川西北地區(qū)須家河組碎屑組分特征與物源分析

趙正望 謝繼容 吳長江 李 楠 王小娟 賈 松 李 莉 朱 華

(中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院)

0 引言

物源控制盆地沉積，對分析砂體及沉積相展布具有重要意義。碎屑組分記錄了當(dāng)時沉積演化過程，對物源具有明顯指示性。Dickinson等人認(rèn)為，大地構(gòu)造性質(zhì)不同的物源區(qū)，提供給盆地的沉積物不同，并進一步將物源分為造山帶物源、古陸物源、火山帶物源等三大類。因此，可以通過盆地巖石(或沉積物)成分來分析物源區(qū)性質(zhì)。前人對四川盆地須家河組物源研究獲得了重要進展，認(rèn)為四川盆地發(fā)育多個物源[1]，但對具體地區(qū)物源影響范圍未做詳細(xì)分析，本文從砂礫巖碎屑成分、砂巖骨架顆粒及重礦物組合等方面對川西北地區(qū)須家河組沉積記錄進行系統(tǒng)分析，試圖進一步探討物源特征及其對該區(qū)須家河組沉積的影響。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于四川盆地梓潼坳陷，西界和北界均為盆地邊界，分別為松潘—甘孜褶皺系的龍門山逆沖構(gòu)造帶(早期為摩天嶺古陸、雪包古隆起)[2]和米倉山褶皺帶，向南和向東逐漸向盆地過渡。區(qū)內(nèi)分布中壩、老關(guān)廟、文興場、柘壩場、九龍山等構(gòu)造(圖1)。

區(qū)內(nèi)須家河組主要為一套陸相碎屑巖沉積，根據(jù)中國石油西南油氣田分公司對四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組地層劃分方案(2005)[3]，縱向上可分為須一、須二、須三、須四、須五和須六6個巖性段。由于印支晚幕運動，川西北地區(qū)只殘留了須一段—須四段地層。須三段—須六段不同程度地遭受剝蝕，由南向北剝蝕程度不斷加深，其中須六段全部剝蝕。

圖1 川西北地區(qū)須家河組構(gòu)造圈閉與地層剝蝕線疊合圖

須一段厚20m～380m，上部以淺灰色中、細(xì)粒巖屑石英砂巖，灰白色(部分深灰—灰色)石英粉砂巖為主與黑色頁巖、砂質(zhì)頁巖互層，中部為兩套塊狀中粒砂巖，下部以灰白、深灰色石英粉砂巖為主。

須二段保存完整，厚度130m～480m，為灰色中厚層狀中粗粒長石石英細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖組成正韻律層。其下部為灰色厚層塊狀中粗粒長石石英砂巖為主，夾粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖。中上部為黃灰色泥質(zhì)粉砂巖和泥巖夾細(xì)砂巖，灰色中厚層狀泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖。上部為灰色中厚層狀中粗粒長石石英砂巖至粉砂巖和泥巖。組成多個向上變細(xì)的大型韻律層。

須三段在全區(qū)均有分布，但靠近盆緣有剝蝕，殘度160m～450m，下部為長石石英細(xì)砂巖夾粉砂巖和泥巖，黃灰色薄層粉砂巖和泥巖夾碳質(zhì)泥巖和煤線，上部為灰色厚層狀巖屑砂巖夾粉砂巖、泥巖和煤線。

須四段僅在中壩—文興場—柘壩場—九龍山以南地區(qū)殘留，巖性以淺褐灰色—褐灰色砂質(zhì)礫巖、砂巖夾頁巖，向上變?yōu)楹只疑⑸詈只疑小?xì)粒巖屑石英砂巖夾頁巖。礫石成分主要為泥晶—細(xì)粉晶灰?guī)r，次為細(xì)粉晶—粗粉晶云巖，少量燧石、泥礫及石英巖，圓—次圓，分選較好，充填物主要為灰?guī)r、云巖及少量石英等。中下部巖屑石英砂巖中巖屑成分以灰?guī)r、云巖，少量泥巖巖屑，上部巖屑類型與下部不同，以石英巖、砂巖、泥巖及少量千枚巖巖屑，巖屑含量相對較低。

