冯镜权 ，李 勇，段润梅 ，袁淑琴 ，肖敦清 ，丘东洲 ，彭海燕，韩 冰，兰亚萍，庞河清

（1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室、沉积地质研究院，成都 610059；2.大港油田勘探开发研究院，天津，300280；3.广东 佛山地质局，广东 佛山，528000；4.成都地质矿产研究所，成都 610081）

孔一段是孔南地区重要的油气勘探层段之一。黄骅坳陷孔店组沉积相类型多样，存在多个物源。孔一段的物源问题一直为大家所关注。王德发等（1987）[1]、王振彪和裘亦楠（1991）[2]、焦巧平等（2004）[3]对区内沉积环境与砂体沉积进行了研究，明确了本区各种成因砂体的展布规律以及沉积体储集特征与含油的关系。刘子玉等（2007）[4]、薛林福等（2008）[5]、周立宏等（2009）[6]开展了孔南地区始新世盆地的湖盆特征、盆地演化以及油气成藏研究，探讨了盆地沉积、构造演化与油气成藏的关系。物源分析对确定物源区位置、盆地沉积、构造演化、原盆地恢复和沉积体系储集砂体品质评价等方面具有重要作用[7]。前人对该区物源研究较少，本文主要通过砂岩成分、重矿物特征、砂体分布和Dickinson三角图解等判别物源区，并初步探讨物源区构造背景。

1 地质背景

孔南地区位于渤海湾盆地中部黄骅坳陷南缘，北起羊三木潜山构造带，西侧为沧县隆起、东临埕宁隆起，南部逐渐变窄并过渡到临清坳陷（图1）。一般认为，渤海湾地区中、新生代是两个性质不同的构造成盆期。燕山早期渤海湾地区在北部西伯利亚板块向南挤压、华北板块和扬子板块向北推挤以及郯庐断裂左行走滑作用下挤压造山。燕山中期东部伊泽奈崎板块向欧亚板块斜向俯冲消减伴随弧后拉张作用，产生陆内弱裂陷构造活动带。燕山晚期构造相对稳定，整个华北地区在挤压作用下发生大面积的隆起剥蚀，局部发生弱热坳陷。古近纪早期构造发生转换，在引张作用下开始发育陆内裂陷作用旋回[8-9]。黄骅坳陷孔店期盆地处于初始裂陷阶段，发育一套红（粗）、黑（细）、红（粗）三分性明显的河湖相碎屑岩沉积建造。

图1 黄骅坳陷构造单元及研究区位置简图(据文献[8]修改)Fig.1 Tectonic units of Huanghua Depression and location of studied area

2 物源体系分析

2.1 砂岩碎屑组分分析

盆内陆源碎屑物是由物源区母岩提供的,砂岩碎屑物组分的组合特征与物源区关系密切。对研究区394块薄片的镜下鉴定统计结果，用Carbon软件进行砂岩成分三角分类投点（图2）。孔南地区古近纪孔店组一段砂岩类型以长石砂岩、岩屑长石砂岩为主，次为长石岩屑砂岩，少数为岩屑砂岩。砂岩中石英平均含量占全部碎屑颗粒平均含量的38.65%；长石平均含量占44.4%，最高可达63.5%，其中钾长石含量大于斜长石，平均含量为29.7%，大多数砂岩中长石含量普遍偏高，以长石含量高为特征；岩屑在盆内砂岩中较为常见，平均含量为16.95%,主要为岩浆岩岩屑，平均含量11.75%，变质岩岩屑和沉积岩岩屑含量较低，平均约为2.25%。根据不同地区碎屑成分的含量特征，孔南地区孔一段（Ek1）总体表现为高长石，低石英的特征。

图2 研究区孔店组一段砂岩组分三角投点图Fig.2 Triangles diagram showing the sandstone types of the first member of Kongdian Formation

%据轻矿物特征及成熟度分析可知，孔南盆地北部可分为北西和北东两个不同成分区，西北部以相对较高的石英含量为特征，含量一般为30%～75%，平均为46.36%；长石含量为9% ～50%；岩屑含量为9%～22%，主要为岩浆岩岩屑，沉积岩岩屑含量极低。风化指数（P/F）为0.281，成熟度平均为1.078，说明该区离物源相对较远，成分成熟度较高。而东北部具有高长石含量特征，长石含量一般为25%～70%，平均为46.03%；石英含量15%～50%；岩屑含量7%～39%，沉积岩岩屑含量增多。风化指数为0.429，成熟度平均为0.591，表明东北部地区离物源较近，成分成熟度低（表1）。上述两地区的平均物源区指数相当（F/L≈0.345），说明两者的物源有一定联系。

