川东北地区须家河组四段物源及沉积体系特征

周　霞,王　威,杜红权,王　涛（．中国石化勘探分公司研究院，成都6004；.中国石油新疆油田分公司红山油田有限责任公司,新疆克拉玛依834000）

川东北地区须家河组四段物源及沉积体系特征

周霞1,王威1,杜红权1,王涛2
（1．中国石化勘探
分公司研究院，成都610041；2.中国石油新疆油田分公司红山油田有限责任公司,新疆克拉玛依834000）

综合运用古水流法、岩矿分析法及重矿物法3类物源分析方法对川东北地区须四段沉积期的物源方向进行分析，恢复了各物源区母岩性质。通过对研究区及周缘露头须四段古水流方向、砂岩类型、岩屑类型及含量变化、重矿物组合和重矿物ZTR指数等资料的研究表明，须四段沉积期川东北地区各个区块具有不同的物源方向：元坝西部沉积物主要来自于龙门山造山带，母岩类型主要为碳酸盐岩、次为硅质岩，少量低级变质岩；通南巴地区沉积物主要来自于米仓山—北大巴山造山带，母岩类型主要为沉积岩，次为火山岩，少量的低-中高级变质岩；元坝东部沉积物可能来自大巴山东缘，母岩类型主要为沉积岩，次为低级变质岩，以富含长石为特征；元坝中部呈混合物源的特征。根据物源分析、沉积环境、野外露头、岩心观察、测井及地震资料分析，将须四段沉积期川东北地区划分为3大辫状河三角洲沉积体系，以三角洲平原辫状河道和前缘水下分流河道微相为主，河道砂体全区发育。

四川盆地；川东北地区；须家河组四段；物源分析；辫状河三角洲

2012年以来，四川盆地东北部（以下简称川东北地区）上三叠统须家河组四段（以下简称须四段）勘探取得重大突破，多口井测试获高产工业气流，显示出良好的勘探潜力。由于川东北地区须四段沉积时期构造活动频繁，多个造山带相互作用，具有多物源、物源变化明显的特点。前人对龙门山造山带、东北米仓山—大巴山造山带对研究区的影响范围及不同物源区的特征等进行了研究并已取得初步成果，但尚不能完全满足勘探的需要，因此需要进一步对大区域进行精细研究。

物源分析可以使用多种方法，诸如重矿物分析法、古流向分析法、地球化学法、碎屑岩分类分析法、同位素法、裂变径迹法等[1-4]。本文根据川东北地区须四段野外4个剖面和36口井的岩心、薄片、分析化验等资料，通过对古水流方向、砂岩组分、岩屑类型、重矿物组合及ZTR指数的综合分析，对川东北地区各个物源方向和母岩类型进行了研究，结合物源分析、沉积环境、野外露头、岩心观察、测井及地震资料分析，探讨了研究区须四段沉积体系特征，对指导储集层预测方法和测试方式的选取有重要意义。

1　研究区概况

研究区构造位置处于大巴山弧形构造带西南前缘与川东高陡构造带北侧交会处，属扬子板块的北缘，北邻米仓山—大巴山前陆冲断带，东接川东高陡断褶带，西为龙门山断褶带（图1）。印支运动以来，在川东北地区的周缘发育北东向龙门山和北西向米仓山—大巴山2个巨型推覆构造带，须家河组沉积后，盆地周缘造山带活动加剧，川西龙门山大规模隆升，形成了须三段和须四段之间“安县运动”不整合面；川东北大巴山全面隆升，山前堆积大规模砾石沉积物[5-7]。

图1　川东北地区区域构造及研究区位置

川东北地区须家河组是沉积在中、下三叠统碳酸盐岩之上的一套以砂岩、泥岩为主的陆源碎屑“煤系地层”，根据其沉积旋回和岩性特征，将须家河组自下而上分为须一段、须二段、须三段、须四段和须五段5个层段。通南巴地区缺失须一段、须二段下亚段地层，元坝地区地层发育完整，其中须一段、须三段和须五段以泥岩沉积为主，须二段、须四段以砂岩和砾岩沉积为主。须四段总厚度为39~134 m，盆内发育多个辫状河三角洲沉积体系。

