四川盆地上三叠统须家河组物源及其对沉积的影响

四川盆地上三叠统须家河组物源及其对沉积的影响

1盆地内须家河组内生物源四川盆地及其周边地区形成了板块运动，这些板块运动先后形成了古地形和古高山。这些古地形高度群落的主要物源是晚三叠纪的沉积物（图1）。盆地周边主要有江南古陆（又称邢峰古陆）、东北部的大巴山古陆、西南的康滇古陆和西部的龙门山源系统。西部龙门山在晚三叠世早、中期(须一—须三),呈不连续的孤岛,古岛屿之间的低凹带成为四川盆地与后龙门山地区海域重要的狭窄通道。因此,四川盆地上三叠统须家河组是多物源共同作用的产物。从区域背景、岩石组合、岩石成份及重矿物等特征综合分析,晚三叠世四川盆地周边物源区的特征各异。1.1盆地内物源区江南(雪峰)古陆对四川盆地须家河组沉积的供源作用一直持续整个晚三叠世,其物源的贡献主要表现在盆地东南部,包括蜀南东部、川中—川南过渡带及川东南部地区,该区须家河组以沉积厚度相对较小、砂岩发育、少见或不见砾岩分布,说明该物源区一直缓慢持续地向盆地内提供沉积物。这也是距四川盆地稍远的物源体系。1.2摩天岭古陆地北部与古秦岭相接,早期表现为多个古岛组成,中晚期隆升形成推覆带。早期(须一、须二),该区沉积物岩屑类型以变质岩、岩浆岩岩屑为特征,少见砾石,说明这一时期物源区相对较远,且为变质岩、杂岩体,显然与古秦岭高地、摩天岭古陆(古龙门山中的一部分)有关。自须三开始,岩屑类型及砾石成分发生了很大变化,须家河组大量出现碳酸盐岩岩屑及灰、云岩砾石,显示出该区物源发生了变化,这一时期杂岩体及古秦岭高地提供的物源居次要地位,物源区的变化与龙门山推覆体的形成有很大关系,即在晚三叠世中晚期这一时期,龙门山推覆体形成了该区的主要物源区。实际上是古秦岭高地的组成部分,这一物源区对盆地的影响主要表现在盆地东北部及川中北部地区。物源区提供物源的强度是逐渐增强,在晚三叠世早期相对较弱,而中晚期相对较强,晚三叠—早侏罗世达到最高峰,以提供变质岩物源为典型特征,该沉积区见大量石英砾石、燧石砾石及相应岩类的岩屑成分,重矿物为锆石—电气石组合。1.4晚三叠世之期岩相古地理康滇古陆位于盆地西南部,对盆地沉积的影响主要表现在晚三叠世早期,其作用有二:①由于古陆的存在,在沉积地貌上形成相对高地,尽管须家河组在盆地西南部有沉积,但其厚度相小,且形成地层超覆现象;②古陆也相应地提供一定的沉积物,从须一、须二段砂岩百分比的分布看,存在小范围的高砂泥比。晚三叠世中晚期,该古陆在盆地内的影响不大,由于须家河组沉积范围的扩大及沉积厚度的加大,该古陆逐渐消失,并成为主要泄水区,使四川盆地与西昌盆地、理塘—稻城地区相连。总之,四川盆地晚三叠世具有多物源供给的特征,不同时期的主物源方向不同。总体看,晚三叠世早中期区域上存在四大物源体系,即古龙门山物源体系(早期摩天岭古陆及西秦岭)、大巴山物源体系、江南古陆物源体系及康滇古陆物源体系。晚期,由于康滇古陆物源区的消失,盆地内主要存在三大物源体系,但南缘黔中古陆可能有物源贡献。除这些区域上的物源体系外,盆地内不同时期的古隆起、古残丘及周缘高点(如开江古隆起、泸州古隆起)也不同程度的提供物源,但影响均不大。2三叠纪的物源特征2.1南、川中地区对须家河组下部地层的物源问题,多数学者倾向性地认为:来自北部及东北部的秦岭高地(丘东洲等,1983),次要来自江南古陆及康滇古陆。根据王金琪的研究,从须一开始,沉积物以碎屑岩为主,砂岩颗粒分选较好,显然为大型河流从远处携来。