川西前陆盆地须家河组沉积相及岩相古地理演化.pdf

1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 第33卷 第4期 成都理工大学学报 自然科学版 Vol 33No 4 2006年8月JOURNAL OF CHENGDU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Science 中国石油化工股份有限公司 十五 重点科技攻关项目 P03044 作者简介 林良彪 1979 男 博士研究生 研究方向 沉积学 林良彪 陈洪德 姜 平 胡晓强 纪相田 叶黎明 成都理工大学 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室 沉积地质研究院 成都610059 摘要 川西前陆盆地上三叠统须家河组是油气勘探的重点层位 依据新的地层划分方案 大 量钻井 露头及岩芯资料 结合区域地质特征 详细研究了须家河组沉积相 岩相古地理特征及 其演化 结果表明 研究区内主要发育了冲积扇 湖相三角洲 湖泊 海相三角洲 滨岸和海湾 六种主要的沉积相类型 古地理演化经历了由海相环境 海陆过渡相环境 陆相环境的转变 在须四早期 受安县运动的影响 龙门山褶皱成山 使研究区与阿坝海域完全隔绝 整个四川盆 地真正进入了陆相沉积环境 关键词 川西前陆盆地 上三叠统 须家河组 沉积相 岩相古地理演化 分类号 P531 文献标识码 A 位于龙门山冲断带前缘的川西前陆盆地是中 国典型的前陆盆地之一 也是一个重要的含油气 盆地 1 它是指晚三叠世以来四川盆地的中西部 地区 相当于四川盆地构造分区中的川西断褶带 和川中地块区的西部 图 1 其形成是由于岩石 圈深部调整作用引起扬子板块自南东往北西持续 俯冲 龙门山推覆构造带自北西往南东持续推覆 的结果 刘树根等 1990 1991 2 4 川西前陆 盆地中充填有晚三叠世至始新世地层 总厚逾万 米 以上三叠统 须家河组 至侏罗系为最重要的 沉积地层 不仅为研究中 新生代陆相地层的理想 地区 而且赋存有丰富的石油和天然气资源 具有 巨大的勘探开发潜力 本文是在大量露头 钻井 地震和分析化验资料基础上 运用沉积学基本原 理和方法 对研究区须家河组沉积相及岩相古地 理进行了较为系统的研究 这对该区上三叠统油 气藏的勘探开发有着重要的意义 1 沉积地层 研究区内广泛出露上三叠统须家河组 但一 图1 川西前陆盆地构造略图 Fig 1 A sketch tectonic map of West Sichuan foreland basin 据童崇光 1985 1 岩石圈断裂 安宁河断裂 龙门山断裂 城口 断裂 七跃山断裂 2 地壳断裂 1 彭灌断裂 2 熊坡断裂 3 龙泉山断裂 4 华蓥山断裂 5 巫溪 铁溪断裂 6 黄泥堂断裂 7 峨嵋 瓦山断裂 8 甘 洛 小江断裂 9 普雄 普渡河断裂 3 盖层断裂 含 基底断裂 4 盆地范围 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 般都发育不完整 大部分地区缺失晚三叠世早期 地层 5 须一 须二 须三段的地层往东至川中 川 东逐渐变薄或缺失 又由于本区上三叠统的厚度 岩性 岩相的纵向与横向变化都很大 给划分对比 带来很大的困难 6 故须家河组的地层划分一直 都存在很大的争议 本文的划分方案为 研究区 内的须家河组 龙门山中 北段 与香溪群 龙门山 南段 为一一对应的关系 即须一段 小塘子组 对 香一段 碎屑岩部分 须五段对香五段 并统一 命名为须家河组 共划分为五段 其各段地层的 特征分别为 须一段 T 3x 1 即小塘子组 