四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組層序—巖相古地理特征

孫春燕，胡明毅，胡忠貴，薛 丹，王振鴻

(1 長江大學 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室；2 長江大學 地球科學學院)

（3 中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院；4 中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院)

1 引 言

近年來，隨著勘探與研究的不斷深入，四川盆地以下三疊統(tǒng)碳酸鹽巖為主的海相地層油氣勘探取得了突破性的進展，這套地層厚度大、儲層物性好，具有較好的油氣成藏條件。在四川盆地東部先后發(fā)現(xiàn)了元壩、普光、廣安、鐵山坡等大中型氣田［1-5］，充分說明該地區(qū)下三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖地層具有良好的勘探前景。本次研究以四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組為研究對象，結(jié)合單井、連井層序地層對比和12 個野外露頭剖面（位置見圖1）的分析，以及區(qū)域二維地震和局部三維地震的解釋成果，將飛仙關(guān)組劃分為兩個三級層序，在此基礎上編制了四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組層序—巖相古地理圖，以利于研究該沉積時期鮞灘的分布規(guī)律，為發(fā)現(xiàn)新的天然氣田奠定基礎。

2 地質(zhì)概況

四川盆地位于龍門山斷裂以東，周緣出露下古生界和元古界，盆地四周由高山環(huán)繞，東南為七曜山、大婁山，西北為龍門山、邛崍山，北緣為米倉山、大巴山，盆地面積約18×104km2（圖1）。盆地內(nèi)地層發(fā)育完整，整體為一個地殼比較穩(wěn)定的大型坳陷區(qū)。該盆地屬于“揚子準地臺”上的一個次級構(gòu)造單元，是中新生代以后發(fā)展起來的大型構(gòu)造和沉積盆地［6］。四川盆地在早三疊世飛仙關(guān)期間的地貌特征總體表現(xiàn)為由西和西南向東和北方向低角度傾斜的趨勢，物源主要來自西側(cè)的康滇古陸，其次是西北部的龍門山島鏈［7］。在飛仙關(guān)期，受加積和構(gòu)造作用的共同影響，四川盆地的大部分地區(qū)轉(zhuǎn)化為一連陸臺地—盆地（海槽）環(huán)境，僅川東北地區(qū)為一孤立臺地。盆地自西向東發(fā)育川西沖積平原、川中半局限海、川東碳酸鹽巖臺地、開江—梁平海槽及城口—鄂西海槽等主要沉積單元，四川海域北部為南秦嶺洋、東部為城口—鄂西海槽［8-9］。飛仙關(guān)組發(fā)育的巖性主要為灰色泥質(zhì)灰?guī)r、顆粒灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r和鮞粒白云巖、灰質(zhì)白云巖等互層，其中頂部可見膏鹽巖、膏質(zhì)白云巖層，飛仙關(guān)組地層厚度多在300～600m之間。

圖1 四川盆地及周緣構(gòu)造區(qū)劃與鉆井、剖面位置圖（構(gòu)造區(qū)劃據(jù)文獻［6］）

3 沉積體系劃分及沉積模式

3.1 沉積特征

四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組是發(fā)生于相對海平面下降背景的向上變淺的沉積序列，沉積了碎屑巖、碳酸鹽巖及蒸發(fā)巖三大類巖石，其中碳酸鹽巖分布廣泛，蒸發(fā)巖和碎屑巖分布較為局限。根據(jù)碎屑顆粒結(jié)構(gòu)、原生沉積構(gòu)造和相序等相標志，將四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組劃歸為海陸交互—碳酸鹽臺地沉積體系［10-11］（表1）。

開闊臺地相在四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組地層中較為發(fā)育，其發(fā)育程度受海平面和沉積古地貌所控制，多為海平面上升時期形成，包括潮下和臺內(nèi)灘兩種亞相（表1）。巖性主要由淺灰色中—厚層狀泥晶灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r( 圖2a，2b)等組成?？v向上主要分布于飛仙關(guān)組一段至飛仙關(guān)組三段。

局限臺地相在研究區(qū)也較發(fā)育，多形成于海平面相對下降時期，即低海平面時期，它可分為三個亞相，即潮坪、潟湖和淺灘（表1）。該沉積相的一個重要特征是潮坪亞相白云巖坪廣泛發(fā)育。縱向上主要分布于飛仙關(guān)組四段。

