川西前陆盆地侏罗系沉积体系及沉积模式研究

王大洋,王 峻

(成都理工大学沉积地质研究院,四川 成都 610059)

川西前陆盆地侏罗系沉积体系及沉积模式研究

王大洋,王 峻

(成都理工大学沉积地质研究院,四川 成都 610059)

川西前陆盆地侏罗系具有巨大的勘探开发潜力,但对研究区沉积相研究成果却相对较少。根据岩性组合、岩石颜色、沉积构造等多种因素将川西前陆盆地侏罗系划分出冲积扇、河流、三角洲和湖泊 4种沉积体系,并对各沉积亚相构成特征进行了详细的研究。川西前陆盆地侏罗系均属陆相沉积,总体上发育三级扇的沉积模式,即由盆地边缘冲积扇经河流冲积平原到三角洲再经浅湖到半深湖。通过对研究区内沉积相和沉积构造的综合研究,本区主要发育了冲积扇—河流—三角洲—湖泊的沉积模式。

前陆盆地;侏罗系;沉积体系;沉积模式;川西

0 引言

前陆盆地是指形成于收缩造山带与相邻克拉通之间的、平行于造山带呈狭长带状展布的不对称冲断挠曲盆地,主要是由于逆冲推覆造山楔加载于拉伸变薄的克拉通前缘岩石圈之上,使其被动下弯而形成的。前陆盆地中蕴藏着丰富的油气资源,其油气储量占世界油气总储量的 45%左右。川西前陆盆地位于龙门山和米仓山—大巴山山脉的前缘地带,西起龙门山山前断褶带,北至米仓山—大巴山山前断褶带,东至巴中、合川一线,南抵自贡、乐山等地 ,面积约 8×104km2(图 1)。

侏罗系是该地区重要的产油气层位之一,已发现和投入勘探开发的大、中型天然气田有 10多处。侏罗系为陆相碎屑岩沉积,总厚度达1 500m～4 700m。川西前陆盆地侏罗系自下而上包含的地层单元有：下侏罗统白田坝组 J1b(往盆地内部称自流井组 J1z),中侏罗统千佛崖组 J2q(往盆地内部称新田沟组 J2x),沙溪庙组 J2s(分上、下两段,上段常称为“上沙溪庙组”J2s2,下段常称为“下沙溪庙组”J2s1),上侏罗统遂宁组 J3sn和莲花口组 J3l(往盆地内部称蓬莱镇组 J3p)。

图1 川西前陆盆地构造分区图

近年来,许多学者对川西前陆盆地侏罗系的地层、沉积、构造演化、储层特征等进行了较详细的研究,但专门针对盆地侏罗系的沉积体系及其岩相古地理特征等方面的研究还尚不详细。基于此,笔者在前人研究成果的基础上,通过对盆地约 8条野外露头剖面的实地观测和室内分析及盆地内大量钻井的测井资料的综合分析,运用沉积学和岩相古地理的方法和原理,综合考虑研究区内的岩性组合,岩石颜色,沉积构造和植物化石等反映沉积环境的多种因素,将川西前陆盆地侏罗系识别划分出冲积扇、河流、三角洲和湖泊 4种沉积体系。

1 岩石学特征

自流井组 (J1z)命名于自贡市自流井,岩性为一套紫红色及黄绿色泥 (页)岩夹薄层石英细砂岩、粉砂岩、生物碎屑灰岩或泥灰岩为主的地层,常见韵律结构。富含双壳类、介形虫、叶肢介等生物化石。厚200m～700m。在垂向上岩石组合具明显的分段性;自下而上划分为珍珠冲段、东岳庙段、马鞍山段和大安寨段 4个岩性段。自流井组广泛分布于除盆地西缘的龙门山山前和盆地北缘的米仓山、大巴山前缘以外的盆地中东部和盆地中南部广大区域。其总体分布特征具有西薄东厚的特点。自流井组主体为一套浅湖—半深湖相沉积。