表1 孔店南部各地区成分成熟度及物源指数Table 1 Compositional maturity and provenances index of different areas in southern Kongdian

盆地东部地区石英含量为15%～57%，平均为39.66%；长石含量为28% ～62%，平均为42.11%；岩屑含量为5%～48%，平均为17.05%，沉积岩岩屑含量较北部明显增多；风化指数0.037～0.93，平均为0.453；成分成熟度0.324～1.53，平均为0.739，碎屑物搬运距离不远，成分成熟度较东北部有所增高；物源指数为3.16，在盆地各地区中最低，说明该区物源与其它地区的物源有所不同。

盆地南部地区石英含量为30%～56%，平均为38.86%，长石含量为31% ～55%，平均为46.86%，岩屑含量9%～29%，平均为13.29%，风化指数0.375～0.776，平均为0.462，成分成熟度0.435～1.30，平均0.66，离物源区较近，成分成熟度低。

盆地西部地区石英含量为15%～73%，平均为38.81%；长石含量:15% ～63%，平均为41.47%；岩屑含量为3%～55%，平均为18.02%，沉积岩岩屑含量与东部相当，且灰岩岩屑大量出现；风化指数0.047～0.927，平均为0.385，成分成熟度平均0.741。西部地区物源指数与南部地区相近，表明两地区的物源具有相似性。

2.2 重矿物分布特征

为了解不同物源区样品所含重矿物信息之间的相似性，本文选用了Q型相关系数进行聚类分析。对每个样本中的锆石、榍石、电气石、角闪石、金红石、石榴石、绿帘石、十字石8个变量进行聚类分析。这种方法的原理是，性质越相似的样品，它们的相似系数越接近于1。

Q型聚类分析是研究样本间的相互关系，是把不同样本中的同一变量进行比较，通过确定样本的相似程度而对样本进行分类。该计算方法来源于概率论，如果将任意两个样品看成两个随机序列，其相关系数则用二者斜方差除以标准差之积来表示。根据每一个变量之间的相似程度来定量地表示各样品之间的相似关系，并按样品之间的相似程度的级别大小，把样品进行归类成谱系图[10-11]。

通过聚类分析树型谱系图，可以看到在相似性系数为17左右，明显分为3种类型，同时结合重矿物组合分布特征，孔南盆地主要存在北部、东部、南部和西部四大物源沉积方向(图3、图4)。其中北部物源区最为主要，影响范围较大，可分为北西、北东两个地区。北西地区重矿物组合特征主要表现为“石榴石+锆石+电气石+绿帘石+十字石”组合，同时含有少量的金红石、黑云母、板钛矿。重矿物含量以石榴石、锆石、十字石为主，次为电气石、黑云母、板钛矿（表2），说明源区应有酸性岩浆岩、变质岩存在，对应的物源方向为沧县隆起北部和孔店凸起。北东地区的重矿物组合主要表现为“石榴石+锆石+绿帘石+十字石+角闪石”组合，伴随少量绿泥石、黑云母、辉石。反映源区母岩应含有中基性岩浆岩和变质岩，物源应来自孔店凸起及徐黑凸起北部。东部地区的重矿物组合特征主要表现为“锆石+石榴石+电气石+金红石”组合，此外还有少量板钛矿、辉石。说明源区应有中基性火山岩和酸性岩浆岩存在，沉积物质应来自埕宁隆起区及徐黑凸起。南部地区重矿物组合相对较复杂，表现为“磁铁矿+石榴石+绿帘石+角闪石+榍石”组合，同时含有少量赤铁矿，物源方向应为东光凸起及徐黑凸起南部地区。西部地区的重矿物组合较复杂，主要是“磁铁矿+石榴石+锆石+角闪石+榍石”组合，同时含有少量赤铁矿。自西向东，稳定重矿物（锆石、电气石、金红石）含量升高，不稳定重矿物角闪石含量降低。物源方向应为沧县隆起区（表3）。此外，在盆内小集凹陷、沧东凹陷附近出现一个混源区。这些特点在整个研究区对比明显,总体上反映了Ek1沉积时期具有多物源，碎屑沉积物主要由盆地周缘高凸起区提供。

