四川盆地北部地區(qū)寒武系滄浪鋪組沉積演化

王振宇，曾浩，屈海洲，趙容容，張宇，李文皓，唐松，張云峰

（1.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，四川 成都 610500；2.西南石油大學天然氣地質(zhì)四川省重點實驗室，四川 成都 610500；3.西南石油大學地球科學與技術(shù)學院，四川 成都 610500；4.中國石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部，四川 成都 610051；5.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000）

0 引言

對四川盆地震旦系—下古生界碳酸鹽巖的研究，主要集中在川中古隆起區(qū)的震旦系燈影組和寒武系龍王廟組，取得了大量的油氣勘探成果［1-7］。 自2020 年JT1 井在寒武系滄浪鋪組獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流以來，越來越多的勘探成果表明，滄浪鋪組勘探潛力巨大。

近些年來，人們對滄浪鋪組開展了部分研究工作，但整體上尚處于地質(zhì)基礎(chǔ)研究階段， 并提出了不同的觀點。張滿郎等［8］認為，伴隨著大規(guī)模海退，在盆地中西部，滄浪鋪組發(fā)育碎屑濱岸相和三角洲相。 彭軍等［9-10］提出，在四川盆地高石梯-磨溪地區(qū)，滄浪鋪組發(fā)育淺海陸堋相和緩坡相。 樂宏等［11］考慮到古陸和裂陷槽對盆地內(nèi)地層充填情況的影響， 認為盆地總體以淺水陸堋沉積為主。嚴威等［12］提出，四川盆地滄一段包括碎屑淺水陸堋、混積淺水陸堋等多種亞相類型，滄二段整體發(fā)育混積淺水陸堋亞相。李亞丁等［13］認為，現(xiàn)今鉆井成果發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽巖發(fā)育規(guī)模不足以構(gòu)成鑲邊臺地沉積模式，但在盆地北部旺蒼一帶發(fā)育小型臺地環(huán)境。可以看出，現(xiàn)今觀點多認為滄浪鋪組發(fā)育陸棚相，以繼承筇竹寺組沉積格局為主要特征。根據(jù)Read［14］對碳酸鹽巖臺地相的定義，綜合目前的野外和鉆井資料分析，認為研究區(qū)滄浪鋪組沉積環(huán)境符合早期發(fā)育的鑲邊臺地特征， 其沉積演化過程更傾向于是龍王廟組碳酸鹽巖臺地相發(fā)育的“預(yù)備階段”。

顯然， 現(xiàn)今對滄浪鋪組的研究還存在基礎(chǔ)資料缺乏、研究程度低等問題。 基于此，本文結(jié)合已有的研究基礎(chǔ)，綜合研究區(qū)最新的鉆井資料和野外實測成果，分析滄浪鋪組巖石學特征，劃分沉積相類型，總結(jié)滄浪鋪組沉積演化特征， 以期為該區(qū)滄浪鋪組的后期地質(zhì)研究工作提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于遂寧以北至四川盆地西北部邊界區(qū)域（見圖1a）。 在震旦紀—早寒武世，盆地西部發(fā)育的德陽—安岳裂陷槽與中部發(fā)育的川中古隆起對后期層系沉積格局的形成起著重要的控制作用， 該時期發(fā)生的多期桐灣運動對早寒武世沉積地貌格局的形成起著決定作用［1，3，13-17］。 四川盆地在早寒武世筇竹寺期，發(fā)生大規(guī)模海侵，德陽—安岳裂陷槽被逐步填平補齊，至滄浪鋪組沉積期，發(fā)生大規(guī)模持續(xù)性海退。滄浪鋪組沉積早期，德陽—安岳裂陷槽尚未被完全填平，對來自北部及西部的陸源產(chǎn)生隔擋作用， 隨著盆地內(nèi)隆坳格局的消失，古地貌向西高東低轉(zhuǎn)變［18-19］。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造特征及滄浪鋪組巖性柱狀圖Fig.1 The structural characteristics of the study area and the lithological column of Canglangpu Formation

寒武系自下而上劃分為筇竹寺組、滄浪鋪組、龍王廟組、高臺組和洗象池組，滄浪鋪組與上覆及下伏地層之間均未見沉積間斷，呈整合接觸［20-21］。 根據(jù)巖性組合特征，滄浪鋪組自下而上劃分為2 段（見圖1b）：滄一段厚度為73～154 m， 主要發(fā)育深灰色泥晶石灰?guī)r、灰色顆粒碳酸鹽巖、 深灰色晶粒白云巖， 以及灰色泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖和砂質(zhì)白云巖；滄二段厚度為119～190 m，主要發(fā)育灰色、深灰色砂巖，夾薄層紫紅色泥巖。

