四川盆地北部地区寒武系沧浪铺组沉积演化

王振宇，曾浩，屈海洲，赵容容，张宇，李文皓，唐松，张云峰

（1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500；2.西南石油大学天然气地质四川省重点实验室，四川 成都 610500；3.西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500；4.中国石油西南油气田分公司勘探事业部，四川 成都 610051；5.中国石油西南油气田分公司川中油气矿，四川 遂宁 629000）

0 引言

对四川盆地震旦系—下古生界碳酸盐岩的研究，主要集中在川中古隆起区的震旦系灯影组和寒武系龙王庙组，取得了大量的油气勘探成果［1-7］。 自2020 年JT1 井在寒武系沧浪铺组获得高产工业气流以来，越来越多的勘探成果表明，沧浪铺组勘探潜力巨大。

近些年来，人们对沧浪铺组开展了部分研究工作，但整体上尚处于地质基础研究阶段， 并提出了不同的观点。张满郎等［8］认为，伴随着大规模海退，在盆地中西部，沧浪铺组发育碎屑滨岸相和三角洲相。 彭军等［9-10］提出，在四川盆地高石梯-磨溪地区，沧浪铺组发育浅海陆堋相和缓坡相。 乐宏等［11］考虑到古陆和裂陷槽对盆地内地层充填情况的影响， 认为盆地总体以浅水陆堋沉积为主。严威等［12］提出，四川盆地沧一段包括碎屑浅水陆堋、混积浅水陆堋等多种亚相类型，沧二段整体发育混积浅水陆堋亚相。李亚丁等［13］认为，现今钻井成果发现的碳酸盐岩发育规模不足以构成镶边台地沉积模式，但在盆地北部旺苍一带发育小型台地环境。可以看出，现今观点多认为沧浪铺组发育陆棚相，以继承筇竹寺组沉积格局为主要特征。根据Read［14］对碳酸盐岩台地相的定义，综合目前的野外和钻井资料分析，认为研究区沧浪铺组沉积环境符合早期发育的镶边台地特征， 其沉积演化过程更倾向于是龙王庙组碳酸盐岩台地相发育的“预备阶段”。

显然， 现今对沧浪铺组的研究还存在基础资料缺乏、研究程度低等问题。 基于此，本文结合已有的研究基础，综合研究区最新的钻井资料和野外实测成果，分析沧浪铺组岩石学特征，划分沉积相类型，总结沧浪铺组沉积演化特征， 以期为该区沧浪铺组的后期地质研究工作提供参考。

1 地质背景

研究区位于遂宁以北至四川盆地西北部边界区域（见图1a）。 在震旦纪—早寒武世，盆地西部发育的德阳—安岳裂陷槽与中部发育的川中古隆起对后期层系沉积格局的形成起着重要的控制作用， 该时期发生的多期桐湾运动对早寒武世沉积地貌格局的形成起着决定作用［1，3，13-17］。 四川盆地在早寒武世筇竹寺期，发生大规模海侵，德阳—安岳裂陷槽被逐步填平补齐，至沧浪铺组沉积期，发生大规模持续性海退。沧浪铺组沉积早期，德阳—安岳裂陷槽尚未被完全填平，对来自北部及西部的陆源产生隔挡作用， 随着盆地内隆坳格局的消失，古地貌向西高东低转变［18-19］。

图1 研究区构造特征及沧浪铺组岩性柱状图Fig.1 The structural characteristics of the study area and the lithological column of Canglangpu Formation

寒武系自下而上划分为筇竹寺组、沧浪铺组、龙王庙组、高台组和洗象池组，沧浪铺组与上覆及下伏地层之间均未见沉积间断，呈整合接触［20-21］。 根据岩性组合特征，沧浪铺组自下而上划分为2 段（见图1b）：沧一段厚度为73～154 m， 主要发育深灰色泥晶石灰岩、灰色颗粒碳酸盐岩、 深灰色晶粒白云岩， 以及灰色泥灰岩、泥质白云岩和砂质白云岩；沧二段厚度为119～190 m，主要发育灰色、深灰色砂岩，夹薄层紫红色泥岩。