2　物源分析

2.1古水流分析

古流向分析既可圈定古斜坡、推测古岸线走向，又可按沉积物分布的样式探索盆地的结构及几何形态[8]。古流向分析有多种定量分析方法，本文利用交错层理倾向绘制出流向玫瑰图来指示物源方向。任何规模的交错层理都有识别古水流的价值，交错层前积层倾斜的方位就代表了水流的方向。

总体看，古水流方向表明川东北地区须四段存在3个不同方向的物源（图2）。元坝西部（元陆6井、元陆20井、元陆8井和元坝204井）交错层理倾向显示古水流主要为北西—南东向，反映当时沉积物来源于西北部；元坝中部（元陆2井）地区交错层理倾向显示古水流主要为北西向，次为南西向及正北向，表明沉积物来自西北部、西南部和北部，呈现混源的特征；通南巴地区马201井交错层理的倾向显示古水流方向为北东—南西向，表明沉积物主要来自东北部；元坝东部元陆17井—元陆171井区交错层理倾向显示古水流主要为南东—北西向，元陆4井主要为北西、南西2个方向，表明可能存在一个由东、东南向西的物源方向。

图2　川东北地区须四段沉积期古水流玫瑰图

2.2岩矿分析法

碎屑沉积物的成分可反映物源的组成、物源方向和古环境方面的信息。物源区母岩类型的差异以及随后的河流搬运、分异作用决定了沉积盆地中碎屑物的组成不同[9-10]。不同的物源区决定了岩石类型的不同。川东北地区须四段元坝西部和通南巴地区从盆地边缘向盆地中心岩性由砾岩逐步演变为砂岩沉积，元坝东部为砂岩沉积。本文主要利用砂岩来进行岩矿分析。

（1）砂岩组分与物源的关系由表1可见：①研究区元坝西部石英含量沿北西向南东方向逐渐增加，元陆10井仅为11.2%，粒度较粗，分选差，磨圆度为棱角-次棱角状，表现出近物源的特征；元坝104井石英含量超过60.0%，粒度逐渐变细，磨圆和分选逐渐变好，长石含量整体偏低，小于5.0%，矿物成熟度沿元陆10井—元坝101井一线，元坝205井—元坝2井一线逐渐向盆内增大。②研究区东北部通南巴地区马201井石英含量仅为15.8%，也呈近物源沉积的特征，向西南部逐渐增加，到仁和1井石英含量达到89.2%，长石含量从北东向南西呈现降低的趋势，从马201井的7.4%减小到仁和1井的1.8%.矿物成熟度也从北东向南西逐渐变大。③研究区元坝东石英含量整体较高，磨圆和分选较好，表明离物源区相对较远，长石含量在研究区最高，平均为14.6%，表明沉积物来源与元坝西、通南巴地区不同，石英含量从东向西逐渐增大，长石含量逐渐减小，矿物成熟度也逐渐增大。④研究区元坝中部石英含量为44.1%~77.3%，长石含量为0~11.4%，整体无明显规律性，呈现混缘的特征。

通过以上分析初步表明，元坝西部长石含量最低，主要是岩屑砂岩的覆盖区，是西北部物源控制下的沉积产物；通南巴地区主要为岩屑砂岩、少量岩屑石英砂岩，沉积物主要来源于盆地东北部；元坝东部长石含量最高，主要发育长石岩屑砂岩，沉积物主要来源于盆地东部。元坝中部表现混源的特征，这与古水流分析结果一致。

