差異型碳酸鹽巖緩坡特征及沉積格局

摘要：復雜構造背景導致川西地區中二疊統碳酸鹽巖沉積格局不清。為明確有利沉積相帶展布規律，采用碳酸鹽巖石學、古生物、地震資料結合的方法，對區內棲霞-茅口組沉積特征進行系統分析。研究表明川西地區中二疊統碳酸鹽巖受龍門山-米倉山前帶差異性構造沉降背景控制，原始沉積物類型復雜，多發育蟲-藻組合，地震剖面顯示為低緩沉積背景、典型臺地特征不明顯，總體屬北東傾斜的差異型碳酸鹽巖緩坡沉積。棲霞組二段及茅口組3段內緩坡砂屑灘及生屑灘于龍門山前緣呈狹長形分布，中緩坡生物灘在廣元-旺蒼一帶呈寬弧狀分布。古地貌差異控制了棲霞-茅口組灘體“八”字形分布的沉積格局。關鍵詞：四川盆地；中二疊統；差異型碳酸鹽巖緩坡；沉積相模式 中圖分類號：P 5122文獻標志碼： A

Abstract：The Middle Permian Qixia and Maokou succession of the western Sichuan Basin represents a differential carbonate ramp depositional system.Depositional characters and geometry of Qixia and Maokou Formation in study area are analyzed from lithology，palaeontology and seismic data.Carbonate rocks prominent made up of wackestone，packstone and siliceous shale.Palaeocoenosis that composed by assemble of foraminifer alga has high differentiation index.Moreover，seismic profile shows the gentle slope deposits.Bioclastic banks and psammitic banks of inner ramps in steep side of differential carbonate ramp are slim and parallel with longman mountains.Whereas bioclastic banks of middle ramp in gentle side main rolling parallel with GuangyuanWangcang ocean trough，bioclastic banks of high energy are partly developed.Depositional framework of banks which shows herringbone shaped are controlled by palaeogeomorphology in Qixia and Maokou periods.Key words：Sichuan basin；middle Permian；differential carbonate ramp；depositional facies

0引言作為碳酸鹽巖油氣藏預測的基礎，沉積相研究對古代沉積的精確描述和解釋意義重大。隨著碳酸鹽巖古生物類型、沉積構造、水動力條件、沉積組構等研究的深入[1-2]，碳酸鹽巖高分辨率層序地層學、海平面變化與沉積體演化規律方面研究逐漸受到重視[3-6]；T-C-M“碳酸鹽巖工廠”及碳酸鹽巖沉積速率、生長潛力、分布形態之間關系的研究[7]正逐步系統化；層序格架控制下露頭、地震正演結合模擬礁灘生長的方法技術也在不斷發展[8-11]。強調碳酸鹽巖宏觀和微觀分析緊密結合的方法，全面、系統地概括不同沉積微相的具體特征也是近期碳酸鹽巖沉積相研究的主要方向之一。以Wilson模式為主要指導的國內多個碳酸鹽巖盆地的油氣勘探取得的了較大突破，尤以塔里木盆地奧陶系、四川盆地普光氣田及龍崗地區二疊、三疊系臺緣礁灘體的勘探最為明顯[12-13]。然而四川盆地特殊的基底構造導致沉積環境差異較大，多年勘探歷程亦表明經典碳酸鹽巖臺地模式應用于區內中二疊統沉積相研究尚存在缺陷。

針對川西地區中二疊統沉積相模式，前人結合野外露頭、巖心觀察等做過大量研究，目前主要有碳酸鹽均斜緩坡[11]和鑲邊臺地沉積模式[14-16]等觀點，為川西地區中二疊統顆粒灘的主要分布范圍提供了重要的指導。但鑒于川西地區范圍廣、巖石類型復雜、原始組構被破壞及受構造影響等因素，研究區中二疊統灘體分布尚未完全遵從緩坡模式（隨機性）或臺地模式（沿臺地邊緣分布），而呈“八”字形分布，表明川西地區中二疊統沉積格局復雜，亟待深入。因此，本次結合露頭、巖心、古生物、測井及地震等資料開展綜合研究，以期為研究區棲霞-茅口組灘體分布規律研究提供指導。