白田坝组(J1b)仅分布于龙门山中、北段前缘的江油、广元和米仓山—大巴山前缘的南江、旺苍、万源一带,以广元千佛崖白田坝组剖面为代表,由 3套岩性组合而成。底部为冲积扇相的紫红色、杂色粗—巨砾岩,夹砂岩透镜体。砾岩的砾石圆度好、分选性差,砾石成分以石英岩、石英砂岩为主,含少量灰岩和浅变质岩砾石。砾岩层之上,为厚数十米至100余 m的含煤泥页岩夹砂岩或砾岩层。煤层单层厚度一般小于 40cm,厚者可达 40cm～60cm;普遍含结核状、透镜状菱铁矿。中、上部为黄绿、紫红色砂泥互层,中夹 1层～8层厚度不等的砾岩透镜体,局部夹介壳薄层。

千佛崖组(J2q)以命名地广元千佛崖剖面具代表性,主要分布在龙门山前缘的彭州、江油、广元一线及米仓山—大巴山前缘的万源一带。厚度变化较大,为 30m～350m;且东厚西薄,达川—万县一带最厚。总体上看,千佛崖组属于河流—滨浅湖相沉积。新田沟组与千佛崖组属同时异相关系,在盆地内广泛分布,厚 130m～400m,为一套还原—次氧化环境下的湖相砂泥岩沉积。

沙溪庙组(J2s)由灰、灰紫色厚层至块状粗、中粒至细粒长石石英砂岩、长石砂岩、紫红色粉砂岩、泥岩组成的数个不等厚韵律层组成。底部砂岩厚度大且层位一般较稳定,普遍含砾石,该组中夹厚0.3m～2m的黑色页岩、油页岩,此类页岩含植物碎屑和少量植物化石,以富含叶肢介化石为特征,习称“叶肢介页岩”。“叶肢介页岩”的层位稳定且分布范围广,是区分上、下沙溪庙组的良好标志层。

遂宁组 (J3sn)在区域上分布广泛,以单一的岩性和较为鲜艳的紫红色为特征,是侏罗系一标志层。主要为一套鲜紫红色泥岩、粉砂质泥岩与薄层状钙泥质粉砂岩韵律互层组合。龙门山前缘,该组粒度变粗,夹灰质或石英质砾岩、含砾粗砂岩。遂宁组含较多的介形类、轮藻、叶肢介、双壳类等化石。遂宁组地层除在龙门山前缘局部地方发育有小型冲积扇、河流和三角洲相沉积外,大多数地区都是滨浅湖相沉积。

蓬莱镇组 (J3p)分布广泛,但因后期剥蚀多保存不全,仅在川西前陆盆地的中西部保存较好。与下伏遂宁组整合接触,与上覆下白垩统苍溪组 (或剑门关组)呈平行不整合接触关系。主体属滨浅湖和三角洲沉积,局部为河流相或半深湖相沉积。莲花口组与蓬莱镇组为同时异相关系。莲花口组仅分布在龙门山前缘,为一系列冲积扇体组成的冲积扇群堆积,一般厚 800m～1 800m,具有西厚东薄、北厚南薄的特点。莲花口组主体属于冲积扇相沉积,向东逐渐过渡为河流相沉积。

2 沉积体系类型及其特征

从沉积物的颜色看,下、中侏罗统以杂色和浅色为主,而到了遂宁组和蓬莱镇组,沉积物全部变为紫红色和砖红色等鲜艳的颜色,说明从上侏罗统开始四川盆地的气候由温暖潮湿变为炎热干旱。根据岩石组合特征,沉积构造和古生物等能反映沉积环境的因素,对川西侏罗系识别出冲积扇、河流、三角洲和湖泊 4种沉积体系类型。

