四川盆地南部须家河组砂岩组分特征及物源分析

郝强，林良彪，余瑜，高健，钱利军

(1. 成都理工大学工程技术学院 资源勘查与土木工程系，四川 乐山 614000；2. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，四川 成都 610059)



四川盆地南部须家河组砂岩组分特征及物源分析

郝强1,2，林良彪2，余瑜2，高健2，钱利军1

(1. 成都理工大学工程技术学院 资源勘查与土木工程系，四川 乐山 614000；2. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，四川 成都 610059)

上三叠统须家河组是四川盆地南部地区重要的油气勘探层位。通过对碎屑组分和重矿物分析，表明川南地区须家河组存在龙门山、康滇古陆、雪峰古隆起和黔中古隆起等多个物源区。其中，龙门山物源主要影响研究区西北部，以提供岩浆岩和变质岩岩屑为典型特征，北西—南东向展布的(短轴)三角洲沉积体系较发育；研究区东北部和东南部所含泥岩、粉砂岩和变质岩岩屑则主要来自雪峰古隆起，该区发育南东—北西向展布的远源(长轴)三角洲沉积体系；康滇古陆、黔中古隆起控制着研究区西南部和南部，重矿物分析也支持上述观点。

川南地区；须家河组；物源分析；沉积体系

川南地区上三叠统须家河组是川南油气勘探的重点层位之一。近几十年来，上三叠统须家河组致密砂岩油气勘探不断获得突破，在地震、测井、储层、沉积等方面取得了较深入的认识。作为该区油气勘探的主要层位，须家河组物源的研究对明确砂体和沉积相展布，预测有利储层区带(叶素娟等，2014)，指导川南须家河组油气资源的勘探具有重要意义。

前人在沉积环境、层序地层以及储层等方面对川南地区须家河组进行了研究(赵强等，2007；刘建锋等，2009；郝国丽等，2010；杜伟，2013)，物源及沉积相仅在全盆研究时进行了粗略的介绍,认为其主要受古秦岭-大巴山和康滇古陆控制，雪峰古隆起影响东南部凹陷地区(谢继容等，2006；施振生等，2010)。同时，认为从雪峰古隆起到川南低缓褶皱带依次发育冲积扇-河流-三角洲沉积，砂体和沉积相带呈南东—北西向展布的特征。

国内外物源分析的方法多种多样，应用较为广泛的包括沉积学、岩石学、重矿物和元素地球化学分析。根据单一方法来分析物源往往存在多解性，因此，笔者通过碎屑组分分析结合重矿物组合特征，综合分析川南须家河组二、四、六段砂岩的物质来源，以便得到对川南地区须家河组物源和沉积体系特征的正确认识。

1 区域地质背景

研究区位于四川盆地南部，南临云贵高原，区域构造包括川西低陡、川中低平构造区南部、川西南低缓构造区、川东南低陡构造区和川东高陡构造区西部(图1)。该区是华蓥山褶皱带向西南方向的延伸，东、南部山脉呈东西向展布，西、北部山脉呈北东及南北向展布(赵强等，2007；杜伟，2013)。

图1 研究区构造位置图Fig.1 Structural location in studied area

早三叠世时，由于地壳沉降较快，普遍沉积了厚层状的海相灰岩。到中三叠世除海相灰岩外，还见有白云质灰岩和白云岩。中三叠世末在印支早幕构造运动的作用下中三叠统及下伏地层整体得到抬升，此时海水逐渐退出上扬子台地，内陆盆地开始出现，沉积环境也依次由海相演化为海陆过渡相到陆相(赵强等，2007；淡永，2010等；杜伟，2013)。前人通过对须家河组岩相、岩性和古生物特征的综合分析将其划分为须一到须六6个岩性段(表1)。

2 砂岩组分特征

2.1 碎屑组分分析

盆地内陆源碎屑物的碎屑组分是沉积物来源的重要标志，也是沉积盆地的构造演化的直接反映。碎屑组分是源区母岩经风化-沉积旋回的产物，其不仅能体现源区岩石特征，也可以反映沉积环境和改造强度(林良彪等，2006；徐亚军等，2007；叶素娟等，2014)。因此，通过砂岩中岩屑类型来分析母岩和物质来源，一直是物源分析的重要手段。

根据对薄片资料统计分析，川南地区须家河组砂岩以长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，见少量岩屑石英砂岩，具有混合源区、再旋回造山带和过渡型源区的特点(图2)。

