川西北葛底坝剖面上二叠统吴家坪组石灰岩微相

张云峰，黄泓森，曾 琪，张本健，胡 欣，王振宇，范存辉，屈海洲，李 越

(1. 西南石油大学 地球科学与技术学院,四川 成都 610500; 2. 中国石油西南油气田分公司川西北气矿,四川 江油 621700; 3. 中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院,四川 成都 610041; 4. 中国科学院南京地质古生物研究所 生物演化与环境卓越创新中心，江苏 南京 210008)

0 引 言

“微相”一词自Brown于1943年提出以来，国内外学者结合实例对其进行了系统研究，建立了详细的划分系统及分析标准，在海相碳酸盐岩水深、盐度、海平面波动等古环境分析及油气资源勘探中起到了重要作用。关于微相类型划分方案，目前普遍采用的是Flügel划分的26个标准微相，其已成为沉积分析及古环境重建的基本手段。上扬子地区上二叠统(乐平统)吴家坪阶是全球生态系统转折、环境异常的重要时期，碳同位素负漂明显；吴家坪组空间分布广泛，岩石及生物类型多样，是研究二叠纪末期海平面变化、中—晚二叠世之交生物灭绝后生物复苏、海水温度变化等的重要层位；该组岩石类型以灰色、深灰色厚层含硅质石灰岩为主，夹少量白云岩，局部含燧石结核，底部为铁铝质泥岩、凝灰岩，石灰岩中富含虫筳类(特别是)、腕足类、牙形石、菊石等化石。

川西北地区二叠系吴家坪组在YB29、L17等钻井中相继获得重要的油气发现，显示了巨大的天然气勘探潜力。但其沉积环境受广元—梁平裂陷槽及峨眉山火成岩的影响，区内沉积厚度差异大且环境多变，形成以硅质灰岩、硅质岩、硅质页岩为代表的较深水沉积，以生屑灰岩、生物灰岩、砂屑灰岩为代表的浅水沉积，以及以凝灰岩、熔结凝灰岩为代表的火山物质沉积。其在沉积体系上尚有一定争议性，包括缓坡、碳酸盐岩台地、滨岸平原与沼泽-开阔台地-陆棚等，为该区有利沉积相带预测及油气勘探带来诸多困难。葛底坝剖面吴家坪组生物类型丰富、丰度高，以颗粒灰岩为主，为典型浅水沉积。本文阐述了葛底坝剖面上二叠统吴家坪组生物类型、石灰岩微相类型，探讨了沉积环境，以期为川西北地区吴家坪组浅水沉积分布及有利沉积相带展布预测提供借鉴。

1 古地理背景及剖面概况

受沉积前茅口期广元—梁平裂陷槽及峨眉地裂运动的影响，川西北地区晚二叠世吴家坪期为隆坳相间的沉积格局，整体上沉积体系展布方向与广元—梁平裂陷槽方向一致，呈NW—SE向[图1(a)]。区内吴家坪组地层自下而上可划分吴一段、吴二段、吴三段等3个岩性段，不同地区地层厚度及岩性差异较大。较深水的陆棚/盆地地层厚度一般为50～60 m，岩性以深灰色泥岩、硅质泥岩、泥晶灰岩、硅质岩为主；浅水区厚度一般为70～150 m，最厚可超过300 m，岩性以砂屑灰岩、生屑灰岩、泥晶灰岩为主[图1(b)]。此外，该区吴家坪组中下部普遍发育凝灰岩、熔结凝灰岩等火山碎屑岩类及玄武岩，显示了该区受火山活动影响明显。

图(a)引自文献[26],有所修改；图(b)中，γGR为自然伽马，RLLD为深感应电阻率，RLLS为浅感应电阻率图1 四川盆地晚二叠世吴家坪期岩相古地理及葛底坝剖面上二叠统吴家坪组地层剖面Fig.1 Lithofacies Palaegeography Map of Late Permian Wujiapingian and Stratigraphic Profile of Upper Permian Wujiaping Formation at Gediba Section in Sichuan Basin

