四川盆地北部宁强胡家坝灯影组四段岩石特征及沉积环境分析

郭旭升，胡东风，段金宝，吴 浩，李毕松

(中国石化 勘探分公司，成都 610041)

灯影组是四川盆地目前已提交探明储量最古老的含油气层系，近几年，中国石油在川中的高石梯—磨溪地区取得灯影组油气勘探突破，并实现了商业开采。高磨地区灯影组油气主要赋存于灯四段，其储集相带主要为台地边缘高能丘滩和台内高能浅滩[1-5]。然而，除高磨地区以外，四川盆地其他地区灯影组勘探程度相对较低，钻井资料少，限制了其在全盆范围内勘探成果的进一步扩大。针对川北地区，前人的研究多集中在宏观、区域性的沉积格局及储层分析[6-8]，缺乏对储层岩石学特征及沉积环境的系统分析。鉴于此，本文以宁强胡家坝灯影组剖面实测与系统取样分析为基础，运用沉积学、岩石学等方法，进行层序地层划分、岩石分类和沉积环境分析，旨为川北地区灯影组储层发育地质建模奠定基础，支撑勘探目标描述。

1 区域地质概况

川东北地区位于米仓山—大巴山的前缘地带，北邻米仓—大巴前陆冲断带，南接川中平缓带，东邻川东高陡构造带，西为川西低陡带，构造整体呈北东东向延伸，大地构造位置属于上扬子地台的一部分[9]。震旦纪—早寒武世期间，受桐湾运动影响，发育3套不整合界面，以平行不整合为主。桐湾运动使四川盆地相对海平面下降，灯二段和灯四段暴露地表遭受剥蚀。

研究剖面位于陕西省汉中市宁强县胡家坝镇高家山村(图1)，地理位置为北纬32°57′10.87″，东经106°28′06.54″。剖面所在区域整体处于米仓山造山带前缘，断裂相对较发育。出露地层以下古生界的志留系、奥陶系、寒武系以及元古界地层为主，零星可见二叠系地层和花岗岩小范围覆盖。研究剖面构造相对简单，为一背斜，背斜轴向近北东—南西向，剖面位于背斜的北西翼。背斜核部出露最老地层为灯二段，未见底，地层产状稳定，倾角一般50°～70°；灯三段、灯四段地层出露完好，岩石面新鲜，未见明显断层和褶皱，是较为理想的基干剖面(图2)。

图1 四川盆地北部胡家坝灯影组剖面位置Fig.1 Location of Dengying Formation,Hujiaba section, northern Sichuan Basin

2 岩石地层划分

胡家坝灯影组剖面底部出露灯二段，未见底，灯三、灯四段出露完整，实测灯三段厚135.31 m，灯四段厚387.67 m(图2)。灯四段为一套浅灰—灰白色中层、厚层—块状白云岩，与下伏灯三段界限是以灯三段碎屑岩结束、出现大套而连续的白云岩为标志。灯四段白云岩中藻类化石丰富，岩石不但普遍已“糖粒化”，而且还发育丰富的溶孔或溶洞，其内充填了大量沥青，同时岩石用小岩块轻轻撞击或相互摩擦，还可闻到浓浓的“汽油”香味。

根据灯四段岩石类型及其组合关系，结合岩石颜色、层状特征、藻类化石的丰度、“糖粒化”重结晶程度、溶孔或溶洞的发育程度及沥青的充填情况等特点，可将该段细分为8个岩性亚段(图3)。此类划分方法与常规的灯四段二分法相比，下部4个岩性亚段即对应常规的下亚段，上部4个岩性亚段对应上亚段。现将灯四段每个亚段岩石宏观特征简述如下：

图2 四川盆地北部胡家坝灯灯影组四段剖面宏观地貌Fig.2 Macroscopic landform of the fourth member of Dengying Formation, Hujiaba section, northern Sichuan Basin

一亚段岩性为浅灰—灰色薄—中层状含粉砂质白云岩，岩石风化表面常见紫红色、铁锈色等铁质物质，局部还见有铁质薄膜(图4b)。

二亚段最大的特点是白云岩的岩石层状较一亚段明显变厚，粉砂质含量减少，岩石颜色变深。其岩性主要为深灰—灰色中层状粉—泥晶白云岩、泥晶白云岩与泥质似瘤状白云岩韵律互层，含藻纹层泥—粉晶白云岩等(图4c)。

