川西北葛底壩剖面上二疊統(tǒng)吳家坪組石灰?guī)r微相

張云峰，黃泓森，曾 琪，張本健，胡 欣，王振宇，范存輝，屈海洲，李 越

(1. 西南石油大學 地球科學與技術(shù)學院,四川 成都 610500; 2. 中國石油西南油氣田分公司川西北氣礦,四川 江油 621700; 3. 中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院,四川 成都 610041; 4. 中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所 生物演化與環(huán)境卓越創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210008)

0 引 言

“微相”一詞自Brown于1943年提出以來，國內(nèi)外學者結(jié)合實例對其進行了系統(tǒng)研究，建立了詳細的劃分系統(tǒng)及分析標準，在海相碳酸鹽巖水深、鹽度、海平面波動等古環(huán)境分析及油氣資源勘探中起到了重要作用。關(guān)于微相類型劃分方案，目前普遍采用的是Flügel劃分的26個標準微相，其已成為沉積分析及古環(huán)境重建的基本手段。上揚子地區(qū)上二疊統(tǒng)(樂平統(tǒng))吳家坪階是全球生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)折、環(huán)境異常的重要時期，碳同位素負漂明顯；吳家坪組空間分布廣泛，巖石及生物類型多樣，是研究二疊紀末期海平面變化、中—晚二疊世之交生物滅絕后生物復蘇、海水溫度變化等的重要層位；該組巖石類型以灰色、深灰色厚層含硅質(zhì)石灰?guī)r為主，夾少量白云巖，局部含燧石結(jié)核，底部為鐵鋁質(zhì)泥巖、凝灰?guī)r，石灰?guī)r中富含蟲筳類(特別是)、腕足類、牙形石、菊石等化石。

川西北地區(qū)二疊系吳家坪組在YB29、L17等鉆井中相繼獲得重要的油氣發(fā)現(xiàn)，顯示了巨大的天然氣勘探潛力。但其沉積環(huán)境受廣元—梁平裂陷槽及峨眉山火成巖的影響，區(qū)內(nèi)沉積厚度差異大且環(huán)境多變，形成以硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖為代表的較深水沉積，以生屑灰?guī)r、生物灰?guī)r、砂屑灰?guī)r為代表的淺水沉積，以及以凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r為代表的火山物質(zhì)沉積。其在沉積體系上尚有一定爭議性，包括緩坡、碳酸鹽巖臺地、濱岸平原與沼澤-開闊臺地-陸棚等，為該區(qū)有利沉積相帶預測及油氣勘探帶來諸多困難。葛底壩剖面吳家坪組生物類型豐富、豐度高，以顆粒灰?guī)r為主，為典型淺水沉積。本文闡述了葛底壩剖面上二疊統(tǒng)吳家坪組生物類型、石灰?guī)r微相類型，探討了沉積環(huán)境，以期為川西北地區(qū)吳家坪組淺水沉積分布及有利沉積相帶展布預測提供借鑒。

1 古地理背景及剖面概況

受沉積前茅口期廣元—梁平裂陷槽及峨眉地裂運動的影響，川西北地區(qū)晚二疊世吳家坪期為隆坳相間的沉積格局，整體上沉積體系展布方向與廣元—梁平裂陷槽方向一致，呈NW—SE向[圖1(a)]。區(qū)內(nèi)吳家坪組地層自下而上可劃分吳一段、吳二段、吳三段等3個巖性段，不同地區(qū)地層厚度及巖性差異較大。較深水的陸棚/盆地地層厚度一般為50～60 m，巖性以深灰色泥巖、硅質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)巖為主；淺水區(qū)厚度一般為70～150 m，最厚可超過300 m，巖性以砂屑灰?guī)r、生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主[圖1(b)]。此外，該區(qū)吳家坪組中下部普遍發(fā)育凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r等火山碎屑巖類及玄武巖，顯示了該區(qū)受火山活動影響明顯。

圖(a)引自文獻[26],有所修改；圖(b)中，γGR為自然伽馬，RLLD為深感應(yīng)電阻率，RLLS為淺感應(yīng)電阻率圖1 四川盆地晚二疊世吳家坪期巖相古地理及葛底壩剖面上二疊統(tǒng)吳家坪組地層剖面Fig.1 Lithofacies Palaegeography Map of Late Permian Wujiapingian and Stratigraphic Profile of Upper Permian Wujiaping Formation at Gediba Section in Sichuan Basin

葛底壩剖面位于四川省青川縣建峰鄉(xiāng)葛底壩村，地層出露良好，頂、底界線清晰，與下伏的中二疊統(tǒng)茅口組及上覆的上二疊統(tǒng)大隆組接觸。筆者將該剖面自下而上劃分為31層，其中1～5層屬茅口組，6～30層為吳家坪組，31層為大隆組。吳家坪組厚度為69.55 m，巖性以砂屑灰?guī)r、生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主，夾薄層凝灰?guī)r[圖1(c)～(g)]。