表1 川南地区上三叠统须家河组划分表

Q.石英+燧石；F.长石；L.不稳定岩屑；1.陆块源区;2.造山带源区;3.岩浆弧源区;Ⅰ.克拉通区;Ⅱ.过渡型大陆区;Ⅲ.基底抬升区;Ⅳ.切割弧区;Ⅴ.过渡型弧区;Ⅵ.未切割弧区;Ⅶ.石英质再旋回区;Ⅷ.过渡再旋回区;Ⅸ.岩屑质再旋回区;Ⅹ.混合源区图2 川南地区须家河组二、四、六段砂岩φ(Q)-φ(F)-φ(L)图解Fig.2 φ(Q)- φ(F)- φ(L) diagram of the 2nd-6nd Xujiahe Formation sandstone, southern Sichuan

2.1.1 须二段

研究区西北部浦江—彭山地区，岩石类型以长石岩屑砂岩为主，其次为岩屑长石砂岩为主，少量岩屑砂岩，岩石分选较差；岩屑类型颇为丰富，各类岩屑均见有出现，其中以石英质岩和泥岩岩屑为主，且火成岩岩屑和碳酸盐岩屑为全区最高(图3a、图3b)，据薄片观察重矿物为帘石、锆石、电气石和磷灰石组合，偶见榍石(图4)。

北—东北部资阳—璧山一线，岩性以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和岩屑砂岩为主，磨圆分选较西北部地区偏好，岩屑多为泥(板)岩屑和变质岩岩屑；变质岩岩屑含量较其他地区偏高，与西北部相比火成岩岩屑骤减，碳酸盐岩屑仅在个别井位出现(图3c-图3e)，重矿物为帘石、锆石、电气石组合，未见磷灰石。

西南部沐川—荣县一线，岩石类型以岩屑长石砂岩为主；南溪大观镇地区石英含量升高；岩屑主要由泥屑和粉砂岩岩屑组成(图3f)，是该区唯一未见碳酸盐岩屑出现的区域，砂屑与泥屑的较高比值，具有受西南部康滇古陆等老地层影响的特点(谢继容等，2006)。

a. 盐2 10×10(+)3 070 m T3X2火成岩岩屑; b. 白马6 10×10(+) 3 721 m T3X2石英质岩岩屑；c. 东峰6 T3X2 20×10(+)2 055.83 m千枚岩岩屑; d. 威东2 T3X2 4×10(+) 2 165.5 m碳酸盐岩屑，及少量碳酸盐胶结物; e. 包浅207 T3X2 10×10(+)1 703.41 m 泥岩岩屑，西北边界见帘石；f. 南溪大观镇20×10(+)T3X2 粉砂岩岩屑；g. 磨58井 T3X4 20×10(+) 2 009 m泥板岩屑；h. 瓦6井10×10(+)1 115.74～76 mT3X4千枚岩岩屑；i. 包36 T3X4 20×10(+) 2 161.70 m火成岩岩屑图3 川南地区须二、四段砂岩岩屑照片Fig.3 Photos of sandstone debris of the 2nd-4nd Xujiahe Formation , southern Sichuan

2.1.2 须四段

研究区西北部岩石类型主要为岩屑砂岩，少量为长石岩屑砂岩。与须二段相比，长石含量明显降低，岩屑含量明显增高，岩屑中以石英质岩为主，其次为泥屑、粉砂岩屑和碳酸盐岩屑，少量火成岩岩屑；在薄片观察中，重矿物有锆石、帘石和电气石(图4)。

研究区西部地区，须四段的岩石类型主要为长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和少量岩屑石英砂岩；资阳—屏山一线，以长石岩屑砂岩(分选中偏差，磨圆次圆-次棱)和岩屑砂岩(分选差，磨圆次圆-次棱角状)为主；岩屑在自贡—屏山一线含量略高，以泥屑为主，其次为粉砂岩屑和变质岩屑(图3h)，偶见碳酸盐岩屑和火成岩屑，薄片观察中除见锆石、帘石和电气石外，还有磷灰石的出现。

研究区东部地区，岩性主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，岩屑总体上以变质岩屑和泥屑为主，潼南—璧山地区石英质岩含量偏高，江津—叙永地区千枚岩、片岩含量偏高(图3g、图3i)，重矿物见锆石、帘石、电气石和磷灰石出现。

