川中南部棲霞—茅口組沉積相特征及灘相展布

錢程　趙少澤　郭磊　紀(jì)佳

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都　610059）

川中南部棲霞—茅口組沉積相特征及灘相展布

錢程趙少澤郭磊紀(jì)佳

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059）

以前人對四川盆地中部中二疊統(tǒng)棲霞—茅口組研究為基礎(chǔ)，結(jié)合野外露頭、鉆井、測井及巖心薄片資料，對研究區(qū)沉積相特征進(jìn)行分析，認(rèn)為研究區(qū)總體發(fā)育緩坡型碳酸鹽巖臺地沉積，進(jìn)一步細(xì)分為淺水緩坡臺地和深水緩坡臺地兩個(gè)亞相類型。其中，淺水緩坡臺地發(fā)育臺內(nèi)灘，利用地震相特征，對研究區(qū)內(nèi)臺內(nèi)灘地震反射構(gòu)型和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精細(xì)刻畫，結(jié)合單井沉積相分析，確定發(fā)育在淺水緩坡臺地相之上的臺內(nèi)灘的平面展布特征。

四川盆地棲霞組茅口組臺內(nèi)灘

0　引言

近年來，我國碳酸鹽巖生物礁灘勘探不斷取得重大突破，在塔里木盆地奧陶系良里塔格組，四川盆地、鄂爾多斯盆地下古生界，南海珠江口盆地等地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模礁灘相儲(chǔ)層［1］，礁灘相儲(chǔ)集體越來越成為專家學(xué)者的研究重點(diǎn)。20世紀(jì)末以來，四川盆地先后發(fā)現(xiàn)了多個(gè)灘相氣藏，其中包括渡口河、羅家寨、鐵山坡等飛仙關(guān)鮞粒灘氣藏［2］，普光大氣田長興組—飛仙關(guān)組臺緣礁灘相氣藏［3］，以及元壩、龍崗等氣田的長興組—飛仙關(guān)組大型礁灘相氣藏［4］。從已有的勘探成果可看出，海相地層中灘相儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)模大于礁相儲(chǔ)集體［5］。同時(shí)，四川盆地二疊系最有利儲(chǔ)集相帶為灘相沉積體［6］。本次研究以巖性、測井、巖心、薄片資料為基礎(chǔ)，結(jié)合地震相的精細(xì)刻畫，確定四川盆地中部地區(qū)臺內(nèi)灘的展布特征，為后期油氣勘探提供基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)。

1　沉積背景

1.1研究區(qū)位置

四川盆地在古生代為海相沉積，三疊紀(jì)晚期開始廣泛地轉(zhuǎn)換為陸相沉積，到新生代后期受青藏高原劇烈隆升影響，盆地內(nèi)形成了斷褶構(gòu)造格局，因此四川盆地一般按斷褶構(gòu)造發(fā)育程度來分區(qū)［7］。

本次研究區(qū)位于川中平緩褶皺帶東部，地理位置處于四川盆地中部，北起磨溪—龍女寺—廣安一線，東以華鎣山為界，西達(dá)安岳縣內(nèi)，南抵銅梁縣，面積約10 000 km2。

1.2二疊紀(jì)棲霞期—茅口期沉積背景

二疊紀(jì)初期的初次海侵，使龍門山—康滇古陸東側(cè)經(jīng)歷了短暫的海陸交互的淺水沼澤環(huán)境，四川境內(nèi)普遍沉積了厚度不大的梁山組。之后的棲霞期在揚(yáng)子臺地發(fā)生大規(guī)模的海侵。棲霞期是晚古生代我國南方最大的海侵期［8］，棲霞早期海侵加劇，棲霞晚期發(fā)生海退。隨后茅口早期再次海侵，水體變深。茅口中晚期，因“川黔運(yùn)動(dòng)”影響，四川盆地廣泛海退，海水向北退出，晚期海平面再次上升并向東北推進(jìn)，致使四川盆地大范圍地區(qū)沉積一套灰色中厚層狀生屑泥巖［9］。茅口期末發(fā)生東吳運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)在四川地區(qū)表現(xiàn)為峨眉山玄武巖噴發(fā)和構(gòu)造隆升形成的地層缺失。這個(gè)時(shí)期地殼穩(wěn)定、海域?qū)拸V、生物種類繁多，發(fā)育較多珊瑚、腕足、有孔蟲和藻類等生物［10］，縱向上形成棲霞組和茅口組兩套海侵旋回［6］11。

