川西—川中地區(qū)上三疊統(tǒng)地層對比及沉積充填特征

王小娟 王昌勇 陳小二 劉帥 范亞楠 林如南

摘 要 根據(jù)野外露頭、巖心、測井及地震解釋成果，結合巖石薄片等分析測試成果，對四川盆地西部—中部地區(qū)上三疊統(tǒng)內(nèi)部層段進行了厘定，并對物源體系及沉積充填特征進行了研究。早卡尼期川西坳陷最早接受沉積，馬鞍塘組自西向東、向北上超于雷口坡組古喀斯特面之上，晚卡尼期發(fā)生強烈海退導致沉積范圍縮小，該期以發(fā)育障壁海岸—陸棚沉積體系為主。早諾利期伴隨再次海侵，小塘子組再次向川中隆起上超，晚諾利期構造活動導致龍門山中、北段大幅隆升和剝蝕，沉積環(huán)境從障壁海岸—陸棚沉積體系向河流相—三角洲沉積體系演變。早瑞替期河流—三角洲沉積體系廣泛發(fā)育，地層繼續(xù)向隆起帶上超，在中瑞替期川中隆起帶開始接受沉積。安縣運動導致龍門山大幅抬升和須家河組早期沉積的大量剝蝕，以發(fā)育沖積扇—扇三角洲及三角洲為特征。印支晚期差異構造抬升導致須家河組上部地層的削截，自南東—北西須家河組頂部的削蝕量逐漸增大。川西—川中地區(qū)上三疊統(tǒng)主要受西部及東南部物源體系控制，早期沉積充填特征主要受雷口坡組古喀斯特地貌控制，而晚期沉積充填特征主要受印支晚期構造活動控制，龍門山的持續(xù)抬升導致湖盆中心及物源交匯區(qū)不斷向東遷移。

關鍵詞 物源體系；構造活動；安縣運動；馬鞍塘組；須家河組

第一作者簡介 王小娟，女，1982年出生，高級工程師，沉積學及石油地質學，E-mail： wxj_82@petrochina.com.cn

通信作者 王昌勇，男，博士，副教授，沉積學及層序地層學，E-mail： wangchangyong09@cdut.cn

中圖分類號 P512.2 文獻標志碼 A

0 引言

四川盆地上三疊統(tǒng)陸源碎屑巖為重要的油氣產(chǎn)層，該套地層在四川盆地各個地區(qū)均有廣泛分布，長期以來對該套煤系地層存在多個命名混用的現(xiàn)象，在川西地區(qū)稱為“須家河組”（含小塘子組），而在川中及川東地區(qū)則在相當一段時期內(nèi)使用“香溪群”命名。自20世紀80年代以來，不少學者針對須家河組與香溪群的對比開展了大量工作[1?7]，近年已不再使用“香溪群”這一名稱，并基本形成了將須家河組劃分為六段的共識，其中小塘子組相當于須一段，但川中及川西地區(qū)須家河組內(nèi)部層段的對比仍存在較大分歧。梁恩宇[1]認為川中地區(qū)從須四段開始接受沉積，下部缺失須一段—須三段沉積，上部缺失須六段沉積；張健等[4]認為川中地區(qū)須一段—須五段與川西地區(qū)均能對比追蹤，但須六段在川西地區(qū)不發(fā)育，田繼軍等[6]持類似觀點，但認為在川西地區(qū)僅缺失須六段上部沉積；鄭榮才等[5]認為川中地區(qū)須二段沉積時期開始接受沉積，須二段—須五段厚度自東向西逐漸增厚，川西地區(qū)缺失須六段沉積；一些學者認為川中地區(qū)發(fā)育須一段沉積，隨后構造抬升導致地層不同程度的缺失[2?3，7]，但何鯉等[3]認為川中地區(qū)須三段開始再次接受沉積，而羅啟后[2]、李劍波等[7]則認為川中地區(qū)須四段沉積期才再次接受沉積。

可以看出，四川盆地上三疊統(tǒng)雖然經(jīng)歷多年的研究，目前仍未形成多方認可的統(tǒng)一地層劃分方案。地層劃分的分歧主要歸結為以下幾個問題，即川中地區(qū)是否發(fā)育須一段、川中地區(qū)須家河組何時開始沉積以及川西地區(qū)何時開始結束沉積？川中和川西地區(qū)須家河組地層劃分不統(tǒng)一的原因主要是巖石地層命名的影響和資料限制，同時也受到歷史沿革等多重因素的制約，地層劃分存在的問題直接影響了對晚三疊世四川盆地沉積充填模式的認識，進而對該區(qū)油氣勘探帶來影響。川中地區(qū)作為四川盆地構造分區(qū)的銜接帶，位于全盆地巖相古地理恢復的重要位置。本文根據(jù)橫跨川西—川中地區(qū)的地震大剖面，結合野外露頭、巖心、測井解釋成果及巖石薄片分析等資料，對川西—川中地區(qū)上三疊統(tǒng)地層發(fā)育特征、物源體系及沉積充填特征進行了研究，對全盆地上三疊統(tǒng)地層劃分、重新認識晚三疊世四川盆地性質和構造演化具有重要影響。

