四川盆地晚二疊世巖相古地理特征及演化

田雨 （中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，中石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

張興陽 （中石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

何幼斌 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

四川盆地北以米蒼山－大巴山為界，西以龍門山為界，南為大婁山，向東與中揚(yáng)子區(qū)相連，屬揚(yáng)子陸臺一部分，面積約為19×104km2［1］。盆地內(nèi)斷裂廣泛發(fā)育，巴中－龍泉山斷裂帶、華鎣山斷裂帶、七矅山斷裂帶及峨眉－宜賓斷裂帶等4個斷裂帶將四川盆地劃分為川東、川中和川西北3個構(gòu)造區(qū)，各區(qū)構(gòu)造形態(tài)和疊加格局均有所不同［2］。

四川盆地天然氣資源豐富，為中國最大的天然氣生產(chǎn)基地，探明天然氣儲量16497.52×108m3，石油儲量8118.36×104t［3］。上二疊統(tǒng)吳家坪階為研究區(qū)最主要的烴源層之一，碳酸鹽巖和碎屑巖都可生烴，有機(jī)質(zhì)含量高，生烴能力強(qiáng)［4－8］。上二疊統(tǒng)長興組為研究區(qū)重要的產(chǎn)氣層，尤其是川東北和川中地區(qū)臺緣和臺內(nèi)生物礁、生屑灘具有良好的儲集性，已發(fā)現(xiàn)多個氣藏，顯示了四川盆地碳酸鹽巖勘探的良好前景［9－13］。

前人對四川盆地晚二疊世沉積相和古地理方面做了大量的工作，并取得了重要進(jìn)展［14－20］。總體上看，已有的沉積和古地理研究成果或者主要涉及整個中國南方地區(qū)，比例尺總體較小；或者只涉及四川盆地局部地區(qū)，不能滿足四川盆地整體研究需要；或者進(jìn)行古地理研究時沒有定量的觀點。為滿足四川盆地油氣勘探需求，筆者結(jié)合前人研究成果，根據(jù)馮增昭教授倡導(dǎo)的單因素分析多因素綜合作圖法［21－26］，對四川盆地晚二疊世吳家坪期及長興期進(jìn)行了定量的巖相古地理研究，對晚二疊世古地理演化特征進(jìn)行了描述，為烴源巖及儲集巖分布預(yù)測提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 地層特征

露頭及鉆井資料表明，四川盆地上二疊統(tǒng)厚度幾十到幾百米不等，與上覆飛仙關(guān)組及下伏茅口組為平行不整合接觸，上二疊統(tǒng)內(nèi)部為連續(xù)沉積，局部接觸關(guān)系發(fā)生變化可能與構(gòu)造運(yùn)動有關(guān)。

筆者采用傳統(tǒng)的二分法，將四川盆地二疊系劃分為上二疊統(tǒng)和下二疊統(tǒng)，上二疊統(tǒng)分為吳家坪階及長興階，吳家坪階包括峨眉山玄武巖組、宣威組下段、龍?zhí)督M及吳家坪組；長興階包括宣威組上段、長興組及大隆組（見圖1）。

峨眉山玄武巖組位于盆地西部雅安、樂山、仁壽等地區(qū)，巖石類型以大陸環(huán)境噴發(fā)的玄武巖為主；宣威組位于西部樂山、峨眉、威遠(yuǎn)山一帶，也稱沙灣組，巖石類型主要為砂巖、泥巖，含植物化石；龍?zhí)督M位于川中和川南地區(qū)，下部以碎屑巖為主，包括砂巖、泥巖和頁巖，煤層發(fā)育，含植物化石，上部以石灰?guī)r沉積為主，夾頁巖，石灰?guī)r普遍含硅質(zhì)，局部富集形成燧石結(jié)核，見腕足類等生物化石；吳家坪組位于川東和川北地區(qū)，底部王坡頁巖段主要為頁巖、泥巖，夾煤線，含植物化石，上部為燧石結(jié)核石灰?guī)r，頂部為塊狀石灰?guī)r沉積，含正常淺水生物碎屑；長興組位于川南、川中、川東等地區(qū)，巖性主要為生屑－泥晶石灰?guī)r，含藻類、有孔蟲、介形蟲、腕足類等正常的淺水生物；大隆組位于川東北地區(qū)，為一套硅質(zhì)巖、泥巖、頁巖、砂巖、凝灰?guī)r等巖性組合的地層，富含菊石化石。