岩性主要为灰 色 深灰色砂质页岩 灰白色石英砂岩夹粉砂岩 砂质灰岩 含B urmesia lirata Myophoria sepe2 rata等瓣鳃类化石 5 须二段 T3x2 岩性主要为浅灰色 灰白色 细 中粒岩屑长石砂岩 长石岩屑石英砂岩 上 部夹砂砾岩 中部夹黑色页岩及煤线和煤层 俗称 腰带层 产瓣鳃 介形虫等化石 须三段 T3x3 岩性主要为深灰色 灰黑色 页岩 泥岩夹砂岩 煤线及煤层 富含瓣鳃 介形 虫 孢粉及植物化石 须四段 T3x4 在龙门山前缘带普遍发育以 碳酸盐岩砾石为主的砾岩层 主要岩性为砾岩 含 砾砂岩 岩屑砂岩夹砂质泥岩和泥灰岩 偶见煤 线 须五段 T3x5 分布范围比较广 除龙门山 中 北段前缘 受印支晚幕构造运动的影响 遭受 剥蚀外 已覆盖整个四川盆地 主要岩性为灰黑 色页岩 灰白色泥灰岩 灰色 深灰色细粒岩屑砂 岩 粉砂岩等 常见植物化石 2 沉积相类型及其特征 依据沉积学 古生物学和地球物理等基础资 料 结合前人的研究成果 将本区须家河组概括为 冲积扇 湖相三角洲 湖泊 海相三角洲 滨岸和海 湾六种主要的沉积相类型 其特征分别如下 2 1 冲积扇 主要分布在研究区的西北部 双鱼石构造和 广元等地 须四段最发育 以广元工农镇剖面为 例 须四段是一个发育较好的冲积扇沉积层序 可 划分出扇根和扇中2个亚相 扇端欠发育 图 2 图2 广元工农镇须四段冲积扇相 Fig 2 The alluvial fan facies of the fourth member of Xujiahe Formation in Gongnongzhen Guangyuan 2 1 1 扇根 扇根亚相主要由河道充填砾岩组成 代表陆 相盆地最边缘 也是最粗的部分 广元工农镇剖 面须四段顶部为典型的扇根亚相 其沉积主要由 块状巨砾岩 卵石岩组成 总量可达85 以上 最 大砾石长轴达15 cm以上 砾石成分主要为灰质 砾岩 粗大砾石格架之间的充填物为砂级碎屑及 部分细砾石 砾石磨圆度中等到较好 分选性中等 到较差 成层性差 当垂向粒度无明显变化时则难 以确定其层面 局部具有粗大砾石呈叠瓦状排列 岩性为砾 砂 泥的混合体 属泥石流微相 图 2 2 1 2 扇中 分布于冲积扇中部 是各期冲积扇中最发育 的部分 通常由河道砾岩和砂砾岩 砂岩沉积组 成 在广元工农镇剖面上 主要由河道砂砾岩 砂 岩等组成 见有明显的冲刷面构造 层理较发育 图 2 2 2 湖相三角洲 研究区须家河组主要发育三角洲沉积体系 除须一段 须二段发育海相三角洲沉积外 其余三 角洲主要为湖相三角洲沉积 一般是辫状河三角 州 其特征具体如下 2 2 1 三角洲平原亚相 三角洲平原亚相是三角洲沉积的水上部分 位于三角洲沉积层序的最上部 俗称顶积层 在 研究区具有以下特征 明显的底冲刷现象 强水动 773 第4期林良彪等 川西前陆盆地须家河组沉积相及岩相古地理演化 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 力条件下形成厚砂体 大型交错层理 斜层理 槽 状交错层理 自然伽马曲线上单砂体以正粒序为 主 煤线及炭质泥岩较发育 砂层中夹有牛角炭 泥岩层理不发育 其主要的沉积微相有 a 水上分流河道微相 研究区西北部以关基井为例 图3 须四段 为典型的水上分流河道沉积微相 由多个向上变 细的沉积旋回组成 见有明显的冲刷面 底部泥砾 岩多 向上粒度变细 上部夹薄的粉砂岩和泥岩 多呈块状层理 平行层理 板状交错层理 图3 关基井须四段三角洲平原亚相 Fig 3 The delta plain facies of the fourth member of Xujiahe Formation