須五段區(qū)內(nèi)絕大部分地區(qū)遭受剝蝕，僅思依場及以南地區(qū)有保存，巖性主要為深灰色泥巖夾砂巖，殘厚0～150 m。

2 碎屑組分特征

本次對川西北地區(qū)須家河組82口井進行了巖類統(tǒng)計，精細(xì)描述了6條野外剖面，對242塊樣品進行了薄片鑒定，分析巖石組分特征。

2.1 礫巖

川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組礫巖在須二、須三、須四段均有分布。須二段礫巖主要分布在川西北地區(qū)青林口—柘壩場—老關(guān)廟—中壩地區(qū)、九龍山以北地區(qū)。前者礫石成分主要為碳酸鹽巖，礫石分布在須二段上部，以薄層分布為特征，表現(xiàn)為河道滯留沉積，平面上主要分布在中壩—青林口地區(qū)(圖2)，以中12井厚度最大(20m)，其它地區(qū)相對不發(fā)育。九龍山以北地區(qū)主要為石英礫和燧石礫，如旺蒼后壩，礫巖為薄層狀分布，發(fā)育2層，單層厚度小于1m，礫徑一般為2cm～4cm，分選度及磨圓度較好。總體看，須二段有外來礫石帶入沉積盆地，但規(guī)模小，說明龍門山北段在須二晚期逆沖活動開始發(fā)展。

須三段礫巖分布范圍較須二段有所擴大，厚度也較大，川西北地區(qū)均有分布，礫巖厚度大于10m主要分布在廣元—劍閣—梓潼地區(qū)，以廣元河灣場地區(qū)厚度最大(河2井，70m)(圖3)。礫石成分主要為碳酸鹽巖礫，次為燧石，由盆緣向盆內(nèi)礫徑相對變小，分選及磨圓變好，燧石礫主要分布在盆緣廣元石罐子—須家河等地，盆內(nèi)不發(fā)育。據(jù)礫巖的分布特征，反映龍門山物源[4,5]貢獻。

圖2 川西北地區(qū)須二段礫巖等厚圖

九龍山以北地區(qū)有少量石英礫、燧石分布，礫徑小，磨圓及分選都較好，以薄層夾于砂巖中，為河道沉積，表明離物源區(qū)較遠(yuǎn)。在廣元與旺蒼之間的白水剖面，碳酸鹽巖礫、燧石、石英礫均有分布，礫巖厚度小于10m，礫徑小，一般為1cm～2cm，分選及磨圓都較好，為廣元—劍閣—梓潼與九龍山以北區(qū)物源交匯區(qū)。綜合分析，須三段礫巖厚度及組分具有一定的分區(qū)性，物源主要來自龍門山。

圖3 川西北地區(qū)須三段礫巖等厚圖

須四段礫巖在全區(qū)均有分布，以青林口—雙魚石一帶厚度最大，礫巖殘厚超過200m(圖4)。厚層塊狀，單層厚度最大超過40m，礫石成分主要為碳酸鹽巖礫，見少量石英礫、燧石礫?；?guī)r礫相對須三段明顯增多，礫徑較大，最大達20cm，分選及磨圓都較差，表明該段礫巖成分及結(jié)構(gòu)成熟度明顯降低，為近源快速堆積、物源區(qū)供源充足。

圖4 川西北地區(qū)須四段礫巖殘厚圖

綜上，從須二—須四段，川西北地區(qū)礫巖分布呈現(xiàn)明顯的地域性，沿江油—廣元一帶，礫巖分布范圍較廣，厚度也相對較大，意味著在龍門山北段是主要供源區(qū)，從時間上看，龍門山北段在須二時期逐步向盆內(nèi)供源，并漸次加強，在須四段達到極大。綜合區(qū)域構(gòu)造演化，龍門山北段逆沖斷裂帶在須二時期開始活動，在須三/須四時期發(fā)生安縣運動，在局部地區(qū)形成不整合構(gòu)造界面，逆沖地質(zhì)體(主要為泥盆—二疊系)成為該區(qū)的主要物源體系，物源性質(zhì)表現(xiàn)為造山帶物源。此外，在九龍山以北地區(qū)有少量礫巖分布，但范圍局限，厚度小，礫石成分與江油—廣元一帶不同，顯示為一供源通道，從供源強度看，這一物源表現(xiàn)出平緩較穩(wěn)定的供源特征，總體規(guī)模小，其物源來自其北部更遠(yuǎn)地區(qū)。

2.2 砂巖

須一段主要以石英砂巖、巖屑砂巖為主。石英砂巖主要分布在須一段底部，分布較穩(wěn)定。巖屑砂巖中石英含量約50%～70%，長石含量低，平均約5%左右，砂巖巖屑以砂泥巖、石英巖巖屑為主，次為云巖巖屑，少量千枚巖巖屑，巖屑含量一般在10%～21.5%(表1)?？傮w講，須一段砂巖成分成熟度較高，分區(qū)性不明顯。

