四川盆地西北部下侏羅統(tǒng)白田壩組沉積體系

何 江，胡 欣，張本健，尹 宏，馬華靈，聶 舟，馮春強(qiáng)，陳 超，陳 博

(1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059； 2.西南石油大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，成都 610500； 3.中國石油 西南油氣田分公司 川西北氣礦，四川 江油 621700)

四川盆地西北部下侏羅統(tǒng)白田壩組沉積體系

何 江1,2，胡 欣3，張本健3，尹 宏3，馬華靈3，聶 舟3，馮春強(qiáng)2，陳 超2，陳 博2

(1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059； 2.西南石油大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，成都 610500； 3.中國石油 西南油氣田分公司 川西北氣礦，四川 江油 621700)

四川盆地西北部下侏羅統(tǒng)白田壩組砂礫巖型儲(chǔ)層分布面積廣，為盆內(nèi)碎屑巖氣藏的擴(kuò)大勘探展示了全新領(lǐng)域。通過野外剖面觀察、地層及砂礫巖追蹤對(duì)比、典型相序精細(xì)描述等方法，首次對(duì)地質(zhì)背景、物源展布規(guī)律、沉積體系及演化模式進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明中三疊世末的印支運(yùn)動(dòng)奠定了四川盆地西北部下侏羅統(tǒng)沉積早期“西陡北緩”的古構(gòu)造格局的基礎(chǔ)，東北側(cè)米倉山前緣為向盆內(nèi)形變強(qiáng)度逐減的緊密階梯狀沖斷褶皺帶，有利于沉積物長(zhǎng)距離搬運(yùn)，為盆內(nèi)的主要物源。西北側(cè)龍門山表現(xiàn)為擠壓造山運(yùn)動(dòng)，地勢(shì)較陡，季節(jié)性山區(qū)河流在山前形成大小不等的沖積扇體，為次要物源。山前—盆內(nèi)依次發(fā)育為沖積扇—扇三角洲—湖泊沉積體系。

演化模式；沉積體系；白田壩組；下侏羅統(tǒng)；四川盆地西北部

四川盆地西北部位于綿陽、廣元市境內(nèi)。現(xiàn)今構(gòu)造主體為川北平緩構(gòu)造帶及龍門山—米倉山山前斷褶構(gòu)造帶，其西北方向與龍門山推覆體構(gòu)造帶相鄰，東北方向與米倉山臺(tái)緣隆起帶相接，目前已發(fā)現(xiàn)九龍山、柘壩場(chǎng)、文興場(chǎng)、老關(guān)廟、思依場(chǎng)等含氣構(gòu)造(圖1)。區(qū)內(nèi)侏羅系地層單元自下而上包含有：下侏羅統(tǒng)白田壩組(往盆內(nèi)稱為自流井組)；中侏羅統(tǒng)千佛巖組(往盆內(nèi)稱為新田溝組)、下沙溪廟組、上沙溪廟組；上侏羅統(tǒng)遂寧組和蓮花口組(往盆內(nèi)稱蓬萊鎮(zhèn)組)。目的層位下侏羅統(tǒng)白田壩組由包茨、王國寧1954年命名于廣元寶輪白田壩，為一套沖積扇—扇三角洲—湖泊相沉積體系，底部巖性為中—厚層石英質(zhì)砂礫巖，向上以灰白色石英砂巖為主夾粉砂巖及泥(頁)巖或互層，常見薄煤層及煤線，含膜蕨型錐葉蕨、擴(kuò)張短葉杉近似種、堅(jiān)葉杉等植物化石。

圖1 四川盆地西北部構(gòu)造區(qū)劃及前侏羅系古地質(zhì)