2 巖相古地理特征

筆者選取的單因素有地層厚度、海相巖含量、淺水碳酸鹽巖含量、深水沉積巖含量、淺水生屑含量以及生物礁分布等，將沉積厚度零值區(qū)定義為剝蝕區(qū)；將除剝蝕區(qū)以外海相巖含量零值區(qū)定義為沖積平原；將淺水碳酸鹽巖含量大于50%的區(qū)域定義為碳酸鹽巖臺地，其中將碳酸鹽巖臺地內(nèi)部淺水生屑含量大于30%的區(qū)域定義為生屑灘，將有生物礁發(fā)育的區(qū)域定義為生物礁；將沖積平原與碳酸鹽巖臺地之間淺水碳酸鹽巖含量小于50%的區(qū)域定義為碎屑巖臺地；深水沉積巖含量介于35%～65%的地區(qū)如果斜坡證據(jù)充分，定為斜坡，如果斜坡證據(jù)不充分，定義為過渡帶；將深水沉積巖含量大于65%的地區(qū)定義為盆地。把各單因素圖疊加綜合分析編制了四川盆地晚二疊世吳家坪期和長興期巖古地理圖（見圖2、圖3）。

圖2 四川盆地晚二疊世吳家坪期巖相古地理圖

圖3 四川盆地晚二疊世長興期巖相古地理圖

2.1 吳家坪期巖相古地理特征

研究區(qū)晚二疊世吳家坪期巖相古地理單元自西向東依次為剝蝕區(qū)、沖積平原、碎屑巖臺地、碳酸鹽巖臺地、斜坡（過渡帶）和盆地，其中碳酸鹽巖臺地內(nèi)發(fā)育低能生屑灘，各古地理單元特征如下。

1）剝蝕區(qū) 位于寶興－名山一線以西，由峨眉山玄武巖組玄武巖組成，為相對隆起區(qū)，是盆地主要的陸源物質(zhì)供給區(qū)。

2）沖積平原 位于寶興－樂山－沐川一線以西緊鄰剝蝕區(qū)發(fā)育，呈南北向條帶狀展布，以宣威組砂巖和泥巖沉積為主，砂巖主要為凝灰質(zhì)砂巖，自西向東砂巖含量逐漸減少，泥巖含量逐漸增大。見植物化石，向東過渡為碎屑巖臺地。

3）碎屑巖臺地 西界為寶興－樂山－沐川一線，東至德陽－鹽亭－遂寧－廣安－重慶一線，分布范圍最廣，為吳家坪期主體沉積。巖石類型以龍?zhí)督M陸相碎屑巖與海相碳酸鹽巖共生為特征，并以陸相碎屑巖為主，包括泥巖、頁巖、粉砂巖，砂巖和煤層等，有機(jī)質(zhì)含量高。自西向東陸源碎屑巖含量逐漸降低，海相碳酸鹽巖含量逐漸增加。化石以植物化石與海相化石共生為特征。

4）碳酸鹽巖臺地 位于德陽－鹽亭－遂寧－廣安－重慶一線以東除去北部廣元－旺蒼－巴中一帶及東部石柱－利川一帶的地區(qū)，分布范圍僅次于碎屑巖臺地。巖石類型以灰色、淺灰色中－厚層狀石灰?guī)r為主，局部地區(qū)發(fā)生白云石化。正常淺水生物常見，局部富集形成生屑灘，生屑之間為灰泥充填，表明沉積環(huán)境水動力條件較弱。

5）斜坡（過渡帶） 碳酸鹽巖臺地與北部盆地之間的區(qū)域斜坡證據(jù)不充分，筆者將其定義為過渡帶；碳酸鹽巖臺地與東部盆地之間的區(qū)域向東延伸至湖北省境內(nèi)，在慈利仁世溪剖面中見濁流沉積［14］，故定義其為斜坡。

6）盆地 研究區(qū)北部和東部地區(qū)有2個盆地，北部的廣元－旺蒼－巴中一帶巖石類型以黑色薄層狀泥、頁巖為主，含黃鐵礦，水體相對閉塞；石柱－利川一帶巖石類型主要為灰黑色薄層狀硅巖、硅質(zhì)頁巖以及深水沉積的薄層石灰?guī)r等，含菊石、放射蟲等生物，水體相對開闊。