2 沉積相類型

根據(jù)滄浪鋪組巖石學、巖性組合及沉積構(gòu)造特征，結(jié)合沉積期古地貌及海平面變化過程［22-24］，認為滄浪鋪組發(fā)育碳酸鹽巖臺地沉積模式， 四川盆地北部地區(qū)發(fā)育開闊臺地相、局限臺地相和潮坪相。

2.1 開闊臺地相

開闊臺地相發(fā)育于研究區(qū)東北部滄一段。滄一段沉積期，該區(qū)地勢平坦開闊，水體循環(huán)良好，沉積巖性主要為厚層深灰—灰黑色鮞粒石灰?guī)r（見圖2a）、砂屑石灰?guī)r（見圖2b）和中層灰色泥晶石灰?guī)r。 根據(jù)巖性特征和沉積構(gòu)造， 開闊臺地相可細分為臺內(nèi)灘和灘間海2 種亞相。 臺內(nèi)灘鮞粒多為正常鮞（見圖2c，2d），少見變形鮞和橢球鮞，直徑為0.4～0.6 mm；地質(zhì)露頭中可見小型槽狀交錯層理（見圖2e），指示水體能量較強、淘洗作用較強烈的臺內(nèi)灘沉積環(huán)境。 灘間海主要發(fā)育灰—深灰色泥晶石灰?guī)r（見圖2f），沉積厚度為20～29 m，反映弱水動力的低能沉積環(huán)境。

圖2 開闊臺地相典型特征Fig.2 Typical characteristics of open platform facies

2.2 局限臺地相

局限臺地相是滄一段的主要沉積相類型， 隨著大規(guī)模海退的發(fā)生和裂陷槽的消亡，在川中樂山-龍女寺古隆起東部，地勢較高，水體較淺［2］，水體循環(huán)受限，海水鹽度偏高。巖石類型以發(fā)育灰—淺灰色砂屑白云巖、鮞粒白云巖和薄—中層灰色晶粒白云巖、 泥晶石灰?guī)r及泥灰?guī)r為主。

根據(jù)巖石類型和古生物組合， 局限臺地相可細分為臺內(nèi)灘和灘間海2 種亞相。 臺內(nèi)灘亞相在裂陷槽邊緣呈條帶狀展布，GR 測井曲線表現(xiàn)為低值箱形，地震剖面上呈不連續(xù)的丘狀反射特征［25］；主要發(fā)育具有殘余結(jié)構(gòu)的灰—深灰色砂屑白云巖和鮞粒白云巖（見圖3a），鮞粒多為圓狀，部分鮞粒由于重結(jié)晶作用而變得模糊（見圖3b）；可見破碎的角石、古杯和腕足類生物碎屑［13］。 反映水體能量較強、水體循環(huán)受限的沉積環(huán)境。 灘間海亞相主要發(fā)育薄—中層灰質(zhì)細—泥晶白云巖（見圖3c）、泥晶石灰?guī)r和砂質(zhì)白云巖等巖石類型，反映水體能量較弱的沉積環(huán)境。

圖3 局限臺地相典型微觀特征Fig.3 Typical microscopic characteristics of restricted platform facies

2.3 潮坪相

本文所劃分的潮坪相多被前人認為是混積淺水陸棚相和碎屑淺水陸棚相。

滄一段沉積期，水體波動明顯，發(fā)育以中—厚層灰色泥質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r（見圖4a）和砂質(zhì)白云巖為主的混積潮坪沉積，其GR 測井曲線呈齒狀，顯微鏡下可見粉砂質(zhì)條紋或條帶（見圖4b，4c），常見云母碎片；砂質(zhì)白云巖中，以細晶或粉晶白云石為主（見圖4d），體積分數(shù)為60%～70%，砂質(zhì)主要為粉砂質(zhì)或細砂質(zhì)石英顆粒，體積分數(shù)為20%～25%。

圖4 潮坪相典型特征Fig.4 Typical characteristics of tidal flat facies

滄二段沉積期， 發(fā)生小規(guī)模的海侵—海退過程，發(fā)育以中—厚層灰色粉砂巖、薄層紫紅色泥質(zhì)粉砂巖（見圖4e）及泥巖為主的碎屑潮坪沉積，其測井曲線GR值呈先升后降趨勢，表明水體先深后淺，在野外地質(zhì)露頭中，可見與之對應(yīng)的砂泥巖互層沉積現(xiàn)象（見圖4f），并見小型平行層理和砂巖透鏡體， 局部見正旋回和羽狀交錯層理。 整體反映水動力強弱交替的變化過程，具有典型的碎屑潮坪沉積特征。