在广元据斜层理测量平均流向为191°,什邡为223°～268°。下部地层的岩屑类型也表明,其主物源可能来自北部,川中、川西地区的须二段砂岩岩屑具有多类型特征,除常见的砂泥岩岩屑外,还普遍见有少量花岗岩、喷出岩岩屑。但也有学者强调,龙门山地区的古岛屿及西部古陆供给盆地物源的重要性(邓康龄,1983),但多数认为,西部物源只表现为水下隆起。须一时,四川盆地的沉积范围相对较局限,东止于华蓥山,南止于泸州古隆起,盆地内以川西为沉积(沉降)中心,西与松潘—甘孜海槽相连。早期以海相沉积为主,晚期为海陆过渡相。须一时的物源方向应以北部古秦岭高地为主物源区,次为南部的康滇古陆。除上述证据外,下面的一些资料也可作为旁证:①须一段盆地内多处见有纯度较高的石英砂岩,各地厚度不等,如北部广元—旺苍地区、梓潼凹陷、川中大足地区、南部峨眉地区等。石英砂岩的广泛分布,说明不是近源沉积产物,物源来自更远地区。②须一段砂岩厚度百分比的分布表明,主要物源不是来自西部,砂岩百分比平面变化趋势呈近南北向,北部地区自北向南减少,南部地区自南向北减少。这反映了存在南、北两大物源区。尽管须一时沉积范围局限于川西、川中地区,盆地东部在须一时为雷口坡组的风化侵蚀,其物源贡献可能主要表现在为沉积区提供碳酸盐岩的溶蚀物。此外,西部龙门山古岛也可能提供少量物源。须二—须三时,盆地内沉积范围进一步向东、向南超覆扩展。这一时期的物源除北部古秦岭山地、康滇古陆外,大巴山物源区及江南古陆物源区为盆地开始作贡献,但康滇古陆物源区在须三时的供源作用不大。具体表现为:①重矿物组合表现出三大物源体系(图2)。②须二、须三段的砂岩厚度百分比的分布表明,在盆地东部厚度百分比呈高、低带间互分布,显示出古河流的存在。矿物含量、岩屑组合呈不同分区(图3,略)。③在川东及川中北部地区,须二段开始出现砾岩及含砾砂岩,砾石成分以石英及燧石为主,岩屑中主要为变质岩岩屑,显示开始受大巴山物源影响(图4,略)。④江南古陆物源区的作用,主要表现在川东地区南部及蜀南地区的须二、须三段沉积,这一地区须家河组的分段性差,以砂岩为主,泥页岩少甚至不见分布。⑤根据剖面结构、重矿物、岩矿组份、沉积特征等的进一步分析表明西部物源明显。川西北须二段砂岩重矿物含量以石榴子石最为突出,有的剖面高达50%以上。中坝、丰谷、梓潼一些钻井中含碳酸盐岩砾石。中部什邡金河须二段重矿物以抗风化极高的锆石(约占70%)为主,次为金红石(占11%)。其砂岩底部含砾成份主要为石英岩、隧石,反映西部物源特征明显。由此可见,晚三叠世早中期的物源具有多样性、分区性。须一时以北部古秦岭山地为主要物源区,次为康滇古陆;须二时盆地物源有北部古秦岭山地、大巴山物源、江南古陆、康滇古陆等主要物源,是盆地内砂岩沉积的主要时期;须三时的物源区与须二时相比,康滇古陆物源的作用逐渐减小,并在以后时期消失。2.2龙门山中中段物源区的演变晚三叠世物源因沉积盆地结构发生变化而变化,其中最主要的变化表现在盆地西北部。晚三叠世晚期,盆地西北部因安县运动使盆地结构发生变化,安县运动使龙门山中北段抬升、封闭,形成盆地西界,这次运动有可能是由于后龙门山的松潘—甘孜海槽的褶皱回返,其东界为龙门山中北段。而正是由于龙门山中北段的抬升封闭,使沉积盆地的物源发生变化。从矿物组份、含量及砾岩分布图(图5～图7,略),四川盆地晚三叠世三大物源体系明显,且以西部、北部为主。