川西前陸盆地上三疊統(tǒng)須家河組古地理特征

川西前陸盆地上三疊統(tǒng)須家河組古地理特征

龍門山-四川盆地是中國典型的陸海盆地之一，也是重要的含油氣盆地。它是指晚三疊世以來四川盆地的中西部地區(qū),相當(dāng)于四川盆地構(gòu)造分區(qū)中的川西斷褶帶和川中地塊區(qū)的西部(圖1)。其形成是由于巖石圈深部調(diào)整作用引起揚子板塊自南東往北西持續(xù)俯沖,龍門山推覆構(gòu)造帶自北西往南東持續(xù)推覆的結(jié)果(劉樹根等,1990,1991)。川西前陸盆地中充填有晚三疊世至始新世地層,總厚逾萬米,以上三疊統(tǒng)(須家河組)至侏羅系為最重要的沉積地層,不僅為研究中、新生代陸相地層的理想地區(qū),而且賦存有豐富的石油和天然氣資源,具有巨大的勘探開發(fā)潛力。本文是在大量露頭、鉆井、地震和分析化驗資料基礎(chǔ)上,運用沉積學(xué)基本原理和方法,對研究區(qū)須家河組沉積相及巖相古地理進行了較為系統(tǒng)的研究,這對該區(qū)上三疊統(tǒng)油氣藏的勘探開發(fā)有著重要的意義。1龍門山中段須家河組巖相特征研究區(qū)內(nèi)廣泛出露上三疊統(tǒng)須家河組,但一般都發(fā)育不完整,大部分地區(qū)缺失晚三疊世早期地層,須一、須二、須三段的地層往東至川中、川東逐漸變薄或缺失;又由于本區(qū)上三疊統(tǒng)的厚度、巖性、巖相的縱向與橫向變化都很大,給劃分對比帶來很大的困難,故須家河組的地層劃分一直都存在很大的爭議。本文的劃分方案為:研究區(qū)內(nèi)的須家河組(龍門山中、北段)與香溪群(龍門山南段)為一一對應(yīng)的關(guān)系,即須一段(小塘子組)對香一段(碎屑巖部分)～須五段對香五段,并統(tǒng)一命名為須家河組,共劃分為五段。其各段地層的特征分別為:須一段(T3x1):即小塘子組,巖性主要為灰色、深灰色砂質(zhì)頁巖,灰白色石英砂巖夾粉砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r,含Burmesialirata,Myophoriaseperata等瓣鰓類化石。須二段(T3x2):巖性主要為淺灰色、灰白色細-中粒巖屑長石砂巖、長石巖屑石英砂巖。上部夾砂礫巖,中部夾黑色頁巖及煤線和煤層,俗稱“腰帶層”,產(chǎn)瓣鰓、介形蟲等化石。須三段(T3x3):巖性主要為深灰色、灰黑色頁巖、泥巖夾砂巖、煤線及煤層。富含瓣鰓、介形蟲、孢粉及植物化石。須四段(T3x4):在龍門山前緣帶普遍發(fā)育以碳酸鹽巖礫石為主的礫巖層,主要巖性為礫巖、含礫砂巖、巖屑砂巖夾砂質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r,偶見煤線。須五段(T3x5):分布范圍比較廣,除龍門山中、北段前緣,受印支晚幕構(gòu)造運動的影響,遭受剝蝕外,已覆蓋整個四川盆地。主要巖性為灰黑色頁巖、灰白色泥灰?guī)r、灰色-深灰色細粒巖屑砂巖、粉砂巖等。常見植物化石。2須家河組沉積相類型依據(jù)沉積學(xué)、古生物學(xué)和地球物理等基礎(chǔ)資料,結(jié)合前人的研究成果,將本區(qū)須家河組概括為沖積扇、湖相三角洲、湖泊、海相三角洲、濱岸和海灣六種主要的沉積相類型,其特征分別如下。2.1等地所發(fā)育的樹種主要分布在研究區(qū)的西北部(雙魚石構(gòu)造和廣元等地),須四段最發(fā)育。以廣元工農(nóng)鎮(zhèn)剖面為例,須四段是一個發(fā)育較好的沖積扇沉積層序,可劃分出扇根和扇中2個亞相,扇端欠發(fā)育(圖2)。2.1.1砂體礫石結(jié)構(gòu)扇根亞相主要由河道充填礫巖組成,代表陸相盆地最邊緣,也是最粗的部分。