3 沉積演化特征

3.1 縱向演化

對比磨溪地區(qū)JT1 井（見圖5）和川西北地區(qū)大兩剖面（見圖6），縱向上滄浪鋪組具有明顯的分異特征，與Wilson 關(guān)于臺地相沉積環(huán)境中陸源碎屑混入物與碳酸鹽巖分異的情況相一致。

圖5 四川盆地JT1 井滄浪鋪組沉積相綜合柱狀圖Fig.5 Comprehensive histogram of sedimentary facies of Canglangpu Formation of Well JT1 in Sichuan Basin

圖6 四川盆地大兩剖面滄浪鋪組沉積相綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive histogram of sedimentary facies of Canglangpu Formation of Daliang section in Sichuan Basin

滄一段沉積以白云巖、石灰?guī)r等碳酸鹽巖為主，可見泥質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r等混積巖。 在JT1 井，發(fā)育局限臺地相，細分為臺內(nèi)灘和灘間海亞相，測井GR 值介于20～96 API，其中，臺內(nèi)灘亞相的GR 和RT測井曲線呈箱形。 在大兩剖面，發(fā)育開闊臺地相和局限臺地相，野外實測GR 值介于31～152 CPS， 臺內(nèi)灘亞相實測GR曲線呈齒狀近似箱形。滄二段沉積以砂巖、泥巖等碎屑巖為主，局部可見砂質(zhì)白云巖夾薄層泥巖，發(fā)育包括砂坪、泥坪和混合坪亞相類型的潮坪相，GR 和RT測井曲線呈齒狀鐘形，JT1 井滄二段GR 值介于23～103 API，大兩剖面滄二段野外實測GR 值介于86～147 CPS，2條剖面均可見明顯的GR 值先升后降趨勢。因此認為，滄二段沉積期曾發(fā)生小規(guī)模的海侵—海退過程。

3.2 沉積相對比

研究區(qū)內(nèi)PT1 井—JT1 井—CS1 井—大兩剖面—MS1 井沉積相對比剖面大致呈SW—NE 走向（見圖7。剖面位置見圖1）。 由圖7 可知，滄浪鋪組表現(xiàn)為西高東低的沉積古地貌格局， 往NE 方向水體逐漸加深。PT1 井區(qū)距離物源較近且靠近裂陷槽，地勢較低，沉積巖性以泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖和砂質(zhì)白云巖為主，為混積潮坪相沉積特征；往NE 方向至蒼溪地區(qū)，混積特征減弱，顆粒白云巖廣泛發(fā)育，以砂屑白云巖和鮞粒白云巖為主，偶夾泥晶白云巖和晶粒白云巖，總體為局限臺地相的砂屑灘微相和灘間海亞相沉積。 砂屑灘微相不具有明顯的連續(xù)性，沉積厚度小，主要發(fā)育在裂陷槽邊緣的構(gòu)造高部位。 顆粒白云巖沉積厚度一般在14～23 m，受到建設(shè)性成巖作用影響后，成為有利的儲集層段［25］。 在大兩地區(qū)，以發(fā)育鮞粒石灰?guī)r、砂屑石灰?guī)r為主，可見小型槽狀交錯層理，沉積古地貌開闊平坦，局部具有高能沉積特征。滄二段沉積期，裂陷槽基本被填平補齊， 持續(xù)的海退過程加上構(gòu)造擠壓導(dǎo)致的隆起地貌，使得研究區(qū)水體變淺，潮坪相廣泛發(fā)育。

3.3 沉積相平面分布

基于野外地質(zhì)露頭剖面實測資料和巖心、鉆井、測井資料，并綜合前人研究成果，編制了研究區(qū)滄一段和滄二段沉積相平面分布圖（見圖8，據(jù)文獻［11］修改）。

圖8 四川盆地北部地區(qū)滄浪鋪組沉積相平面分布Fig.8 Plane distribution of sedimentary facies of Canglangpu Formation in northern Sichuan Basin