臺地邊緣相在四川盆地下三疊統(tǒng)各組地層中發(fā)育規(guī)模不同，但都只發(fā)育臺地邊緣淺灘相沉積。該相帶發(fā)育于碳酸鹽臺地與斜坡之間，即為波浪和潮汐作用改造較強烈的高能地帶，但局部地區(qū)水體能量可能較弱，因而可分為臺緣灘和灘間等微相（表1）。臺緣灘在臺地邊緣常呈條帶狀分布，鮞粒灰?guī)r、鮞粒白云巖較為發(fā)育( 圖2c，2d)，沉積厚度較大，暴露水面后遭受大氣淡水淋濾作用和混合水白云石化作用，可以形成大套有利于油氣儲集的層段，比如普光氣田的飛仙關(guān)組鮞灘就是一個很好的例子。

臺地前緣斜坡相是碳酸鹽臺地與深水盆地之間的過渡沉積，處于正常浪基面之下和氧化界面附近，水深一般為幾十米到100 m，水體環(huán)境比較安靜。沉積物以深水原地沉積為主。該相帶在飛仙關(guān)組比較發(fā)育，內(nèi)部可見重力流沉積，在八臺、廟壩、寧廠、滿月等野外露頭剖面的飛仙關(guān)組底部均可發(fā)現(xiàn)多套碎屑流沉積。

表1 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組沉積相類型及特征

圖2 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組典型沉積特征

3.2 沉積模式

飛仙關(guān)組沉積時期，盆地以發(fā)育典型的鑲邊型碳酸鹽巖臺地沉積為特征。早三疊世，由川東北到川西南，即由寧廠向西延伸到鷹1井，再到金珠2井、羅家2井、龍崗8井、大深1井，一直到雅安，沉積相的展布依次為海槽盆地相（城口—鄂西海槽）—臺地前緣斜坡相—臺地邊緣相—開闊臺地相—局限臺地相—蒸發(fā)臺地相—局限臺地相—開闊臺地相—臺地邊緣相—臺地前緣斜坡相—海槽盆地相（開江—梁平海槽）—臺地前緣斜坡相—臺地邊緣相—開闊臺地相—臺地邊緣相—臺地前緣斜坡相—海槽盆地相（川西海槽）—臺地前緣斜坡相—臺地邊緣相—開闊臺地相—局限臺地相—碎屑潮坪相—陸相（圖3），沉積相帶的分布特征與威爾遜相模式比較一致。

圖3 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組海陸交互-碳酸鹽巖臺地沉積相模式圖

4 層序－巖相古地理特征

4.1 層序地層劃分

在早三疊世飛仙關(guān)期，四川盆地主要為一套碳酸鹽巖臺地相沉積，該區(qū)主要發(fā)育有Ⅰ型和Ⅱ型兩種類型的層序界面。結(jié)合單井柱狀剖面（圖4）和連井層序地層對比剖面（圖5），將四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組劃分為SQ1和SQ2兩個三級層序［12］。飛仙關(guān) 組底部與上二疊統(tǒng)長興組之間呈不整合接觸，屬Ⅰ型層序不整合界面；飛仙關(guān)組內(nèi)部地層完整，表現(xiàn)出連續(xù)沉積特征，飛仙關(guān)組三段底部和飛仙關(guān)組四段頂部為巖性-巖相轉(zhuǎn)換界面，屬Ⅱ型層序界面，據(jù)此建立了四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組三級層序地層格架。本文將以單井和連井層序格架為例進行分析。

普光6井位于四川盆地東北部（位置見圖1），飛仙關(guān)組地層厚約487 m，共劃分出了兩個三級層序（SQ1、SQ2），沉積相類型主要為開闊臺地、局限臺地、臺地邊緣和蒸發(fā)臺地［12-14］（圖4）。SQ1-TST 時期，巖性主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，屬臺地前緣斜坡相沉積環(huán)境；SQ1-HST 時期，巖性以灰色、淺灰色白云巖和鮞粒白云巖為主，局部見少量灰色石灰?guī)r，受次級海平面韻律波動的影響，依次發(fā)育局限臺地相的白云巖坪微相、臺地邊緣相的臺緣鮞灘和砂屑灘，反映了相對海平面由深變淺再變深的演化規(guī)律。SQ2-TST 時期，巖性以白云巖、泥質(zhì)白云巖互層為主，整體表現(xiàn)為開闊臺地相的潮下靜水泥微相和局限臺地相的白云巖坪微相沉積。SQ2-HST 時期，巖性主要為灰色石灰?guī)r、含泥灰?guī)r和灰白色膏巖，發(fā)育蒸發(fā)臺地膏質(zhì)白云巖坪微相和局限臺地灰質(zhì)泥坪微相。

