龍門山中段上三疊統(tǒng)須家河組三、四段砂體研究

鄧濤，李勇，王偉明，顏照坤

（成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059）

0 引言

龍門山位于四川盆地與青藏高原東緣之間，南北延展約500km，東西寬30～50km，是整個地球淺表地形起伏度最大的區(qū)域，在小于50km的直線范圍內(nèi)，地形高低起伏約4 000 m。龍門山地區(qū)主要存在3條北東走向、北西傾向并且大致平行的主斷裂：汶-茂斷裂、北-映斷裂和彭-灌斷裂。

前人根據(jù)地表露頭、鉆孔巖心和地震反射剖面，對殘留的晚三疊世龍門山前陸盆地地層（原地系統(tǒng)）已有較為系統(tǒng)的研究成果，但是對于已卷入龍門山?jīng)_斷帶推覆體內(nèi)的晚三疊世前陸盆地（異地系統(tǒng)）的研究仍十分薄弱。主要原因在于：1）現(xiàn)今在地震反射剖面上所看到的晚三疊世前陸盆地是經(jīng)過后期多期次構(gòu)造活動擠壓改造而成的殘留盆地，這種改造包括橫向的擠壓和縱向上的復合疊加。2）晚三疊世前陸盆地的近源地層已卷入龍門山?jīng)_斷帶推覆體內(nèi)，構(gòu)造作用導致變形、變位強烈［1-4］。3）前人對龍門山?jīng)_斷帶內(nèi)晚三疊世地層、沉積相的研究僅限于地表剖面，而部分地層缺失，無法刻畫完整的沉積相縱向變化序列。4）過龍門山?jīng)_斷帶的地震反射剖面成像效果較差，難以進行詳細的構(gòu)造解釋和地層追蹤。5）在龍門山?jīng)_斷帶內(nèi)一直缺乏鉆孔巖心，難以進行詳細的巖石學鑒定，對異地系統(tǒng)和原地系統(tǒng)的地層對比只是局限于推測。因此，借助汶川斷裂帶科學鉆探項目WFSD-1井，WFSD-2井，WFSD-3井的巖心，開展龍門山?jīng)_斷帶（中段）異地系統(tǒng)（推覆體）中的上三疊統(tǒng)須家河組須三段和須四段砂體研究，將有助于完善晚三疊世龍門山前陸盆地的認識與研究，進一步明確其油氣藏資源開發(fā)潛力。

1 巖石學特征

研究區(qū)在龍門山?jīng)_斷帶中段，主要依托汶川斷裂科學鉆井資料開展研究（見圖1）。WFSD-3井巖心資料證實：須三段巖性成分較為復雜，主要為深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖與淺灰色巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖、粉砂巖互層，中、下部夾碳質(zhì)頁巖、煤層（線）；須四段巖心主要為灰色細—中粒巖屑砂巖、鈣屑砂巖、砂礫巖、礫巖、粉砂巖與灰色、深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，夾煤線（見圖 2）。

鏡下薄片分析表明，本區(qū)須家河組巖性主要為中—細粒砂巖和粉砂巖，分選差，磨圓好，具有低成分成熟度和高結(jié)構(gòu)成熟度的特點。須家河組碎屑巖組分中，巖屑成分占比較大，主要巖石類型為巖屑砂巖，其次為長石巖屑砂巖。

圖1 龍門山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景

圖2 汶川科鉆須家河組典型巖石類型

2 砂體類型及特征

須三、須四段沉積期為龍門山構(gòu)造活躍期，也是盆地基底沉陷較快時期［5-8］。從區(qū)域巖性分布和地質(zhì)剖面上來看，龍門山前陸盆地須三段和須四段砂體主要形成于海（湖）陸過渡相沉積環(huán)境，在龍門山幕式隆升過程中，該層位巖體被卷入龍門山?jīng)_斷帶推覆體中。對龍門山前陸盆地砂巖進行粒度累積曲線、C-M圖分析，明確該區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲相砂體。

2.1 辮狀河三角洲相砂體

本區(qū)辮狀河三角洲相分可劃分為辮狀河三角洲平原、前緣 2個亞相和 6個微相［8］。

2.1.1 水下辮狀河河道微相砂體

水下辮狀河道砂體厚5～20 m，具有底沖刷面，發(fā)育大型板狀交錯層理、平行層理。底部以灰色、深灰色河道滯留礫巖為主，向上變?yōu)榛疑珟r屑石英砂巖，普遍含碳質(zhì)斑塊和碳質(zhì)條紋。礫石成分簡單，絕大多數(shù)為黑色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖；礫石中多具水平紋層構(gòu)造，粒徑1～5 cm，最大可達10 cm，呈扁平狀，具有定向排列，磨圓差至中等，填隙物成分單一，形態(tài)多樣。粒度概率累積曲線表現(xiàn)為三段式（見圖3），巖相類型包括塊狀顆粒支撐礫巖、平行層理砂巖、板狀交錯層理砂巖和變形層理砂巖等。

