川西北地區(qū)須家河組三段致密砂礫巖沉積特征及模式

漆麟，蔣裕強，朱訊

川西北地區(qū)須家河組三段致密砂礫巖沉積特征及模式

漆麟1，蔣裕強2，朱訊3

（1.中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，成都 610051；2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都，610500；3.中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041）

川西北部地區(qū)須家河組三段砂礫巖是致密氣上產(chǎn)的現(xiàn)實領(lǐng)域，通過野外踏勘、巖心精細觀察描述和微量元素測試分析，結(jié)合前人對川中-川西地區(qū)須家河組研究成果和區(qū)域地質(zhì)背景，開展川西北地區(qū)須三段沉積相標(biāo)志、沉積相類型及特征、瞬時沉積模式等研究。結(jié)果表明，川西北部地區(qū)須三段發(fā)育濕地扇、辮狀河和辮狀三角洲沉積，以辮狀三角洲沉積為主。濕地扇沉積局限分布在盆緣近物源區(qū)，辮狀河道和三角洲分流河道以礫石和砂質(zhì)沉積為特征，這兩類沉積體是研究區(qū)儲層主要的砂體類型。從山前到盆內(nèi)依次發(fā)育濕地扇→辮狀河→辮狀三角洲的沉積模式。

須三段；須家河組；沉積特征；沉積模式；砂礫巖；川西北

四川盆地須家河組天然氣資源豐富，迄今已在川中、川西等地區(qū)發(fā)現(xiàn)多個氣田和含氣構(gòu)造，探明儲量超過9000×108m3（魏國齊等，2019）。須家河組自下而上六分明顯，其中須一、三、五段以泥頁巖沉積為主，須二、四、六段以砂巖沉積為主，縱向上構(gòu)成了良好的生儲蓋組合。但在川西及川西北部地區(qū)須家河組三段（以下簡稱“須三段”）主要為砂礫巖沉積，且已鉆獲老關(guān)廟、文興場、柘壩場、劍閣等須三段砂礫巖氣藏（臧殿光等，2018），其中，九龍山及劍閣區(qū)塊提交控制、預(yù)測儲量超過1 000×108m3（卞從勝等，2012），展示了良好的勘探開發(fā)前景。

歷年來，前人對川西北地區(qū)須家河組開展了一系列研究，取得了豐碩的成果（郭正吾等，1996；張健等，2006；羅啟后，2011a；劉樹根等，1995；鄭榮才等，2008；鄭榮才等，2012；孫衍鵬等，2010）。普遍認為，多期構(gòu)造運動導(dǎo)致川西北地區(qū)須家河組四段及其以上地層遭受剝蝕，須三段在盆地邊緣亦有剝蝕（趙正望等，2012）。須三段巖性以中-厚層的砂巖、礫巖為主，分選較差；基質(zhì)孔隙度低，裂縫較發(fā)育，具低孔、低滲、非均質(zhì)性強的特征為裂縫-孔隙型致密砂礫巖儲層（王雪柯等，2019）。但對該區(qū)沉積體系的認識存在較大爭議（楊躍明等，2009；羅啟后，2011b；鄭榮才等，2011；葉泰然，2011；林良彪，2006；胡明毅，2008；鄭榮才，2009）。眾所周知，沉積作用是控制儲層（尤其是優(yōu)質(zhì)儲層）發(fā)育分布的重要因素，因此，明確川西北地區(qū)須三段沉積特征對優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測和勘探部署有重要意義。筆者基于野外踏勘、巖心精細描述及薄片和分析化驗資料等綜合研究，劃分了川西北地區(qū)須三段沉積相類型，并建立其瞬時沉積模式，以期為該區(qū)須三段致密砂礫巖氣藏勘探開發(fā)工作提供堅實的基礎(chǔ)。

圖1 研究區(qū)位置及地層綜合圖

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川西北地區(qū)構(gòu)造上位于龍門山-米倉山前緣和川北古中拗陷低緩帶，地理上北起廣元-旺蒼-南江，南抵富順1井，西臨江油-劍閣，東與川中隆起相接。鉆井及野外露頭揭示，區(qū)內(nèi)黎雅1-青林1-射1-龍崗68-劍門1一帶須三段主要由礫巖、泥巖及含礫砂巖組成，在龍門山山前帶中壩地區(qū)主要為泥頁巖和細-中粒巖屑石英砂巖及巖屑砂巖，其它區(qū)塊主要表現(xiàn)為“泥包砂”的特征（圖1）。

