辛勇光,周進(jìn)高,倪 超,谷明峰,宮清順,董 庸,張雅娟
(1 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院; 2 中國(guó)石油塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部)
中三疊統(tǒng)雷口坡組是四川盆地的重要勘探層系,近年來(lái)相繼在川中龍崗、蓬萊等地的雷口坡組發(fā)現(xiàn)天然氣藏,促使人們對(duì)雷口坡組的勘探研究不斷深入。對(duì)于四川盆地雷口坡組的沉積特征,前人已做了大量研究,主要有曾學(xué)思等①曾學(xué)思,田端孝,崔德樹,等. 四川盆地西部中三疊統(tǒng)雷口坡組巖相及其與油氣水關(guān)系的探討(R). 國(guó)家地質(zhì)總局第二普查勘探大隊(duì),1978.提出的潮坪說(shuō),林良彪等[1-2]提出的開闊臺(tái)地、局限臺(tái)地說(shuō),李凌等[3]提出的局限—蒸發(fā)臺(tái)地說(shuō)等等。 本文在古地質(zhì)背景分析的基礎(chǔ)上,利用露頭剖面、鉆井巖心和薄片分析化驗(yàn)資料、600 多口鉆井資料、 地震資料等綜合研究認(rèn)為: 四川盆地在中三疊世雷口坡期屬于障壁碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境,有利巖相與水下障壁有密切聯(lián)系。雷口坡期,在四川盆地周邊有一系列隆起,如東部的江南古陸、西南部的康滇古陸、西北部的龍門山島鏈及北部的大巴山隆起等,在盆內(nèi)發(fā)育有瀘州—開江等水下古隆起,在這些隆起的障壁作用和干旱炎熱氣候條件共同影響下,四川盆地演化為障壁碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境。
四川盆地是揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上偏西北一側(cè)的一個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元[4],中三疊世雷口坡期屬于揚(yáng)子克拉通盆地的一部分[5],雷口坡組碳酸鹽巖是四川盆地重要的產(chǎn)層之一。 可能早在中三疊世初就已開始的早印支運(yùn)動(dòng)[4]以抬升為主,盆地內(nèi)部中三疊統(tǒng)雷口坡組與上覆上三疊統(tǒng)須家河組陸相碎屑巖地層之間呈微角度—平行不整合接觸,代表3~5 Ma 中短期的地層剝蝕和夷平;盆地內(nèi)部雷口坡組普遍遭受剝蝕,沿華鎣山深斷裂帶發(fā)育了瀘州—開江古隆起, 瀘州隆起核部嘉陵江組四段—五段全被剝蝕掉,開江隆起只殘留雷口坡組三段及以下地層; 在龍泉山斷裂北端發(fā)育的天井山隆起,雷口坡組四段部分地層被剝蝕[6]。
受印支運(yùn)動(dòng)早幕構(gòu)造抬升影響,位于上揚(yáng)子克拉通地塊的四川盆地中三疊世雷口坡沉積期表現(xiàn)為盆地周邊古隆起發(fā)育及盆地內(nèi)隆坳相間的古地質(zhì)格局(圖1)。
圖1 上揚(yáng)子地區(qū)中三疊世雷口坡期區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)圖