廣元工農(nóng)鎮(zhèn)剖面須四段頂部為典型的扇根亞相,其沉積主要由塊狀巨礫巖、卵石巖組成,總量可達85%以上;最大礫石長軸達15cm以上,礫石成分主要為灰質(zhì)礫巖,粗大礫石格架之間的充填物為砂級碎屑及部分細礫石,礫石磨圓度中等到較好,分選性中等到較差,成層性差,當(dāng)垂向粒度無明顯變化時則難以確定其層面,局部具有粗大礫石呈疊瓦狀排列。巖性為礫、砂、泥的混合體,屬泥石流微相(圖2)。2.1.2河道礫巖的沉積相分布于沖積扇中部,是各期沖積扇中最發(fā)育的部分,通常由河道礫巖和砂礫巖、砂巖沉積組成。在廣元工農(nóng)鎮(zhèn)剖面上,主要由河道砂礫巖、砂巖等組成,見有明顯的沖刷面構(gòu)造,層理較發(fā)育(圖2)。2.2湖相三角洲沉積相研究區(qū)須家河組主要發(fā)育三角洲沉積體系,除須一段、須二段發(fā)育海相三角洲沉積外,其余三角洲主要為湖相三角洲沉積(一般是辮狀河三角州)。其特征具體如下:2.2.1河道微相特征三角洲平原亞相是三角洲沉積的水上部分,位于三角洲沉積層序的最上部,俗稱頂積層。在研究區(qū)具有以下特征:明顯的底沖刷現(xiàn)象,強水動力條件下形成厚砂體、大型交錯層理、斜層理、槽狀交錯層理,自然伽馬曲線上單砂體以正粒序為主,煤線及炭質(zhì)泥巖較發(fā)育,砂層中夾有牛角炭,泥巖層理不發(fā)育。其主要的沉積微相有:a.水上分流河道微相研究區(qū)西北部以關(guān)基井為例(圖3),須四段為典型的水上分流河道沉積微相,由多個向上變細的沉積旋回組成,見有明顯的沖刷面,底部泥礫巖多,向上粒度變細,上部夾薄的粉砂巖和泥巖,多呈塊狀層理、平行層理、板狀交錯層理。b.河道間沉積微相我們將本研究區(qū)中發(fā)育的天然堤、決口扇及洪泛平原等微相統(tǒng)稱為河道間沉積微相,其特征分別為:天然堤是由灰黑色或灰色泥巖、細砂巖、粉砂巖所組成,發(fā)育水平層理和沙紋層理;決口扇主要為夾于灰色泥巖中的粉砂巖和細砂巖組成;洪泛平原則以泥巖沉積為主,夾少量粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖,發(fā)育水平層理及生物擾動構(gòu)造、蟲管等?？傊?河道間沉積微相為一套細粒沉積物,主要由灰色、灰黑色的泥巖、粉砂巖組成,夾少量細砂巖,因此,在測井曲線上多表現(xiàn)為低幅的平直曲線或微齒化曲線,局部為指形或齒形曲線。2.2.2砂壩、粉砂和細砂組合成巖改造三角洲前緣亞相是三角洲的水下部分,位于海(湖)平面與浪基面之間,呈環(huán)帶狀分布于三角洲平原向海洋一側(cè)邊緣,即水上分流河道的前端。主要發(fā)育以下幾種微相:a.水下分流河道微相水下分流河道為三角洲平原分流河道的水下延伸部分,因此兩者無論在巖性上,還是在沉積構(gòu)造或是粒度分布特征等方面都很相似。沉積物以砂、粉砂為主,泥質(zhì)極少;常發(fā)育交錯層理、波狀層理等構(gòu)造。川西南部碼3井須四段表現(xiàn)出了該亞相的特征(圖4)。b.河口砂壩微相河口砂壩是由于河流帶來的砂泥物質(zhì)在河口處因流速降低堆積而成。其巖性主要由砂和粉砂組成,一般分選較好,質(zhì)較純凈;其沉積構(gòu)造主要發(fā)育低角度楔狀層理、平行層理、逆粒序?qū)永?、包卷層理及枕狀?gòu)造等。測井曲線為齒化箱形、漏斗形,幅度自下而上由中幅變?yōu)楦叻?反映出下細上粗的逆粒序剖面結(jié)構(gòu)特征。川西南部碼3井須四段表現(xiàn)出了該亞相的特征(圖4)。c.分流間灣微相水下分流河道之間與湖水相通的低洼地區(qū)即為分流間灣。該微相在研究區(qū)內(nèi)多有出現(xiàn)。巖性上主要為一套細粒懸浮成因的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,少量粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖,發(fā)育小型交錯層理、浪成沙紋層理、水平層理,可見浪成波痕、蟲管等。d.