河等水系可以直接突破高阳低凸起进入蠡县斜坡(图 4), 与北部的清苑— 高阳水系及南部的安国— 博野水系一起, 对斜坡带的沙一下亚段沉积体系起到明显的控制作用。

图4

Fig.4

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	图4 蠡县斜坡沙一段沉积时期古地貌图Fig.4 Palaeogeomorphology of the Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

物源区母岩性质的差异以及随后的河流搬运、分异作用决定了沉积盆地中碎屑物的组成成分不同(肖建新等, 2008)。受到不同物源的影响, 砂岩的碎屑组分也反映出相应物源的特征及分区性。而碎屑岩中的岩屑是保持母岩结构的矿物集合体, 其类型与物源区的母岩性质密切相关, 是物源区的直接反映(申延平等, 2005; 陈全红等, 2009)。以研究区的30余口井岩心薄片鉴定资料为依据, 通过分析石英、长石和岩屑(包括火成岩、沉积岩和变质岩)的百分含量的变化趋势以及组合特征, 进而推断出物源搬运的大致方向。

2.2.1 碎屑组分平面变化分析 依据碎屑组分石英、长石和岩屑的组成特征, 发现研究区西南部区域碎屑物质组成特征为:石英35%~55%, 长石35%~50%, 岩屑5%~10%。南部地区以长石砂岩为主, 而岩屑砂岩分布较局限, 石英砂岩含量较少反映了该地区相对近物源的特点(图 5-a)。北部地区碎屑物质组成特征为:石英40%~65%, 长石45%~55%, 岩屑10%~20%, 主要以岩屑长石砂岩为主, 而长石砂岩含量较少(图 5-b), 石英砂岩分布的局限同样反映了湖盆近物源的特征, 其岩屑含量普遍高于西南部, 砂岩成熟度呈现向斜坡中心逐渐增高的趋势, 由此大致判断蠡县斜坡存在西南部及北部2个物源方向, 2个物源方向在碎屑组分上存在差异。

根据碎屑组分中岩屑及石英含量分布特征, 可将研究区分为Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 等3种类型5个区域(图 6)。

图5

Fig.5

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	图5 蠡县斜坡沙一下亚段砂岩碎屑成分三端元组分分类图Fig.5 Triangle diagram of clastic components of the lower part of Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

图6

Fig.6

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	图6 蠡县斜坡沙一下亚段碎屑组分平面变化规律Fig.6 Clastic components of the lower part of Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

Ⅰ 型区域特点为“ 低岩屑— 高石英” , Ⅲ 型区域特点为“ 高岩屑— 低石英” , Ⅱ 型区域岩屑、石英含量介于二者之间。Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 等3种类型的岩屑含量递增, 石英含量递减, 代表其与物源区距离逐渐增加。总体上研究区北部及西南部距离物源最近, 向中部地区距离逐渐变远。斜坡北部G60井、Y60井、Y61井岩屑含量较高, 处于Ⅰ 区位置, 而向南到G46井岩屑含量减少, 石英含量增多, 由Ⅰ 区过渡至Ⅱ 区, 结合古水流方向, 可推测其主要沉积物来自北部牛坨镇凸起, 搬运方向为自北向南。西南部G5井、G6井、Jc1井、N21井及N35井岩屑含量较高, 且石英含量较少, 而到斜坡中部地区的G26井、G28井呈现了岩屑减少、石英含量增加的趋势, 说明研究区南部沉积物搬运方向大致为西南— 北东向。

2.2.2 岩屑组合平面变化分析 对上述30余口井岩屑组合进行分析, 发现该区沙一下亚段岩屑组分为火成岩碎屑(24%~89%, 平均为56%)、沉积岩岩屑(5%~51%, 平均为27%)及变质岩岩屑(0%~41%, 平均为17%), 据此绘制出研究区岩屑组合规律图(图 7)。可以看出, 研究区不同位置上的岩屑组合类型存在明显差异, 研究区南部G6井、G5井、Jc1井岩屑组成主要以火成岩岩屑为主, 沉积岩岩屑与变质岩岩屑含量相近, 而N21井、N35井及N52井火成岩岩屑含量减少; 总体来说斜坡南部各井岩屑组合较为相似, 皆以火成岩岩屑含量较高、沉积岩及变质岩岩屑含量次之为特点, 推断其应来自同一物源体系, 其差异可能为受到古大沙河的不同支流影响造成的。且斜坡西南部G28、G26等井区岩屑组合与南部G5、G6等井区的岩屑组合相似, 应来自同一物源, 可能其沉积物是由古大沙河的一条支流搬运而来的。

图7

Fig.7

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	图7 蠡县斜坡沙一下亚段岩屑组合规律Fig.7 Lithic assemblages of the lower part of Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

研究区西部G30井、G35井及Gs1井岩屑组成也主要以火成岩岩屑为主, 沉积岩岩屑含量次之, 变质岩岩屑最少(图 7)。G30井、Gs1井石英含量低, 岩屑含量却高于周围其他井, 表明为相对近物源沉积的结果, 而向斜坡内带碎屑成熟度有所增加, 说明该区域物源方向是自西向东。总体上来说斜坡西部沉积物岩屑组合与南部大致相似, 主要为“ 沉积岩+火成岩+变质岩” 组合, 仅各类岩屑含量存在些许差异, 推测研究区西南部位应来自同一物源— — 太行山隆起, 但经由不同河流体系— — 如古大沙河及古唐河将沉积物运移至蠡县斜坡。