图3 黄骅坳陷孔店组一段重矿物Q型聚类谱系图Fig.3 Hierarchy of Q-mode cluster analysis of heavy minerals in the first member of Kongdian Formation of Huanghua Depression

重矿物是沉积岩中比重大于2.89的碎屑矿物，含量一般不超过1%。孔一段由于多物源，因此所含重矿物种类也较多。根据重矿物的稳定性可将其划分为:超稳定重矿物，如锆石、金红石、电气石；稳定矿物，如磷灰石、石榴子石、十字石、钛铁矿等；中等稳定矿物，如绿帘石、榍石、石榴石等；不稳定矿物，如角闪石、阳起石、辉石、橄榄石等。不稳定重矿物抗风化能力弱，随着搬运距离的增大而相对含量递减，而稳定重矿物的相对含量逐渐升高。

按上述原理,可以根据重矿物组合和ZTR指数(稳定重矿物锆石、电气石、金红石占透明重矿物的百分含量。越靠近源区，ZTR指数越小)来判断物源方向及物源区位置[6,10-11]。

从Ek1段重矿物ZTR等值线图可以看出，孔南地区存在5个ZTR指数低值区,分别为:北西部自来屯-枣园-风化店一带，ZTR指数值小于20，向东南方向递增到30，ZTR指数的变化趋势表明该区物源主要来自沧县隆起北区，另外可能有部分来自于孔店凸起；北东部孔店-军马站-沈家铺-王官屯(北)一带，ZTR指数值最低小于10，向南部递增，物源主要来自孔店凸起、徐黑凸起北区；盆地东部王官屯-肖官屯-小集-段六拨一带，ZTR指数值偏高，最低小于10，物源主要来自东边徐黑凸起和埕宁隆起；盆地西部舍女寺-捷地-叶三拨-南皮地区，ZTR指数值最低小于10，向东依次增加，分布范围相对较大，物源主要来自沧县隆起；南部乌马营-灯明寺地区，ZTR指数值约为15，向北逐渐升高，物源主要来自东光凸起和徐黑凸起南区。ZTR高值区有2个分别位于沧东凹陷南部和小集凹陷肖官屯地区,ZTR指数值达40～60，呈环带状分布，混源特征明显。总体上，ZTR指数自盆地周边隆起区向盆内沧东凹陷和小集-常庄凹陷中心逐渐升高，说明Ek1期孔店南部地区周边隆起为盆地提供沉积物质，至盆内沧东凹陷和小集凹陷地区出现混源现象。

2.3 砂体分布特征

砂体分布特征图（图5、图6）显示，孔一段沉积时期研究区有北部、东部、南部和西部4个砂体集中发育区。在Ek1早期（Ek1下），盆地西北和东北地区发育薛官屯、军马站两个扇形冲积扇砂体；孔店凸起向南三角洲体系在风化店-枣园一带发生大面积进积，分流河道沉积砂体发育，砂地比一般在40%以上，砂岩累计厚度一般大于150 m，平均约200 m，最厚达304 m，河道呈条带状平行盆地主构造线向西南方向展布。东部集北头、肖官屯、王官屯-东关地区和西部舍女寺地区冲积扇沉积体系发育，扇中亚相沉积砂体分别沿徐黑凸起、沧东隆起构造线向盆内叠置成片分布，砂岩累计厚度一般为150～300 m，最厚达400 m，辨状河道垂直主构造线平行排列。南部三角洲沉积体系在灯明寺、乌马营附近地区发育三角洲前缘亚相砂体，分流河道向北东、北西方向延伸。

表2 孔南地区孔店组一段各分区重矿物含量（%）统计Table 2 Heavy minerals content in different divisions of the first member of Kongdian Formation,southern Kongdian region

表3 孔南地区孔一段重矿物分区变化及其物源区母岩类型Table 3 Statistic of heavy minerals in the first member of Kongdian Formation and its parent rocks in different partition of southern Kongdian region

图4 孔南地区孔一段重矿物组合及ZTR等值线图Fig.4 Heavy mineral assemblage and ZTR contour map of the first member of Kongdian Formation,southern Kongdian region

