重慶市合川區(qū)炭壩剖面須家河組沉積相分析

摘要：重慶市合川區(qū)炭壩剖面的須家河組發(fā)育完整，層序清楚，是進(jìn)行沉積相研究的理想剖面。在總結(jié)前人成果的基礎(chǔ)上，對(duì)合川炭壩剖面須家河組進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，通過(guò)分析炭壩剖面的沉積構(gòu)造情況、沉積序列情況、生物組合情況及巖石學(xué)特征情況等，總結(jié)出合川炭壩剖面須家河組的沉積相類(lèi)型。將重慶市合川區(qū)炭壩剖面須家河組劃分為辮狀河三角洲相和湖泊相，包括辮狀河三角洲前緣亞相、淺湖亞相和半深湖亞相，并可細(xì)分為河口沙壩微相、淺湖泥微相、淺湖沙壩微相、水下分流河道微相及分流河道間微相等。

關(guān)鍵詞：炭壩剖面；須家河組；沉積相

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-00-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.015

Sedimentary Facies Analysis of Xujiahe Formation in Tanba Section of Hechuan District， Chongqing City

HE Shuxing， SHI Xuebin， TAN Mei

（Chongqing Natural History Museum， Chongqing 400700， China）

Abstract： The Xujiahe formation of the Tanba section in Hechuan district， Chongqing city is well developed and has clear sequence， which is an ideal section for studying sedimentary facies. Based on the summary of previous study， this paper conducts field investigation and research on the Xujiahe formation of the Tanba section in Hechuan. By analyzing the sedimentary structure， sedimentary sequence， petrological characteristics and biological assemblages of the section， this paper summarizes the sedimentary facies types of the Xujiahe formation in the Tanba section. The sedimentary facies types can be divided into lake facies and braided river delta facies， including braided delta front sub-facies， shallow lake sub-facies and semi-deep lake sub-facies. Furthermore， they can be subdivided into five microfacies， including river mouth sandbar， shallow lake mud， shallow lake sand bar， underwater distributary channel and interdistributary channel.

Keywords： Tanba section; Xujiahe formation; sedimentary facies

晚三疊世須家河組是在四川盆地進(jìn)行天然氣資源勘探開(kāi)發(fā)最重要的層系之一[1]。目前，關(guān)于四川盆地須家河組沉積相的研究，主要集中在盆地邊緣（川東北、川西）和川中地區(qū)。對(duì)于四川盆地邊緣（川東北、川西）須家河組沉積相特征的認(rèn)識(shí)比較統(tǒng)一，須一段主要為海陸過(guò)渡相，須二段至須六段為陸相沉積，主要包括沖積扇沉積-河流沉積-辮狀河三角洲沉積-湖泊和沖積扇沉積-扇三角洲沉積-湖泊沉積兩種模式[2-9]。大多學(xué)者認(rèn)為川中地區(qū)須家河組主要為潮濕環(huán)境下形成的含煤河流-三角洲-湖泊沉積[10-15]。重慶市合川區(qū)炭壩剖面為四川盆地須家河組的典型剖面之一，有必要分析其沉積相。以合川炭壩剖面須家河組為研究對(duì)象，依據(jù)沉積構(gòu)造情況、沉積序列情況、生物組合情況、巖石學(xué)特征情況等因素，結(jié)合現(xiàn)有研究成果探討其沉積相的變化情況，希望能夠?yàn)樗拇ㄅ璧仨毤液咏M資源勘探開(kāi)發(fā)和地質(zhì)研究提供地質(zhì)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地位于揚(yáng)子地塊的西北側(cè)，為一級(jí)構(gòu)造單元[16]。周緣造山帶的環(huán)繞分布成為四川盆地的一個(gè)顯著特點(diǎn)，盆地東部與中揚(yáng)子板塊雪峰陸內(nèi)褶皺帶相鄰，北接米倉(cāng)山-大巴山推覆造山帶，西部緊鄰龍門(mén)山推覆造山帶，南部則是云貴高原、峨眉山、涼山斷塊褶皺帶[17-18]。根據(jù)須家河組構(gòu)造-沉積格局，鄭榮才等人將四川盆地劃分為川東南、川東北、川西3個(gè)拗陷區(qū)和川中前陸隆起區(qū)4個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，合川炭壩剖面處于川中前陸隆起的東側(cè)，與川東南拗陷緊鄰，如圖1所示[2]。

