川西北九龍山地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組珍珠沖段沉積相研究

江文劍，侯明才，，馬華靈，李 勇，王文楷

(1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都610059;2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059;3.中國(guó)石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川江油621709;4.核工業(yè)208研究所，四川廣漢618300)

1 研究區(qū)概況

晚三疊世末，甘孜—阿壩印支造山帶形成，受其影響，四川盆地除北部一隅外，結(jié)束了廣泛分布的湖盆沉積，并一度上升成陸，遭受風(fēng)化剝蝕。早侏羅世—中侏羅世早期，四川盆地由三疊世的前陸盆地演變?yōu)檑晗菖璧兀?～2］(見(jiàn)圖1)。

九龍山構(gòu)造位于川北古中坳陷低緩構(gòu)造帶，為背斜構(gòu)造。背斜呈北東向延伸，背斜長(zhǎng)度超過(guò)50 km，構(gòu)造走向上與龍門山一致，向北與米倉(cāng)山高角度相交［3～5］。自1976年對(duì)九龍山構(gòu)造進(jìn)行油氣鉆探，并發(fā)現(xiàn)珍珠沖段氣藏以來(lái)，在該區(qū)已開(kāi)展了大量油氣勘探工作，并取得了良好的效果。但是前人主要是從大時(shí)間跨度、大區(qū)域上對(duì)整個(gè)川西地區(qū)侏羅系沉積環(huán)境及沉積體系進(jìn)行研究，認(rèn)為川西坳陷北部和西部受印支造山帶的影響，普遍發(fā)育沖積扇和沖積平原粗碎屑巖［6～17］，而對(duì)該地區(qū)珍珠沖段沉積環(huán)境的詳細(xì)研究較少。因此，對(duì)九龍山地區(qū)珍珠沖段 (見(jiàn)圖2)沉積相進(jìn)行詳細(xì)刻畫，對(duì)該層段的勘探開(kāi)發(fā)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

本文參考前人研究獲得的川西地區(qū)珍珠沖段野外實(shí)測(cè)剖面，同時(shí)結(jié)合研究區(qū)內(nèi)44口鉆井的測(cè)井、巖心資料，綜合考慮研究區(qū)巖石類型、結(jié)構(gòu)組分、沉積構(gòu)造等反映沉積環(huán)境的多種因素，對(duì)九龍山地區(qū)自流井組珍珠沖段沉積相及其沉積微相進(jìn)行了詳盡的分析，為該地區(qū)油氣勘探工作提供依據(jù)。

圖1 四川盆地構(gòu)造略圖［3］Fig.1 A tectonic map of Sichuan Basin

圖2 九龍山地區(qū)下侏羅統(tǒng)綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of the Lower Jurassic in Jiulongshan area

2 沉積相特征

2.1 巖石學(xué)特征

通過(guò)鉆井巖心觀察，結(jié)合顯微薄片鑒定發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)珍珠沖段底部發(fā)育大套粗碎屑巖，巖石類型主要為礫巖、含礫砂巖、粗砂巖等 (見(jiàn)圖3A);中部粒度則變細(xì)，以粗砂巖為主，含有含礫砂巖、細(xì)砂巖等 (見(jiàn)圖3B、3C);上部則主要發(fā)育為粉砂巖，泥巖等 (見(jiàn)圖3D、圖4A)。礫巖中礫石分選較差，但具有較好磨圓度，礫石成分較復(fù)雜，主要成分為沉積石英巖和碳酸鹽巖，礫石之間充填物主要為砂質(zhì)，少見(jiàn)泥質(zhì)充填物 (見(jiàn)圖4B)。砂巖成分成熟度較低，主要為巖屑砂巖 (見(jiàn)圖5)，而在巖屑構(gòu)成上，碳酸鹽巖屑含量較高，平均值達(dá)到18%左右，膠結(jié)物主要呈鈣質(zhì)和硅質(zhì) (見(jiàn)圖4C、4D)。巖石結(jié)構(gòu)特征總體上反映了碎屑物質(zhì)近物源的特點(diǎn)。