圖2 川西北地區(qū)須三段砂礫巖宏微觀特征

a.文6井，須三段，同粒級支撐礫巖，以碳酸鹽巖礫石為主，礫石分選較好，次圓狀為主，礫石間充填砂質(zhì)；b.劍門103井，須三段，4462.71～4462.89m，礫巖，以碳酸鹽巖礫石為主，具正粒序特征；c.劍門104，須三段，4584.12m，砂質(zhì)礫巖，礫石為藻砂屑粉晶白云巖礫，單偏光；d.關(guān)3井，須三段，3786.1m，細-中粒鈣質(zhì)巖屑砂巖，單偏光；e.中72井，須三段，2275.4m，巖屑石英砂巖，單偏光

2 沉積相標(biāo)志

2.1 巖石學(xué)特征

通過對4條代表性剖面踏勘實測和50多張巖石薄片的觀察，研究區(qū)須三段由砂質(zhì)礫巖、砂礫巖、礫巖、砂巖、粉砂巖及泥巖組成，顏色以灰色、灰黑色、灰-灰白色為主。礫石分選中偏差，多呈次圓狀，礫徑一般為2～3.5cm，個別達7～10cm，屬中-細礫巖（圖2）；填隙物包括雜基和膠結(jié)物（自生礦物），雜基主要為細-中砂（石英、硅質(zhì)巖屑、粉砂巖屑、灰?guī)r屑、白云巖屑）、粉砂和粘土泥質(zhì)；膠結(jié)物（自生礦物）主要為方解石、鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦等碳酸鹽礦物及高嶺石。砂巖類型主要為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、長石石英砂巖和含礫砂巖，以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主（圖2）。

表1 研究區(qū)各區(qū)塊須三段砂巖儲層碎屑成分表

研究區(qū)砂巖成分成熟度由低到高均有分布（表1），中壩區(qū)塊成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高；九龍山區(qū)塊成分成熟度低-中等，結(jié)構(gòu)成熟度中等；劍閣、老關(guān)廟、文興場及柘壩場等區(qū)塊成分成熟度指數(shù)低，結(jié)構(gòu)成熟度中等，表明區(qū)內(nèi)沉積物搬運距離總體較短，以近源沉積為主。統(tǒng)計表明，巖屑砂巖主要分布在米倉山前緣及九龍山地區(qū)，巖屑石英砂巖與石英砂巖主要分布在中壩地區(qū)，鈣質(zhì)巖屑砂巖只有分布在龍門山前緣北段及劍閣、文興場、柘壩場、老關(guān)廟等地區(qū)。

2.2 沉積構(gòu)造特征

研究區(qū)須三段段沉積構(gòu)造類型較為豐富、組合形式多樣，反映了動蕩-安靜的沉積環(huán)境。其中礫巖和砂礫巖中主要發(fā)育中-大型槽狀交錯層理（圖3a）、礫巖滯留沉積及沖刷充填構(gòu)造（圖3b）；含礫砂巖、砂巖中發(fā)育板狀斜層理、包卷層理、變形層理及砂紋層理（圖3c）為較強水動力特征沉積。泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖中主要可見生物擾動構(gòu)造和砂紋層理（圖3d）；粉砂質(zhì)泥巖和泥巖中見生物潛穴或逃逸構(gòu)造，常見較完整的植物莖葉化石，反映較弱水動力條件沉積環(huán)境。

3 沉積相類型及特征

研究區(qū)地處四川盆地周緣，受龍門山造山帶、米倉山-大巴山前緣造山帶影響明顯，沉積物粒度粗，成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度低。參考前人研究情況，綜合區(qū)域地質(zhì)條件、野外實測剖面及分析沉積相標(biāo)志，筆者認為研究區(qū)須三段由山前到盆內(nèi)依次發(fā)育濕地扇、辮狀河、辮狀河三角洲3類沉積相。

