四川盆地下三疊統(tǒng)嘉陵江組主要成鹽期巖相古地理特征

譚志遠(yuǎn)，侯學(xué)文，*，魏繼生，熊鴻鴿

（1.核工業(yè)二八〇研究所，四川 廣漢 618300；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

0 引言

四川盆地下三疊統(tǒng)嘉陵江組含有豐富的天然氣資源，同時也是海相碳酸鹽型鉀鹽的重要產(chǎn)出層位（林良彪等，2010）。本文研究區(qū)為四川省行政區(qū)劃內(nèi)的“四川盆地”范圍，西以龍門山斷裂和康滇地軸為界，東、北、南均以省界為限（圖1a）。對于嘉陵江組沉積相類型及特征，前人已做了大量工作，但前人的工作多側(cè)重于油氣勘探及儲集區(qū)有利相帶評價，對于四川盆地嘉陵江組重點(diǎn)成鹽期的巖相古地理研究較少；本文通過對9 條野外剖面及50 余口的巖心和薄片、8 條沉積相對比剖面、30 余口單井等資料的分析，劃分了嘉陵江組的沉積相類型并編制了相應(yīng)重點(diǎn)成鹽期的巖相古地理圖，這對預(yù)測該地區(qū)資源（尤其是鹽類資源）分布有著重要的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地是揚(yáng)子準(zhǔn)地臺上偏北一側(cè)的一個次一級構(gòu)造單元，位于上揚(yáng)子克拉通地塊的四川盆地在早三疊世嘉陵江期—中三疊世雷口坡沉積期表現(xiàn)為周邊古隆起發(fā)育、盆內(nèi)隆坳相間的古構(gòu)造格局。吳應(yīng)林等（1994）和姜枚等（1987）對四川合川瀝鼻峽三疊系剖面古地磁的測定資料以及根據(jù)氧、碳同位素對四川盆地海相三疊系石灰?guī)r的溫度測算，四川盆地早三疊世時期古緯度為26°58′，古溫度為34.6～36.9℃；可見當(dāng)時盆地古氣候以干旱為主（間夾潮濕氣候），有利于形成石膏、石鹽沉積。許靖華等（1983）認(rèn)為早中三疊世嘉陵江—雷口坡期四川盆地包括華鎣山在內(nèi)的一個廣大區(qū)域當(dāng)時為鹽湖環(huán)境，鹽度較高。朱井泉（1990）認(rèn)為華鎣山地區(qū)嘉四至雷一成鹽期鹽度總體來說很高且持續(xù)時間較長，存在穩(wěn)定的潟湖；這些均表明該時期古海水鹽度較高、古氣候較干旱（周家云等，2015；龔大興，2016）。在“構(gòu)造控盆，盆控相”（牟傳龍和許效松，2010；牟傳龍等，2011）的研究思路下，嘉陵江組在飛仙關(guān)組臺地增生基礎(chǔ)上，整個揚(yáng)子板塊為廣闊的碳酸鹽巖臺地環(huán)境（圖1b），四川盆地處于揚(yáng)子碳酸鹽巖臺地內(nèi)的一個相對封閉和局限的環(huán)境，主體為碳酸鹽巖局限海-蒸發(fā)臺地沉積體系，在縱向上表現(xiàn)為臺地的淺灘化-局限化以至咸化的演化過程（王一帆等，2020）。由西向東跨越三個相區(qū)，分別為康滇古陸、彭灌古島前緣的陸相、川西—川西南的海陸過渡相以及盆地中部、北部、東部的淺海碳酸鹽臺地相。區(qū)域上由西南往北東呈低緩坡度傾斜的古地貌環(huán)境，相對海平面的頻繁變化、局部古地形差異、古氣候及水體循環(huán)性控制了沉積環(huán)境的細(xì)微變化。

圖1 四川盆地早三疊世古地理簡圖（王鴻禎，1985）a.研究區(qū)及主要工作位置；b.研究區(qū)早三疊世古地理Fig.1 Paleogeographic map of Early Triassic in Sichuan Basin