三亚段颜色较浅，以浅灰色为主，部分为白灰色及淡紫灰色；多呈块状，少量呈厚层及中层状产出。岩石中富含纹层状藻类，且常富集成层，其发育特征具有自下而上由少增多再逐渐减少的特点；至该亚段上部，随藻纹层的逐渐减少，泥质含量也相应增多(图4d)。

四亚段岩石颜色为灰白色、白灰—浅灰色，多呈厚层—块状产出，其岩石颜色具有由下部浅色往上逐渐相对变深的特点；常见纹层状藻及少量皮壳状藻等藻类化石，岩石中溶孔明显增多(图4e)。

五亚段与四亚段相比泥质含量增加，岩石中藻类、溶孔变少(图4f)。

六亚段岩性为一套浅灰、灰白色块状粉晶、中—细晶含沥青、沥青溶孔藻丘白云岩。该亚段最大特点是岩石中发育丰富的由沥青及自形石英半充填的溶孔或溶洞，岩石用小岩块轻轻撞击或相互摩擦，普遍还可闻到浓浓的“汽油”香味。同时，岩石中发育丰富的皮壳状、纹层状及葡萄状等藻类化石(图4g)。

图3 四川盆地北部胡家坝灯四段沉积相综合柱状图Fig.3 Synthesis column map of sedimentary facies in the fourth member of Dengying Formation, Hujiaba section, northern Sichuan Basin

图4 四川盆地北部胡家坝灯影组四段各岩性亚段宏观特征

a.灯三段，石英砂岩，部分可达砾岩级别；b.灯四一亚段，薄—中层砂质白云岩，表面呈铁锈色；c.二亚段，岩石颜色变深，“似瘤状”白云岩；d.三亚段，浅灰色白云岩，藻类富集成层，被硅化；e.四亚段，灰白色、白灰—浅灰色，岩石中藻类、溶孔明显增多，孔内沥青、石英或白云石半充填；f.五亚段，泥质含量增加，岩石中藻类、溶孔变少；g.六亚段，浅灰色大套溶孔沥青白云岩；h.七亚段，灰—浅灰色中—厚层状含沥青溶孔细—粉晶白云岩，相比六亚段溶孔沥青变少；i.八亚段，白灰色—灰白色糖粒状白云岩，溶孔及顺藻纹层的溶缝非常发育，且几乎全被沥青充填

Fig.4 Maoro-features of each rock section in the fourth member of Dengying Formation, Hujiaba section, northern Sichuan Basin

七亚段岩性为灰—浅灰色中—厚层状含沥青溶孔细—粉晶白云岩、白灰—浅灰色厚层糖粒状沥青溶孔白云岩，与浅黄灰—浅灰色厚层—块状含泥质白云岩约1∶1组成2个正向韵律。相比六亚段泥质含量增加，层状变薄，藻类、溶孔明显减少(图4h)。

八亚段岩石颜色为灰—浅灰色、白灰色和灰白色，呈粉—细晶结构，为厚层、块状堆积。岩石中常见纹层状藻类化石，且局部具有富集成层的特点，其纹层状藻的发育特征具有自下而上由多减少的趋势。岩石普遍“糖粒化”重结晶为粉—细晶等晶粒结构，不但发育晶间孔，而且还发育大量溶孔和纹层状藻体溶蚀而成的溶缝(图4i)。

3 主要岩石类型及特征

3.1 岩石类型划分

前人对灯影组白云岩的划分方案很多，但由于侧重点不同，往往存在较大差异。本文研究更多地从油气勘探角度，遵循简单实用原则，参考冯增昭[10]碳酸盐岩分类，主要采取张荫本[11]对灯影组粘结岩分类以及FOLK[12]对碳酸盐岩分类相结合的划分方案。根据野外剖面特征及镜下薄片鉴定特征，将胡家坝灯影组四段剖面白云岩划分为3个亚类和8个微类(表1)。

3.2 岩石分类特征

3.2.1 晶粒云岩

(1)泥晶云岩。总体上，该类岩石在剖面的上亚段和下亚段的下部相对更发育。其类型多种多样，可细分为含砂质泥晶白云岩、含泥质泥晶白云岩、含砂屑泥晶白云岩等，或者各种类型物质掺杂，但都以泥晶白云石为主。特别是灯四段底部，由于与灯三段呈过渡接触关系，灯三段顶部为一套细—粗的石英砂岩(图5i)，所以灯四段底部白云岩常常混进较多的陆源砂，越往上砂质含量越少。总体来说，泥晶白云岩反映一个比较安静的沉积环境，岩石颜色相对偏暗，岩石较为致密。