遠砂壩微相遠砂壩位于河口砂壩的前方,是由比河口砂壩更細的物質(zhì)在洪水期越過河口砂壩堆積于其前方而形成的,主要由粉砂、泥和細砂組成。沉積構(gòu)造以水平紋層為主,也常見有波狀交錯層理和脈狀—波狀—透鏡狀復(fù)合層理。該相常夾于淺湖亞相中,在相序上與河口砂壩沉積、席狀砂或前三角洲泥共生,測井曲線為齒化漏斗形或低幅指形。e.席狀砂微相河口砂壩及遠砂壩的砂在側(cè)向遷移過程中,借助湖浪改造而形成位于其前方的席狀砂體,稱為席狀砂微相。它常垂直于河流流向和平行湖岸線分布,沉積物更細、分選更好、分布面積廣泛,厚度較薄,砂質(zhì)較純。由于湖浪改造作用較弱,因此,研究區(qū)內(nèi)席狀砂沉積相對不發(fā)育,多由細粉砂組成,其間為薄層泥所隔開。粉砂巖中可見沙紋層理,在相序上與河口壩、遠砂壩、前三角洲泥或淺湖泥共生,在測井曲線上表現(xiàn)為低幅度的微齒化曲線。2.2.3質(zhì)泥為主的水泥層理前三角洲亞相處于浪基面以下,以泥和粉砂質(zhì)泥為主,含有大量的有機質(zhì),為良好的生油層。具水平層理及透鏡狀層理。在研究區(qū)內(nèi)該亞相與濱淺湖呈過渡關(guān)系,二者較難以區(qū)分。2.3湖泊研究區(qū)湖泊相沉積廣泛分布,據(jù)巖性、沉積構(gòu)造和剖面結(jié)構(gòu),可將研究區(qū)湖相劃分為濱湖亞相和淺湖亞相。2.3.1砂坪微相和泥坪亞相濱湖亞相主要發(fā)育于須三、須四、須五段地層之中,根據(jù)巖性類型及其組合,可將濱湖亞相細分為砂坪微相和泥坪微相。a.砂坪微相巖性為灰色石英砂巖和巖屑砂巖,呈厚度穩(wěn)定的板狀砂體。碎屑分選性和磨圓度較好,顆粒支撐。砂巖中發(fā)育平行層理、沙紋層理等。b.泥坪亞相一般由灰色粉砂巖、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖或泥巖構(gòu)成;發(fā)育水平層理、沙紋層理、波狀層理等沉積構(gòu)造。2.3.2灰?guī)r中灰?guī)r地層淺湖亞相主要見于須三、須四、須五段地層之中。巖石呈深灰色、灰黑色,巖性以泥巖、頁巖為主,偶夾條帶狀或斑塊狀的粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖薄層,見有腹足、介形蟲和輪藻等化石;發(fā)育水平層理、沙紋層理、透鏡狀層理等沉積構(gòu)造。2.4相三角洲主要發(fā)育于須一段和須二段,其亞相、微相特征同湖相三角洲。2.5海岸之美發(fā)育于須一段中,如廣元工農(nóng)鎮(zhèn)須一段和大參井須一段主要為濱岸相。2.6海灣社區(qū)主要見于龍門山中段須二段中,與海相三角洲前緣亞相呈過渡關(guān)系。3巖相古地理特征結(jié)合前人的研究資料,本文在編制沉積相柱狀圖、地層厚度等值線圖、砂體等厚圖等基礎(chǔ)圖件的基礎(chǔ)之上,運用巖相古地理圖編制方法,編制了研究區(qū)須家河期五個階段的巖相古地理圖,并分析了它們各自的特征及演化特點:3.1研究區(qū)地質(zhì)背景卡尼克期末,松潘-甘孜地區(qū)在三疊系西康群沉積后,發(fā)生褶皺變形作用,這是松潘-甘孜地區(qū)形成褶皺帶的首次構(gòu)造運動,也是最為重要的一次構(gòu)造運動。然而,這次變形作用并未使松潘-甘孜地區(qū)露出水面,四川盆地西部水體與其西部的松潘-甘孜地區(qū)海水仍有聯(lián)系,變形作用對東側(cè)的四川盆地沒有重大影響;又由于中三疊世末,以瀘州、開江為核心的水下古隆起進一步上升為陸,形成瀘州和開江古隆起,整個上揚子區(qū)的抬升進一步形成東高西低地勢,海水由東向西退縮。故本文認為研究區(qū)的物源主要來源于研究區(qū)東邊的川中古隆起和北邊的秦嶺造山帶,這與在什邡金河和綿竹漢旺等地區(qū),三角洲前緣發(fā)育的滑塌構(gòu)造和三角洲平原分流河道砂體中發(fā)育的斜層理構(gòu)造等特征是相符的。