1 地質概況

中三疊世，川中地區(qū)主要為碳酸鹽巖臺地環(huán)境，發(fā)育蒸發(fā)臺地、局限臺地及開闊臺地等沉積相類型，川西地區(qū)則主要發(fā)育臺緣斜坡[8]。中三疊世末印支早期運動引起的基底抬升，導致四川盆地不同地區(qū)雷口坡組遭受不同程度的剝蝕[9]，其中都江堰—營山一帶地層雷口坡組剝蝕量較小，雷四段保存較好，而瀘州—重慶一帶雷口坡組完全被剝蝕（圖1），龍門山“島鏈”將上揚子地區(qū)分隔為西部的特提斯廣海和東部的古海灣或殘留海盆[10?11]。

印支早期運動形成的雷口坡組頂部古喀斯特地貌特征及龍門山造山帶向東逆沖，決定了四川盆地上三疊統(tǒng)呈“箕狀”向東減薄的沉積充填特征[4，12]?，F(xiàn)今龍門山地區(qū)位于初始前陸盆地西側和水下逆沖楔前緣，因繼承性海水覆蓋，上三疊統(tǒng)卡尼階馬鞍塘組與雷口坡組之間為連續(xù)沉積，龍門山以東地區(qū)馬鞍塘組與雷口坡組為平行不整合接觸，馬鞍塘組向東、向北上超于雷口坡組之上[13]。晚三疊世四川盆地由卡尼期和諾利期局限殘留海相沉積逐漸向瑞替期河流—三角洲沉積體系演化[5，11，14?22]。晚三疊世四川盆地經(jīng)歷了至少3次區(qū)域性構造抬升和剝蝕，形成了“小塘子組/馬鞍塘組”、“川西須二段/小塘子組”以及“川西須四段/須三段”之間的3個平行不整合或微角度不整合[12，23]，其中“安縣運動”[24]是導致四川盆地完全演化為陸相盆地的關鍵事件[25]。

2 地層發(fā)育特征

已有研究一般將川西—川中地區(qū)上三疊統(tǒng)劃分為馬鞍塘組及須家河組，其中須家河組進一步細分為6個巖性段，小塘子組相當于須一段。通過井—震合成記錄標定結果發(fā)現(xiàn)，川中—川西地區(qū)侏羅系底部表現(xiàn)為2～3個穩(wěn)定強波峰反射，第二個強波峰反射解釋為上三疊統(tǒng)頂；上三疊統(tǒng)底部表現(xiàn)為雙波峰穩(wěn)定強反射，其第一相位強波峰解釋為雷口坡組頂，上三疊統(tǒng)頂、底界較為清晰（圖2a），易于識別。

選取位于川西—川中過渡帶的JH5井鉆井分層為標準，根據(jù)地震反射特征，對須家河組內(nèi)部小層進行了對比和追蹤，并根據(jù)內(nèi)部反射特征將中石油分層須二段（SY-T3x2）以下、雷口坡組之上地層進一步細分為7個反射層，從底到頂依次為1-1、…1-7。其中川西地區(qū)1-1及1-2反射層在地震剖面上表現(xiàn)為“寬波谷、弱反射”地震剖面特征，分別對應于馬鞍塘組（T3m）及小塘子組（T3xt），川中地區(qū)缺失1-1及1-2反射層；1-3～1-6反射層在川西地區(qū)地震反射特征表現(xiàn)為“不穩(wěn)定中頻變強振幅反射組合”的反射背景，局部（如1-3及1-4反射層）表現(xiàn)為“低頻強振幅短軸反射”特征，反映整體泥巖背景下局部發(fā)育厚層的三角洲砂體；而在川中地區(qū)該段則表現(xiàn)為“中低頻較穩(wěn)定強振幅反射”組合的地震反射特征，反映砂泥巖互層為主的巖性組合特征（圖2b）。1-3～1-7反射層包括中石化分層的須二段（SH-T3x2）及須三段（SH-T3x3），總體呈自西向東逐層上超的特征。

