四川盆地及周緣志留系層序地層與沉積相特征

謝剛平 王海軍 孟憲武 宋曉波

（中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610000）

四川盆地及周緣志留系層序地層與沉積相特征

謝剛平 王海軍 孟憲武 宋曉波

（中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610000）

通過對(duì)四川盆地及周緣鉆測(cè)井資料、野外剖面等觀察分析，把志留系劃分為兩個(gè)三級(jí)層序，奧陶系五峰組－志留系龍馬溪組－石牛欄組組成下部三級(jí)層序、志留系韓家店組組成上部三級(jí)層序；明確了陸棚沉積體系是志留系主要沉積模式，局部發(fā)育臺(tái)地及三角洲沉積，其中志龍馬溪組以深水陸棚沉積為主，發(fā)育富有機(jī)質(zhì)筆石頁(yè)巖、石牛欄組主要為淺水碎屑陸棚、韓家店組主要發(fā)育深－淺水陸棚，巖性為紫紅色泥頁(yè)巖，局部為條帶狀砂巖。

層序地層；沉積相；志留系；四川盆地

1 引言

近年來(lái)，隨著全球特別是中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對(duì)清潔能源的需求，頁(yè)巖氣勘探開發(fā)越來(lái)越受到關(guān)注和重視，成為天然氣發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。繼中石化在礁石壩地區(qū)，中石油在威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧地區(qū)取得突破后，四川盆地及周緣寒武系、志留系地層的展布備受廣大油氣地質(zhì)工作者的關(guān)注。本文基于四川盆地及周緣鉆井、測(cè)井及野外地質(zhì)剖面觀測(cè)，從地層、沉積入手，分析了志留系層序地層與沉積相特征，從基礎(chǔ)地質(zhì)的角度來(lái)探討研究區(qū)內(nèi)志留系優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的分布規(guī)律，指導(dǎo)頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)。

2 地層分布特征

四川盆地演化階段共經(jīng)歷了晉寧運(yùn)動(dòng)之前基底的形成、震旦系-志留系克拉通坳陷盆地階段、泥盆系-三疊系克拉通內(nèi)裂陷盆地階段、以及中生界陸內(nèi)盆地或前陸盆地階段、喜馬拉雅期構(gòu)造定型階段。鉆井剖面揭示，沉積蓋層震旦系-志留系在盆地發(fā)育齊全，厚約 2000～5000m，均為海相沉積，泥盆系和石炭系在四川盆地大范圍缺失，僅殘存少量于川東－川東北地區(qū)。晚奧陶紀(jì)末期至志留紀(jì)主要沉積了一套淺海陸棚碎屑沉積，僅在川北或川東南局部發(fā)育臺(tái)地相-緩坡相的碳酸鹽巖沉積［1～3］。

志留系出露于盆地周緣山區(qū)，盆地內(nèi)在華鎣山有出露，研究區(qū)內(nèi)僅厚中統(tǒng)及下統(tǒng)，缺失上統(tǒng)。下統(tǒng)由龍馬溪組、石牛欄組（或羅惹坪組、小河壩組）組成，其中，石牛欄組與羅惹坪組及小河壩組為同時(shí)異相關(guān)系；中統(tǒng)稱韓家店組。志留系與下伏奧陶系整合接觸，與上覆地層平行不整合接觸。區(qū)內(nèi)志留系厚0～1200m，向川中古隆起區(qū)逐漸尖滅至全部缺失。

3 層序地層劃分

通過剖面實(shí)測(cè)、觀測(cè)、地震解釋及鉆測(cè)井資料的應(yīng)用，對(duì)四川盆地重點(diǎn)區(qū)塊志留系層序界面類型、層序劃分標(biāo)志等進(jìn)行了識(shí)別，對(duì)層序進(jìn)行了劃分，建立了層序地層格架。

3.1 層序劃分標(biāo)志

在開展層序地層研究時(shí)，可以根據(jù)層序界面將不同層序分隔開，也可以根據(jù)一些典型的界面（如初始海泛面、凝縮層）將體系域分割開。但是，在進(jìn)行層序劃分時(shí)，只是依靠上述層序及體系域之間的界面是不夠的，還要依靠其它標(biāo)志。概括起來(lái)包括沉積學(xué)標(biāo)志、古生物學(xué)標(biāo)志、地球物理標(biāo)志、地球化學(xué)標(biāo)志及成巖作用標(biāo)志。