2　巖石學(xué)特征

2.1巖石地層

1）棲霞組

研究區(qū)內(nèi)，棲霞組鉆揭約110～150 m厚，巖性較穩(wěn)定，為深灰、黑灰色（含）生屑泥晶灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r，也可見微亮晶生屑灰?guī)r，為淺水緩坡臺地沉積，水深總體西淺東深。棲一B（P1q1B）段巖性主要為灰色—深灰色泥晶灰?guī)r，微晶灰?guī)r，含生屑微晶灰?guī)r，灰質(zhì)泥巖，含燧石結(jié)核灰?guī)r、泥頁巖，巖性向上變細(xì)，可見硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)團(tuán)塊，可見定向排列的生屑顆粒，細(xì)小的生屑呈密度流沉積。棲一A（P1q1A）段—棲二段巖性主要以灰色生屑微晶灰?guī)r為主，其中，生屑含量不超過50%，夾泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r。此外，局部地區(qū)生屑含量超過50%，巖性主要為淺灰色—灰色厚層—塊狀亮晶生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r，見少量亮晶砂屑灰?guī)r、微晶砂屑灰?guī)r和細(xì)晶白云巖。

2）茅口組

研究區(qū)內(nèi)，茅口組鉆井揭示約200 m，巖性以灰色泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、生屑微晶灰?guī)r為主，局部地區(qū)泥質(zhì)和硅質(zhì)含量較高。茅口組也為淺水緩坡臺地沉積，雖然其沉積水體比棲霞期淺，但生屑粒級依然較小。茅一段巖性主要為灰、深灰色含生屑微晶灰?guī)r、泥—微晶灰?guī)r，可見硅質(zhì)團(tuán)塊以及硅質(zhì)條帶［11］。茅二段—茅四段巖性主要以灰色微晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、生屑微晶灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r為主，茅四段受頂部不整合面影響，泥質(zhì)和硅質(zhì)含量較高。茅二段—茅四段生屑灘發(fā)育，巖性主要為淺灰色厚層—塊狀微晶生屑灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r，見細(xì)晶白云巖，云化作用在研究區(qū)北東地區(qū)較強(qiáng)。

2.2沉積相類型

四川盆地中部二疊系中統(tǒng)總體為碳酸鹽緩坡相沉積［12］。根據(jù)巖性、測井、巖心、薄片等資料，研究區(qū)二疊系中統(tǒng)可識別出淺水緩坡臺地、深水緩坡臺地兩種沉積亞相。其中，淺水緩坡臺地上發(fā)育臺內(nèi)灘沉積體，為研究區(qū)主要灘相沉積。以潼4井單井沉積相圖為例（圖1）。

1）淺水緩坡臺地（SRa）

淺水緩坡臺地是發(fā)育在碳酸鹽緩坡海洋透光帶底界之上或風(fēng)暴浪基面之上的碳酸鹽沉積區(qū)，一般位于大陸架之上，水體能量較低，包括陸緣和陸表濱淺海環(huán)境。

研究區(qū)淺水緩坡臺地主要發(fā)育在P1q2段和P1m2-P1m4段，在研究區(qū)發(fā)育范圍廣泛。巖性以（含）生屑微晶灰?guī)r為主，生物碎屑含量不超過50%，夾泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r、泥灰?guī)r（圖1a）。根據(jù)巖性和測井差異主要可以識別出臺內(nèi)灘（Sh）、灰坪（灰泥，Lm）、（含）泥質(zhì)灰泥（CLm）3種沉積微相。