2.2 長興期巖相古地理特征

研究區(qū)晚二疊世長興期巖相古地理單元自西向東依次為沖積平原、碎屑巖臺地、碳酸鹽巖臺地、斜坡及盆地，其中碳酸鹽巖臺地內(nèi)發(fā)育生物礁及生屑灘。

1）沖積平原 位于寶興－樂山－沐川一線以西，以宣威組砂巖和泥巖沉積為主，自西向東砂巖含量逐漸減少，泥巖含量逐漸增大，見植物化石。

2）碎屑巖臺地 西界為寶興－樂山－沐川一線，東以邛崍－仁壽－威遠(yuǎn)－宜賓一線為界，巖石類型以陸相碎屑巖與海相碳酸鹽巖共生為特征，并以陸相碎屑巖為主，包括砂巖、粉砂巖、泥巖和頁巖等。自西向東碎屑巖含量逐漸降低，海相碳酸鹽巖含量逐漸增加。化石以植物化石與海相化石共生為特征。

3）碳酸鹽巖臺地 為碎屑巖臺地以東，除去北部廣元－旺蒼－巴中－宣漢－開江－梁平一帶的地區(qū)。分布范圍最廣，為長興期主體沉積。巖石類型以生屑－泥晶石灰?guī)r為主，次為生物礁石灰?guī)r，局部地區(qū)發(fā)生白云石化。臺地內(nèi)部淺水生物較發(fā)育，局部富集形成生屑灘，生屑灘之間多為泥晶方解石膠結(jié)，局部為亮晶方解石膠結(jié)；另外長興期一個顯著特征為碳酸鹽巖臺地內(nèi)生物礁發(fā)育，其中大部分生物礁圍繞巴中－通江－宣漢－開江－梁平一帶呈條帶狀展布，與該處地層厚度高值區(qū)對應(yīng)，另外在盆地中部地區(qū)也有生物礁分布。

4）斜坡 位于研究區(qū)北部，見碎屑流沉積，呈狹窄的條帶狀展布，且東部較西部更窄，表明東部斜坡較西部斜坡更陡。

5）盆地 北部的廣元－旺蒼－巴中－宣漢－開江－梁平地區(qū)為深水盆地，巖石類型以黑色薄層狀泥晶石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r、硅巖、泥巖和頁巖為主，含海綿骨針、菊石、放射蟲等生物，沉積環(huán)境水體相對較深。

3 巖相古地理演化與沉積模式

早二疊世末期，由于受到東吳運(yùn)動的影響，四川盆地普遍抬升，茅口組頂部地層遭受不同程度的剝蝕，上二疊統(tǒng)底部普遍發(fā)育著一套鋁土質(zhì)泥巖沉積，導(dǎo)致了上下二疊統(tǒng)之間呈平行不整合接觸。伴隨著強(qiáng)烈的拉張作用，盆地西部玄武巖噴發(fā)，成為四川盆地的主要物源區(qū)。陸源區(qū)以東發(fā)生相對沉降，沖積扇和河流相開始沉積，巖石類型以凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖以及灰色塊狀泥巖為主，河流相具有典型的下粗上細(xì)的“二元”正粒序結(jié)構(gòu)，底部發(fā)育沖刷面。

吳家坪早期開始，四川盆地發(fā)生海侵，海水開始由北東向南西方向入侵，由于海侵規(guī)模相對較小，在四川盆地范圍內(nèi)形成了廣泛的以陸地作用為主的海陸過渡環(huán)境，在鋁土質(zhì)泥巖之上普遍形成了一套碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)頁巖及煤層等沉積，成為四川盆地重要烴源巖。在此基礎(chǔ)之上，碳酸鹽巖開始發(fā)育，以泥晶石灰?guī)r為主，在盆地東部，石灰?guī)r直接覆蓋于鋁土質(zhì)泥巖之上，代表了初始海泛面。吳家坪晚期隨著海水不斷沿北東向南西方向入侵，盆地東部地區(qū)海水變得開闊，碳酸鹽產(chǎn)率加大，形成了碳酸鹽巖臺地沉積，臺地內(nèi)部發(fā)育少量的生屑灘，生屑之間為泥晶膠結(jié)，反映了沉積環(huán)境水體能量相對較低。在盆地北部的廣元、旺蒼和巴中等地區(qū)以及東部的石柱、利川地區(qū)出現(xiàn)深水的盆地沉積，其范圍相對較小，巖石類型主要為黑色薄層狀泥巖、頁巖、泥晶石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和硅巖等，為一套較好的烴源巖。