2 地層特征

合川炭壩剖面須家河組地表出露良好，剖面完整，頂?shù)捉缜宄?，地層厚約490 m，垂向上。砂巖與泥巖常組成以砂巖為主的不等厚韻律層，夾薄煤層、煤線，含植物、雙殼類(lèi)及葉肢介等化石。采用文獻(xiàn)[19]的劃分方案，將該剖面劃分為6個(gè)巖性段：須家河組一段的巖石粒度總體較細(xì)，主體為深色頁(yè)巖、中至粗粒砂巖夾薄層粉砂巖、煤線等；須家河組二段的巖石粒度較粗，為細(xì)至中粒砂巖夾薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等；須家河組三段巖的石粒度較細(xì)，巖性主要為深灰色頁(yè)巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖及煤線等；須家河組四段的巖石粒度較粗，主體為中至粗粒砂巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖等；須家河組五段的巖石粒度整體較細(xì)，主體為灰色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾粉砂巖、薄煤層、煤線等；須家河組六段的巖石粒度整體較粗，主體為中至粗粒砂巖夾薄層砂質(zhì)頁(yè)巖。

3 沉積相分析

3.1 巖石學(xué)特征

中-粗砂巖代表水動(dòng)力條件較礫巖有所減弱，往往形成于濱淺湖、河口壩、分流河道等沉積環(huán)境。粉砂巖通常代表較弱的水動(dòng)力條件，往往產(chǎn)于河口沙壩、遠(yuǎn)砂壩等。含有大量植物化石碎片的灰色泥頁(yè)巖通常形成于淺湖、水下分流河道間等環(huán)境。黑色碳質(zhì)頁(yè)巖常形成于湖泊環(huán)境，煤層通常形成于沼澤環(huán)境。須家河組二段、四段、六段底部常發(fā)育含礫砂巖，沉積物粒度由下至上逐漸減小，為河道沉積。須家河組一段、三段、五段廣泛發(fā)育黑色泥、頁(yè)巖等深色沉積物，含大量保存較好的植物化石，并常常夾有煤線或煤層。

3.2 沉積構(gòu)造

通過(guò)地表剖面觀察，合川炭壩剖面上三疊統(tǒng)須家河組中原生沉積構(gòu)造豐富，主要有底沖刷構(gòu)造、水平層理、平行層理、板狀交錯(cuò)層理、浪成沙紋層理及槽狀交錯(cuò)層理等，能夠反映水動(dòng)力的強(qiáng)弱、水流方向、沉積速率、水深等，是沉積環(huán)境的重要標(biāo)志之一[19-20]。

3.3 古生物學(xué)標(biāo)志

生物與其生活的環(huán)境是不可分割的統(tǒng)一體，由于環(huán)境不同，生物的數(shù)量、類(lèi)別、形態(tài)大小等方面都存在較大區(qū)別。因此，根據(jù)地層中的生物化石組合情況，大致判斷其所處的沉積環(huán)境[21-22]。炭壩剖面須家河組四段、六段發(fā)現(xiàn)有大量植物莖干化石，一段、三段、五段可見(jiàn)煤線和植物化石，說(shuō)明晚三疊世研究區(qū)為具有濕潤(rùn)、溫暖氣候特征和還原條件的陸相沉積環(huán)境。

3.4 其他標(biāo)志

其他標(biāo)志主要指與區(qū)域構(gòu)造演化有關(guān)的地層層序結(jié)構(gòu)等。例如，沖積扇形成時(shí)陸源物質(zhì)供應(yīng)速度很快，因而在垂向上其沉積物的粒度呈現(xiàn)出上粗下細(xì)的特點(diǎn)[21]。曲流河發(fā)育了完整的二元結(jié)構(gòu)，由河道沉積和洪泛平原沉積（堤岸、河漫灘、牛軛湖等）組成；辮狀河發(fā)育了不完整的二元結(jié)構(gòu)，無(wú)堤岸和牛軛湖等亞相。合川炭壩剖面須家河組四段和六段發(fā)育了巨厚的分流河道砂巖，無(wú)分流河道間沉積，為典型的辮狀河沉積特征。

4 沉積相劃分

在野外露頭觀察、地層剖面測(cè)量、化石取樣鑒定等的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合分析沉積構(gòu)造情況、沉積序列情況、巖石學(xué)特征及生物組合情況等，將研究區(qū)須家河組劃分為湖泊相與辮狀河三角洲相兩種沉積相類(lèi)型，包括辮狀河三角洲前緣亞相、淺湖亞相及半深湖亞相，并可細(xì)分為淺湖泥微相、淺湖沙壩微相、河口沙壩微相、水下分流河道微相及分流河道間微相等。合川炭壩剖面須家河組沉積相柱狀圖如圖2所示。