(1)周邊古隆起發(fā)育 盆地西南側(cè)存在康滇古陸,北緣為米倉(cāng)山隆起和大巴山隆起,西緣的龍門山—九頂山島鏈和東南方向的江南古陸逐漸抬升。這些周邊古隆起坡度較大,形成陡坡型障壁。
(2)盆內(nèi)隆坳相間 早印支運(yùn)動(dòng)還在盆地內(nèi)出現(xiàn)了北東向的大型古隆起和坳陷,盆地東部以華鎣山為中心的隆起帶上升幅度最大,在南段稱瀘州隆起,北段稱開江隆起,另外在盆地西北廣元—江油附近的天井山隆起這時(shí)也有反映。在華鎣山隆起帶的東西兩側(cè)是幾個(gè)與之大體平行的大型坳陷[4],盆地中西部發(fā)育川中和成都兩個(gè)主要坳陷,成都坳陷是雷口坡后期最活躍的坳陷[7],盆地東部發(fā)育川東坳陷。
據(jù)前人對(duì)合川瀝鼻峽三疊系剖面古地磁的測(cè)定資料以及根據(jù)氧碳穩(wěn)定同位素對(duì)四川盆地海相三疊系石灰?guī)r的溫度測(cè)算,四川盆地早—中三疊世的古緯度為26°68′,古溫度為34.6~36.9 ℃[8],當(dāng)時(shí)盆地的古氣候以干旱為主(間夾潮濕氣候),有利于形成石膏、石鹽的沉積。 許靖華等[9]認(rèn)為早—中三疊世嘉陵江期—雷口坡期四川盆地包括華鎣山在內(nèi)的一個(gè)廣大區(qū)域當(dāng)時(shí)為鹽湖環(huán)境,鹽度較高。朱井泉[10]認(rèn)為華鎣山地區(qū)嘉陵江期一至四時(shí)成鹽期鹽度總體來(lái)說(shuō)很高且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),存在穩(wěn)定的潟湖。四川盆地中三疊世雷口坡期發(fā)育的石膏或石鹽等蒸發(fā)巖沉積,尤其是坳陷處沉積的巨厚石膏巖層,亦均表明該時(shí)期古海水鹽度較高,古氣候較干旱。
中三疊世雷口坡期,古構(gòu)造、古地理、古氣候、水動(dòng)力條件等古地質(zhì)背景決定了四川盆地在當(dāng)時(shí)屬一種受周邊古隆起和盆內(nèi)水下古隆起限制的水體淺、鹽度大、范圍廣闊的障壁碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境,海水主要來(lái)自西南部的越北海和西北部的滇青藏古大洋,北部秦嶺海與四川盆地之間可能還存有溝通通道[1],障壁發(fā)育、水動(dòng)力條件偏弱、生物不繁盛是其基本特征。
中三疊世雷口坡期,四川盆地邊緣古隆起及臺(tái)內(nèi)水下古隆起發(fā)育:盆地西緣為早寒武世就已形成的龍門山島鏈[7];西南緣為古生代以來(lái)長(zhǎng)期表現(xiàn)為隆起區(qū)、軸向近于南北的康滇古陸;北緣為米倉(cāng)山隆起和大巴山隆起;東南方為廣闊的江南隆起區(qū)[5]。盆地內(nèi)部主要古隆起是形成于早二疊世末(東吳運(yùn)動(dòng))、定型于中三疊世末(印支運(yùn)動(dòng))的瀘州隆起和開江隆起,在中三疊世雷口坡期以水下隆起的形式存在[11-12]。 這些構(gòu)造成因的古隆起,構(gòu)成了四川盆地中三疊世雷口坡期碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境良好的障壁條件。 西南方的康滇古陸、東南方的江南古陸和北部的米倉(cāng)山隆起和大巴山隆起,基本阻絕了外海與臺(tái)地內(nèi)部的海水溝通。