表1 四川盆地北部胡家坝灯影组四段主要岩石类型Table 1 Main rock classification of the fourth member of Dengying Formation,Hujiaba section, northern Sichuan Basin

图5 四川盆地北部胡家坝灯四段典型岩石特征

a.重结晶形成的细—粉晶云岩，单偏光，六亚段；b.糖粒状细—粉晶云岩，八亚段；c.微晶云岩为主，含砂和砂屑，具纹层构造，见白云石脉，单偏光，一亚段；d.藻纹层白云岩，藻硅化，二亚段；e.波状藻叠层结构，单偏光，六亚段；f.波状藻叠层结构，六亚段；g.藻粘连结构，空腔较发育，单偏光，一亚段；h.微晶砂屑云岩为主，见石英和泥岩屑构成的砂，单偏光，二亚段；i.细粒砂充填砾之间，正交偏光，灯三段

Fig.5 Typical rock characteristics of the fourth member of Dengying Formation, Hujiaba section, northern Sichuan Basin

(2)粉晶、细晶云岩。该剖面中粉晶和细晶云岩也比较发育(图5a，b)，以粉晶为最多，细晶较少。根据以往的油气勘探及研究经验来看，这类晶粒较粗的白云岩是寻找油气的重点目标，因为其粗晶粒结构能够提供更大的晶间孔，是油气富集的一种重要的储集空间。该剖面的细粉晶云岩主要位于2个亚段的上部，结晶程度有一定差异，上亚段顶部结晶程度较下亚段更高，受结晶程度影响，细晶与粉晶云岩常混合产出。

3.2.2 藻云岩

灯影组生物单一，藻类发育。前人研究表明，灯影组藻类发育程度与油气赋存情况存在明显的正相关关系，灯影组的储集空间大部分可能跟藻类的溶蚀有关。胡家坝剖面藻云岩可以分为以下3大类：

(1)藻纹层云岩。该类岩石在手标本和薄片中常呈现出明暗相间的近于平直的条纹(图5c，d)。暗色物质为藻类富集层，浅色部分为泥粉晶白云岩。根据藻类发育的丰富程度不同，其条纹横向可能呈现断续分布的特点，但总体上都是与岩层面平行，纵向上暗色纹层分布较为稀疏。岩石整体上较为致密，宏、微观上均难见到溶孔或者藻类空腔结构。说明其沉积水体能量较低，处于潮间—潮上带的沉积环境。

(2)藻叠层云岩。藻叠层云岩俗称叠层石，且宏观特征常呈现出波状、穹状和叠瓦状形态[13-14]，这在白云岩差异风化后表现尤为明显。藻叠层云岩按照其形态可划分为波状、球状、半球状、柱状、锥状及枝状等形态，其中波状藻叠层在研究剖面中最为常见(图5e，f)，主要分布在上亚段的上部。与藻纹层云岩相比，其藻类纵向发育更丰富，在镜下和宏观上均表现出波状起伏，波状不连续，类似于丘滩体的结构，常见藻类空腔体结构。这类岩石中常形成较多的溶蚀孔洞，其溶孔的轴向一般顺藻纹层发育，可能为藻类顺层溶蚀的结果。溶蚀孔洞一般由粉—细晶白云石、石英和沥青等按照一定期次半充填或全充填。该类岩石沉积环境主要为潮间带下部—潮下带上部的中能环境。

(3)藻粘连云岩。藻粘连云岩藻类形态杂乱，没有明显的规律，由隐藻粘连藻团粒形成斑块状(图5g)，藻体间可见微—粉晶充填，局部见较大的孔隙(部分为原生生长形成的空腔，部分为同生期溶蚀的产物)，其中形成微晶层—纤、柱状晶—粒状晶的充填顺序，局部可见重结晶形成的斑块状粉晶集合体。

部分粘连岩受重结晶和溶蚀充填的影响而成残余状。残余部分多为原岩中形成的空腔充填形成的微晶层—纤状晶—粒状晶集合体，局部可见残余的纹层状构造。重结晶主要形成粉—细晶白云石，溶蚀充填主要形成中—粗晶白云石。

3.2.3 颗粒云岩

该剖面中砂屑云岩发育相对较少，主要为白云岩砂屑和藻砂屑(图5h)，自下而上均有分布。砂屑在岩石中的含量一般5%～30%，分选颗粒间多充填泥粉晶白云石。该类岩石大型溶孔、溶洞不太发育，主要发育针孔。