从影响程度看,龙门山中北段物源区的影响程度较大,沿盆地边缘形成厚度较大的冲积扇群,砾石及岩屑成分以碳酸盐岩为主,但范围较局限,仅表现在川西及川中地区的中西部;从影响范围看,大巴山物源区的影响范围较大,表现在川北、川东、川中地区均受该物源区控制。此外,江南古陆物源区在这一时期仍不断地为盆地提供碎屑物。因此,晚三叠世晚期,盆地物源主要表现为龙门山中北段、大巴山物源及江南古陆物源。总之,龙门山作为物源其位置并非一成不变,仅剥蚀加深而已,而是受冲断带从西北到东南的发展所控制,由西北向东南变动的。随不同时期的构造抬升,不断涌出新的剥蚀区。即龙门山冲断带是从后龙门山向前龙门山不断发展的,相应新的蚀源区不断向东南迁移。3不同地区沉积盆地的沉积影响物源的分布及供给直接影响到沉积盆地的沉积特征,四川盆地晚三叠世沉积盆地具有多物源特征,由于供源区构造运动的差异,各物源在不同时期对沉积盆地的影响程度具有明显差异性。总体上看,晚三叠世沉积盆地作为一个前陆盆地系统,其来自前陆冲断带的物源体系对沉积盆地的影响,仅仅是整个盆地物源体系之一,其影响范围也相对局限,在川西地区表现明显,具体表现在八角场—龙泉山以西地区主要受控于西部古龙门山物源体系。而来自盆地东北方向的大巴山物源、东南方向的江南古陆物源、南方的康滇古陆物源对川中、川东及川南上三叠统沉积影响较大。多物源体系对沉积盆地的影响主要表现在以下几方面:3.1盆地周缘山系盆地的沉积与盆地内可容纳空间的大小有关,当物源供给速率小于盆地沉降速率,盆地可容纳空间增大,盆地沉积处于“欠补偿”状态,泥页岩发育,砂岩不发育;而当物源供给速率大于盆地沉降速率,盆地可容纳空间减小,盆地沉积处于“过补偿”状态,砂岩发育。须一、须三、须五时,盆地周缘山系处于相对平静期,物源供给速率小,盆地以湖泊沉积为主,泥页岩相对发育,而砂岩较少;须二、须四、须六时,为构造活跃期,盆地周边物源区向盆内提供大量的沉积物,不但在盆地内缘地区形成较厚的砂岩,在盆地汇水区也形成无零米砂岩分布区,纵向上以各类砂体相互叠置形成厚层砂岩。3.2盆地须二、须四、须六段岩相特征由于盆地周缘供源山系的不均衡活动,导致盆地内河道迁移,平面上形成大面积砂岩,纵向上多期河道相互迭置成厚层砂岩。因此,识别单个河道困难。四川盆地须二、须四、须六段以砂岩广泛发育为特征,但从露头剖面上观察,厚层砂岩是由多个具透镜状砂岩体迭置而成,单个砂岩体的横向追踪,在短距离即变薄尖灭。钻井剖面上也表现出同样的特征,如包36井须四段,岩心观察,整个须四段可划分成水上分支河道微相,但由多个水上河道砂组成,每个水上分支河道砂的下部均表现为粗粒砂岩,见大量炭屑及泥砾,上部为细砂岩沉积,未见砾石,测井曲线也表现出相应的特征。3.3川中地区的砂岩储层川中地区在晚三叠世各个时期,特别是须二及以后各期,大都与川西地区南部一起,表现为沉积中心,这种沉积格局,使周缘沉积物向沉积中心汇聚,因而在川中地区形成多个三角洲沉积体系,河道砂、河口坝砂等经湖水冲刷或相互叠合形成砂岩连片广泛分布,导致该区须二、须四、须六期无明显浅湖相区。因此,在川中地区,有可能找到连片的厚层砂岩储层,这也是寻找大面积岩性及岩性—构造复合圈闭气藏的物质基础。因此,与中国其他盆地“泥包砂”的沉积特征不同,四川盆地上三叠统须二、须四、须六段平面上砂岩成片,纵向上成厚层砂岩。在沉积微相研究中,要划分出单个河道困难较大,同时,在砂岩储层预测中,是在大套砂岩中寻找高孔层段砂岩,即“砂中找砂”对储层预测及岩性圈闭识别也提出了更高的要求。4物源体系对盆地沉积的控制(1)晚三叠世四川盆