由于歷史原因和資料的限制，長期以來中石化和中石油系統(tǒng)對須家河組內(nèi)部分層的表述存在不同的涵義，上三疊統(tǒng)中石化分層（基本與龍門山野外露頭傳統(tǒng)分層方案一致）和中石油分層存在較大差異。根據(jù)井—震標定，整體來看，上三疊統(tǒng)頂、底部地層分層一致，須家河內(nèi)部地層差異大（圖3）。川西地區(qū)中石化分層須四段（SH-T3x4）對應川中地區(qū)中石油分層須二段（SY-T3x2）；中石化分層須五段（SH-T3x5）對應川中地區(qū)中石油分層須三段（SY-T3x3）、須四段（SY-T3x4）及須五段（SY-T3x5）；小塘子組及馬鞍塘組僅在川西地區(qū)發(fā)育，在川中地區(qū)缺失（圖4a），SY-T3x3、SY-T3x4、SY-T3x5、SY-T3x6 在川西地區(qū)有不同程度的缺失，自南東向北西方向須家河組頂部地層削蝕量逐漸增大，都江堰—安縣—劍閣—旺蒼一線以西及其以北地區(qū)缺失SY-T3x3及其上部的須家河組（圖4b），因此川西地區(qū)諸如廣元工農(nóng)鎮(zhèn)、彭州獅山等剖面中出露的須家河組應該為SY-T3x3之下的地層。根據(jù)川西—川中地區(qū)上三疊統(tǒng)內(nèi)部發(fā)育的4個不整合面及大型沖刷面（T3xt/T3m、SH-T3x2/T3xt、SH-T3x4/SH-T3x3、SY-T3x4/SY-T3x3），結合沉積旋回特征，可將川西—川中地區(qū)上三疊統(tǒng)劃分為5個長期層序。其中川西地區(qū)從LSC1開始接受沉積，主要發(fā)育LSC1～LSC4，而川中地區(qū)從LSC3開始接受沉積，主要發(fā)育LSC4及LSC5（圖3）。

3 物源特征

巖相古地理恢復結果表明，晚三疊世四川原型盆地東達思南縣、南至黔西縣，四川盆地同時受周邊多個古陸（結晶基底出露）和古隆起（沉積巖出露）的影響和控制。其中東部物源體系包括鄂西古陸、雪峰古陸及梵凈山古陸，南部物源主要來自黔滇古隆起、康滇古陸及峨眉古陸，西部物源主要來自摩天嶺古陸、彭灌雜巖及龍門山地區(qū)（晚三疊世為同沉積隆升區(qū)），北部物源主要來自米倉—大巴古陸（圖5）。從區(qū)域地質資料來看，盆地周緣古陸均能提供花崗巖、花崗片麻巖、玄武巖、淺變質巖、碎屑巖及碳酸鹽巖等物源，而南部黔滇古隆起只能提供沉積巖和淺變質的沉積巖，巖屑組合具有明顯分區(qū)性。

晚三疊世，四川盆地西部—中部地區(qū)主要受西部和東部物源體系控制，其中西部物源體系以富“鈣”為特征[26]，碳酸鹽巖巖屑較高（圖4c，d、圖6a），可稱為“鈣屑砂巖”，而東部物源體系（包括東南部、東部及東北部）則以貧“鈣”為特征[27?28]，砂巖中以碎屑巖巖屑、變質巖巖屑及巖漿巖巖屑為主（圖4c，d），富含石英、石英巖、千枚巖、泥巖及噴出巖巖屑（圖6b，c），可稱為“硅質砂巖”。“鈣屑砂巖”通常具有較高的電阻率值，而“硅質砂巖”測井曲線一般表現(xiàn)為低阻的特征，代表西部物源的高阻砂體與東南部物源體系的低阻砂體在射洪附近金華—秋林地區(qū)交匯（圖7a）。

地震剖面上東、西物源體系的交匯特征同樣有清晰的反映。FS1井—QL2井SY-T3x2（LSC4下部）內(nèi)部地震反射較強、同相軸較為穩(wěn)定；Q2井—Q101B井SY-T3x2 內(nèi)部地震反射相對較弱，但仍可連續(xù)追蹤；Q2井—Q101B井SY-T3x2 在QL3井附近呈楔狀超覆于FS1井—QL2井SY-T3x2之上（圖7b），與測井解釋的聯(lián)井對比剖面所示完全一致（圖7a），西部物源體系與東南部物源體系呈此消彼長的分布態(tài)勢。

