四川盆地嘉陵江組巖相古地理與聚鉀中心預(yù)測(cè)

徐國(guó)盛，吳慶勛，孟昱璋，胡永宏，彭敬成，王憲剛，何曼如

（1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都理工大學(xué)，四川成都 610059；2.邛崍市鴻豐鉀礦肥有限公司，四川成都 611541）

0 前言

鉀是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必須的三大元素之一，鉀鹽產(chǎn)品的最大用量在農(nóng)業(yè)。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，同時(shí)又是嚴(yán)重缺鉀的國(guó)家。目前我國(guó)鉀肥產(chǎn)量只能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求的30%，已對(duì)我國(guó)的糧食安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。2008年溫家寶總理批示：“建議有計(jì)劃有重點(diǎn)地對(duì)成鹽成鉀條件好的油氣區(qū)，加強(qiáng)鉀鹽的勘查或復(fù)查工作”。我國(guó)采取了相關(guān)措施加快鉀硼等資源的探查，加強(qiáng)和周邊有資源儲(chǔ)量國(guó)家的合作開(kāi)發(fā)，并大力支持油～鉀資源兼探［1、2］。

四川盆地是中國(guó)四大盆地之一，面積約十八萬(wàn)平方公里。盆周山地海拔多在1 000m～3 000m之間；盆底地勢(shì)低矮，海拔200m～750m，因?yàn)榈乇韽V泛出露侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)的紅色巖系，所以又稱(chēng)為紅色盆地。盆地內(nèi)有大量的探井，業(yè)已發(fā)現(xiàn)并證實(shí)：三疊系下三疊統(tǒng)嘉陵江組和中三疊統(tǒng)雷口坡組為富鉀鹵水層［3～5］。

作者在本文將對(duì)四川盆地嘉陵江組重點(diǎn)含鹽層位進(jìn)行巖相古地理的恢復(fù)，對(duì)嘉陵江組鹵水分布特征進(jìn)行分析，并預(yù)測(cè)與圈定富鹵中心和聚鉀中心。

1 沉積相劃分與沉積微相特征

沉積相是盆地形成、演化和消亡過(guò)程的歷史產(chǎn)物，既可反映相關(guān)地層和巖石類(lèi)型的形成條件，時(shí)空展布以及演化規(guī)律，也是分析沉積盆地性質(zhì)、構(gòu)造背景的依據(jù)。由于沉積相分析是進(jìn)行巖相古地理恢復(fù)，富鉀鹵水儲(chǔ)層分布，預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)，所以它不僅決定了儲(chǔ)層的巖性特征和原生孔隙的發(fā)育，而且還影響儲(chǔ)層的成巖作用與孔隙演化。因此，沉積相分析不僅是富鉀鹵水儲(chǔ)層研究?jī)?nèi)容之一，也是有利儲(chǔ)鹵帶預(yù)測(cè)的重要依據(jù)。

據(jù)馬永生［6］等專(zhuān)家對(duì)全國(guó)、全川嘉陵江組沉積相研究可知：全國(guó)范圍內(nèi)，西部由東向西，依次是龍門(mén)山陸緣海盆～巴顏喀拉海盆～甘孜理塘海盆，東部為浙贛湘前陸濁積盆地。即東西兩邊均為深水洋盆，中間為川鄂湘中上揚(yáng)子克拉通淺水盆地。就四川、重慶境內(nèi)而言，嘉陵江組是一個(gè)淺水碳酸鹽臺(tái)地沉積，其東部為宜昌～黔江～遵義開(kāi)闊臺(tái)地相，其西部主要為局限臺(tái)地相，局部夾蒸發(fā)臺(tái)地相，西南側(cè)因有康滇古陸，故出現(xiàn)宜賓～西昌海陸過(guò)渡相沉積物。

作者在本文中，利用鉆井、測(cè)井、錄井資料對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了單井沉積微相劃分。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同地區(qū)剖面或鉆井之間的沉積相進(jìn)行了綜合對(duì)比，揭示出研究區(qū)不同時(shí)期沉積微相特征。

1.1 沉積地層

在下三疊統(tǒng)嘉陵江組縱向上，可分為五段及十一個(gè)亞段，各段、亞段間整合接觸，由海侵～海退序列沉積的白云巖、石灰?guī)r、石膏及鹽巖等，構(gòu)成二個(gè)主要沉積旋回，厚度約為600m～1 000m。為沉積早期第一個(gè)完整的旋回石灰?guī)r為海侵階段沉積石膏、白云巖夾石灰?guī)r，以海退沉積為主。為又一個(gè)完整的沉積旋回，石灰?guī)r為海侵階段沉積，石膏、白云巖夾石灰?guī)r以海退沉積為主（如圖1所示）。