(1)江南古陸的抬升阻隔了盆地東南方向與古太平洋的溝通,并為四川盆地東部雷口坡期的沉積提供大量的陸源物質(zhì),對(duì)其沉積相產(chǎn)生顯著影響,沉積了厚達(dá)千米的巴東組碳酸鹽巖—碎屑巖建造(其層位與雷口坡組大體相當(dāng),為同時(shí)異相地層單元)[13]。
(2)北方秦嶺海與臺(tái)地內(nèi)部的海水溝通因北緣米倉(cāng)山隆起和大巴山隆起的存在而大大受限,海平面上升時(shí)期可能還存在有少量的溝通通道,但海平面下降時(shí)期就基本阻絕了北部秦嶺海與臺(tái)地內(nèi)部的海水交流。
(3)西南方的康滇古陸,以及以臺(tái)緣灘、堤或島的形式在海平面上下出沒(méi)的西北緣龍門山島鏈,限制了西北方的滇青藏古大洋與臺(tái)地內(nèi)部的海水溝通,在海退期其限制作用更加明顯。
(4)臺(tái)地內(nèi)部的海水主要靠來(lái)自南面翻越黔南堤礁的越北海海水供給,但是由于黔南堤礁的地形由南向北不斷抬升,故臺(tái)地內(nèi)部的海水供給不充足。
障壁島的存在極大地限制了碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)部與外海的海水溝通,海水不斷變淺,海水的含鹽度亦由南向北逐漸增高,流速減緩。 因此,即使在潮濕氣候條件下的海侵期,四川盆地的海水咸度亦比開闊海洋的高,尤其是在蒸發(fā)量較大的干旱氣候條件下的海退期,因臺(tái)地內(nèi)部與外海基本隔絕,故廣泛沉積了白云巖和蒸發(fā)巖類。
中三疊世雷口坡期,四川盆地在周邊和臺(tái)內(nèi)水下古隆起的障壁作用下,臺(tái)地內(nèi)部潟湖與外海的海水溝通受限,總體上水動(dòng)力偏弱,以小型波浪和潮汐為主。 海退期,海水交流非常弱,障壁島后潟湖水動(dòng)力條件較弱;海侵期,隨著海平面逐漸升高,水體逐漸加深,但仍為較淺水環(huán)境,水動(dòng)力條件偏弱。 由于臺(tái)地內(nèi)部隆坳相間的古地理格局,水下障壁島及其周邊地區(qū)水動(dòng)力條件相對(duì)較強(qiáng),灘體較發(fā)育;而坳陷區(qū)因水動(dòng)力條件較弱,主要沉積細(xì)結(jié)構(gòu)的微晶、泥晶碳酸鹽巖及蒸發(fā)巖類。
四川盆地雷口坡組生物不繁盛,以薄殼耐鹽生物為主,見(jiàn)雙殼類、腹足類、介形類、棘皮類、有孔蟲、菊石、牙形石等生物化石,以海相薄殼耐鹽雙殼類化石為主,常見(jiàn)有Eumorphotis、Myophoria 等。 盆地中部以菊石Progonoceratites 最常見(jiàn),并有少量Beyrichites 等伴生,少見(jiàn)腕足類、有孔蟲。 潮濕氣候下的海侵期生物較豐富,干旱氣候下由于強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用,導(dǎo)致生物不發(fā)育甚至罕見(jiàn)。
通過(guò)對(duì)野外剖面、巖心、薄片的觀察,結(jié)合測(cè)井、地震等特征,識(shí)別了四川盆地雷口坡組障壁碳酸鹽巖臺(tái)地的主要沉積相類型(表1),混積潮坪、潟湖、潟湖邊緣坪、臺(tái)內(nèi)淺灘和臺(tái)地邊緣灘是其骨架相,巖石類型主要包括蒸發(fā)巖、顆粒石灰?guī)r、顆粒白云巖、非顆粒石灰?guī)r(藻泥晶石灰?guī)r等)、結(jié)晶白云巖(原巖可以是顆粒石灰?guī)r或非顆粒石灰?guī)r)、膏溶角礫巖及砂泥巖。它們的組合序列構(gòu)成了沉積相、亞相和微相識(shí)別的標(biāo)志,不同的亞相或微相在側(cè)向上可以是連續(xù)的,也可以是交叉的,臺(tái)內(nèi)各亞相和微相在不同時(shí)期的側(cè)向遷移也是相當(dāng)頻繁的。
