四川盆地二疊紀(jì)-三疊紀(jì)開(kāi)江-梁平陸棚形成演化與礁灘發(fā)育

黃仁春

(中國(guó)石油化工股份有限公司 勘探南方分公司，成都 610041)

露頭及鉆探資料揭示，四川盆地二疊系-三疊系海相礁灘地層主要發(fā)育于上二疊統(tǒng)-下三疊統(tǒng)，主要包括吳家坪組碳酸鹽巖緩坡生屑灘、長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣生物礁灘、飛仙關(guān)組臺(tái)地邊緣鮞粒灘壩及疊置遷移薄層鮞粒灘，而平面上主要分布在開(kāi)江-梁平陸棚的東西兩側(cè)。礁灘體的縱橫向展布呈現(xiàn)較強(qiáng)規(guī)律性，與開(kāi)江-梁平陸棚的形成演化密切相關(guān)。針對(duì)陸棚形成演化與礁灘發(fā)育關(guān)系的研究既是對(duì)四川盆地前期勘探成果的總結(jié)深化，為礁灘勘探指明方向，同時(shí)也可為其他地區(qū)的礁灘勘探提供借鑒。

開(kāi)江-梁平陸棚的形成與峨眉“地裂運(yùn)動(dòng)”有關(guān)，主要發(fā)育于晚二疊世長(zhǎng)興期-早三疊世飛仙關(guān)期[1]，從而影響了長(zhǎng)興組生物礁和飛仙關(guān)組鮞粒灘的分布。受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)影響，開(kāi)江-梁平陸棚在晚二疊世吳家坪期已具雛形。四川盆地北部吳家坪組為碳酸鹽緩坡沉積，該時(shí)期缺乏高能邊緣相帶。長(zhǎng)興期在開(kāi)闊臺(tái)地和陸棚的過(guò)渡相帶開(kāi)始發(fā)育大規(guī)模的生物礁，礁體環(huán)開(kāi)江-梁平陸棚形成障壁，進(jìn)入鑲邊臺(tái)地發(fā)育期。至飛仙關(guān)早期臺(tái)地基本形成，該時(shí)期為鮞粒灘發(fā)育的主要時(shí)期，飛仙關(guān)中晚期開(kāi)江-梁平陸棚主要表現(xiàn)為“填平補(bǔ)齊”并逐漸消亡。

1 礁灘分布

據(jù)2010年國(guó)土資源部礦產(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì)公布數(shù)據(jù)及2012年中國(guó)石化在元壩、涪陵、河壩提交的探明儲(chǔ)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，四川盆地共發(fā)現(xiàn)30個(gè)礁灘相氣田，長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)數(shù)千億立方米，千億方大氣田有普光氣田和元壩氣田[2](表1)。

四川盆地二疊系、三疊系礁灘體的分布具有明顯的規(guī)律性。從礁灘氣田及露頭礁灘平面分布特征分析(圖1)，生物礁及生屑灘分布于開(kāi)江-梁平陸棚及臺(tái)洼邊緣相帶周緣，呈環(huán)帶狀展布，形成鑲邊結(jié)構(gòu)。臺(tái)地邊緣生物礁多呈條帶狀分布，規(guī)模相對(duì)較大； 開(kāi)闊臺(tái)地內(nèi)主要發(fā)育點(diǎn)礁及大面積鮞粒灘或生屑灘。

表1 四川盆地長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組大中型礁灘氣田特征Table 1 Data of the large-medium gasfields reserved in the Changxing-Feixianguan reefs and shoals, Sichuan Basin

圖1 四川盆地長(zhǎng)興組礁灘平面分布圖Fig.1 Facies map showing the distribution of the Changxing Formation reef and shoal deposits in Sichuan Basin

2 陸棚形成與演化

中-晚二疊世，中上揚(yáng)子區(qū)發(fā)生了一次大規(guī)模的峨眉山地幔柱事件，依次經(jīng)歷了巖漿初始活動(dòng)、穹窿、斷陷盆地及平行不整合面形成、火山噴發(fā)及基底下沉等多個(gè)階段，該事件對(duì)二疊系、三疊系礁灘的形成演化產(chǎn)生了重大影響。