1.2 沉積（微）相類(lèi)型

根據(jù)區(qū)域大地構(gòu)造和巖相古地理背景分析，四川盆地嘉陵江組主要為碳酸鹽巖局限?！舭l(fā)臺(tái)地沉積體系，以局限海碳酸鹽巖與臺(tái)地蒸發(fā)巖（膏鹽巖）為沉積主體。在每一個(gè)沉積旋回中，都經(jīng)歷了海進(jìn)與高水位體系域的沉積。不同體系域沉積物截然不同，特別是高水位體系域又分早晚期，其沉積微環(huán)境的變化影響了礦產(chǎn)資源的分布。因此考慮到鹵水鹽巖層研究的需要，作者以體系域作為研究單元，將四川地區(qū)嘉陵江組主要?jiǎng)澐殖鋈齻€(gè)沉積相和多種亞相及其微相（如下頁(yè)表1所示）。

膏盆、鹽盆（或稱(chēng)膏、鹽質(zhì)瀉湖）在古地理位置上，處于局限海臺(tái)地～蒸發(fā)臺(tái)地的局部低凹地區(qū)，水體循環(huán)差，蒸發(fā)作用強(qiáng)，從而形成膏鹽沉積，層位上主要分布于晚期高水位體系域（LHST），如及部份地區(qū)的層位，即盆地內(nèi)重要的含鹽亞段。沉積物主要是灰色、灰白色及灰黑色厚層晶粒狀、泥晶粒狀及片狀、纖維狀硬石膏、石膏，常含云質(zhì)及泥質(zhì)而形成泥巖／膏質(zhì)條紋、條帶構(gòu)造或薄互層韻律。在垂向剖面結(jié)構(gòu)上，沉積物常表現(xiàn)為膏盆（石膏）／瀉湖（白云巖）韻律性互層的剖面結(jié)構(gòu)。從水體循環(huán)性及古地理位置上看，膏盆、鹽盆、瀉湖在本質(zhì)上并沒(méi)有很大的區(qū)別，它們往往是瀉湖在不同演化階段的表現(xiàn)形式。初期，在相對(duì)低凹處，形成以不含或少含底棲生物的泥晶灰?guī)r、白云巖等瀉湖沉積，隨著水體循環(huán)受限甚至閉塞，加之蒸發(fā)作用強(qiáng)，便逐漸形成咸化瀉湖，沉積膏質(zhì)白云巖、泥云質(zhì)膏巖夾泥巖等，進(jìn)一步咸化，便形成了以石膏為主的膏盆沉積。如果水份繼續(xù)蒸發(fā)至90%以上，便有可能出現(xiàn)鹽巖及鉀鹽等。在這里，膏盆、鹽盆只是一種定性的名稱(chēng)，在剖面上通過(guò)橫向?qū)Ρ?，把石膏連續(xù)沉積厚度較大的地區(qū)稱(chēng)膏盆，而厚度相對(duì)較小，且呈膏云巖互層的環(huán)境稱(chēng)之為膏盆邊緣相帶，把鹽巖連續(xù)沉積厚度較大的局部地區(qū)稱(chēng)為鹽盆。

圖1 四川盆地嘉陵江組綜合柱狀圖Fig.1 The comprehensive column of Jialingjiang formation in Sichuan basin

表1 四川盆地嘉陵江組沉積相及微相類(lèi)型劃分表Tab.1 Sedimentary facies and microfacies types of Jialingjiang formation in Sichuan basin

1.3 重要含鹽亞段典型井沉積微相特征

2 巖相古地理及其演化

巖相古地理研究與編圖工作是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)地質(zhì)工作，其目的是通過(guò)研究沉積作用，重塑沉積環(huán)境，了解地質(zhì)歷史演變及構(gòu)造發(fā)育史，總結(jié)各時(shí)期的海陸變遷、古氣候變化、沉積區(qū)及剝蝕區(qū)的古自然地理景觀特征，分析在不同沉積環(huán)境下沉積物的特征及其分布規(guī)律，從而達(dá)到評(píng)價(jià)礦產(chǎn)資源，了解礦產(chǎn)規(guī)律和預(yù)測(cè)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景之目的。作者結(jié)合前人區(qū)域性研究成果［7～15］，在編制單井沉積相柱狀圖、地層厚度等值線圖等圖件的基礎(chǔ)之上，作者運(yùn)用沉積學(xué)基本原理及巖相古地理圖編制方法，首次對(duì)四川盆地下三疊統(tǒng)嘉陵江組九個(gè)儲(chǔ)層段進(jìn)行了巖相古地理的恢復(fù)。下面，作者將針對(duì)嘉陵江組四個(gè)重要含鹽亞段的巖相古地理圖，分析它們的分布特征及其演化歷程。

