四川盆地東部中二疊統(tǒng)茅口組沉積與層序地層特征

王文飛

（西南石油大學地球科學與技術學院，四川 成都610500）

0 引言

層序地層學這一概念于20 世紀80年代末正式提出［1-2］，從最初的海相發(fā)展到陸相，又從簡單的陸相盆地發(fā)展到斷陷湖盆，顯示了強大的生命力［3-5］。層序地層學的優(yōu)勢在于綜合沉積學和構造地質學等其他學科，在研究區(qū)域的等時性上發(fā)揮著重要作用，結合沉積相研究，有助于重塑古沉積環(huán)境，可為古地理的研究提供基礎地質依據。

前人對于四川盆地二疊系層序地層學已進行了一系列的研究，取得了豐碩成果，但是一直以來對盆地層序地層特征與二疊系層序的劃分存在一些爭議［6-9］。對于茅口組層序地層的研究主要分布在揚子地臺的四川、湖北、湖南、安徽南部和廣西右江等地區(qū)，大多將茅口組劃分為3 個三級層序［10-12］。

四川盆地東部中二疊統(tǒng)茅口組是一套由海侵—海退旋回組成的海相碳酸鹽巖地層。近年來的油氣勘探表明，該套地層在暴露和風化淋濾的影響下發(fā)育了風化殼巖溶型儲層，是川東地區(qū)乃至整個四川盆地重要的天然氣產層之一［12-13］，但對于該套地層一直未單獨開展較為深入的層序地層學研究。

鑒于此，本次研究通過對鉆井巖心的詳細觀察，結合茅口組區(qū)域沉積背景，主要利用巖心、測井、錄井資料及野外露頭剖面觀察，運用層序地層學原理，對川東地區(qū)茅口組地層開展沉積相和層序地層研究，尋找有利的油氣沉積背景，為加快該區(qū)茅口組地層的油氣勘探工作提供有利的理論依據。

1 區(qū)域地質概況

四川盆地是經歷多期和多向深斷裂活動，由褶皺和斷裂圍限起來的菱形構造-沉積盆地［13］。中二疊統(tǒng)茅口組主要沉積了一套揚子地臺穩(wěn)定克拉通內淺海碳酸鹽巖地層，巖性主要為深灰色厚層泥晶生物灰?guī)r、淺灰色泥粉晶灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r，含燧石結核或硅質巖薄層，厚度一般為50～600 m［14］。一些研究認為，該套地層是碳酸鹽巖臺地相沉積，臺內零星散布生物集或準生物集，可進一步劃分出臺內淺灘和臺內緩坡沉積［15-18］；另一些研究認為是淺海碳酸鹽巖緩坡沉積［18-20］；還有研究則認為是開闊陸棚沉積［20］。

根據巖性變化特征，以旋回地層學理論為指導，茅口組地層垂向上可分為4 段，即茅一段、茅二段、茅三段和茅四段。根據巖性的變化特征，從老到新可將茅一段和茅二段進一步細劃成6 個亞段，即茅一C、 茅一B、茅一A 亞段和茅二C、茅二B、茅二A 亞段。受東吳運動強烈抬升影響，茅口組上部地層在盆地內普遍遭到剝蝕。

研究區(qū)位于四川盆地東部川東高陡斷褶帶，區(qū)內斷裂帶異常發(fā)育，主要有銅鑼峽、明月峽、黃泥堂等深大斷裂，以及伴生的次級斷裂。研究認為：該區(qū)以開闊臺地相沉積為主［21-30］，主要沉積一套深灰色泥晶生物灰?guī)r、淺灰色亮晶生屑灰?guī)r、藻格架礁灰?guī)r；頂部為含燧石結核和鋁土質灰?guī)r，與上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M呈不整合接觸，底部與棲霞組地層呈整合接觸；本區(qū)茅口組地層剝蝕較為嚴重，僅局部殘留茅四段地層。

2 沉積特征

2.1 巖石學特征

茅口組主要是灰?guī)r類，具有分布層位穩(wěn)定、可追蹤對比的特征。依據其結構成因類型，主要有亮晶生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、藻格架巖及泥晶灰?guī)r等。巖心和野外觀察發(fā)現，亮晶生屑灰?guī)r類主要發(fā)育于茅二和茅三段。茅三段以亮晶生屑灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r薄互層為特征；茅二段則以生屑（生物）泥晶灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、泥晶生物灰?guī)r夾亮晶生屑灰?guī)r為特征；茅一段則以眼球灰?guī)r、眼皮灰?guī)r、泥質泥晶灰?guī)r為主，偶夾泥晶生屑灰?guī)r類。

