四川盆地南緣寒武系膏溶角礫巖的識別標志及勘探意義

彭勇民，高 波，張榮強，張殿偉，孫冬勝，沃玉進，周 雁，汪新偉，李雙建

(中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

四川盆地南部分布良好的寒武系與震旦系地層露頭(圖1)，寒武系的膏溶角礫巖廣泛分布于南部(如黔中隆起)及東緣(如湘鄂西片區(qū))，大方—金沙一線以北的婁山關群(-C2-3ls)膏質(zhì)巖一般分布厚20～40 m[1-3]。前人在四川盆地南部早就發(fā)現(xiàn)了寒武系甚至震旦系的膏鹽巖[4-9]，但在這些地區(qū)始終未見到相匹配的石膏巖露頭，唯一可以類比的是鉆井揭示四川盆地內(nèi)部的地下確實存在發(fā)育很好的中下寒武統(tǒng)膏質(zhì)巖類[4,10-12]。

從四川盆地南部的情況看，以盆地邊界為限，盆地外側(cè)發(fā)育寒武系與震旦系地層，象是開了一個一個的天窗；分布的北北西、北北東向2組斷層切穿了這些地層，這意味著這些地區(qū)的斷層通天、保存條件很差[13]。相反，越過邊界向盆地內(nèi)部，寒武系地層被近5 000 m的巨厚三疊—侏羅系覆蓋并深埋，保存條件相對好[14]。本文旨在通過地表露頭尋找優(yōu)質(zhì)石膏巖與膏溶角礫巖，總結(jié)膏溶角礫巖的識別標志，預測保存條件好的鄰近盆地內(nèi)部的膏質(zhì)巖分布，為油氣勘探提供可靠證據(jù)。

圖1 四川盆地南部震旦系、寒武系分布與石膏露頭位置

1 石膏露頭與膏溶角礫巖的發(fā)現(xiàn)

2009年7月在四川盆地南部尋找石膏蓋層與實測剖面時，新發(fā)現(xiàn)2個寒武系石膏露頭剖面點及膏溶角礫巖帶，并且地表的膏溶角礫巖與石膏露頭密切共生在一起。其中，沙坪子西王廟組(-C2x)石膏厚18.5 m/7層/2套、雷波縣火草坪龍王廟組(-C1l)厚18.5 m/6層/1套(含2.0 m/1層膏溶角礫巖)共2個石膏露頭點(圖1,2)。此外，在甘洛縣黑馬也發(fā)育了厚18.5 m/5層的石膏露頭及膏溶角礫巖。它們均是優(yōu)質(zhì)的石膏蓋層。

根據(jù)膏巖類的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分、產(chǎn)狀等特征，可劃分出蒸發(fā)臺地相和局限臺地相。前者主要為紫紅色泥質(zhì)巖，或透鏡狀、結(jié)核狀的泥晶含石膏質(zhì)白云巖，具泥晶結(jié)構(gòu)，呈透鏡狀、結(jié)核狀、角礫狀少量波狀構(gòu)造。后者中的潮間坪亞相為韻律條帶、波狀、角礫狀、少量的石膏質(zhì)巖石、含云含泥質(zhì)石膏巖及與之共生的膏溶角礫巖，具泥粉晶—細晶結(jié)構(gòu)；鹽湖或潟湖亞相為塊狀、韻律條帶的純石膏巖及含云含泥質(zhì)石膏巖，具細—粗晶結(jié)構(gòu)。其成因機制為海相沙壩說。

