西昌盆地喜德-普格地區(qū)三疊系—白堊系巖相古地理研究

鄧國仕， 唐業(yè)旗*， 孟萬斌， 馮明石

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081；2.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，成都 610059)

0 引言

西昌盆地位于揚子板塊西緣，面積約 14 000 km2。受晉寧運動、澄江運動、加里東運動、東吳運動、印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動形成的構(gòu)造條件和斷裂控制，西昌盆地經(jīng)歷了多期沉積演化階段并形成不同的沉積物和組構(gòu)[1-6]?？偨Y(jié)前人構(gòu)造、沉積學認識，學者們把西昌盆地沉積演化歷史大概劃分成三大階段和七小階段[4-5]。三大階段包括基底形成階段、被動邊緣發(fā)展階段和內(nèi)陸盆地演化階段，其中內(nèi)陸盆地演化階段又可以分為殘海發(fā)展階段、前陸盆地發(fā)展階段、內(nèi)陸坳陷盆地發(fā)展階段、盆地萎縮階段和盆地改造階段五小階段[5]。

盆地穩(wěn)定沉積時期的地層沉積序列及時空展布不僅對油氣資源的烴源巖研究或儲層研究來說具有重要的指導意義[6-9]，而且對指導盆地內(nèi)其它資源的勘查，如水資源，也有著舉足輕重的地位[10-12]。對于西昌盆地，內(nèi)陸盆地演化階段中較穩(wěn)定的沉積階段主要包括前陸盆地發(fā)展階段、內(nèi)陸坳陷盆地發(fā)展階段和盆地萎縮階段。前陸盆地發(fā)展階段經(jīng)歷了晚三疊世諾利期至早侏羅世，下陷成為當時的沉積中心[5]，主要沉積了白果灣組—益門組。內(nèi)陸坳陷盆地發(fā)展階段涵蓋中侏羅世—早白堊世時期，主要沉積了新村組、牛滾凼組、官溝組和飛天山組。晚白堊世，盆地就進入了萎縮階段，沉積了小壩組[5]。

目前，因油氣資源勘探需求，針對西昌盆地巖相古地理研究主要集中在上三疊統(tǒng)白果灣組，而中侏羅統(tǒng)新村組、上白堊統(tǒng)小壩組巖相古地理研究工作卻鮮有開展。然而，在喜德-普格地區(qū)這個貧困的缺水地區(qū)，水資源的開發(fā)卻是亟待解決的問題，地下水賦存條件和埋藏規(guī)律的研究就成為這些地區(qū)的重中之重。要了解地下水的賦存條件需要了解當?shù)厮樾紟r巖性、結(jié)構(gòu)特征、巖性組合等，而對其分布規(guī)律的了解則需要建立在巖相古地理研究的基礎(chǔ)上[13]，針對中侏羅世、晚白堊世巖相古地理分布重建顯得尤為重要。前人對喜德-普格地區(qū)白果灣組巖相古地理研究主要來自野外露頭，包括小山村剖面、瓦井剖面、莊格益剖面、洛烏溝剖面、西羅剖面等，而對地腹的地層情況的了解主要來自于喜德1井、喜德3井、七壩1井和普格1井，并且識別出晚三疊世從三角洲相過渡到湖泊相的多種沉積相[2]。然而，研究區(qū)內(nèi)碎屑來源和沉積相展布情況相對來說比較復雜，存在一定的爭議[1-2,14]，無論對油氣資源的研究還是對水資源的勘查都是不利的，有必要對喜德-普格地區(qū)白果灣組的沉積序列做更進一步的了解。

為了給油氣資源和水資源勘查提供可靠的地質(zhì)資料依據(jù)，本研究對西昌盆地內(nèi)喜德-普格地區(qū)進行了多口井的鉆探工作，系統(tǒng)地對西昌盆地的前陸盆地發(fā)展階段、內(nèi)陸坳陷盆地發(fā)展階段和盆地萎縮階段這三個較穩(wěn)定的沉積階段的沉積地層進行了沉積相劃分和古地理格局的重建。