2.1.1 亮晶生屑灰?guī)r

該類巖石形成于最小晴天浪基面擾動深度之上，為高能灘相沉積。層位上主要分布在茅三段，其次為茅二段，茅一段少見；呈中—厚層狀，顆粒類型以藻屑和生物碎屑為主，體積分數60%～85%。藻屑多以紅藻屑為主，生物碎屑多為有孔蟲、腹足類、腕足、瓣腮類、苔蘚蟲及棘屑等，也見少量的介形蟲。顆粒間被亮晶方解石多期膠結（見圖1a）。

圖1 四川盆地東部中二疊統(tǒng)茅口組微觀巖石學特征

2.1.2 泥晶生屑灰?guī)r

該類巖石形成于最大晴天浪基面與最小晴天浪基面之間的平均浪基面附近，為低能顆粒灘沉積環(huán)境，主要發(fā)育于茅三和茅二段；呈中—厚層，塊狀，顆粒類型以生物碎屑為主，體積分數一般為50%～65%，常含少量砂屑（5%～10%）。生物碎屑以苔蘚蟲、棘皮類、有孔蟲、瓣鰓類為主，其次為腕足類、腹足類、介形蟲、紅藻等，沒有一種生物碎屑體積分數超過50%。顆粒間基本為泥晶膠結，少見亮晶膠結物，巖石中泥質體積分數較高，常夾泥質條紋和條帶，泥質體積分數一般為3%～7%（見圖1b）。

2.1.3 藻格架灰?guī)r

該類巖石主要由層狀生長的荷葉藻搭架形成，格架間為生物碎屑充填，生物碎屑間可為亮晶和泥晶膠結。層狀荷葉藻體積分數可達60%，生物碎屑可見荷葉藻碎片、苔蘚蟲、海綿、有孔蟲、蜓等（見圖1c）。

2.1.4 泥晶灰?guī)r

2.2 沉積相特征

通過巖心的宏微觀觀察，在巖石學特征研究基礎上，結合區(qū)域沉積背景，認為：該區(qū)以開闊海臺地相沉積為主，可以進一步劃分出開闊海、臺內灘、灘間海等沉積亞相；以顆粒巖類發(fā)育為主的臺內灘亞相是油氣勘探的有利相帶（見圖2）。

圖2 四川盆地東部中二疊統(tǒng)茅口組沉積相和層序地層綜合柱狀圖

2.2.1 開闊海亞相

該亞相形成于正常浪基面之下、水體較深（一般不超過50 m）、能量較低的環(huán)境。巖石類型以灰色—深灰色泥晶灰?guī)r、泥晶生物灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，泥質體積分數較高。茅口期的海平面在整個二疊系相對較高，且較長時間穩(wěn)定，有利于開闊海亞相沉積的發(fā)育，茅一段及茅二段的C 段基本為此亞相。

2.2.2 臺內灘亞相

四川盆地特殊的古地理背景決定了其在中二疊統(tǒng)沉積期以低能的開闊海亞相為主，只有微地貌高地可處于浪基面之上，形成較為發(fā)育的臺內灘亞相沉積，并且沉積界面位于平均海平面附近的地帶才有可能發(fā)育高能顆粒灘沉積。臺內灘亞相以沉積顆粒巖為特征，顆粒體積分數較高，成分有生屑、藻屑等，形成向上變淺和向上變粗的沉積序列，根據水體能量高低，可以進一步劃分出高能灘、低能灘等沉積微相。

2.2.2.1 高能灘微相

高能灘微相以亮晶生物碎屑灰?guī)r沉積為主，顆粒體積分數較高，成分有生屑、藻屑等，灘體向上具逆粒序特征。該微相類型在川東地區(qū)的中二疊統(tǒng)地層中欠發(fā)育。

2.2.2.2 低能灘微相

低能灘微相以泥晶生屑灰?guī)r為主，形成與最大晴天浪基面與最小晴天浪基面之間，海水震蕩與安靜交織。生物碎屑形成于高能期，而灰泥填隙物形成于低能期。在該環(huán)境中，碎屑顆粒分選較差，磨圓較差，顆粒間以灰泥充填為主。該區(qū)低能灘微相主要發(fā)育于茅二段及茅三段，顆粒體積分數大于50%，顆粒支撐為主，顆粒類型主要為生物碎屑。生物碎屑以苔蘚蟲、棘皮類、有孔蟲、瓣鰓類為主，其次為腕足類、腹足類、介形蟲等，并且沒有一種生物碎屑體積分數超過50%。粒間以灰泥充填為主，少見亮晶方解石膠結物。