4 沉积相及沉积环境分析

前人研究表明，四川盆地震旦系沉积期水体局限，沉积了一套以藻白云岩、颗粒白云岩、晶粒白云岩及部分膏岩和灰岩的陆表浅海沉积物[15-16]。根据岩性、藻类、溶孔沥青等发育特征，可以确定研究剖面灯四段总体上属于台地边缘相沉积。并进一步划分为藻丘、颗粒滩、台坪、滩间海4个亚相，其中藻丘和颗粒滩是主要的沉积亚相，往往存在过渡共生关系，因此可作为台缘丘滩复合体考虑(图6)。

研究剖面灯四段纵向上可以划分为2个四级旋回，即1～4岩性亚段为第一个旋回，对应下亚段；5～8岩性亚段为第二个旋回，对应上亚段，台缘丘滩主要发育在上下2个亚段的上部(图3，6)。整个灯四段沉积期为台坪—滩间海—台缘丘滩—滩间海—台缘丘滩的沉积演化过程，海水则相应地表现为海进—海退—海进—海退的过程。

图6 四川盆地北部胡家坝剖面灯四段纵向沉积模式Fig.6 Longitudinal sedimentation model of the fourth member of Dengying Formation, Hujiaba section,northern Sichuan Basin

4.1 台坪

台坪相沉积地貌相对较高，水体较浅，能量较低，常见干裂纹、鸟眼构造等揭示暴露环境的沉积构造。研究剖面台坪相主要发育在灯四段一亚段，该亚段岩性主要为浅灰—灰色薄—中层状含粉砂质白云岩(图7a)，岩石风化表面常见紫红色、铁锈色等铁质物质，局部还见有铁质薄膜，反映出沉积期偏氧化的沉积环境。这一点也可从下伏地层灯三段的岩石组合特征进行推测。灯三段顶部主要为一套石英砂岩，反映了较浅的水体环境，进入到灯四段后，沉积环境呈现过渡变化，水体变深，但是仍然受到陆源碎屑的影响，因此沉积了灯四段一亚段以砂质白云岩为主的一套岩石类型。另外在薄片中也可观察到鸟眼构造(图7b)，佐证其为相对暴露的沉积环境。根据砂质、藻类等的含量，又可将台坪相细分为云坪、砂云坪和藻云坪等微相。

图7 四川盆地北部胡家坝灯四段主要沉积相岩石特征

a.台坪，一亚段，砂质白云岩，表面见铁锈色；b.台坪，一亚段，鸟眼孔发育，部分形成粒状白云石充填；c. 二亚段，泥晶白云岩，偶见硅化藻纹层；d.三亚段，白灰色泥质白云岩；e.丘核，六亚段，白灰色溶孔沥青藻凝块岩；f.丘核，八亚段，灰白色溶孔沥青糖粒状藻粘连白云岩

Fig.7 Rock features of the main sedimentary facies in the fourth member of Dengying Formation, Hujiaba section, northern Sichuan Basin

4.2 滩间海

滩间海亚相为古裂陷边缘丘滩相中相对低能的沉积环境，纵向上主要发育在地层的下部。岩性主要包括灰色—深灰色中薄层泥晶白云岩、泥质白云岩和硅质白云岩，水动力条件弱。岩性致密坚硬，储集空间不发育。其微相类型主要包括云质滩间海、泥云质滩间海等。

滩间海在研究剖面灯四段自上而下分布比较广，常在几米内可能存在多个丘滩和滩间相的沉积旋回，为了简化研究，我们选取优势相作为研究对象。研究表明，该剖面的滩间海相主要分布在二、三、五3个岩性亚段。这3个岩性亚段优势相为滩间海相，其间也或多或少夹杂有浅滩相，而且自下而上，浅滩发育总体上有逐渐增多的趋势。总体来说，滩间海相岩石颜色以浅灰色、灰色为主；层状以中层状为主，次为薄层和厚层状和块状；岩石为泥粉晶结构，常见泥质，偶见少量纹层状藻，局部富集可形成浅滩(图5d，7c)。其微相类型主要包括云质滩间海、泥云质滩间海等。