1.1 火草坪膏溶角礫巖露頭剖面

火草坪露頭剖面發(fā)育蒸發(fā)臺地相、局限臺地相石膏巖與膏溶角礫巖，膏巖類與泥晶白云巖共生，頂部為紅色泥覆蓋；該剖面序列自上而下(圖2)分別為：(1)紅色泥巖(圖2a)；(2)灰白色泥晶白云巖，具方解石脈(圖2a)；(3)灰黃色含石膏角礫巖，這是韻律條帶狀白云質(zhì)石膏巖經(jīng)過長期的淡水淋濾溶解3～5 cm厚的石膏條帶所致，角礫大小5 cm×6 cm，大者10 cm×30 cm，角礫成分為泥晶白云巖，膠結(jié)物為泥質(zhì)與方解石，泥質(zhì)為石膏條帶溶解后的不溶物，滴酸起泡的方解石為云膏化后的產(chǎn)物(圖2a,c,f,g)；(4)白色泥晶石膏巖，塊狀構(gòu)造,成分單一，風化出現(xiàn)2 mm寬的褐紅色鐵銹(圖2b)；(5)白色粉晶白云質(zhì)石膏巖，厘米級韻律條帶構(gòu)造，石膏層(1～2 cm)與泥晶白云巖層相間(圖2d)；(6)白色白云質(zhì)石膏巖，厘米級韻律條帶構(gòu)造，石膏層厚3～5 cm(圖2a中部)；(7)白色細晶石膏巖(圖2b中的人后)；(8)灰白色白云質(zhì)石膏巖，厘米級韻律條帶構(gòu)造，石膏層(1～2 cm)與泥晶白云巖層間互，局部風化成膏溶角礫巖(圖2f,g)；(9)灰色泥晶白云巖，厚塊層狀，含鐵斑，不成條帶。

1.2 黑馬膏溶角礫巖露頭剖面

該剖面同樣發(fā)育蒸發(fā)臺地相、局限臺地相石膏巖與膏溶角礫巖，膏巖類與紅色泥、泥晶白云巖共生，頂部為紅色泥覆蓋。該剖面序列自上而下(圖3)分別為：(1)紫紅色泥巖，暴露氧化；(2)灰白色泥晶白云巖，中厚層狀，局部含硅質(zhì)透鏡，似為透鏡狀層理；(3)灰白色白云質(zhì)石膏巖；薄韻律條帶構(gòu)造，見紅色赤鐵礦條帶(0.1～0.8 m)；(4)白色粉晶石膏巖，塊狀，偶含極薄層泥；(5)白色含泥或含白云質(zhì)石膏巖，韻律條帶構(gòu)造，但含泥或含白云巖條帶極薄(0.1～0.3 m)且多不連續(xù)，呈透鏡體；泥巖呈灰綠色未見紫紅色，厚3.7 m；局部風化后成膏溶角礫巖；(6)灰黃色含石膏角礫巖，角礫成分主要為紫紅色泥巖或泥礫，偶見灰色泥晶白云巖角礫，大小5 cm×7 cm，最大者10 cm×30 cm，膠結(jié)物為粘土與方解石；原巖恢復為韻律條帶(泥巖條帶2～5 cm，石膏條帶3～6 cm)泥質(zhì)石膏巖；(7)紅色含膏泥巖，紫紅泥巖(10～23 cm)與中層白色石膏層(3～8 cm)互層。該層常風化為膏溶角礫巖，角礫成分為紫紅色泥巖，一般大小3 cm×6 cm，膠結(jié)物為粘土與方解石；(8)灰白色泥晶白云巖，厚塊層狀。

圖2 四川雷波縣火草坪下寒武統(tǒng)龍王廟組(-C1l)石膏露頭

a.石膏露頭寫實圖，表現(xiàn)了膏溶角礫巖與石膏巖、韻律云質(zhì)石膏巖的關系；b.石膏露頭的兩側(cè)為風化去膏化形成的膏溶角礫巖，塊狀石膏巖具細中晶結(jié)構(gòu)；c.膏溶角礫巖(含泥角礫白云巖)，發(fā)生了淡水溶解、去膏化方解石化等現(xiàn)象；d.含泥含鐵韻律條帶石膏，粉細晶結(jié)構(gòu)；條帶構(gòu)造是鐵銹與不溶的泥質(zhì)物造成的；e.灰黃色膏溶角礫巖，釘鍤之下為新鮮的韻律條帶含云石膏巖，見f.插圖所示，產(chǎn)出位置見a與b插圖所示；g. 新鮮的石膏露頭與溶解后的典型膏溶角礫巖；灰白色2～4 cm泥晶白云巖條帶，白色1～2 cm石膏條帶。

Fig.2 Gypsum outcrops of Longwangmiao Formation of Lower Cambrian in Huocaoping region, Leibo County, Sichuan Province

圖3 四川甘洛縣黑馬中寒武統(tǒng)