圖3 研究區(qū)主要巖石類型、生物化石、沉積構(gòu)造類型Fig.3 Main types of rock，biological fossils and sedimentary structure in the study area

2.2 沉積構(gòu)造標(biāo)志

沉積構(gòu)造能直接反映沉積時(shí)沉積介質(zhì)的營(yíng)力和流動(dòng)狀態(tài)，因而它是沉積巖最重要的成因標(biāo)志之一［18］。研究區(qū)砂礫巖發(fā)育強(qiáng)牽引流成因的沖刷面，交錯(cuò)層理，正粒序?qū)永?，礫石疊瓦狀構(gòu)造及滑塌形成的滑塌變形構(gòu)造。例如龍107井巖心下部可見(jiàn)淺灰色具有疊瓦狀構(gòu)造的礫巖沖刷灰黑色的泥巖形成的沖刷面，其上部砂礫巖則顯示正粒序?qū)永?，沖刷面反映強(qiáng)水動(dòng)力沉積環(huán)境，而正粒序?qū)永韯t反映其水動(dòng)力條件逐漸減弱 (見(jiàn)圖3E)。同時(shí)在龍119井中發(fā)現(xiàn)了滑塌變形構(gòu)造 (見(jiàn)圖3F)，而這種構(gòu)造是由水下滑坡形成［18］。

圖4 研究區(qū)主要巖石類型微觀特征Fig.4 Microscopic features of the main rock types in the study area

圖5 砂巖類型投點(diǎn)圖Fig.5 Scatter diagram of the main sandstone types

2.3 古生物化石標(biāo)志

前人野外露頭資料研究表明，川西北地區(qū)珍珠沖段為含煤地層，植物化石以真蕨植物的雙扇蕨科、馬通科及蘇鐵類為特征，表明川西北地區(qū)早侏羅世珍珠沖段沉積時(shí)主要為熱帶、亞熱帶潮濕型氣候。本研究區(qū)巖心剖面上也發(fā)現(xiàn)了蘇鐵類植物化石 (見(jiàn)圖3G)及煤線 (見(jiàn)圖3H)，表明本區(qū)沉積時(shí)與整個(gè)川西北氣候相同。

2.4 碎屑物質(zhì)顏色及黏土礦物組合特征

通過(guò)巖心觀察，本研究區(qū)域內(nèi)珍珠沖段泥巖及粉砂質(zhì)泥巖顏色以灰色、灰黑色色調(diào)為主(見(jiàn)圖3I)，局部地區(qū)呈現(xiàn)灰綠色，基本無(wú)紅色色調(diào)，同時(shí)未見(jiàn)鈣質(zhì)結(jié)核等強(qiáng)烈蒸發(fā)條件下的特征物質(zhì)，而可見(jiàn)黃鐵礦。黏土礦物組合為高嶺石-伊利石-綠泥石組合，與潮濕—半潮濕氣候下的黏土礦物組合特點(diǎn)相同，說(shuō)明該沉積時(shí)期氣候是以潮濕氣候?yàn)橹鳎练e環(huán)境為還原—弱還原環(huán)境。

3 沉積相類型及亞相微相特征

通過(guò)對(duì)九龍山地區(qū)30余口鉆井巖心和測(cè)井資料的詳細(xì)研究，根據(jù)巖石類型、巖心沉積結(jié)構(gòu)、沉積旋回、巖電組合，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景資料和已有的眾多前人研究成果，認(rèn)為該地區(qū)珍珠沖段發(fā)育的沉積相類型主要為濕地型扇三角洲［19～21］和湖泊相，并按照水動(dòng)力條件和沉積特征分別劃分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲，半深湖—深湖相等亞相及水下分流河道、分流間灣、河口沙壩等微相。