我國早在2000年就開始實施了國庫管理制度。這一項制度的實施就實現了國庫資金的統(tǒng)一管理，同時，還實現了將財政資金進行直接的劃撥。例如稅收和非稅收的繳費都統(tǒng)一納入財政專戶之中，國庫管理制度的實施，規(guī)范了財政資金的收支，提高了財政資金的管理效率。與此同時，對于預算的執(zhí)行也建立了動態(tài)的監(jiān)控機制，從而對其進行全面的監(jiān)督，這能夠有效地對預算的執(zhí)行起到警示的作用。

2.2.3 灘間海亞相

灘間海發(fā)育于浪基面之下，為夾于顆粒灘之間的深水低地，為安靜低能沉積，能量略高于開闊海環(huán)境。沉積物以灰泥為主，巖石類型為灰色泥晶灰?guī)r、生物泥晶灰?guī)r，縱向上往往與臺內灘互層，構成下部灘間海，上部顆粒灘的向上變淺沉積序列。

3 層序地層研究

層序是由不整合面或與不整合相對應的整合面作為邊界的一個相對整合的有內在聯系的地層序列［23］。層序地層學研究的關鍵就是層序界面的識別，它是劃分層序的前提和基礎，其中最重要的是對層序底界面的識別。根據經典層序地層學理論，主要分Ⅰ型層序界面和Ⅱ型層序界面。但在實際工作中，層序界面的識別較為復雜、不易分辨，且相同的層序界面可能就有不同的特征及表現形式。如：Ⅰ型層序界面可為角度不整合或平行不整合；Ⅱ型層序界面可為局部暴露不整合面或巖性-巖相轉換面。

通過野外露頭剖面、鉆井巖心觀察，結合測井、錄井資料及區(qū)域構造背景的綜合分析，在川東地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組可以識別出2 種類型的層序界面，即Ⅰ型隆升侵蝕不整合面和Ⅱ型海侵水淹不整合面。

3.1 三級層序界面識別標志

3.1.1 古風化殼

峨眉地裂運動的強烈引張幕，發(fā)生在中、晚二疊世之間的東吳運動，使揚子準地臺在經歷了中二疊世海盆沉積以后再次抬升成陸，上部地層遭受風化剝蝕，中、上二疊統(tǒng)地層在廣大地區(qū)內普遍呈假整合接觸［24］。該運動在上揚子地區(qū)主要表現為張裂運動，臺地被撕裂、破碎，以板內裂陷作用和差異沉降作用為主［25-28］。受此運動的影響，在中二疊世末期，整個四川盆地東部地區(qū)地殼抬升［16］，川東地區(qū)茅口組頂部地層普遍遭到了剝蝕，與上覆龍?zhí)督M地層呈不整合接觸。從野外剖面（見圖3a）和鉆井巖心（見圖3b）都可以明顯看出，此界面波狀起伏，界面之下為茅口組灰?guī)r沉積為主，之上為龍?zhí)督M泥頁巖，殘積鋁土質風化層，見黃鐵礦，表現為一隆升暴露侵蝕作用面的特征，具Ⅰ型層序特征，屬于Ⅰ型層序界面。

圖3 中上二疊統(tǒng)地層界線特征

3.1.2 巖性-巖相轉換面

海平面或湖平面升降變化引起沉積環(huán)境發(fā)生改變，使得沉積界面上下巖性差異明顯，此界面為巖性-巖相轉換面，即進積與退積（加積）作用的轉換面。在不整合面不太發(fā)育或難以識別的地層中，巖性-巖相轉換面的準確識別是層序地層劃分與對比的關鍵。該區(qū)發(fā)育于臺地內部的茅口組海侵水淹不整合面，主要就表現為這種巖性-巖相轉換的沉積作用轉換面，具Ⅱ型層序特征，屬于Ⅱ型層序界面。

從巖心觀察及測井曲線上，最易識別的界面形式是沉積物空間堆積樣式呈進積式向退積式的轉換位置，或者是退積式向進積式的轉換位置。前者的轉換面即為初始海泛面或湖泛面的位置，代表基準面下降到基準面上升的轉換，可容空間增大，沉積物供應出現過補償到弱補償的狀態(tài)。