葛底坝剖面位于四川省青川县建峰乡葛底坝村，地层出露良好，顶、底界线清晰，与下伏的中二叠统茅口组及上覆的上二叠统大隆组接触。笔者将该剖面自下而上划分为31层，其中1～5层属茅口组，6～30层为吴家坪组，31层为大隆组。吴家坪组厚度为69.55 m，岩性以砂屑灰岩、生屑灰岩、泥晶灰岩为主，夹薄层凝灰岩[图1(c)～(g)]。

2 样品采集与分析方法

基于野外剖面观测，对各层的岩石类型、沉积构造、颜色等特征进行了描述，对生物/生屑丰度、生长状态等进行了定量统计与描述。采集生物化石、岩性样品共计231件，制作大薄片57片、普通薄片193片。化石鉴定采取宏观与微观相结合的方式，在宏观描述大类的基础上，制备3个方向切面的大薄片，制备方法参照石油天然气行业标准《岩石制片方法》(SY/T 5913—2004)；薄片观察与生物鉴定采用Zeiss AXIO SCOPE.A1偏光显微镜。微相分析以Flügel标准微相为指导，对颗粒类型、基质类型、沉积组构、化石特征(生物类型及其组合、埋葬状态、丰度等)进行分析，划分出岩石微相类型。最后，通过宏观与微观相结合的方式，分析沉积环境。化石鉴定在中国科学院南京地质古生物研究所完成。

无机碳同位素分析样品共26件，其中茅口组3件、吴家坪组23件，均选取新鲜无风化面，同时避开裂缝、溶孔等胶结物的位置采样，并在碳同位素样品采样位置磨制对应的薄片。样品前处理过程中，进一步去除表面可能的风化物，之后使用微钻钻取粉末样品3 mg，并进行烘干；在真空条件下与100%磷酸反应12 h，使用液氮冷却，分离、收集CO气体。在西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室应用MAT 253Plus进行碳同位素分析。

3 生物类型

川西北葛底坝剖面吴家坪组生物类型丰富，包括珊瑚、腹足类、有孔虫、藻类、介形虫、棘皮类、海绵、苔藓虫、腕足类、双壳类等。其中有孔虫包括、、、-、、sp、spp、sp、、、sp、等[图2(a)～(c)、(l)]。棘皮类以海百合()为主，含少量海胆()[图2(f)]，海百合局部富集，呈半直立状态[图2(d)]；多数海百茎破碎，沿层面密集分布，镜下可见共轴增生[图2(e)]。珊瑚以四射珊瑚()为主[图2(g)]，单体呈柱状，横截面直径为0.70～1.25 cm，纵截面为2～5 cm不等[图2(h)]，含少量床板珊瑚[图2(i)]。腹足类多为薄壳型，大多破碎成单个或两个蜷曲的虫室，虫室内以灰泥充填为主，壳体部分具泥晶化。藻类可见轮藻()、粗枝藻()等[图2(i)]。腕足类()可见纤状结构的壳和疹孔、棘刺等[图2(i)、(j)]。另见数量不等的苔藓虫()、海绵()[图2(k)、(l)]等。

图2 葛底坝剖面吴家坪组生物类型Fig.2 Biological Types of Wujiaping Formation at Gediba Section

在层位上，生物/屑主要分布在吴一段—吴二段(6～27层)。在含量上，有孔虫、藻类、棘皮类含量相对较高，其次为介形虫、苔藓虫等，珊瑚、腹足类、海绵含量相对较少，且分布受限，如珊瑚仅在10、14、22层可见；生物/屑含量(体积分数，下同)为3%～66%，平均值为19.53%(图3)。

