川東北地區(qū)須家河組四段物源及沉積體系特征

周　霞,王　威,杜紅權(quán),王　濤（．中國石化勘探分公司研究院，成都6004；.中國石油新疆油田分公司紅山油田有限責(zé)任公司,新疆克拉瑪依834000）

川東北地區(qū)須家河組四段物源及沉積體系特征

周霞1,王威1,杜紅權(quán)1,王濤2
（1．中國石化勘探
分公司研究院，成都610041；2.中國石油新疆油田分公司紅山油田有限責(zé)任公司,新疆克拉瑪依834000）

綜合運(yùn)用古水流法、巖礦分析法及重礦物法3類物源分析方法對(duì)川東北地區(qū)須四段沉積期的物源方向進(jìn)行分析，恢復(fù)了各物源區(qū)母巖性質(zhì)。通過對(duì)研究區(qū)及周緣露頭須四段古水流方向、砂巖類型、巖屑類型及含量變化、重礦物組合和重礦物ZTR指數(shù)等資料的研究表明，須四段沉積期川東北地區(qū)各個(gè)區(qū)塊具有不同的物源方向：元壩西部沉積物主要來自于龍門山造山帶，母巖類型主要為碳酸鹽巖、次為硅質(zhì)巖，少量低級(jí)變質(zhì)巖；通南巴地區(qū)沉積物主要來自于米倉山—北大巴山造山帶，母巖類型主要為沉積巖，次為火山巖，少量的低-中高級(jí)變質(zhì)巖；元壩東部沉積物可能來自大巴山東緣，母巖類型主要為沉積巖，次為低級(jí)變質(zhì)巖，以富含長石為特征；元壩中部呈混合物源的特征。根據(jù)物源分析、沉積環(huán)境、野外露頭、巖心觀察、測(cè)井及地震資料分析，將須四段沉積期川東北地區(qū)劃分為3大辮狀河三角洲沉積體系，以三角洲平原辮狀河道和前緣水下分流河道微相為主，河道砂體全區(qū)發(fā)育。

四川盆地；川東北地區(qū)；須家河組四段；物源分析；辮狀河三角洲

2012年以來，四川盆地東北部（以下簡稱川東北地區(qū)）上三疊統(tǒng)須家河組四段（以下簡稱須四段）勘探取得重大突破，多口井測(cè)試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，顯示出良好的勘探潛力。由于川東北地區(qū)須四段沉積時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)頻繁，多個(gè)造山帶相互作用，具有多物源、物源變化明顯的特點(diǎn)。前人對(duì)龍門山造山帶、東北米倉山—大巴山造山帶對(duì)研究區(qū)的影響范圍及不同物源區(qū)的特征等進(jìn)行了研究并已取得初步成果，但尚不能完全滿足勘探的需要，因此需要進(jìn)一步對(duì)大區(qū)域進(jìn)行精細(xì)研究。

物源分析可以使用多種方法，諸如重礦物分析法、古流向分析法、地球化學(xué)法、碎屑巖分類分析法、同位素法、裂變徑跡法等[1-4]。本文根據(jù)川東北地區(qū)須四段野外4個(gè)剖面和36口井的巖心、薄片、分析化驗(yàn)等資料，通過對(duì)古水流方向、砂巖組分、巖屑類型、重礦物組合及ZTR指數(shù)的綜合分析，對(duì)川東北地區(qū)各個(gè)物源方向和母巖類型進(jìn)行了研究，結(jié)合物源分析、沉積環(huán)境、野外露頭、巖心觀察、測(cè)井及地震資料分析，探討了研究區(qū)須四段沉積體系特征，對(duì)指導(dǎo)儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)方法和測(cè)試方式的選取有重要意義。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)構(gòu)造位置處于大巴山弧形構(gòu)造帶西南前緣與川東高陡構(gòu)造帶北側(cè)交會(huì)處，屬揚(yáng)子板塊的北緣，北鄰米倉山—大巴山前陸沖斷帶，東接川東高陡斷褶帶，西為龍門山斷褶帶（圖1）。印支運(yùn)動(dòng)以來，在川東北地區(qū)的周緣發(fā)育北東向龍門山和北西向米倉山—大巴山2個(gè)巨型推覆構(gòu)造帶，須家河組沉積后，盆地周緣造山帶活動(dòng)加劇，川西龍門山大規(guī)模隆升，形成了須三段和須四段之間“安縣運(yùn)動(dòng)”不整合面；川東北大巴山全面隆升，山前堆積大規(guī)模礫石沉積物[5-7]。