茅口期是在棲霞期基礎上進一步海侵的沉積，由此棲霞組和茅口組的界限即為初始海泛面的位置。同樣，在茅口組內部也可以識別出初始海泛面，具有界面之上巖石粒度變細，顏色加深，反映水體逐漸變深的退積式沉積物空間堆積樣式特征；界面之下的巖石粒度變粗，顏色變淺，反映水體逐漸變淺的進積式沉積物空間堆積樣式特征。在測井曲線上，表現為GR 曲線的相對高值及深、淺電阻率曲線的相對低值。如茅一B 到茅一A 的轉換面，界面處主要發(fā)育泥質灰?guī)r和泥灰?guī)r，沉積物空間堆積樣式呈退積式向進積式轉換。這種沉積作用轉換面在測井曲線上有較為明顯的響應，主要表現在GR 曲線出現明顯的正漂移，相對值較高，反映泥質體積分數明顯增高，深、淺電阻率曲線表現為相對較低值。

3.2 三級層序地層劃分及特征

運用層序地層學的工作方法，以區(qū)內鉆井、測井資料的綜合分析為基礎，結合野外露頭剖面觀察，依據上述層序界面的識別標志及沉積物空間疊置樣式，對本區(qū)茅口組地層進行層序和體系域的劃分。除茅口組頂界面屬于Ⅰ型層序邊界外，其余層序邊界均為巖性-巖相轉換面，將川東地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組劃分出3 個三級層序（PSQ1—PSQ3）（見圖4）。區(qū)內茅口組鉆井巖心觀察表明，其巖性結構剖面及其所反映的沉積物空間堆積樣式，揭示了茅口組3 個完整的三級層序，每一個三級層序均為退積式—進積式的沉積物空間堆積樣式，比較清晰地反映了茅口組3 個三級層序特征。其各層序特征見圖2、圖4。

圖4 四川盆地東部中二疊統(tǒng)茅口組層序地層劃分與對比

4 三級層序地層格架的建立

通過野外露頭剖面觀察、 鉆井巖心觀察，結合測井、錄井資料，依據層序界面特征，在對單井進行層序劃分的基礎上，拉平PSQ1 三級層序的最大海泛面的位置作為層序對比的等時面，建立了三級層序地層格架（見圖4）。從而可在層序地層格架內，研究體系域的巖性及沉積物的空間組合形式。

中二疊世茅口期，四川盆地東部處于上揚子臺地內部，為開闊臺地沉積。在相對海平面變化引起層序界面形成時期，由于其下降幅度較小，因而該區(qū)主要為海侵體系域和高水位體系域沉積，低水位體系域不發(fā)育。海侵體系域多表現為低能的開闊海和灘間海沉積，高水位體系域多表現為相對較高能的臺內灘沉積，是該區(qū)油氣分布的有利相帶。

從圖4可以看出，茅口組各層序沉積厚度變化不大，橫向上具有較強的對比性，很好地反映了研究區(qū)在中二疊世為開闊臺地、環(huán)境較為穩(wěn)定沉積的特征。同時也可以看出，PSQ1，PSQ2，PSQ3 三級層序的層序樣式以TST 大于HST 為主，尤其是在PSQ3 期，這一特征更明顯。這說明由于峨眉地裂運動的逐漸增強，其強烈引張幕（東吳運動）引起地殼快速抬升，海平面急劇下降，沉積的高水位體系域逐漸變薄，PSQ3 期末甚至缺失HST 期的沉積［10］。

5 結論

1）川東地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組以碳酸鹽巖開闊臺地沉積為主，主要發(fā)育了開闊海、灘間海及臺內灘3 個沉積亞相。

2）該區(qū)主要發(fā)育2 種層序界面類型，依據層序界面特征將該組地層劃分為3 個三級層序。

3）該區(qū)僅發(fā)育海侵體系域和高水位體系域。海侵體系域為較低能沉積，高水位體系域發(fā)育較高能的臺內灘，是油氣分布的有利相帶。

4）建立的層序地層格架剖面對比表明，各層序期內沉積厚度變化不大，橫向上具有較強的對比性，反映研究區(qū)在中二疊世茅口期為開闊臺地內較為穩(wěn)定的沉積，受東吳運動引起地殼抬升的影響，體系域厚度TST大于HST，反映緩慢海侵—快速海退的過程，并且PSQ3 期層序在該區(qū)內遭到不同程度的剝蝕。

［1］Vail P R.Seismic stratigraphy interpretation using sequence stratigraphy（Part 1）：Seismic stratigraphy interpretation procedure［J］.Seismic Stratigraphy：AAPG Studies in Geology，1987，27：1-10.

［2］Van Wagoner J C，Posamentier H W，Mitchum R M.An overview of the fundamentals of sequence stratigraphy and key definitions ［M］.The Society of Economic Paleontologists and Mineralogists Special Publication，1988：39-45.

［3］薛良清.層序地層學在湖相盆地中的應用探討［J］.石油勘探與開發(fā)，1990，17（6）：29-34.