中二疊世茅口期，中上揚(yáng)子區(qū)為開(kāi)闊臺(tái)地沉積環(huán)境，海底地形雖有起伏但總體平坦。茅口初期，巖漿已經(jīng)開(kāi)始在深部活動(dòng)，巖漿活動(dòng)使地表沉積環(huán)境動(dòng)蕩不定。茅口組整體為一套動(dòng)蕩環(huán)境沉積，層面不平直，波狀起伏。茅口末期，火山即將噴出地表，隆升作用達(dá)到頂峰，中上揚(yáng)子區(qū)整體隆升到海平面以上，全區(qū)演變?yōu)榭λ固丨h(huán)境，形成了中-上二疊統(tǒng)之間的平行不整合面。

吳家坪期，峨眉山玄武巖噴出地表，在川西地區(qū)堆積了厚度巨大的峨眉山玄武巖。西部火山爆發(fā)的同時(shí)，為彌補(bǔ)巖漿房的空間，中上揚(yáng)子區(qū)除康滇地軸外，其余廣大地區(qū)基底逐漸下沉。地幔柱晚期基底下沉過(guò)程中，由于差異沉降作用，形成了“開(kāi)江-梁平陸棚”雛形[3]。另外，由于基底沉降方式的不同，有些通過(guò)褶皺方式撓曲下沉，形成緩坡沉積；有些沿著斷裂發(fā)生差異下沉，形成鑲邊臺(tái)地沉積[4]。

長(zhǎng)興期，中上揚(yáng)子大部分地區(qū)火山活動(dòng)基本結(jié)束，進(jìn)入地幔柱演化的最后階段，差異下沉作用進(jìn)一步加劇，臺(tái)地-斜坡-陸棚沉積相分異更為明顯。

早三疊世飛仙關(guān)期，中上揚(yáng)子區(qū)不再有峨眉山玄武巖噴發(fā)，沉積物不再受火山活動(dòng)的任何影響。飛一段-飛二段沉積時(shí)，川東北大部分地區(qū)沿襲長(zhǎng)興組格局，開(kāi)江-梁平陸棚尤存；但受沉積充填作用影響，陸棚逐漸萎縮，至飛三段沉積時(shí)期逐漸被填平。

3 陸棚形成演化與礁灘發(fā)育

3.1 碳酸鹽巖緩坡與淺灘發(fā)育

吳家坪組沉積時(shí)期，中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r遭剝蝕夷平，同時(shí)地殼拉張斷裂造成峨眉山玄武巖噴發(fā)，在該區(qū)形成一個(gè)由西南向東北方向傾斜的古斜坡，由盆地西南部向東北部逐漸從濱岸沼澤相陸源沉積過(guò)渡到碳酸鹽巖緩坡、陸棚沉積。開(kāi)江-梁平陸棚西側(cè)為自西南向東北傾斜的碳酸鹽巖緩坡，斜坡的坡度較小(多數(shù)<1°)，自臺(tái)地向陸棚區(qū)沒(méi)有明顯的坡折帶，相帶分布寬緩，水體較深，臺(tái)地整體位于浪基面以下。區(qū)域上，吳家坪組具有低能環(huán)境沉積特征[5],主要由灰色、深灰色中厚層狀燧石團(tuán)塊(條帶)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r組成，與東部和東北部陸棚毗鄰地帶無(wú)明顯的淺水高能帶。不過(guò)，在緩坡范圍內(nèi)局部地形略有起伏，在內(nèi)緩坡-中緩坡地貌相對(duì)高部位發(fā)育多期生屑灘，生屑灘的發(fā)育具有橫向疊置遷移分布特征(圖2),儲(chǔ)層主要發(fā)育于各級(jí)層序的高水位體系域。