总体上，与须二段相比须四段受西北方向物源控制更为强烈，重矿物种类及含量也显著升高，但未见磷灰石出现。西部岩石样品中火成岩屑含量比研究区其他地方偏高，分选也较差，不断隆升的龙门山逆冲-推覆体可能为研究区西北部提供丰富的沉积物，影响的范围也较须二段时向南扩大。同时在薄片观察时，发现西南部井位中见有碳酸盐岩屑出现，岩屑石英砂岩含量也略有增加，说明由于康滇古陆消退的同时，都匀运动隆升的碳酸盐台地-黔中古隆起对研究区的作用已逐渐加强。

图4 川南地区须家河组二、四、六段砂岩岩石类型和岩屑组合特征图Fig.4 Regional variation in detrital composition and lithoclast composition of the 2nd, 4nd, 6nd of Xujiahe Formation sandstones，southern Sichuan

前人在对江南古陆上溪群水母化石研究时，发现上溪群木坑组发育一套浅变质-中变质的灰绿色粉砂质板岩-千枚岩-片岩，广泛发育(陈冠宝等，2006)与研究区东南部含量较高的变质岩岩屑(多千枚岩，片岩)的母岩类型极为相似，反映出其来自较远江南古陆的特征。

2.1.3 须六段

岩石类型以长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主。资阳、乐山地区岩石类型为长石岩屑砂岩，岩石的分选变差，杂基增多，反映了西北向的物源供给能力增强，沉积中心有南东方向迁移的趋势。

区内其他地区，岩石类型以岩屑砂岩为主，往东部长石含量升高，分选中等，磨圆为次棱角-次圆状；整个上须六段岩屑含量较须二段、须四段增高，以泥屑和粉砂岩屑为主，除西北部，其他地区均见有碳酸盐岩屑出现(图4)，反映此时龙门山中南段全面隆升，来自北段碳酸盐源区的母岩减少。

无论在平面展布，还是在垂向变化上，从须二段至须六段，岩屑含量不断增大，体现了在整个须家河组沉积期，周缘物源供给体系处于活跃的构造环境中，沉降中心也发生了迁移，个别物源距研究区的距离逐渐变近，控制能力及范围也逐渐增强。

2.2 重矿物分析

重矿物分析在物源分析中起到越来越重要的作用，主要因其稳定性较强，能够较好的保留和记录母岩特征。近十几年来主要是依靠超稳定重矿物的含量-ZTR指数(锆石+电气石+金红石)来指示物源方向；一般同一物源的样品重矿物种类及含量相差不大，随着搬运时间和距离的增加，沿着物源的延伸方向，岩石中稳定重矿物的含量逐渐增大，ZTR指数也将随之逐渐升高(郝强等，2014)。而且来自不同源区的碎屑组分往往具有不同的重矿物组合。因此，可以采用统计分析的方法，按照相同的重矿物组合类型来对研究区进行重矿物分区。结合ZTR指数判断出物源方向和源区位置。

2.2.1 须二段重矿物组合特征

根据须二段重矿物样品的聚类分析，表明重矿物种类以锆石、电气石、白钛石为主，次为金红石、磁铁矿、绿泥石、绿帘石和赤褐铁矿。在重矿物的分布上，可以看出研究区须家河组二段可以分为磨溪—潼南—合川地区为锆石、电气石、白钛石、磁铁矿及绿帘石组合，并且该地区是全区唯一出现绿帘石的区块。而龙女寺—荷包场一线以较低的锆石含量和高的沉积岩矿物白钛石为一大特点(图5)，进一步印证了受康滇古陆影响较甚。值得关注的是大邑地区(川西南)以较高的ZTR指数(锆石+帘石+电气石)与其他各区域迥异，尤其产自酸性岩浆岩的金红石含量较高，与碎屑组分分析时较高的火成岩岩屑和碳酸盐岩屑相吻合，疑似大邑地区受控于和龙门山有关的火山岛弧混合造山带及其碳酸盐岩区。

2.2.2 须四段重矿物组合特征

重矿物种类与须二段相似，受构造运动的影响(安县运动)，西北部龙门山源区供给能力加强，影响范围扩大。东部重矿物以典型的变质岩矿物帘石、石榴子石为特点，体现母岩来自变质岩源区，反映其来源于雪峰古隆起的特征。

古蔺—南溪一线ZTR指数明显升高及东南部地区较好的成分成熟度，反映其来自较远的独立源区，宜宾来复地区由于重矿物种类多样，不具有任何独立物源的重矿物特征(图6)，作为混源区，此时康滇古陆影响能力以退至宜宾西部地区，受黔中古隆起的影响较甚。