4.3 丘滩复合体

根据能量、岩石组合特征、溶孔沥青发育特征，可以将丘滩复合体划分为藻丘和颗粒滩2个亚相。

(1)藻丘亚相。藻丘亚相集中发育在古裂陷边缘带，构成古裂陷边缘丘滩相带的主体。岩性主要为浅灰色—灰白色厚层—块状粘连白云岩、藻叠层白云岩、藻纹层白云岩、藻屑白云岩和粉—细晶白云岩等，发育格架构造、丘形构造与斑马状构造(图5f)，水动力条件相对较强。格架孔、粒内、粒间溶孔与晶间(溶)孔等储集空间发育，储层物性总体较好。其微相类型主要包括丘基、丘核和丘坪。在研究剖面中，单个丘滩旋回发育的规模并不大，但频率极高，纵向上频繁叠置。为了便于研究，我们不对单个旋回的丘滩进行划分，而是根据宏观的岩石组合特征，识别出3个大的丘滩旋回即三至八亚段构成3个丘滩旋回，其中四、六、八亚段为丘核。

丘基主要以深灰—灰色薄—中层泥粉晶白云岩为主，其次为浅灰—灰白色藻纹层白云岩，储集空间常见晶间(溶)孔、顺藻纹层分布孔洞，孔隙连通性较差，孔隙相较于丘核和丘坪发育较少，孔隙度1.55%～4.11%，平均2.14%；渗透率(0.000 1～2.19)×10-3μm2，平均0.005 6×10-3μm2，岩性相对致密。

丘核主要以浅灰—灰白色厚层—块状粘连白云岩为主，其次为浅灰—灰白色柱状藻叠层白云岩，局部发育中层状藻纹层白云岩和中层状藻屑白云岩，花斑状规模较大；储集空间主要包括藻格架孔、晶间(溶)孔、粒内溶孔、粒间溶孔、大型层状溶蚀孔洞等，孔隙度4.05%～13.23%，平均5.14%；渗透率(0.000 4～20.9)×10-3μm2，平均0.021 9×10-3μm2，储集性能优越。丘核的特征在六、八亚段表现尤为明显，这2个亚段丘核都为大套的藻叠层、粘连白云岩，溶孔发育。但是这2个亚段也存在一定差异性，即六亚段孔隙类型更多，主要包括晶间孔、顺藻纹层溶缝等，但沥青含量少(图7e)；八亚段则以顺藻纹层溶缝和晶间孔为主，几乎不见较大型溶孔，溶缝被沥青全充填(图7f)。

丘坪主要以浅灰—灰白色厚层—块丘状藻叠层白云岩为主，其次为浅灰—灰白色藻纹层白云岩和泥—粉晶白云岩，局部发育藻凝块白云岩；储集空间主要包括藻格架孔、晶间(溶)孔、小型溶蚀缝洞，孔隙度3.01%～7.78%，平均3.98%；渗透率(0.000 2～2.19)×10-3μm2，平均0.011 3×10-3μm2。整体上，藻丘发育具有丘基—丘核—丘基、丘基—丘核—丘坪2种典型的垂向发育模式(图3)。

(2)颗粒滩亚相。颗粒滩亚相常与藻丘亚相伴生，在纵向上与藻丘亚相为过渡沉积。岩性主要为浅灰色—灰白色中层—块状砂屑白云岩、藻屑白云岩、核形石白云岩、鲕粒白云岩和细—粉晶白云岩等，常见交错层理，水动力条件相对较强；粒内溶孔、粒间溶孔和晶间(溶)孔等储集空间发育，物性总体较好。其微相类型主要包括砂屑滩、藻屑滩、鲕粒滩和核形石滩等。

表2 四川盆地北部胡家坝灯四段沉积相类型Table 2 Sedimentary facies types of the fourth member of Dengying Formation, Hujiaba section, northern Sichuan Basin

5 结论

(1)根据岩石组合特征和岩性旋回、胡家坝灯四段剖面划分为8个岩性亚段，其中一至四亚段与常规的灯四段二分法的下亚段对应；五至八亚段与上亚段对应，表现为2个完整的海进—海退旋回。

(2)胡家坝灯影组四段剖面白云岩可划分为3个亚类，分别为晶粒云岩、藻云岩和颗粒云岩。晶粒云岩沉积能量相对较低，整体储层不发育；藻云岩类和颗粒云岩类沉积水体能量较高，储层主要发育在藻叠层云岩、粘连云岩以及(藻)砂屑云岩中。

(3)胡家坝剖面灯四段总体上属于台地边缘相沉积。并进一步划分为藻丘、颗粒滩、台坪、滩间海4个亚相。其中藻丘和颗粒滩亚相是最主要的相带，根据优势岩石组合特征，可进一步识别出3个丘滩旋回，其中六、八亚段是典型的丘核相带，有利于优质储层发育。