3.2 鑲邊臺(tái)地形成與生物礁發(fā)育

四川盆地東部長(zhǎng)興組沉積時(shí)期海平面總體不斷上升，經(jīng)歷了2期大的海平面升降旋回，分別對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)一段和長(zhǎng)二段沉積時(shí)期。長(zhǎng)興期生物快速生長(zhǎng)，沿著臺(tái)地邊緣及臺(tái)洼邊緣形成一條連續(xù)分布的生物礁帶，形成鑲邊結(jié)構(gòu)(圖1)。生物礁的發(fā)育加快了碳酸鹽巖堆積速率，使沉積速率超過(guò)海平面上升速率，從而開(kāi)始了碳酸鹽巖緩坡向鑲邊臺(tái)地的轉(zhuǎn)化過(guò)程，到長(zhǎng)興晚期則完全發(fā)展成為鑲邊臺(tái)地。

圖2 吳家坪期碳酸鹽巖緩坡沉積模式圖Fig.2 Sedimentary model of the carbonate rock ramp in the Wujiaping period

其中，長(zhǎng)一段海平面上升速度快于長(zhǎng)二段，長(zhǎng)一段僅在元壩地區(qū)沉積薄層生物礁，而長(zhǎng)二段則在元壩與普光地區(qū)都沉積厚層生物礁。長(zhǎng)一段沉積初期，海水渾濁，多數(shù)地區(qū)不利于生物礁的生長(zhǎng)。隨后，海平面快速上升，生物礁的生長(zhǎng)速度小于海平面上升速度，生物礁被淹沒(méi)，生物礁停止生長(zhǎng)，在位于碳酸鹽巖緩坡的元壩地區(qū)長(zhǎng)一段底部沉積了一層規(guī)模不大的薄層生物礁(圖3-A)。長(zhǎng)一段沉積中期，海平面相對(duì)較高，沉積了薄層的深水含硅灰?guī)r、含泥灰?guī)r和灰泥巖。長(zhǎng)一段沉積末期，海平面短暫下降，此時(shí)，海水逐漸清澈，海平面下降到適當(dāng)水深時(shí)，生物礁又開(kāi)始生長(zhǎng)，元壩地區(qū)沉積了一套薄層、分布范圍廣的高位生屑灘(圖3-B)。海平面繼續(xù)下降，一些地方的生屑灘得以暴露在水面上，接受大氣淡水淋濾，并發(fā)生白云石化。長(zhǎng)二段經(jīng)歷了2次短期海平面升降旋回。長(zhǎng)二段沉積開(kāi)始，海平面曾經(jīng)短暫地快速上升，不利于生物礁生長(zhǎng)。在高位域時(shí)，海平面上升速度減慢，海水清澈，生物礁快速加積生長(zhǎng)。隨后，在海平面上升的靜止期，生物礁的生長(zhǎng)速度大于海平面上升速度。當(dāng)生物礁生長(zhǎng)到接近海平面時(shí)，生物礁停止向上加積生長(zhǎng)。位于緩坡帶的元壩和涪陵興隆場(chǎng)區(qū)塊新的生物礁開(kāi)始向水更深的斜坡方向遷移，在早期礁前垮塌巖處生長(zhǎng)，受生物礁遮擋影響，礁后易形成局限沉積環(huán)境。由于是緩坡，礁前垮塌巖鄰近礁的主體，水深適當(dāng)，利于新礁在其之上繼續(xù)生長(zhǎng)。而普光地區(qū)由于是陡坡，礁前垮塌巖沿斜坡向下滑塌距離遠(yuǎn)，生屑灘不發(fā)育，礁帶較窄。因此，普光地區(qū)臺(tái)地邊緣生物礁前沒(méi)有利于新礁生長(zhǎng)的地理?xiàng)l件，生物礁沒(méi)有向斜坡側(cè)向遷移(圖3-C)，其生長(zhǎng)主要以垂向加積為主[6]。長(zhǎng)二段高位域沉積末期，海平面下降，礁頂暴露在水面上，接受大氣淡水的淋濾。元壩地區(qū)長(zhǎng)興期發(fā)育早期成灘、晚期成礁[7]旋回，而位于碳酸鹽巖陡坡的普光地區(qū)則發(fā)育2期成礁旋回(圖3-D)。