2 樣品采集與分析方法

基于野外剖面觀測，對各層的巖石類型、沉積構(gòu)造、顏色等特征進行了描述，對生物/生屑豐度、生長狀態(tài)等進行了定量統(tǒng)計與描述。采集生物化石、巖性樣品共計231件，制作大薄片57片、普通薄片193片。化石鑒定采取宏觀與微觀相結(jié)合的方式，在宏觀描述大類的基礎(chǔ)上，制備3個方向切面的大薄片，制備方法參照石油天然氣行業(yè)標準《巖石制片方法》(SY/T 5913—2004)；薄片觀察與生物鑒定采用Zeiss AXIO SCOPE.A1偏光顯微鏡。微相分析以Flügel標準微相為指導，對顆粒類型、基質(zhì)類型、沉積組構(gòu)、化石特征(生物類型及其組合、埋葬狀態(tài)、豐度等)進行分析，劃分出巖石微相類型。最后，通過宏觀與微觀相結(jié)合的方式，分析沉積環(huán)境?；b定在中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所完成。

無機碳同位素分析樣品共26件，其中茅口組3件、吳家坪組23件，均選取新鮮無風化面，同時避開裂縫、溶孔等膠結(jié)物的位置采樣，并在碳同位素樣品采樣位置磨制對應(yīng)的薄片。樣品前處理過程中，進一步去除表面可能的風化物，之后使用微鉆鉆取粉末樣品3 mg，并進行烘干；在真空條件下與100%磷酸反應(yīng)12 h，使用液氮冷卻，分離、收集CO氣體。在西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室應(yīng)用MAT 253Plus進行碳同位素分析。

3 生物類型

川西北葛底壩剖面吳家坪組生物類型豐富，包括珊瑚、腹足類、有孔蟲、藻類、介形蟲、棘皮類、海綿、苔蘚蟲、腕足類、雙殼類等。其中有孔蟲包括、、、-、、sp、spp、sp、、、sp、等[圖2(a)～(c)、(l)]。棘皮類以海百合()為主，含少量海膽()[圖2(f)]，海百合局部富集，呈半直立狀態(tài)[圖2(d)]；多數(shù)海百莖破碎，沿層面密集分布，鏡下可見共軸增生[圖2(e)]。珊瑚以四射珊瑚()為主[圖2(g)]，單體呈柱狀，橫截面直徑為0.70～1.25 cm，縱截面為2～5 cm不等[圖2(h)]，含少量床板珊瑚[圖2(i)]。腹足類多為薄殼型，大多破碎成單個或兩個蜷曲的蟲室，蟲室內(nèi)以灰泥充填為主，殼體部分具泥晶化。藻類可見輪藻()、粗枝藻()等[圖2(i)]。腕足類()可見纖狀結(jié)構(gòu)的殼和疹孔、棘刺等[圖2(i)、(j)]。另見數(shù)量不等的苔蘚蟲()、海綿()[圖2(k)、(l)]等。

圖2 葛底壩剖面吳家坪組生物類型Fig.2 Biological Types of Wujiaping Formation at Gediba Section

在層位上，生物/屑主要分布在吳一段—吳二段(6～27層)。在含量上，有孔蟲、藻類、棘皮類含量相對較高，其次為介形蟲、苔蘚蟲等，珊瑚、腹足類、海綿含量相對較少，且分布受限，如珊瑚僅在10、14、22層可見；生物/屑含量(體積分數(shù)，下同)為3%～66%，平均值為19.53%(圖3)。

圖3 吳家坪組生物類型及含量Fig.3 Biological Types and Contents of Wujiaping Formation

4 石灰?guī)r微相類型

據(jù)Flügel碳酸鹽巖微相分類標準及方案，川西北葛底壩剖面共劃分出8種微相，各微相均位于晴天浪基面之上，分別用MF1～MF8表示。

(1)泥晶灰?guī)r(MF1)[圖4(a)]，相當于Flügel標準微相的SMF21。礦物成分以方解石為主，含少量黃鐵礦、黏土；結(jié)構(gòu)組分單一，以灰泥為主，含量大于90%，偶見介形蟲、粉屑、雙殼類、有孔蟲等碎屑顆粒，顆粒普遍破碎程度較高且細小?；夷嗑植烤咧亟Y(jié)晶作用，形成微亮晶，偶見不規(guī)則泥質(zhì)條紋。