1地質概況川西地區位于上揚子準地臺四川盆地西部，呈北東向分布于龍門山山前斷褶構造帶、米倉山前緣斷褶帶、川北平緩構造帶、峨眉山前緣斷褶帶及川西南部平緩構造帶之間，位于復雜構造地質背景（圖1（a））。目前該區鉆遇中二疊統探井30余口，鉆井成果揭示區內中二疊統地層具較大油氣勘探潛力。川西地區中二疊統棲霞-茅口組碳酸鹽巖地層厚200～400 m，整體較連續，自下向上按顏色和巖性劃分出棲霞組棲一段、棲二段和茅口組茅一段、茅二段、茅三段及茅四段。主要巖性為灰色、深灰色顆粒灰巖、灰質白云巖、灰質泥巖、晶粒白云巖、泥晶灰巖及燧石團塊灰巖，化石含量豐富（圖1（b））。棲霞-茅口組由2個完整三級海平面旋回組成，其中棲二段和茅三段為兩期海平面下降期間的沉積物，顆粒灘沉積的生屑灰巖多被白云石化。

2差異型緩坡特征碳酸鹽巖緩坡模式自AHr（1973）[17]提出后不斷完善和發展，目前認為碳酸鹽巖緩坡與碳酸鹽巖臺地均屬于碳酸鹽陸棚環境，為一發育小角度傾斜海底上的沉積作用面。地質歷史時期大部分碳酸鹽巖沉積在類似緩坡環境中，但緩坡內仍保留部分碳酸鹽巖臺地沉積類型[18]，澳大利亞鯊魚灣、佛羅里達和波斯灣等地區的現代沉積研究為古代碳酸鹽巖緩坡沉積研究提供了較好的實例。但緩坡主要由波浪及風暴等水動力條件、緩坡地形變化類型等諸多條件控制。因此，碳酸鹽巖緩坡相對海平面變化、構造、微地貌[19]、沉積過程、礁灘成因以及緩坡演化方面的研究仍在探索中。本次研究指出川西地區中二疊統棲霞、茅口組屬差異型碳酸鹽巖緩坡沉積。差異型碳酸鹽巖緩坡（Differential carbonate ramp）為差異構造沉降背景下形成的從淺海海岸線或潟湖到盆地表現為低坡度的碳酸鹽巖緩坡沉積。同時期差異型碳酸鹽巖緩坡沉積物分布位置變化較大，淺水區灘體平面上呈較連續帶狀分布，深水區多沉積點狀分布的風暴再作用顆粒灘或原地沉積的灰泥。

21構造背景碳酸鹽巖緩坡多具相對穩定的構造背景[20-22]；裂谷作用、拉張或轉換拉張作用等構造相對活動的地區則常形成碳酸鹽巖臺地[23]。雖然大多數緩坡為碳酸鹽巖建隆發展的后續階段且都將逐漸演變為臺地[24]，但四川盆地從晚二疊世開始才由“坡”向“臺”轉換并逐步形成“槽-臺”格局[25]，棲霞-茅口組沉積期間川西地區并未形成臺地格局。另一方面，真正的緩坡能自給自足并在一定的地質時間范圍內保持穩定狀態，研究區米倉山前緣受構造影響相對較弱，其拉張、沉降作用幅度不及龍門山前緣帶[24-26]。這種構造基底沉降的差異性也可由珊瑚在龍門山前緣整體不發育、在廣元-旺蒼一帶較多反映出來。

22巖石學特征川西地區中二疊統棲霞、茅口組地層巖性復雜，包括灰泥巖、似球粒灰巖[27]、泥晶生屑灰巖、亮晶生物灰巖、“豹斑”狀灰質云巖、粉晶白云巖、細-中晶云巖、“眼球”狀泥晶生屑灰巖、含燧石團塊泥晶灰巖、硅質頁巖等。顆粒灰巖由南至北、由西向東呈逐漸過渡特征，無明顯間斷。顆粒多由骨骼、似球粒、內碎屑等不同類型混合表現。“眼球”狀、似“眼球”狀泥晶生屑灰巖在棲霞、茅口組地層中普遍發育；典型臺地邊緣-斜坡相的滑塌角礫巖、礁灰巖不發育，表明中二疊統碳酸鹽巖為低坡度漸變沉積（圖2）。