圖3 長(zhǎng)興期生物礁發(fā)育模式Fig.3 Model of reef development in the Changxing period

現(xiàn)有鉆井資料及地震資料揭示，長(zhǎng)興組沉積時(shí)期，開(kāi)江-梁平陸棚兩側(cè)臺(tái)緣具有東陡、西緩特征(圖4)。因臺(tái)緣結(jié)構(gòu)的差異，礁灘組合類型、儲(chǔ)層發(fā)育特征存在差異。陸棚東側(cè)長(zhǎng)興組生物礁以垂向加積為主，早期淺灘不發(fā)育，礁帶窄；陸棚西側(cè)長(zhǎng)興組生物礁灘橫向疊置遷移特征明顯，早期灘、礁后灘發(fā)育。

3.3 陸棚消亡與鮞粒灘疊置遷移

飛仙關(guān)組沉積時(shí)期，受開(kāi)江-梁平陸棚的發(fā)展與消亡控制，鮞粒灘分布在縱、橫向上呈規(guī)律性變化[8]。

飛一段、飛二段沉積時(shí)期開(kāi)江-梁平陸棚仍然存在，主要為開(kāi)闊臺(tái)地-臺(tái)地邊緣淺灘-斜坡-陸棚相或開(kāi)闊臺(tái)地-斜坡-陸棚相組合。到飛三段沉積時(shí)期，伴隨著鮞粒灘的側(cè)向遷移，開(kāi)江-梁平陸棚慢慢被填平，飛三段下部為開(kāi)闊臺(tái)地相，飛三段上部為局限臺(tái)地相。

飛一段沉積早期，在長(zhǎng)興期沉積古地理格局基礎(chǔ)之上，碳酸鹽臺(tái)地雛形已形成，主要圍繞開(kāi)江-梁平陸棚呈“Y”字形分布[9]。開(kāi)江-梁平陸棚西側(cè)坡度較緩，相帶分異不明顯；而東側(cè)臺(tái)地邊緣坡度較陡。在臺(tái)地與陸棚之間的相變發(fā)生在很窄的范圍內(nèi)。鮞粒灘壩沉積主要在普光地區(qū)發(fā)育，其他地區(qū)鮞粒巖總體厚度較薄，且橫向分布范圍有限。

飛二段沉積時(shí)期華鎣山東側(cè)斷塊下沉[10]，臺(tái)地西南部地區(qū)為混積臺(tái)地并接受陸源沉積。該時(shí)期開(kāi)江-梁平陸棚西北部封閉(圖5)，陸棚內(nèi)部逐漸由西北向東南方向充填。陸棚西側(cè)元壩地區(qū)為開(kāi)闊臺(tái)地邊緣坡度較小的緩坡，而東側(cè)通南巴-普光地區(qū)為孤立臺(tái)地邊緣的陡坡。海平面升降對(duì)緩坡和陡坡沉積充填影響差異較大，海平面的升降對(duì)陡坡地區(qū)的影響主要是垂向的，海平面的升降易造成局部鮞灘的暴露和鮞粒在垂向加積，因此陸棚東側(cè)的普光地區(qū)，淺灘沒(méi)有明顯遷移特征，以垂向加積為主，沉積面積較長(zhǎng)興組生物礁有所增大，巖性以鮞粒白云巖為主。而元壩地區(qū)，整體位于水體較深、能量較弱的環(huán)境，海平面的升降主要是使得海水動(dòng)力的強(qiáng)弱變化， 而造成沉積物顆粒大小、泥晶-亮晶膠結(jié)物的相對(duì)含量發(fā)生變化，在沉積上表現(xiàn)為鮞粒灘的橫向遷移，形成亮晶鮞粒灰?guī)r和泥晶灰?guī)r頻繁互層，鮞粒灘橫向大范圍分布。