2）深水緩坡臺地（DRa）

深水緩坡臺地是在風(fēng)暴浪基面之下發(fā)育的深水碳酸鹽巖沉積，常含陸源泥質(zhì)，多由前期淺水緩坡臺地水淹演化而來。

研究區(qū)二疊系下統(tǒng)深水緩坡臺地主要發(fā)育在P1q1A和P1m1段，巖性主要為灰色泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r、含生屑微晶灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖、泥頁巖，可見硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)團(tuán)塊，偶見瘤狀灰?guī)r，可見定向排列的生屑顆粒，為細(xì)小的生屑密度流沉積（圖1b）。

根據(jù)巖性和測井差異主要可以識別出（含）泥質(zhì)灰泥（CLm）、（含）灰質(zhì)泥（Lc）、（含）硅質(zhì)灰泥（SLm）3種沉積微相。

3）臺內(nèi)灘（Sh）

臺內(nèi)灘發(fā)育在正常浪基面之上，主要在淺水緩坡臺地上，構(gòu)造相對高部位發(fā)育。因?yàn)樗^淺，水波能量較大，鹽度正常，海水循環(huán)良好，氧氣充足，生物發(fā)育，也容易破碎，因此，主要發(fā)育生屑灘。

四川盆地中二疊統(tǒng)臺內(nèi)灘主要發(fā)育在盆地中部成都和重慶間的瀘州、南充及資陽地區(qū)。臺內(nèi)灘單層厚度不大，一般在幾米到十多米，該相帶中發(fā)育有楔狀和槽狀交錯(cuò)層理、平行層理等沉積構(gòu)造［9］15。臺內(nèi)灘發(fā)育在部分井區(qū)的P1q2段和P1m2-P1m4段，巖性以亮晶生屑灰?guī)r為主［13］、含亮晶砂屑灰?guī)r、微晶生屑灰?guī)r、微晶砂屑灰?guī)r和晶形較好的白云巖（后期云化成因），沉積物單層的厚度不大（圖1c）。研究區(qū)臺內(nèi)灘按照顆粒類別能細(xì)分出生屑灘（Bs）和砂屑灘（Ps）。

3　地震相分析

地震相分析通常采用傳統(tǒng)“相面法”，通過對地震剖面反射特征的觀察和描述進(jìn)行。具體分析地震反射構(gòu)型、結(jié)構(gòu)，以及反射軸振幅強(qiáng)弱、連續(xù)性好與差、頻率高低，識別地震界面和沉積相特征［14］。

沉積環(huán)境的差異導(dǎo)致沉積相的差異，而不同的沉積巖因其物理性質(zhì)和巖性差異會(huì)產(chǎn)生與其相應(yīng)的地震響應(yīng)［14］53，導(dǎo)致反射波特征如連續(xù)性、振幅、形態(tài)等不同的反映特征［15］，可以利用地震剖面上反射波的特征來反映沉積環(huán)境。本次研究，對研究區(qū)30多口井及連井地震剖面上棲霞—茅口組沉積相和地震相進(jìn)行對比，但由于深水緩坡臺地沉積厚度小，地震相難以識別，僅對淺水緩坡臺地及臺內(nèi)灘相進(jìn)行分析。

圖1　潼4井單井沉積相圖

3.1淺水緩坡臺地（SRa）地震相特征

淺水緩坡臺地沉積時(shí)期水體穩(wěn)定，在地震剖面上，同相軸連續(xù)性強(qiáng)，同時(shí)與上下巖層波阻抗差異不大，振幅較弱，主要表現(xiàn)為席狀、平行結(jié)構(gòu)，中—弱振幅、中—高連續(xù)、中—低頻（圖2）。