2 沉积相类型

根据沧浪铺组岩石学、岩性组合及沉积构造特征，结合沉积期古地貌及海平面变化过程［22-24］，认为沧浪铺组发育碳酸盐岩台地沉积模式， 四川盆地北部地区发育开阔台地相、局限台地相和潮坪相。

2.1 开阔台地相

开阔台地相发育于研究区东北部沧一段。沧一段沉积期，该区地势平坦开阔，水体循环良好，沉积岩性主要为厚层深灰—灰黑色鲕粒石灰岩（见图2a）、砂屑石灰岩（见图2b）和中层灰色泥晶石灰岩。 根据岩性特征和沉积构造， 开阔台地相可细分为台内滩和滩间海2 种亚相。 台内滩鲕粒多为正常鲕（见图2c，2d），少见变形鲕和椭球鲕，直径为0.4～0.6 mm；地质露头中可见小型槽状交错层理（见图2e），指示水体能量较强、淘洗作用较强烈的台内滩沉积环境。 滩间海主要发育灰—深灰色泥晶石灰岩（见图2f），沉积厚度为20～29 m，反映弱水动力的低能沉积环境。

图2 开阔台地相典型特征Fig.2 Typical characteristics of open platform facies

2.2 局限台地相

局限台地相是沧一段的主要沉积相类型， 随着大规模海退的发生和裂陷槽的消亡，在川中乐山-龙女寺古隆起东部，地势较高，水体较浅［2］，水体循环受限，海水盐度偏高。岩石类型以发育灰—浅灰色砂屑白云岩、鲕粒白云岩和薄—中层灰色晶粒白云岩、 泥晶石灰岩及泥灰岩为主。

根据岩石类型和古生物组合， 局限台地相可细分为台内滩和滩间海2 种亚相。 台内滩亚相在裂陷槽边缘呈条带状展布，GR 测井曲线表现为低值箱形，地震剖面上呈不连续的丘状反射特征［25］；主要发育具有残余结构的灰—深灰色砂屑白云岩和鲕粒白云岩（见图3a），鲕粒多为圆状，部分鲕粒由于重结晶作用而变得模糊（见图3b）；可见破碎的角石、古杯和腕足类生物碎屑［13］。 反映水体能量较强、水体循环受限的沉积环境。 滩间海亚相主要发育薄—中层灰质细—泥晶白云岩（见图3c）、泥晶石灰岩和砂质白云岩等岩石类型，反映水体能量较弱的沉积环境。

图3 局限台地相典型微观特征Fig.3 Typical microscopic characteristics of restricted platform facies

2.3 潮坪相

本文所划分的潮坪相多被前人认为是混积浅水陆棚相和碎屑浅水陆棚相。

沧一段沉积期，水体波动明显，发育以中—厚层灰色泥质白云岩、泥灰岩（见图4a）和砂质白云岩为主的混积潮坪沉积，其GR 测井曲线呈齿状，显微镜下可见粉砂质条纹或条带（见图4b，4c），常见云母碎片；砂质白云岩中，以细晶或粉晶白云石为主（见图4d），体积分数为60%～70%，砂质主要为粉砂质或细砂质石英颗粒，体积分数为20%～25%。

图4 潮坪相典型特征Fig.4 Typical characteristics of tidal flat facies

沧二段沉积期， 发生小规模的海侵—海退过程，发育以中—厚层灰色粉砂岩、薄层紫红色泥质粉砂岩（见图4e）及泥岩为主的碎屑潮坪沉积，其测井曲线GR值呈先升后降趋势，表明水体先深后浅，在野外地质露头中，可见与之对应的砂泥岩互层沉积现象（见图4f），并见小型平行层理和砂岩透镜体， 局部见正旋回和羽状交错层理。 整体反映水动力强弱交替的变化过程，具有典型的碎屑潮坪沉积特征。