2.1 冲积扇沉积体系

冲积扇为洪水携带大量碎屑物质流出山口时,快速堆积下来所形成的扇状堆积体,通常发育在干旱—半干旱气候条件下盆地边缘的山前地带近物源区。

川西前陆盆地的西部边缘冲积扇非常发育 (白田坝组到莲花口组)。沿盆地边缘,同期发育的冲积扇往往连在一起而构成冲积扇裙。这些发育于不同时期、不同地段的冲积扇体在砾石成分、沉积特征等方面都有一定的差异。据其沉积特征可分出扇根、扇中、扇端 3个亚相。由扇根到扇端,砾岩的砾径变细,砾岩、砂岩减少,粉砂岩、泥岩增多。横向上与湖泊或河流环境过渡;作为物源区构造活动的沉积响应,在纵向上既可呈正韵律,也可呈逆粒序。

2.1.1 扇根 扇根分布在邻近冲积扇顶部地带的断崖处,其特点是沉积坡角最大,并发育有单一的或2个～3个直而深的主河道。扇根亚相主要由河道充填砾岩组成,代表陆相盆地最边缘。其沉积物是最粗的,砾岩沉积占绝对优势,其含量占扇根沉积岩性的 90%以上,偶见砂岩夹层,几乎无泥岩沉积。砾岩多为中、粗砾岩,有时见到不明显的平行层理、大型单组板状交错层理以及流速衰减而形成的递变层理。芦山两河口剖面遂宁组基本上由灰红色,灰色粗—巨砾岩组成,上部夹少量灰色粗砂岩薄层,含砾粗砂岩及少量粉砂质泥岩。砾岩中砾石含量很高,分选性和磨圆度中等,砾石的定向排列较明显,其扁平面顺层排列,并见叠瓦状构造 (图 2)。

图2 芦山两河口遂宁组扇根沉积剖面结构

2.1.2 扇中 扇中位于冲积扇的中部,它以具有中到较低的沉积坡角和发育的辫状河道为特征。因此,沉积物主要由砂岩,砾状砂岩和砾岩组成。扇中亚相是各期冲积扇中最发育的部分,较易识别。研究区扇中沉积主要由扇面砾质辫状水道沉积和洪泛沉积两部分构成。在中扇带上部主要由辫状河道砾石坝沉积组成;在中扇带下部则由河道砾石坝沉积和溢出河道的洪泛砂泥质沉积两部分组成一系列向上变细的半韵律沉积。扇中亚相的测井曲线为中高幅的指形,局部为齿化或指化箱形。

2.1.3 扇端 出现在冲积扇的趾部,其地貌特征是具有最低的沉积坡角和地形较平缓。扇端亚相主要由洪泛沉积构成,岩性特征为间歇性河道的粉—细粒砂岩和洪水呈悬浮状态搬运来的泥、粉砂和一些泥质细砂,其沉积以泥质为主,但泥质沉积中普遍含砂甚至砾石,形成砂质泥岩。由于属于长期暴露的强氧化环境,其沉积普遍呈红色、杂色等。沉积速度较快,砂质泥岩中层理构造不发育,通常呈块状。其测井相常为齿形或齿形夹指形。

2.2 河流沉积体系

河流相是本区前陆盆地充填序列中的一个重要组成部分,广泛分布于白田坝组、千佛崖组、沙溪庙组、遂宁组、蓬莱镇组各套地层之中。河流沉积一般由河道型粗粒沉积和洪泛型细粒沉积所构成的一系列由粗到细的正向半韵律剖面结构,其中各种河流作用的沉积相标志异常丰富。根据剖面结构等特征,可划分为曲流河和辫状河两种类型。