2 沉積相類型及特征

通過野外剖面調(diào)查、巖心和薄片觀察、連井相對比分析，結(jié)合研究區(qū)周邊水下隆起的障壁作用和干旱炎熱氣候條件的影響作用，認(rèn)為四川盆地在早三疊世嘉陵江期屬于障壁碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，臺地內(nèi)部主要發(fā)育潟湖、潟湖邊緣坪和臺內(nèi)灘相三種沉積亞相類型，以及灰質(zhì)潟湖、云質(zhì)潟湖、膏鹽湖、泥質(zhì)潟湖、灰坪、云坪、膏云坪、鮞粒灘、砂屑灘等多種沉積微相類型（圖3）。

2.1 潟湖亞相

潟湖主要處于平均低潮面以下的臺地內(nèi)較低洼地區(qū)，水體循環(huán)受到限制，環(huán)境能量低，以靜水沉積為主。潟湖亞相主要發(fā)育泥質(zhì)潟湖、灰質(zhì)潟湖、云質(zhì)潟湖、膏（鹽）質(zhì)潟湖等多種微相類型。

2.1.1 泥質(zhì)潟湖微相

泥質(zhì)潟湖微相沉積物為深灰色、藍(lán)灰色泥巖、黑色頁巖（圖2a）。時常含灰質(zhì)，可夾薄層狀灰質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r，有時偶夾極薄層狀膏巖或偶含石膏斑塊，水平層理、韻律層理發(fā)育良好，泥巖有時呈塊狀層理（圖3A）。

圖2 四川盆地下三疊統(tǒng)嘉陵江組沉積相典型巖性特征a.灰色泥巖夾石膏變形層理，蓬萊6 井，3694.89～3695.00m，泥質(zhì)潟湖，嘉二段；b.灰色泥晶灰?guī)r夾深灰色泥質(zhì)條帶，磨12 井，3170.56～3170.60m，灰質(zhì)潟湖，嘉二段；c.褐灰色微晶白云巖，光輝鄉(xiāng)羅家堂子，嘉二段；d.深灰色微晶白云巖，見水層紋層發(fā)育，鐵西1 井，嘉二段；e.灰色膏巖夾深灰色泥晶云巖條帶，龍崗001-22 井，嘉四段；f.膏溶角礫巖，臥132 井，嘉四段；g.粉晶白云巖，磨12 井，嘉二段；h.泥—粉晶白云巖，磨14 井，嘉二段（單偏光）；i.膏質(zhì)粉晶白云巖，蓬萊3 井，嘉五段（正交偏光）；j.含硬石膏白云巖，蓬萊3 井，嘉五段（單偏光）；k.泥晶灰?guī)r，光輝鄉(xiāng)肖家院子，嘉二段；l.泥晶灰?guī)r，光輝鄉(xiāng)肖家院子，嘉二段（正交偏光）；m.含膏含云亮晶鮞?；?guī)r，石膏交代鮞粒和充填孔隙，可見少量殘余溶孔和縫合線，蓬萊6 井，嘉二3（單偏光）；n.具負(fù)鮞孔天青石化亮晶鮞粒灰?guī)r，負(fù)鮞孔、膏化，磨46 井，嘉二2（正交偏光）；o.亮晶砂屑白云巖，五10 井，嘉二段；p.粉晶砂屑白云巖，蓬萊19 井，嘉二段（單偏光）；q.含生屑灰?guī)r，磨12 井，嘉二；r.含生屑針孔云巖，蓬萊6 井，嘉二3（正交偏光）Fig.2 Typical lithologic characteristics of sedimentary facies of the Jialingjiang Formation of Lower Triassic in Sichuan Basin