4 沉積相及其演化

中三疊世末期，印支早期強烈的構造運動造成四川盆地及其周緣地殼整體抬升，晚三疊世卡尼期，上揚子區(qū)僅川西和黔西南地區(qū)發(fā)育兩個殘留海盆[11]。馬鞍塘組沉積時期，川西坳陷為與古特提斯大洋局部溝通的古海灣[10]，主要發(fā)育碳酸鹽巖緩坡及有障壁海岸沉積[29?32]，局部可能存在少量三角洲沉積，形成了一套泥微晶灰?guī)r、粒屑灰?guī)r、粒泥灰?guī)r、礁灰?guī)r、泥巖及粉砂巖等巖性組合。

小塘子組沉積時期，川西地區(qū)開始大量接受陸源碎屑的注入，海相三角洲、有障壁海岸及陸源碎屑陸棚均有不同程度的發(fā)育[21，30?32]，形成了一套砂巖、粉砂巖和泥巖互層的以陸源碎屑巖為主的沉積（圖8a～c）。

SH-T3x2及SH-T3x3沉積時期，川西地區(qū)以大量發(fā)育三角洲為特征（圖8d、圖9a），主要為砂巖、粉砂巖、泥巖互層，局部發(fā)育炭質泥巖及煤線。SH-T3x3沉積晚期，川西坳陷龍門山前帶開始發(fā)育少量扇三角洲沉積，以分選較差的砂質礫巖為識別標志（圖8e）。四川盆地SH-T3x2及SH-T3x3地層中菊石及舌形貝等海相生物化石的發(fā)育[2，4，12，15]，表明這一時期四川盆地仍與外海局部溝通。

SH-T3x3沉積末期，“安縣運動”導致龍門山大幅抬升以及四川盆地與外海的徹底隔絕，四川盆地進入陸相沉積時期。SY-T3x2及SY-T3x3沉積時期，川西地區(qū)以發(fā)育沖積扇—扇三角洲—湖泊沉積體系為主（圖9b，c），以發(fā)育厚層—塊狀、分選較差、粒徑較大的礫巖為特征（圖8f～h）；而同期川中地區(qū)主要發(fā)育河流—三角洲—淺湖沉積[18?20，33]，以大套砂、泥巖互層為主，僅含極少量分選及磨圓較好的薄層細礫巖（圖8j）。

SY-T3x4至SY-T3x6沉積時期，川西—川中地區(qū)以發(fā)育三角洲—湖泊沉積體系為主[33]，可見蕨類及銀杏等陸生植物化石（圖8i），整體以大套砂巖與泥巖、粉砂巖互層為特征（圖8k，l），其中SY-T3x4及SY-T3x6以發(fā)育辮狀河三角洲為主，而SY-T3x5則主要發(fā)育曲流河三角洲（圖9d～f）。該沉積時期大部分地區(qū)沉積水體較淺，湖盆中心位于川西南一帶。

5 沉積充填模式

印支早期運動之后，海平面再次上升，在川西坳陷馬鞍塘組沿雷口坡組古喀斯特面自西向東逐漸上超（圖10、圖11a），最遠上超至射洪一帶，該期陸源碎屑主要來自西北部摩天嶺古陸及東北部米倉山—大巴山一帶。馬鞍塘組沉積末期，海平面再次下降，海岸線向西南退超至成都一帶（圖4a、圖11b），在馬鞍塘組和小塘子組之間形成了平行不整合面[30?31]，該沉積時期陸源碎屑仍然主要來自四川盆地西北部摩天嶺古陸及東北部米倉山—大巴山古陸（圖11b）。

小塘子組沉積時期，海平面再次上升，地層再次向東上超至簡陽—射洪—旺蒼一帶、向北上超至廣元一帶，在工農(nóng)鎮(zhèn)剖面發(fā)育厚達170 m的有障壁海岸—陸棚沉積，而同期川中及川東的廣大地區(qū)尚未接受沉積（圖11c）。從工農(nóng)鎮(zhèn)須家河組建組剖面來看，小塘子組沉積末期存在一期大幅度的海退，導致該區(qū)基底大幅度抬升，SH-T3x2下部的河流相直接覆蓋于小塘子組陸棚沉積之上[34]，沉積范圍主要限于川西地區(qū)，以發(fā)育辮狀河—辮狀河三角洲沉積為特征（圖11d）。小塘子組與SH-T3x2之間的不整合面在川西彭州—什邡一帶同樣明顯，但橫跨川西—川中地區(qū)的6條格架地震剖面的解釋成果表明，小塘子組沉積之后的SH-T3x2仍然總體表現(xiàn)為自西向東的上超（圖2、圖4a），因此推測小塘子組與SH-T3x2之間的不整合面可能主要與龍門山的隆升有關，小塘子組頂部地層的剝蝕主要限于龍門山前帶。

