耿 旗

(中國石化股份公司西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院,成都610081)

燕山中晚期是四川盆地陸相地層油氣生成和聚集的關(guān)鍵時(shí)期。通過露頭層序地層學(xué)和沉積相觀察描述,結(jié)合石油鉆井和地震勘探資料,對四川盆地白堊系—第三系層序地層特征、沉積格局、沉積演化特征和盆地萎縮消亡機(jī)制開展系統(tǒng)的綜合研究,特別是對白堊系和古近系前陸盆地演化、盆山耦合關(guān)系的綜合研究,為進(jìn)一步評價(jià)陸相地層油氣富集與盆地構(gòu)造、沉積演化的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。

1 層序地層特征

1.1 巖石地層分布特征概述

四川盆地從下白堊統(tǒng)到古近系均為紅色碎屑巖沉積地層,厚度約為3.5 km;沉積環(huán)境主要為河湖環(huán)境,局部為山麓沖積扇及風(fēng)成沙漠環(huán)境;巖性變化大,除劍閣-都江堰-蘆山一線為砂礫質(zhì)粗碎屑巖外,其余地區(qū)皆為細(xì)碎屑巖、泥質(zhì)巖和零星分布的鈣芒硝和石膏等蒸發(fā)巖。劍閣、梓潼-巴中-南江只有下白堊統(tǒng),上白堊統(tǒng)缺失;宜賓-瀘州缺失下白堊統(tǒng),只發(fā)育上白堊統(tǒng)和古近系[5](表1)。白堊系地層對比見圖1。

表1 四川盆地白堊系-古近系劃分對比表Table 1 Stratigraphic division and correlation of the Cretaceous-Tertiary in Sichuan Basin

1.2 層序界面

層序界面是層序劃分的關(guān)鍵,是確定層序成因類型、對層序進(jìn)行區(qū)域等時(shí)對比和建立層序地層格架的重要標(biāo)志[4]。本次研究識別出不整合面及沉積侵蝕間斷面和最大湖泛面等具有劃分構(gòu)造層序及其內(nèi)部體系域等不同界別各種類型的層序界面。

1.2.1 不整合面及沉積侵蝕間斷面

不整合面及沉積侵蝕間斷面具有分布穩(wěn)定、標(biāo)志清楚、對比性及等時(shí)性好的特點(diǎn),是劃分層序的重要標(biāo)志。由鉆井揭示和露頭觀察到的區(qū)域性不整合面和沉積侵蝕間斷面分布于以下幾個(gè)層位。

a.白堊系底界的構(gòu)造不整一界面。該界面位于上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組與下白堊統(tǒng)或劍門關(guān)組之間,以下白堊統(tǒng)劍門關(guān)組沖積扇礫巖大幅度截切超覆在蓬萊鎮(zhèn)組湖相砂泥巖地層之上為特征,并造成大部分地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組的上部地層部分缺失。

b.上、下白堊統(tǒng)之間的構(gòu)造不整一界面。上白堊統(tǒng)的夾關(guān)組從南到北超覆在下白堊統(tǒng)不同層位上,在川南地區(qū)甚至直接與蓬萊鎮(zhèn)組不整合接觸,造成下白堊統(tǒng)部分甚至全部缺失。地震剖面上能明顯見到上白堊統(tǒng)底部的TK1界面對下白堊統(tǒng)有明顯的削截作用。

c.白堊系與第三系之間的由盆緣構(gòu)造不整一界面過渡到整一接觸界面。盆地西部邊緣的沖積扇礫巖對下伏灌口組產(chǎn)生強(qiáng)烈的下切侵蝕作用,表現(xiàn)為構(gòu)造不整合接觸。盆地內(nèi)部,名山組湖相砂泥巖與灌口組湖相砂泥巖為整合接觸。

d.第三系名山組與蘆山組之間的盆緣構(gòu)造不整一界面過渡到整一界面。盆地西部邊緣為蘆山組沖積扇礫巖超覆在名山組湖相砂泥巖之上,礫巖對下伏地層有明顯下切侵蝕作用,為構(gòu)造不整合接觸。盆地內(nèi)部蘆山組湖相砂泥巖與名山組湖相砂泥巖卻是整合接觸。

