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四川盆地上三叠统须家河组沉积环境分析

2023-11-04 来源:步旅网
第l2卷第6期 重庆科技学院学报(自然科学版) 2010年12月 四川盆地上三叠统须家河组沉积环境分析 付 冠 张良华。袁志华。陈 波。 (1.中国石油西南油气田公司川东北气矿,达州635000;2.重庆气矿,重庆401220) 摘要:分析认为四川盆地上三叠统须家河组主要为湿地扇、河流一三角洲、湖泊等几种类型。晚三叠世早期,川西地 区为一套海相沉积,向东主要为海相三角洲沉积环境,随着龙门山岛链缓慢上升,逐渐由海盆转变为陆盆。须二、须 四、须六段充填作用大于沉降作用,盆地周缘主要发育三角洲平原沉积,向盆地内至川中平台区,主要为浅水湖盆沉 积。须三、五段湖盆面积扩大,物源减少,主要发育泛滥平原及浅湖一半深湖沉积。须二、须四段砂体分布面积广,厚度 稳定,成分和结构成熟度较高,是须家河组主要的产层。须二、须四段砂岩主要是三角洲前缘分流河道和河口坝砂 体,被波浪和湖流部分或全部改造后,形成由多个三角洲前缘砂体和滨浅湖滩坝砂体组成的叠加层,并随着岸线的 迁移,最终遍布整个盆地。 关键词:四川盆地;上三叠统;须家河组;沉积环境 中图分类号:TE357 文献标识码:A 文章编号:1673—1980(2010)06—0017—05 四川盆地位于上扬子准地台北部,西界为龙 门山断褶带,北为米仓山隆起,东北边缘为大巴山 断褶带,东南侧为鄂湘黔断褶带,南侧是峨嵋山一 凉山块断带.是扬子古板块上的一个多旋回沉积 盆地。震旦纪一中三叠统为海相沉积,中三叠世末 中西部成都一带,多为稳定的泥岩夹煤层沉积:须 三段、五段又是以黑色泥岩、炭质泥岩夹粉砂岩及 煤线为特征。须家河组存在着海陆过渡相、陆相两 种性质完全不同的沉积环境,对其沉积相长期存 在争议,先后提出有河流相、游荡河流相、河流一 发生的印支早幕运动使上扬子海盆结束了自震旦 纪以来大规模海域分布的历史,特提斯海水逐渐 退出川西盆地,使得四川地区雷口坡组遭受不同 程度的剥蚀。同时中三叠世末发生的印支早幕挤 压构造运动,使龙门山岛链开始缓慢上升。由海盆 三角洲一湖泊相、退积型三角洲相等【2' 。 表1 四川盆地上三叠统地层划分表 地层 J1四川省地层 总结方案 川西 川中 自流 井群 蜀南 地区 珍珠 冲组 须六 川东 地区 珍珠 冲组 本文采 用方案 下侏 罗统 白田 2 白田坝组或自流井群 坝组 逐渐转变为陆盆[】I。 须五 香六 须五 须四 须六 四川盆地上三叠统须家河组,是一套假整合 于中三叠统雷口坡组海相碳酸盐岩侵蚀面之上. 上组 上 = 须家 河组 香五 须四 下组 须三 须二 须三 须二 香溪群 须五 须四 须三 叠 香四 香三 香二 一 不整合一整合伏于侏罗系红层之下的一套以砂泥 岩为主的地层,沉积厚度西厚东薄.沉降中心紧靠 龙门山逆冲断层一侧,厚度超过4 000m。根据现 有文献将须家河组地层分为须一至须六共6个层 统 须一 须二 小塘子组、 小塘子、 小塘子、 香垮洪洞组 马鞍塘组 马鞍塘组 T1—2 须一 雷口坡组 段,部分地区可能因剥蚀或未沉积而缺少部分层 段(见表1)。其岩性在垂向上旋回性明显。须一段 以黑色泥岩夹煤层为特征,其中川西地区主要为 1 主要沉积相类型 在现有相关文献的基础上,结合各研究层段 浅海相灰岩和砂泥岩;须二、四、六段主要为灰白 色砂岩,间夹少量的黑色泥岩与薄层煤线,在盆地 的沉积厚度、砂岩百分比含量、砂体结构等特征, 将研究区沉积相划分为以下几种主要类型。即湿 收稿日期:2010—06—10 作者简介:付冠(1981一),男,重庆人,工程师,研究方向为石油与天然气工程。 ・17・ 付冠,张良华,袁志华,陈波:四川盆地上三叠统须家河组沉积环境分析 地扇相、河流一三角洲相、湖泊相,其中三角洲 前缘和滨浅湖环境形成了主要的须家河组骨架 砂体。 1.1 湿地扇相 发育于潮湿气候区的冲积扇称之为湿地扇。 该相主要分布于龙门山北段一大巴山前山一带, 主要为砂质、杂基支架的砾岩,砾岩体向两侧及向 盆地方向急剧变薄。四川盆地上三叠统须家河组 冲积扇砾岩在各段发育位置不尽相同,横向分布 不稳定,推断其形成于潮湿气候条件下冲积扇的 扇中砾质辫状河微环境。在剖面中位于砾岩上下 部或砾岩中呈夹层的砂岩、粉砂岩及泥页岩,它们 与砾岩形成一定的沉积组合,主要形成于扇中一 扇缘沙质辫状河及废弃河道微环境。扇根常由于 遭受地表剥蚀作用而不复存在。 1。2河流一三角洲 河流一三角洲相是四川盆地须家河组的主要 沉积相类型。我们认为该区湖盆三角洲主要发育 于须二段、须四段和须六段。可能处于水浅流急且 物源供应能力很强的环境中。三角洲体系主要划 分为三角洲平原和三角洲前缘两个亚环境。二三角 洲平原主要由河道和越岸沉积组成。龙门山、米 仓山一大巴山前缘地带。河道沉积物主要由砾 岩、砂砾岩和含砾砂岩组成,河道底部有冲刷, 冲刷面之上为块状砾岩层,部分砾岩层具叠互状 构造,砾岩层之上为具槽状交错层的含砾砂岩或 为平行层理砂岩。盆内.河道沉积物粒度变细, 底部为含砾砂岩,向上变为槽状交错层理砂岩、 平行层理砂岩和沙纹层理砂岩,呈一向上变细 的曲流河层序。三角洲前缘分布很广,是该区 砂体发育的主要沉积亚相,主要由前缘砂坝、 水下分流河道及分流问湾组成。由于三角洲的 快速废弃和迁移.在此形成了连通性很好的多层 叠置砂体 1。 1.3 湖泊沉积 在晚j三叠世早期,随着龙门山岛链的上升,特 别是须~段沉积以后,古特提斯海水已不能越过 松潘、甘孜褶皱带进入盆地,研究区则逐渐由海盆 转变为湖盆。据沉积学特征及砂体发育位置,可将 湖泊沉积进一步划分为滨湖、浅湖、半深湖等亚 相。野外剖面和岩心观察表明,上三叠统湖泊相以 滨浅湖宽阔湖、水不深为特点,这可能与构造活跃 及物源供给充足有关。 ・1 8・ 1.3.1 半深湖一浅湖亚相 半深湖一浅湖亚相主要形成于须三段、须五段 沉积时期,湖盆水体加深,沉积了较厚的灰黑色湖 相泥岩。由于湖岸线的频繁变化.湖沼沉积广泛发 育,泥岩中常含淡水生物双壳类、介形虫和鱼骨化 石,这些迹象都表明湖泊环境的持续存在。 1.3.2滨、浅湖亚相 四川盆地湖盆面积在lOx104km 以上。半深 湖一浅湖仅发育于Jl J西地区。滨浅湖则主要发育 于川中地区,其分布范围广,水体浅,波浪和湖 流作用较强,有利于对平原河流搬运入湖的碎屑 物质进行再改造和再分配.从而形成新的滩、坝 微相。其他沉积微相还有粉沙坪微相、泥坪微 相、坝后沼泽微相及风暴岩微相等。 (1)滩坝微相。岩性为灰白色中、细粒石英砂 岩和岩屑砂岩,碎屑分选性和磨圆度较好,成分成 熟度和结构成熟度高,主要为颗粒支撑。高能滨、 浅湖区还可出现砾岩、含砾砂岩。常含淡水生物双 壳类、介形虫和鱼骨化石。但大多被破碎,靠近滨 岸带生物介壳可形成介壳层,有时见生物潜穴。砂 坝体在往复的双向或多向水流作用下,发育低角 度的冲洗层理、双向对偶层理和多向斜层理,也可 在能量较低的波浪作用下.形成微波状层面的斜 层理,在波浪能量较强时可形成板状层理和平行 层理。垂向沉积相序常见进积型层序,表现为下细 上粗的逆粒序层理,退积型相序则具有正粒序层 理.如图1所示 由多个厚度10~15em的灰色含炭质泥 岩、细粒岩屑砂岩、浅灰白色中粒(部分) 粗粒岩屑石英砂岩组成的逆粒序层,每 层之间有弱冲刷现象。 下部40cm为浅灰色含泥细粒岩屑砂岩 发育小于5。