表1 川西北地區(qū)須家河組巖屑類型統(tǒng)計表

須二段以大套灰白色中粒砂巖為主，中部夾泥、頁巖及粉砂巖沉積。中壩以巖屑石英砂巖為主，九龍山以巖屑石英砂巖及巖屑砂巖為主，廣元—劍閣—梓潼以巖屑砂巖為主。砂巖中石英含量以中壩區(qū)最高，平均含量約為83%，其次為九龍山區(qū)，約為62%，廣元—劍閣—梓潼區(qū)最低，約為43%。砂巖巖屑種類較多，分段性和差異性較大，一般可分出3個亞段，下部巖屑含量一般5%～16.5%，以砂泥巖、石英巖、云巖巖屑為主，少量花崗巖、噴出巖、千枚巖巖屑；中部巖屑含量10%～18.5%，以云巖、砂泥巖巖屑為主，次為噴出巖、千枚巖巖屑；上部巖屑含量10%～25%，以砂泥巖、石英巖、云巖巖屑為主，次為千枚巖、花崗巖巖屑，表明須家河組早期(須一—須二)物源為相對遠(yuǎn)源，推測來自摩天嶺古陸。平面上，巖屑含量以廣元—劍閣—梓潼區(qū)及九龍山區(qū)較高，分別為41.8%、39.7%，中壩地區(qū)巖屑含量低，約10.6%。

須三段開始，川西北地區(qū)大量出現(xiàn)碳酸鹽巖巖屑，巖屑含量也激劇增高，一般25%～80%，多數(shù)在50%以上，而石英巖、砂泥巖巖屑僅為少量分布(圖5)。須三段不見在須二段中普遍出現(xiàn)的花崗巖、千枚巖巖屑。表明須三沉積時的物源發(fā)生了較大的變化。雖然須三段砂巖成分成熟度明顯低于須二段，但砂巖成熟度分布格局與須二段具有相似性，即石英含量以中壩及九龍山地區(qū)較高，分別為70.9%、61.9%，廣元—劍閣—梓潼區(qū)較低，為35.3%；巖屑含量以廣元—劍閣—梓潼區(qū)最高(平均62%)。

須四段砂巖巖屑類型與須三段相似，也以碳酸鹽巖巖屑占絕對優(yōu)勢，砂泥巖、石英巖等巖屑少量，須四段砂巖巖屑含量總體上稍高于須三段，局部達80%以上，最高達95.5%(思依1井)，這與川西北地區(qū)須四段大量出現(xiàn)粗碎屑巖有關(guān)。

須五段下部出現(xiàn)了較多的石英巖巖屑，而碳酸鹽巖屑較少，表明這一時期龍門山?jīng)_斷帶物源供源較弱，而來自九龍山以北地區(qū)的物源供源強度加大，但持續(xù)時間不長，在須五晚期，重新恢復(fù)以龍門山為供源主體的格局，砂巖中出現(xiàn)大量碳酸鹽巖屑。說明該區(qū)兩個物源區(qū)供源強度交替進行，但主要為西部物源區(qū)。

總之，川西北地區(qū)由須一段—須四段—須五段，砂巖成熟度由不斷降低再升高的趨勢。從須二段開始，砂巖成熟度具有明顯的分區(qū)性(表2)，這種分區(qū)性實際反映了物源區(qū)位置和供源強度。概而論之，須家河組供源來自兩個區(qū)域，即龍門山北段和九龍山以北地區(qū)。

圖5 關(guān)基井須家河組碎屑礦物組分分布圖

表2 川西北地區(qū)須家河組砂巖碎屑組分特征統(tǒng)計表

2.3 重礦物

不同的重礦物組合往往是不同母巖類型的反映[6，7]。由于該區(qū)重礦物資料較少，本次共采集了4個點的重礦物資料(表3)，以期對物源特征進行粗略分析。 根據(jù)重礦物資料分析，該區(qū)主要有鋯石、電氣石、石榴子石和金紅石4種重礦物。在廣元上寺、須家河點，重礦物以石榴子石含量最高，分別為43%、29.6%；鋯石次之，含量為21.6%、7.3%；電氣石及金紅石含量最低，為石榴子石-鋯石組合，而旺蒼白水、立溪巖點，重礦物則以電氣石含量最高，分別為17.5%、13.2%；鋯石次之，含量為8%、10.1%；石榴子石及金紅石含量最低，表現(xiàn)為電氣石-鋯石組合。這種變化說明川西北地區(qū)廣元與旺蒼地區(qū)物源具有差異性。