2 膏溶角礫巖特征及識別標志

在實測剖面時又在4處發(fā)現(xiàn)了中下寒武統(tǒng)較厚的膏溶角礫巖，其中，雷波縣抓抓巖剖面30余m/13層(-C2x)(圖4)，云南永善縣長坪剖面17.5 m/4層(-C2x)，樂山市范店剖面20余m/4層(-C2d)，南川縣三匯場剖面石冷水組 (-C2s)35 m/4層，這些膏溶角礫巖在20世紀70年代被前人當作普通的灰黃色含泥泥晶白云巖。

2.1 剖面上的膏溶角礫巖特征

在4條寒武系剖面上，抓抓巖剖面、長坪剖面的膏溶角礫巖均與紅色泥巖呈間互產(chǎn)出(圖5a,b,c,d)；而范店剖面、三匯場剖面都為泥晶白云巖與膏溶角礫巖共生在一起，這與在石膏露頭所看到的石膏層與膏溶角礫巖共生明顯不同，主要是因為長期裸露的較新鮮的石膏層均已被大氣淡水溶解。

但是，膏溶角礫巖的特征總體與石膏露頭上所見的現(xiàn)象一樣，均呈灰黃色、韻律條帶構(gòu)造、細中粒級角礫；角礫成分均為泥晶白云巖，膠結(jié)物為泥質(zhì)與方解石。例如，抓抓巖剖面-C2x，第148層紫紅色泥夾15～25 cm厚的灰黃灰綠色膏溶角礫巖(圖4,圖5 a,b,c,)，后者實為韻律條帶云質(zhì)石膏巖溶解所致，與火草坪石膏點的韻律條帶云質(zhì)石膏相似。又如，長坪剖面在-C2x紅層泥巖中發(fā)育灰黃色、灰綠色的膏溶角礫巖，單層最厚達9 m，最薄1.5 m；膏溶角礫巖特征清晰，角礫大小一般為大2 cm×3 cm，成分為泥晶白云巖，偶見紫紅色泥巖，呈棱角狀，無分選、無定向、無粒序；膠結(jié)物為粘土與方解石(圖5d)。

范店下寒武統(tǒng)-C1y(遇仙寺組，其上部相當于-C1l)剖面上，發(fā)現(xiàn)了灰黃色膏溶角礫巖(最厚達12 m)，角礫成分也為泥晶白云巖，但無紅色泥巖角礫(圖5e)。

圖4 四川盆地雷波抓抓巖寒武系實測剖面與膏溶角礫巖

圖5 四川盆地地表露頭實測剖面的膏溶角礫巖與地下鉆井的條帶狀石膏巖對比

a.抓抓巖剖面-C2x,第150層膏溶角礫巖細節(jié),以及151層紫紅色泥；b.抓抓巖剖面-C2x(西王廟組),第150層膏溶角礫巖的放大；c.抓抓巖剖面-C2x,第158層紫紅色泥巖中的鳥眼,去膏化的方解石化充填,灰黃色為膏溶角礫巖；d.長坪-C2x, 紫紅色泥夾15～25 cm厚的灰黃灰綠色膏溶角礫巖多層；e.范店-C1y(遇仙寺組, 其上部相當于-C1l)第36層灰黃色膏溶角礫巖(厚12 m),角礫成分主要為泥晶白云巖；f.三匯場剖面露頭-C2s(石冷水組)灰黃色膏溶角礫巖，具有條帶狀構(gòu)造，為去膏化方解石化的含泥質(zhì)白云巖；g.丁山1井第6筒(2 724.51～2 730.68 m), 塊狀石膏+韻律條帶石膏(共厚4 m)，以及白云巖；h.灰質(zhì)石膏巖,見厚2～15 mm的泥晶白云巖的韻律條帶, 井深2 725.2 m；韻律條帶狀石膏對應地表膏溶角礫狀含泥質(zhì)白云巖；i.利川縣汪營鎮(zhèn)西5 km，地質(zhì)點P826，T1j中發(fā)育膏溶角礫巖和小型柔皺；j.為a的放大,灰黃色中細角礫，角礫成分為含泥質(zhì)含方解石泥晶白云巖；k.習水縣土河場Z--C實測剖面踏勘照片, 河壩的-C2構(gòu)造角礫巖,大角礫1.2 m×0.8 m；l.三都縣都柳江寒武系都柳江組角礫狀灰?guī)r，碎屑流透鏡體