近年，隨著對(duì)四川盆地西北部下侏羅統(tǒng)白田壩組砂礫巖天然氣勘探、開發(fā)的不斷深入[1-9]，為盆內(nèi)碎屑巖氣藏的拓寬展示了全新的領(lǐng)域，對(duì)沉積體系的研究要求也越來越精細(xì)。對(duì)于四川盆地侏羅系，眾多地質(zhì)學(xué)家分別針對(duì)構(gòu)造[10-16]、植物群及其古環(huán)境[17-18]、層序地層格架[19-20]、沉積模式[21-22]等方面進(jìn)行了深入研究，相繼建立起盆內(nèi)的沉積格架，取得了大量成就，但缺少以四川盆地西北部下侏羅統(tǒng)白田壩組為單元對(duì)沖積扇—扇三角洲—淺湖沉積體系及其演化模式進(jìn)行精細(xì)解剖的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例。本文通過詳細(xì)的野外剖面觀察、地層及砂礫巖追蹤對(duì)比、典型相序精細(xì)描述等方法，對(duì)目的層地質(zhì)背景、物源方向、沉積體系及演化模式進(jìn)行了精細(xì)解剖。研究結(jié)論對(duì)類似油氣田的勘探開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)背景分析

四川盆地西北部地處于“揚(yáng)子”板塊北緣，中三疊世末的印支運(yùn)動(dòng)使四川盆地完成了拉張型被動(dòng)大陸邊緣盆地向擠壓型前陸盆地的轉(zhuǎn)換，結(jié)束了長(zhǎng)期海侵和大規(guī)模的海相沉積史，進(jìn)入中生代前陸盆地沉積階段，受西側(cè)龍門山“幕”式推覆和北側(cè)米倉山的不斷隆升而產(chǎn)生推擠，在龍門山、米倉山前形成與之平行的二疊系斷褶構(gòu)造帶[10-16]。晚三疊世后的燕山—喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)時(shí)期，四川盆地西北部前陸沉積盆地逐次萎縮，轉(zhuǎn)入內(nèi)陸湖盆沉積階段。受印支造山運(yùn)動(dòng)的影響，接受了其西側(cè)和北側(cè)推覆造山帶的大量陸源碎屑，形成下侏羅統(tǒng)白田壩組底部大量的石英和燧石礫巖，并與下伏上三疊統(tǒng)須家河組呈角度不整合接觸。

印支期龍門山構(gòu)造帶表現(xiàn)為擠壓造山運(yùn)動(dòng)，變形強(qiáng)度逐幕增加，地勢(shì)較陡；而米倉山臺(tái)緣隆起斷褶構(gòu)造帶北端隨米倉山的隆升進(jìn)一步抬升，發(fā)展成為向盆內(nèi)形變強(qiáng)度逐漸減弱的緊密階梯狀沖斷褶皺帶，地貌為一向南緩傾斜的斜坡，兩者共同形成區(qū)內(nèi)早侏羅世“西陡北緩”的古構(gòu)造格局。同時(shí)，印支運(yùn)動(dòng)造成區(qū)內(nèi)上三疊統(tǒng)地層遭受不同程度的剝蝕，形成沉積間斷，由于各地區(qū)古構(gòu)造發(fā)育的強(qiáng)度不同和剝蝕程度的差異性造成了前侏羅系古地貌的千姿百態(tài)[19-20]。前侏羅系古地質(zhì)圖可以看出，龍門山前緣地勢(shì)較陡，地層剝蝕較強(qiáng)、變化快，須二段殘余地層出露區(qū)分布于廣元—江油一線，向東南方向地層迅速變新，等值線分布較密。此時(shí)，米倉山—大巴山前緣地勢(shì)較緩，地層剝蝕中等，變化平緩，須家河組殘余地層出露區(qū)自北向南緩慢變新，等值線分布較稀疏(圖1)。