斜层理。 上部27cm为浅灰色粗一中粒岩屑石英砂 岩.发育双向交错层理。 图1 磨24井须四段1 962.53~1 963.8m滩坝相素描 (2)粉砂坪、泥坪及沼泽微相。此类沉积相一 般由灰色粉砂岩、灰黑色粉砂质泥岩与泥岩或炭 质泥、页岩夹煤线及薄煤层组成的沉积组合构成, 主要为被簸选出来的细粒粉砂和泥在砂坝之间形 付冠,张良华,袁志华,陈波:四川盆地上三叠统须家河组沉积环境分析 成与之平行展布的泥坪一沼泽,可发育水平层理、 沙纹层理、变形层理及生物潜穴等沉积构造。 (3)风暴岩微相。风暴岩主要见于须二段和须 四段砂岩中。有研究者在海相沉积研究中发现,风 2沉积相演化模式 晚三叠世早期.龙门山东缘为一处残余海湾。 向西与广海相通.陆源碎屑供给较少,川西地区主 暴流能引起正常浪基面以下,风暴浪基面以上的 沉积物发生同生破碎,形成特殊的排列及层理构 造。一次理想的碎屑风暴沉积层序,自下而上发 育5个亚段,即侵蚀底面、滞留沉积、丘状交错层 理、平坦纹层、交错纹层和受生物扰动或未扰动的 要沉积了海相或含半咸水化石的垮洪洞组、马鞍 塘组及小塘子组地层,向东随着前陆盆地斜坡坡 度变缓直至“缺失”。四川盆地中东部地区须一段 主要为海相三角洲环境,是在中三叠统雷口坡组 顶古侵蚀面上再度接受沉积而成。来自周边山系 泥岩。近期研究成果表明,湖泊环境也能形成风暴 沉积,只是规模略小,沉积层序不全,可能在上部 的交错纹层段或受生物扰动泥岩段沉积之前.风 暴作用就减弱、停止或发生下一次沉积.而使部分 层段不发育。 四川盆地须四段、须二段岩心中发现有多层 风暴岩叠加层,发育程度不一。风暴岩层底面对下 伏的浅灰白色岩屑石英砂岩强烈冲刷,有的可形 成袋膜构造。风暴岩下部为“滞积”砂砾岩段。砾 石大多为撕裂形或具塑性变形的炭质泥岩、细粉 砂质炭质泥岩、煤砾和煤片,几乎无磨蚀现象,显 示漂运特征。由下向上,随着风暴漩涡流的减弱. 砾石和砾片的数量与直径减小,有的风暴岩层中 见撕裂砾片成“八”字形排列。再向上递变为略显 平行层理或块状层的含砾粗砂岩.或出现丘状交 错层理,顶部可以出现波状、斜波状和不良平行纹 层理的粉细砂岩,成正粒序的近于完整的风暴岩 层序,较完整的单层风暴岩最大厚度可大于lm 但是大多数风暴岩沉积为几次不完整的叠置层 序,如图2所示。 X具不清晰波状纹层粉细砂岩 H含煤片细一中粒砂岩.具丘、凹状层理 B含砾细一中粒岩屑砂岩.砾石有炭质泥岩 砾,菱铁矿化泥岩砾.底具冲刷面。 H含煤片中一细粒砂岩,煤片呈丘状、凹状 分布,丘高5—6cm以上 P具平行层理的中粒岩屑砂岩 B滞留砾岩,灰黑色泥岩砾为主.次棱角一次 圆状.袋膜构造 B滞留砾岩,砾石主要为灰黑色炭质泥岩 砾、泥岩片、泥质粉砂岩砾细砂岩砾及少量 石英砾、泥岩砾局部菱铁矿化,见植物根胯 砾径最大可达4x5em以上,此圆一次棱状. 产状各异。底部发育深达12cm以上的袋膜 构造 B块状和递变的滞留沉积;P平行层理:H丘状层理 F平坦纹层;X交错层理 图2 西13—1井2 427.1~2 428.6m风暴岩层序图 的碎屑物质经平原河流搬运进入盆地.在其高部 位一段时间内可以缺乏沉积。而在三角洲分支河 道间的低洼地区可以沼泽化,发育为成煤环境。通 过观察川中、川东北地区的野外露头和岩心.雷口 坡顶到须二段砂岩之间的确有炭质泥页岩发育, 甚至缺乏沉积。至须一段沉积晚期,西北方向有大 量碎屑物质供给,在川西及川西北地区海相的马 鞍塘组及小塘子组地层之上形成了一套三角洲沉 积体系。 须二、须四段是须家河组砂岩最发育的层段, 尤其是川中地区砂体分布面积广,厚度稳定(见表 2),成分和结构成熟度较高,是须家河组重要的产 层,但其形成环境一直存在疑问。