四川盆地平昌地区侏罗系大安寨段沉积特征及演化模式

孙志民 胡明毅 邓庆杰 熊 壮 蔡全升 何嘉郁

（1.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；2.中国石油华北油田公司勘探开发研究院，河北 任丘 062552）

0 引 言

近年来，随着非常规油气勘探的不断深入，湖相碳酸盐岩成为了非常规油气研究的热点［1-3］。四川盆地侏罗系作为典型的湖泊相碳酸盐岩发育层位，油气资源丰富，尤以大安寨段致密油最为突出［4］。自1958年发现大安寨段油藏以来［5-6］，经过半个多世纪的研究，四川盆地侏罗系大安寨段致密油探明储量达7 500×104t 以上，占整个侏罗系探明储量的92.8%［7］，展现了大安寨段良好的勘探潜力。

前人对四川盆地大安寨段沉积、储层特征方面开展了大量研究。施开兰等［8］通过对大安寨段岩石类型及沉积环境综合分析，发现大安寨段岩石类型的精细研究有利于碳酸盐岩沉积类型的划分；杜江民等［9］认为川中地区沉积相展布主要受沉积环境变化影响；刘红岐等［10］通过研究川中地区大安寨段储集空间认为致密油储层中微裂缝广泛发育，储层可动用性相对较好；倪超等［11］、厚刚福等［12］通过建立川中地区介壳滩沉积模式，对大安寨段的“甜点”储层发育区进行预测。这些成果认识表明，介壳灰岩是四川盆地大安寨段最主要的储层岩石类型，其发育分布受到了沉积环境与湖平面变化的综合控制，明确沉积体系分布是准确预测介壳灰岩储层的关键。然而，前人对四川盆地大安寨段的研究主要集中在川中地区，对川东北地区研究较少，对大安寨段介壳灰岩的沉积特征、分布差异及其控制因素认识不足，制约了这一区域大安寨段致密油气的勘探。

本文充分利用新获取的钻井岩心资料以及野外剖面数据，对川东北平昌地区侏罗系大安寨段沉积特征与沉积相展布规律进行了详细研究，分析了介壳灰岩的发育特征及其发育控制因素，建立了该区湖泊碳酸盐岩沉积演化模式，并提出了平昌地区大安寨段最有利的勘探目标层位，以期为川东北地区大安寨段致密油气勘探提供地质依据。

1 地质概况

平昌地区位于四川盆地东北部的仪陇-平昌构造带，其北部为北东向构造带，东北部为北西向构造带，东南部为川东褶皱带，西南部为川中隆起，西部为梓潼-苍溪构造带［9］（图1（a））。

平昌地区构造演化受刚性基底的控制作用较强，且距离北部米仓山隆起和东北部大巴山冲断带较远，周边活动带对研究区改造较小，整体受到的构造应力较弱，构造形态发育平缓。在印支运动的影响下，四川盆地平昌地区结束了晚三叠纪前陆盆地沉积阶段，开始进入早侏罗纪陆内坳陷盆地沉积阶段，该阶段发育大型宽缓陆相湖盆［13］，气候温暖潮湿［14］，淡水双壳类生物繁盛，属于典型的淡水湖泊沉积［15］。大安寨段沉积时期为侏罗纪自流井组最大的湖侵期［16］，具有良好的水动力条件，且平昌地区碎屑物源供给不足，仅湖盆周缘受北部米仓山和东北部大巴山物源影响，整体受外来物源干扰小，为碳酸盐岩的大面积发育提供良好环境［17］。

大安寨段地层厚度发育相对稳定，平均厚度为70～100 m，自下而上可依次划分为大三亚段、大二亚段和大一亚段［18-19］（图1（b））。大三亚段和大一亚段岩性主要发育中—厚层介壳灰岩和暗色泥页岩，大二亚段岩性主要为厚层暗色泥页岩夹薄层泥质介壳灰岩，垂向上整体表现为灰岩和暗色泥页岩互层的沉积序列。大安寨段沉积时期，研究区陆内坳陷湖盆水位频繁振荡，经历了湖盆的发展期、极盛期和衰退期，导致湖水发生了大范围的扩展与收缩，其中大二亚段沉积时期湖盆水位达到最大。

图1 平昌地区构造位置与大安寨段地层沉积特征Fig.1 Structural location of Pingchang area and sedimentary characteristics of strata in Da’anzhai Member