4.1 辮狀河三角洲沉積

辮狀河三角洲沉積主要發(fā)育于須家河組二段、四段和六段地層中。河流由山口流出經(jīng)過(guò)沖積平原后分叉形成辮狀河，而后流入湖中，以湖岸為界分為平原和前緣兩個(gè)亞相[23-25]。重慶市合川區(qū)炭壩剖面須家河組辮狀河三角洲亞相中發(fā)育有河口沙壩、水下分流河道間及水下分流河道等微相。

劃分辮狀河三角洲沉積相的主要依據(jù)如下。第一，沉積巖以砂巖為主，以向上變細(xì)的旋回（研究區(qū)內(nèi)四段和六段）為砂質(zhì)辮狀河體系的典型特征[26]。第二，強(qiáng)烈的沖刷可能造成下部砂巖遭到侵蝕，造成砂巖在垂直方向上不斷重疊發(fā)育，而每一組砂體之間常?？梢?jiàn)明顯的沖刷面。這種情況屬于典型的辮狀河道沉積[27]。第三，砂巖以大型板狀交錯(cuò)層理和槽狀交錯(cuò)層理等為主，次要發(fā)育代表低水流量期分流河道間沉積的水平層理等。第四，由于河道側(cè)向遷移，沖刷面下的細(xì)粒沉積常被侵蝕，發(fā)育不完整的二元結(jié)構(gòu)。

4.1.1 辮狀河三角洲前緣亞相

河口壩、水下分流河道沉積和水下分流河道間沉積是組成重慶市合川區(qū)炭壩剖面須家河組中辮狀河三角洲前緣的主要沉積類(lèi)型。辮狀河三角洲分流河道的水下部分，相對(duì)于水上部分而言，其沉積物的粒度整體更細(xì)、顏色整體更深。其中，區(qū)別辮狀河三角洲前緣與辮狀河三角洲平原最顯著的特征為分流河道間沉積，辮狀河三角洲前緣分流河道間沉積形成于水動(dòng)力相對(duì)較弱的水下弱還原環(huán)境中，其巖性多呈灰色及灰綠色；辮狀河三角洲平原在河道兩側(cè)的越岸沉積植被較豐富，發(fā)展為沼澤環(huán)境，沉積黑色泥巖和碳質(zhì)頁(yè)巖，并可形成煤層。辮狀河三角洲水下部分不發(fā)育決口扇和天然堤，表現(xiàn)為不完整的二元結(jié)構(gòu)，這與曲流河三角洲的沉積結(jié)構(gòu)明顯不同[28]。

第一，水下分流河道微相。水下分流河道在炭壩剖面須家河組中主要發(fā)育于第二段、第四段和第六段。水下分流河道是辮狀河道入湖后在水下的延續(xù)部分，與平原亞相的辮狀河道沉積相比，其沉積物粒度更細(xì)。此外，其沉積的砂體成層內(nèi)部可見(jiàn)砂巖透鏡體，在垂直方向上，下部粒度更粗，向上逐漸變細(xì)[29-33]。此外，在砂體底部常見(jiàn)沖刷面構(gòu)造，有時(shí)可見(jiàn)泥礫、砂包泥，大型交錯(cuò)層理和平行層理亦常見(jiàn)。

第二，水下分流河道間微相。合川炭壩剖面須家河組的水下分流河道間沉積主要發(fā)育于第四段和第六段。水下分流河道間的水動(dòng)力相對(duì)較弱，在此環(huán)境下形成的沉積物粒度較細(xì)，表現(xiàn)為淺灰色、灰綠色的粉砂巖、泥巖，常發(fā)育有水平層理和交錯(cuò)層理等[34-35]。此外，因?yàn)樗路至骱拥澜?jīng)常改道，所以河道間沉積物常常遭到?jīng)_刷破壞，沉積厚度不大，并在其頂部常見(jiàn)沖刷面，與水下分流河道微相構(gòu)成不完整的二元結(jié)構(gòu)。

第三，河口沙壩微相。在水下分流河道的末端和側(cè)緣，由于流速降低，沉積物堆積形成河口沙壩。河口沙壩主要由分選較好、質(zhì)地較純的細(xì)砂和粉砂巖構(gòu)成，并且其常常同遠(yuǎn)沙壩的粉砂巖沉積和前三角洲黏土沉積構(gòu)成下細(xì)上粗的垂向序列。研究區(qū)內(nèi)的河口沙壩主要由中細(xì)砂和粉砂巖組成，與遠(yuǎn)沙壩的粉砂巖沉積和前三角洲黏土沉積構(gòu)成從下到上粒度逐漸變粗的逆粒序結(jié)構(gòu)，在第三段中上部有發(fā)育。