3.1 扇三角洲相

3.1.1 扇三角洲平原亞相

扇三角洲平原是沖積扇推進(jìn)到水體中陸上部分，其范圍從扇端至湖岸線之間的近湖平原地帶。研究區(qū)內(nèi)扇三角洲平原亞相上主要發(fā)育近源的礫質(zhì)辮狀河道沉積及水道間泛濫平原。辮狀河道沉積主要為礫巖和含礫粗砂巖，礫石呈一定的定向排列，分選性較差，磨圓度中等，礫石之間常充填有砂質(zhì)沉積物或水道間沼澤沉積泥質(zhì)沉積物 (見(jiàn)圖3J)，測(cè)井在測(cè)井響應(yīng)上表現(xiàn)為低伽馬值，自然伽馬曲線呈不規(guī)則箱狀和低幅鐘形負(fù)異常組合。水道間泛濫平原主要包括天然堤、分流間洼地、沼澤等沉積微相，巖性以灰色細(xì)砂、砂質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥巖為主，自然伽馬曲線呈低幅的微齒化線形狀，其中以沼澤化含煤線的暗色泥巖沉積為其顯著特征 (見(jiàn)圖3H)，是扇三角洲平原亞相鑒別主要標(biāo)志。由于辮狀河道在平面上來(lái)回遷移造成水道間泛濫平原不發(fā)育。

3.1.2 扇三角洲前緣亞相

扇三角洲前緣是沖積扇入湖后的水下部分，是扇三角洲主體，也是發(fā)育最好的部分。可進(jìn)一步將其劃分為水下分流河道沉積、分流河道間沉積、河口砂壩等微相 (見(jiàn)圖6)。

3.1.2.1 水下分流河道

研究區(qū)內(nèi)水下分流河道主要以砂礫質(zhì)辮狀河道沉積為主，有以下特征:

①巖性主要以礫巖、含礫粗砂巖、砂巖為主，厚度較大，礫石排列具有一定方向性，呈疊瓦狀構(gòu)造，底部?？梢?jiàn)沖刷充填構(gòu)造 (見(jiàn)圖3E)，反映了以牽引流為主。

②剖面上砂礫巖呈多層樓式正韻律疊置層，可分為無(wú)泥巖粗粒間斷正韻律和有泥巖粗粒間斷正韻律，前者多出現(xiàn)在剖面底部的礫巖、砂質(zhì)礫巖、粗砂巖中，其特點(diǎn)是巖相粗，沉積水動(dòng)力強(qiáng)，相互疊置，之間無(wú)泥巖夾層，厚度較大，為4～30 m，如龍107井底部礫巖 (見(jiàn)圖3E);后者多出現(xiàn)在剖面中上部的砂巖中，間斷正韻律中出現(xiàn)泥巖夾層，越向上泥質(zhì)含量越高，厚度為3～10 m，每個(gè)間斷正韻律自下而上可為沖刷下伏層中粗砂巖，略顯平行層理細(xì)砂巖，具有單向斜紋層粉細(xì)砂巖及泥巖。砂巖中常發(fā)育平行層理，交錯(cuò)層理等牽引流構(gòu)造 (見(jiàn)圖7A)。

圖6 龍118井珍珠沖段沉積微相綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive column of sedimentary microfacies in Zhenzhuchong segment of Well Long 118

圖7 龍110井成像測(cè)井特征圖Fig.7 Imagery logging characteristics of Well Long 110

③底部無(wú)泥巖粗粒間斷正韻律砂礫巖在測(cè)井響應(yīng)上表現(xiàn)為低伽馬值，GR曲線上表現(xiàn)為鐘形或箱型。中上部有泥巖粗粒間斷正韻律GR測(cè)井曲線出現(xiàn)帶有鋸齒化的箱型或鐘形 (見(jiàn)圖8A、8B)。

圖8 研究區(qū)沉積微相測(cè)井曲線特征Fig.8 Logging features of sedimentary microfacies in the study area