圖1　川東北地區(qū)區(qū)域構(gòu)造及研究區(qū)位置

川東北地區(qū)須家河組是沉積在中、下三疊統(tǒng)碳酸鹽巖之上的一套以砂巖、泥巖為主的陸源碎屑“煤系地層”，根據(jù)其沉積旋回和巖性特征，將須家河組自下而上分為須一段、須二段、須三段、須四段和須五段5個(gè)層段。通南巴地區(qū)缺失須一段、須二段下亞段地層，元壩地區(qū)地層發(fā)育完整，其中須一段、須三段和須五段以泥巖沉積為主，須二段、須四段以砂巖和礫巖沉積為主。須四段總厚度為39~134 m，盆內(nèi)發(fā)育多個(gè)辮狀河三角洲沉積體系。

2　物源分析

2.1古水流分析

古流向分析既可圈定古斜坡、推測(cè)古岸線走向，又可按沉積物分布的樣式探索盆地的結(jié)構(gòu)及幾何形態(tài)[8]。古流向分析有多種定量分析方法，本文利用交錯(cuò)層理傾向繪制出流向玫瑰圖來指示物源方向。任何規(guī)模的交錯(cuò)層理都有識(shí)別古水流的價(jià)值，交錯(cuò)層前積層傾斜的方位就代表了水流的方向。

總體看，古水流方向表明川東北地區(qū)須四段存在3個(gè)不同方向的物源（圖2）。元壩西部（元陸6井、元陸20井、元陸8井和元壩204井）交錯(cuò)層理傾向顯示古水流主要為北西—南東向，反映當(dāng)時(shí)沉積物來源于西北部；元壩中部（元陸2井）地區(qū)交錯(cuò)層理傾向顯示古水流主要為北西向，次為南西向及正北向，表明沉積物來自西北部、西南部和北部，呈現(xiàn)混源的特征；通南巴地區(qū)馬201井交錯(cuò)層理的傾向顯示古水流方向?yàn)楸睎|—南西向，表明沉積物主要來自東北部；元壩東部元陸17井—元陸171井區(qū)交錯(cuò)層理傾向顯示古水流主要為南東—北西向，元陸4井主要為北西、南西2個(gè)方向，表明可能存在一個(gè)由東、東南向西的物源方向。

圖2　川東北地區(qū)須四段沉積期古水流玫瑰圖

2.2巖礦分析法

碎屑沉積物的成分可反映物源的組成、物源方向和古環(huán)境方面的信息。物源區(qū)母巖類型的差異以及隨后的河流搬運(yùn)、分異作用決定了沉積盆地中碎屑物的組成不同[9-10]。不同的物源區(qū)決定了巖石類型的不同。川東北地區(qū)須四段元壩西部和通南巴地區(qū)從盆地邊緣向盆地中心巖性由礫巖逐步演變?yōu)樯皫r沉積，元壩東部為砂巖沉積。本文主要利用砂巖來進(jìn)行巖礦分析。

（1）砂巖組分與物源的關(guān)系由表1可見：①研究區(qū)元壩西部石英含量沿北西向南東方向逐漸增加，元陸10井僅為11.2%，粒度較粗，分選差，磨圓度為棱角-次棱角狀，表現(xiàn)出近物源的特征；元壩104井石英含量超過60.0%，粒度逐漸變細(xì)，磨圓和分選逐漸變好，長石含量整體偏低，小于5.0%，礦物成熟度沿元陸10井—元壩101井一線，元壩205井—元壩2井一線逐漸向盆內(nèi)增大。②研究區(qū)東北部通南巴地區(qū)馬201井石英含量僅為15.8%，也呈近物源沉積的特征，向西南部逐漸增加，到仁和1井石英含量達(dá)到89.2%，長石含量從北東向南西呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，從馬201井的7.4%減小到仁和1井的1.8%.礦物成熟度也從北東向南西逐漸變大。③研究區(qū)元壩東石英含量整體較高，磨圓和分選較好，表明離物源區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)，長石含量在研究區(qū)最高，平均為14.6%，表明沉積物來源與元壩西、通南巴地區(qū)不同，石英含量從東向西逐漸增大，長石含量逐漸減小，礦物成熟度也逐漸增大。④研究區(qū)元壩中部石英含量為44.1%~77.3%，長石含量為0~11.4%，整體無明顯規(guī)律性，呈現(xiàn)混緣的特征。