3.2 層序地層格架

通過對(duì)層序界面識(shí)別及區(qū)域?qū)Ρ?，志留系可以劃分為上、?個(gè)三級(jí)層序（圖1、圖2）。下部三級(jí)層序由奧陶系五峰組－志留系龍馬溪組－牛欄組組成，上部上級(jí)層序主要由志留系韓家店組。

（1）下部三級(jí)層序（SQ1）

由上奧陶統(tǒng)臨湘組（或澗草溝組）、五峰組及下志留統(tǒng)龍馬溪組、石牛欄組或小河壩組、羅惹坪組構(gòu)成，相當(dāng)于上奧陶統(tǒng)上部和下志留統(tǒng)地層。層序底界面為一巖性巖相轉(zhuǎn)換面，界面之下為寶塔組開闊臺(tái)地相龜裂紋灰?guī)r，界面之上為臨湘組（或澗草溝組）臺(tái)緣斜坡相灰色厚層夾中層瘤狀或網(wǎng)格狀灰?guī)r，屬II型層序界面，由海侵體系域，凝縮層及高位體系域組成。

①海侵體系域

由臨湘組（澗草溝組）構(gòu)成，為臺(tái)地邊緣斜坡沉積。南江橋亭下部為灰色瘤狀或網(wǎng)格狀泥質(zhì)灰?guī)r，頂部為灰黃色頁(yè)巖夾透鏡狀泥灰?guī)r，石柱及黔江為灰-深灰色瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r夾灰黑色及深灰色頁(yè)巖，巫溪一帶下部為淺灰色瘤狀或眼球狀灰?guī)r，頂部為深灰色頁(yè)巖夾灰?guī)r透鏡體，南川及習(xí)水一帶為黃灰-灰色瘤狀（絞鏈狀）灰?guī)r、泥質(zhì)條帶含生屑灰?guī)r產(chǎn)三葉蟲及腕足化石。

圖1 四川盆地南江－利川奧陶系臨湘組-志留系韓家店組層序地層格架圖

圖2 四川盆地川東南-巫溪奧陶系湄潭組-志留系韓家店組層序地層格架圖

②凝縮層

由五峰組及龍馬溪組下部構(gòu)成。全區(qū)穩(wěn)定，均屬一套閉流盆地（或深水陸棚）沉積。南江附近為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄層硅質(zhì)巖，硅質(zhì)頁(yè)巖、產(chǎn)豐富筆石，石柱及黔江為黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖、黑色硅質(zhì)巖薄層及含炭質(zhì)白云巖，含豐富的腕足及筆石化石。NE-SW方向，巫溪附近為黑色硅質(zhì)巖與硅質(zhì)頁(yè)巖及炭質(zhì)頁(yè)巖互層。石柱及南川地區(qū)為黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾黑色含炭白云巖，丁山1井-習(xí)水為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、含粉砂炭質(zhì)泥（頁(yè)）巖夾黑色泥灰?guī)r，含豐富的筆石及薄殼腕足。

③高位體系域

由龍馬溪組上部及石牛欄（小河壩或羅惹坪）組構(gòu)成，縱向上呈現(xiàn)明顯向上變淺的沉積序列。早期高位體系域：南江、石柱-黔江、巫溪及習(xí)水為一套淺水陸棚沉積，南江附近下部有少許灰黑色含炭質(zhì)頁(yè)巖，上部為深灰-灰色泥（頁(yè)）巖、含粉砂泥巖夾薄層粉砂巖，石柱及黔江為灰-灰綠色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾薄層石英粉砂巖，產(chǎn)豐富的筆石化石，巫溪-南川為黃灰及黃綠灰色頁(yè)巖、粉砂頁(yè)巖及薄層粉砂巖，丁山 1井-習(xí)水為深灰-灰黑色泥（頁(yè)）巖、灰質(zhì)泥（頁(yè)）巖及灰質(zhì)泥（頁(yè)）巖夾泥質(zhì)粉砂巖條帶及泥灰?guī)r透鏡體。