1.2.2 最大洪泛面

為代表長期基準(zhǔn)面持續(xù)上升的進(jìn)積→退積序列折向下降的加積→進(jìn)積序列的相轉(zhuǎn)換面[4],具有特有的細(xì)粒暗色巖性和相對較深水的巖相和特征及高伽馬值電性特征。發(fā)育層位穩(wěn)定,巖性單一,等時(shí)性強(qiáng),識別標(biāo)志清晰,是層序劃分和等時(shí)地層對比的良好標(biāo)志。

a.下白堊統(tǒng)七曲寺組中上部的厚層塊狀泥巖。該套泥巖層位分布較為穩(wěn)定,測井曲線特征表現(xiàn)為弱齒化柱狀低幅,在最大湖泛期柱狀低幅也達(dá)到最低值,部分鉆井出現(xiàn)尖峰狀低幅,代表由湖盆擴(kuò)張初期串珠狀小型湖泛湖泊逐漸過渡到湖盆擴(kuò)張時(shí)的統(tǒng)一湖泊泥質(zhì)沉積。

b.灌口組中部和名山組中下部膏鹽巖和厚層泥巖。在灌口組中部發(fā)育厚度不等的以鈣芒硝、石膏為主的膏鹽沉積,層位分布穩(wěn)定,測井曲線上膏鹽巖具有較為特征的弱齒化伽馬中值和強(qiáng)齒化電阻中高值,為硬石膏夾薄層泥巖的測井響應(yīng)。

1.3 層序特征

根據(jù)可識別的層序界面及最大洪泛面發(fā)育位置,結(jié)合盆地演化階段將白堊系—第三系劃分為4個(gè)構(gòu)造層序[1]、7個(gè)三級層序(圖2)。

1.3.1 TS1構(gòu)造層序(下白堊統(tǒng))

由下白堊統(tǒng)蒼溪組、白龍組、七曲寺組和古店組或同時(shí)異名的天馬山組構(gòu)成?？v向上出現(xiàn)2～3個(gè)由沖積扇→辮狀河→曲流河→湖泊(盆地邊緣)或辮狀河→曲流河→湖泊的退積旋回。在川西中段保存較為完整,還殘存有湖盆收縮體系域的古店組,往北、往南由于后期剝蝕多數(shù)地段僅保存有湖盆擴(kuò)張?bào)w系域沉積。沉積相展布見圖3。

1.3.2 TS2構(gòu)造層序

由上白堊統(tǒng)夾關(guān)組、關(guān)口組(或與夾關(guān)組同時(shí)異名的窩頭山組、打兒凼組)和三合組、高坎壩組(與灌口組相當(dāng))構(gòu)成?？v向上,在川西南段出現(xiàn)由沖積扇→辮狀河→湖泊組成的2個(gè)退積旋回,川西中段及川西南地區(qū)則出現(xiàn)河流相→沙漠相→湖相的正向退積旋回。早期(夾關(guān)期)沉積環(huán)境為沖積扇、河流、沙漠,晚期(灌口期)沉積環(huán)境主要為沖積扇、辮狀河、曲流河和蒸發(fā)湖泊。

1.3.3 TS3構(gòu)造層序

擴(kuò)張?bào)w系域由名山組中、下部或柳嘉組組成,盆地邊緣為沖積扇→辮狀河→湖泊退積旋回,川西南為沙漠→湖泊的退積旋回。收縮體系域由蒸發(fā)鹽坪→濱淺湖泥坪→濱淺湖砂壩的進(jìn)積旋回組成。