④在砂巖、細(xì)砂巖中可見(jiàn)一些滑動(dòng)變形構(gòu)造 (見(jiàn)圖3F、圖7B)，這主要是因?yàn)樵谒路至骱拥滥┒巳牒帲捎谄露茸兌?，堆積速度較快，沉積物常發(fā)生滑動(dòng)而形成的。各種滑塌變形構(gòu)造是鑒別扇三角洲前緣的重要相標(biāo)志。

3.1.2.2 水下分流河道間沉積

水下分流河道間沉積主要包括天然堤和分流間灣沉積，天然堤以細(xì)沙粉砂為主，分流間灣由暗色泥巖組成，偶夾有粉、細(xì)砂巖及含礫巖，水平層理發(fā)育。由于水下分離河道沖刷力強(qiáng)，改道頻繁，一旦改道，沉積物往往被沖刷減薄，甚至完全被沖刷掉，因此常以?shī)A層的形式出現(xiàn)。自然伽馬曲線上常呈鋸齒狀或指狀 (見(jiàn)圖8C)。

3.1.2.3 河口砂壩

沉積物主要為薄層細(xì)砂巖、粉砂巖或含礫細(xì)砂巖，可見(jiàn)弱逆粒序，偶見(jiàn)交錯(cuò)層理，沖刷面少見(jiàn)，這是由于沉積物快速堆積，從而中斷水下分流河道穩(wěn)定的擴(kuò)展周期的緣故，自然伽馬曲線上表現(xiàn)為漏斗型 (見(jiàn)圖8D)。

3.1.3 前扇三角洲亞相

前扇三角洲主要由深灰色、灰黑色泥巖偶夾灰色薄層狀粉砂巖及細(xì)砂巖組成，測(cè)井響應(yīng)為高伽馬值，GR曲線上表現(xiàn)低幅弱齒形 (見(jiàn)圖8D)。

3.2 湖泊相

研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育半深—深湖亞相。沉積物主要有深灰色，灰黑色泥巖夾成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較高的暗褐色、淺褐色細(xì)砂巖和粉砂巖。測(cè)井響應(yīng)為高伽馬值，GR曲線上表現(xiàn)低幅弱齒形或柱形。該相與前扇三角洲亞相不易區(qū)分。

4 沉積相平面展布及演化特征

沉積相平面展布圖是沉積相研究的集中體現(xiàn)，自馮增昭在碳酸鹽巖領(lǐng)域運(yùn)用“單因素分析多因素綜合作圖法”［22～23］進(jìn)行研究，取得了一系列成果［24～25］后，很多學(xué)者將此方法應(yīng)用到碎屑巖古地理研究中，也取得了很多成果［26～28］。因此，筆者也根據(jù)“單因素分析多因素綜合作圖法”的研究思路，對(duì)地層厚度、砂體厚度、砂地比等值線圖、礫巖厚度分布和泥巖等厚圖等單因素進(jìn)行研究，并結(jié)合古生物化石分布、沉積構(gòu)造分布以及測(cè)井相，在綜合分析各單因素的基礎(chǔ)上，按中期旋回系統(tǒng)編制了珍珠沖段早期、中期和晚期沉積相平面展布圖 (見(jiàn)圖9—圖11)，并對(duì)其沉積演化進(jìn)行了分析。

研究區(qū)域沉積相平面展布格局顯示，早期該地區(qū)大部分處于隆起區(qū)，只在東北地區(qū)發(fā)育陸上扇三角洲平原沉積，分流河道中主河道位于龍112井—龍108井一帶，而龍17井—龍111井為次河道，物源呈北東方向。

中期，由于龍門山活動(dòng)，湖水北進(jìn)，湖平面上升，此時(shí)早期的隆起區(qū)沉入水下接受沉積，發(fā)育扇三角洲前緣，物緣呈現(xiàn)北東和正北2個(gè)方向。水下分流河道中主河道位于龍17井—龍109井一帶和龍002-5井—龍104井一帶，分流間灣主要位于龍117井以北地區(qū)。