研究區(qū)經(jīng)歷筇竹寺期大規(guī)模海侵之后， 滄浪鋪組沉積期，發(fā)生持續(xù)性海退，水體整體上逐漸變淺。馬騰霄等［26-27］對JT1 井等開展碳氧同位素特征分析發(fā)現(xiàn)，JT1井滄一段古鹽度指數(shù)Z 值介于116～123， 變化范圍窄，沉積期內(nèi)水體鹽度較高，海水溫度介于11.6～29.6 ℃，平均溫度為21.3 ℃，為溫暖或炎熱的亞熱帶氣候；陸棚環(huán)境水體鹽度一般為正常鹽度， 較高的水體鹽度證明其水體循環(huán)受限，符合局限臺地沉積水體鹽度特征。 盡管滄一段沉積期古鹽度指數(shù)Z 值變化范圍窄， 但伴隨著水體鹽度一定的波動，海平面升降變化明顯，同時來自西部古陸的物源供給受到裂陷槽的隔檔作用， 使得研究區(qū)內(nèi)整體以碳酸鹽巖沉積為主， 發(fā)育碳酸鹽巖臺地沉積模式。在裂陷槽邊緣的構(gòu)造高部位，水體能量較強，沉積鮞粒石灰?guī)r后，經(jīng)成巖作用改造，形成以殘余白云巖為主的顆粒灘［25］，發(fā)育為局限臺地相；向東地勢平坦開闊，沉積形成以石灰?guī)r為主的開闊臺地相。

滄二段沉積期， 隨著德陽—安岳裂陷槽被逐漸填平補齊，裂陷槽內(nèi)與兩側(cè)水體漸趨一致，可見對應(yīng)沉積的測井GR 值先升后降特征， 此時水體先加深后變淺，碎屑巖沉積區(qū)向東持續(xù)推移， 在靠近物源與裂陷槽的地區(qū)，于沉積早期發(fā)育混積潮坪相；伴隨區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場由區(qū)域伸展背景轉(zhuǎn)換為區(qū)域擠壓背景， 在川中地區(qū)形成了1 個大型隆起，即川中古隆起［2］（北端稱為高石梯-磨溪古隆起，見圖1），加之古陸碎屑物源的持續(xù)供給和水體的變淺， 為沉積晚期形成碎屑潮坪相提供了有利條件。 隨著碎屑物源的持續(xù)供給和海平面升降變化，當水體較深時，沉積物中泥質(zhì)體積分數(shù)增加，對應(yīng)測井GR 值較高；當水體較淺時，沉積物中砂質(zhì)體積分數(shù)增加，對應(yīng)測井GR 值較低。 在這種周期性的水體震蕩變化過程中，隨著水體總體變淺，逐漸形成了廣泛的碎屑潮坪沉積。 至此，滄二段以砂泥巖互層為顯著特征的潮坪相沉積成型，并完成了滄浪鋪期海退的全過程。

龍王廟組沉積早期， 盆地迎來了新一輪的海侵過程，盆地內(nèi)發(fā)育碳酸鹽巖臺地沉積。

4 結(jié)論

1）四川盆地北部地區(qū)滄浪鋪組主要發(fā)育碳酸鹽巖臺地沉積模式，識別出開闊臺地相、局限臺地相和潮坪相3 種沉積相類型，縱向上具有明顯的分異特征，橫向上沉積厚度西薄東厚。滄一段沉積期，在研究區(qū)東北部地勢開闊地帶， 發(fā)育以沉積顆粒石灰?guī)r并發(fā)育小型槽狀交錯層理為主要特征的開闊臺地相臺內(nèi)灘亞相，及以沉積泥晶石灰?guī)r為主要特征的開闊臺地相灘間海亞相；向西至川中古隆起區(qū)，發(fā)育以沉積殘余顆粒白云巖為主要特征的局限臺地相臺內(nèi)灘亞相， 和以沉積灰質(zhì)晶粒白云巖為主要特征的局限臺地相灘間海亞相；沿裂陷槽區(qū)，發(fā)育以泥質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r和砂質(zhì)白云巖為主要巖性的混積潮坪相。 滄二段沉積期，發(fā)育以砂巖、泥巖等碎屑巖為主要巖性的碎屑潮坪相。

2）滄浪鋪組沉積期，水體整體上逐漸變淺。滄一段沉積期，海平面波動明顯，物源供給受到裂陷槽的隔檔作用，研究區(qū)主要沉積碳酸鹽巖，在構(gòu)造高部位發(fā)育以沉積顆粒巖為特征的臺內(nèi)灘亞相， 隨著裂陷槽被逐步填平，來自古陸的碎屑物質(zhì)向東推移。 滄二段沉積期，發(fā)生小規(guī)模的海侵—海退過程，當水體較深時，泥質(zhì)沉積物增多；當水體較淺時，砂質(zhì)沉積物增多。 這種周期性的水體震蕩變化使得滄二段發(fā)育的潮坪相以砂泥巖互層為顯著特征。