2 岩石类型

在野外露头、岩心及薄片观察的基础上，将研究区自流井组大安寨段岩性划分为灰岩类、泥页岩类和砂岩类3 大类，其中灰岩类和泥页岩类最为常见，砂岩类发育较少。

2.1 灰岩类

大安寨段灰岩发育广泛，是层内岩石的重要组成部分。通过对大量灰岩薄片进行镜下观察发现，薄片中沉积颗粒的粒间多为亮晶方解石、泥晶方解石或泥质填隙物。根据岩石粒度、支撑结构、基底类型和泥质含量等特征，将研究区灰岩分为结晶灰岩、介壳灰岩、含泥质介壳灰岩和泥质介壳灰岩等（图2）。

2.1.1 结晶灰岩

生物颗粒壳体形态模糊，破碎严重，重结晶作用强烈，方解石体积分数大于80%（图2（a）），按晶粒大小分为粗晶灰岩、中晶灰岩、细晶灰岩和粉晶灰岩。岩心观察可见溶蚀孔洞和微裂缝发育（图2（b）），颜色以灰白色为主，多发育在溶蚀、重结晶作用较强的大一亚段和大三亚段，少量发育在大二亚段。

2.1.2 介壳灰岩

镜下壳体颗粒含量较高，形态较为清晰，结构发生破坏后被亮晶或泥晶方解石充填，体积分数约为20%（图2（c））。岩心观察可知，方解石结晶程度较低，发育有微裂缝（图2（d）），颜色以灰色为主，主要在大一亚段和大三亚段中发育。

2.1.3 含泥质介壳灰岩

介壳间填隙物除了亮晶方解石和泥晶方解石外， 还有体积分数为10% ～20% 的泥质（图2（e））。岩心观察发现介壳形态完整，分选差，多呈定向排列（图2（f）），颜色多为灰色和灰黑色，主要发育在大一亚段和大三亚段泥质含量较为丰富的区域。

2.1.4 泥质介壳灰岩

泥质为主要填隙物，体积分数为35%，介壳多发生破碎，但轮廓得以保存（图2（g））。岩心观察可知介壳大多呈定向排列，颗粒分选差（图2（h）），整体有机质含量较高，颜色多为灰黑色，主要分布在大二亚段，少量在大一亚段和大三亚段中发育。

图2 平昌地区大安寨段岩性特征照片Fig.2 Lithologic characteristics photos of Da’anzhai Member in Pingchang area

2.2 泥页岩类

大安寨段泥页岩沉积较厚，多为含介壳泥岩或页岩。靠近介壳灰岩发育的泥页岩主要为黑灰色含介壳泥岩（图2（i）—（j）），介壳形态较为完整，大多定向排列，有机质含量高，主要发育在大一亚段和大三亚段。页岩质地较纯，有机质丰富，颜色多为黑色（图2（k）），发育在大二亚段。

2.3 砂岩类

研究区的湖相沉积中砂岩发育较少，主要为泥质粉砂岩。砂岩颗粒分选好、粒度小，填隙物以泥质为主，颜色主要为灰色和灰白色（图3（l））。大一亚段顶部零星分布。

3 沉积相类型及特征

根据平昌地区大安寨段的岩石类型、沉积构造、垂向沉积序列，结合测井响应特征，认为平昌地区的沉积相以浅湖亚相和半深湖亚相为主，并进一步划分出浅湖泥、介壳滩（高能介壳滩和低能介壳滩）和半深湖泥等微相；滨湖亚相分布较少，可划分出滨湖砂坝、滨湖泥微相等。不同环境的沉积产物具有显著差异。

3.1 浅湖亚相

浅湖亚相包括浅湖泥和介壳滩微相，发育广泛，其水体在最低湖平面基础上持续加深，至正常浪基面，易受湖浪冲击作用，主要发育于大一亚段和大三亚段，少量发育于大二亚段。

3.1.1 浅湖泥

浅湖泥微相的岩性以灰黑色泥页岩为主，介壳含量较低（图3（a）），属浅湖较低能环境沉积，为大安寨段次要生油岩。

3.1.2 介壳滩

介壳滩微相主要包括高能介壳滩和低能介壳滩。

3.1.2.1 高能介壳滩

高能介壳滩微相的岩性以中—厚层介壳灰岩为主，主要发育在大一亚段和大三亚段。大三亚段分布大套介壳灰岩，介壳排列紧密，磨圆好，分选好，可见近70°的高角度裂缝（图3（a）），局部裂缝被方解石或泥质充填，反映了该沉积时期水体动力强，属浅湖较高能环境沉积。

图3 平昌地区大安寨段沉积特征Fig.3 Sedimentary characteristics of Da'anzhai Member in Pingchang area