2.2.1 曲流河亚相 曲流河沉积主要分布于白田坝组下部、沙溪庙组下部、蓬莱镇组下部,具有典型的曲流河沉积剖面结构。下部为河道沉积,上部为洪泛沉积 (图 3)。

在安县魏家田坝剖面沙溪庙组的曲流河沉积剖面 (图 4)中,河道沉积主要由紫红色、黄灰色厚层—块状长石石英砂岩、岩屑长石砂岩、粉砂岩组成,砂岩中偶见钙质团块,砂体多呈透镜状产出。砂体内部沉积结构及沉积构造均显示正向粒序递变的特点,从底部冲刷面往上,沉积物的岩性表现为粗砂岩—中砂岩—细砂岩—粉砂岩的正粒序递变规律,沉积构造表现为槽状交错层理—平行层理—沙纹层理的变化,反映出能量由高到低变化。

洪泛平原沉积主要为灰色、紫红色、砖红色的泥质粉砂岩或粉砂岩泥岩组成,夹少量的泥岩和细砂岩,一般呈薄—中层状产出。粉砂质泥岩中普遍发育水平层理,粉砂岩中发育沙纹层理,泥质粉砂岩中钙质结核较发育,且虫孔等生物扰动构造比较常见。

图3 邛崃火井白田坝组曲流河沉积序列图

图4 安县魏家田坝沙溪庙组曲流河沉积剖面结构

2.2.2 辫状河亚相 辫状河亚相分布于沙溪庙组上部、遂宁组以及莲花口组。河道砂体十分发育,缺乏细粒的洪泛沉积;呈一系列在纵向和横向上交错切割、叠置的大型透镜状砂体群产出,大型楔状与槽状层理发育;并具有典型的辫状河沉积剖面结构。

①河道沉积：河道沉积由灰色、紫红色岩屑砂岩、长石屑砂岩及岩屑长石砂岩组成,以粗砂岩为主,少量中粒砂岩及含砾粗砂岩,多呈厚层—块状砂体产出。砂岩中碎屑的分选性中等,部分较好;磨圆度中等—较差,总体上成熟度偏低。各砂体间均为冲刷面分隔,其内部沉积构造复杂多样,反映高能条件的大型槽状交错层理、平行层理、冲刷面均非常发育,并见有逆行沙丘层理。此外,还有板状交错层理和沙纹层理。

②洪泛沉积：细粒洪泛沉积在辫状河沉积中不发育,这是由于辫状河道侧向摆动,河道不固定,迁移迅速,冲刷充填比较频繁,一般在河道透镜状砂体之上残留有少量洪泛型细粒沉积,只有长期远离河道的岸后地区才发育有较厚的洪泛沉积。因而在辫状河沉积垂向剖面上往往表现为在大套的多旋回河道砂体之上才覆以较厚的细粒洪泛沉积。区内洪泛沉积因其所处地层层位不同而有一定的差异,在沙溪庙组,其岩性为灰色、深灰色薄到中层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩;在遂宁组中,主要为紫红色、砖红色薄到中层泥质粉砂岩和粉砂质泥岩,可见水平层理和流水沙纹层理。此外,生物扰动构造、虫迹和泥裂、钙质结核等也较丰富。

2.3 三角洲沉积体系

2.3.1 三角洲平原亚相 三角洲平原亚相是三角洲沉积的水上部分,位于三角洲沉积层序的最上部,俗称顶积层,可进一步划分出分流河道、天然堤、决口扇、分流间湾等微相。除分流河道外,其余几个微相可统称之为分流河道间沉积。

研究区三角洲平原亚相主要发育分流河道和分流间湾两种类型的沉积微相。

①分流河道微相：分流河道沉积是三角洲平原的骨架砂体。研究区分流河道沉积以灰黄色、紫灰色细粒长石砂岩、长石石英砂岩为主,砂体底部一般具有凹凸不平的冲刷面构造,冲刷面上见有泥砾等。砂体多呈透镜状叠置,中—大型板状、槽状交错层理和平行层理发育。颗粒次圆—次棱角状,分选中—差,成分成熟度和结构成熟度较低。剖面上具有明显的正粒序。