1.3.4 TS4構(gòu)造層序

由蘆山組構(gòu)成。由于后期構(gòu)造侵蝕,往往保存不全甚至全部缺失,厚0～720 m,縱向上出現(xiàn)由沖積扇扇根→扇中→扇緣→淺湖的正向退積旋回,在淺湖背景中發(fā)育有透鏡狀分布的鈣芒硝鹽湖沉積。

圖2 四川盆地白堊系-古近系沉積相及層序地層綜合柱狀圖Fig.2 Sedimentary facies and stratigraphic sequence profile map of the Cretaceous-Paleogene in Sichuan Basin

2 巖相古地理特征

2.1 TS1構(gòu)造層序(下白堊統(tǒng))

沉積盆地呈北東向?qū)拵钫共?長軸與龍門山推覆帶近于平行。東部因受川東南斷褶帶自南東向北西的強(qiáng)烈擠壓影響,已大幅度隆升成陸并遭受剝蝕。盆地沉積充填面積僅為侏羅紀(jì)沉積盆地的1/3～1/2,具有早期萎縮盆地特征,處于早期萎縮階段(圖3)。

圖3 四川盆地萎縮消亡早期(早白堊世)巖相古地理圖Fig.3 Lithofacies paleogeography map of the early period of atrophying and dieing out(the Early Cretaceous)in Sichuan Basin

湖盆擴(kuò)張?bào)w系域沉積時(shí)期,龍門山造山活動較為活躍,向盆地提供了大量物源。在盆地西部發(fā)育以劍閣劍門關(guān)、江油-安縣、都江堰和蘆山大川-寶盛為中心的沖積扇體,沿龍門山前構(gòu)成以上述地區(qū)為中心的沖積扇裙,厚達(dá)數(shù)十米至500余米,往南東方向迅速遞變?yōu)檗p狀河沉積體系。在沖積扇前端主要發(fā)育以辮狀河和曲流河為主的短軸狀沖積平原沉積體系,局部地帶出現(xiàn)沖積扇直接入湖的格局。大巴山處于相對停息期,除底部出現(xiàn)礫巖透鏡體外,沖積扇礫巖極不發(fā)育。在盆地北段為發(fā)育疊置河道砂巖夾透鏡狀泥巖的辮狀河沉積;在儀隴、蒼溪一帶遞變?yōu)榍骱記_積平原沉積體系,以發(fā)育曲流河邊灘砂體和洪泛平原為特征。主河道大致位于閬中-鹽亭-三臺-龍泉驛-彭山-峨眉一線,在彭山-洪雅-峨眉一帶匯聚龍門山南段水系后由西南側(cè)流出四川盆地進(jìn)入西昌盆地。在主河道西側(cè)發(fā)育數(shù)個(gè)呈北東向串珠狀分布的季節(jié)性湖泊,匯聚龍門山和西側(cè)沖積平原水系,與東側(cè)的曲流河主河道構(gòu)成緊密的水體調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在枯水期水位下降,湖泊和曲流河分離;在洪水期曲流河發(fā)生漫岸洪泛沉積,并向湖泊補(bǔ)給水源,使湖泊水位升高,湖泊面積擴(kuò)大,甚至將相互分割的湖泊相互連接歸并。早期以發(fā)育呈北東向串珠狀分布的小型季節(jié)性過渡洪泛湖泊為主,在枯水期湖泊規(guī)模變小甚至干枯,洪水期湖泊面積增大并向統(tǒng)一大湖過渡。晚期隨著盆地沉降規(guī)模的增強(qiáng),湖盆進(jìn)一步擴(kuò)展,主河道在梓潼-蒼溪、綿陽-羅江、彭州-廣漢和大邑-崇州一帶,由早期的季節(jié)性小型湖泛湖發(fā)展為連成一體的統(tǒng)一大湖,代表最大湖泛面沉積。