窩深1—自深1—安8—磨深1—女基井—廣3—鐵山4—雙石1—普光2—金珠1—廟壩剖面在四川盆地呈南西—北東向，橫切開江—梁平海槽和城口—鄂西海槽北段，剖面全長近600 km（圖5）。從該飛仙關(guān)組連井層序地層對比剖面上可以看出：飛仙關(guān)組自下而上劃分為兩個三級層序SQ1和SQ2，其中SQ1對應飛仙關(guān)組一段和飛仙關(guān)組二段，SQ2對應飛仙關(guān)組三段和飛仙關(guān)組四段。飛仙關(guān)組地層厚度多在300～600 m之間，各層序體系域在剖面上的厚度變化明顯。在SQ1時期，巖性以泥巖和石灰?guī)r為主，同時發(fā)育頁巖和少量白云巖，縱向上泥質(zhì)含量向上逐漸增加，其中，在SQ1-HST時期鮞粒灰?guī)r和鮞粒白云巖較為發(fā)育，屬全盆地儲層較為發(fā)育的時期。剖面上自西南向東北巖性由泥巖和頁巖轉(zhuǎn)變?yōu)槭規(guī)r和白云巖，沉積厚度由厚變薄再逐漸增厚。在SQ2時期，巖性主要以石灰?guī)r、泥巖為主，同時發(fā)育膏巖和泥晶白云巖，其中，在SQ2-HST 時期膏巖較為發(fā)育，形成了四川盆地飛仙關(guān)組氣藏的區(qū)域性致密蓋層。剖面上自西南向東北巖性由泥巖和頁巖轉(zhuǎn)變?yōu)槭規(guī)r和泥質(zhì)白云巖，沉積厚度由厚變薄再逐漸增厚，可以看出在安8井、磨深1井、女基井、廣3井和鐵山4井一帶沉積厚度減薄，此特點與晚二疊世長興末期和早三疊世飛仙關(guān)期構(gòu)造抬升后盆地中部等地受到的剝蝕作用有關(guān)［15］。早三疊世飛仙關(guān)期的構(gòu)造環(huán)境相對比較穩(wěn)定，沉積環(huán)境的區(qū)域性差異不大，因而區(qū)域上的地層對比性良好。

圖4 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組沉積相和層序地層綜合柱狀剖面圖(普光6井)

圖5 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組連井層序地層對比和層序格架剖面圖

4.2 層序—巖相古地理特征

早三疊世飛仙關(guān)期同龍?zhí)镀谝粯?，自西向東存在著明顯的巖相變化，盆地西南部由一套以陸源碎屑為主的沉積，向東逐漸演變?yōu)楹ｊ懡换ハ喑练e，再向東則以碳酸鹽巖沉積為主，分別稱為碎屑巖相區(qū)、混合巖相區(qū)和碳酸鹽巖相區(qū)［16-17］。在川東、鄂西一帶的碳酸鹽巖沉積相區(qū)，以90%都是碳酸鹽巖類為標志。四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組地層發(fā)育完整，可對比性較強，本文以三級層序界面和最大海泛面為等時界面，以各體系域為等時地層單元，結(jié)合全盆地的地層等厚圖（圖6）等資料，編制了層序格架內(nèi)各體系域單元的層序—巖相古地理圖，據(jù)此再對下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組巖相古地理特征進行研究。

圖6 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組地層厚度等值線圖

4.2.1 飛仙關(guān)組SQ1

SQ1-TST 時期，四川盆地自西南向東北沉積相分區(qū)明顯（圖7a）。該時期相對海平面開始下降，隨著開江—梁平海槽向西北方向退卻，城口—鄂西海槽相應地也開始退縮。在西南部樂山—雅安一帶由于離物源區(qū)較近，水體較淺，主要發(fā)育了一套碎屑潮坪沉積體系；自貢—瀘州一帶為局限臺地潮坪亞相沉積；中部南充—重慶一帶為開闊臺地相沉積，局部發(fā)育臺內(nèi)灘沉積；東北部通江—達州等地發(fā)育盆地相、臺地前緣斜坡相、臺地邊緣相鮞灘沉積（圖7a）。