研究區(qū)主要為海相三角洲平原-海相三角洲前緣-濱岸相沉積(圖5),其中濱岸沉積主要發(fā)育于研究區(qū)西南部(雅安、眉山等地)及研究區(qū)北部(廣元、劍閣等地),海相三家洲平原發(fā)育于南充、簡陽等地,海相三角洲前緣則發(fā)育于龍門山前緣(成都、綿陽、安縣等地)。本期沉降中心在綿陽、成都、邛崍以西,厚度100～300m。3.2德國華洋、龍門山后的德國聯(lián)邦龍門山逆沖推覆體開始逆沖推覆,在研究區(qū)西部形成造山帶雛形,部分隆升幅度較大的地區(qū)開始露出海面并構(gòu)成北東向展布的島鏈,特別是九頂山、摩天嶺的隆升,半分隔了阿壩海域,形成了須二期的海灣,使得研究區(qū)普遍發(fā)育三角洲沉積,形成了巨厚的砂體,自西向東減薄(圖6)。在什邡金河剖面,筆者對須二段的泥質(zhì)巖進行微量元素分析表明,其Sr/Ba與其下部的須一段分析結(jié)果相似,皆大于1;而其上部的須三段Sr/Ba<1,這表明須二期什邡金河為海相沉積環(huán)境,進一步證明了研究區(qū)與阿壩海域是連通的。研究區(qū)除龍門山前緣局部發(fā)育海灣相外,主要發(fā)育海相三角洲沉積體系(圖6),物源仍主要來源于研究區(qū)東邊的川中古隆起和北邊的秦嶺造山帶,龍門山逆沖推覆帶提供的物源則次之。本期的沉降中心有兩個:一是位于成都的西北部,其地層厚度達700m以上;二是位于安縣地區(qū),其地層厚度可達900m以上。3.3地質(zhì)背景及物源來源受龍門山逆沖推覆的影響,西邊的島嶼進一步抬升擴大,并大部分連綿形成小山脈。除局部地層中含少量半咸水雙殼類,表明與古特提斯海仍有通道溝通外,研究區(qū)基本結(jié)束了海相沉積,幾乎進入了以陸相沉積環(huán)境為主的演化期。研究區(qū)主要為湖相三角洲前緣亞相、濱淺湖及湖相三角洲平原亞相沉積(圖7),此時的物源主要來自于西邊的龍門山逆沖推覆體,而東邊的川中古隆起和北邊的秦嶺造山帶提供的物源則次之。本期的沉降中心位于隆豐場地區(qū)(隆豐1井),地層厚度達1000m以上。3.4逆沖推覆體物源區(qū)的形成在龍門山前緣帶,普遍發(fā)育以碳酸鹽巖礫石為主的礫巖層,其礫徑一般在10cm左右,大者達70cm。大量的礫石反映了物源區(qū)與沉積盆地間有較大的地形反差,是物源區(qū)強烈上升的結(jié)果。說明受安縣運動的影響,龍門山已褶皺成山,使整個四川盆地真正進入了陸相的沉積環(huán)境。研究區(qū)主要為沖積扇、湖相辮狀河三角洲及濱淺湖沉積(圖8),此時的物源主要來自于西邊的龍門山逆沖推覆體。本期的沉降中心仍位于隆豐場地區(qū)(隆豐1井),地層厚度達1200m以上。3.5地層沉積特征本期繼承了須四期的構(gòu)造演化特征及沉積特征,沉積環(huán)境較為穩(wěn)定,主要為濱淺湖相、湖相辮狀河三角洲沉積,沉積范圍進一步擴大,已覆蓋整個四川盆地,地層仍具有西厚東薄的沉積特征(圖9)。受印支構(gòu)造運動晚幕的影響,安縣-中壩構(gòu)造-九龍山構(gòu)造一線以北廣大地區(qū)遭受剝蝕,須五段地層無保留。本期物源主要來自于西邊的龍門山逆沖推覆體,沉降中心位于都江堰、寶興附近,地層厚度可達1000m以上。4龍門山、逆沖推覆體及陸相環(huán)境的演變本文主要得到以下結(jié)論和認識:a.本文對川西前陸盆地晚三疊世(諾利期-瑞替期)的地層進行歸并、劃分,并統(tǒng)一命名為須家河組,共劃分為五段。b.研究區(qū)內(nèi)須家河組主要發(fā)育沖積扇、湖相三角洲、湖泊、海相三角洲、濱岸和海灣六種主要的沉積相類型,其中三角洲沉積體系構(gòu)成了整個研究區(qū)的沉積骨架。c.研究區(qū)古地理演化經(jīng)歷了由海相環(huán)境—海陸過渡相環(huán)境—陸相環(huán)境的轉(zhuǎn)變:(1)須一期(即小塘子期),龍門山逆沖推覆體尚未形成,研究區(qū)主要為海相三角