2 物源方向

四川盆地受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造后，現(xiàn)今的面貌與當(dāng)時(shí)面貌有很大差異。在區(qū)域地質(zhì)背景分析的基礎(chǔ)上，古流向分析可為古地貌物源方向恢復(fù)提供定量數(shù)據(jù)，為相分析提供重要資料，為解決現(xiàn)今被改造過的盆地與古盆地之間的關(guān)系提供依據(jù)。在野外的實(shí)地勘察中，本次主要根據(jù)米倉山前緣的南江流壩剖面、南江光霧山剖面、南江三江剖面、旺蒼離妻巖剖面、旺蒼白水剖面，龍門山前緣的廣元須家河剖面、廣元石罐子剖面、劍閣下寺剖面、劍閣金子山剖面和綿陽青林口剖面中白田壩組所含礫巖的扁平礫石最大扁平面、砂巖交錯(cuò)層理的前積方向、礫石長(zhǎng)軸方向等測(cè)量古水流方向，每條測(cè)量20～30點(diǎn)作玫瑰花圖。研究表明，區(qū)內(nèi)存在2個(gè)主要物源方向，其中米倉山前緣各剖面的古流向主要以向南為主(163°～209°)，古水流為單峰型；龍門山前緣各剖面古流向逐漸向東偏轉(zhuǎn)，以南東方向?yàn)橹?135°～158°)，顯示的古水流型式主要為單峰型，次為雙峰型(圖2)。

兩處物源區(qū)山前坡度與沖積扇延伸距離關(guān)系明顯，西北側(cè)龍門山物源的隆起形成陡岸，季節(jié)性山區(qū)河流搬運(yùn)距離較近，在山前常形成大小不等的沖積扇體，對(duì)盆地內(nèi)部影響小，為次要物源。如金子山剖面，厚約331.5 m，幾乎全由厚大的礫石、砂巖組成，形成約20余個(gè)礫巖—砂巖—泥巖或砂巖—泥巖的向上變細(xì)的沉積旋回，相鄰旋回間的沖刷現(xiàn)象明顯，旋回上部的砂、泥巖多被沖刷兼并。由金子山向東西各6～10 km左右，厚大礫巖明顯分叉、變薄、尖沒或相變?yōu)樯皫r、粉砂巖(圖2,3)。與之相反，北側(cè)米倉山—大巴山前緣相對(duì)盆地緩緩傾斜，有利于物源向南西方向搬運(yùn)，地層厚度沿九龍山經(jīng)白龍場(chǎng)、柘壩場(chǎng)、文興場(chǎng)至豐谷一線呈逐漸減少的趨勢(shì)，為影響盆內(nèi)的主要物源(圖2)。

3 沉積體系特征

根據(jù)區(qū)域沉積格局[21-22]和沉積作用特點(diǎn)等沉積體系劃分標(biāo)志，對(duì)川西北部地區(qū)9條白田壩組露頭剖面及盆內(nèi)大量鉆井巖心進(jìn)行了詳細(xì)的巖性、巖相、結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造相標(biāo)志和化石相標(biāo)志等方面的觀察描述，綜合分析表明，四川盆地西北部下侏羅統(tǒng)白田壩組沉積是在早期風(fēng)化剝蝕界面的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的以粗碎屑為主的沖積扇—扇三角洲—湖泊沉積體系，進(jìn)一步可劃分出13種沉積微相類型(表1)。

圖2 四川盆地西北部白田壩組地層厚度等值線

圖3 四川盆地西北部金子山剖面沉積序列

沉積體系沉積相沉積亞相沉積微相分布位置沖積扇沉積體系沖積扇三角洲沉積體系扇三角洲湖泊沉積體系湖泊扇根、扇中、扇端泥石流沉積、河道沉積、篩狀沉積、漫流沉積扇三角洲平原沉積物重力流、辮狀分流河道、泛濫平原扇三角洲前緣水下分流河道、水下分流河道間扇前三角洲開闊湖沉積、濁流沉積淺湖—半深湖淺湖砂壩、淺湖泥龍門山、大巴山緣龍門山、大巴山前元壩—梓潼地區(qū)