23古生物特征古生物類型及組合特征表明，中二疊統棲霞、茅口組化石豐富，主要有翁格達藻、二疊鈣藻、裸海松、米齊藻、始角藻、蠕孔藻、假蠕孔藻、中華孔藻等，淺水底棲有孔蟲類[28]，蜓類、腕足類、腹足類、雙殼類、珊瑚、介形蟲和苔蘚蟲、棘屑及海綿骨針等，組成蟲-藻組合，生物個體差異較大、類型多樣，橫向上呈逐漸過渡。此外，淺水沉積物被搬運到更深水環境、狹鹽性至廣鹽性的生物共存亦表明中二疊統總體屬開闊、寬緩水體環境。棲霞組和茅口組茅三段生物含量較高，可達50%以上。其中節房蟲、假橡果蟲、厚壁蟲、涅茨蟲與綠藻組合（假蠕孔藻、米齊藻）表明水深多小于20 m，蜓-二疊鈣藻組合、珊瑚組合、米齊藻-假蠕孔藻組合、球旋蟲-始毛盤蟲組合多位于內緩坡沉積環境（圖2）。

碳酸鹽巖緩坡與臺地沉積的差異之一即臺地在臺緣地帶多具連續分布的礁體，而緩坡則缺乏連續分布的生物礁，僅在中緩坡上有生物丘或礁，且珊瑚的缺失多反映基底沉積物的不穩定性[29]。川西地區旺蒼雙河王家溝剖面茅口組中上部、大兩會剖面茅口頂部見灰色厚層生物灰巖和中厚層生屑泥粒巖間互層，生物有纖維海綿、單體珊瑚、群體珊瑚、棘皮類、腕足、綠藻、介形蟲等，在灰巖中呈原地埋藏生態特征；而龍門山前緣珊瑚普遍不發育，表明棲霞-茅口組沉積期間川西海槽一側坡度較廣旺海槽一側大，處于基底沉降相對不穩定的環境。

24地震資料證據從工區內地層厚度展布特征看來，棲霞、茅口組厚度差異不大，差異較大區域多位于川西北部（達40～70 m）。從地震剖面看來，中二疊統地層在川西北部劍門～九龍山～張家扁一帶雙程旅行時時差逐漸增大，地震反射同相軸連續穩定、無明顯突然下拉或局部正向隆起等地貌特征。整體看來研究區中二疊統沉積時地貌極為平緩。

25灘體分布差異性特征灘體的分布呈“八”字形。龍門山前水體相對較深，灘體分布在曾家山-礦山梁-長江溝-通口-綿竹-雅安一線的棲二段和茅二-茅三段地層中，近北東向呈長條狀分布。灘體沿龍門山前延伸數百公里，但寬度較小；廣元-旺蒼地區水體相對淺，灘體呈短軸狀、似階梯狀分布于老關廟、河灣場、北川茨竹埡、江油水根頭、旺蒼大兩會一線，向廣元-旺蒼海槽內延伸較遠。川西地區中二疊統看似不規則的灘體分布正表明受差異型古地貌影響而形成的沉積環境（圖4）。

3沉積微相按平均海平面、晴天浪基面及風暴浪基面可將差異型緩坡劃分出內緩坡、中緩坡、外緩坡及盆地亞相，區內按巖石類型、結構組分、沉積構造及古生物組合等特征可進一步劃分出內緩坡澙湖夾低能灘及高能生/砂屑灘、中緩坡生屑灘及灰泥、外緩坡-深水盆地沉積（圖2，圖5）。31內緩坡該相帶位于平均海平面至晴天浪基面附近間的寬闊海底，水體淺、能量高且能量變化較大，長期受波浪作用改造。在高能區（一般為地貌隆起區）主要為富含骨屑顆粒的沉積物，局部地區為砂屑顆粒。低能區沉積物中顆粒較少，以灰泥堆積為主，局部見生物建隆。研究區內緩坡可劃分出潟湖夾生屑灘和砂屑/生屑灘2種微相。

3.1.1澙湖夾生屑灘位于海平面附近相對低洼地區，水體淺，能量較低。巖性以灰色厚層生屑泥粒巖及泥晶生屑灰巖為主，生屑含量30%～60%左右。常見生物和生屑除傘藻和液海松外，有少量二迭鈣藻、管孔藻，此外可見蜓、棘屑、介形蟲、腹足、海綿、苔蘚、單體和群體珊瑚等碎屑。化石分選好至較好，破碎程度不一，其中傘藻、蜓保存較完好，可見少數砂屑和糞球粒。見破碎不劇的海百合莖原地堆積及珊瑚原地生長，反映內緩坡下部相對安靜沉積環境（圖4（a））。該相帶在研究區棲霞組底部及茅口組中上部較發育，尤以棲一段沉積時遍及整個川西地區。