圖3 四川盆地下三疊統(tǒng)嘉陵江組沉積微相類型A.泥質(zhì)潟湖相，發(fā)育藍(lán)灰色泥巖夾云質(zhì)石膏，公山1 井；B.灰質(zhì)潟湖相，發(fā)育深灰色微晶灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶，公山1 井；C.云質(zhì)潟湖相，深灰色、褐灰色泥—粉晶白云巖，白云巖發(fā)育孔隙，公山1 井；D.膏質(zhì)潟湖相，深灰色中厚層膏巖夾褐灰色膏質(zhì)白云巖，合川13 井；E.云坪相，褐灰色泥—粉晶白云巖含營質(zhì)泥—粉晶白云夾少量膏質(zhì)亮晶砂屑白云巖，女111 井；F.膏云坪相，褐灰色泥—粉晶膏質(zhì)云巖，含膏質(zhì)泥粉晶云巖，合川13井；G.灰坪相，合川13 井；H.鮞灘相，褐灰色亮晶鮞粒云巖鮞粒含量約50%～70%，夾少量膏巖。成5 井；I.砂屑灘相，灰色亮晶砂屑云巖，砂屑含量約50%～82%，亮晶膠結(jié)，蓬萊6 井；J.生屑灘相，淺灰色亮晶生屑灰?guī)r夾紫紅色泥巖，窩深1 井Fig.3 Microfacies and typical sedimentary histogram of Lower Triassic Jialingjiang Formation in Sichuan Basin

2.1.2 灰質(zhì)潟湖微相

灰質(zhì)潟湖主要發(fā)育于海侵體系域時期，說明這些沉積時期，受階段性海侵的影響，水體交換較好，鹽度較為正常。巖性主要為黑灰色瘤狀灰?guī)r、深灰色微晶灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶（圖2b），發(fā)育水平層理、水平蟲跡（圖3B）。

2.1.3 云質(zhì)潟湖微相

云質(zhì)潟湖微相以發(fā)育厚度較大的灰黑色、深灰、褐灰色泥晶—粉晶云巖為特征（圖2c，d），發(fā)育水平紋理，少見蟲跡、沖刷面和粒序?qū)永?。它是在前期灰質(zhì)潟湖的基礎(chǔ)上，由于環(huán)境逐漸變閉塞、氣候干熱、蒸發(fā)作用增強(qiáng)演變而成的（圖3C）。

2.1.4 膏（鹽）質(zhì)潟湖微相

膏（鹽）質(zhì)潟湖微相以形成大套深灰色質(zhì)純、塊狀膏巖、紋層狀膏巖為特征，可夾薄層狀褐灰色膏質(zhì)白云巖及深灰色泥頁巖或深灰色云質(zhì)膏巖、膏質(zhì)白云巖的不等厚互層，發(fā)育水平紋理、變形層理（圖2e，f）。根據(jù)巖石特征可進(jìn)一步細(xì)分為膏湖、鹽湖、膏鹽湖微相，膏湖與鹽湖的區(qū)別是膏湖以石膏為主，鹽湖則以光鹵石、雜鹵石等鹵族元素為主的石鹽巖沉積（圖3D）。

2.2 潟湖邊緣坪亞相

潟湖邊緣坪處于川中地區(qū)臺地內(nèi)部的遠(yuǎn)陸側(cè)的水下高地，是介于平均海平面與潟湖洼地之間的向古陸或古隆起四周緩緩向上傾斜的寬闊坪地，主要處于淺水和較淺水環(huán)境，沉積界面在潮間—潮上帶附近，周期性或較長期暴露于大氣之下，水動力條件總體較弱，氣候干熱，蒸發(fā)作用強(qiáng)，鹽度較高，以發(fā)育準(zhǔn)同生白云巖、膏巖為代表的云坪、膏云坪微環(huán)境為特征，具有潮坪的典型沉積特征。根據(jù)嘉陵江組沉積物類型，潟湖邊緣坪亞相可細(xì)分為云坪、膏云坪、灰坪等微相，分別由膏巖、云質(zhì)膏巖、膏質(zhì)云巖、泥粉晶云巖、泥粉晶灰?guī)r等組成。

2.2.1 云坪微相

云坪微相以發(fā)育灰、深灰、褐灰色、土黃色泥—粉晶云巖為特征，鏡下可見較多的溶蝕孔洞和針孔（圖2g，h）。云坪微相單個沉積序列的厚度變化較大，封閉-蒸發(fā)變淺序列中單個云坪微相厚度一般為1～2m，云坪微相主要分布于磨溪、潼南等現(xiàn)今構(gòu)造的高部位（圖3E）。