图3 吴家坪组生物类型及含量Fig.3 Biological Types and Contents of Wujiaping Formation

4 石灰岩微相类型

据Flügel碳酸盐岩微相分类标准及方案，川西北葛底坝剖面共划分出8种微相，各微相均位于晴天浪基面之上，分别用MF1～MF8表示。

(1)泥晶灰岩(MF1)[图4(a)]，相当于Flügel标准微相的SMF21。矿物成分以方解石为主，含少量黄铁矿、黏土；结构组分单一，以灰泥为主，含量大于90%，偶见介形虫、粉屑、双壳类、有孔虫等碎屑颗粒，颗粒普遍破碎程度较高且细小。灰泥局部具重结晶作用，形成微亮晶，偶见不规则泥质条纹。

(2)有孔虫粒泥灰岩(MF2)[图4(b)]，相当于Flügel标准微相的SMF8。灰泥含量大于50%，但含有数量不等的有孔虫，类型多样，包括、、、、、sp、spp、sp、、、sp、等，多数个体完整。另可见少量介形虫、双壳类、腕足类等生物/屑；灰泥部分具重结晶作用，形成微亮晶。

(3)内碎屑泥晶灰岩(MF3)[图4(c)]，相当于Flügel标准微相的SMF10。灰泥支撑，含量为55%～90%，局部具重结晶作用，形成微亮晶。内碎屑以砂屑为主，含量10%～45%不等，分选、磨圆中等—好，部分砂屑内部可见溶蚀后胶结、重结晶等。另偶见介形虫、双壳类等生物/屑。

(4)生屑泥晶灰岩(MF4)[图4(d)]，相当于Flügel标准微相的SMF18。灰泥支撑，含量为60%～90%。生屑含量10%～40%不等，类型丰富，包括棘皮类、有孔虫、腕足类、双壳类、介形虫等生物/屑，生屑通常破碎严重，多呈分散状分布。

(5)生屑颗粒灰岩(MF5)[图4(e)、(f)]，相当于Flügel标准微相的SMF13。生物碎屑颗粒支撑，含量为50%～85%，类型多样，包括有孔虫、棘皮类、腕足类、双壳类、介形虫、藻类、苔藓虫等。颗粒间以灰泥充填为主，含少量亮晶方解石。部分生屑颗粒边缘可见多世代方解石胶结物，粒间灰泥局部具重结晶作用。

(6)内碎屑-生物碎屑泥粒灰岩(MF6)[图4(g)]，相当于Flügel标准微相的SMF5。颗粒支撑，含量为65%～90%，类型包括生物碎屑、内碎屑，其中生物/屑包括有孔虫、棘皮类、介形虫、藻类、苔藓虫、腕足类等，多破碎，内碎屑以中—细砂级为主，磨圆度高，部分内碎屑可见溶蚀后亮晶方解石胶结。粒间以灰泥充填为主，灰泥局部具重结晶作用。

(7)内碎屑颗粒灰岩(MF7)[图4(h)]，相当于Flügel标准微相的SMF16。颗粒支撑，以中砂级为主，含量为50%～75%，含少量有孔虫屑、介形石屑、粉屑等；颗粒磨圆度高，分选中等—好；部分颗粒内部具泥晶化、溶蚀后胶结。粒间以灰泥充填为主，局部具重结晶作用，形成微亮晶。

图4 吴家坪组石灰岩微相类型Fig.4 Microfacies Types of Limestones from Wujiaping Formation

(8)泥晶生物灰岩(MF8)[图4(i)]，相当于Flügel标准微相的SMF6。生物包括珊瑚、苔藓虫、海百合等，宏观上可见珊瑚、海百合等直立的生长状态。生物间以灰泥充填为主，另见介形虫、有孔虫等生物碎屑及粉屑。部分灰泥具重结晶作用。

剖面上，MF1～MF8微相的厚度分别为8.68、3.91、1.80、14.33、25.75、13.23、4.30、2.06 m，厚度占比分别为12.48%、5.62%、2.59%、20.60%、36.73%、19.02%、6.18%、2.96%。由此可知，生屑颗粒灰岩(MF5)、生屑泥晶灰岩(MF4)微相含量最高。