of Well Guanji b 河道间沉积微相 我们将本研究区中发育的天然堤 决口扇及 洪泛平原等微相统称为河道间沉积微相 其特征 分别为 天然堤是由灰黑色或灰色泥岩 细砂岩 粉砂岩所组成 发育水平层理和沙纹层理 决口扇 主要为夹于灰色泥岩中的粉砂岩和细砂岩组成 洪泛平原则以泥岩沉积为主 夹少量粉砂质泥岩 或泥质粉砂岩 发育水平层理及生物扰动构造 虫 管等 总之 河道间沉积微相为一套细粒沉积物 主 要由灰色 灰黑色的泥岩 粉砂岩组成 夹少量细 砂岩 因此 在测井曲线上多表现为低幅的平直曲 线或微齿化曲线 局部为指形或齿形曲线 2 2 2 三角洲前缘亚相 三角洲前缘亚相是三角洲的水下部分 位于 海 湖 平面与浪基面之间 呈环带状分布于三角 洲平原向海洋一侧边缘 即水上分流河道的前 端 7 主要发育以下几种微相 a 水下分流河道微相 水下分流河道为三角洲平原分流河道的水下 延伸部分 因此两者无论在岩性上 还是在沉积构 造或是粒度分布特征等方面都很相似 沉积物以 砂 粉砂为主 泥质极少 常发育交错层理 波状层 理等构造 川西南部码3井须四段表现出了该亚 相的特征 图 4 图4 码3井须四段三角洲前缘亚相 Fig 4 The delta front facies of the fourth member of Xujiahe Formation of Well Ma 3 b 河口砂坝微相 河口砂坝是由于河流带来的砂泥物质在河口 处因流速降低堆积而成 其岩性主要由砂和粉砂 组成 一般分选较好 质较纯净 其沉积构造主要 发育低角度楔状层理 平行层理 逆粒序层理 包 卷层理及枕状构造等 测井曲线为齿化箱形 漏 斗形 幅度自下而上由中幅变为高幅 反映出下细 上粗的逆粒序剖面结构特征 川西南部码3井须 四段表现出了该亚相的特征 图 4 c 分流间湾微相 水下分流河道之间与湖水相通的低洼地区即 为分流间湾 该微相在研究区内多有出现 岩性 上主要为一套细粒悬浮成因的泥岩 粉砂质泥岩 少量粉砂岩或泥质粉砂岩 发育小型交错层理 浪 873 成都理工大学学报 自然科学版 第33卷 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 成沙纹层理 水平层理 可见浪成波痕 虫管等 d 远砂坝微相 远砂坝位于河口砂坝的前方 是由比河口砂 坝更细的物质在洪水期越过河口砂坝堆积于其前 方而形成的 主要由粉砂 泥和细砂组成 沉积构 造以水平纹层为主 也常见有波状交错层理和脉 状 波状 透镜状复合层理 7 该相常夹于浅湖 亚相中 在相序上与河口砂坝沉积 席状砂或前三 角洲泥共生 测井曲线为齿化漏斗形或低幅指形 e 席状砂微相 河口砂坝及远砂坝的砂在侧向迁移过程中 借助湖浪改造而形成位于其前方的席状砂体 称 为席状砂微相 它常垂直于河流流向和平行湖岸 线分布 沉积物更细 分选更好 分布面积广泛 厚 度较薄 砂质较纯 由于湖浪改造作用较弱 因 此 研究区内席状砂沉积相对不发育 多由细粉砂 组成 其间为薄层泥所隔开 粉砂岩中可见沙纹 层理 在相序上与河口坝 远砂坝 前三角洲泥或 浅湖泥共生 在测井曲线上表现为低幅度的微齿 化曲线 2 2 3 前三角洲亚相 前三角洲亚相处于浪基面以下 以泥和粉砂 质泥为主 含有大量的有机质 为良好的生油层 具水平层理及透镜状层理 8 在研究区内该亚相 与滨浅湖呈过渡关系 二者较难以区分 2 3 湖泊 研究区湖泊相沉积广泛分布 据岩性 沉积构 造和剖面结构 可将研究区湖相划分为滨湖亚相 和浅湖亚相 2 3 1 滨湖亚相 滨湖亚相主要发育于须三 须四 须五段地层 之中 根据岩性类型及其组合 可将滨湖亚相细分 为砂坪微相和泥坪微相 a 砂坪微相 