2.1.1 川東地區(qū)

川東地區(qū)相當(dāng)于第二層序早期高水位體系域（見(jiàn)下頁(yè)圖7）。海平面降低，海水變淺且封閉性增強(qiáng)，但區(qū)內(nèi)沒(méi)有明顯的暴露剝蝕或風(fēng)化現(xiàn)象。表現(xiàn)在沉積物上，石膏較純且層厚或?qū)佣慰傮w厚度大，石膏／白云巖韻律厚度較大，巖性較單調(diào)。沉積厚度呈周邊薄，中部厚的格局，變化范圍10m～290m，平均40m。由于膏巖層在構(gòu)造形成時(shí)作為主要的滑脫及揉皺層系，因此沉積厚度失真較大，相鄰二口井厚度相差可達(dá)數(shù)十倍，這對(duì)恢復(fù)沉積環(huán)境起到限制和干擾作用。總體看來(lái)，墊江～梁平～萬(wàn)州地區(qū)是膏盆的沉積中心，在其周?chē)植加袛?shù)個(gè)規(guī)模較小的膏盆，走向?yàn)楸睎|向，基本符合沉積～構(gòu)造格局。巖性在川東差別不大，以膏鹽巖為主夾薄層云巖或膏質(zhì)云巖，鹽巖主要發(fā)育在墊江～梁平～萬(wàn)州膏盆地周?chē)?，說(shuō)明在其周?chē)鸀楦臃忾]的小型凹陷。在川東南部底部石膏層之上有5m～10m的云巖，一般含有粒屑。

（1）膏盆。膏盆在川東中部，以大池干井～明月峽構(gòu)造帶之間為中心，沉積主體為石膏，夾有少許云巖薄層。石膏厚度較大，一般在60m以上，局部構(gòu)造T1j42底部石膏層之上有數(shù)米的鮞粒云巖分布。

（2）鹽盆。鹽盆與膏盆的區(qū)別，主要在于石膏層中間夾有鹽巖。從鹽巖沉積厚度看，川東西北部的雙石4井～七里28井（鹽巖40m）、云和廠～鐵山南（鹽巖20m～60m）、臥龍河～月東（鹽巖30m～50m）等鹽盆規(guī)模較大，其余鹽盆沉積厚度一般數(shù)米至十余米。鹽盆分布在膏盆的周邊，說(shuō)明鹽盆與膏盆之間存在地貌上的障壁，大潮期海水由膏盆進(jìn)入鹽盆，因此沉積條件比膏盆更為封閉。

（3）盆緣云膏坪（灘）。盆緣云膏坪（灘）主要分布在膏鹽盆周邊，沉積地貌相對(duì)較高，環(huán)境相對(duì)開(kāi)放，沉積物較薄，在石膏層中夾有數(shù)層云巖甚至灰?guī)r，部份地區(qū)發(fā)育鮞粒云巖，一般位于T1j42底部膏巖層之上。

2.1.2 川中地區(qū)

川中地區(qū)的地層沉積厚度為10m～40m。合川、龍女寺構(gòu)造區(qū)域?yàn)辂}盆沉積，其余地區(qū)為盆緣云膏坪沉積，主要巖性有石膏、鹽巖、白云質(zhì)石膏等。

2.1.3 川南地區(qū)

川南地區(qū)這個(gè)時(shí)段的部份地層已被剝蝕掉，盆緣云膏坪微相為主要沉積，在剝蝕線附近有一部份云坪微相，在付家廟構(gòu)造上還可見(jiàn)生物灘，地層沉積厚度為20m左右。

2.2.1 川東地區(qū)

川東地區(qū)相當(dāng)于第二層序高水位晚期（見(jiàn)圖8）。海平面降低，海水變淺且封閉性增強(qiáng)，為局限封閉炎熱氣候條件下臺(tái)地蒸發(fā)巖相或蒸發(fā)潮坪相沉積。在區(qū)內(nèi)，沒(méi)有明顯的暴露剝蝕或風(fēng)化現(xiàn)象。