须二、须四段沉 积时为周边山系构造活跃期,也是盆地基底沉陷 相对较快时期,由于河流供屑能力增强,盆地充填 作用大于沉降作用,整个湖盆水体范围虽然较须 一时扩大。但水体较浅,处于浅水湖泊环境,砂质 沉积十分发育.从而沉积了大厚度的砂岩。该时期 存在多个物源区,主要有来自东北方向的大巴山 古陆、西北方向的龙门山、东南方向的江南古陆、 西南方向的康滇古陆等。其中东北和西北方向的 物源占主导地位,此时盆地周缘发育三角洲平原 沉积,川中平台区为浅水环境。主要发育三角洲前 缘和滨浅湖沉积。当波浪和湖流作用较弱的时候。 主要形成河控三角洲。此时河流的建设作用较强, 输人泥沙量大,改造作用较弱,主要沉积水下天然 堤和分流间湾的细粒物质,分支河道和河口坝砂 体呈指状长短不一的延伸。当波浪和湖流的改造 作用较强时,三角洲前缘沉积物必被波浪和湖流 再改造、再分配。在河口两侧形成一系列平行于湖 岸的砂滩、砂嘴、砂坝,并在它们的向陆一侧形成 半封闭的沼泽沉积。随着改造作用进一步增强,原 先沉积的砂体继续被搬运和改造,在滨岸区,尤其 是缺少物源的滨岸区形成新的滨浅湖滩坝砂体。 ・1 9・ 付冠,张良华,袁志华,陈渡:四川盆地上三叠统须家河组沉积环境分析 云南滇池的砂坝沉积、青海湖砂体的环带状分 布以及南半球塞内加尔河三角洲沿岸的障壁 3 结 论 (1)依据沉积类型的划分及相标志特征。对上 滩坝砂体等都是湖流和波浪改造原始砂体沉 积的实例,图3为塞内加尔河三角洲沉积图示。 3基内加尔河三角洲沉积图 须家河组沉积时间为地质史前的2.35~2.08 亿年,其时间间隔为0.27亿年。按须家河组六等分 计,须二、须四段各为450万年左右。在此期间,湖 平面受季节、气候和降水量的影响.必然是湖进、 湖退反复进行。当湖平面相对稳定或发生湖退时. 可以有三角洲分流河道或河口砂坝沉积.在前缘 区可以有前缘砂体沉积。在湖进期,则可能部分或 全部改造三角洲前缘沉积物。形成新的砂体沉积 随着湖岸线的频繁迁移,砂体除向湖方向推进以 外,也可在平行岸线方向迁移,最终形成分布面积 广,具频繁冲刷面的若干砂岩层叠加的剖面结构 须二、四段是按岩心来划分,在盆地内必然穿时。 综上所述,我们认为须二、四段砂体主要形成于三 角洲前缘的分流河道、河口坝以及滨浅湖滩坝环 境,为若干个三角洲前缘砂体和滨浅湖滩坝砂体 的叠加。 须三段沉积时期,区域构造活动趋于平缓. 物源供应能力减弱,湖盆面积扩大,湖泊水体较须 二段沉积有所加深。该时期物源方向与须二、四时 基本相同,但主要为细粒的粉砂质、泥质沉积,砂 体厚度变薄。三角洲前缘沉积作用减弱.主要为三 角洲平原沉积,浅湖至半深湖泥发育。须五段沉积 时期,分布格局类似于须三段,盆地周缘发育泛滥 平原沉积,形成沼泽炭质页岩夹薄煤层为主的沉 积组合,盆地内部以浅水湖泊沉积为主,湖相泥质 沉积增加,并见有瓣鳃、双壳、腕足、介形虫和鱼 类等化石,可随水体变浅而演变成为沼泽。须六段 沉积时,沉积相分布格局与须二、须四段相似,但 湖盆面积缩小,水体较浅,因遭受剥蚀而在部分地 区“缺失” ・20・ 三叠统须家河组须一至须六段的沉积类型及相演 化模式进行了探讨,认为研究区内主要有湿地扇 相、河流一三角洲相、湖泊相等沉积环境。 (2)须一段沉积时,川西地区为一套海相沉积, 向东主要为海相三角洲环境。须二、须四、须六段 沉积时为周边山系构造活跃期.盆地周缘发育三 角洲沉积,向盆地内过渡为浅水湖盆沉积。须三、 须五段沉积时期,湖盆面积扩大.随着岸线的迁 移,主要发育泛滥平原或浅湖至半深湖沉积。 (3)须二、须四段砂体沉积厚度大,分布面积 广。分析砂体的岩石学特征、层理构造及展布规 律,其原始沉积的三角洲前缘砂体在漫长的沉积 过程中,必然会受到波浪和湖流的再改造、再分 配,从而形成由多个三角洲前缘分流河道、河口坝 砂体和滨浅湖滩坝砂体组成的叠加层。 (4)鉴于须二、须四段砂体为若干个不同沉积 微相砂体的叠加层,建议开展高分辨率层序地层 研究,建立等时地层格架,在层序或体系域的基础 上进行沉积微相编图 参考文献 [1]郭aY--吾,邓康龄,韩永辉,等.四川盆地形成与演化【M]. 北京:地质出版社.1996:89—138. 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Key words:Sichuan basin;upper triassic series;xujiahe formation;sedimentary environment (上接第12页) Discussion of Research Methods on Petroleum Accumulation System in the Superimposed Basin XU Zhong-mei’LONG Sheng-xiang2 (1.China Universiy tofGeosciences,Beijing100083; 2.Exploration and Production Research nstIitute,Sinopec,Beijing 10083) Abstract:n tIhe paper,it uses three—dimensional simulation technology,which shall strengthen the dynamic evolution of the petroleum accumulation system.Based on the thought of forward and inverse,it introduces the research thinking and methods of the petroleum accumulation system in the superimposed basin.The whole research is divided into five steps as follows:establishes geological model by elements ofaccumulation;calculates the hydrocarbon generating quantiy by sttages based on forwarding hydrocarbon generation process and time.spatial evolution of hydrocarbon source rocks;adjusts the final distribution of oil and gas trough hthe passage system;calculates the resource ratio of the diferent source rocks;analyzes the distribution of resources according to the three.dimensional simulation results. Key words:superimposedbasin;petroleum accumulation system;dynamic evolution;three—dimensional simulation; forward and inverse 

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