岩性为灰色石英砂岩和岩屑砂岩 呈厚度稳 定的板状砂体 碎屑分选性和磨圆度较好 颗粒 支撑 砂岩中发育平行层理 沙纹层理等 b 泥坪亚相 一般由灰色粉砂岩 灰黑色粉砂质泥岩或泥 岩构成 发育水平层理 沙纹层理 波状层理等沉 积构造 2 3 2 浅湖亚相 浅湖亚相主要见于须三 须四 须五段地层之 中 岩石呈深灰色 灰黑色 岩性以泥岩 页岩为 主 偶夹条带状或斑块状的粉砂质泥岩和泥质粉 砂岩薄层 见有腹足 介形虫和轮藻等化石 9 发 育水平层理 沙纹层理 透镜状层理等沉积构造 2 4 海相三角洲 主要发育于须一段和须二段 其亚相 微相特 征同湖相三角洲 2 5 滨岸相 发育于须一段中 如广元工农镇须一段和大 参井须一段主要为滨岸相 2 6 海湾相 主要见于龙门山中段须二段中 与海相三角 洲前缘亚相呈过渡关系 3 须家河期岩相古地理演化 结合前人的研究资料 本文在编制沉积相柱 状图 地层厚度等值线图 砂体等厚图等基础图件 的基础之上 运用岩相古地理图编制方法 编制了 研究区须家河期五个阶段的岩相古地理图 并分 析了它们各自的特征及演化特点 3 1 须一期 即小塘子期 岩相古地理特征 卡尼克期末 松潘 甘孜地区在三叠系西康 群沉积后 发生褶皱变形作用 这是松潘 甘孜地 区形成褶皱带的首次构造运动 也是最为重要的 一次构造运动 10 然而 这次变形作用并未使松 潘 甘孜地区露出水面 四川盆地西部水体与其 西部的松潘 甘孜地区海水仍有联系 变形作用 对东侧的四川盆地没有重大影响 又由于中三叠 世末 以泸州 开江为核心的水下古隆起进一步上 升为陆 形成泸州和开江古隆起 整个上扬子区的 抬升进一步形成东高西低地势 海水由东向西退 缩 11 故本文认为研究区的物源主要来源于研 究区东边的川中古隆起和北边的秦岭造山带 这 与在什邡金河和绵竹汉旺等地区 三角洲前缘发 育的滑塌构造和三角洲平原分流河道砂体中发育 的斜层理构造等特征是相符的 研究区主要为海相三角洲平原 海相三角洲 前缘 滨岸相沉积 图5 其中滨岸沉积主要发 育于研究区西南部 雅安 眉山等地 及研究区北 部 广元 剑阁等地 海相三家洲平原发育于南 充 简阳等地 海相三角洲前缘则发育于龙门山前 缘 成都 绵阳 安县等地 本期沉降中心在绵 阳 成都 邛崃以西 厚度100 300 m 973 第4期林良彪等 川西前陆盆地须家河组沉积相及岩相古地理演化 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 3 2 须二期岩相古地理特征 龙门山逆冲推覆体开始逆冲推覆 12 在研究 区西部形成造山带雏形 部分隆升幅度较大的地 区开始露出海面并构成北东向展布的岛链 特别 是九顶山 摩天岭的隆升 半分隔了阿坝海域 形 成了须二期的海湾 使得研究区普遍发育三角洲 沉积 形成了巨厚的砂体 自西向东减薄 图 6 在什邡金河剖面 笔者对须二段的泥质岩进行微 量元素分析表明 其Sr Ba与其下部的须一段分 析结果相似 皆大于1 而其上部的须三段Sr Ba 1 这表明须二期什邡金河为海相沉积环境 进 一步证明了研究区与阿坝海域是连通的 图5 川西前陆盆地须一段岩相古地理图 Fig 5 Lithofacies and paleogeography of the first member of Xujiahe Formation in West Sichuan foreland basin 图6 川西前陆盆地须二段岩相古地理图 Fig 6 Lithofacies and paleogeography of the second member of Xujiahe Formation in West Sichuan foreland