3 沉积演化特征

3.1 纵向演化

对比磨溪地区JT1 井（见图5）和川西北地区大两剖面（见图6），纵向上沧浪铺组具有明显的分异特征，与Wilson 关于台地相沉积环境中陆源碎屑混入物与碳酸盐岩分异的情况相一致。

图5 四川盆地JT1 井沧浪铺组沉积相综合柱状图Fig.5 Comprehensive histogram of sedimentary facies of Canglangpu Formation of Well JT1 in Sichuan Basin

图6 四川盆地大两剖面沧浪铺组沉积相综合柱状图Fig.6 Comprehensive histogram of sedimentary facies of Canglangpu Formation of Daliang section in Sichuan Basin

沧一段沉积以白云岩、石灰岩等碳酸盐岩为主，可见泥质白云岩、泥灰岩等混积岩。 在JT1 井，发育局限台地相，细分为台内滩和滩间海亚相，测井GR 值介于20～96 API，其中，台内滩亚相的GR 和RT测井曲线呈箱形。 在大两剖面，发育开阔台地相和局限台地相，野外实测GR 值介于31～152 CPS， 台内滩亚相实测GR曲线呈齿状近似箱形。沧二段沉积以砂岩、泥岩等碎屑岩为主，局部可见砂质白云岩夹薄层泥岩，发育包括砂坪、泥坪和混合坪亚相类型的潮坪相，GR 和RT测井曲线呈齿状钟形，JT1 井沧二段GR 值介于23～103 API，大两剖面沧二段野外实测GR 值介于86～147 CPS，2条剖面均可见明显的GR 值先升后降趋势。因此认为，沧二段沉积期曾发生小规模的海侵—海退过程。

3.2 沉积相对比

研究区内PT1 井—JT1 井—CS1 井—大两剖面—MS1 井沉积相对比剖面大致呈SW—NE 走向（见图7。剖面位置见图1）。 由图7 可知，沧浪铺组表现为西高东低的沉积古地貌格局， 往NE 方向水体逐渐加深。PT1 井区距离物源较近且靠近裂陷槽，地势较低，沉积岩性以泥灰岩、泥质白云岩和砂质白云岩为主，为混积潮坪相沉积特征；往NE 方向至苍溪地区，混积特征减弱，颗粒白云岩广泛发育，以砂屑白云岩和鲕粒白云岩为主，偶夹泥晶白云岩和晶粒白云岩，总体为局限台地相的砂屑滩微相和滩间海亚相沉积。 砂屑滩微相不具有明显的连续性，沉积厚度小，主要发育在裂陷槽边缘的构造高部位。 颗粒白云岩沉积厚度一般在14～23 m，受到建设性成岩作用影响后，成为有利的储集层段［25］。 在大两地区，以发育鲕粒石灰岩、砂屑石灰岩为主，可见小型槽状交错层理，沉积古地貌开阔平坦，局部具有高能沉积特征。沧二段沉积期，裂陷槽基本被填平补齐， 持续的海退过程加上构造挤压导致的隆起地貌，使得研究区水体变浅，潮坪相广泛发育。

3.3 沉积相平面分布

基于野外地质露头剖面实测资料和岩心、钻井、测井资料，并综合前人研究成果，编制了研究区沧一段和沧二段沉积相平面分布图（见图8，据文献［11］修改）。

图8 四川盆地北部地区沧浪铺组沉积相平面分布Fig.8 Plane distribution of sedimentary facies of Canglangpu Formation in northern Sichuan Basin