②分流间湾微相：研究区分流间湾沉积以紫灰色、棕红色薄层泥岩和粉砂质泥岩为主,夹少量泥质粉砂岩和粉砂岩,沙纹层理和水平层理发育,偶见虫管和钙质结核。

2.3.2 三角洲前缘亚相 三角洲前缘亚相是三角洲沉积的主体部分,是三角洲分流河道进入湖泊内的水下沉积区,由水下分流河道、河口坝、远砂坝、分流间湾等微相组成 (图 5)。

图5 关基井上沙溪庙组三角洲前缘沉积剖面结构

①水下分流河道微相：与三角洲平原分流河道微相相似,只是其沉积的砂岩夹于水下沉积的暗色泥岩中。研究区水下分流河道微相岩性主要为灰黄色、紫灰色细粒长石砂岩、长石石英砂岩为主,粉砂岩和泥岩次之;冲刷面发育,沉积构造为中—大型板状、槽状、楔形交错层理及平行层理等。

②河口坝微相：岩性主要为棕红色中—厚层状细粒岩屑长石砂岩、岩屑石英砂岩,少量泥质粉砂岩,具有向上变粗的逆粒序,颗粒分选较好,磨圆度好到中等,各种交错层理和滑塌变形构造发育。

③远砂坝微相：远砂坝是由河流所携带的细粒沉积物在三角洲前缘河口坝与浅湖过渡地带所形成的坝状沉积体,位于三角洲前缘亚相最前端,所以又称为末端砂坝。研究区内远砂坝沉积较少见,主要由紫红色、棕灰色薄至中层状粉砂岩与泥岩组成,见小型板状交错层理、水平层理及钙质结核、虫管。

④水下分流间湾微相：水下分流河道之间与湖水相通的地区就是分流间湾。岩性主要为紫红色、棕红色粉砂质泥岩与泥质粉砂岩,少量粉砂岩,发育小型板状交错层理、沙纹层理、水平层理,钙质结核及虫管较常见。

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2.3.3 前三角洲亚相 前三角洲位于三角洲前缘与浅湖过渡的宽广平缓地带,占据浅湖位置。在相序上与席状砂或远砂坝互层。研究区前三角洲岩性主要为棕红色、紫红色粉砂质泥岩与薄层粉砂岩,水平层理和沙纹层理发育,见钙质结核和虫管。

2.4 湖泊沉积体系

川西前陆盆地侏罗系湖泊相沉积广泛分布,据岩性组合和沉积构造可划分出滨湖、浅湖、半深湖及深湖等亚相,研究区内半深湖亚相较少见,深湖亚相普遍不发育。湖泊沉积体系在纵向上常表现出向上由粗变细的正粒序,横向上常与湖泊三角洲沉积体系或扇三角洲沉积体系呈指状交叉过渡 (图 6)。

2.4.1 滨湖亚相 滨湖亚相位于洪水线与枯水线之间,即水深减小到波浪发生破碎形成激浪,其冲流和退流对湖岸进行反复冲洗的地带。研究区滨湖亚相岩性以紫红色、灰紫色粉砂岩、细砂岩为主,少量粉砂质泥岩,砂岩的结构成熟度和成分成熟度较高,低角度板状交错层理和平行层理发育,粉砂岩中发育爬升沙纹层理,偶见冲刷面、泥砾、垂直虫管、钙质结核等。

2.4.2 浅湖亚相 浅湖亚相指枯水期最低水位线至浪基面之间的地带,它位于深湖相带外围邻近湖岸,水浅但始终位于水下,地形平坦开阔,波浪和湖流作用较强。以早侏罗世白田坝组和中侏罗世千佛崖组最具代表性,盆地内部的遂宁组和蓬莱镇组中浅湖亚相也较发育。研究区浅湖亚相以粉砂质泥岩为主,粉砂岩次之,浪成沙纹层理和水平层理发育,偶见钙质结核和虫管。浅湖亚相测井曲线为低幅弱齿形或柱形,粒度保存较小,因而曲线表现为顶、底渐变。