四川盆地中三疊世雷口坡期古地質(zhì)背景與海平面升降旋回控制了盆地雷口坡組障壁碳酸鹽巖臺(tái)地的沉積特征及其演化。中三疊世雷口坡期,東部的江南古陸與瀘州—開江古隆起逐漸抬升,其隆升幅度較周邊古隆起大,尤其比西部龍門山島鏈的幅度要大,總體表現(xiàn)為西深東淺的格局。盆地西緣龍門山島鏈發(fā)育臺(tái)地邊緣亞相灘壩沉積, 平面上表現(xiàn)為自西向東臺(tái)地邊緣—潟湖邊緣坪(臺(tái)內(nèi)灘)—潟湖—潟湖邊緣坪(臺(tái)內(nèi)灘)—潟湖—混積潮坪的沉積亞相展布特征(圖2),縱向上表現(xiàn)為蒸發(fā)巖、白云巖與石灰?guī)r互層的演化特征。
高水位體系域海退期,海平面下降,由于周邊古隆起以及盆地內(nèi)部水下瀘州—開江古隆起的障壁作用,導(dǎo)致臺(tái)地內(nèi)部海水與外海交流不順暢,臺(tái)地內(nèi)部主要為干旱氣候下古鹽度較高的障壁臺(tái)地沉積,廣泛發(fā)育蒸發(fā)巖和白云巖,坳陷處為膏鹽潟湖沉積,沉積大套膏鹽層。 坳陷至瀘州—開江古隆起區(qū)的廣大地區(qū)沉積了潟湖邊緣坪膏質(zhì)白云巖和白云巖,瀘州—開江等水下微高地貌帶發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘顆粒白云巖。 東側(cè)受江南古陸影響,陸源碎屑增多,主要為混積潮坪沉積(圖2)。
大規(guī)模海侵期,海平面大幅上升,障壁作用減弱,臺(tái)地內(nèi)部海水與外海交流較順暢,以灰質(zhì)沉積為主:坳陷處發(fā)育灰質(zhì)潟湖泥晶石灰?guī)r,坳陷至瀘州—開江古隆起區(qū)的廣大地區(qū)為潟湖邊緣坪石灰?guī)r沉積,瀘州—開江等水下微高地貌帶為臺(tái)內(nèi)灘顆粒石灰?guī)r沉積,東側(cè)仍然為混積潮坪沉積。 四川盆地雷口坡期沉積相的發(fā)育演化從早到晚可分為四期(圖3)。
雷口坡期一時(shí) 為海侵期,海侵規(guī)模較小,氣候干旱。 臺(tái)地內(nèi)部主要為白云巖、 蒸發(fā)巖夾石灰?guī)r沉積:西部龍門山一帶發(fā)育臺(tái)地邊緣淺灘顆粒白云巖,顆粒白云巖以砂礫屑、砂屑白云巖為主;川中、川東坳陷處為膏鹽潟湖沉積,沉積了一套厚層硬石膏巖和石鹽巖夾膏質(zhì)白云巖、泥—粉晶白云巖,屬于水體相對(duì)較深、能量極低、鹽度大的潮下低能產(chǎn)物。 膏鹽潟湖向四周古陸或水下隆起區(qū)方向水體逐漸變淺,能量增強(qiáng),逐漸演化成膏質(zhì)白云巖坪和白云巖坪環(huán)境,主要堆積了一套富含藍(lán)綠藻的白云質(zhì)沉積,夾較多的膏鹽類巖石或礦物。 盆地中部磨溪—蓬萊—潼南一帶發(fā)育的臺(tái)內(nèi)淺灘顆粒白云巖,成層狀分布,是一套良好的孔隙型儲(chǔ)層。受東南方江南古陸影響,盆地東部陸源砂泥質(zhì)碎屑增多,主要為混積潮坪沉積(圖3a)。
表1 四川盆地雷口坡組障壁碳酸鹽巖臺(tái)地沉積相類型
圖2 四川盆地中三疊世雷口坡期高水位體系域障壁臺(tái)地沉積相與儲(chǔ)層發(fā)育模式
圖3 四川盆地中三疊世雷口坡期沉積相分布演化