表1　川东北地区须四段岩石组分分析

（2）岩屑成分与物源分析岩屑的类型及含量能准确反映物源区的岩性、风化类型、风化程度及沉积物搬运距离[11]，是提供物源区母岩类型的直接标志。通过对野外4个剖面及盆内单井薄片的观察及显微鉴定表明（表1），研究区须四段砂岩岩屑在不同区域类型含量不同：①元坝西部地区岩屑成分主要为白云岩、灰岩、砂岩、石英岩，表明母岩类型主要为沉积岩，平均为50.75%，变质岩和火山岩岩屑含量较少，平均含量分别为6.70%和0.98%，垂向上岩屑成分略有不同，下部以硅质岩为主，含少量的碳酸盐岩，上部以碳酸盐岩为主（图3a），含有少量的硅质岩，推测可能因为古水流的迁移，下部古水流主要为西北部，向上古水流逐渐向南迁移，其岩屑特征与四川盆地西北部广元工农镇剖面类似。该剖面碳酸盐岩岩屑明显高于其他剖面，达到7.50%.②通南巴地区岩屑成分主要为粉砂岩、泥页岩、白云岩、灰岩、中酸性喷出岩、石英岩（图3b），表明母岩类型主要为沉积岩和火山岩，含量分别为18.87%和17.75%，变质岩含量较少，其岩屑特征与盆地东北缘通江诺水河剖面类似，通江诺水河剖面岩屑成分以沉积岩和变质岩为主，二者含量占总组分含量的24%，含少量的火山岩岩屑，碳酸盐岩岩屑含量极少，仅为0.27%，与其他区域岩屑类型差异较大。③元坝东部岩屑成分主要为粉砂岩、泥页岩、白云岩、灰岩、石英岩、千枚岩等，表明元坝东部物源区母岩以沉积岩和低级变质岩组合为主，平均含量分别为14.2%和12.1%.④元坝中部以沉积岩岩屑为主，平均占总组分含量的18.26%，介于元坝西部和通南巴地区两者之间，其沉积岩岩屑主要为硅质岩，在元陆28井—元陆3井区可见碳酸盐岩岩屑，向南边碳酸盐岩岩屑消失，变质岩岩屑次之，占总组分含量的11.48%，火山岩岩屑占总组分含量的1.9%，整体来看，具有汇水区的特征。以上分析表明，碳酸盐岩岩屑主要发育于元坝西部，火山岩岩屑只发育在通南巴地区，沉积物来自不同的物源区。

图3　川东北地区须四段薄片照片

2.3重矿物分析

砂岩储集层中的重矿物因其耐磨蚀、稳定性强，能够较多地保留其母岩的典型特征，不同的母岩类型具有特定的重矿物组合及相对含量，因此在物源分析中占有重要地位[12-14]。石榴子石、磁铁矿、绿帘石和部分钛铁矿是变质岩的产物，磷灰石来源于中-酸性火山岩，重晶石和赤（褐）铁矿是沉积物沉积和成岩过程中生成的，它们的大量出现代表了干旱氧化的沉积和成岩环境［15-18］，通过重矿物的组合来初步判断物源区的方向和母岩岩性。

据元陆17井等9口井和11个野外剖面的重矿物样品分析表明（表2）：川东北地区重矿物主要类型为锆石、白钛矿、磁铁矿、电气石，其次为赤（褐）铁矿、金红石、石榴子石、绿泥石，出现率为95%，少数井中还见重金石、绿帘石和磷灰石。研究区西部和东部重矿物含量具有显著的不同：①西部工农镇、剑门关剖面石榴子石含量最高，超过20%，其他区域含量极少，为中-高级变质岩的产物；东部重晶石含量在研究区最高，平均为16.5%，为沉积岩的产物，表明元坝西部和东部来自不同的物源区。

研究区内重矿物总体分布不稳定，大致可划分为4个区（图4）：①元坝西部元坝102井和元坝2井以白钛矿+赤铁矿+锆石+电气石为主，表明母岩主要为沉积岩和低级变质岩，稳定重矿物组合与剑门关—工农镇剖面相似，总含量比西北部剖面明显更高，次稳定重矿物石榴子石含量差别较大，元坝2井含少量的石榴子石，推测来自剑门关—工农镇剖面，随搬运距离越远含量越低，元坝102井须四段磁铁矿含量较高，达到14.7%，表明须四段沉积时期元坝102井为缺氧的还原环境。②通南巴地区马2井重矿物组合以白钛矿+锆石（圆）+电气石+石榴子石+金红石为主，表明重矿物母岩主要是沉积岩、变质岩和火山岩，野外通江诺水河剖面与马2井稳定重矿物组合相似，次稳定重矿物有差异，其中马2井石榴子石（为中-高级变质岩的产物）含量最高，向西南方向降低，到桥亭剖面几乎为0.③元坝东部重矿物组合以锆石+重晶石+磁铁矿+电气石组合为主，其重晶石在研究区含量最高，且锆石呈浑圆状，其母岩主要为沉积岩，磁铁矿主要为变质岩的产物，重矿物组合与野外剖面大巴山东北部铁西—固军等4个剖面明显不同，与东缘的樊哙剖面和农乐剖面相似，表明元坝东部与樊哙剖面和农乐剖面具有亲缘性。④元坝中部重矿物组合以锆石+磁铁矿+白钛矿+电气石+赤铁矿+金红石为主，前述3个分区中的重矿物类型均有出现，为受多个物源影响的混源区。