1 地質(zhì)背景

西昌盆地地層發(fā)育不齊全，主要有震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系等。各時代地層的展布主要受南北向斷裂控制，在各斷塊上地層發(fā)育有較大差異[15-17]。根據(jù)地層發(fā)育程度及巖性、巖相及化石等特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，將盆地劃為3個地層區(qū)，即西部地層區(qū)、中部地層區(qū)和東部地層區(qū)，每一個地層區(qū)根據(jù)地層發(fā)育程度可進一步劃分為南、中、北3個次一級地層區(qū)。本文工作區(qū)主要屬西昌盆地西部地層區(qū)的中部米市地層分區(qū)(I2)和中部地層區(qū)的南部普格地層分區(qū)(Ⅱ1)以及中部西羅地層分區(qū)(Ⅱ2)(圖1)。

沉積地層是工作區(qū)內(nèi)主體地層，分布面積最廣，主要分布于中、東部廣大地區(qū)，由晚震旦世海相沉積碳酸鹽巖、中生代陸相沉積碎屑巖及第四紀松散堆積層組成，總厚4 535.3～4 952.7m。研究區(qū)出露的地層有前震旦系、震旦系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系、第四系。第四系主要分布于邛海湖盆及孫水河兩側(cè)、紅莫、魯基等小盆地中，有沖積階地、沖洪積扇地、臺地，巖性為褐黃色、暗紫色黏質(zhì)粉土、黏土與砂卵礫石層為主，厚2～120m不等。

2 地層發(fā)育特點

2.1 上三疊統(tǒng)白果灣組

白果灣組在安寧河東、西兩側(cè)，巖石組合、生物化石、接觸關(guān)系等特征基本相似，但厚度有明顯差異，東側(cè)厚921.94m，西側(cè)厚度大于2 000m，超覆于各老地層、老巖體之上，與上覆地層益門組連續(xù)沉積，整合接觸，區(qū)域上可以進行對比。

在西昌市黃連角頭灣、毛家堡子剖面，一個剖面發(fā)育由黃灰、灰黃、淺灰-灰黑色礫巖、復成分礫巖、細—粗粒長石石英雜砂巖、石英雜砂巖、粉砂巖、泥(頁)巖及煤線組成的多個不等厚韻律層，產(chǎn)植物、魚鱗碎片化石，170.37～719m。另外一個剖面下部為黃灰、淺灰色厚層—塊狀泥質(zhì)中粗、中細粒石英雜砂巖，偶夾凸鏡狀粗砂巖、礫巖，具大型斜層理；中上部為淺灰、綠灰、灰黑色粉砂巖、泥(頁)巖夾少量薄—塊狀鈣泥質(zhì)中細粒石英雜砂巖、石英砂巖及炭質(zhì)頁巖，偶夾煤線。白果灣組的巖性組合、原生層理、生物化石等特征反映其為山間河湖沉積，即沖洪積相-沖積相-湖泊沼澤相沉積。

2.2 中侏羅統(tǒng)新村組

新村組下段為暗紫、紫紅色砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖不等厚互層；底部砂巖為淺灰、灰黃色塊狀中粗粒長石石英巖屑砂巖，局部夾凸鏡狀礫巖或含礫。具正粒序特征，自下而上粒度變細。上段為紫紅、灰綠、灰黑色泥、頁巖，部分含粉砂質(zhì)夾黃灰、紫灰色中厚層狀硅鈣質(zhì)中細粒長石巖屑砂巖、粉砂巖，少量泥灰?guī)r，生物碎屑微晶灰?guī)r，在近頂部泥、頁巖和底部泥灰?guī)r中含銅。產(chǎn)雙殼類、腹足類、介形類、葉肢介，輪藻等化石。該組巖性穩(wěn)定，厚度變化較大。該組下部為砂質(zhì)-泥質(zhì)沉積，沖刷構(gòu)造明顯，平行層理、交錯層理、板狀層理發(fā)育，表征為河流沖積相環(huán)境；上部淡水薄殼生物大量出現(xiàn)，水平層理發(fā)育，并有泥灰?guī)r和深色、灰綠色泥質(zhì)巖石再現(xiàn)，顯示了比較穩(wěn)定的淺湖-半深湖紅層相，灰?guī)r相沉積環(huán)境。該組區(qū)域上厚度從東而西，自北而南呈增厚趨勢。