晚期高位體系域：沉積物在橫向上變化較大，南江附近為陸棚邊緣砂灘沉積，巖性為灰-黃綠灰色粉細(xì)粒石英砂巖、泥質(zhì)石英粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，河壩1井-忠縣為陸棚沉積，巖性為黃綠、灰綠色泥（頁(yè)）巖、粉砂質(zhì)泥（頁(yè)）巖夾粉砂巖及細(xì)砂巖，產(chǎn)腕足、筆石及三葉蟲化石，龍駒附近為陸棚邊緣斜坡及陸棚邊緣砂灘，沉積物分別為黃綠灰色粉砂巖及粉砂質(zhì)頁(yè)巖和黃灰色粉砂巖夾砂巖及泥（頁(yè)）巖，黔江一帶為濱岸沉積，巖性以灰綠色粉砂巖為主夾泥（頁(yè)）巖。沿NE-SW方向，巫溪-南川一帶由陸棚、陸棚邊緣斜坡及陸棚邊緣砂灘組成。丁山 1井及其相鄰區(qū)為臺(tái)地邊緣斜坡沉積，巖性為灰-深灰色瘤狀灰?guī)r及泥質(zhì)條帶灰?guī)r。習(xí)水吼灘下部為淺水陸棚，巖性為灰-深灰色薄層泥灰?guī)r夾頁(yè)巖，上部為斜坡-礁灘相沉積，斜坡巖性為灰色礫屑灰?guī)r及瘤狀灰?guī)r，淺灘巖性為生屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r及珊瑚礁灰?guī)r。

本層序地層格架中，凝縮層以炭質(zhì)頁(yè)巖為主，有機(jī)質(zhì)含量高，是區(qū)內(nèi)較好的烴源層。儲(chǔ)集層主要為臺(tái)地邊緣礁灘相砂屑灰?guī)r、生屑灰?guī)r及礁灰?guī)r，儲(chǔ)集性一般。

（2）上部三級(jí)層序（SQ2）

由中志留統(tǒng)韓家店組構(gòu)成，受升降侵蝕影響，頂部遭受不同程度的剝蝕。層序底界面為一巖性巖相轉(zhuǎn)換面，即II類層序界面。由海侵體系域及高位體系域組成。

①海侵體系域

由一套深水陸棚沉積物組成。南江-石柱-黔江及巫溪-丁山1井為灰-深灰色泥（頁(yè)）巖、灰綠色粉砂泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖。習(xí)水吼灘一帶為淺水陸棚-斜坡沉積，巖性為黃灰、綠灰色泥（頁(yè)）巖夾灰、灰紅色生屑灰?guī)r及生物灰?guī)r透鏡體。產(chǎn)豐富的珊瑚及腕足化石。巫溪一帶砂巖增多，為砂巖與頁(yè)巖互層夾粉砂巖。

②高位體系域

主要以淺水陸棚相沉積為主，南江-宣漢胡家鎮(zhèn)及宣漢-石柱-黔江為灰、黃綠灰色泥（頁(yè)）巖、粉砂泥巖夾淺灰-灰色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及生屑灰?guī)r薄層或透鏡體。產(chǎn)豐富的腕足、腹足、珊瑚及三葉蟲化石。NE-SW方向，巫溪-云陽(yáng)一帶受加里東運(yùn)動(dòng)影響，高位體系域部分被剝蝕。云陽(yáng)南西-石柱為淺水陸棚沉積，巖性為黃灰、綠灰色泥（頁(yè)）巖夾石英砂巖及粉砂巖。石柱-南川早期高位為濱岸瀉湖-潮坪，巖性為灰綠、紫紅色頁(yè)巖及砂質(zhì)頁(yè)巖夾生屑灰?guī)r透鏡體。晚期為黃灰色、灰綠色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖及黃灰色薄層泥質(zhì)粉砂巖夾條帶及透鏡狀生屑灰?guī)r，產(chǎn)腕足及三葉蟲化石，具淺水陸棚沉積特征。