3.1沖積扇沉積特征

四川盆地西北部山前帶的邊緣沖積扇非常發(fā)育，細(xì)分為扇根、扇中、扇端3個(gè)亞相，常多旋回疊加，如旺蒼白水剖面(圖4)。扇根分布在靠近山前斷崖沖積扇的頂部區(qū)域，其沉積坡角大，發(fā)育若干直而深的主河道，其沉積物主要為石英質(zhì)礫巖，成層性差，磨圓度中等到較好，分選性中等到較差，呈礫石支撐結(jié)構(gòu)。礫石大小不一，15 cm以上的可達(dá)35%甚至更多，礫間為砂級(jí)碎屑及部分細(xì)礫石填隙(圖5a)。一般呈塊狀構(gòu)造，局部見粗大礫石呈疊瓦狀排列(圖5b)；扇中亞相通常由辮狀水道和洪泛沉積兩部分組成。中扇帶上部常發(fā)育辮狀河道礫石壩沉積，沉積石英質(zhì)粗礫巖及少量中—粗礫巖，礫石含量大于75%，分選性、磨圓度中等到較好，礫石支撐結(jié)構(gòu)，礫石壩遷移過程中形成的大型前積交錯(cuò)層理是重要的識(shí)別標(biāo)志(圖5c)。中扇帶下部則由河道礫石壩沉積與溢出河道的洪泛沉積組成向上變細(xì)的正粒序沉積(圖5d)，洪泛沉積由灰色含礫泥質(zhì)不等粒砂巖、泥質(zhì)不等粒砂巖等組成，一般不顯層理，兩者微相常呈正粒序出現(xiàn)；扇緣出現(xiàn)在沖積扇末端，地形較平緩，以細(xì)粒泛濫沉積為主要巖性(圖5e)，實(shí)際上是沖積扇和相鄰湖泊之間的過渡地帶。常見塊狀層理、槽狀交錯(cuò)層理(圖5f)、沙紋層理、波狀層理、不規(guī)則層理，還常見包卷構(gòu)造。多處因氣候周期性變化夾有原地植被形成的碳質(zhì)泥巖或煤層(圖5g)。當(dāng)扇體緊鄰水體時(shí)，扇頂或扇中沉積直接插入水體形成扇三角洲而缺失扇緣。

圖4 四川盆地西北部旺蒼白水剖面沉積序列

3.2扇三角洲—湖泊沉積特征

圖5 四川盆地西北部沖積扇—扇三角洲—淺湖沉積特征

山前帶相向盆內(nèi)逐漸過渡為扇三角洲，由扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲亞相組成，因區(qū)內(nèi)下侏羅統(tǒng)發(fā)育為多旋回湖盆的水進(jìn)階段，山前沖積扇直接進(jìn)入水體，陸上扇三角洲平原部分不發(fā)育或很少發(fā)育，多直接過渡為扇三角洲前緣環(huán)境。扇三角洲前緣亞相包括水下分流河道沉積和水下分流河道間沉積2種微相類型，測(cè)井GR曲線表現(xiàn)為低幅箱形與中幅齒形交互。水下分流河道沉積以棕灰色、灰色細(xì)礫巖、含礫砂巖、巖屑石英砂巖為主，砂礫巖體底界面較為平坦，常見板狀層理、楔狀交錯(cuò)層理、塊狀層理。水下分流河道間主要為灰色粉砂巖與泥巖的不等厚互層，常見生物擾動(dòng)構(gòu)造、蟲管(圖5h)、水平層理、沙紋層理。而前扇三角洲受控于湖盆作用，水體能量低，與淺湖已不易區(qū)分，巖石組成類型主要為中—薄層棕紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，水平層理最為發(fā)育，其次具浪成沙紋層理和生物擾動(dòng)構(gòu)造。此外，在扇三角洲前緣極有可能在外力的觸發(fā)下發(fā)生液化滑塌，而以重力流的形式再搬運(yùn)至前扇三角洲—淺湖而形成湖底扇沉積，局部見明顯的重力流沉積(圖5i)及滑塌構(gòu)造標(biāo)志。湖泊環(huán)境以淺湖—半深湖亞相為主，主要分布在江油—?jiǎng)﹂w一線向東南方向，巖心以深灰色或灰黑色淺湖泥巖沉積為主夾中—薄層狀粉—細(xì)砂巖淺湖砂壩沉積，橫向上與扇三角洲或沖積扇沉積體系呈指狀交叉過渡，縱向上與扇三角洲常組成向上由粗變細(xì)的正粒序(圖6)。