研究区经历筇竹寺期大规模海侵之后， 沧浪铺组沉积期，发生持续性海退，水体整体上逐渐变浅。马腾霄等［26-27］对JT1 井等开展碳氧同位素特征分析发现，JT1井沧一段古盐度指数Z 值介于116～123， 变化范围窄，沉积期内水体盐度较高，海水温度介于11.6～29.6 ℃，平均温度为21.3 ℃，为温暖或炎热的亚热带气候；陆棚环境水体盐度一般为正常盐度， 较高的水体盐度证明其水体循环受限，符合局限台地沉积水体盐度特征。 尽管沧一段沉积期古盐度指数Z 值变化范围窄， 但伴随着水体盐度一定的波动，海平面升降变化明显，同时来自西部古陆的物源供给受到裂陷槽的隔档作用， 使得研究区内整体以碳酸盐岩沉积为主， 发育碳酸盐岩台地沉积模式。在裂陷槽边缘的构造高部位，水体能量较强，沉积鲕粒石灰岩后，经成岩作用改造，形成以残余白云岩为主的颗粒滩［25］，发育为局限台地相；向东地势平坦开阔，沉积形成以石灰岩为主的开阔台地相。

沧二段沉积期， 随着德阳—安岳裂陷槽被逐渐填平补齐，裂陷槽内与两侧水体渐趋一致，可见对应沉积的测井GR 值先升后降特征， 此时水体先加深后变浅，碎屑岩沉积区向东持续推移， 在靠近物源与裂陷槽的地区，于沉积早期发育混积潮坪相；伴随区域构造应力场由区域伸展背景转换为区域挤压背景， 在川中地区形成了1 个大型隆起，即川中古隆起［2］（北端称为高石梯-磨溪古隆起，见图1），加之古陆碎屑物源的持续供给和水体的变浅， 为沉积晚期形成碎屑潮坪相提供了有利条件。 随着碎屑物源的持续供给和海平面升降变化，当水体较深时，沉积物中泥质体积分数增加，对应测井GR 值较高；当水体较浅时，沉积物中砂质体积分数增加，对应测井GR 值较低。 在这种周期性的水体震荡变化过程中，随着水体总体变浅，逐渐形成了广泛的碎屑潮坪沉积。 至此，沧二段以砂泥岩互层为显著特征的潮坪相沉积成型，并完成了沧浪铺期海退的全过程。

龙王庙组沉积早期， 盆地迎来了新一轮的海侵过程，盆地内发育碳酸盐岩台地沉积。

4 结论

1）四川盆地北部地区沧浪铺组主要发育碳酸盐岩台地沉积模式，识别出开阔台地相、局限台地相和潮坪相3 种沉积相类型，纵向上具有明显的分异特征，横向上沉积厚度西薄东厚。沧一段沉积期，在研究区东北部地势开阔地带， 发育以沉积颗粒石灰岩并发育小型槽状交错层理为主要特征的开阔台地相台内滩亚相，及以沉积泥晶石灰岩为主要特征的开阔台地相滩间海亚相；向西至川中古隆起区，发育以沉积残余颗粒白云岩为主要特征的局限台地相台内滩亚相， 和以沉积灰质晶粒白云岩为主要特征的局限台地相滩间海亚相；沿裂陷槽区，发育以泥质白云岩、泥灰岩和砂质白云岩为主要岩性的混积潮坪相。 沧二段沉积期，发育以砂岩、泥岩等碎屑岩为主要岩性的碎屑潮坪相。

2）沧浪铺组沉积期，水体整体上逐渐变浅。沧一段沉积期，海平面波动明显，物源供给受到裂陷槽的隔档作用，研究区主要沉积碳酸盐岩，在构造高部位发育以沉积颗粒岩为特征的台内滩亚相， 随着裂陷槽被逐步填平，来自古陆的碎屑物质向东推移。 沧二段沉积期，发生小规模的海侵—海退过程，当水体较深时，泥质沉积物增多；当水体较浅时，砂质沉积物增多。 这种周期性的水体震荡变化使得沧二段发育的潮坪相以砂泥岩互层为显著特征。