通過以上分析初步表明，元壩西部長石含量最低，主要是巖屑砂巖的覆蓋區(qū)，是西北部物源控制下的沉積產(chǎn)物；通南巴地區(qū)主要為巖屑砂巖、少量巖屑石英砂巖，沉積物主要來源于盆地東北部；元壩東部長石含量最高，主要發(fā)育長石巖屑砂巖，沉積物主要來源于盆地東部。元壩中部表現(xiàn)混源的特征，這與古水流分析結(jié)果一致。

表1　川東北地區(qū)須四段巖石組分分析

（2）巖屑成分與物源分析巖屑的類型及含量能準(zhǔn)確反映物源區(qū)的巖性、風(fēng)化類型、風(fēng)化程度及沉積物搬運(yùn)距離[11]，是提供物源區(qū)母巖類型的直接標(biāo)志。通過對(duì)野外4個(gè)剖面及盆內(nèi)單井薄片的觀察及顯微鑒定表明（表1），研究區(qū)須四段砂巖巖屑在不同區(qū)域類型含量不同：①元壩西部地區(qū)巖屑成分主要為白云巖、灰?guī)r、砂巖、石英巖，表明母巖類型主要為沉積巖，平均為50.75%，變質(zhì)巖和火山巖巖屑含量較少，平均含量分別為6.70%和0.98%，垂向上巖屑成分略有不同，下部以硅質(zhì)巖為主，含少量的碳酸鹽巖，上部以碳酸鹽巖為主（圖3a），含有少量的硅質(zhì)巖，推測(cè)可能因?yàn)楣潘鞯倪w移，下部古水流主要為西北部，向上古水流逐漸向南遷移，其巖屑特征與四川盆地西北部廣元工農(nóng)鎮(zhèn)剖面類似。該剖面碳酸鹽巖巖屑明顯高于其他剖面，達(dá)到7.50%.②通南巴地區(qū)巖屑成分主要為粉砂巖、泥頁巖、白云巖、灰?guī)r、中酸性噴出巖、石英巖（圖3b），表明母巖類型主要為沉積巖和火山巖，含量分別為18.87%和17.75%，變質(zhì)巖含量較少，其巖屑特征與盆地東北緣通江諾水河剖面類似，通江諾水河剖面巖屑成分以沉積巖和變質(zhì)巖為主，二者含量占總組分含量的24%，含少量的火山巖巖屑，碳酸鹽巖巖屑含量極少，僅為0.27%，與其他區(qū)域巖屑類型差異較大。③元壩東部巖屑成分主要為粉砂巖、泥頁巖、白云巖、灰?guī)r、石英巖、千枚巖等，表明元壩東部物源區(qū)母巖以沉積巖和低級(jí)變質(zhì)巖組合為主，平均含量分別為14.2%和12.1%.④元壩中部以沉積巖巖屑為主，平均占總組分含量的18.26%，介于元壩西部和通南巴地區(qū)兩者之間，其沉積巖巖屑主要為硅質(zhì)巖，在元陸28井—元陸3井區(qū)可見碳酸鹽巖巖屑，向南邊碳酸鹽巖巖屑消失，變質(zhì)巖巖屑次之，占總組分含量的11.48%，火山巖巖屑占總組分含量的1.9%，整體來看，具有匯水區(qū)的特征。以上分析表明，碳酸鹽巖巖屑主要發(fā)育于元壩西部，火山巖巖屑只發(fā)育在通南巴地區(qū)，沉積物來自不同的物源區(qū)。