雷口坡期二時(shí) 為高水位期,沉積面貌與雷一時(shí)相似。其主要變化在于臺(tái)內(nèi)淺灘范圍大大縮小,僅零星分布于川中觀音場(chǎng)、資陽(yáng)、達(dá)州等地(圖3b)。
雷口坡期三時(shí) 整體為快速海侵時(shí)期,該時(shí)期海侵規(guī)模大,海平面較高,水體較深。 障壁后的地區(qū)和毗鄰的開闊海之間,水體的自由流通能力大為改善,以灰質(zhì)沉積為主。川中坳陷和川東坳陷處演化成灰質(zhì)潟湖環(huán)境,主要沉積泥晶石灰?guī)r(略顯水平層理)?;屹|(zhì)潟湖周邊主要為潟湖邊緣石灰?guī)r坪泥—粉晶石灰?guī)r沉積,雷三時(shí)后期盆地東部因受印支運(yùn)動(dòng)后期影響,地層幾乎全被剝蝕(圖3c)。 值得關(guān)注的是,盆地西緣龍門山島鏈廣元—江油一帶廣泛發(fā)育臺(tái)地邊緣高能灘壩顆粒白云巖沉積,顆粒白云巖種類包括礫屑、砂屑、粉屑和鮞粒白云巖等,其中又以砂屑白云巖最為發(fā)育,其次是礫屑和粉屑白云巖,鮞粒白云巖較少。 顆粒白云巖還含有大量特殊的藍(lán)綠藻及相關(guān)組分,局部發(fā)育斜層理,屬于水體相對(duì)較淺、能量高的臺(tái)地邊緣高能產(chǎn)物。顆粒白云巖分布連續(xù)且穩(wěn)定,沉積厚度較大,最厚可達(dá)100 多米,孔隙發(fā)育(尤其是針狀溶孔發(fā)育),是一套非常好的儲(chǔ)層。
雷口坡期四時(shí) 為快速海退時(shí)期,海水向西部退卻,臺(tái)內(nèi)廣泛發(fā)育蒸發(fā)巖類。膏鹽潟湖已向西遷移至鹽亭、蒲江地區(qū),這一現(xiàn)象可能表明雷口坡后期已受到印支運(yùn)動(dòng)早幕影響,盆地東部已逐漸抬升。膏鹽潟湖周邊發(fā)育潟湖邊緣膏質(zhì)白云巖坪及白云巖坪。中北部龍崗地區(qū)發(fā)育臺(tái)內(nèi)淺灘沉積,是一套靠近雷口坡組頂風(fēng)化殼的多孔的顆粒白云巖、 細(xì)—粉晶白云巖,顆粒成分有各種生物碎屑、砂屑、鮞粒,尤以砂屑最富集,孔隙較好,也是一套較好的儲(chǔ)層(圖3d)。
研究表明:四川盆地雷口坡組儲(chǔ)層受沉積微相、回流滲透白云巖化及溶蝕作用的控制,其中沉積微相是關(guān)鍵,儲(chǔ)層主要發(fā)育在海侵早期和海退期障壁臺(tái)地邊緣灘亞相、 臺(tái)內(nèi)灘亞相和潟湖邊緣坪亞相的白云巖坪微相帶。 臺(tái)地邊緣灘亞相灘壩顆粒巖單層厚度和累計(jì)厚度均較大,是最有利微相。
盆地雷口坡組發(fā)育了石膏溶孔型儲(chǔ)層和殘留原生粒間孔型儲(chǔ)層。 石膏溶孔型儲(chǔ)層的載體包括顆粒白云巖和泥晶白云巖兩種類型,殘留原生粒間孔型儲(chǔ)層的載體為顆粒白云巖。 儲(chǔ)層的時(shí)空展布在層位和相帶上是有選擇性的,石膏溶孔型儲(chǔ)層層位上要與大氣淡水淋溶面吻合,主要在潟湖邊緣坪亞相的白云巖坪微相帶發(fā)育。 殘留原生粒間孔型顆粒白云巖儲(chǔ)層,在臺(tái)地邊緣內(nèi)側(cè)的顆粒白云巖沉積區(qū),側(cè)向上(潟湖靠陸一側(cè))和垂向上與膏巖相伴生,有利于這類儲(chǔ)層的發(fā)育[14-15]。 這些有利相帶與水下障壁島和海平面旋回關(guān)系密切,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