圖3 川西北地區(qū)須三段砂礫巖沉積構(gòu)造

a. 旺蒼白水剖面，須三段，扇中沉積，砂巖中發(fā)育槽狀交錯層理，；b. 旺蒼白水剖面，須三段，河道底部沉積約2m厚的礫巖；c. 旺蒼白水剖面，須三段，扇緣沉積，砂巖中發(fā)育火焰狀構(gòu)造；d. 劍門104井，須三段，4536.87～4537.27m，砂巖中見包卷層理；e. 劍門104井，須三段，4531.98～4532.10m，砂巖中見變形層理；f. 柘6井，須三段，4216.40～4216.70m，細砂巖中見砂紋層理；g. 龍14井，須三段，2（21/70），高角度板狀斜層理，；h. 中72井，須三段，2139.11～2140.15m，粉砂巖中發(fā)育生物擾動構(gòu)造與砂紋層理，頂部20cm為泥巖；i. 劍門104井，須三段，4353.42～4353.57m，生物潛穴，；j. 旺蒼白水剖面，須三段，蘇鐵杉植物化石

3.1 濕地沖積扇相

在旺蒼白水剖面和廣元石罐子等剖面須三段發(fā)育巨厚的混雜堆積的泥石流礫巖沉積，礫石的分選性較差，礫石粒徑最大可達30cm×25cm以上，常與灰-深灰色砂、泥巖以及灰黑-黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖等相伴生，并夾有碳化植物碎片和煤層、煤線等，為濕地沖積扇的典型特征，該相在研究區(qū)分布較為局限。根據(jù)沉積旋回特征，可進一步劃分出扇根亞相泥石流微相、扇中亞相砂礫質(zhì)辮狀河道微相、扇前亞相漫流沉積微相等類型，自下而上構(gòu)成正韻律旋回結(jié)構(gòu)（圖4），由于扇體的多期發(fā)育造成沖刷，部分亞相發(fā)育不全，形成沖積扇復(fù)合體。

圖4 旺蒼白水剖面須三段沖積扇相

扇根主要由泥石流沉積的塊狀巨礫巖和部分河道充填的粗礫巖、砂質(zhì)細礫巖、中-粗粒巖屑砂巖夾粉砂巖、泥巖組成（圖5a），有時見不明顯的平行層理、大型單向板狀層理以及遞變層理（圖5b）。扇中亞相是沖積扇的主體，在沉積相特征上主要顯示分選較強和辮狀河道環(huán)境特點，巖性主要由砂礫充填的河道沉積夾粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖組成。河道礫石具礫徑變化，略具定向性或呈疊瓦狀，礫間充填砂質(zhì)或細礫，分選較好（圖5c、d），局部可見礫質(zhì)河道遷移形成的大型前積交錯層理。辮狀河道之間往往夾有粉砂巖、泥巖及炭質(zhì)頁巖等溢岸沉積和河道間沉積。扇緣出現(xiàn)位于沖積扇的趾部，具最低的沉積坡角，地形較平緩。沉積類型以漫流沉積，薄層狀的泥、砂巖交互沉積為主，常因氣候周期性變化夾炭質(zhì)泥巖或煤層（圖5e）。

圖5 川西北地區(qū)須三段濕地扇相沉積露頭照片

a.旺蒼白水剖面，須三段，泥石流沉積；b.廣元石罐子剖面，沖積扇扇根，因流速遞減形成遞變層；c.旺蒼白水剖面，須三段，扇中礫質(zhì)河道疊加體，發(fā)育大型前積交錯層理，礫石略具定向性或呈疊瓦狀，分選較好；d.廣元石罐子剖面，須三段，扇中砂質(zhì)辮狀河道疊加體；e.旺蒼白水剖面，須三段，扇緣亞相，發(fā)育的灰黑色泥巖與粉砂巖

3.2 辮狀河相

研究區(qū)中北部的廣元野外剖面及九龍山-劍閣鉆井巖心均發(fā)育有較完整的沖積平原區(qū)辮狀河沉積剖面（圖6）。由于河床坡降較大，河道易于改道，且水動力強，辮狀河以較粗的底負載物為主（廖保方等，1998），沉積剖面以保存礫石和砂質(zhì)沉積記錄的河道微相為主，同時也發(fā)育心灘微相，堤岸和泛濫平原不甚發(fā)育。

鉆井揭示，單個河道砂體的厚度一般1～5m，底部發(fā)育明顯的河床滯留沉積和沖刷界面（圖7），甚至切截充填構(gòu)造，向上為發(fā)育大、中型槽狀、板狀交錯層理的中-粗粒砂巖、細粒砂巖，可見植物莖桿，頂部為具流水砂紋層理或波狀層理的粉砂巖與泥巖不等厚互層，具明顯的正韻律剖面特點。