在此地區(qū)，沉積厚度呈周邊薄、中部厚的格局，變化范圍10m～260m，平均80m。與T1j42膏巖層相似，沉積厚度失真較大，這對(duì)恢復(fù)沉積環(huán)境有一定的影響?？傮w看來(lái)，沉積中心在川東中部，其周?chē)植加袛?shù)個(gè)規(guī)模較小的膏鹽盆。T1j44巖性在川東差別也不大，以膏鹽巖為主夾薄層云巖或膏質(zhì)云巖，鹽巖規(guī)模與厚度小于T1j42期，主要分布在高峰場(chǎng)～云安場(chǎng)～硐村、云和寨～鐵山、羅家寨、臥龍河、石寶寨、洋渡溪一帶。T1j44內(nèi)部夾有一到二層硅質(zhì)頁(yè)巖，呈高自然伽瑪尖峰，是區(qū)內(nèi)重要的對(duì)比標(biāo)志層及沉積等時(shí)面。在區(qū)內(nèi)，主體沉積環(huán)境為臺(tái)地蒸發(fā)巖相，可細(xì)分為膏盆、鹽盆、盆緣云膏坪、膏云坪等微相環(huán)境。

（1）膏盆。膏盆在川東中西部，以大池干井～明月峽構(gòu)造帶之間為中心，沉積主體為石膏，夾有少許云巖薄層，石膏厚度較大，一般60m以上。

（2）鹽盆。鹽盆與膏盆的區(qū)別，主要在于石膏層中間夾有鹽巖。從鹽巖沉積厚度看，川東北羅家寨（35m）、高峰場(chǎng)～云安場(chǎng)（20m～50m）、鐵山～云和場(chǎng)（10m～30m）、臥龍河～月東（10m～30m）等鹽盆厚度較大，其余鹽盆鹽巖沉積厚度一般數(shù)米至十余米。鹽盆分布在膏盆的周邊，與期有一定的繼承性。

圖8 四川盆地嘉陵江組期巖相古地理圖Fig.8 The lithofacies－paleogeographic map of of Jialingjiang formation in Sichuan basin

（3）盆緣云膏坪。盆緣云膏坪主要分布在膏鹽盆周邊，沉積地貌相對(duì)較高，環(huán)境相對(duì)開(kāi)放，沉積物較薄，在石膏層中夾有數(shù)層云巖。膏云坪則主要為膏質(zhì)云巖、泥質(zhì)云巖夾石膏，部份地區(qū)也發(fā)育粒屑巖。

2.2.2 川中地區(qū)

川中地區(qū)地層沉積厚度為80m～120m，該時(shí)期發(fā)育膏盆、鹽盆、盆緣云膏坪等沉積微相。廣安構(gòu)造區(qū)發(fā)育鹽盆；磨溪構(gòu)造區(qū)發(fā)育膏盆，巖性主要有石膏、鹽巖、白云質(zhì)石膏等。

2.2.3 川南地區(qū)

川南地區(qū)地層沉積厚度為0m～60m，該時(shí)期主體相為盆緣云膏坪微相，主要巖性為白云質(zhì)石膏。

2.3.1 川東地區(qū)

2.3.2 川中地區(qū)

2.3.3 川南地區(qū)

圖9 四川盆地嘉陵江組T期巖相古地理圖Fig.9 The lithofacies－paleogeographic map of Tof Jialingjiang formation in Sichuan basin

圖10 四川盆地嘉陵江組T期巖相古地理圖Fig.10 The lithofacies－paleogeographic map of Tof Jialingjiang formation in Sichuan basin

3 富鹵中心的分布與聚鉀中心預(yù)測(cè)

作者利用單井鹵水層水化學(xué)分析數(shù)據(jù)，以及重要的含鹽亞段巖相古地理的研究結(jié)果，對(duì)四川盆地嘉陵江組鹵水分布特征進(jìn)行分析，并根據(jù)富鉀鹵水的相關(guān)工業(yè)開(kāi)采指標(biāo)［16］（見(jiàn)下頁(yè)表2），預(yù)測(cè)與圈定了富鹵中心和聚鉀中心（見(jiàn)下頁(yè)圖11），為四川盆地下三疊統(tǒng)嘉陵江組富鉀鹵水的勘探指明方向。