湖盆收縮期,龍門山、大巴山造山活動均不活躍;加之發(fā)生在早白堊世末期的燕山Ⅲ幕運(yùn)動對下伏地層發(fā)生強(qiáng)烈的侵蝕作用,造成湖盆收縮體系域保存不完整,目前僅在中江古店-什邡-金堂-郫縣十分局限的范圍內(nèi)有分布。以發(fā)育曲流河沖積平原的邊灘砂體和洪泛平原泥質(zhì)沉積為主,在馬井一帶發(fā)育有小型洪泛湖。

2.2 TS2構(gòu)造層序(上白堊統(tǒng))

沉積盆地呈北西向的啞鈴狀,相帶展布方向相對 TS1早期萎縮階段發(fā)生近90°的大角度偏轉(zhuǎn),分布范圍局限于川西和川南地區(qū)。盆地北西向長度與米倉山-大巴山推覆帶近于一致,而北東向的寬度僅相當(dāng)于龍門山造山帶的中南段,川中、川北和川東北地區(qū)已完全隆升成陸并遭受剝蝕。

湖盆擴(kuò)張?bào)w系域沉積時(shí)期,綿竹以南的龍門山前緣形成以都江堰、蘆山-寶盛為中心的2個(gè)沖積扇群。都江堰沖積扇群出山口后直接遞變?yōu)榈[漠沉積,之后過渡為沙漠相沙丘塊狀砂巖和旱谷砂泥巖薄互層,并由早期的孤立、零星沙漠演化為統(tǒng)一、連片的大沙漠;蘆山-寶盛沖積扇群出山口遞變?yōu)檗p狀河沉積,并沿沙漠南西側(cè)流向洪雅、眉山一帶,并逐漸演變?yōu)榫W(wǎng)狀河沉積。川南合江-瀘州一帶為辮狀河沉積,與龍門山水系匯聚后演變?yōu)榫W(wǎng)狀河沉積,由南西側(cè)滎經(jīng)一帶流出四川盆地進(jìn)入西昌盆地(圖4)。

圖4 四川盆地萎縮消亡中期(晚白堊世夾關(guān)期)巖相古地理圖Fig.4 Lithofacies paleogeography map of the middle period of atrophying and dieing out(Jiaguan Stage of Late Cretaceous)in Sichuan Basin

湖盆收縮期,南西側(cè)處于隆起剝蝕狀態(tài),造成西昌盆地與四川盆地完全隔絕。四川盆地已演變?yōu)殚]塞、干旱的內(nèi)陸盆地?？傮w沉積格局發(fā)生了重大變化:沙漠沉積消失,出現(xiàn)蒸發(fā)鹽湖沉積。在龍門山前,以都江堰王姿巖、蘆山寶盛、天全老場為中心,形成3個(gè)直接入湖的沖積扇體群。在洪雅-蒲江-成都-廣漢一帶為大面積的湖泊相粉砂巖與泥巖薄互層沉積,湖泊中心地帶的洪雅-眉山-蒲江一帶出現(xiàn)蒸發(fā)鹽湖沉積,成為白堊系芒硝礦的主要賦存層位。川東南的貴州習(xí)水-瀘州合江一帶為辮狀河沉積,往西至宜賓-古藺一帶過渡為曲流河沉積,并在樂山一帶匯入湖泊(圖5)。

2.3 TS3構(gòu)造層序(古新統(tǒng))

川西拗陷南段的蘆山向斜和名山向斜保存較為完整,至洪雅、夾江、青神等地僅有較薄的殘留地層,其余地區(qū)均遭剝蝕或無沉積。在川南宜賓柳嘉一帶零星分布有風(fēng)成沉積,具有明顯的山間拗陷盆地特征,為盆地萎縮晚期階段沉積。

圖5 四川盆地萎縮消亡中期(晚白堊世灌口期)巖相古地理圖Fig.5 Lithofacies paleogeography map of the middle period of atrophying and dieing out(Guankou Stage of Late Cretaceous)in Sichuan Basin