2.3 上白堊統(tǒng)小壩組

小壩組下段下部為磚紅色厚層—塊狀硅質(zhì)、鈣質(zhì)中細粒長石砂巖、長石石英砂巖夾少許似層狀、凸鏡狀礫巖、泥巖。砂巖普遍含礫，具大型單向斜層理、槽狀交錯層理、交錯層理、波痕等沉積構(gòu)造。礫巖可見1～4層，礫巖成分復雜，磨圓度、球度較好，具分選性和定向排列，泥砂質(zhì)膠結(jié)；中上部為鮮紅、棕紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少許淺紫、磚紅色砂巖、粉砂巖。含石膏晶洞，產(chǎn)介形類、輪藻化石。

中段為棕紅、暗棕紅色泥巖，粉砂質(zhì)泥巖夾雜色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及少許砂巖、粉砂巖，常見石膏晶洞。下部以雜色為主，水平層理發(fā)育；中上部以紫紅色為主，泥裂、條紋、條帶構(gòu)造發(fā)育。產(chǎn)豐富的介形類、輪藻化石。

上段為鮮紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少許紫灰、淺紫色薄—中厚層狀泥鈣質(zhì)細粒長石砂巖、粉砂巖。含鈣質(zhì)薄膜隔板及膏鹽晶洞，常見泥裂、平行層理、交錯層理構(gòu)造。產(chǎn)介形類、輪藻化石。該組巖性特征基本一致，但有微小變化，在區(qū)域上可與命名地的該組進行對比。

該組下段下部以滯留礫巖、沖積砂巖、泥巖重復出現(xiàn)，具塊狀層理、大型單向斜層理、交錯層理，沖刷構(gòu)造，礫石具定向排列，未發(fā)現(xiàn)生物化石為特征；中上段以泥質(zhì)巖為主，中段出現(xiàn)較多的雜色泥質(zhì)巖石，部分地段出現(xiàn)泥砂巖。石膏晶洞、泥裂、水平層理發(fā)育，生物化石豐富。該組屬河流-湖泊環(huán)境的沖積相-紅層相，淡水灰?guī)r相。

3 沉積特征及巖相古地理

3.1 地層沉積相特征

結(jié)合前人成果，從沉積相識別標志入手，對工作區(qū)現(xiàn)有鉆孔開展沉積相分析。參考的沉積相識別標志主要有巖性標志，包括巖石顏色、巖石成分、巖石結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造等，沉積層序標志，古生物標志，測井標志等。

3.1.1 上三疊統(tǒng)白果灣組沉積相

在喜德地區(qū)野外剖面上，白果灣組基本沉積層序均為向上變細型?？蓜澐殖鋈缦?種類型：①礫巖轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆驅(qū)永矸凵皫r或泥巖(圖2-①)，單個層序厚8～10.2m，見于底部，為沖積扇水道沉積；②由槽狀、板狀、平行層理砂巖-小型波狀交錯層理粉砂巖-水平層理、干裂泥巖組成(圖2-②)，兼并十分強烈，單個層序厚9～18m，多見于下部，反映出辮狀河沉積特征；③由槽狀、板狀、平行層理砂巖-小型波狀交錯層理粉砂巖與干裂泥巖水平層理、干裂及生物擾動頁巖、泥巖(產(chǎn)植物、雙殼類、介形蟲化石)組成(圖2-③)，單個層序厚76.4m，多見于中部，反映辮狀河-曲流河沉積特征；④由平行層理細砂巖-均勻?qū)永矸凵皫r-均勻?qū)永礅}質(zhì)結(jié)核泥巖組成(圖2-④)，單個層序厚3m左右，見于上部，反映湖泊沉積特征。自下而上，基本層序內(nèi)砂巖變少，泥巖增多。自西而東，上述①②類層序變少，③類層序明顯增多。