該層序地層格架主要由一套泥（頁(yè)）巖組成，砂巖、粉砂巖及生屑灰?guī)r多呈條帶、透鏡體及薄層的形式夾于其間。巖石致密，可作蓋層。

4 沉積體系劃分及特征

4.1 沉積體系劃分

沉積體系是指在沉積環(huán)境和沉積作用方面具有成因聯(lián)系的三維巖相組合體(Fisher,1976)，兩個(gè)以上反映相關(guān)沉積過程的沉積體系構(gòu)成一個(gè)沉積體系組(Richard等，1983)?；蛘哒f(shuō)同時(shí)期的沉積體系彼此相連構(gòu)成了一個(gè)沉積體系組，如沖積扇體系、河流體系、三角洲體系、陸架體系，就構(gòu)成了一個(gè)完整的由大陸環(huán)境、過渡環(huán)境到淺海環(huán)境的沉積體系組，基本單元是相和相組。沉積體系（組）作為在縱向上的變化即在一個(gè)為不整合面所限定的地層系統(tǒng)中，構(gòu)成一個(gè)完整的沉積盆地充填塊體，因而是盆地形成、充填、演化的歷史產(chǎn)物，它反映了盆地的構(gòu)造背景及性質(zhì)的演化。根據(jù)巖石組合、沉積組構(gòu)、剖面序列、生物組合、沉積機(jī)理等，四川盆地及周緣志留系以陸棚沉積體系為主。在陸棚靠物源方向，受地形條件、沉積物供給影響，還發(fā)育臺(tái)地及三角洲沉積體系(表1)。

表1 四川盆地及周緣志留系沉積體系劃分表

4.2 沉積體系特征

（1）三角洲沉積體系

三角洲沉積體系主要發(fā)育三角洲平原、前緣、前三角洲沉積亞相，巖性主要為砂泥巖，發(fā)育水平層理、交錯(cuò)層理等，主要發(fā)育石牛欄組沉積期，分布于南川－石柱地區(qū)一帶，物源來(lái)自于東邊的雪峰隆起。

（2）臺(tái)地相沉積體系

臺(tái)地相沉積體系主要發(fā)育盆地東南部，由開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、臺(tái)地斜坡組組成，巖性主要為深灰色生物灰?guī)r、礁灰?guī)r等，目前多口井已鉆遇此套生物碓灘，證實(shí)臺(tái)地邊緣的存在。

（3）陸棚沉積體系

志留系沉積期，水體相對(duì)較深，地形坡度整體較緩，雖然發(fā)育大隆大凹的構(gòu)造格局，但其構(gòu)造轉(zhuǎn)換之間并不存在明確的坡折變化，陸棚沉積體系是志留系主要的沉積模式，龍馬溪組主要發(fā)育淺水陸棚、深水陸相，主要發(fā)育黑色筆石頁(yè)巖、粉砂巖等，是區(qū)域重要的烴源巖層系之一。石牛欄組、韓家店組基本繼承了龍馬溪組沉積模式，只是水體變淺，局部發(fā)育混積陸棚、砂質(zhì)陸棚等。

4.3 巖相古地理演化

早志留世龍馬溪期：四川盆地基本上繼承了中、晚奧陶世的輪廓，總體上為局限的寬緩陸棚環(huán)境（圖3），海域的范圍有所擴(kuò)大，但隆起與下拗趨于明顯［4］。在晚奧陶世曾一度被海水淹沒的漢南古陸城固、西鄉(xiāng)一帶，升出海面，表現(xiàn)為濱海平原的性質(zhì)，為主要物源區(qū)，寧強(qiáng)一帶繼續(xù)下拗，并且具有繼續(xù)加深的可能，廣元西北部龍門山古陸與川中古隆起連為一體，在隆起前緣主要為一套灰綠色-灰色砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖沉積，厚度較?。辉谀相嵞喜抗忪F山-廣元一帶在奧陶紀(jì)隆起的雛形上發(fā)展為鷹嘴巖水下隆起，南鄭西河口龍馬溪沉積厚4.79m，在鎮(zhèn)巴-萬(wàn)源地區(qū)大巴山古陸為一水下隆起，成北西-南東向展布；南部廣大地區(qū)為淺海陸棚沉積，沉降中心位于川中-城口間；早期海盆處于半封閉的滯流平靜環(huán)境，處于還原介質(zhì)條件下，沉積物龍馬溪下部富含有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁(yè)巖和黃鐵礦，為四川盆地主力烴源巖之一。以后由于海進(jìn)擴(kuò)大，介質(zhì)條件發(fā)生變化，發(fā)生沉積充填作用，環(huán)境逐漸變淺，沉積泥頁(yè)巖和粉砂巖為主。