圖6 川西北部地區(qū)須三段辮狀河相沉積露頭及巖心照片

a.廣元溶劑廠剖面，須三段，辮狀河砂質(zhì)河道疊加層；b.劍門103井，須三段，辮狀河河道滯底沉積；c.劍門104井，須三段，辮狀河河道滯底沉積

隨著辮狀河道的快速遷移，多個心灘砂體發(fā)生垂向和側(cè)向加積，自然伽馬曲線以塊狀箱型為特征，常形成厚達數(shù)十至近百米的心灘疊置體，平面上呈條帶狀或串珠狀分布，剖面上表現(xiàn)為不規(guī)則圓形或透鏡狀。河漫亞相在辮狀河沉積中，主要由粉砂質(zhì)頁巖夾粉砂巖、泥頁巖為主，局部夾煤線或薄煤層。

3.2 辮狀河三角洲相

辮狀河三角洲沉積體系形成主要與出山口的河流在經(jīng)過沖積平原后仍以辮狀河的方式直接入湖有關(guān)，其粒度明顯粗于曲流河三角洲沉積，為近源粗碎屑三角洲。據(jù)辮狀分流河道由陸入湖，以湖岸線為界，進一步將辮狀河三角洲相劃分為平原和前緣兩個亞相。在辮狀河三角洲前緣末端，隨著水下辮狀分流河道的消失，河口壩-遠砂壩砂巖受波浪和湖流的改造，易形成脫離三角洲體系的新的濱淺湖灘壩砂體，更為向湖一側(cè)的前三角洲粘土沉積與淺湖也不易區(qū)分。

辮狀河三角洲平原與辮狀河沉積特征相似，但分叉更明顯，河道間沉積愈多，且與前緣亞相毗鄰。三角洲平原亞相主要由水上分流河道、河道間、天然堤、決口扇和三角洲平原湖沼等微相組成，區(qū)內(nèi)三角洲平原亞相水上分流河道微相比較發(fā)育，構(gòu)成三角洲平原體系的砂礫質(zhì)格架，發(fā)育向上變細的沉積層序；河床發(fā)育心灘，最上部為含有大量植物根系的粉砂巖和泥巖；底面有侵蝕面，向上為較粗的滯留沉積，垂向上具下粗上細的間斷性正韻律，常發(fā)育板狀、槽狀交錯層理，具有不對稱波痕及沖刷-充填構(gòu)造（圖8）。

圖7 劍門103井須三段辮狀河相沉剖面

圖8 文6井須三段辮狀河三角洲平原亞相

辮狀河三角洲前緣亞相是三角洲的水下部分，位于三角洲平原分流河道入湖附近的濱淺湖地區(qū)，水下分流河道和席狀砂壩沉積為辮狀河三角洲前緣的主體。水下分流河道沉積分布于辮狀河三角洲前緣靠陸一側(cè)，沉積物粒度粗（較水上分流河道稍細），為細礫巖、含礫砂巖及砂巖，砂巖中炭屑成分較平原亞相中的分流河道明顯減少，巖石呈顆粒支撐，基質(zhì)含量少，河道底部為沖刷接觸，沖刷面起伏不大，沖刷面分布著滯留礫石沉積，常發(fā)育交錯層理、波狀層理及沖刷-充填構(gòu)造，并見有層內(nèi)變形構(gòu)造；河口砂壩沉積物主要由分選好、純凈的細砂和粉砂組成，砂巖分選中等-好，次棱-次圓狀，淘洗干凈，以碳酸鹽巖巖屑為主，方解石膠結(jié)嚴重，發(fā)育向上變粗的垂向?qū)有蚣八诛灎钇叫袑永恚▓D9），這是與河流相沉積層序的重要區(qū)別。

圖9 關(guān)3井須三段辮狀河三角洲前緣亞相

4 沉積瞬時模式

區(qū)域研究顯示，川西北部地區(qū)須三段沉積時主要為潮濕、炎熱的氣候特點（黃其勝，1995；王全偉等，2008；時志強等，2010；李偉，2011），須三段-須五段沉積是在半咸水-咸水海灣基礎(chǔ)上發(fā)育的，沉積期湖盆逐漸咸化（倪云燕等，2019），但研究區(qū)部分井須三段暗色泥巖微量元素分析表明，其硼元素含量都小于80ppm；Sr/Ba比值都小于1（表2）。分析認為須三段沉積時，周圍山區(qū)河流攜帶大量淡水注入湖盆，使湖盆水體變淡。