SQ1-HST 時期，四川盆地自西南向東北沉積相帶分區(qū)也很明顯（圖7b）。由于全區(qū)海平面持續(xù)下降，此時受開江—梁平海槽控制，在盆地東北部發(fā)育大范圍的臺緣鮞灘，主要分布在坡1井—天東1井一線、以及西側(cè)的龍崗8井—七里4井一線。盆地內(nèi)開闊臺地范圍向東北方向延伸，局限臺地亦隨之向東北方向遷移，海陸過渡相和陸相沉積位于西南部。在局限臺地內(nèi)高部位資中、自貢以東的自深1井—陽深2井等地發(fā)育淺灘亞相沉積，在開闊臺地內(nèi)高部位廣3井—梁7井—池17井一帶則發(fā)育臺內(nèi)灘沉積，在開縣一帶發(fā)育有蒸發(fā)臺地相潮坪亞相沉積（圖7b）。

4.2.2 飛仙關(guān)組SQ2

SQ2-TST 時期，盆地自西南向東北沉積相分區(qū)較明顯（圖8a）。在西南部宜賓—樂山—雅安一帶為碎屑潮坪相和陸相沉積，在中南部資中、重慶一帶發(fā)育局限臺地灰質(zhì)白云坪微相,其北部關(guān)基井—龍崗1井—梁8井一帶則廣泛發(fā)育開闊臺地相，在墊江、梁平等地發(fā)育臺內(nèi)灘亞相沉積，樓1井和馬槽1井之間發(fā)育臺地邊緣鮞灘。東部開縣—巫山一帶依次發(fā)育局限臺地相、臺地邊緣相鮞灘、臺地前緣斜坡相沉積（圖8a）。

圖7 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組三級層序SQ1 時期巖相古地理圖

SQ2-HST 時期，局限臺地相和海陸過渡相進一步東遷（圖8b），盆地總體以局限臺地潮坪亞相沉積為主，在盆地中東部的成都—通江一線以東廣泛分布，如在龍崗11井、雙石1井、天東3井、梁7井、潭1井、安8井等地發(fā)育以暗紅色灰質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r、膏質(zhì)白云巖為特征的沉積，盆地西南部雅安—瀘州一帶為陸相和碎屑潮坪相沉積，碎屑潮坪相向東擴至巴13井—東深1井—油1井一帶。在盆地北部的成都—劍閣一帶為開闊臺地相沉積，東部的開縣—巫山一帶為蒸發(fā)臺地相沉積，其中在梁平、石柱等地發(fā)育有淺灘亞相（圖8b） 。

圖8 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組三級層序SQ2 時期巖相古地理圖

5 結(jié) 論

（1）四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組發(fā)育碳酸鹽臺地相沉積體系，包括開闊臺地、局限臺地、蒸發(fā)臺地、臺地邊緣、臺地前緣斜坡和盆地等六種相類型，平面上自西南向東北，相帶分異較明顯。

（2）四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組可以劃分出兩個三級層序和四個體系域。飛仙關(guān)組底部與長興組之間為一局部強烈暴露不整合界面，屬Ⅰ型層序界面；飛仙關(guān)組三段底部和飛仙關(guān)組四段頂部都為一巖性-巖相轉(zhuǎn)換界面，屬Ⅱ型層序界面。

（3）在SQ1層序時期，四川盆地以開闊臺地相和局限臺地相沉積為主，在中部和東部一帶發(fā)育鮞灘和淺灘相沉積；在SQ2層序時期，在四川盆地中部和東北部廣泛發(fā)育局限臺地潮坪亞相沉積。其中，SQ1-HST和SQ2-TST時期的鮞灘發(fā)育最為廣泛，特別是SQ1-HST后期發(fā)育的鮞灘，由于受白云巖化作用的影響，使得孔隙度和滲透率增大、儲集物性變好；而在SQ1-HST和SQ2-HST后期，蒸發(fā)臺地相膏質(zhì)白云巖較為發(fā)育，是四川盆地有利于飛仙關(guān)組氣藏保存的區(qū)域性致密蓋層。因此，認為在四川盆地東北部通江—達州一帶的周緣、以及巫山周緣大面積分布的鮞灘，具備與鐵山坡、普光等已探明天然氣藏相似的儲集條件和成藏基礎，應為四川盆地飛仙關(guān)組天然氣勘探的有利區(qū)塊。

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