孔一段晚期（Ek1上），北部薛官屯、军马站、枣园地区冲积扇、辨状河建设性发育[13]，砂岩百分含量平均在40%以上，砂岩累积厚度一般大于100 m，最厚达到197 m，河道呈带状向南展布。研究区东部小集、王官屯-东关地区和西部舍女寺、店子街-穆三拨一带冲积扇、辨状河沉积砂体发育，砂岩累积厚度为150～250 m，最厚可达306 m，各砂岩朵体平行盆地长轴方向排列分布。南部乌马营、灯明寺地区三大冲积扇、辨状河沉积砂体向北西、北东方向展布。以上特点表明古物源与沉积砂体具有良好的空间匹配关系。

2.4 地震资料的前积反射

从沉积背景看，孔一段沉积时期是冲积扇、三角洲建设发育期，沉积作用以进积作用为主，这些保存于地层岩石记录中的进积作用特点在地震资料上具有明显的显示，地震成果是研究区沉积相带划分、古水系和物源位置判定的又一证据。

孔南地区地震剖面中的前积反射结构主要发育于盆地周缘。在盆地北部的沧县隆起和孔店凸起向沧东凹陷和南部东光凸起向南皮凹陷地区，地震剖面中的前积反射结构时有发现，而在东、西部地区则由于盆地受构造作用影响，断层切割复杂，地震剖面中的前积反射却很少见。这些前积反射以中、小型为主，多出现在三角洲前缘和冲积扇扇中斜坡带中，外形呈楔状，以低角度斜交前积类型为主，可直接指示主要物源和古水流方向。在研究区西北部的薛官屯-孔店凸起一带孔一段可见明显的前积反射结构，如孔店南部薛官屯地区SW-NE向Cross line 2325地震剖面显示向东北方向前积特征（图7），说明该区主要物源方向为来自北部、北西部地区。在盆地南部地区灯明寺-乌马营的北西-南东向地震剖面中（Inline1280地震剖面）南东向前积反射结构也清楚地显示了孔一段沉积三角洲砂体进积方向为南东方向，与下伏地层呈小角度相交，说明盆地南部存在一物源。

图5 Ek1下砂岩百分含量等值线图Fig.5 Contour map of sandstone-mudstone content in lower part of the first member of Kongdian Formation

图6 Ek1上砂岩百分含量等值线图Fig.6 Contour map of sandstone-mudstone content in upper part of the first member of Kong dian Formation

3 物源区构造背景分析

砂岩骨架成分与碎屑物源区类型有关，通过砂岩骨架成分的类型及比例关系可以推断物源区大地构造属性[14-17]。砂岩碎屑组分、扫描电子显微镜和阴极发光检测分析显示研究区砂岩碎屑并没经受严重的成岩作用和后期变质作用改造,对碎屑含量变化影响较小。本次采用成分面积目估法,对394块砂岩薄片的碎屑组分含量进行估计。利用TriPlot 2.0三角图投点软件，将统计的碎屑含量数据 (Qm-F-Lt和Qt-F-L)投点于Dickinson三角判别图上。

Dickinson 等（1983）[18]的 Qm-F-Lt三角判别图(图8)显示，研究区孔一段砂岩碎屑物源成分主要落于大陆板块基底隆起和切割岛弧范围，少部分落于过度大陆区、混合区，此外，还有个别样品落于再旋回造山带石英再旋回、过度再旋回和过度弧区。绝大部分落点表明黄骅坳陷孔一段时期物源区为大陆板块和岩浆弧区。样品落点有少部分在混合区和再旋回造山带，这与物源区复杂的岩性和构造环境有关。

图7 黄骅坳陷孔店南部薛官屯地区Crossline 2325线南西-北东方向前积特征Fig.7 The southwest-northeast direction seismic section(Crossline 2325)showing the foreset character to northeast,Cangzhou-Xue guantun area in southern Kong dian of Huang hua Depression

Dickinson（1985）[19]的两张辅助三角图解进一步阐明了物源区构造背景。Qt-F-L三角判别图(图9)显示，样品集中分布于大陆板块和火山弧区;Qm-F-Lt图解(图10)，样品主要分布于深浅基底和火山弧摆部的合并界线两侧的大陆块区和火山弧物源区，有少部分落在混合区、再旋回造山带物源区。综观以上碎屑三角判别图，研究区物源区构造背景基本上属于大陆块区、火山弧区和构造混合区。岩屑类型、长石砂岩质岩相表明物源区母岩以沉积岩、火成岩为主，并有变质岩物质，这与大陆板块、火山弧和混合区的构造地层组成特点相符合。