圖6 四川盆地西北部龍002-1井白田壩組單井沉積相

圖7 四川盆地西北部白田壩組沖積扇—扇三角洲—淺湖沉積模式

4 沉積體系空間展布模式

晚三疊世后，四川盆地由前陸盆地轉(zhuǎn)化為內(nèi)陸坳陷盆地，早侏羅世，印支褶皺山系南麓的盆地西北部，沉積了以沖積扇為特點(diǎn)的白田壩組砂礫巖地層，從江油、廣元向東可以延續(xù)到南江等地，并以舌形深入湖盆。

平面展布上，受晚印支期西側(cè)龍門山“幕”式推覆和米倉山的不斷隆升形成的早侏羅世“西陡北緩”的古構(gòu)造格局影響，西北側(cè)龍門山表現(xiàn)為擠壓造山運(yùn)動(dòng)，地勢(shì)較陡，季節(jié)性山區(qū)河流在山前形成大小不等的沖積扇體，搬運(yùn)距離近，粗碎屑沉積體局限于劍閣以西北。東北側(cè)米倉山前緣為向盆內(nèi)形變強(qiáng)度逐減的緊密階梯狀沖斷褶皺帶，為一向南緩傾斜的斜坡，大量碎屑沉積物由米倉山前緣向梓潼—綿陽一線呈北東向南西方長(zhǎng)距離搬運(yùn)。從盆地邊緣向盆地中心，沉積物由粗變細(xì)，各種沉積相類型的變化及平面配置關(guān)系也呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。總體上發(fā)育二級(jí)扇的沉積模式，即由盆地邊緣沖積扇 (一級(jí)扇)快速入湖形成扇三角洲(二級(jí)扇)。受構(gòu)造形態(tài)影響，二級(jí)扇展布規(guī)律隨盆地的時(shí)空變化而有所變化，西北側(cè)龍門山前發(fā)育一級(jí)扇，厚度大，但展布范圍小，向盆內(nèi)直接過渡為濱淺湖沉積環(huán)境。北東側(cè)米倉山前主要發(fā)育二級(jí)扇，展布范圍廣，沖積扇體向南東方向逐漸過渡為扇三角洲，隨后過渡為淺湖環(huán)境(圖7)。

垂向上，早侏羅世受殼幔調(diào)整，區(qū)內(nèi)古構(gòu)造逐漸由晚三疊世的前陸盆地演化為坳陷盆地，盆地中部地殼的下降幅度和速度最大，而盆緣及周邊山系上升相對(duì)較弱，間接導(dǎo)致盆緣山系通過河流輸入盆地內(nèi)的沉積物相對(duì)較少，造成盆地下降速度大于沉積物的堆積速度，形成水進(jìn)式的沉積體系及下粗上細(xì)的退積型正旋回沉積層序。

5 結(jié)論

1)印支期龍門山表現(xiàn)為擠壓造山運(yùn)動(dòng)，變形強(qiáng)度則逐幕增加，地勢(shì)較陡；米倉山臺(tái)緣隆起斷褶構(gòu)造帶北端隨米倉山的隆升進(jìn)一步抬升，發(fā)展成為向盆內(nèi)形變強(qiáng)度逐漸減弱的緊密階梯狀沖斷褶皺帶，為一向南緩傾斜的斜坡，兩者共同形成區(qū)內(nèi)早侏羅世“西陡北緩”的古構(gòu)造格局，同時(shí)使區(qū)內(nèi)上三疊統(tǒng)地層遭受不同程度的剝蝕，形成沉積間斷，下侏羅統(tǒng)白田壩組呈角度不整合上覆于已褶皺變形的須家河組的不同層位上。