表3 川西北地區(qū)須二段重礦物含量及組合表

3 物源分析

川西北地區(qū)晚三疊世在不同時期的沉積具有不同的供源體系。大體講，須一—須二時期具有相似的物源體系，須三—須六時期物源體系相同。

須一時期，川西北及其以西地區(qū)為海相沉積環(huán)境，這一時期的物源主要為西北部的摩天嶺古陸，具有相對遠(yuǎn)源沉積特征，物源類型為古陸物源，其主要表現(xiàn)特征為以泥質(zhì)巖類沉積為主，不見礫巖級粗碎屑沉積，砂巖巖屑類型相對單一。

須二時期砂巖分布較多，供源強度增大，但從巖屑類型看，以多類型巖屑為主要特征，同時見有少量碳酸鹽巖礫石分布，表明該時期在繼承須一時期古陸物源的同時，龍門山?jīng)_斷帶開始活動并逐漸供源。

須三時期，龍門山逆沖帶活動逐漸加強，出現(xiàn)大量碳酸鹽巖屑和碳酸鹽巖礫石，說明龍門山?jīng)_斷帶逐步替代摩天嶺古陸物源，成為新的供源體系，這一物源體系持續(xù)加強，并延續(xù)至晚三疊世末，物源性質(zhì)為造山帶物源體系。

在九龍山以北地區(qū)，物源特征與工區(qū)西部完全不同，除碎屑成分差異性大外，在整個晚三疊世，該物源體系持續(xù)供源，但強度較弱，僅在須五早期活動強度有所加大。表現(xiàn)為從須二—須四段均不同程度地分布有礫巖，但以薄層為特征，累計厚度也小。

因此，四川盆地川西北地區(qū)須家河組物源主要來自兩個方向：工區(qū)西部和北部，以西部供源為主體，但不同時期西部物源的性質(zhì)和供源強度均有明顯差異性，晚三疊世早期(須一—須二)主要為摩天嶺古陸物源，供源具有持續(xù)、緩慢、遠(yuǎn)源特征，晚三疊世中晚期以龍門山逆沖斷裂帶為供源體系，為造山帶物源性質(zhì)，具有快速、充足、近源堆積特征。北部物源總體講為緩慢持續(xù)供源，強度弱、影響范圍局限等特征。

4 結(jié)論

(1)川西北地區(qū)須家河組礫巖分布在須二、須三、須四段，礫巖成分主要為碳酸鹽巖、石英巖、燧石、泥巖及粉砂巖。碳酸鹽巖礫分布范圍較廣，自下而上，礫巖分布范圍和厚度有不斷擴大和增厚的趨勢，石英巖礫主要局限于九龍山以北區(qū)。

(2)砂巖成熟度總體較低，以須三段、須四段最低，石英含量約小于40%，巖屑成分以須三段為分界，須一—須二段巖屑表現(xiàn)為多類型特征，而須三—須五段巖屑成分相對單一，但巖屑類型已發(fā)生了巨大變化，表明物源類型及物源體系發(fā)生了變革。

(3)川西北地區(qū)須家河組具有來自西部和北部兩個方向的物源特征，但西部物源在不同時期具有不同的供源體，早期以古陸物源供源，中晚期以造山帶供源為特征，而北部物源具有持續(xù)緩慢的供源特征。無論是是物源對沉積盆地的貢獻，還是影響范圍，西部物源是工區(qū)沉積的供源主體。

1 謝繼容，李國輝,唐大海,等.四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組物源供給體系分析[J].天然氣勘探與開發(fā),2006,9(4)：1-3.

2 翟光明.中國石油地質(zhì)志,卷十,四川油氣區(qū)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1989.

3 張健,李國輝,謝繼容,等.四川盆地上三疊統(tǒng)劃分對比研究[J].天然氣工業(yè),2006,26(1):12-15.

4 王金琪.安縣構(gòu)造運動[J].石油與天然氣地質(zhì),1990,11(3):223-234.

5 王金琪.再論印支期龍門山的形成和發(fā)展[J].天然氣工業(yè),2012,32(1).

6 施振生,楊威,謝增業(yè),等. 四川盆地晚三疊世碎屑組分對源區(qū)分析及印支運動的指示[J].地質(zhì)學(xué)報,2010,84(3)：387-397.

7 施振生,王秀芹,吳長江,等.四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組重礦物特征及物源區(qū)意義[J].天然氣地球科學(xué),2011,22(4):681-627.