Dickinson三角判别图反映出黄骅坳陷孔一段沉积期物源区构造背景较复杂，主要为大陆板块和岩浆弧区。这与古新世－始新世黄骅坳陷乃至整个渤海湾盆地处于构造转型阶段密切相关。据前人研究[8-9,20]认为渤海湾地区经历了中、新生代两个不同性质的构造成盆期。黄骅坳陷孔店期湖盆是在中生界基底之上发育而来的新生代陆内裂陷盆地，继承了中生代的构造格局。燕山早期渤海湾地区在北部西伯利亚板块向南挤压、华北板块和扬子板块向北推挤以及郯庐断裂左行走滑作用下，挤压造山[21]。燕山中期东部伊泽奈崎板块向欧亚板块斜向俯冲消减伴随弧后拉张作用，产生陆内弱裂陷构造活动带。在黄骅坳陷地区广泛发育富钾橄榄安粗岩系和高钾钙碱性火山岩系列，其东侧同时代火山岩在平面上自西向东由钾玄岩系列-高钾钙碱性系列-拉斑玄武岩系列变化，成分变化具有单极性特征[20]，这与Dickinso三角判别图中落点集中分布于深浅基底和火山弧摆部的合并界线两侧的岩浆弧、大陆块物源区相一致，反映区域构造背景与俯冲消减带、俯冲造山作用密切相关。燕山晚期构造相对稳定，整个华北地区在挤压作用下发生大规模隆起剥蚀，局部发生弱热坳陷。古新世-始新世渤海湾地区出现大范围的地幔热异常，造成岩石圈热膨胀隆起，开始形成陆内裂陷作用旋回[8-9]，发育碱性玄武岩系列和孔店期粗碎屑岩-基性火山岩-湖相泥岩、碎屑岩-基性火山岩-膏泥岩完整的超长期沉积旋回建造序列。

图8 孔店南部地区孔一段碎屑成分的Dickinson Qm-F-Lt三角图解Fig.8 Dikinson Qm-F-Lt triplot of sandstone clastic composition from the first member of Kongdian Formation in southern Kongdian region

图9 孔店南部地区孔一段碎屑成分的Qt-F-L三角图解Fig.9 Dikinson Qt-F-L triplot of sandstone clastic composition from the first member of Kong dian Formation in southern Kongdian region

图10 孔店南部地区孔一段碎屑成分Qm-F-Lt三角图解Fig.10 Dikinson Qm-F-Lt triplot of sandstone clastic composition from the first member of Kong dian Formation,southern Kong dian region

4 结论

（1）黄骅坳陷孔店期盆地周缘存在东部的埕宁隆起和西部沧县隆起两大古陆，它们与南缘的东光凸起和东侧的徐黑凸起均为盆地碎屑物质的主要来源，此外，该时期末北部的孔店潜山构造带隆升凸起，加大了北部方向物源的供给。

（2）通过砂岩成分和重矿物分析、砂体展布、地震剖面和Dickinson判别图解特征的研究，可以看出，孔南地区孔店组Ek1沉积时期主要受盆地北部、东部、西部、南部四大古物源的控制，其中北部物源影响范围大，可进一步分为北西、北东两大物源方向。这些古物源与成因砂体展布空间配置关系良好，为下一步的油气勘探提供依据。

（3）砂岩组分的Dickinson三角图解反映物源区构造背景主要为大陆块区、岩浆弧区和构造混合区。这些证据揭示了中生代以来北部西伯利亚板块、华北板块和扬子板块之间相互推挤以及郯庐断裂左行走滑作用下，挤压造山，随后东部伊泽奈崎板块向欧亚板块斜向俯冲消减伴随弧后拉张、陆内弱裂陷；古近纪早期区域挤压转为拉张，在引张作用下开始陆内裂陷旋回。构造演化的产物在孔店时期遭受剥蚀、搬运，充填于沉积盆地内发育成粗碎屑岩-湖相泥岩-碎屑岩-基性火山岩-膏泥岩完整的超长期沉积旋回建造。

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