2.1.2 席狀砂壩相

席狀砂壩砂體厚度一般較簿，單層厚度為l～2 m，常與泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖互層。巖性為灰白色、淺灰色長石石英砂巖和長石砂巖，沉積構(gòu)造以板狀交錯層理和交錯紋層為主，發(fā)育板狀交錯層理砂巖和交錯紋層砂巖，砂巖粒度概率累積曲線為二段式（見圖4）。

圖3 須四段砂體粒度概率累積

圖4 須三段砂體粒度概率累積

2.2 扇三角洲相沉積砂體

扇三角洲相砂體粒度較粗，以礫巖為主，具有厚度大、沉積相帶跨度大、砂巖混雜堆積的特點。依據(jù)巖性特征、沉積相類型以及沉積構(gòu)造特征，可識別出2個亞相和8個微相［8］，目的層須四段砂體主要發(fā)育水下分流河道砂體和辮狀河道砂巖體。

2.2.1 水下分流河道砂

砂體主要由淺灰、灰色厚層塊狀礫巖鈣質(zhì)、巖屑砂巖和巖屑石英砂巖組成，頻繁互層產(chǎn)出。礫巖一般分布在層序的最下部、河道侵蝕沖刷面之上，礫屑主要為碳酸鹽巖巖屑，硅質(zhì)巖、石英巖和砂礫巖也偶見，可見植物莖干和瀝青化炭屑。砂巖粒度概率累積曲線為三段式（見圖3），顆粒間的填隙物通常為水云母黏土雜基，巖相主要有塊狀顆粒支撐礫巖、板狀交錯層理砂巖和平行層理砂巖等類型。

2.2.2 辮狀河道砂

巖性以淺灰色、灰色碳酸鹽巖礫巖，以及淺灰色含鈣質(zhì)巖屑砂巖為主，礫巖層厚度4～10 m，底面不平整，呈透鏡狀，雜基為粉砂，顆粒支撐結(jié)構(gòu)。礫石具有分選一般和較好磨圓，有一定的定向排列，疊瓦構(gòu)造和斜層理發(fā)育，粒序變化為正粒序，平行及板狀交錯層理發(fā)育。砂巖粒度概率累積曲線為三段式（見圖3），塊狀顆粒支撐礫巖、平行層理砂巖和板狀交錯層理砂巖發(fā)育。

2.3 C-M圖解

在須三段C-M圖中，投在遞變懸浮沉積段（QR）的點占比最大，在遞變懸浮沉積段中的懸浮物質(zhì)具有下粗上細的特點，也有滾動搬運段（SR）少量分布，表明本區(qū)內(nèi)古沉積環(huán)境水動力較強，沉積速率較大，導致沉積區(qū)的物質(zhì)分選差。C-M圖中可見滾動、跳躍等多組分，但跳躍組分占有絕對優(yōu)勢，表現(xiàn)為水下辮狀河道砂體特征（見圖5a）。

須四段的C-M圖中，點位集中分布在遞變懸浮沉積段，在遞變懸浮段具有沉積物粒度向上變細的特征，在懸浮段（PQ）以及滾動段（RS）也有一部分點，說明須四段沉積期水動力條件較強，有較快的沉積速率，表現(xiàn)為扇三角洲相前緣河道砂體的特點（見圖5b）。

圖5 須家河組三、四段砂體C-M圖

3 古沉積環(huán)境恢復

三疊紀末期有一次強烈印支末期構(gòu)造運動，稱之為安縣運動。安縣運動造就了絕大部分印支期的大型褶皺構(gòu)造，具有超大的規(guī)模。該運動使須家河組發(fā)育性質(zhì)完全不同的2種前陸盆地，下部是大陸邊緣前陸盆地，逆掩于其他支斷層下面，也有學者認為其抬升而被剝蝕；上部為安縣運動造山形成的前陸盆地，沉積邊界被保存下來了，沉積中心逐步向穩(wěn)定的大陸擴張。安縣造山構(gòu)造運動使須下段盆地、須上段盆地反轉(zhuǎn)［9-10］。盆地反轉(zhuǎn)前，須家河組處于盆地兩端，發(fā)育三角洲相及河流相 2 種沉積類型［11-12］。

3.1 河流相

河流相廣泛分布于須家河組三段，下部巖性主要為礫巖、含礫砂巖，以及厚層泥質(zhì)巖屑砂巖，平行層理、斜層理，以及交錯層理發(fā)育；上部泛濫沉積發(fā)育，主要由含泥質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)泥巖、頁巖，以及眾多煤層共同組成，韻律層序發(fā)育，具下粗上細的特點。從層序上分析，須家河組三段為礫質(zhì)辮狀河沉積環(huán)境，曲流河也較為發(fā)育；宏觀來看，須三段是辮狀河與曲流河重復疊置的河流相沉積環(huán)境。