晚期，湖水繼續(xù)北進(jìn)，湖平面持續(xù)上升，研究區(qū)域發(fā)育扇三角洲前緣末端-前扇三角洲-淺湖半深湖沉積，在龍114，龍17，龍115，龍116，龍117;龍112，龍108;龍119，龍15，龍9，龍104;龍001-U2，龍001-u1，龍105等處發(fā)育扇三角州前緣河口沙壩，遠(yuǎn)沙壩等沉積。

圖9 九龍山地區(qū)珍珠沖段早期沉積相圖Fig.9 Sedimentary facies in the early sedimentary period of Zhenzhuchong Segment

圖10 九龍山地區(qū)珍珠沖段中期沉積相圖Fig.10 Sedimentary facies in the middle sedimentary period of Zhenzhuchong Segment

圖11 九龍山地區(qū)珍珠沖段晚期沉積相圖Fig.11 Sedimentary facies in the late sedimentary period of Zhenzhuchong Segment

5 沉積相發(fā)育模式

通過(guò)分析研究區(qū)各單井剖面沉積相展現(xiàn)出的特征和演化規(guī)律，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，以現(xiàn)代沉積學(xué)原理為指導(dǎo)，建立了九龍山地區(qū)珍珠沖段的扇三角洲沉積模式 (見(jiàn)圖12)。該扇三角洲沉積是典型的退積型扇三角洲層序。其形成過(guò)程是:由于山洪暴發(fā)，含有大量推移載荷的沖積扇從北東方向米倉(cāng)山隆起向湖盆中心泄載，當(dāng)沉積物的堆積速度小于湖盆沉降速度時(shí)，扇三角洲砂體則向源區(qū)方向退積，其結(jié)果便形成下粗上細(xì)的退積型正旋回沉積層序(見(jiàn)圖13)。

圖12 扇三角洲沉積模式圖Fig.12 Depositional model diagram of fan delta

圖13 九龍山地區(qū)珍珠沖段扇三角洲沉積剖面示意圖Fig.13 A sketch map of fan delta sedimentation in Zhenzhuchong Section in Jiulongshan area

該層序三層結(jié)構(gòu)明顯，下部為扇三角洲平原沉積，主要發(fā)育礫質(zhì)辮狀河道沉積，水道間泛濫平原沉積不發(fā)育;中部為扇三角洲前緣沉積，發(fā)育水下分流河道砂礫巖，河口沙壩砂巖，席狀細(xì)砂巖及分流間灣細(xì)砂、粉砂、泥巖;上部為前扇三角洲-淺湖半深湖相沉積，以暗色泥巖為主，夾薄層狀細(xì)砂巖、粉砂巖。

6 結(jié)論

九龍山地區(qū)在珍珠沖段主要發(fā)育扇三角洲相沉積，其中沉積早期發(fā)育扇三角洲平原，中期發(fā)育扇三角洲前緣，晚期發(fā)育扇三角洲前緣末端-前扇三角洲-淺湖半深湖相。

本區(qū)扇三角洲沉積總體上呈湖進(jìn)型正粒序?qū)有?，表明?dāng)時(shí)湖盆的沉降速度超過(guò)了沉積補(bǔ)償速度。

本區(qū)扇三角洲沉積物主要物源方向?yàn)楸睎|和正北方向，碎屑物質(zhì)未經(jīng)長(zhǎng)期搬運(yùn)沖刷，成分成熟度較低，沉積物粒度粗，以礫巖，含礫粗砂巖為主。

本區(qū)扇三角洲屬于濕地型扇三角洲，辮狀水道砂礫巖為其主要骨架。沉積微相空間變化主要受暫時(shí)性水流的強(qiáng)弱與距物源區(qū)遠(yuǎn)近控制。

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