3.1.2生屑/砂屑灘生屑灘和砂屑灘位于內緩坡上正常浪基面附近，屬局部隆起地貌，水體相對較淺，受波浪作用改造較強。區內中二疊統內緩坡生屑/砂屑灘體以生物/屑灘占絕對優勢，砂屑灘僅在大興場、老關廟、九龍山附近局部發育，垂向上主要分布在棲二段和茅三段地層中（圖4（b））。區內生屑/砂屑灘主要由厚層淺灰、灰白、褐灰色的泥-亮晶生物（屑）、含生屑砂粉屑顆粒-泥粒巖組成，粒度較粗，顆粒含量一般大于50%（局部可達75%），砂屑、粉屑可達40%，生屑可達30%.生屑有腕足、蜓、介形蟲、棘皮、傘藻、海藻、管狀藻、蠕孔藻、葉狀藻等，門類繁多，大小不一。多為紅藻、綠藻、有孔蟲和棘屑等狹鹽性生物，破碎為主，分選、磨圓中等-好；灰泥基質少，多被兩期方解石強烈膠結。偶見大、中型交錯層理和暴露干裂構造。

32中緩坡中緩坡位于正常浪基面以下至風暴浪基面之間的寬闊海底。該相帶水體相對較深但仍處于透光帶之上，適合于生物的生長與發育，水動力條件變化劇烈，沉積厚度大。一般氣候條件下正常波浪難于影響到海底，沉積物主要為富含完整生物的細粒灰泥沉積；風暴期風暴浪可強烈影響沉積物表面，將早期沉積物和生物重新改造，形成粗粒風暴沉積。此外，由于中緩坡無明顯坡折，在中緩坡下部多發育小型點礁、生物丘、灰泥丘[30-31]。棲霞-茅口組沉積期間，川西地區中緩坡沉積集中分布于茅口組一段、茅二段和茅四段地層中，主要由灰色綠藻及藻屑泥粒巖、紅藻泥粒巖、含泥質藻屑或含生屑藻屑泥粒巖及灰色厚塊狀眼球狀和層面圓丘狀生物灰巖組成。生物/屑無定向性或略具定向性，綠藻以液海松藻為主，紅藻多為二迭鈣藻及裸海松藻。灰色厚塊狀生物巖中笛管珊瑚、米氏珊瑚、梁山珊瑚、早板珊瑚及纖維海綿等占層面的40%.其中笛管珊瑚常見原地生長生態，笛管珊瑚叢高15～20 cm，基底約25 cm；纖維海綿成管狀、彎曲狀、分枝狀生長，局部可達10%～20%，灰泥填隙，局部有藍綠藻纏結，夾于眼球狀灰巖段中，層理不規則，局部可成塊狀，為生物丘相，見于楊壩、大兩會等棲霞組上部（厚10余m），橫向厚度減薄（圖4（c））。

33外緩坡-盆地外緩坡位于風暴浪基面以下的深水區域，該區水體深、水動力弱，沉積厚度小。細顆粒基質以泥晶為主，原地泥晶基質是泥丘常見組分。外緩坡常見骨骼顆粒有鈣質微生物、小的有孔蟲、海綿古針、海百合、腕足和軟體動物及龍介蟲和棘皮動物。似球粒以灰泥似球粒形式出現。盆地位于密躍層以下，水體深、水動力條件弱，常見于茅口組上部。主要由2種巖類組成：一類為灰色中-薄層具正粒序砂屑泥粒巖-粉屑泥粒巖。一般小于10 cm，個別達中層狀，水平層理，局部層頂部有潛穴或遺跡化石Chandorites，為典型的鈣屑濁積巖。另一類為灰色薄層含放射蟲鈣質、硅質泥巖及鈣球泥巖。鈣質、放射蟲、海綿骨針含量可達15%以上，保存完好。局部紋層內含體小薄殼的介形蟲、節房蟲，化石順層分布，反映靜水沉積；水平紋理不發育。盆地沉積多位于茅口組上部茅四段。其中茅口組頂部硅質巖層厚稍大，有的可達中層狀，其內除含放射蟲和硅化骨針外，可見硅化的松藻化石碎屑。因外緩坡和盆地在區內逐漸過渡，故將其并為外緩坡-盆地微相（圖4（d））。

