四川廣元上寺二疊系層序地層研究

陳 玉，肖傳桃 （長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

1 區(qū)域地質概況

隨著勘探和開發(fā)的不斷深入，眾多地質學家對四川盆地二疊系層序地層學進行了一系列的研究，近年來，全國地層委員會采用了與國際上相同的二疊系三分的方案，即將蜓類（假希瓦格蜓）帶之底為石炭系與二疊系界面，而將原陽新統(tǒng)作為中二疊統(tǒng)，原上二疊統(tǒng)不變[1]。廣元上寺位于四川省的西北部，該區(qū)二疊系-三疊系剖面為全球二疊系-三疊系之交的典型備選剖面之一。該剖面為一連續(xù)沉積的海相剖面，其二疊系發(fā)育較齊全，且保存良好[2]。該剖面出露的二疊系厚約151.2m，從下到上依次為棲霞組、茅口組、吳家坪組和大隆組：①棲霞組。研究區(qū)內該組主要巖性為中厚層薄紋層灰?guī)r、白云質灰?guī)r，厚14.4m。②茅口組。研究區(qū)內該組自下而上分為茅一段、茅二段、茅三段，厚度約為32.6m。茅一段主要巖性為灰色中厚層狀生物灰?guī)r夾頁巖；茅二段主要巖性為灰色中-厚層狀灰質白云巖；茅三段主要巖性為灰色厚層夾薄層頁巖。③吳家坪組。研究區(qū)內該組厚度約為88.1m，主要巖性為中-厚層狀生物灰?guī)r，見燧石團塊及層狀珊瑚礁層，含蜓及腕足化石，其底部為含煤砂、頁巖，含腕足、菊石、植物化石及其碎片，與下伏茅口組間呈平行不整合接觸。④大隆組。研究區(qū)內該組為長興組的同時異相沉積。大隆組在四川盆地北緣廣元、旺蒼、城口、巫山等地有地表出露，在各地發(fā)育厚度不一，從數(shù)米到數(shù)十米不等，研究區(qū)內該組厚度約為17m，其巖性為灰、灰黑色硅質頁巖、鈣質頁巖夾砂巖組成的以富含Pseudotirolites菊石群為特征的地層體。

2 沉積相類型及特征

在分析研究區(qū)二疊系的巖石類型和生物生態(tài)特征的基礎上，結合前人的研究，將廣元上寺二疊系碳酸鹽巖沉積相劃分為4種相類型，并進一步劃分為5種亞相和5種微相 （見圖1）。

棲霞組是全球石炭紀-二疊紀冰期極地冰蓋逐漸消融、全球大規(guī)模海侵背景下形成的一套特殊的碳酸鹽巖地層[2]。棲霞組和茅口組為緩坡體系，其中棲霞組中部及茅口組下部主要是外緩坡相。緩坡位于內緩坡下部地勢較低位置，坡度較內緩坡稍陡一些，屬潮下低能環(huán)境。棲霞組下部及上部，茅口組中上部主要沉積相類型是內緩坡相。

棲霞組和茅口組地層主要的沉積相類型是緩坡型碳酸鹽巖臺地沉積體系，緩坡型碳酸鹽巖臺地沉積體系是碳酸鹽巖沉積中較為獨特的一類沉積體系，它主要與鑲邊臺地沉積相對應，主要沉積特征是臺地地形平緩，并且由岸邊向廣海緩緩延伸，呈一均勻傾斜的地面，其傾斜角一般小于1°，其上的碳酸鹽沉積物表現(xiàn)為近濱岸的高能淺灘顆?；?guī)r，向海方向逐漸變成較深水碳酸鹽沉積物并最終成為盆地泥質巖類，此外在該類斜坡上由于地形坡度較緩，重力流沉積不發(fā)育。緩坡沉積體系根據(jù)內部水體深度、水動力特征等可分為內緩坡、外緩坡和深緩坡等亞相。

吳家坪組主要的沉積相類型是臺地邊緣體系，臺地前緣斜坡位于臺地邊緣向海一側區(qū)域，水體大多處于風暴浪基面之下，水體能量極低，沉積物以深水原地沉積為主，并發(fā)育有碎屑流、濁流等重力流沉積。

大隆組主要的沉積相類型是陸棚沉積體系，陸棚-盆地沉積體系位于臺地邊緣向海一側深水環(huán)境，沉積于風暴浪底之下至深海盆地盆底之間的區(qū)域，地勢平坦，范圍寬廣。水體運動很弱或處于靜止條件，為低能帶，只有間歇性的風暴作用能形成能在短時間內形成高能環(huán)境沉積。沉積物以暗色細?；夷嗍?guī)r和頁巖為主。