圖2 白果灣組主要沉積層序Figure 2 Main sedimentary sequences of Baiguowan Formation

從巖性看，白果灣組底部為礫巖，下部為淺灰色厚層—塊狀含礫中粗粒長石石英砂巖，夾粉砂巖及深灰色泥巖，中部為灰黑色炭質(zhì)頁巖、深灰色泥巖夾淺灰色厚層狀細粒長石石英砂巖及灰色中厚層狀粉砂巖，夾煤線。巖石多發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理、小型波狀交錯層理、平行層理及底沖刷面、干裂、生物擾動構(gòu)造等豐富的原生沉積構(gòu)造。在普格縣普基鎮(zhèn)新農(nóng)村7組鉆孔(ZK13)中，發(fā)育分選磨圓均較差的細礫巖，砂巖中發(fā)育砂球、砂枕構(gòu)造，黑色泥巖所夾的細砂巖中發(fā)育重荷模、火焰構(gòu)造，反映出典型的濁流沉積特征(圖3)，表明在局部半深湖中發(fā)育有濁積扇沉積。

圖3 白果灣組沉積構(gòu)造(鉆孔巖心)Figure 3 Sedimentary structures of Baiguowan formation(drill cores)

白果灣組在西昌盆地均有分布，常由25～40個向上變淺的層序構(gòu)成，從次深湖至淺湖、濱淺湖(湖灘)、濱岸(沼澤)，再至沼澤。地層具有自北向南厚度減薄的趨勢。在工區(qū)東部鄰區(qū)的昭覺瓦井剖面，發(fā)育典型的三角洲相沉積[6](圖4)。

圖4 普格縣新農(nóng)村7組鉆孔Z26白果灣組沉積相柱狀圖Figure 4 Sedimentary facies column of Baiguowan Formation in borehole Z26 of group 7, Xinnong village, Puge County

綜上，白果灣組沉積相經(jīng)歷了沖積扇相、河流相、湖泊相(三角洲)的演化過程。

3.1.2 中侏羅統(tǒng)新村組沉積相

在紅莫地區(qū)野外剖面上，新村組的基本沉積層序有向上變細型和向上變粗型兩類，前者由槽狀、板狀交錯層理及平行層理砂巖-小型波狀交錯層理、水平層理粉砂巖與泥巖-鈣質(zhì)結(jié)核、干裂泥巖組成(圖5-①)，層序底界面具沖刷現(xiàn)象，單個層序厚6.5～46.1m，向上變薄，多見于下部和中部。自下而上，砂巖變少，平行層理更發(fā)育，泥巖增多，水平層理、韻律層理更加發(fā)育。該沉積層序反映出曲流河的沉積特征。后者有兩種形式：①由灰、深灰色薄層水平層理灰?guī)r(含豐富介形蟲)-深灰色水平層理泥巖或頁巖(富產(chǎn)雙殼類、介形蟲，并見大量瓣腮碎片)-黃綠色薄中層小型波狀交錯層理、 水平層理粉砂巖-淺灰、灰綠色平行層理砂巖組成(圖5-②)。向上顏色變淺，粒度變粗，單層厚度變大，單個層序厚1～6.4m，為本組中部基本層序主要形式。自下而上，層序底部灰?guī)r、頁巖變薄至消失，上部砂巖變厚，并由灰綠色變?yōu)榛易仙?，層序厚度由大變小再變大，生物變少。反映出主體為淺-半深湖沉積，局部可能發(fā)育三角洲前緣或濁積扇沉積。②由3～5個暗紫色斷續(xù)水平層理灰質(zhì)泥巖與紫灰、灰綠色均勻?qū)永砟噘|(zhì)粉砂巖(偶見魚類、輪藻)構(gòu)成的層對組成(圖5-③)。粉砂巖中含鈣質(zhì)結(jié)核，頂面呈渣狀，雞籠鐵絲網(wǎng)狀，向上泥巖變薄，單個層序厚3～5m，見于本組上部。自下而上，泥巖中水平層理更為發(fā)育，粉砂巖中鈣質(zhì)結(jié)核、櫛殼、雞籠鐵絲網(wǎng)構(gòu)造變少至消失。該沉積層序反映了典型的濱淺湖沉積。