2.2.2 膏云坪微相

膏云坪微相的代表性沉積物主要為灰、深灰、褐灰色泥—粉晶膏質(zhì)云巖和粉—泥晶膏質(zhì)云巖和含膏質(zhì)團(tuán)塊的泥粉晶云巖，或者由灰、褐灰色泥—粉晶云巖夾薄層狀灰白色膏巖的紋層狀膏質(zhì)云巖組成，可見水平層理、韻律層理和干裂構(gòu)造等（圖3F），顯微鏡下可見到富膏質(zhì)層與貧膏質(zhì)層組成的韻律層理（圖2i，j）。

2.2.3 灰坪微相

灰坪微相以灰、深灰、褐灰色、土黃色泥—粉晶灰?guī)r為主（圖2k，l），處于潮上—潮間環(huán)境；灰坪微相主要分布于磨溪、潼南等現(xiàn)今構(gòu)造的高部位（圖3G）。

2.3 臺內(nèi)灘相

該亞相位于臺地內(nèi)部古地貌較高處，只有在海侵期和海退初期的局部區(qū)域，海水能量才足夠動蕩，波浪作用相對較強(qiáng)，且沉積界面位于平均海平面附近的地帶才有可能發(fā)育高能臺內(nèi)灘沉積，以顆粒巖（顆粒含量大于50%）為主，顆粒組分含量較高，顆粒成分以鮞粒、砂屑和生物碎屑為主。根據(jù)顆粒成分可以劃分為鮞灘、砂屑灘、生物碎屑灘微相。

2.3.1 鮞灘微相

主要由亮晶鮞?；?guī)r或鮞粒云巖組成（圖2m，n），這一類鮞灘形成于能量較高的環(huán)境，巖性純凈，膠結(jié)物多為環(huán)邊和粒狀方解石，可見殘余粒間孔，在磨溪構(gòu)造高部位，由于經(jīng)常暴露，形成較多的同生期溶孔（圖10）。

2.3.2 砂屑灘微相

巖性主要為亮晶砂屑灰?guī)r或砂屑云巖，砂屑含量50%～82%，亮晶膠結(jié)（圖2o，p）。灘體厚度較小，砂屑顆粒由呈粒狀或去膏化形成的柱狀泥—粉晶白云石組成，常呈顆?；糜埃梢娚倭繗堄嗑чg孔和晶間溶孔，膠結(jié)充填作用顯著（圖3H）。

2.3.3 生屑灘微相

巖性以淺褐灰色、灰色、灰褐色中厚層—塊狀亮晶生屑灰?guī)r、云巖為主，生屑以棘屑、腹足類、雙殼類生屑為主（圖2q，r），發(fā)育各種交錯層理（圖3J）。

3 沉積相垂向演化與橫向?qū)Ρ?/h2>

下三疊統(tǒng)嘉陵江組縱向上可分為5 段及9 個亞段，各段、各亞段間整合接觸，由海侵～海退序列沉積的石灰?guī)r、白云巖、石膏及鹽巖等，構(gòu)成兩個主要沉積旋回；其中嘉二段、嘉四段、嘉五段為嘉陵江組主要成鹽期。為了更加明確各層段的巖相古地理特征，在本區(qū)編錄了50 多口井的巖心，對30 多口單井和8 條連井剖面進(jìn)行了分析。下面對嘉陵江組綜合柱狀圖和橫向剖面沉積相對比圖進(jìn)行分析。