3.2 扇三角洲相

安縣運動對龍門山的改造作用巨大，該運動使龍門山逆沖推覆于揚子地塊并成山，至此以后進入陸相沉積環(huán)境，主要發(fā)育沖積扇和辮狀河三角洲。

本區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組四段廣泛發(fā)育扇三角洲，擁有較厚層的礫巖，沉積速度快且相變迅速，沉積物復雜多樣，主要為從鄰近高地進入安靜水體留下來的沉積物。從巖性剖面和沉積組構(gòu)來看，本區(qū)扇三角洲可劃分為扇三角洲平原亞相以及前緣亞相，以什邡八角場—彭縣—白鹿一帶最具代表性。本區(qū)須家河組四段扇三角洲前緣亞相分布范圍較廣，主要由水下分流河道、辮狀河河道、席狀砂壩、水下碎屑流和壩間灣等微相組成。

4 推覆體中有機質(zhì)礦藏遠景

4.1 油氣藏資源

川西地區(qū)上三疊統(tǒng)各段擁有較厚層的烴源巖。須三段沉積時期，水體相對安靜，烴源巖發(fā)育厚度大于須四段沉積時期［13］。后期的安縣運動對須四段源巖的形成、保存及改造作用強烈。此外，龍門山前山帶擁有巨多的不等幅度背斜構(gòu)造，許多次級構(gòu)造圈閉隱伏于大背斜斷裂之下，形成了大量的小幅度背斜，導致前山帶產(chǎn)生了近百個深部構(gòu)造的高點。構(gòu)造隆升變化和砂巖孔隙的差異演化，形成大范圍的異常高壓，使天然氣迅速運移成藏。深部構(gòu)造帶內(nèi)，一些小斷裂與裂縫發(fā)育，形成了致密砂巖儲集體，是小氣藏發(fā)育的有利場所。局部區(qū)域發(fā)育比較特殊的似層狀儲集體，多分布在幾組裂隙間，氣水界面較一致，氣藏規(guī)模中等［13-14］，如已發(fā)現(xiàn)的中壩-合興場氣藏。

龍門山前陸盆地晚三疊世具有陸相沉積環(huán)境特點，龍門山以西地區(qū)為海相沉積，地勢落差相當大。西部地區(qū)隆升的過程中，西側(cè)地塊強烈回返并且逐步使東側(cè)發(fā)育為隆升背景下的山前前陸盆地［15］。因此，在龍門山地區(qū)塑造出了龍門山式推覆構(gòu)造，賦予了優(yōu)越的油氣儲集條件，油氣成藏潛力巨大［16］。

4.2 煤系資源

龍門山前陸盆地須家河組四段的含煤砂、泥巖在綿竹—都江堰—大邑帶內(nèi)的最大厚度大于300 m，往東逐漸減薄，在新都地區(qū)降至不到100 m，從中江、江油地區(qū)再往東，厚度逐漸小于50 m。在梓潼、簡陽、蒲江和雅安等地區(qū)厚度為20～50 m，梓潼地區(qū)以北及雅安地區(qū)以南，厚度都小于20 m直至缺失，沿北東方向呈帶狀分布。

研究表明，研究區(qū)內(nèi)須家河組須一段為海陸過渡相沉積，須三段、須四段為一套陸相沉積，主要發(fā)育局限海灣、緩坡、沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲、湖泊等沉積體系。本區(qū)有較多的煤礦分布，從野外出露情況和WFSD-3井鉆井巖心的含煤情況（須三段39.84 m、須四段4.63 m）來看，也證實了須三段與須四段中具有一定厚度的煤系泥巖和砂巖，成礦意義重大（見圖6）。

圖6 龍門山中段須三須四段野外露頭

5 結(jié)論

1）須三段為辮狀河與曲流河交替的河流相沉積環(huán)境，須家河組四段扇三角洲相廣泛發(fā)育，主要發(fā)育扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣亞相。

2）龍門山在安縣運動之后形成穩(wěn)定的前陸盆地，沉積中心經(jīng)過了多次遷移，具有多期疊合的特點。龍門山油氣分布具有自己特殊性，即具有早期油氣富集、中期砂巖致密化并封存油氣、晚期構(gòu)造圈閉聚集油氣的特點。

3）上三疊統(tǒng)生烴高峰期油氣大量生成，并聚集到深部致密砂巖圈閉，具有形成世界級大型氣田的可能。喜山期構(gòu)造活動復雜，巖石裂縫重新活動，使天然氣迅速運移成藏，形成大量的中、小型氣田。此外，龍門山中段煤層發(fā)育，成礦潛力巨大。

致謝本文基于汶川地震斷裂帶科學鉆探中心的鉆井資料和專題研究資料完成，在此向科鉆中心全體老師表示感謝。

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