圖5 新村組主要沉積層序Figure 5 Main sedimentary sequences of Xincun Formation

巖性上，新村組底部為淺灰色厚層狀細粒巖屑長石砂巖、礫質(zhì)細砂巖和灰紫色含鈣質(zhì)結(jié)核泥巖(圖6)。下、 中部為黃綠色厚層塊狀細—中粒長石石英砂巖、灰紫色中厚層狀粉砂巖及紫灰、灰綠色泥巖的旋回層。上部為暗紫色粉砂巖、泥巖夾灰綠色鈣質(zhì)泥巖。發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理、小型波狀交錯層理、平行層理、水平層理、干裂構(gòu)造，局部發(fā)育底沖刷面。粉砂巖中見鈣質(zhì)結(jié)核、櫛殼、雞籠鐵絲網(wǎng)構(gòu)造等，富產(chǎn)雙殼類、介形蟲，并見大量瓣腮碎片，偶見魚類、輪藻等生物化石。這些特征反映了較干旱氣候條件下的河流與湖泊沉積。

圖6 普格縣長壽村鉆孔Z28新村組沉積相柱狀圖Figure 6 Sedimentary facies column of borehole Z28 Xincun Formation in Changshou village, Puge County

綜上，新村組沉積相經(jīng)歷了曲流河相-湖泊相的演化過程。

3.1.3 上白堊統(tǒng)小壩組沉積相

在野外剖面上，小壩組發(fā)育四種向上變細的沉積層序：①由正粒序?qū)永韽统煞值[巖→均勻?qū)永砗}質(zhì)結(jié)核泥巖組成(圖7-①)，層序厚1～8.1m，見干本組底面附近。反映沖積扇辮狀水道沉積特征。②由正粒序?qū)永砑毜[巖-槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理細砂巖-水平層理、小型波狀交錯層理粉砂巖-水平層理、干裂泥巖(含少量介形蟲)組成(圖7-②)，兼并強烈，單個層序厚18～40m，見于底部，反映辮狀河沉積特征。③由槽狀交錯層理、平行層理細砂巖-小型波狀交錯層理、水平層理粉砂巖與水平層理泥巖-水平層理、干裂泥巖組成(圖7-③)，兼并弱，水平層理泥質(zhì)粉砂巖中含輪藻，單個層序厚4～6m，見于底部。體現(xiàn)出曲流河沉積特征。④由4～5個小型波狀交錯層理、水平層理粉砂巖與水平層理、干裂泥巖組成(圖7-④)，向上粉砂巖變薄，泥巖增厚，在水平層理粉砂質(zhì)泥巖，灰?guī)r中產(chǎn)豐富輪藻、介形蟲，單個層序厚1.53m，見于本組下、中、上部。該種層序變化較大，在本組下部，基本層序頂部出現(xiàn)泥巖和灰?guī)r(局部含黃銅礦、 斑銅礦)構(gòu)成；而本組中部和上部，基本層序底部出現(xiàn)細砂巖泥巖或細砂巖、粉砂巖和泥巖旋回層，基本層序厚度增大。反映出曲流河洪泛平原或湖泊沉積特征。

圖7 小壩組主要沉積層序Figure 7 Main sedimentary sequences of Xiaoba Foramation

巖性上，小壩組主要為磚紅色中厚層—塊狀細粒長石石英砂巖，夾棕紅色中厚層粉砂巖和紫色泥巖，底部見厚1～7m的復成分礫巖。發(fā)育底沖刷、塊狀層理、粒序?qū)永?、槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理、波狀交錯層理、水平層理、干裂等多種沉積構(gòu)造，粉砂巖和泥巖中常見順層分布石膏結(jié)核或石膏溶解后形成的晶洞(圖8)，反映沖積扇-辮狀河-曲流河-半咸化湖泊的沉積演化(圖9)。

圖8 小壩組中發(fā)育的沉積構(gòu)造和石膏結(jié)核Figure 8 Sedimentary structures and gypsum nodules in Xiaoba Formation

圖9 昭覺縣四呷村鉆孔Z13小壩組沉積相柱狀圖Figure 9 Sedimentary facies column of Z13 Xiaoba Formation in Siga village, Zhaojue County