四川盆地下統(tǒng)嘉陵江組主要發(fā)育臺地相，其中嘉一段主要為開闊臺地相，主要發(fā)育臺地邊緣亞相，生物礁點(diǎn)礁、灰坪微相，其中巖性以大套的淺灰色、灰色泥晶、細(xì)粉晶灰?guī)r，夾灰色亮晶生物碎屑灰?guī)r，可見白云石化，膏化；嘉二段沉積相為蒸發(fā)臺地，發(fā)育潟湖邊緣坪亞相，可見云坪、膏云坪、膏坪微相，其中巖性以灰色、灰白色細(xì)粉晶白云巖、粉晶硬石膏（膏溶角礫巖）為主，下部可見深灰色細(xì)粉晶灰?guī)r，其中夾白色硬石膏，灰?guī)r普遍具白云化；嘉三段沉積相為開闊臺地，亞相為臺內(nèi)灘及臺地邊緣亞相，主要發(fā)育砂屑灘、鮞灘和混積坪、灰坪微相，下部巖性以灰色粉晶灰?guī)r為主，具白云化，上部巖性主要為淺灰色、深灰色粉晶灰?guī)r，局部可見砂屑；嘉四—嘉五段共發(fā)育兩個完整的碳酸鹽巖-碳酸鹽巖＋硬石膏＋石鹽巖沉積旋回，沉積相從下部開闊臺地向上演化為蒸發(fā)臺地相，總體處于蒸發(fā)環(huán)境，主要發(fā)育膏鹽湖、鹽湖、膏質(zhì)潟湖微相（圖4、5）。

圖4 嘉陵江組野外剖面綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensive histogram of the Jialingjiang Formation of field sections

圖5 嘉陵江組鉆井綜合柱狀圖Fig.5 Comprehensive histogram of the Jialingjiang Formation of drilling wells

對研究區(qū)北西—南東方向的PM01—公山1井—廣深1 井—PM07—PM08 沉積相剖面圖（圖6）分析可知，研究區(qū)早期構(gòu)造高位在西部，東部較低，從西部到東部依次發(fā)育云膏坪相和膏質(zhì)潟湖相。向上隨著海退的發(fā)生，從西到東沉積相演化為云坪相、膏鹽湖相和膏質(zhì)潟湖相，在廣安一帶形成較厚的膏鹽巖；到晚期由于構(gòu)造活動，四川盆地構(gòu)造高位變成了東部，西部地區(qū)處于局限海環(huán)境，向東沉積相演化為云膏坪和膏鹽湖相。

圖6 早三疊統(tǒng)嘉陵江組剖面-鉆井沉積相對比圖Fig.6 Comparison of sedimentary facies of the Early Triassic Jialingjiang Formation in different profiles and drilling wells

對貫穿研究區(qū)南西—北東向的老龍1 井—威13 井—高石17 井—高石10 井—女基井—廣深1井—龍崗26 井—河壩1 井—竹園1 井沉積相剖面分析表明，嘉陵江主要成鹽期（T1j2、T1j4、T1j5）廣深1 井—龍崗26 井一帶地勢低洼，主要沉積了膏鹽湖、鹽湖、膏質(zhì)潟湖、云坪等（圖7）。該帶以東的井位于川東地區(qū)，主要環(huán)境為膏質(zhì)潟湖、云坪；該帶以西的地區(qū)，除高石10 井所在的樂至—安岳地區(qū)沉積了較厚的膏鹽巖，其余地區(qū)以潟湖及云坪環(huán)境為主，并且在嘉陵江早期老龍1 井—威13 井一帶為混積潮坪環(huán)境，有陸源粉砂、泥的堆積以及泥質(zhì)云巖沉積，物源區(qū)主要為康滇古陸。

圖7 早三疊統(tǒng)嘉陵江組連井沉積相剖面圖Fig.7 Sedimentary facies correlation of the Early Triassic Jialingjiang Formation

4 巖相古地理特征

在對四川盆地嘉陵江期古構(gòu)造、古氣候研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合9 條野外剖面、50 余口鉆井的巖心和薄片、8 條沉積相對比剖面、30 余口單井等資料，對研究所區(qū)進(jìn)行沉積相分析，編制了研究區(qū)早三疊世嘉陵江主要成鹽期的巖相古地理圖，明確了各成鹽期的巖相古地理特征。