2)根據(jù)野外剖面中白田壩組礫巖的扁平礫石最大扁平面、砂巖交錯(cuò)層理的前積方向、礫石長(zhǎng)軸方向等測(cè)量古水流方向，米倉山前緣各剖面的古水流型式為單峰型式，古流向方向主要以南方為主(163°～209°)，龍門山前緣各剖面顯示的古水流型式主要為單峰型式，次為雙峰型，古流向逐漸向東偏轉(zhuǎn)，以南東方向?yàn)橹?135°～158°)。同時(shí)，山前坡度與沖積扇延伸距離關(guān)系明顯。北側(cè)米倉山—大巴山前緣相對(duì)盆地緩緩傾斜，有利于物源向南西方向搬運(yùn)，地層厚度九龍山經(jīng)白龍場(chǎng)、柘壩場(chǎng)、文興場(chǎng)至豐谷一線呈逐漸減少的趨勢(shì)，為盆內(nèi)沉積的主要物源。

3)四川盆地西北部白田壩組沉積是在早期風(fēng)化剝蝕界面的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的以粗碎屑為主的沖積扇—扇三角洲—湖泊沉積體系，進(jìn)一步可劃分出13種沉積微相類型。平面展布上，由盆地邊緣向中心，各種沉積微相的平面配置關(guān)系呈有規(guī)律的變化。發(fā)育二級(jí)扇的沉積模式，即由盆緣沖積扇 (一級(jí)扇)快速入湖形成扇三角洲(二級(jí)扇)；垂向上，早侏羅世，盆地中部的地殼下降幅度和速度最大，盆緣及周邊山系上升幅度相對(duì)弱，造成了盆地下降速度大于沉積物的堆積速度，以水進(jìn)式的沉積體系為主。

致謝：本文得到了天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家科技重大專項(xiàng)(NO：2011ZX05001-005)的聯(lián)合資助，參加研究工作的還有馬嵐、龐錦、董李紅、張龍、鄭鑒等。此研究得到中國石油西南油氣田分公司川西北氣礦邱宗恬、藍(lán)貴、朱永剛、張?jiān)サ雀呒?jí)工程師的細(xì)心指導(dǎo)與修改，并得到中國石油西南油氣田分公司川西北氣礦楊躍明、李躍綱、王勇、楊華、李梅等的關(guān)懷和大力支持，謹(jǐn)此致謝。

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(編輯黃 娟)

DepositionalsystemofLowerJurassicBaitianbaFormationinnorthwesternSichuanBasin

He Jiang1,2, Hu Xin3, Zhang Benjian3, Yin Hong3, Ma Hualing3, Nie Zhou3, Feng Chunqiang2, Chen Chao2, Chen Bo2

(1.CollegeofEarthSciences,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China; 3.NorthwestSichuanGasMineofSouthwestOilandGasCompanyofPetroChina,Jiangyou,Sichuan621700,China)

Glutenite reservoirs are widespread in the Baitianba Formation of the Lower Jurassic in the northwestern Sichuan Basin, showing a new field for expanding exploration of intrabasinal clastic rock gas pools. Based on detailed field profile observation, tracking contrast of strata and glutenite, and fine description of typical phase sequence, systematic studies of geologic background, source distribution, depositional system and evolution mode have been carried out. During the late Triassic, the Indosinian Movement laid the palaeostructure pattern of “steep west and gentle north” in early deposits of the Lower Jurassic in the northwestern Sichuan Basin. In the front of the Micang Mountain in the northeast, there was a closed stair-step thrust fold belt and the deformation intensity decreased progressively to the basin, which was favorable for the long distance transportation of deposits and served as the main sources. In the Longmen Mountain in the northwest, compressive orogenic activities took place, leading to steep terrain. Different sizes of alluvial fans formed from seasonal mountain stream before mountain, serving as the secondary sources. From mountain front to basin center, a depositional system from alluvial fan, fan delta to lacustrine developed.

evolution mode; depositional system; Baitianba Formation; Lower Jurassic; northwestern Sichuan Basin

1001-6112(2013)05-0515-08

10.11781/sysydz201305515

TE121.3

A

2012-12-08；

2013-07-08。

何江(1981—)，男，博士，講師，從事石油勘探生產(chǎn)實(shí)踐等工作。E-mail: 78197878@qq.com。

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05001-005)和天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合資助。