長興期海侵規(guī)模變大，隨著海水的持續(xù)入侵，碎屑巖臺地、沖積平原和剝蝕區(qū)逐漸向西南方向退卻，其中剝蝕區(qū)已退出四川盆地，碳酸鹽巖臺地規(guī)模變大，形成該時期四川盆地主體沉積，巖石類型以中－厚層狀生屑－泥晶石灰?guī)r為主，局部地區(qū)發(fā)生白云石化，臺地內(nèi)局部地區(qū)發(fā)育以泥－亮晶生屑石灰?guī)r為主的生屑灘及以生物礁石灰?guī)r為主的生物礁，臺地邊緣形成了厚度異常大的生物礁分布條帶，以障積礁及骨架礁為主，造礁生物主要為海綿、苔蘚和珊瑚等，該地區(qū)生物礁往往與高能生屑灘伴生發(fā)育，經(jīng)歷后期的白云石化作用，儲集性得到極大改善，成為四川盆地重要的儲集巖類型。與此同時，盆地東北部的深水盆地范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，由吳家坪期的廣元、旺蒼和巴中一帶向東南擴(kuò)至開江－梁平地區(qū)，巖石類型主要為灰色－深灰色薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、硅巖及碳質(zhì)泥巖、頁巖等，為一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖組合，另外在臺地與盆地的過渡地區(qū)出現(xiàn)碎屑流沉積，表明碳酸鹽巖臺地邊緣部位坡度變大。

總觀吳家坪期和長興期巖相古地理格局及其演化特征，可以看出它們之間存在著明顯的繼承性和發(fā)展性，吳家坪期巖相古地理格局在長興期繼承和發(fā)展，如吳家坪期沖積平原、碎屑巖臺地、碳酸鹽巖臺地、斜坡（過渡帶）和盆地等古地理單元在長興期依然存在，長興期剝蝕區(qū)已經(jīng)向西移出四川盆地了。四川盆地晚二疊世總體上是一個海侵的過程，海水沿北東向南西方向入侵，吳家坪期的以碎屑巖臺地為主體的古地理格局到長興期演變成以碳酸鹽巖臺地為主體，并且臺地上邊緣出現(xiàn)高能環(huán)境的生物礁灘帶，形成碳酸鹽巖臺地鑲邊構(gòu)造。

目前有關(guān)碳酸鹽巖沉積的綜合模式較多［27－32］。筆者參照以上沉積模式特征，結(jié)合以上研究成果，對四川盆地上二疊統(tǒng)沉積模式進(jìn)行了總結(jié)（見圖4），自西向東依次展布剝蝕區(qū)、沖積平原、碎屑巖臺地、碳酸鹽巖臺地、斜坡及盆地，其中碳酸鹽巖臺地內(nèi)部發(fā)育生物礁和生屑灘。

圖4 四川盆地晚二疊世期沉積模式圖

4 認(rèn)識與結(jié)論

1）四川盆地晚二疊世吳家坪期古地理單元自西向東依次為剝蝕區(qū)、沖積平原、碎屑巖臺地、碳酸鹽巖臺地、斜坡（過渡帶）和盆地；長興期自西向東依次展布沖積平原、碎屑巖臺地、碳酸鹽巖臺地、斜坡和盆地，其中碳酸鹽巖臺地上發(fā)育生物礁和生屑灘。

2）四川盆地晚二疊世總體上是一個海侵的過程，吳家坪期巖相古地理格局在長興期繼承和發(fā)展，吳家坪期的以碎屑巖臺地為主體的古地理格局到長興期演變成以碳酸鹽巖臺地為主體，并且臺地上邊緣出現(xiàn)高能環(huán)境的生物礁灘帶，形成碳酸鹽巖臺地鑲邊構(gòu)造。

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