Fig.5 Comparison between dissolved gypseous breccias from measured outcrop profiles and banded gypsum rocks from drilling wells in Sichuan Basin

相似地，三匯場剖面發(fā)現(xiàn)中寒武統(tǒng)石冷水組灰黃色紋層與條帶狀的膏溶角礫巖(圖5f,厚35 m/4層)。

膏溶角礫巖事實上為韻律條帶狀白云質(zhì)石膏巖，這樣，前面所描述的石膏露頭及實測剖面上的膏溶角礫巖與鉆井揭示的地下情況可完全對比(圖5g,h)，且比丁山1井(26.9 m/10層)厚。

剖面上所見到的膏溶角礫巖完全可以與四川盆地的下三疊統(tǒng)嘉陵江組厚達幾百米甚至上千米的膏溶角礫巖對比。例如，利川縣汪營鎮(zhèn)西5 km的T1j中發(fā)育膏溶角礫巖和小型柔皺(圖5i,j)，它們與發(fā)育穿層的構(gòu)造截切界面且角礫大小差異懸殊的構(gòu)造角礫巖(圖5k)、角礫雜亂半塑性磨園且偶見定向的碎屑流透鏡體(圖5l)是明顯不同的。

2.1 膏溶角礫巖的識別標志

針對四川盆地南部的實際，提出膏溶角礫巖的識別標志，其目的是，(1)作為上揚子地區(qū)尋找膏鹽巖的依據(jù)；(2)進一步確認與區(qū)別真假膏溶角礫巖，以恢復膏鹽巖厚度、確定膏鹽巖分布邊界。值得說明的是，這里的膏溶角礫一般為細、中礫級大小，對于很多學者所報道的巨角礫甚至大于1 m的膏溶角礫，在上揚子地區(qū)的石膏露頭中未曾見到。識別膏溶角礫巖的8條標志如下：

(1)顏色標志：為特征的灰黃色、灰綠色，這是由于溶解后的不溶殘余物即泥質(zhì)類造成的，尤其是與紅色泥巖共同產(chǎn)出的情況下更為顯眼。

(2)構(gòu)造標志：以韻律條帶構(gòu)造或者角礫狀構(gòu)造顯示，這是1～3 cm的紫紅色泥質(zhì)巖條帶(或灰白色泥晶白云巖條帶)與2～6 cm石膏巖薄互層經(jīng)過石膏溶解掉后形成的。

(3)成分標志：膏溶角礫成分多是泥晶白云巖，或者泥質(zhì)巖類，外來角礫很少；膠結(jié)物為粘土礦物與方解石，這是去膏化、方解石化、不溶物殘留的結(jié)果。在顯微鏡下多半可見到柱狀、片狀、束狀等石膏假晶現(xiàn)象。

(4)結(jié)構(gòu)標志：膏溶角礫大小多為細、中礫，分選中—好，角礫既呈雜亂鑲嵌拼合也可呈層狀、似層狀分布。

(5)產(chǎn)狀標志：膏溶角礫巖與紫紅色泥質(zhì)巖，或者與泥晶白云巖共生;目前未發(fā)現(xiàn)與水動力強的顆粒白云巖在一起。

(6)上下接觸界面標志：膏溶角礫巖與圍巖呈整合或假整合接觸關系，呈板狀而非透鏡狀，延伸穩(wěn)定、厚度變化??；膏溶角礫巖巖層的頂、底平直，不出現(xiàn)明顯起伏或鋸齒狀，也與巖溶洞或地下河沖刷而成的水道形狀有所差別。

(7)沉積相標志：膏溶角礫巖多是潮間環(huán)境形成的，這主要是由于其韻律條帶狀構(gòu)造形勢發(fā)展決定，反映了蒸發(fā)環(huán)境下的鹽度間歇性的變化。