圖3　川東北地區(qū)須四段薄片照片

2.3重礦物分析

砂巖儲(chǔ)集層中的重礦物因其耐磨蝕、穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠較多地保留其母巖的典型特征，不同的母巖類型具有特定的重礦物組合及相對(duì)含量，因此在物源分析中占有重要地位[12-14]。石榴子石、磁鐵礦、綠簾石和部分鈦鐵礦是變質(zhì)巖的產(chǎn)物，磷灰石來源于中-酸性火山巖，重晶石和赤（褐）鐵礦是沉積物沉積和成巖過程中生成的，它們的大量出現(xiàn)代表了干旱氧化的沉積和成巖環(huán)境［15-18］，通過重礦物的組合來初步判斷物源區(qū)的方向和母巖巖性。

據(jù)元陸17井等9口井和11個(gè)野外剖面的重礦物樣品分析表明（表2）：川東北地區(qū)重礦物主要類型為鋯石、白鈦礦、磁鐵礦、電氣石，其次為赤（褐）鐵礦、金紅石、石榴子石、綠泥石，出現(xiàn)率為95%，少數(shù)井中還見重金石、綠簾石和磷灰石。研究區(qū)西部和東部重礦物含量具有顯著的不同：①西部工農(nóng)鎮(zhèn)、劍門關(guān)剖面石榴子石含量最高，超過20%，其他區(qū)域含量極少，為中-高級(jí)變質(zhì)巖的產(chǎn)物；東部重晶石含量在研究區(qū)最高，平均為16.5%，為沉積巖的產(chǎn)物，表明元壩西部和東部來自不同的物源區(qū)。

研究區(qū)內(nèi)重礦物總體分布不穩(wěn)定，大致可劃分為4個(gè)區(qū)（圖4）：①元壩西部元壩102井和元壩2井以白鈦礦+赤鐵礦+鋯石+電氣石為主，表明母巖主要為沉積巖和低級(jí)變質(zhì)巖，穩(wěn)定重礦物組合與劍門關(guān)—工農(nóng)鎮(zhèn)剖面相似，總含量比西北部剖面明顯更高，次穩(wěn)定重礦物石榴子石含量差別較大，元壩2井含少量的石榴子石，推測(cè)來自劍門關(guān)—工農(nóng)鎮(zhèn)剖面，隨搬運(yùn)距離越遠(yuǎn)含量越低，元壩102井須四段磁鐵礦含量較高，達(dá)到14.7%，表明須四段沉積時(shí)期元壩102井為缺氧的還原環(huán)境。②通南巴地區(qū)馬2井重礦物組合以白鈦礦+鋯石（圓）+電氣石+石榴子石+金紅石為主，表明重礦物母巖主要是沉積巖、變質(zhì)巖和火山巖，野外通江諾水河剖面與馬2井穩(wěn)定重礦物組合相似，次穩(wěn)定重礦物有差異，其中馬2井石榴子石（為中-高級(jí)變質(zhì)巖的產(chǎn)物）含量最高，向西南方向降低，到橋亭剖面幾乎為0.③元壩東部重礦物組合以鋯石+重晶石+磁鐵礦+電氣石組合為主，其重晶石在研究區(qū)含量最高，且鋯石呈渾圓狀，其母巖主要為沉積巖，磁鐵礦主要為變質(zhì)巖的產(chǎn)物，重礦物組合與野外剖面大巴山東北部鐵西—固軍等4個(gè)剖面明顯不同，與東緣的樊噲剖面和農(nóng)樂剖面相似，表明元壩東部與樊噲剖面和農(nóng)樂剖面具有親緣性。④元壩中部重礦物組合以鋯石+磁鐵礦+白鈦礦+電氣石+赤鐵礦+金紅石為主，前述3個(gè)分區(qū)中的重礦物類型均有出現(xiàn)，為受多個(gè)物源影響的混源區(qū)。

綜上，研究區(qū)須四段沉積時(shí)期重礦物的分異，證實(shí)了古水流分析、砂巖組合、巖屑成分分析的結(jié)果，存在西北部、東北部和東部三個(gè)不同的物源區(qū)，元壩西部重礦物組合特征與工農(nóng)鎮(zhèn)地區(qū)較為接近，推測(cè)來自同一物源。通南巴地區(qū)馬2井穩(wěn)定重礦物組合與通江諾水河剖面相似，沉積物來自于東北部，元壩東部重礦物組合與東部樊噲剖面具有親緣性。