3.1.2.2 低能介壳滩

低能介壳滩微相的岩性主要由中—薄层泥质介壳灰岩组成，多发育在正常浪基面附近。大二亚段分布少量泥质介壳灰岩，介壳形态保留完整，定向排列明显，分选较差，泥质含量较高，主要发育波状层理（图3（b）），反映水动力相对较弱，属浅湖较低能环境沉积。

3.2 半深湖亚相

半深湖亚相位于正常浪基面以下，水体较深，几乎不受湖浪影响，沉积颜色以灰色、黑灰色为主，为能量低的静水沉积，属还原环境，主要分布在大二亚段。半深湖沉积以半深湖泥微相为主，发育大套较纯的黑色页岩，局部可见少量泥质介壳灰岩，介壳的体积分数小于10%，形态较为完整，定向排列显著，有机质含量高（图3（c））。

3.3 滨湖亚相

滨湖亚相所处沉积环境水体较浅，易受水动力条件变化和湖盆边缘碎屑物源沉积的影响，氧化作用较强，岩性以灰色泥岩、灰绿色泥岩和分选较好的薄层灰绿色泥质粉砂岩为主，局部可见介壳碎屑，介壳间充填自生石英及泥质，整体可划分出滨湖泥微相和滨湖砂坝微相。滨湖亚相在研究区内分布较少，主要发育在研究区湖盆边缘地带和大一亚段顶部（图3（d））。

4 沉积演化规律

4.1 剖面沉积演化规律

研究区大安寨段构造稳定，继承早侏罗纪构造格局，湖盆基底形成“北东陡、南西缓”，盆内多个小型沉积隆起的地貌格局［12，20］。顺物源南西—北东剖面和垂直物源北西—南东剖面方向沉积微相对比研究表明（图4），研究区为典型湖相碳酸盐岩沉积，泥质和介壳生物丰富，缺乏物源供给，浅湖、半深湖亚相广泛发育。浅湖沉积中介壳灰岩发育良好，多为中—厚层条带状，属高能介壳滩，少量以薄层透镜状形式沉积，属低能介壳滩。研究区北东向湖盆边缘带碎屑物的供给较湖盆中心多，陆源碎屑多在此处集聚，形成滨湖沉积，发育多期滨湖砂坝微相。总体来看，大安寨段湖平面变化频繁总体经历了1 个完整的湖侵—湖退旋回。

图4 平昌地区大安寨段连井沉积相剖面Fig.4 Well-tie sedimentary facies section of Da’anzhai Member in Pingchang area

4.2 平面沉积演化规律

基于研究区大安寨段地层格架和沉积特征研究，结合灰岩厚度、暗色泥页岩累计厚度对各亚段沉积演化规律进行综合分析。

大三亚段的灰岩大面积连续分布在仪陇以西和平昌以南2 个区域，厚度为1～6 m（图5（a））。浅湖微相围绕半深湖微相呈现不规则湖湾环带状，整体水体较浅， 以发育浅湖沉积为主（图5（b））。浅湖泥微相以发育暗色泥页岩为主，页岩厚度大于5 m。介壳滩微相内灰岩发育广泛，低能介壳滩灰岩累计厚度为1～5 m，分布范围广；高能介壳滩沉积的厚层介壳灰岩累计厚度通常在5 m 以上，主要发育在湖盆沉积中的小型隆起区，断续分布。

图5 平昌地区大安寨段灰岩厚度和沉积相平面展布Fig.5 Limestone thickness and sedimentary facies areal distribution of Da'anzhai Member in Pingchang area

大二亚段湖平面上升，灰岩发育位置相较于大三亚段，整体往北东向迁移，主要发育在仪陇北部、东部和X1 井区，累计厚度最大可达12 m（图5（c））。 此时湖泊面积达到最大（图5（d）），整体以半深湖沉积为主，泥页岩发育极其丰富，其间夹有多期中—薄层泥质介壳灰岩，为低能介壳滩，灰岩累计厚度通常达到9 m 以上。大二亚段介壳滩发育相对较差，范围较小且不连片，表明大二亚段经过前期沉积作用，隆凹相间的地貌格局显著，隆起区发育的灰岩较厚，形成大面积半深湖沉积中出现浅湖沉积的现象。

大一亚段时期湖平面下降，水体变浅，灰岩大面积连续分布，发育范围和厚度均达到最大，其中X1 井区灰岩累计厚度能够达到30 m（图5（e））。研究区以浅湖沉积为主，介壳滩微相发育范围极广（图5（f）），其中高能介壳滩灰岩累计厚度通常在10 m 以上。

5 沉积模式

根据岩相分布、湖平面变化和沉积演化特征，建立了平昌地区大安寨段湖泊沉积模式（图6）。

图6 平昌地区大安寨段沉积演化模式Fig.6 Sedimentary evolution pattern of Da’anzhai Member in Pingchang area