综上，研究区须四段沉积时期重矿物的分异，证实了古水流分析、砂岩组合、岩屑成分分析的结果，存在西北部、东北部和东部三个不同的物源区，元坝西部重矿物组合特征与工农镇地区较为接近，推测来自同一物源。通南巴地区马2井稳定重矿物组合与通江诺水河剖面相似，沉积物来自于东北部，元坝东部重矿物组合与东部樊哙剖面具有亲缘性。

重矿物ZTR指数是指最稳定的重矿物锆石、金红石和电气石在透明重矿物中所占的比例。通常来自同一剥蚀物源区的、相同年代、同一河流沉积物的重矿物样品，具有相同或近似的重矿物组合和重矿物的相对百分含量，并且从上游至下游随着搬运距离的增加、改造程度的加剧，样品中不稳定重矿物数量将逐渐减少、稳定重矿物的数量将相对增多，重矿物ZTR指数也相应依次逐渐增大[19-20]。从表2可见，川东北地区重矿物ZTR指数由西北、东北、东南三个方向向中心逐渐增加，西北部重矿物ZTR指数较低，从剑门关剖面的0.19向中心至元坝2井增为0.32；东北部重矿物ZTR指数为0.30~0.36，其中马2井最低，从北东向南西方向逐渐增加，桥亭剖面重矿物ZTR指数达到0.36；元坝中部重矿物ZTR指数最大，为0.34~0.66；东北部到东部的铁溪、竹峪剖面、沙滩剖面、固军剖面重矿物ZTR指数相对较高，大于0.5；而东南部的樊哙剖面和农乐剖面及元陆17井和元陆32井重矿物ZTR指数小于0.4，自东向西重矿物ZTR指数增大，表明元坝东物源可能来源于樊哙和农乐方向。以上分析表明，川东北元坝西部物源来自北西向的龙门山，东北部通南巴地区沉积物来自北东向米仓山—大巴山，元坝东部的沉积物可能来自大巴山东缘。

表2　川东北地区主要陆源重矿物含量及重矿物ZTR指数分析

图4　川东北地区须四段重矿物分布

3　沉积体系特征

依据野外露头剖面、测井资料和岩心的岩性、沉积构造、分析化验等资料的分析，对研究区须四段沉积期沉积相进行了精细划分，并结合物源方向、砾岩厚度等值线图平面形态及地震剖面的河道异常体追踪，编制了沉积相平面图（图5），结果显示川东北地区须四段发育北东向、北西向和东部3大不同的辫状河三角洲沉积体系，以三角洲平原辫状河道和前缘水下分流河道微相为主。河道砂体全区分布，泥页岩含量少。