圖3 四川盆地龍馬溪組沉積相展布圖

中志留世韓家店期：海進(jìn)曾進(jìn)一步擴(kuò)大，晚期才開始海退，經(jīng)后期剝蝕，沉積層的原始厚度無(wú)法恢復(fù)，西緣龍門山古陸可能仍然存在，北部漢南古陸可能在中志留世早期海侵時(shí)曾一度被海水淹沒。志留紀(jì)末期，研究區(qū)隆升成陸，遭受侵蝕，北部和東部幾乎缺失整個(gè)中志留統(tǒng)，使上覆地層直接平行不整合覆于下志留統(tǒng)之上。早志留世石牛欄期（小河壩組沉積期）：環(huán)境逐漸變淺，局部隆起和坳陷，在水下隆起地段，發(fā)育生物碎屑灰?guī)r（風(fēng)暴巖層），局部形成生物丘，生物礁為緩坡邊緣的圓丘狀點(diǎn)礁［5～6］，規(guī)模小，在緩坡邊緣成群出現(xiàn)，相互間孤立產(chǎn)出。川北地區(qū)生物礁相對(duì)致密，儲(chǔ)集能力差。而坳陷西段則為泥巖、粉砂巖沉積，在斜坡地帶則以沉積瘤狀灰?guī)r為主，發(fā)育有滑塌構(gòu)造。川東南地區(qū)環(huán)境逐漸變淺，由深水陸棚向淺水陸棚、斜坡及臺(tái)地邊緣生物礁演化，至石牛欄組時(shí)演變?yōu)樾逼录吧锝福?］。石牛欄組為緩坡陸棚模式，斜坡以沉積瘤狀灰?guī)r為主，生物礁為緩坡邊緣的圓丘狀點(diǎn)礁，規(guī)模小，在緩坡邊緣成群出現(xiàn)，相互間孤立產(chǎn)出。生物礁具有一定儲(chǔ)集能力，貴州習(xí)水良村礁灰?guī)r中發(fā)育豐富的瀝青（圖4）。

圖4 四川盆地石牛欄組組沉積相展布圖

5 結(jié)論

（1）四川盆地及周緣志留系整體可以劃分為兩個(gè)三級(jí)層系，奧陶系五峰組－志留系龍馬溪組－牛欄組組成下部三級(jí)層序，志留系韓家店組成上部三級(jí)層序，層序邊界主要以Ⅱ型邊界為主。

（2）陸棚沉積體系是志留系主要沉積模式，局部發(fā)育臺(tái)地沉積及三角洲沉積。

（3）志留系龍馬溪組主要為深水陸棚沉積，發(fā)育富有機(jī)質(zhì)碳質(zhì)頁(yè)巖，是盆地主要烴源巖之一，也是頁(yè)巖氣勘探最有利層體系；石牛欄組主要為淺水陸棚砂、泥巖沉積，川東南及川東地區(qū)發(fā)育臺(tái)地生物礁灘及三角洲砂巖，是儲(chǔ)層主要發(fā)育段；韓家店組為深水－淺水陸棚沉積，以泥巖頁(yè)巖為主，局部發(fā)育條帶狀砂巖，是區(qū)域重要蓋層。

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The sequence stratigraphy and sedimentary facies characteristics of Silurian in Sichuan basin and the periphery

Based on the detailed analysis of well drilling , logging, and outcrop data, divide the Silurian into two third sequence, Ordovician Wufeng- Silurian Longmaxi - Shiniulan formation composed the lower third sequence, Silurian Hanjiadian formation formed the upper third sequence. Indicated that the shelf faces deposit system was the main sedimentary model in Silurian, platform and delta deposit developed in local areas. The Longmaxi formation sedimentary environment mainly is deep shelf, the lithology characterized by graptolite shale, which with rich organic matter, the Shiniulan formation mainly shallow detrital shelf deposited, Hanjiadian formation developed deep-shallow shelf sedimentary, the lithology was purplish red mud-shale, band sandstone developed in local areas.

Sequence stratigraphy; sedimentary fancies;silurian; Sichaun basin

TE1

A

1008-1151(2015)02-0055-04

2015-01-11

國(guó)家重大專項(xiàng)（編號(hào)：2011ZX-05002-004）；中石化科技開發(fā)部 2011～2012年度項(xiàng)目《四川盆地及周緣下組合成藏條件與區(qū)帶評(píng)價(jià)》聯(lián)合資助。

謝剛平（1962－），男，廣西崇左人，中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院高級(jí)工程師，博士，從事油氣地質(zhì)勘探綜合研究。