(1)水下障壁島及周邊地區(qū)由于水動(dòng)力條件較強(qiáng),灘相顆粒白云巖以及潟湖邊緣白云巖坪白云巖發(fā)育。
(2)水下障壁島及周邊古地貌高處在海侵早期和海退期容易出露水面,接受大氣淡水溶蝕作用,形成多孔儲(chǔ)層。
有利巖相主要發(fā)育在盆地西緣龍門山白云石化臺(tái)地邊緣灘相帶、盆地中部瀘州—開江隆起及其周邊的臺(tái)內(nèi)淺灘和潟湖邊緣白云巖坪等相帶(圖2)。
盆地西緣龍門山前發(fā)育了雷口坡組臺(tái)地邊緣灘相,以白云石化灘相顆粒巖為主,厚度大,是一套優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層。 該顆粒白云巖帶位于川西廣元—江油—雅安一帶,呈北東向展布,在雷口坡組三段—四段尤其發(fā)育,儲(chǔ)集物性較好。須家河組底部泥巖蓋層及雷口坡組本身膏鹽巖側(cè)向封堵層可構(gòu)成有效儲(chǔ)蓋組合。 該地區(qū)構(gòu)造圈閉發(fā)育,烴源條件好,目前已發(fā)現(xiàn)的中壩氣田即在非常有利的勘探區(qū)帶內(nèi)。
盆地中部瀘州—開江隆起及其周緣發(fā)育了較多的臺(tái)內(nèi)淺灘和潟湖邊緣白云巖坪,在海侵早期和海退期容易出露水面,接受大氣淡水溶蝕,成為良好儲(chǔ)層。 有利巖相主要分布于潼南—磨溪—廣安—龍崗地區(qū)。 在盆地東部瀘州—開江古隆起與中部?jī)x隴—營(yíng)山—遂寧坳陷之間廣闊的過(guò)渡帶,臺(tái)內(nèi)淺灘顆粒白云巖的發(fā)育程度與地形起伏、水體能量密切相關(guān),呈北東向展布。 縱向上雷口坡組一、三、四段儲(chǔ)層較發(fā)育。 該區(qū)須家河組底部泥巖蓋層及雷口坡組本身膏鹽巖側(cè)向封堵層可構(gòu)成有效儲(chǔ)蓋組合,烴源條件好,構(gòu)造和構(gòu)造-巖性地層圈閉發(fā)育,目前已發(fā)現(xiàn)龍崗、磨溪、臥龍河等氣田,是非常有利的勘探區(qū)帶。
(1)中三疊世雷口坡期,四川盆地周邊及內(nèi)部發(fā)育一系列隆起。 在隆起的障壁作用和干旱炎熱氣候條件共同影響下,盆地演化為障壁碳酸鹽巖臺(tái)地沉積環(huán)境,障壁發(fā)育、水動(dòng)力條件偏弱、生物不繁盛是其基本特征。
(2)古地質(zhì)背景與海平面升降旋回控制了四川盆地雷口坡組障壁碳酸鹽巖臺(tái)地沉積展布特征及其演化。平面上表現(xiàn)為自西向東的臺(tái)地邊緣—潟湖邊緣坪(臺(tái)內(nèi)灘)—潟湖—潟湖邊緣坪(臺(tái)內(nèi)灘)—潟湖—混積潮坪的沉積相展布特征,縱向上表現(xiàn)為蒸發(fā)巖、白云巖與石灰?guī)r互層的演化特征。
(3)有利巖相與水下障壁島關(guān)系密切。水下障壁島及周邊古地貌高處水動(dòng)力條件較強(qiáng),臺(tái)內(nèi)淺灘相顆粒白云巖以及潟湖邊緣坪相白云巖發(fā)育。 在海侵早期和海退期,水下障壁島及周邊古地貌高處易出露水面接受大氣淡水溶蝕作用,從而形成多孔儲(chǔ)層。
(4)有利巖相主要發(fā)育在海侵早期和海退期障壁臺(tái)地的臺(tái)地邊緣灘、 臺(tái)內(nèi)淺灘以及潟湖邊緣白云巖坪等相帶,主要分布于盆地西緣龍門山水下障壁島和中部瀘州—開江隆起水下障壁島及其周邊古地貌高處。
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