大安寨段沉积期，区域上构造相对稳定，研究区经历1 次完整的湖侵—湖退旋回，除湖盆边缘接受了少量短距离搬运的陆源碎屑沉积，整体上以发育湖泊沉积为主。大三亚段沉积期，研究区湖平面缓慢上升，但沉积水体仍相对较浅，湖盆基底构造相对高部位区域介壳滩大面积发育。进入大二亚段沉积期，湖平面快速上升，介壳滩分布范围迅速缩小并向湖盆边缘迁移，沉积环境由浅湖向半深湖转变。湖平面上升到最大时，区域上以发育暗色泥岩为主，靠近湖盆中心凹陷区暗色泥岩有机质含量较高。至大一亚段沉积期，湖平面开始转入下降时期，沉积水体逐渐变浅，水动力条件加强，介壳滩沉积又开始扩大并向湖盆中部高地区扩张，沉积环境整体由半深湖向浅湖演化，湖盆发育有大范围厚层介壳滩，在纵向上与浅湖泥发生互层。

大安寨段介壳滩主要发育于研究区构造相对高部位的浅水区域。湖侵期，介壳滩逐渐从湖盆中心隆起区迁移至湖盆周缘隆起区；湖退期，浅湖介壳滩沉积又从湖盆周缘隆起区向湖盆中心隆起区扩张。因此，川东北平昌地区湖泊介壳滩的发育受湖平面变化以及构造古地貌的共同控制，明确二者变化特征对于刻画介壳滩分布及演化具有重要意义。

6 油气勘探意义

源储配置模式是致密油富集的关键，良好的源储配置关系能够为勘探开发高产、稳产油井提供坚实基础［15］。四川盆地侏罗系大安寨段致密油资源量大，湖相烃源岩和介壳滩储集层在空间上纵横叠置、接触广泛，使得大安寨段致密油藏普遍具有源内或近源聚集的特点［7］。因此，在具有良好成藏体系的条件下，寻找源储一体空间配置关系的浅滩介壳灰岩储集体对川东北地区大安寨段致密油气勘探具有重要意义。

川东北大安寨段发育典型的湖泊碳酸盐岩沉积，经历1 次显著的湖平面升降旋回。其中，大二亚段时期湖侵范围达到最大，沉积水体最深，暗色泥页岩极为发育，部分厚度可达40 m 以上。这些泥页岩有机质丰度高，其w（TOC）为0.48%～2.88%，平均为1.27%，Ro为0.52%～1.35%，平均为1.21%，处于大量生油阶段，是良好的烃源岩［21］。与此同时，位于下部的大三亚段和上部的大一亚段均沉积于水体较浅时期，湖平面较低，中—厚层介壳灰岩大面积发育，在较强的水动力条件影响下，微裂缝和微孔隙发育广泛，具有较好的储渗能力，与大二亚段的优质厚层烃源岩构成“上生下储”和“下生上储”的源储配置关系，为致密油的富集创造了条件。

因此，与大二亚段厚层富有机质泥页岩有良好空间配置关系的大三亚段和大一亚段的厚层介壳滩是川东北平昌地区大安寨段致密油勘探的有利目标。

7 结 论

（1）四川盆地平昌地区大安寨段发育典型湖泊碳酸盐岩沉积，岩性主要为结晶灰岩、介壳灰岩、含泥质介壳灰岩、泥质介壳灰岩、含介壳泥岩、暗色页岩和泥质粉砂岩等。

（2）平昌地区大安寨段大三亚段和大一亚段以中—厚层介壳灰岩为主，主要发育浅湖亚相，大二亚段以厚层暗色泥页岩为主，主要发育半深湖亚相。自下而上大安寨段经历了1 次显著的湖平面升降变化，沉积环境由浅湖—半深湖—浅湖过渡。

（3）研究区大安寨段介壳滩分布受湖平面变化控制明显。早期湖平面缓慢上升，以浅湖沉积为主，介壳滩在湖盆中心构造高部位广泛发育；中期随着湖平面上升，沉积环境过渡为半深湖，介壳滩迅速萎缩，暗色泥页岩广泛分布；晚期随着湖平面开始下降，介壳滩范围又扩大，半深湖范围缩小。

（4）平昌地区大安寨段大二亚段暗色泥岩厚度大，有机质丰度较高，处于大量生油阶段，而位于大二亚段下部的大三亚段和上部的大一亚段介壳滩可与大二亚段烃源岩构成良好的源—储配置关系，应是平昌地区大安寨段致密油勘探的有利目标。