2.2.3 须六段重矿物组合特征

重矿物种类与二、四段相比，盆地东南部以白钛矿+磁铁矿+电气石组合和锆石+电气石重矿物组合为主, 石榴子石+绿帘石+磁铁矿组合含量较少，其他地区重矿物种类较单一，组合较稳定(图7)，表明须家河组沉积时期大的供给源区固定，不同的是各个不同阶段不同源区供给能力不同。

3 物源及沉积体系综合分析

通过对以上2种物源分析方法的综合分析比对，发现须家河组沉积时期研究区存在龙门山、康滇古陆、雪峰古隆起和黔中古隆起多个物源体系，各个源区在沉积的不同时期影响区域具有继承性差异。其中，须二段沉积时，西北部受控于来自龙门山的物源，影响范围包括彭山—夹江一线的川西低陡构造区。西南部物源来自康滇古陆，主要影响川西南低缓构造区，物源方向总体呈南西至北东向。雪峰古隆起控制着研究区内川中低平及川东南低陡构造区北部。须四段时期，受安县运动的影响，龙门山物源的影响开始显现，控制区域也影响到乐山南部地区；东部和东南部仍然以雪峰古隆起为主要物源区。须四段时期，四川盆地与西昌盆地连成一片，致使康滇古陆往南大大退缩，成为次要的物源区，这在φ(Q)- φ(F)- φ(L)图解中也得到证实。须二段到须六段沉积期，随着龙门山由岛链逐步隆升成山及须三期后康滇古陆对研究区的供给能力减弱，致使来自过渡型大陆区和混源区的碎屑减少，石英质再旋回区(造山带源区)碎屑增加，因此，黔中古隆起成为南部和西南部的主要物源区(崔金栋，2013)(需要解释的是大部分学者一直否定黔中古隆起对川南地区的影响，究其缘由是因为黔中古隆起是在都匀运动下隆升的碳酸盐台地，然而研究区南部碳酸盐岩屑仅零星分布，与其源区母岩类型明显不符；可是须四段南部地区重矿物组合及含量与须二段明显不同，ZTR指数变化指示其来自黔中古隆起方向，笔者究其原因认为其母岩可能来自黔中古隆起西南部的牛首山古陆，其碎屑物运送至黔中古隆起，又经古隆起搬运到周缘坳陷并沉积，这在沿源区方向岩石中高的ZTR指数上也得到证实)。须六段沉积时期基本延续了须四期的构造格局，物源区没有大的变化。

图5 川南地区须家河组二段重矿物组合分布图Fig.5 Distribution of different types of the heavy mineral assemblages of the 2nd Xujiahe Formation，southern Sichuan

图6 川南地区须家河组四段重矿物组合分布图Fig.6 Distribution of different types of the heavy mineral assemblages of the 4nd Xujiahe Formation，southern Sichuan

图7 川南地区须家河组六段重矿物组合分布图Fig.7 Distribution of different types of the heavy mineral assemblages of the 6nd Xujiahe Formation，southern Sichuan

在晚三叠世末期的印支运动的驱使下，龙门山造山带发生冲断隆升，其隆升变形具有由北东向南西递进发展(陈洪德，2011)；须四段时期，龙门山前堆积厚层状砾岩，冲积扇沉积体系发育，尽管龙门山中南段在须四段时其活动较北边界要弱些，但物源供给相对充足。同时，康滇古陆西北端下沉，研究区西北有大量沉积物自龙门山向盆地西部注入，北部形成的三角洲沉积，砂岩碎屑组分以岩屑含量较高为特点，物源区主要为石英质再旋回区和过渡型大陆区。南部地区形成延伸较远的河流和三角洲沉积，石英含量偏高，长石和岩屑含量相差不大，具有长轴物源的特点。

表2 川南地区须家河组二、四、六段主要重矿物含量统计表(mg)

注：部分实验数据引自施振生(2011)。

总体上，川南各地区受其主控物源影响，沉积相带基本上呈现由物源方向从研究区边缘向中部地区展布的特征，沉积相上也呈现规律的变化，自源区发育：冲积扇-河流(冲积平原)-三角洲(滨浅湖)模式，研究区主要发育三角洲相(图8)。由于康滇古陆、黔中古隆起和雪峰古隆起均位于盆地南缘，持续为盆地南部地区提供物质，在研究区形成自西南向东南(北)呈条带状展布的三角洲平原-冲积平原亚相。