須三段沉積期，龍門山處于逆沖推覆休眠期，但坳陷構(gòu)造沉降仍有很大的幅度，此時沉降中心位于都江堰、江油至廣元一帶，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育以辮狀河三角洲為主的沉積，從山前至盆內(nèi)形成了濕地扇→辮狀河→辮狀河三角洲沉積體系（圖10）。

由于山前帶物源豐富、供給充分，在龍門山前緣、米倉山臺緣隆起帶形成了多個濕地扇群，據(jù)野外露頭觀測，主要的扇體有廣元石罐子扇、廣元小崖子-溶劑廠扇、旺蒼白水扇等。多期扇的發(fā)育，使得它們在平面上相互疊置、連片，從而形成大面積分布的穩(wěn)定砂礫巖體。

表2 研究區(qū)須三段微量元素分析結(jié)果表

※樣品由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所分析

在沖積扇的前端，因地勢逐漸開闊，但還未進入湖盆，則主要發(fā)育辮狀河礫質(zhì)河道沉積，具有分選中等，礫石呈次圓-圓狀，礫間充填細礫和中砂，礫石具定向等特點，若配套發(fā)育礫間孔、礫間溶孔與礫緣縫等儲集空間，易形成優(yōu)質(zhì)儲層（陳廣等，2017）。辮狀河三角洲是研究區(qū)主要的沉積類型，且以三角洲前緣水下分流河道為主，河道具遷移迅速、分叉匯聚頻繁特點，易于形成范圍較廣的優(yōu)質(zhì)儲集砂體（連麗霞等，2011）。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)須三段巖性以灰色、灰-灰白色礫巖、砂礫巖為主。礫石分選中偏差，成分多為碳酸鹽巖，少量為硅質(zhì)巖。

（2）研究區(qū)須三段沉積模式為由山前至盆內(nèi)依次發(fā)育濕地扇、辮狀河和辮狀河三角洲沉積，辮狀河三角洲構(gòu)成了整個研究區(qū)的沉積骨架，扇三角洲在本區(qū)不甚發(fā)育。

（3）多期發(fā)育的濕地扇疊置連片，形成了大面積穩(wěn)定分布砂礫巖體，河道（心灘）在垂向和側(cè)向加積，常厚達數(shù)十至近百米，平面上呈條帶狀或串珠狀分布，剖面上表現(xiàn)為不規(guī)則圓形或透鏡狀。若該套致密砂礫巖疊加發(fā)育礫間孔、礫間溶孔與礫緣縫等儲集空間，易形成優(yōu)質(zhì)儲層。

圖10　川西北部地區(qū)須三段瞬時沉積模式

致謝：川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院羅啟后教授對本文提出了很多寶貴意見，野外工作得到了西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王占磊老師的大力幫助，在此謹表謝忱。

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Sedimentological Characteristics and Sedimentary Model of Massive Glutenite of the 3rd Member of the Xujiahe Formation in Northwest Sichuan

QI Lin1JIANG Yu-qiang2ZHU Xun3

(1-Institute of Geological Exploration and Development, Petrochina Chuanqing Drilling Engineering Co. , Ltd. , Chengdu 610051; 2-School of Earth Science and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500; 3-Research Institute of Exploration and Exploitation, Southwest Oil and Gas Field, PetroChina Company Limited, Chengdu, Sichuan 610041)

Sedimentary facies marker, sedimentary facies type and instantaneous deposition pattern of the 3th Member of the Xujiahe Formation in northwest Sichuan are studied. The results indicate that wetland fan, and braided river, especially, braided river delta deposits were developed in the3th Member of the Xujiahe Formation in northwest Sichuan. The wetland fan deposits were confined to the source area near the basin margin. The braided channels and deltaic distributary channels were characterized by gravel and sandy deposits which were the main sand body types of the reservoir in the studied area. From the piedmont to the basin center, the wetland fan, braided river and braided delta deposits were developed successively.

the 3th Member of the Xujiahe Formation; Xujiahe Formation; sedimentological features; deposition pattern; glutenite; Northwest Sichuan

P622

A

1006-0995（2021）03-0410-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.011

2021-01-07

漆麟（1984-），男，工程師，四川遂寧人，主要從事沉積儲層、非常規(guī)油氣地質(zhì)方面科研和管理工作