2.4.3 半深湖亚相 半深湖亚相岩性以暗紫色、紫灰色薄层泥岩、页岩为主夹少量粉砂质泥岩,横向较稳定,页理和水平层理发育,含植物化石。测井曲线为低幅指形或柱形。

3 沉积模式

川西前陆盆地侏罗系均属陆相沉积,且沉积相类型丰富,受龙门山推覆构造带的影响,沉积相带大体呈北东—南西向展布。由西向东,即由盆地边缘向盆地中心,沉积物由粗变细,各种沉积相类型的变化及平面配置关系呈现有规律的变化,总体上发育三级扇的沉积模式,即由盆地边缘冲积扇经河流冲积平原到三角洲再经浅湖到半深湖。通过对研究区内沉积相和沉积构造的综合研究,本区主要发育冲积扇—河流—三角洲—湖泊的沉积模式 (图 7)。

侏罗系川西前陆盆地是与龙门山冲断推覆构造带相匹配的陆相沉积盆地,盆地的沉降充填以及充填方式或沉积模式都与龙门山推覆构造带有着不可分割的关系。首先,龙门山冲断推覆构造带是前陆盆地主要物源区。其次,由于推覆构造带周期性的不间断强烈活动,造成物源区与前陆盆地间强烈的地形反差,并从而导致盆地西缘沉积相带展布呈北东—南西向、盆地边缘地形坡度较大、各相带变化较快、相带范围较窄等特点。另一个显著的特点是盆地边缘广泛发育粗碎屑岩沉积—冲积扇,在整个侏罗纪几乎从未间断。

图6 天全沙坪上沙溪庙组湖泊沉积剖面结构

图7 冲积扇—河流—三角洲—湖泊沉积模式

4 结 语

侏罗系是川西前陆盆地重要的产油气层位之一,通过对侏罗系野外露头剖面及大量钻井测井资料的综合分析,根据岩性组合、岩石颜色、沉积构造和植物化石等反映沉积环境的多种因素,将川西前陆盆地侏罗系识别划分出冲积扇、河流、三角洲和湖泊 4种沉积体系。

川西前陆盆地侏罗系均属陆相沉积,且沉积相类型丰富,受龙门山推覆构造带的影响,沉积相带大体呈北东—南西向展布。总体上发育三级扇的沉积模式,即由盆地边缘冲积扇经河流冲积平原到三角洲再经浅湖到半深湖。通过对研究区内沉积相和沉积构造的综合研究,本区主要发育冲积扇—河流—三角洲—湖泊的沉积模式。

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Study on sedimentary system and sedimentary model of Jurassic in foreland basin ofwestern Sichuan

WANG Da-yang,WANG Jun

(Sedimentary Geology Institute of Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

Jurassic in western Sichuan foreland basin is of great exploration and development potentials.However,sedimentary facies of the study areawas relatively seldom noted.According to the lithological association,rock color,sedimentary structure and other factors,the author deemed that Jurassic System in western Sichuan foreland basin could be divided into four sedimentary systems,they were alluvial fan,rivers,deltas and lakes,and the characters of the sedimentary sub-facies in depositional system were studied in details.Jurassic System in western Sichuan foreland basin belonged to continental deposition,and three fan depositionalmodelswere deposited as a whole,thatwas,by the basin margin alluvial fan through river alluvial plain to the delta and then the shallow lake to the semi-deep lake.Through a comprehensive study on sedimentary facies and sedimentary structures of the study area,alluvial fan-riverdelta-lake sedimentarymodelwasmainly developed in the area.

Foreland basin;Jurassic System;Sedimentary system;Sedimentarymodel;Western Sichuan

TE121.3

A

1674-3636(2010)02-0123-07

2009-11-02;

2009-11-12;编辑：陆李萍

王大洋 (1985—),男,硕士研究生,沉积学专业,研究方向为岩相古地理及层序地层学.

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.123