重礦物ZTR指數(shù)是指最穩(wěn)定的重礦物鋯石、金紅石和電氣石在透明重礦物中所占的比例。通常來自同一剝蝕物源區(qū)的、相同年代、同一河流沉積物的重礦物樣品，具有相同或近似的重礦物組合和重礦物的相對(duì)百分含量，并且從上游至下游隨著搬運(yùn)距離的增加、改造程度的加劇，樣品中不穩(wěn)定重礦物數(shù)量將逐漸減少、穩(wěn)定重礦物的數(shù)量將相對(duì)增多，重礦物ZTR指數(shù)也相應(yīng)依次逐漸增大[19-20]。從表2可見，川東北地區(qū)重礦物ZTR指數(shù)由西北、東北、東南三個(gè)方向向中心逐漸增加，西北部重礦物ZTR指數(shù)較低，從劍門關(guān)剖面的0.19向中心至元壩2井增為0.32；東北部重礦物ZTR指數(shù)為0.30~0.36，其中馬2井最低，從北東向南西方向逐漸增加，橋亭剖面重礦物ZTR指數(shù)達(dá)到0.36；元壩中部重礦物ZTR指數(shù)最大，為0.34~0.66；東北部到東部的鐵溪、竹峪剖面、沙灘剖面、固軍剖面重礦物ZTR指數(shù)相對(duì)較高，大于0.5；而東南部的樊噲剖面和農(nóng)樂剖面及元陸17井和元陸32井重礦物ZTR指數(shù)小于0.4，自東向西重礦物ZTR指數(shù)增大，表明元壩東物源可能來源于樊噲和農(nóng)樂方向。以上分析表明，川東北元壩西部物源來自北西向的龍門山，東北部通南巴地區(qū)沉積物來自北東向米倉山—大巴山，元壩東部的沉積物可能來自大巴山東緣。

表2　川東北地區(qū)主要陸源重礦物含量及重礦物ZTR指數(shù)分析

圖4　川東北地區(qū)須四段重礦物分布

3　沉積體系特征

依據(jù)野外露頭剖面、測(cè)井資料和巖心的巖性、沉積構(gòu)造、分析化驗(yàn)等資料的分析，對(duì)研究區(qū)須四段沉積期沉積相進(jìn)行了精細(xì)劃分，并結(jié)合物源方向、礫巖厚度等值線圖平面形態(tài)及地震剖面的河道異常體追蹤，編制了沉積相平面圖（圖5），結(jié)果顯示川東北地區(qū)須四段發(fā)育北東向、北西向和東部3大不同的辮狀河三角洲沉積體系，以三角洲平原辮狀河道和前緣水下分流河道微相為主。河道砂體全區(qū)分布，泥頁巖含量少。

圖5　川東北地區(qū)須四段沉積相分布

元壩西部主要發(fā)育辮狀河三角洲平原辮狀河道微相，以礫巖沉積為主，具有巖性粗、厚度大、礫巖比例高的特點(diǎn)，礫巖成分主要為碳酸鹽巖，少量硅質(zhì)巖（圖6a，圖6b），與工農(nóng)鎮(zhèn)剖面礫石成分一致，沿北西向從盆地邊緣向盆內(nèi)礫巖厚度逐漸減薄，鈣屑砂巖厚度逐漸增大，工農(nóng)鎮(zhèn)剖面礫巖厚度達(dá)到88 m，礫徑一般為0.5~20.0 cm，分選性差，磨圓次棱角狀，盆內(nèi)元陸25井—元壩204井礫巖厚度約60 m，到元壩5井—元壩10井—元壩12井一線礫巖消失，發(fā)育鈣屑砂巖。其中須四段上部和下部礫巖成分略有差異，下部以硅質(zhì)巖礫為主，少量的碳酸鹽巖礫，上部以碳酸鹽巖礫為主，少量的硅質(zhì)巖礫，表明須四段沉積時(shí)期元壩西部縱向上古水流方向從北西向南遷移。通南巴地區(qū)主要發(fā)育辮狀河道和水下分流河道微相，是研究區(qū)另一個(gè)礫巖發(fā)育區(qū)帶，礫石成分主要以硅質(zhì)巖礫石為主，含火山巖礫石（圖6c），礫巖厚度沿北東向南西逐漸減薄，馬201井礫巖厚60 m，到河壩101井厚度小于10 m，逐漸被中、細(xì)粒巖屑砂巖取代，由辮狀河道微相演變?yōu)樗路至骱拥牢⑾?。元壩東主要發(fā)育水下分流河道微相，巖性以中、細(xì)粒長石巖屑砂巖為主，發(fā)育大量的交錯(cuò)層理、斜層理（圖6d），見泥礫。