(8)背景標志：區(qū)域上當時沉積時該區(qū)鉆井揭示的地下均存在過石膏類巖石。

3 膏溶角礫巖厚度恢復與估算

3.1 原理

根據(jù)露頭觀察，韻律條帶云質(zhì)或灰質(zhì)石膏層經(jīng)地表溶解或去膏化后形成膏溶角礫巖；對于現(xiàn)今所見的中(1～10 cm)、細礫(小于等于1 cm)級的膏溶角礫巖，其厚度大致是未去膏化前即韻律條帶云質(zhì)或灰質(zhì)石膏層的1/2。塊狀石膏去膏化后未留下痕跡時，可根據(jù)沉積亞相或微相推測其厚度。

3.2 方法

對于膏溶角礫巖的厚度估算，通過關系式Hrhy=2Hdiss求解。式中Hrhy為韻律(rhythm)條帶云質(zhì)或灰質(zhì)石膏巖厚度，Hdiss為地表溶解(dissolution)或去膏化后的膏溶角礫巖厚度。對于塊狀(massive)石膏，如果微相為潮上坪，則Hmass=0 m，如果微相為潮間坪，則Hmass≥Hrhy。

據(jù)此，剖面上的膏溶角礫巖經(jīng)過恢復后的巖性為韻律白云質(zhì)石膏巖，其厚度估算分別為抓抓巖60余 m，長坪35余 m，范店40余 m，三匯場70 m(圖1)。說明這些地區(qū)當時曾經(jīng)是膏巖類比較發(fā)育的。

4 膏溶角礫巖的油氣勘探意義

通過對火草坪與沙坪子這2個中下寒武統(tǒng)的石膏露頭點與4條實測剖面的確認，查明了川西南地區(qū)從黑馬向南至火草坪一線連片分布的長60～70 km的石膏優(yōu)質(zhì)蓋層帶；推測構(gòu)成了一個近北北西向展布的局限臺地相中的潮間坪微相石膏帶。相信跨過邊界線(圖1)往四川盆地內(nèi)部具有更好的潟湖微相厚層石膏巖，從而改變了以往該區(qū)無膏鹽巖的看法。這是優(yōu)質(zhì)的石膏蓋層帶，對油氣勘探具有重要意義。

值得說明的是，在膏溶角礫巖的識別標志提出之前，4條實測剖面上的膏溶角礫巖自1972年以來長期被當作為灰黃色含泥條帶狀泥晶白云巖。認識上的不一樣其勘探意義則大不同。

更廣泛地講，在四川盆地南緣的侏羅系覆蓋區(qū)(圖1)，自西向東沿老龍1井、宮深1井、寧1井、林1井至丁山1井均存在中下寒武統(tǒng)不同類型的膏質(zhì)巖類，這一向南突出的弧形帶分布著連片的中下寒武統(tǒng)石膏蓋層。據(jù)統(tǒng)計丁山1井膏巖類厚26.9 m/10層，石膏巖層計4層，石膏質(zhì)白云巖層計7層；林1井膏巖類厚99 m/10層。這些地下所見的膏質(zhì)巖類蓋層與四川盆地南部的地表露頭廣布的膏溶角礫巖相對應。

所以，結(jié)合地下與地表，可以說，四川盆地南部形成了一條100多公里長的弧形優(yōu)質(zhì)石膏蓋層帶，那么，鹽下領域的勘探前景必然大有可為。

事實上，鹽下的威遠氣田的成功勘探與突破就是典型的例子。威遠氣田發(fā)育3套儲層，其中，寒武系鹽下2套即震旦系燈影組、下寒武統(tǒng)龍王廟組，鹽上1套即洗象池群。1964年上震旦統(tǒng)燈影組發(fā)現(xiàn)了燈影組大氣田；2004年以后，威遠構(gòu)造的老井上試回采，又新發(fā)現(xiàn)了中上寒武統(tǒng)洗象池群氣藏群；2005年威寒1井在下寒武統(tǒng)遇仙寺組產(chǎn)氣12.303×104m3/d，又開辟了一個鹽下新層系。

但是，其他重要地區(qū)如川東南區(qū)塊、川西南區(qū)塊的寒武系與震旦系目的層仍然沒有取得多大進展，這與60余 m厚的膏鹽巖事實不符合。因此，四川盆地南部的膏質(zhì)巖類優(yōu)質(zhì)蓋層的確定無疑為該區(qū)提供了具有較大勘探潛力的科學依據(jù)。

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