在研究区西北边界发现叠加后成裙边状的沉积体，显示了源区受推覆构造影响为近物源，短轴三角洲沉积体系，发育辫状河三角洲相，呈现粒度粗，分选差，砂地比略高的特点；在晚三叠世时，尤其在安县运动之后，使周缘沉积物向研究区北部汇聚，与北部砂岩连在一起。同时由于南部地区源区供给相对稳点，沉积物具有搬运距离远和成熟度较高的特点，而此时川东南坳陷在构造运动的作用下缓慢隆升，导致沉积厚度较西北部偏薄，须二、须四、须六期区内沉积相以长轴三角洲为主，浅湖相基本不发育 (图8)(柳妮，2014)。

不同物源和沉积体系控制着砂体和储层发育情况和展布特征。川南地区在须家河组沉积时期，乐山—乐至以西物源主要来自龙门山，发育南东向展布的短轴三角洲沉积。由于源区较近，搬运距离相对较短，砂岩分选、磨圆以及成分成熟度均较差，加之长石含量相对较低，导致研究区西北部物性条件不好；研究区中、南部物源主要来自雪峰古隆起、黔中古隆起和康滇古陆，沉积物经长时间的搬运，发育南东—北西、南西—北东向展布的远源、长轴三角洲沉积；由于较好的分选性和较高的成熟度，使得砂岩具有较好的物性条件，孔隙度在8%以上，从而把川南地区东北和东南部作为须家河组油气勘探的主要目标区带。

图8 川南地区须家河组沉积模式简图Fig.8 Depositional mode of the Xujiahe Formation，southern Sichuan

4 结论

(1)根据碎屑组分及重矿物分析结果，明确川南地区须家河组存在龙门山中—南段、康滇古陆、雪峰古隆起和黔中古隆起多个物源区。其中，研究区西北部彭山—夹江一带物源主要来自西部龙门山北段；南部地区南溪、叙永地区为混源区物质，主要来自康滇古陆和黔中古隆起；东部和东北部乐至、铜梁、綦江一带属雪峰古隆起物源供给范围。

(2)须家河组不同时期主要物源体系存在差异。须二段时西部受康滇古陆和龙门山的双重影响，雪峰古隆起影响研究区南部;须四时龙门山供给能力增强，西南康滇古陆波及范围变少，使得南部黔中古隆起对研究区的作用有所显现；须六段时也基本延续了须四段的特点，只是随龙门山的隆升，沉积中心有向东南方向迁移的趋势，在此期间雪峰古隆起一直稳定地持续地为研究区提供物质。

(3)物源和沉积体系的差异影响着砂体的展布和储层特征。须家河组时期由于川东南坳陷在水下缓慢隆升导致区内浅水三角洲沉积发育，为油气富集提供了有利条件。其中，研究区西北部近源、短轴三角洲沉积体系发育，分选性和磨圆不好，成分成熟度不高，物性条件较差；研究区东北和东南部则主要发育远源、长轴三角洲沉积体系，砂岩具有较好的分选和磨圆及较高的成熟度，物性条件较好。

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HAO Qiang1,2, LIN Liangbiao2*, YU Yu2, GAO Jian2, QIAN Lijun1

(1. Department of Resource Prospection and Civil Gngineering, Engineering & Technical College of Chengdu University of Technology, Leshan 614000, Sichuan, China; 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China)

Upper Triassic Xujiahe Formationis the major oil and gas exploration reservoir in southern Sichuan. Through analyzing the detrital components and heavy mineral, the several provenances have been existed in the Xujiahe Formation of southern Sichuan, inluding LongmenMoutain, Kangdian old land, Xuefeng ancient land and Qianzhong ancient land. LongmenMoutain provenance mainly affects the northwest part of this studying area, providing magmatic debris and metamorphic debris, and developing a NW-SE direction (short-axis) delta sedimentary system. The clastic rocks are occurred in the north and southeast parts of this studying area, including mudstone debris, silt debris and metamorphic debris, which are mainly sourced from Xuefeng ancient land with the development of a SE-NW direction (long-axis) delta sedimentary system. The southwest and south parts of study area are controlled by Kangdian ancient land and Qianzhong ancient land, which are supported by the evidences of the heavy minerals study.

southern Sichuan; Xujiahe Formation; provenance analysis; sedimentary system

2016-02-05；

2016-06-08

国家科技重大专项项目(2011ZX05002-004-006HZ)资助的成果

郝强(1989-)，男，助教，从事地质学的教学与科研工作。E-mail:617788576@qq.com

P534.51

A

1009-6248(2016)04-0110-11