basin 083 成都理工大学学报 自然科学版 第33卷 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 研究区除龙门山前缘局部发育海湾相外 主 要发育海相三角洲沉积体系 图6 物源仍主要 来源于研究区东边的川中古隆起和北边的秦岭造 山带 龙门山逆冲推覆带提供的物源则次之 本 期的沉降中心有两个 一是位于成都的西北部 其 地层厚度达700 m以上 二是位于安县地区 其 地层厚度可达900 m以上 3 3 须三期岩相古地理特征 受龙门山逆冲推覆的影响 西边的岛屿进一 步抬升扩大 并大部分连绵形成小山脉 除局部 地层中含少量半咸水双壳类 表明与古特提斯海 仍有通道沟通 13 外 研究区基本结束了海相沉 积 几乎进入了以陆相沉积环境为主的演化期 研究区主要为湖相三角洲前缘亚相 滨浅湖 及湖相三角洲平原亚相沉积 图7 此时的物源 主要来自于西边的龙门山逆冲推覆体 而东边的 川中古隆起和北边的秦岭造山带提供的物源则次 之 本期的沉降中心位于隆丰场地区 隆丰1 井 地层厚度达1 000 m以上 3 4 须四期岩相古地理特征 在龙门山前缘带 普遍发育以碳酸盐岩砾石 为主的砾岩层 其砾径一般在10 cm左右 大者达 70 cm 大量的砾石反映了物源区与沉积盆地间 有较大的地形反差 是物源区强烈上升的结 果 14 说明受安县运动的影响 龙门山已褶皱成 山 使整个四川盆地真正进入了陆相的沉积环境 研究区主要为冲积扇 湖相辫状河三角洲及 滨浅湖沉积 图8 此时的物源主要来自于西边 的龙门山逆冲推覆体 本期的沉降中心仍位于隆 丰场地区 隆丰1井 地层厚度达1 200 m以上 3 5 须五期岩相古地理特征 本期继承了须四期的构造演化特征及沉积特 征 沉积环境较为稳定 主要为滨浅湖相 湖相辫 状河三角洲沉积 沉积范围进一步扩大 已覆盖整 个四川盆地 地层仍具有西厚东薄的沉积特征 图 9 受印支构造运动晚幕的影响 安县 中坝构 造 九龙山构造一线以北广大地区遭受剥蚀 须 五段地层无保留 本期物源主要来自于西边的龙 门山逆冲推覆体 沉降中心位于都江堰 宝兴附 近 地层厚度可达1 000 m以上 4 结 论 本文主要得到以下结论和认识 a 本文对川西前陆盆地晚三叠世 诺利期 瑞替期 的地层进行归并 划分 并统一命名为须 家河组 共划分为五段 b 研究区内须家河组主要发育冲积扇 湖相 三角洲 湖泊 海相三角洲 滨岸和海湾六种主要 图7 川西前陆盆地须三段岩相古地理图 Fig 7 Lithofacies and paleogeography of the third member of Xujiahe Formation in West Sichuan foreland basin 183 第4期林良彪等 川西前陆盆地须家河组沉积相及岩相古地理演化 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 图8 川西前陆盆地须四段岩相古地理图 Fig 8 Lithofacies and paleogeography of the fourth member of Xujiahe Formation in West Sichuan foreland basin 图9 川西前陆盆地须五段岩相古地理图 Fig 9 Lithofacies and paleogeography of the fifth member of Xujiahe Formation in West Sichuan foreland basin 的沉积相类型 其中三角洲沉积体系构成了整个 研究区的沉积骨架 c 研究区古地理演化经历了由海相环境 海 