圖6　川東北地區(qū)須四段典型礫巖照片及沉積構(gòu)造

4　結(jié)論

（1）須四段沉積期，川東北地區(qū)具有3個(gè)不同物源方向，元壩西部沉積物主要來自西北部龍門山造山帶，母巖類型主要為沉積巖和少量的低級(jí)變質(zhì)巖，其中沉積巖以碳酸鹽巖為主，次為硅質(zhì)巖；通南巴地區(qū)沉積物主要來自米倉山—北大巴山造山帶，母巖類型主要為沉積巖、次為火山巖，少量的低—中高級(jí)變質(zhì)巖；元壩東部地區(qū)沉積物可能來自大巴山東緣，母巖類型以沉積巖為主，次為低級(jí)變質(zhì)巖，以富含長石為特征；元壩中部沉積物呈現(xiàn)混源的特征。

（2）川東北地區(qū)須四段沉積期主要發(fā)育3大辮狀河三角洲沉積體系，以三角洲平原辮狀河道和前緣水下分流河道微相為主。元壩西部以辮狀河道微相為主，局部發(fā)育水下分流河道微相；通南巴地區(qū)以辮狀河道和水下分流河道微相為主；元壩東部發(fā)育前緣水下分流河道微相。河道砂體全區(qū)發(fā)育。

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Provenance Analysis and Sedimentary System Characteristics of the 4th Member of Xujiahe Formation in Northeastern Sichuan Basin

ZHOU Xia1,WANG Wei1,DU Hongquan1,WANG Tao2
(1.Research Institute of Exploration Company,Sinopec,Chengdu,Sichuan 610041,China;2.Hongshan Oilfield Co.,Ltd,XinjiangOilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,China)

This paper analyzed the provenance directions of the 4th member of Xujiahe formationinnortheastern Sichuan basin using paleo?current,rock?mineral analysis and heavy mineral methods,and presented the parent rock types in the each provenance area.The study of the provenance directions,sandstone type,debris type and content variation,heavy mineral combination and ZTRindex indicate that the dif?ferent provenance directions are as follows:in western Yuanba area the sediments are mainly from Longmenshan orogenic belt,the parent rock types are dominated by carbonate rock,followed by siliceous rock and a few low?grade metamorphic rocks;in Tongnanba area the sedi?ments come from Micang-North Dabashan orogenic belt,the parent rock types are dominated by sedimentary rocks,followed by volcanic rock and a few low and mid?high grade metamorphic rocks;in eastern Yuanba area the sediments possibly come from eastern margin of Da?bashan area,the parent rock types are mainly sedimentary rocks,secondarily low?grade etamorphic rocks,and characterized by rich feld?spars;the middle part of Yuanbaareais characterized by mixed provenance.Accordingto the analyses of provenance directions,sedimenta?ry environment,field outcrops,core observation,well logging and seismic data,the northeastern Sichuan basin of the 4th member of Xujia?he formation can be divided into three braided?river delta depositional Systems where the microfacies are dominated by braided channels in deltaplain and underwater distributary channels in deltafront,and the channel sandbody is distributed in the whole area.

Sichuan basin;northeastern Sichuan basin;Xujiahe 4th member;provenance analysis;braided?river delta

TE111.3

A

1001-3873（2015）04-0443-07

10.7657/XJPG20150411

2015-01-28

2015-05-04

國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05002-004）

周霞（1983-），女，四川成都人,碩士，石油天然氣勘探，（Tel）15208188200（E-mail）zhx_18@163.com.