3 層序地層的劃分

據(jù)露頭層序地層研究結合鄰區(qū)鉆井及地震資料，采用P.R.Vail的層序地層學定義方案，依據(jù)界面性質及層序組成特征，將廣元上寺二疊系劃分為8個Ⅲ級層序 （見圖1）。

圖1 四川廣元上寺二疊系沉積相與層序地層柱狀圖

3.1 SQ1 （Ⅲ級層序1）

該層序相當于棲霞組中-上部，其底界面為巖性和巖相轉化界面，屬Ⅱ型層序界面，層序內部由海侵體系域和高位體系域構成，海侵體系域由內緩坡-外緩坡相深灰色泥晶灰?guī)r或眼球狀灰?guī)r構成，總體呈退積式疊加方式堆積，其中發(fā)育廣布型的生物化石Hayasakaia。在研究區(qū)內，最大海泛面附近多發(fā)育暗色鈣質泥頁巖沉積。高位體系域由內緩坡相灰色中-厚層生物碎屑灰?guī)r或白云質灰?guī)r構成，且呈加積至進積的堆積方式沉積，反映在高位體系域時期由于可容空間增長速率減慢，沉積物堆積速率相應增加，水體逐漸變淺。

3.2 SQ2 （Ⅲ級層序2）

該層序界面為棲霞組與茅口組接觸界面，為一巖性和巖相轉換界面，屬Ⅱ型層序界面，界面之下為棲霞組內緩坡淺灘亞相淺灰色厚層生屑灰?guī)r，界面之上為茅口組外緩坡相黑色頁巖夾泥晶灰?guī)r或內緩坡相灘間?；疑嗑Щ?guī)r，為一水體加深的海侵上超界面。海侵體系域主要由外緩坡相具眼球和眼皮狀泥晶灰?guī)r夾頁巖構成，總體上呈現(xiàn)退積式疊加方式堆積。在研究區(qū)內，最大海泛面附近多發(fā)育暗色鈣質泥頁巖沉積并導致Neoschwagerina-Verbeekina群落的出現(xiàn)。高位體系域由內緩坡淺灘亞相生物屑灰?guī)r組成，且呈加積至進積的堆積方式沉積，反映了在高位體系域時期，由于可容空間增長速率的減慢，沉積物堆積速率相應增加，導致相對海平面逐漸降低。

3.3 SQ3 （Ⅲ級層序3）

該層序底界面為一巖性和巖相轉換界面，屬Ⅱ型層序界面，界面之下為SQ3高位體系域由內緩坡淺灘亞相生物屑灰?guī)r構成，界面之上為灰色厚-中層泥晶灰?guī)r。該層序的海侵體系域主要由內緩坡相灰色厚-中層泥晶灰?guī)r或外緩坡相具眼球和眼皮狀構造的泥晶灰?guī)r夾頁巖沉積構成，生物化石以綠藻、腹足、瓣鰓和有孔蟲為主，發(fā)育Verbeekina-Pseudodoliolina群落。高位體系域由內緩坡相淺灘亞相厚層生物屑灰?guī)r組成，生物化石以綠藻、海百合莖、腕足、復體珊瑚、棘皮為主。從生物化石的縱向分布上來看，明顯具有以最大海泛面為界的對稱性特征，表明一次完整的海水升降旋回。

3.4 SQ4 （Ⅲ級層序4）

該層序底界面為一巖性和巖相轉換界面，屬Ⅱ型層序界面，界面之下為一套內緩坡相淺灘亞相淺灰色厚層狀生物屑灰?guī)r，界面之上為外緩坡相黑色碳質頁巖夾薄層硅質巖。層序內部海侵體系域主要由一套內緩坡相灰色厚層-中層生物碎屑灰?guī)r或外緩坡相頁巖夾硅質巖構成。在研究區(qū)內，最大海泛面附近多發(fā)育發(fā)育暗色鈣質泥頁巖沉積，高位體系域由淺灘亞相生物碎屑灰?guī)r沉積組成，生物碎屑以蜓類為主，反映在高海平面時期海平面最初由水體較深、安靜、光照不足的盆地環(huán)境轉為水體較淺、流動、光照充足的臺地環(huán)境。