擴(kuò)張?bào)w系域沉積時(shí)期,在龍門山前緣發(fā)育以寶盛、蘆山苗溪為中心的2個(gè)直接入湖的沖積扇群。在邛崍以南、仁壽以西、蘆山以東、峨眉以北的地區(qū)為湖相沉積。隨著盆地?cái)U(kuò)展推進(jìn),湖水位變淺,因持續(xù)處于炎熱干燥氣候,湖水蒸發(fā)濃縮出現(xiàn)以石膏、芒硝為主的鹽湖蒸發(fā)巖沉積。川南地區(qū)持續(xù)處于炎熱干旱氣候,在宜賓柳嘉剝蝕殘留的柳嘉組為沙漠沙丘相厚大砂巖沉積,往西過渡為厚層塊狀砂巖與泥巖互層為主的曲流河沉積,在樂山附近曲流河入湖過渡為湖相沉積(圖6)。盆地收縮期僅在蘆山向斜殘留有沉積記錄,分布十分局限,為湖相砂泥巖薄互層沉積。

2.4 TS4構(gòu)造層序(始新統(tǒng))

圖6 四川盆地萎縮消亡晚期(古新世)巖相古地理圖Fig.6 Lithofacies paleogeography map of the late period of atrophying and dieing out(Paleocene)in Sichuan Basin

在前述造山帶持續(xù)逆沖推覆影響下,盆地沉積范圍進(jìn)一步退縮至蘆山向斜一帶,蘆山向斜以外地區(qū)已隆升成陸并遭受剝蝕。

擴(kuò)張?bào)w系域沉積時(shí)期,在龍門山前發(fā)育以蘆山苗溪為中心的沖積扇群,往東過渡為湖相砂泥巖薄互層沉積;最大湖泛期在蘆山一帶出現(xiàn)以鈣芒硝、硬石膏為主的蒸發(fā)鹽巖沉積。

湖盆收縮期的分布范圍更為有限,僅分布在蘆山向斜核部,為濱淺湖砂泥巖薄互層沉積。

3 前陸盆地萎縮消亡階段沉積演化

四川盆地為一個(gè)海陸相疊置的大型復(fù)合型沉積盆地,其沉積演化經(jīng)歷了震旦紀(jì)—中三疊世的海相碳酸鹽巖臺地和晚三疊世—始新世的陸相沉積盆地2個(gè)發(fā)展階段。陸相沉積盆地劃分為早期大陸邊緣海陸過渡相盆地(T3m-T3x3)、中期前陸盆地(T3x4-J3p)和晚期萎縮衰亡盆地(K1-E2)3個(gè)演化時(shí)期。白堊紀(jì)—古近紀(jì)正處于四川前陸盆地演化晚期的盆地萎縮衰亡階段。

從早白堊世開始,因受燕山期周緣構(gòu)造山系的多次逆沖推覆和構(gòu)造侵位事件影響,四川盆地大幅度地隆升成陸和遭受剝蝕,不僅形成白堊系與侏羅系之間的區(qū)域構(gòu)造不整合,同時(shí)也促使盆地向西后退和由北向南收縮,進(jìn)入四川前陸盆地萎縮衰亡演化階段。

3.1 早期萎縮階段(K1)

沉降和沉積中心位于龍門山和米倉山-大巴山2個(gè)逆沖推覆帶的前淵拗陷部位。2個(gè)構(gòu)造山系交匯疊加部位的前淵拗陷,沉降幅度和沉積厚度最大,以發(fā)育沖積扇和河流相沉積為主,通常由4～5套礫巖、砂巖、泥巖組成向上變細(xì)變薄的正韻律層序,厚度一般為400～600 m,最厚可達(dá)1 200 m;向東和向南2個(gè)方向逐漸變薄,并遞變?yōu)楹恿飨鄪A間歇湖泊相砂、泥巖互層組合。在北北西-南南東向剖面上,顯示自北西的粗而厚向南東方向變細(xì)和減薄,以及西陡東緩的典型箕狀盆地構(gòu)造-沉積格局,說明此階段盆地演化以受龍門山逆沖推覆作用控制為主,同時(shí)也受到米倉山-大巴山逆沖推覆作用的制約。