(2)有孔蟲粒泥灰?guī)r(MF2)[圖4(b)]，相當于Flügel標準微相的SMF8?；夷嗪看笥?0%，但含有數(shù)量不等的有孔蟲，類型多樣，包括、、、、、sp、spp、sp、、、sp、等，多數(shù)個體完整。另可見少量介形蟲、雙殼類、腕足類等生物/屑；灰泥部分具重結(jié)晶作用，形成微亮晶。

(3)內(nèi)碎屑泥晶灰?guī)r(MF3)[圖4(c)]，相當于Flügel標準微相的SMF10?；夷嘀?，含量為55%～90%，局部具重結(jié)晶作用，形成微亮晶。內(nèi)碎屑以砂屑為主，含量10%～45%不等，分選、磨圓中等—好，部分砂屑內(nèi)部可見溶蝕后膠結(jié)、重結(jié)晶等。另偶見介形蟲、雙殼類等生物/屑。

(4)生屑泥晶灰?guī)r(MF4)[圖4(d)]，相當于Flügel標準微相的SMF18?；夷嘀?，含量為60%～90%。生屑含量10%～40%不等，類型豐富，包括棘皮類、有孔蟲、腕足類、雙殼類、介形蟲等生物/屑，生屑通常破碎嚴重，多呈分散狀分布。

(5)生屑顆粒灰?guī)r(MF5)[圖4(e)、(f)]，相當于Flügel標準微相的SMF13。生物碎屑顆粒支撐，含量為50%～85%，類型多樣，包括有孔蟲、棘皮類、腕足類、雙殼類、介形蟲、藻類、苔蘚蟲等。顆粒間以灰泥充填為主，含少量亮晶方解石。部分生屑顆粒邊緣可見多世代方解石膠結(jié)物，粒間灰泥局部具重結(jié)晶作用。

(6)內(nèi)碎屑-生物碎屑泥粒灰?guī)r(MF6)[圖4(g)]，相當于Flügel標準微相的SMF5。顆粒支撐，含量為65%～90%，類型包括生物碎屑、內(nèi)碎屑，其中生物/屑包括有孔蟲、棘皮類、介形蟲、藻類、苔蘚蟲、腕足類等，多破碎，內(nèi)碎屑以中—細砂級為主，磨圓度高，部分內(nèi)碎屑可見溶蝕后亮晶方解石膠結(jié)。粒間以灰泥充填為主，灰泥局部具重結(jié)晶作用。

(7)內(nèi)碎屑顆粒灰?guī)r(MF7)[圖4(h)]，相當于Flügel標準微相的SMF16。顆粒支撐，以中砂級為主，含量為50%～75%，含少量有孔蟲屑、介形石屑、粉屑等；顆粒磨圓度高，分選中等—好；部分顆粒內(nèi)部具泥晶化、溶蝕后膠結(jié)。粒間以灰泥充填為主，局部具重結(jié)晶作用，形成微亮晶。

圖4 吳家坪組石灰?guī)r微相類型Fig.4 Microfacies Types of Limestones from Wujiaping Formation

(8)泥晶生物灰?guī)r(MF8)[圖4(i)]，相當于Flügel標準微相的SMF6。生物包括珊瑚、苔蘚蟲、海百合等，宏觀上可見珊瑚、海百合等直立的生長狀態(tài)。生物間以灰泥充填為主，另見介形蟲、有孔蟲等生物碎屑及粉屑。部分灰泥具重結(jié)晶作用。

剖面上，MF1～MF8微相的厚度分別為8.68、3.91、1.80、14.33、25.75、13.23、4.30、2.06 m，厚度占比分別為12.48%、5.62%、2.59%、20.60%、36.73%、19.02%、6.18%、2.96%。由此可知，生屑顆?；?guī)r(MF5)、生屑泥晶灰?guī)r(MF4)微相含量最高。

5 沉積環(huán)境討論

受茅口期廣元—梁平裂陷槽及峨眉地裂運動的影響，川西北地區(qū)二疊紀吳家坪期沉積格局分異明顯。裂陷區(qū)以深水沉積為主，地層厚度薄，巖石顏色深，巖性單一(主要為泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖、泥晶灰?guī)r等)；而淺水區(qū)沉積厚度相對較大，巖石顏色呈中—淺色，類型豐富。同時，吳家坪組底部及中部普遍發(fā)育凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r，局部地區(qū)可見玄武巖。這些火山碎屑巖及火山巖與峨眉山大火成巖省火山活動密切相關(guān)。