陆过渡相环境 陆相环境的转变 1 须一期 即 小塘子期 龙门山逆冲推覆体尚未形成 研究区 主要为海相三角洲 滨岸相沉积 2 须二期 龙 门山逆冲推覆体开始逆冲推覆 使研究区西部形 成造山带雏形 部分隆升幅度较大的地区开始露 出海面并构成北东向展布的岛链 特别是九顶山 摩天岭的隆升 半分隔了阿坝海域 形成了须二期 283 成都理工大学学报 自然科学版 第33卷 1994 2009 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 的海湾 使得研究区普遍发育海相三角洲沉积 3 须三期 受龙门山逆冲推覆的影响 西边的岛 屿进一步抬升扩大 并大部分连绵形成小山脉 除 局部地层中含少量半咸水双壳类 表明与古特提 斯海仍有通道沟通外 研究区基本结束了海相沉 积 进入了以陆相沉积环境为主的演化期 4 须 四早期 受安县运动的影响 龙门山褶皱成山 使 研究区与阿坝海域完全隔绝 整个四川盆地真正 进入了陆相沉积环境 参考文献 1 刘树根 童崇光 罗志立 等 川西晚三叠世前陆盆地 的形成与演化 J 天然气工业 1995 15 2 11 15 2 刘树根 罗志立 宋鸿彪 等 四川龙门山冲断带中北 段岩石圈结构研究 J 石油与天然气地质 1990 11 1 86 95 3 刘树根 罗志立 曹树恒 一种新的陆内俯冲类型 龙门山型俯冲成因机制研究 J 石油实验地质 1991 13 4 314 324 4 刘树根 罗志立 庞家黎 等 四川盆地西部的峨嵋地 裂运动及找气新领域 J 成都地质学院学报 1991 18 1 83 90 5 四川盆地陆相中生代地层古生物编写组 四川盆地陆 相中生代地层古生物 M 成都 四川人民出版社 1984 6 罗启后 王世谦 杨光 等 四川盆地中西部三叠系重 点含气层系天然气富集条件研究 R 成都 四川石 油管理局地质勘探开发研究院 1995 7 姜在兴 沉积学 M 北京 石油工业出版社 2003 8 曾允孚 夏文杰 沉积岩石学 M 北京 地质出版 社 1986 9 李勇 曾允孚 伊海生 龙门山前陆盆地沉积及构造演 化 M 成都 成都科技大学出版社 1995 10 刘树根 赵锡奎 罗志立 等 龙门山造山带 川西前 陆盆地系统构造事件研究 J 成都理工学院学报 2001 28 3 221 230 11 汪泽成 赵文智 张林 等 四川盆地构造层序与天然 气勘探 M 北京 地质出版社 2002 12 林良彪 川西前陆盆地上三叠统须家河组沉积相及 岩相古地理演化 D 成都 成都理工大学沉积地质 研究院 2005 13 李书兵 何鲤 柳梅青 四川盆地晚三叠世以来陆相 盆地演化史 J 天然气工业 1999 19 增刊 18 23 14 刘翠荣 吴乃苓 周瑾 等 川西前陆盆地形成演化与 动力学研究 C 朱夏油气地质理论应用研讨文集 北京 地质出版社 2001 188 197 Sedimentary facies and litho2paleogeographic evolution of the Upper Triassic Xujiahe Formation in West Sichuan foreland basin LINLiang2biao CHENHong2de JIANGPing HUXiao2qiang JIXiang2tian YELi2ming State Key L aboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Ex ploitation Institute of Sedimentary Geology Chengdu University ofTechnology