3.2 沉積相對比

鉆孔揭示上三疊統(tǒng)白果灣組主要發(fā)育湖泊相和三角洲相，北部Z03孔為淺湖亞相，發(fā)育有長石石英砂巖組成的淺湖砂壩，南部Z32井以三角洲前緣分流間灣為主，Z27-25-Z26鉆孔區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道和前緣河口壩。

中侏羅統(tǒng)新村組鉆孔相對較多，揭示沉積相總體為淺湖沉積，在北部Z07孔區(qū)、南部Z31、Z29、Z28、Z23、Z21和Z24鉆孔發(fā)育較多淺湖砂壩和淺湖席狀砂或粉砂，中部Z09、Z17為湖灣環(huán)境，沉積多層淺湖泥質(zhì)灰?guī)r。

上白堊統(tǒng)小壩組沉積相主要為曲流河，北部Z08-Z10鉆孔為河漫湖泊沉積，河床亞相主要發(fā)育在Z11-Z12-Z13鉆孔一帶，包括邊灘、天然堤和決口扇等沉積微相。

4 巖相古地理

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)鉆孔揭示的地層情況，結(jié)合前人研究成果和區(qū)調(diào)資料，編制上三疊統(tǒng)白果灣組、中侏羅統(tǒng)新村組和上白堊統(tǒng)小壩組巖相古地理圖，展示了研究區(qū)三套地層的沉積相平面展布特征(圖10至圖12)。

圖10 喜德-普格地區(qū)白果灣組沉積相平面圖Figure 10 Sedimentary facies plan of Baiguowan Formation in Xide-Puge area

喜德-普格地區(qū)上三疊統(tǒng)白果灣組從西往東依次發(fā)育沖積扇裙-河湖相-淺-半深湖相和三角洲相，北部局部地區(qū)發(fā)育湖沼相，沉積中心大致在以南北為軸向的中部地區(qū)(圖10)，而粗碎屑沉積集中在西部和東部區(qū)域。中侏羅統(tǒng)新村組以發(fā)育湖泊相為主，其中Z17-Z09鉆孔一線西北發(fā)育以泥晶灰?guī)r為主的湖灣相，東北Z07鉆孔區(qū)和南部Z23-Z24-Z28-Z29鉆孔區(qū)發(fā)育淺湖砂壩，其余地區(qū)主要為淺—半深湖相，沉積中心位于研究區(qū)的中部(圖11)。而上白堊統(tǒng)小壩組從西南到東北，依次發(fā)育湖灣相-河流相(曲流河)-河漫湖相，沉積中心已經(jīng)轉(zhuǎn)移至研究區(qū)西南部(圖12)。

圖11 喜德-普格地區(qū)新村組沉積相平面圖Figure 11 Sedimentary facies plan of Xincun Formationin Xide-Puge area

圖12 喜德-普格地區(qū)小壩組沉積相平面圖Figure 12 Sedimentary facies plan of Xiaoba Formation in Xide-Puge area

5 結(jié)論

通過對西昌盆地喜德-普格地區(qū)多井鉆探工作，揭示西昌盆地前陸盆地發(fā)展階段、內(nèi)陸坳陷盆地發(fā)展階段和盆地萎縮階段這三個較穩(wěn)定的沉積階段的地層發(fā)育和分布情況。系統(tǒng)地對喜德-普格地區(qū)上三疊統(tǒng)白果灣組、中侏羅統(tǒng)新村組和上白堊統(tǒng)小壩組進行了沉積相劃分和古地理格局的重建。晚三疊世，喜德-普格地區(qū)從西往東依次發(fā)育沖積扇裙-河湖相-淺-半深湖相和三角洲相，北部局部地區(qū)發(fā)育湖沼相，沉積中心大致在以南北為軸向的中部地區(qū)。中侏羅世，該區(qū)以湖泊相為主，沉積中心位于研究區(qū)的中部。晚白堊世，研究區(qū)從西南到東北，依次發(fā)育湖灣相-河流相(曲流河)-河漫湖相，沉積中心已經(jīng)轉(zhuǎn)移至研究區(qū)西南部。