图5　川东北地区须四段沉积相分布

元坝西部主要发育辫状河三角洲平原辫状河道微相，以砾岩沉积为主，具有岩性粗、厚度大、砾岩比例高的特点，砾岩成分主要为碳酸盐岩，少量硅质岩（图6a，图6b），与工农镇剖面砾石成分一致，沿北西向从盆地边缘向盆内砾岩厚度逐渐减薄，钙屑砂岩厚度逐渐增大，工农镇剖面砾岩厚度达到88 m，砾径一般为0.5~20.0 cm，分选性差，磨圆次棱角状，盆内元陆25井—元坝204井砾岩厚度约60 m，到元坝5井—元坝10井—元坝12井一线砾岩消失，发育钙屑砂岩。其中须四段上部和下部砾岩成分略有差异，下部以硅质岩砾为主，少量的碳酸盐岩砾，上部以碳酸盐岩砾为主，少量的硅质岩砾，表明须四段沉积时期元坝西部纵向上古水流方向从北西向南迁移。通南巴地区主要发育辫状河道和水下分流河道微相，是研究区另一个砾岩发育区带，砾石成分主要以硅质岩砾石为主，含火山岩砾石（图6c），砾岩厚度沿北东向南西逐渐减薄，马201井砾岩厚60 m，到河坝101井厚度小于10 m，逐渐被中、细粒岩屑砂岩取代，由辫状河道微相演变为水下分流河道微相。元坝东主要发育水下分流河道微相，岩性以中、细粒长石岩屑砂岩为主，发育大量的交错层理、斜层理（图6d），见泥砾。

图6　川东北地区须四段典型砾岩照片及沉积构造

4　结论

（1）须四段沉积期，川东北地区具有3个不同物源方向，元坝西部沉积物主要来自西北部龙门山造山带，母岩类型主要为沉积岩和少量的低级变质岩，其中沉积岩以碳酸盐岩为主，次为硅质岩；通南巴地区沉积物主要来自米仓山—北大巴山造山带，母岩类型主要为沉积岩、次为火山岩，少量的低—中高级变质岩；元坝东部地区沉积物可能来自大巴山东缘，母岩类型以沉积岩为主，次为低级变质岩，以富含长石为特征；元坝中部沉积物呈现混源的特征。

（2）川东北地区须四段沉积期主要发育3大辫状河三角洲沉积体系，以三角洲平原辫状河道和前缘水下分流河道微相为主。元坝西部以辫状河道微相为主，局部发育水下分流河道微相；通南巴地区以辫状河道和水下分流河道微相为主；元坝东部发育前缘水下分流河道微相。河道砂体全区发育。

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Provenance Analysis and Sedimentary System Characteristics of the 4th Member of Xujiahe Formation in Northeastern Sichuan Basin

ZHOU Xia1,WANG Wei1,DU Hongquan1,WANG Tao2
(1.Research Institute of Exploration Company,Sinopec,Chengdu,Sichuan 610041,China;2.Hongshan Oilfield Co.,Ltd,XinjiangOilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,China)

This paper analyzed the provenance directions of the 4th member of Xujiahe formationinnortheastern Sichuan basin using paleo⁃current,rock⁃mineral analysis and heavy mineral methods,and presented the parent rock types in the each provenance area.The study of the provenance directions,sandstone type,debris type and content variation,heavy mineral combination and ZTRindex indicate that the dif⁃ferent provenance directions are as follows:in western Yuanba area the sediments are mainly from Longmenshan orogenic belt,the parent rock types are dominated by carbonate rock,followed by siliceous rock and a few low⁃grade metamorphic rocks;in Tongnanba area the sedi⁃ments come from Micang-North Dabashan orogenic belt,the parent rock types are dominated by sedimentary rocks,followed by volcanic rock and a few low and mid⁃high grade metamorphic rocks;in eastern Yuanba area the sediments possibly come from eastern margin of Da⁃bashan area,the parent rock types are mainly sedimentary rocks,secondarily low⁃grade etamorphic rocks,and characterized by rich feld⁃spars;the middle part of Yuanbaareais characterized by mixed provenance.Accordingto the analyses of provenance directions,sedimenta⁃ry environment,field outcrops,core observation,well logging and seismic data,the northeastern Sichuan basin of the 4th member of Xujia⁃he formation can be divided into three braided⁃river delta depositional Systems where the microfacies are dominated by braided channels in deltaplain and underwater distributary channels in deltafront,and the channel sandbody is distributed in the whole area.

Sichuan basin;northeastern Sichuan basin;Xujiahe 4th member;provenance analysis;braided⁃river delta

TE111.3

A

1001-3873（2015）04-0443-07

10.7657/XJPG20150411

2015-01-28

2015-05-04

国家科技重大专项（2011ZX05002-004）

周霞（1983-），女，四川成都人,硕士，石油天然气勘探，（Tel）15208188200（E-mail）zhx_18@163.com.