圖4 元壩-普光地震剖面Fig.4 Contrast of seismic sections in the Yuanba & Puguang areas

圖5 四川盆地飛仙關(guān)組第二段沉積相圖Fig.5 Facies map of the second member of the Feixianguan Formation

飛三段為臺(tái)地?cái)U(kuò)展期，由于臺(tái)地西北部構(gòu)造抬升，碳酸鹽巖臺(tái)地沉積范圍向東、西擴(kuò)展。該時(shí)期元壩、通南巴和普光地區(qū)主要發(fā)育臺(tái)內(nèi)灘，臺(tái)內(nèi)灘整體具有向東或東北方向遷移的趨勢(shì)。元壩區(qū)塊臺(tái)內(nèi)灘巖性為鮞?；?guī)r，普光地區(qū)臺(tái)內(nèi)灘巖性仍為鮞粒白云巖。

飛四段為臺(tái)地均一化期，經(jīng)歷前期對(duì)陸棚相區(qū)填平補(bǔ)齊(圖6)，全區(qū)沉積環(huán)境相似，演變?yōu)榫窒夼_(tái)地-臺(tái)地蒸發(fā)巖相沉積環(huán)境，飛仙關(guān)組的厚度差異反映了沉積初期的古地貌[11]。

飛一段、飛二段臺(tái)地邊緣淺灘與飛三段臺(tái)內(nèi)淺灘遷移規(guī)律各有不同。陸棚東側(cè)的普光地區(qū)，飛一段、飛二段臺(tái)地邊緣淺灘沒(méi)有明顯遷移特征，以垂向加積沉積方式為主，不過(guò)沉積面積較長(zhǎng)興組生物礁有所增大。陸棚西側(cè)元壩區(qū)塊，飛二段臺(tái)地邊緣淺灘向東側(cè)陸棚方向遷移，相對(duì)普光地區(qū)淺灘厚度小。開(kāi)闊臺(tái)地或臺(tái)地邊緣相帶鮞粒灘層位靠下，以飛一段與飛二段為主，深水陸棚區(qū)鮞粒灘發(fā)育層位靠上，主要位于飛三段。

圖6 飛仙關(guān)期臺(tái)地均一化與鮞粒灘發(fā)育模式圖Fig.6 Model showing the platform homogenization and the development of oolitic sands during the Feixianguan period

4 結(jié) 論

a.晚二疊世吳家坪期，峨眉山玄武巖噴出地表，中上揚(yáng)子區(qū)除康滇地軸外的廣大地區(qū)基底下沉，受差異沉降及拉張斷陷作用影響形成開(kāi)江-梁平陸棚。長(zhǎng)興期進(jìn)入地幔柱演化的最后階段，差異下沉作用進(jìn)一步加劇。飛仙關(guān)期，中上揚(yáng)子區(qū)不再有峨眉山玄武巖噴發(fā)，沉積物不再受火山活動(dòng)的任何影響，受沉積充填作用，陸棚逐漸萎縮，飛三段沉積時(shí)期逐漸被填平。

b.四川盆地晚二疊世吳家坪期為碳酸鹽巖緩坡沉積，長(zhǎng)興期差異沉降作用進(jìn)一步加劇，臺(tái)地-斜坡-陸棚分異更為明顯，同時(shí)陸棚邊緣的生物礁及高能灘集中快速生長(zhǎng)，沉積模式由碳酸鹽巖緩坡演化為鑲邊臺(tái)地。飛仙關(guān)組第二段沉積時(shí)期，陸棚開(kāi)始收縮，臺(tái)緣淺灘疊置遷移。

c.礁灘沉積明顯受陸棚的發(fā)育演化和臺(tái)棚相間沉積格局控制。在開(kāi)江-梁平陸棚東側(cè)和城口-鄂西陸棚西側(cè)的臺(tái)地邊緣，飛仙關(guān)期陸棚填平過(guò)程中大面積發(fā)育的鮞粒灘以及臺(tái)地中部拉張凹陷相關(guān)的臺(tái)洼邊緣礁灘為有利的勘探方向。

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