3.5 SQ5 （Ⅲ級層序5）

該層序底界面為中、上二疊統(tǒng)之間的界面，為一升隆侵蝕不整合面層序界面。中二疊世末期，由于東吳運動的影響，在上揚子地區(qū)發(fā)生了一次較大規(guī)模的構造抬升，使得研究區(qū)發(fā)生暴露剝蝕，同時發(fā)生了沉積相帶向盆地遷移的現(xiàn)，因而該界面屬I型層序界面。之后該區(qū)開始下降并接受沉積，形成了一套濱岸沼澤相黑色頁巖夾煤層沉積或陸相碎屑巖沉積 （構成該層序的低位體系域），與此同時，該區(qū)還發(fā)生了大規(guī)模的基性噴發(fā)。該區(qū)的海侵體系域主要由一套開闊臺地相灰色泥晶灰?guī)r或陸棚斜坡-盆地相燧石條帶灰?guī)r與硅質巖互層組成，其中的生物碎屑以棘皮、海綿、瓣鰓、腹足為主。在最大海泛面附近可見一套黑色硅質巖夾黑色碳質頁巖，高位體系域主要由開闊臺地相或陸棚斜坡相灰色中-厚層含生屑微晶灰?guī)r和碳質頁巖或白云質灰?guī)r組成。

3.6 SQ6 （Ⅲ級層序6）

該層序相當于吳家坪組的中部，其底界面為一巖性巖相轉換界面，界面較平整，界面下由開闊臺地相或陸棚斜坡相灰色中-厚層含生屑微晶灰?guī)r和碳質頁巖或白云質灰?guī)r組成，界面上為一套開闊臺地相的灰色中層含硅質白云質泥晶灰?guī)r沉積。該層序海侵體系域和高位體系域均由灰色中層含硅質白云質泥晶灰?guī)r沉積組成，反映在陸棚斜坡區(qū)域高位體系域與海進體系域的可容空間變化不太明顯。

3.7 SQ7 （Ⅲ級層序7）

該層序相當于大隆組中下部，其底界面為巖性和巖相轉化界面，層序內部由海侵體系域和高位體系域構成，海侵體系域由陸棚相-盆地亞相硅質巖構成，總體呈退積疊加方式堆積。高位體系域由灰色頁巖沉積組成，總體呈進積疊加方式堆積，由于可容空間增加，海平面較高，氣候較濕潤，Pseudotirolites菊石群出現(xiàn)并大量繁殖。

3.8 SQ8 （Ⅲ級層序8）

該層序相當于大隆組上部，其底界面為巖性和巖相轉化界面，與SQ7相似，層序內部由海侵體系域和高位體系域構成，并均有灰黑色薄-中層狀硅質巖與灰色薄層灰?guī)r互層。

4 海平面變化及其影響

二疊紀初期，盆地全面下沉，古陸全被淹沒，廣泛海侵使中、下二疊統(tǒng)覆蓋于石碳系、志留系或奧陶系之上[1]。棲霞早期，隨著海平面進一步上升，海侵加劇，研究區(qū)幾乎全部被海水淹沒，但總體上水體較淺。棲霞晚期開始海退，其后的茅口早期又開始海侵，隨后海水向北退出，但并未完全退出，又開始新一輪的海侵。茅口晚期末發(fā)生東吳運動，上揚子地區(qū)構造活動劇烈，研究區(qū)內多有火山活動，地殼隆升，遭受剝蝕，沉積環(huán)境由海域盆地轉為陸上成煤環(huán)境，局部地區(qū)遭受剝蝕，與上覆上二疊統(tǒng)吳家坪組呈不整合接觸[3]。在吳家坪組和大隆組時期，海平面經(jīng)歷了一個上升→下降的旋回，反映水體深度經(jīng)歷了淺→深→淺的變化過程。

5 結 論

1）廣元上寺二疊系劃分為4種相類型，并進一步劃分為5種亞相和5種微相。其中棲霞組下部及上部，茅口組中上部主要沉積相類型是緩坡體系的內緩坡相。吳家坪組主要的沉積相類型是臺地邊緣體系。大隆組主要的沉積相類型是陸棚沉積體系。沉積演化方面經(jīng)歷了從棲霞茅口組的緩坡相，到吳家坪組臺地邊緣相，再到大隆組的盆地相演化過程，其臺地結構經(jīng)歷了緩坡型及鑲邊型的演化階段。

2）依據(jù)界面性質及層序組成特征，研究區(qū)廣元上寺二疊系可進行了詳細的層序地層劃分，將其劃分為8個Ⅲ級層序 （SQ1～SQ8）。

3）廣元上寺二疊系棲霞組和茅口組時期，海平面經(jīng)歷了一個上升→下降的旋回；吳家坪組和大隆組時期，海平面同樣經(jīng)歷了一個上升→下降的旋回。

[1]吳聯(lián)錢，胡明毅.四川盆地中二疊統(tǒng)層序地層學研究[J].石油地質與工程，2010，24（6）：10-13.

[2]李朋威，吳夏，白曉，等.四川廣元上寺剖面二疊系棲霞組沉積碳庫與有機碳埋藏[J].古地理學報，2010，12（3）：301-306.

[3]向娟，胡明毅.四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組沉積相分析[J].石油地質與工程，2011，25（1）：15-19.