［4］陳君.陸相斷陷湖盆層序地層成藏動力學初探［J］.斷塊油氣田，2005，12（5）：10-13.

［5］胡受權，郭文平.論陸相層序地層學理論體系及其研究思路［J］.斷塊油氣田，2001，8（5）：1-8.

［6］江青春，胡素云，汪澤成，等.四川盆地中二疊統(tǒng)中—粗晶白云巖成因［J］.石油與天然氣地質，2014，35（4）：503-510.

［7］王鴻禎，史曉穎，王訓練，等.中國層序地層研究［M］.廣州：廣東科技出版社，2000：1-30.

［8］郭川，李國蓉，楊瑩瑩，等.川東南地區(qū)長興組層序地層與沉積相特征［J］.斷塊油氣田，2011，18（6）：722-725.

［9］毛立華，鐘建華，李衛(wèi)兵，等.普光氣田層序地層格架與儲層發(fā)育特征［J］.斷塊油氣田，2010，17（3）：312-315.

［10］王成善，陳洪德，壽建峰，等.中國南方二疊紀層序地層劃分與對比［J］.沉積學報，1999，17（4）：499-508.

［11］鄧紅嬰，壽建峰.中國南方二疊系層序特征［J］.海相油氣地質，1999，4（2）：9-15.

［12］曹剛，李其榮，安輝.川南地區(qū)下二疊統(tǒng)茅口組“巖溶型氣藏”地震、地質特征探討［J］.天然氣地球科學，1999，10（3/4）：76-82.

［13］童崇光.四川盆地斷褶構造形成機制［J］.天然氣工業(yè)，1992，12（5）：1-6.

［14］四川省地質礦產局.四川省區(qū)域地質志［M］.北京：地質出版社，1991：186-198.

［15］關士聰，閻秀剛，芮振雄，等.對我國石油天然氣資源前景的分析［J］.石油與天然氣地質，1981，2（1）：47-56.

［16］馮增昭，楊玉卿.中國南方二疊紀巖相古地理［J］.沉積學報，1996，14（2）：1-11.

［17］陳宗清.四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組天然氣勘探［J］.中國石油勘探，2007，12（5）：1-11.

［18］李霞，胡明毅，李士祥.龍門山—米蒼山前緣二疊系碳酸鹽緩坡沉積［J］.石油天然氣學報，2005，27（1）：36-37.

［19］馮仁蔚，王興志，張帆，等.四川盆地東北部下三疊統(tǒng)飛一飛三段孤立碳酸鹽巖臺地沉積相及相關研究［J］.中國地質，2008，35（1）：54-66.

［20］劉寶珺，張繼慶，許效松.四川興文四龍下二疊統(tǒng)碳酸鹽風暴巖［J］.地質學報，1986，60（1）：55-67.

［21］宋文海.四川盆地陽新統(tǒng)沉積相及其含油氣條件［J］.天然氣工業(yè)，1981，1（1）：23-37.

［22］黃先平，楊天泉，張紅梅.四川盆地下二疊統(tǒng)沉積相及其勘探潛力區(qū)研究［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（1）：10-12.

［23］紀友亮，張世奇.陸相斷陷湖盆層序地層學［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1996：45-63.

［24］鄧宏文，吳海波，王寧，等.河流相層序地層劃分方法：以松遼盆地下白堊統(tǒng)扶余油層為例［J］.石油與天然氣地質，2007，28（5）：621-627.

［25］韓克猷，孫瑋.四川盆地海相大氣田和氣田群成藏條件［J］.石油與天然氣地質，2014，35（1）：10-18.

［26］Vail P R，Audemard F，Bowman S A，et al.The stratigraphic signatures of tectonics，eustasy and sedimentolzogy：An overview［C］∥Einsele G，Ricken W，Seilacher A.Cycles and Event in Stratigraphy.Berlin，Heidelberg：Springer-Verlag，1991：617-659.

［27］Mitchum RM，Van Wagoner J C.High-frequency sequence and their stacking pattern：Sequence-stratigraphic evidence of high-frequency eustatic cycles［J］.Sedimentary Geology，1991，70（2/3/4）：131-160.

［28］王英民.對層序地層學工業(yè)化應用中層序分級混亂問題的探討［J］.巖性油氣藏，2007，19（1）：9-15.

［29］楊克明.四川盆地“新場運動”特征及其地質意義［J］.石油實驗地質，2014，36（4）：391-397.

［30］姜自然，陸正元，呂宗剛，等.四川盆地東吳期瀘州古隆起與茅口組碳酸鹽巖縫洞儲層分布［J］.石油實驗地質，2014，36（4）：411-415.