SH-T3x2 至SH-T3x3 沉積時期，海平面持續(xù)上升，地層繼續(xù)自西向東上超，至SH-T3x3沉積晚期，川中及川東地區(qū)均開始接受沉積。隨著陸源碎屑的大量注入，三角洲開始大量發(fā)育，SH-T3x3沉積時期川西坳陷龍門山前局部發(fā)育扇三角洲沉積（圖11e），川中—川西過渡帶是東、西部物源體系的主要交匯區(qū)（圖7，10）。SH-T3x3沉積末期發(fā)生的“安縣運動”導致四川盆地不同程度的抬升，SH-T3x3頂部地層遭受不同程度的剝蝕，SH-T3x3與SY-T3x2接觸關系在西部龍門山前帶表現(xiàn)為平行不整合（圖8f）或微角度不整合（圖8h），而在川中地區(qū)則主要表現(xiàn)為大型沖刷面[12]。

SH-T3x2與SH-T3x3沉積時期砂體主要發(fā)育于川西坳陷及川西—川中過渡帶，川中隆起帶以沼澤化的泥巖或碳質泥巖夾煤線為主。

“安縣運動”導致龍門山完全抬升[35]，四川盆地完全演化為陸相湖盆，龍門山的大幅抬升向川西坳陷提供了大量粗碎屑物質，導致SY-T3x2沉積時期川西地區(qū)以發(fā)育沖積扇—扇三角洲沉積為特征，而同期川中地區(qū)則以廣泛發(fā)育的三角洲為特征（圖9b、圖11f），在射洪一帶鉆揭顯示該區(qū)同期發(fā)育辮狀河三角洲沉積，既發(fā)育反映西部物源的高阻“鈣屑砂巖”，亦有來自東南部物源體系的低阻“硅質砂巖”（圖7），明確指示這一時期東南部物源已經(jīng)向川西坳陷提供大量陸源碎屑（圖7，10）。SY-T3x3沉積時期為湖侵期，川中—川西大部分地區(qū)以發(fā)育湖泊沉積為主，三角洲發(fā)育規(guī)模變小，同期梓潼—劍閣一帶發(fā)育扇三角洲沉積（圖9c），表明這一時期龍門山北段仍然存在強烈的構造活動（圖11g），并導致川西北地區(qū)缺失該段沉積（圖4b）。

SY-T3x4沉積時期四川盆地再次進入構造活躍期，特別是川東北米倉山—大巴山強烈的構造活動在山前帶形成了巨厚的粗碎屑沉積[17]，但川西—川中地區(qū)仍主要受西部和東南部物源體系控制，同時受東北部物源影響，以發(fā)育辮狀河三角洲沉積為主（圖9d、圖11h）。SY-T3x5沉積時期，四川盆地周緣構造活動減弱，沉積范圍有進一步向東南縮小的趨勢，研究區(qū)以發(fā)育湖泊沉積為主，局部發(fā)育少量曲流河三角洲沉積（圖9e、圖11i）。SY-T3x6沉積時期，四川盆地周緣構造活動再次增強[17]，川西坳陷絕大部分地區(qū)缺失該段沉積，川中地區(qū)以發(fā)育辮狀河三角洲為主（圖9f、圖11j）。

6 結論

（1） 晚三疊世卡尼期，川西殘余海盆開始接受沉積，形成了馬鞍塘組碳酸鹽巖緩坡及有障壁海岸沉積為主的沉積體系，卡尼晚期的海平面下降形成了馬鞍塘組/小塘子組之間的平行不整合，諾利期再次海侵，在川西坳陷發(fā)育小塘子組有障壁海岸—陸棚沉積體系。

（2） 諾利期/瑞替期之交，構造隆升導致川西龍門山前帶小塘子組頂部遭受侵蝕，但川西坳陷主體沉積區(qū)未受明顯影響，瑞替期須家河組沉積繼續(xù)自西向東上超形成了SH-T3x2及SH-T3x3海相三角洲沉積體系，SH-T3x3沉積晚期川中開始接受沉積。

（3）“ 安縣運動”導致龍門山的大幅隆升以及四川盆地與外海完全隔絕，形成了SY-T3x2沉積時期川西以沖積扇—扇三角洲為特征，川中以河流—三角洲為主的沉積格局，此后伴隨龍門山的不斷隆升，須家河組沉積范圍不斷向東縮小。

（4） 川西—川中地區(qū)主要受西部和東南部物源體系控制，伴隨西部龍門山造山帶的不斷隆升，物源交匯帶（湖盆中心）有自西向東逐漸遷移的趨勢。

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