第四，遠(yuǎn)砂壩微相。合川炭壩剖面須家河組的遠(yuǎn)砂壩微相主要發(fā)育于第三段中上部。遠(yuǎn)砂壩位于河口砂壩較前方的部位，為辮狀河三角洲前緣的末端沉積。沉積物較河口砂壩細(xì)，主要由灰色粉砂巖和細(xì)砂巖組成，沉積厚度薄，常夾有前三角洲泥質(zhì)沉積物[36]。

4.1.2 前三角洲亞相

前三角洲亞相位于浪基面以下，處于弱水動(dòng)力環(huán)境中，沉積物主要為懸移質(zhì)的黏土，粒度很細(xì)，顏色較深。巖性主要是泥巖、頁(yè)巖，與淺湖泥過(guò)渡接觸，缺少明顯的巖性界線，不易區(qū)分，化石較豐富[37-38]。

4.2 湖泊沉積

根據(jù)水體深度和沉積巖特點(diǎn)，可以將湖泊沉積體系劃分為濱湖亞相、淺湖亞相、半深湖亞相及深湖亞相等。合川炭壩剖面須家河組的湖泊相在須家河組一段、三段和五段廣泛發(fā)育，以淺湖亞相為主，僅發(fā)育有少量半深湖亞相沉積。

4.2.1 淺湖亞相

淺湖亞相主要指濱湖沉積以下至波基面以上的地帶，巖性主要為泥巖、粉砂巖，有時(shí)有細(xì)砂巖透鏡體。該地帶的湖底經(jīng)常浸沒(méi)在水面之下，水體較淺，波浪和湖流作用的影響較強(qiáng)，氧氣較充足，透光性較好，各種水生生物很繁盛。植物有各種水草和藻類(lèi)，動(dòng)物化石主要是腹足類(lèi)、瓣鰓類(lèi)、昆蟲(chóng)、魚(yú)類(lèi)等。巖石顏色主要呈淺灰色、灰綠色；巖性以泥巖、頁(yè)巖為主，夾泥質(zhì)粉砂巖或粉砂巖，常見(jiàn)炭化的植物碎屑。淺湖亞相又可細(xì)分為淺湖泥微相和淺湖砂壩微相等。

第一，淺湖泥微相。合川炭壩剖面須家河組的淺湖泥巖微相巖性組成比較單一，主要為灰黑色、灰綠色的泥巖和頁(yè)巖，可夾有砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)頁(yè)巖或粉砂巖。沉積物中常含有豐富的動(dòng)植物化石和有機(jī)組分，并以?shī)A有煤層和煤線為特色，同時(shí)發(fā)育有黃鐵礦結(jié)核。

第二，淺湖沙壩微相。當(dāng)砂質(zhì)供應(yīng)充分時(shí)，淺湖區(qū)易形成沙壩。每層砂體厚度不一，主要為薄層至中層粉砂、細(xì)砂巖，發(fā)育浪成沙紋層理。合川炭壩剖面須家河組的淺湖沙壩微相主要發(fā)育于第三段和第五段。

4.2.2 半深湖亞相

半深湖亞相形成于水體較深的還原環(huán)境，沉積物以灰黑色、深灰色的泥巖、頁(yè)巖為主，可見(jiàn)泥灰?guī)r[39]。研究區(qū)內(nèi)的須家河組主要發(fā)育于第一段下部和第五段的底部。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)合川炭壩剖面須家河組的詳細(xì)踏勘、觀察，在巖石巖性、沉積構(gòu)造、巖石組合特征、生物化石等沉積相識(shí)別標(biāo)志研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了研究區(qū)內(nèi)須家河組的沉積特點(diǎn)。第一，合川炭壩剖面須家河組形成于潮濕溫暖的陸相沉積環(huán)境。第二，合川炭壩剖面須家河組具有明顯的6個(gè)巖性段。須家河組一段、三段和五段以泥、頁(yè)巖沉積為主，形成于湖面相對(duì)上升時(shí)期；須家河組二段、四段和六段以細(xì)至粗粒砂巖沉積為主，形成于湖面相對(duì)下降時(shí)期。第三，合川炭壩須家河組沉積相主要為辮狀河三角洲相和湖泊相。其中，辮狀河三角洲相以辮狀河三角洲前緣亞相為主，細(xì)分為水下分流河道微相、分流河道間微相及河口沙壩微相等。湖泊相分為淺湖亞相和半深湖亞相，淺湖亞相又細(xì)分為淺湖泥微相及淺湖砂壩微相。

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作者簡(jiǎn)介：何樹(shù)興（1990—），男，四川成都人，碩士，館員。研究方向：古生物學(xué)與地層學(xué)。