4沉積格局川西地區中二疊統沉積期位于一坡度小、無坡折、開闊海域的平緩構造背景。淺水高能區主要集中于近濱帶，沉積營力以波浪、風暴為主。沉積物以生屑粒泥巖、灰泥巖和泥粒巖為主，生物顆粒多；主要沉積構造為丘狀交錯層理、粒序層理、平行層理、水平層理、“眼球”狀和丘狀構造，見深水遺跡化石。生物礁、丘主要發育于淺-中緩坡上部，缺乏連續分布，灘體呈“八”字形近平行于濱岸線分布。以上碳酸鹽差異型緩坡特征與典型碳酸鹽巖臺地有明顯差異（表1）。碳酸鹽差異型緩坡與典型碳酸鹽巖緩坡的主要區別為差異型碳酸鹽巖緩坡受區域構造沉降的差異性影響，沉積期間雖可劃分出緩坡沉積的相帶，但各相帶中顆粒灘體受微地貌影響明顯、在繼承性沉積下堆積而成，灘體平面形態呈“八”字形分布。

參考現代緩坡沉積模式及區內露頭、巖心等沉積相研究成果及最新鉆探成果，建立了川西地區中二疊統棲霞-茅口組差異型碳酸鹽巖緩坡沉積格架（圖5）。川西地區中二疊統差異型碳酸鹽巖緩坡生屑/砂屑灘體長約數百公里，寬約數10 km，厚數米至數10 m，平面上灘體略顯大型透鏡狀，并以“八”字形分布于工區中部及東北部。工區西南部周公1井-漢深1井一帶位于內緩坡砂屑/生屑灘區域；靠近川西海槽一側坡度稍大，于大邑大飛水、北川通口、老關廟以及廣元水根頭-干溝河一帶為內緩坡生屑灘發育；靠近廣旺海槽一側坡度較緩，于九龍山-吳家壩一帶灘體發育，廣元青川-旺蒼楊壩一帶中緩坡灰泥丘發育，向北東和北西向逐漸過渡為外緩坡至深水盆地沉積。

川西地區中二疊統碳酸鹽巖沉積形成于受川西海槽和廣旺海槽夾持的特殊構造-沉積環境中，這一特殊古構造特征控制了區內棲霞組、茅口組的沉積格局。棲霞-茅口組表現為一東北傾的差異型緩坡沉積，主要發育一套生物灰巖、生屑灰巖，生物多為“蟲-藻”組合。研究區西北緣為多個北東向展布的大型內緩坡高能灘透鏡體，北部和東北部則呈發育“八”字形生屑灘沉積。在棲霞-茅口組沉積期間，多個四級海平面升降旋回導致沉積相在垂向上存在較大的差異，棲霞組二段和茅口組3段為內緩坡高能灘最發育的層段。高能生屑灘平面分布既具有平行龍門山呈帶狀分布的規律性，又有受微地貌影響呈點狀分布的隨機性（老關廟～雙漁構造一帶），灘體主要富集于雅安-洪雅、北川通口-小壩-廣元長江溝、元壩-九龍山一帶。海平面升降過程中，緩坡西北部因坡度相對較大，水平面升降對灘體展布的影響不大，整體沉積演化過程中多表現為范圍較窄、單層厚度大的垂向疊置型礁灘體。緩坡東北部因坡度稍緩，海水升降導致灘體分布橫向變化較大，多形成分布廣、灘體薄的多套薄層灘體側向疊置復合體。

5結論

1）中二疊統沉積期間，龍門山前緣帶拉張-沉降作用幅度強于米倉山前緣帶，導致川西海槽和廣旺海槽差異型沉降，川西地區棲霞-茅口組處于基底沉降相對不穩定的構造環境。川西地區中二疊統顆粒灰巖由南至北、由西向東呈逐漸過渡特征，典型臺地邊緣沉積物不發育，形成東北傾的差異型碳酸鹽巖緩坡環境；

2）古地貌的差異性影響了中二疊統沉積格局及顆粒灘的分布。垂向上顆粒灘主要分布于棲霞組二段和茅口組3段。川西南布及川西北部地區發育多個北東向展布的大型內緩坡高能砂屑灘及生屑灘透鏡體，近平行于龍門山前帶分布；北部和東北部中緩坡生物灘呈弧形分布于廣元-旺蒼一帶。

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