5 沉积环境讨论

受茅口期广元—梁平裂陷槽及峨眉地裂运动的影响，川西北地区二叠纪吴家坪期沉积格局分异明显。裂陷区以深水沉积为主，地层厚度薄，岩石颜色深，岩性单一(主要为泥质灰岩、硅质岩、泥晶灰岩等)；而浅水区沉积厚度相对较大，岩石颜色呈中—浅色，类型丰富。同时，吴家坪组底部及中部普遍发育凝灰岩、熔结凝灰岩，局部地区可见玄武岩。这些火山碎屑岩及火山岩与峨眉山大火成岩省火山活动密切相关。

川西北地区吴家坪组浅水区碳酸盐岩为台地边缘-开阔台地的沉积体系，尤其是吴三段，台缘镶边特征明显。葛底坝剖面吴家坪组沉积亚相为开阔台地，广泛分布以生屑颗粒灰岩(MF5)、内碎屑-生物碎屑泥粒灰岩(MF6)、内碎屑颗粒灰岩(MF7)为主的颗粒支撑灰岩和泥晶生物灰岩(MF8)，生物类型多样、内碎屑磨圆度较高、部分生屑破碎较严重等特征指示了其浅水特征，且垂向上与泥晶灰岩(MF1)、有孔虫粒泥灰岩(MF2)、内碎屑泥晶灰岩(MF3)、生屑泥晶灰岩(MF4)等低能沉积构成了多个沉积旋回。部分生物(如珊瑚、苔藓虫、海百合等)呈原地生长、群体分布特征，显示了一定的造礁能力。同时，颗粒间普遍灰泥充填的特征显示颗粒岩微相多为中—低能，水体动荡程度不高。吴家坪组无机碳同位素δC值为-0.75‰～3.38‰，平均值为0.91‰，除剖面底部(15.0～17.8 m深度段)含凝灰质泥岩中δC值偏负外，整体上以中—轻为主，具低幅振荡，显示该时期海平面低位、弱振荡的变化特征；δC值与岩石微相之间具有一定的相关性，即内碎屑-生物碎屑泥粒灰岩、生屑颗粒灰岩δC值较轻，而泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩较重，泥晶生物灰岩居中(图5、表1)。茅口组碳酸盐岩5个样品的无机碳同位素δC值为-2.45‰～2.11‰，平均值为0.19‰，其值及变化趋势与邻区及中扬子台地相近。储集空间类型主要包括粒内溶孔、铸模孔、生物体腔孔、裂缝等，集中发育在生屑颗粒灰岩(MF5)、内碎屑颗粒灰岩(MF7)、泥晶生物灰岩(MF8)等微相中。因此，对于川西北地区吴家坪组浅水碳酸盐岩储层的勘探应以寻找颗粒灰岩及其溶蚀区为主要目标。

表1 茅口组和吴家坪组碳同位素特征Table 1 Characteristics of Carbon Isotope of Maokou Formation and Wujiaping Formation

图5 吴家坪组微相剖面Fig.5 Microfacies Profile of Wujiaping Formation

6 结 语

(1)川西北葛底坝剖面上二叠统吴家坪组生物类型丰富，包括珊瑚、腹足类、有孔虫、藻类、介形虫、棘皮类、海绵、苔藓虫、腕足类、双壳等；生物以碎屑为主，部分生物(如珊瑚、苔藓虫等)具原地生长状态，显示其形成于具有一定造礁能力的浅水环境。

(2)葛底坝剖面共识别出泥晶灰岩、有孔虫粒泥灰岩、内碎屑泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩、生屑颗粒灰岩、内碎屑-生物碎屑泥粒灰岩、内碎屑颗粒灰岩、泥晶生物灰岩等8种碳酸盐岩微相。其中，以生屑颗粒灰岩、生屑泥晶灰岩微相厚度最大。

(3)葛底坝剖面吴家坪组微相演化序列及δC值变化指示了低位、低幅震荡的海平面变化特征，区域上具备形成大面积颗粒灰岩的条件。颗粒灰岩及其溶蚀区有望成为川西北地区吴家坪组储层勘探的目标之一。

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