3.2 中晚期衰亡階段(K2-E2)

盆地展布格局主要受2個(gè)因素控制:其一為川北和川東北地區(qū)因受到龍門山北段、米倉山-大巴山和川東南斷褶帶3個(gè)構(gòu)造山系的逆沖推覆作用匯聚和構(gòu)造侵位的復(fù)合影響[2],整體強(qiáng)烈隆升為陸,迫使盆地大面積向南退縮至川西地區(qū)的南部和川南地區(qū);其二為龍門山南段的逆沖推覆作用增強(qiáng),造成其前緣地區(qū)大幅度拗陷,沉降和沉積中心亦隨之遷移到龍門山中、南段的前緣,在晚白堊世的夾關(guān)期、灌口期和古新世的名山期,沿都江堰、蘆山和天全一帶的龍門山前緣,發(fā)育有眾多規(guī)模大小不一和依次呈疊置關(guān)系的沖積扇礫巖群。中段因受干旱氣候影響,普遍發(fā)育沙漠相沉積。此外,在龍門山前緣沖積扇相帶發(fā)育區(qū)的東側(cè),即前淵拗陷的東側(cè)緩坡部位,于晚白堊世至始新世,持續(xù)發(fā)育有以沉積石膏和鈣芒硝為主的內(nèi)陸干鹽湖,累積厚度可達(dá)數(shù)百米至近千米,是此階段盆地處于干旱炎熱氣候條件和內(nèi)陸封閉盆地的主要依據(jù)。

從總體上看,該階段盆地的構(gòu)造和沉積演化主要受龍門山中、南段逆沖推覆作用控制,仍具備沖斷帶前淵拗陷和前陸隆起基本構(gòu)造格架的前陸盆地性質(zhì)。

至中新世-上新世,盆地進(jìn)入以強(qiáng)烈隆升變形和剝蝕作用為主的構(gòu)造演化新階段,標(biāo)志著川西前陸盆地沉積記錄的結(jié)束。

4 結(jié)論

a.四川前陸盆地于早白堊世開始進(jìn)入盆地萎縮消亡演化階段。由于受川東南斷褶帶自南東向北西的強(qiáng)烈擠壓影響,前陸盆地被迫向西退縮,盆地東部處于隆升剝蝕狀態(tài)。盆地整體為干燥的河湖相開放沉積環(huán)境,在西南部有水道與西昌盆地溝通。

b.晚白堊世處于盆地萎縮消亡的中期階段。由于受到龍門山造山帶北段、米倉山-大巴山造山帶、川東南斷褶帶3個(gè)構(gòu)造山系逆沖推覆和強(qiáng)烈的構(gòu)造侵位復(fù)合影響,迫使盆地由北東向南西大面積退縮至川中和川南地區(qū);同時(shí)龍門山中、南段逆沖推覆作用增強(qiáng),造成前緣地區(qū)大幅度拗陷。早期(夾關(guān)期)為干燥的半開放盆地,龍門山前出現(xiàn)沖積扇群,北部為風(fēng)成沙漠、南部為河湖相環(huán)境,并在西南角還有水道與西昌盆地溝通。晚期(灌口期)西南部水道已經(jīng)封閉,轉(zhuǎn)化為封閉的內(nèi)陸蒸發(fā)盆地,開始出現(xiàn)以芒硝、石膏為主的鹽湖沉積環(huán)境。

c.第三紀(jì)為萎縮消亡的晚期階段。由于前述周邊山系逆沖推覆和強(qiáng)烈的構(gòu)造侵位進(jìn)一步加強(qiáng),迫使盆地進(jìn)一步向西南角萎縮,至蘆山期萎縮至蘆山向斜一帶不到100 km2的范圍內(nèi),具有明顯的山前盆地色彩。至此,四川前陸盆地的沉積歷史完全結(jié)束。

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