嘉陵江組鹽盆與聚鉀中心分布見(jiàn)下頁(yè)圖11，可以看出，鹽盆在平面上主要分布在四川盆地中部及東北部地區(qū)，其內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造主要有川中的磨溪～龍女寺、潼南、廣安構(gòu)造，川東的臥龍河、龍門(mén)、高峰場(chǎng)構(gòu)造，川東北部的鐵山、黃金口、普光、通南巴構(gòu)造帶等。在縱向上，嘉陵江組鹽盆主要發(fā)育在嘉四2、嘉四4、嘉五1、嘉五2四個(gè)時(shí)期。其中，嘉四2期鹽盆最多，共十二個(gè)，但分布較為零星，各鹽盆面積不大，其中面積最大的位于北部的通南巴構(gòu)造帶附近；嘉四4期鹽盆與嘉四2期具有一定的繼承性，發(fā)育位置變化不大，鹽盆個(gè)數(shù)有所減少（八個(gè)），但單個(gè)鹽盆的面積較嘉四2期有所增大，最大的鹽盆仍然分布在四川盆地北部邊緣；嘉五1期鹽盆發(fā)育較差，僅在川中磨溪構(gòu)造的西南部有所表現(xiàn)；嘉五2期鹽盆發(fā)育較好，六個(gè)鹽盆連片分布，發(fā)育的位置與嘉四期相比差別不大，尤以川中樂(lè)至～廣安和川北巴中～通江鹽盆的面積最大。

因鉆探獲取的嘉陵江組鹵水層水化學(xué)分析數(shù)據(jù)（如后面表3所示），基本未將鈉和鉀含量分開(kāi)，僅有二口井地層水有測(cè)鉀含量數(shù)據(jù)。首先，將鉀含量達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域圈定為聚鉀中心；然后將未明確鉀含量的井或鉀含量未達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的，而礦化度達(dá)到鹵水標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域圈定為富鹵中心。

嘉陵江組的聚鉀中心分布在川東北的宣漢～達(dá)州地區(qū)，面積約為1 457.7km2。川25井鉀含量為25.96g／L，鈉含量為100.52g／L，礦化度為352.69g／L，鉀含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（3.24g／L），因此可以確定其所在的區(qū)域?yàn)榫垅浿行?。根?jù)搜集的嘉陵江組鹵水層水分析資料，盆地內(nèi)除川25井之外，磨溪構(gòu)造上有二口井—磨208井和磨160井也進(jìn)行了鉀含量的測(cè)試：鉀含量分別為0.77g／L和0.375g／L，均未達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但礦化度的值分別為95.94g／L和36.04g／L，已達(dá)到鹵水的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，溴的含量分別為0.36g／L和1.17g／L，已達(dá)到了相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，可將磨溪～龍女寺構(gòu)造帶圈定為富鹵中心，面積約為3 077.19km2，此富鹵中心具有溴資源的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景。

表2 富鉀鹵水工業(yè)開(kāi)采指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)［16］Tab.2 The standard of rich potassium brine industrial production index

圖11 四川盆地嘉陵江組鹽盆與聚鉀中心分布圖Fig.11 The distribution of Salt basins and aggregate potash center of Jialingjiang formation in Sichuan basin

4 結(jié)論

（1）下三疊統(tǒng)嘉陵江組在縱向上可分為五段十一個(gè)亞段，各段、亞段間整合接觸，由海侵～海退序列沉積的白云巖、石灰?guī)r、石膏及鹽巖等構(gòu)成二個(gè)主要沉積旋回。為沉積早期第一個(gè)完整的旋回，石灰?guī)r為海侵階段沉積，白云巖夾石灰?guī)r，以海退沉積為主。又一個(gè)完整的沉積旋回，石灰?guī)r為海侵階段沉積石膏、白云巖夾石灰?guī)r以海退沉積為主。

（2）膏盆、鹽盆（或稱(chēng)膏、鹽質(zhì)瀉湖）在古地理位置上處于局限海臺(tái)地～蒸發(fā)臺(tái)地的局部低凹地區(qū)，水體循環(huán)差，蒸發(fā)作用強(qiáng)，從而形成膏、鹽沉積，層位上主要分布于晚期高水位體系域（LHST）。其中，嘉陵江組鹽盆縱向上主要發(fā)育在四個(gè)時(shí)期。鹽盆在平面上主要分布在四川盆地中部及東北部地區(qū)，其內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造主要有川中的磨溪～龍女寺、潼南、廣安構(gòu)造，川東的臥龍河、龍門(mén)、高峰場(chǎng)構(gòu)造，川東北部的鐵山、黃金口、普光、通南巴構(gòu)造帶等。

?

（3）嘉陵江組的聚鉀中心分布在川東北的宣漢～達(dá)州地區(qū)，面積約為1 457.7km2。而磨溪～龍女寺構(gòu)造帶圈定為富鹵中心，面積約為3 077.19km2，此富鹵中心具有溴資源的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景。

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