4.1 嘉二期巖相古地理

嘉二時期，繼承了嘉一時期的西高東低的古地理格局，海水大幅度退卻，氣候干燥，盆地大部分地區(qū)進(jìn)入局限海-蒸發(fā)臺地沉積環(huán)境，但沉積格局沒有大的變化（圖8a）。此時，康滇古陸仍為其物源區(qū)，都江堰、威遠(yuǎn)、長寧、珙縣一線以西地區(qū)，濱岸沉積轉(zhuǎn)變?yōu)榛旆e潮坪，有陸源粉砂、泥的堆積以及泥質(zhì)云巖沉積。川東、川北等嘉一時期的低洼地區(qū)在嘉二發(fā)育成為潟湖，早期為泥灰質(zhì)潟湖，晚期發(fā)育成為膏質(zhì)潟湖。環(huán)繞潟湖發(fā)育云膏坪、云坪及粒屑灘，川中為廣泛的局限臺坪沉積，主要發(fā)育云膏坪。由于干旱及咸化，該期生物較為貧乏。

4.2 嘉四期巖相古地理

嘉四時期，由嘉三時期的海侵過后，海域又經(jīng)歷一次廣泛海退，沉積環(huán)境隨之發(fā)生了變異，輔以強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用，形成嘉陵江組的主要成鹽時期，于古地理相對低洼地區(qū)沉積了巨厚的石膏或鹽巖，在南充、廣安一帶成為富含雜鹵石含鉀礦物的海水濃縮中心（圖8b）?？档峁抨懣赡芤殉两禐樗侣∑穑溆绊憸p弱到消失，沉積區(qū)內(nèi)已無陸源碎屑堆積，主要沉積物是碳酸鹽與蒸發(fā)巖交替沉積，構(gòu)成多韻律特征。地勢也發(fā)生變化，西高東低逐漸演化為東西平衡的地貌環(huán)境。

4.3 嘉五期巖相古地理

嘉五時期轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞯蜄|高的環(huán)境（圖8c）。海進(jìn)主要方向由東、東南向轉(zhuǎn)為西北向，川西地區(qū)處于局限海環(huán)境，其外圍為蒸發(fā)潮坪。川中—川東地區(qū)咸化程度高，大面積發(fā)育膏鹽湖，膏鹽湖主要發(fā)育在資陽—大足、廣安—龍女寺、營山、通南巴一帶。在嘉五末期，火山噴發(fā)，大地構(gòu)造的劇烈活動導(dǎo)致區(qū)域構(gòu)造格局的變化，也結(jié)束了嘉陵江組沉積歷史。

圖8 四川盆地下三疊統(tǒng)嘉陵江組主要成鹽期巖相古地理圖a.嘉二期巖相古地理；b.嘉四期巖相古地理；c.嘉五期巖相古地理Fig.8 Sedimentary facies and palaeogeography of the Lower Triassic Jialingjiang Formation in Sichuan Basin during the saltforming period

5 結(jié)論

（1）四川盆地在早三疊世嘉陵江期屬于障壁碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，研究區(qū)主要發(fā)育潟湖、潟湖邊緣坪和臺內(nèi)灘相三種沉積亞相類型。

（2）依據(jù)四川盆地古地理背景和古氣候條件，結(jié)合下三疊統(tǒng)嘉陵江組沉積相分析，可知四川盆地嘉陵江組整體上屬于障壁碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，自西向東從碳酸鹽巖局限海相演化為蒸發(fā)臺地相。周邊水下隆起的障壁作用和干旱炎熱的氣候條件共同控制嘉陵江組臺地咸化的演化。

（3）嘉陵江組主要的成鹽期集中在嘉二、嘉四和嘉五。嘉陵江組二段以局限臺地為主，在梓潼—南充—廣安以東主要發(fā)育膏質(zhì)潟湖相，膏質(zhì)潟湖中可見大量發(fā)育石膏；嘉陵江組四段、五段沉積相以局限臺地為主，處在蒸發(fā)環(huán)境下，石膏、鹽巖較為發(fā)育，且累計(jì)厚度大，其中嘉四段膏鹽湖主要發(fā)育在遂寧—廣安—營山、大英、通江—南江一帶；嘉五段整體上繼承了嘉四段的格局，咸化程度更高，膏鹽湖主要發(fā)育在資陽—大足、廣安—龍女寺、營山、通南巴一帶。