川西北地區(qū)吳家坪組淺水區(qū)碳酸鹽巖為臺地邊緣-開闊臺地的沉積體系，尤其是吳三段，臺緣鑲邊特征明顯。葛底壩剖面吳家坪組沉積亞相為開闊臺地，廣泛分布以生屑顆粒灰?guī)r(MF5)、內(nèi)碎屑-生物碎屑泥粒灰?guī)r(MF6)、內(nèi)碎屑顆?；?guī)r(MF7)為主的顆粒支撐灰?guī)r和泥晶生物灰?guī)r(MF8)，生物類型多樣、內(nèi)碎屑磨圓度較高、部分生屑破碎較嚴重等特征指示了其淺水特征，且垂向上與泥晶灰?guī)r(MF1)、有孔蟲粒泥灰?guī)r(MF2)、內(nèi)碎屑泥晶灰?guī)r(MF3)、生屑泥晶灰?guī)r(MF4)等低能沉積構(gòu)成了多個沉積旋回。部分生物(如珊瑚、苔蘚蟲、海百合等)呈原地生長、群體分布特征，顯示了一定的造礁能力。同時，顆粒間普遍灰泥充填的特征顯示顆粒巖微相多為中—低能，水體動蕩程度不高。吳家坪組無機碳同位素δC值為-0.75‰～3.38‰，平均值為0.91‰，除剖面底部(15.0～17.8 m深度段)含凝灰質(zhì)泥巖中δC值偏負外，整體上以中—輕為主，具低幅振蕩，顯示該時期海平面低位、弱振蕩的變化特征；δC值與巖石微相之間具有一定的相關(guān)性，即內(nèi)碎屑-生物碎屑泥?；?guī)r、生屑顆?；?guī)rδC值較輕，而泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r較重，泥晶生物灰?guī)r居中(圖5、表1)。茅口組碳酸鹽巖5個樣品的無機碳同位素δC值為-2.45‰～2.11‰，平均值為0.19‰，其值及變化趨勢與鄰區(qū)及中揚子臺地相近。儲集空間類型主要包括粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、生物體腔孔、裂縫等，集中發(fā)育在生屑顆?；?guī)r(MF5)、內(nèi)碎屑顆?；?guī)r(MF7)、泥晶生物灰?guī)r(MF8)等微相中。因此，對于川西北地區(qū)吳家坪組淺水碳酸鹽巖儲層的勘探應(yīng)以尋找顆?；?guī)r及其溶蝕區(qū)為主要目標。

表1 茅口組和吳家坪組碳同位素特征Table 1 Characteristics of Carbon Isotope of Maokou Formation and Wujiaping Formation

圖5 吳家坪組微相剖面Fig.5 Microfacies Profile of Wujiaping Formation

6 結(jié) 語

(1)川西北葛底壩剖面上二疊統(tǒng)吳家坪組生物類型豐富，包括珊瑚、腹足類、有孔蟲、藻類、介形蟲、棘皮類、海綿、苔蘚蟲、腕足類、雙殼等；生物以碎屑為主，部分生物(如珊瑚、苔蘚蟲等)具原地生長狀態(tài)，顯示其形成于具有一定造礁能力的淺水環(huán)境。

(2)葛底壩剖面共識別出泥晶灰?guī)r、有孔蟲粒泥灰?guī)r、內(nèi)碎屑泥晶灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、生屑顆?；?guī)r、內(nèi)碎屑-生物碎屑泥?；?guī)r、內(nèi)碎屑顆?；?guī)r、泥晶生物灰?guī)r等8種碳酸鹽巖微相。其中，以生屑顆?；?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r微相厚度最大。

(3)葛底壩剖面吳家坪組微相演化序列及δC值變化指示了低位、低幅震蕩的海平面變化特征，區(qū)域上具備形成大面積顆粒灰?guī)r的條件。顆?；?guī)r及其溶蝕區(qū)有望成為川西北地區(qū)吳家坪組儲層勘探的目標之一。

西安地質(zhì)調(diào)查中心作為全國六大區(qū)中心之一，始終秉承“支撐國家、服務(wù)社會、科技創(chuàng)新、綠色發(fā)展、保障資源、保護生態(tài)”的管理方針，積極踐行“責任、創(chuàng)新、合作、奉獻、清廉”新時代地質(zhì)文化，為我國地質(zhì)調(diào)查事業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻。本課題組在與西安地質(zhì)調(diào)查中心同位素地球化學實驗室合作的過程中產(chǎn)出了大量優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)，李艷廣、汪雙雙、靳夢琪等同志精益求精的工作作風展現(xiàn)了西安地質(zhì)調(diào)查中心力爭世界一流的精神面貌。值此西安地質(zhì)調(diào)查中心組建六十周年的重要時刻，謹致以最誠摯的祝福，祝愿西安地質(zhì)調(diào)查中心早日建成世界一流新型大區(qū)地質(zhì)調(diào)查機構(gòu)！