研究区北部的G60井、Y61井及Y64井, 其岩屑组成为沉积岩岩屑为主, 其次为火成岩屑, 变质岩含量很少, 岩屑组合主要为“ 沉积岩+火成岩” (图 7), 其相似的岩屑组合进一步说明了北部其母岩是一致的且与南部沉积物源不同。而根据碎屑组分分析结果得知Y60井、Y61井岩屑含量较高, 为近物源沉积, 向南G46井岩屑含量减少, 石英含量增加, 说明该区域物源是自北向南方向, 根据周边凸起发育情况(图 1)可以得知其物源是来自牛驼镇凸起。

研究区东部区域岩屑组合类型较为复杂, “ 沉积岩+火成岩+变质岩” 与“ 沉积岩+火成岩” 类型皆出现, 且相互混杂, 可以推测该地区应为西南与北部物源的交汇区, 汇聚了整个蠡县斜坡所有的母岩类型。

针对研究区20余口井的取样点进行重矿物分析, 发现蠡县斜坡沙一下亚段的重矿物类型主要包括石榴子石、锆石、磁铁矿、电气石、金红石、白钛石及绿帘石, 最高可占到砂岩中重矿物总量的87.78%; 其中石榴子石含量最高, 平均达64.1%; 石榴子石、锆石及磁铁矿三者之和平均含量可达总重矿物的88%。

图8

Fig.8

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	图8 蠡县斜坡沙一下亚段重矿物组合特征Fig.8 Heavy mineral assemblages of the lower part of Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

图9

Fig.9

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	图9 蠡县斜坡沙一下亚段典型连井剖面ZTR指数变化趋势Fig.9 ZTR index trends of typical continuous drill section of the lower part of Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope

蠡县斜坡不同区域重矿物组合也存在着明显差别, 其在平面上存在着一定的分布规律(图 8)。研究区西南部N21井、G5井及G6井均以“ 石榴子石+磁铁矿+锆石” 为主, 其中G6井ZTR指数为10.1(图 8, 图9), 为此区域最低值, 说明其距离物源较近, 而向G5井及N21井方向ZTR指数增高, 说明物源方向是G6井-G5井-N21井。结合地理位置及碎屑、岩屑组分分析结果, 明确了其物源是研究区西南部, 运移方向为自南向北(图 2)。

研究区西部高阳地区G2井、G3井、G30井、G35井及Gs1井也以“ 石榴子石+磁铁矿+锆石” 组合为主, 说明其与西南部物源相似。G3井具有最低的ZTR指数, 说明其距离物源较近, 而向Gs1井、G2井方向ZTR指数逐渐递减, 说明其沉积物主要由自西向东由越过高阳低凸起的古唐河搬运而来。

研究区东部西柳地区出现了“ 石榴子石+锆石+磁铁矿” 和“ 石榴子石+锆石” 2种重矿物组合类型的混杂, ZTR指数变化规律性不明显, 同样说明其为2个物源交汇区域。

地震相分析中的前积地震反射特征能够反映古水流方向, 前积层的上倾方向一般指向物源区(张金伟等, 2008; 钟玮等, 2012)。针对研究区内古近系地震资料的详细解释观察中, 在沙一下段发现了明显的前积地震体特征(图 10), 图中T4界面为沙一下顶界, 为沙一下大套油页岩顶界(杨帆等, 2010)。这为研究蠡县斜坡的物源方向又提供了证据。根据研究区西南部G31井为起点向XL10井区的西南— 北东向测线上的前积地震体分析, 说明了西南部地区沉积物的运移方向是向北东方向; 在研究区北部以Y63井为起点的北西— 南东向的测线上发现前积反射特征, 这是典型的三角洲前积的标志, 说明物源来自于北部的牛驼镇凸起(图 1)。

图10

Fig.10

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	图10 蠡县斜坡地震剖面前积反射特征(注:剖面位置见图9)Fig.10 Characteristics of progradation reflection in the seismic profile in Lixian Slope

通过对蠡县斜坡沙一下亚段碎屑组合、岩屑组合及重矿物组合的概括对比(表 2), 以及地震剖面特征分析, 可将研究区的沉积物源方向影响的区域划分为4个区带:斜坡西南部物源方向来自于太行山隆起, 由古大沙河将沉积物运移至斜坡, 其中1条支流沿高阳低凸起构造带向北部延伸, 另外1条支流向北东方向发育至西柳地区; 斜坡西部物源方向同样位于太行山隆起, 由古唐河越过高阳低凸起将沉积物运移至G30井一带。斜坡北部沉积区物源来自于牛坨镇低凸起, 南北两大物源交汇于斜坡东部的西柳地区。

表2

Table2

表2(Table2)

表2 蠡县斜坡古近系沙一下亚段物源分析 Table2 Provenance analyses of the lower part of Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope 位置 轻矿物组合 岩屑组合类型 重矿物组合 西南地区 石英+长石(长石砂岩为主) 火成岩+沉积岩+变质岩 石榴子石+磁铁矿+锆石 北部地区 石英+长石+岩屑(岩屑砂岩为主) 沉积岩+火成岩 石榴子石+锆石 东部西柳地区 石英+长石+岩屑 混合 混合 西部G30井地区 石英+长石(长石砂岩为主) 火成岩+沉积岩+(少量)变质岩 石榴子石+磁铁矿+锆石

表2 蠡县斜坡古近系沙一下亚段物源分析 Table2 Provenance analyses of the lower part of Member 1 of Paleogene Shahejie Formation in Lixian Slope