圖2　研究區(qū)二疊系中統(tǒng)淺水緩坡臺地地震相特征圖

3.2臺內(nèi)灘（Sh）地震相特征

灘相沉積（灘體）在地震剖面上通常呈近平行反射，但灘體位于正常浪基面之上，受波浪反復(fù)影響較強(qiáng)，外形通常會(huì)呈現(xiàn)楔形、丘形等形態(tài)，同時(shí)，其內(nèi)部受水流影響，所以在地震剖面上有相對弱的前積反射現(xiàn)象。又因?yàn)榕c其上覆泥巖波阻抗有較大差異，所以出現(xiàn)較強(qiáng)的反射、高速反射的特征［16］。對研究區(qū)臺內(nèi)灘地震相進(jìn)行總結(jié)歸納，共識別出4種典型地震相：①楔狀亞平行結(jié)構(gòu)，中振幅、中連續(xù)、不穩(wěn)定頻率，反映了較強(qiáng)水動(dòng)力條件下原有沉積物受到有限改造；②席狀—波狀結(jié)構(gòu)，平行—亞平行、高連續(xù)性、中頻，反映灘體受到水體反復(fù)改造的作用；③斜交前積—S型前積—疊瓦狀前積，為生屑或砂屑受波浪影響向定向遷移堆積的結(jié)果；④丘狀結(jié)構(gòu)，沉積物在較強(qiáng)的水動(dòng)力條件下，被波浪擾動(dòng)，重新堆積而形成丘狀反射外形。

4　臺內(nèi)灘平面展布

由于臺內(nèi)灘發(fā)育在正常浪基面之上，因此，在海平面下降后，淺水緩坡臺地上的構(gòu)造高部位才具備臺內(nèi)灘發(fā)育的條件。在研究區(qū)棲霞組棲一A段（P1q1A）—棲二段（P1q2）、茅口組茅二段（P2m2）—茅四段（P2m4）能夠發(fā)育臺內(nèi)灘，利用單井沉積相劃分，結(jié)合地震剖面地震相識別，確定了棲霞組及茅口組臺內(nèi)灘的展布范圍。

4.1棲霞組灘相展布

在高石1井、王家1井，安平1井—潼4井發(fā)育以生屑灰?guī)r為主要巖性的臺內(nèi)灘，其中高石1井、安平1井、王家1井臺內(nèi)灘主要根據(jù)地震相識別。在生屑發(fā)育的合12井等地區(qū)，生屑顆粒細(xì)小，并且大多數(shù)為泥晶生屑灰?guī)r，其只能反映低能環(huán)境沉積，但該地區(qū)并不發(fā)育臺內(nèi)灘（圖3A）。

4.2茅口組灘相展布

在安平2井、磨溪11井—安平1井、潼4井下部、淶1井—華西2井為臺內(nèi)灘，僅淶1井巖性發(fā)育較多生屑灰?guī)r，其余井區(qū)根據(jù)地震相識別（圖3B）。

圖3　研究區(qū)淺水緩坡臺地及臺內(nèi)灘沉積相平面圖

5　結(jié)論

1）四川盆地中南部研究區(qū)棲霞組和茅口組分別對應(yīng)一個(gè)三級海平面升降旋回，根據(jù)巖性、測井、巖心、薄片等資料，結(jié)合前人研究成果，在研究區(qū)整體發(fā)育緩坡型臺地相，進(jìn)一步識別出淺水緩坡臺地、臺內(nèi)灘、深水緩坡臺地3種沉積亞相。

2）利用“相面法”的地震相描述方法，結(jié)合單井資料，對地震剖面上淺水緩坡臺地及臺內(nèi)灘的地震相類型進(jìn)行了精細(xì)刻畫，建立平面內(nèi)識別臺內(nèi)灘的識別標(biāo)志。

3）四川盆地中部中二疊統(tǒng)臺內(nèi)灘發(fā)育在海平面相對下降期，正常浪基面之上，即在P1q1A-P1q2、P2m2-P2m4兩段發(fā)育。平面上，棲霞組主要分布在研究區(qū)西南部高石1井—安平1井—王家1井周圍，茅口組主要分布在研究區(qū)中部，呈線狀斷續(xù)分布。由于灘相可作為四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞—茅口組的有利儲(chǔ)層，結(jié)合過去勘探成果以及現(xiàn)今對灘相的認(rèn)識，更有利于深入地研究四川盆地二疊系中統(tǒng)海相碳酸鹽巖沉積，對油氣勘探有重大意義。

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（編輯：盧櫟羽）

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2095-1132（2015）06-0009-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2015.06.003

修訂回稿日期：2015－11－16

錢程（1991－），碩士研究生，研究方向?yàn)楹蜌馀璧氐卣鸬貙訉W(xué)與層序地層學(xué)。E-mail：413779579@qq.com。