郭 炎, 林良彪*

(1.成都理工大學(xué)氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059;2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

具有一定厚度的泥頁(yè)巖是頁(yè)巖氣可能有利聚集的必備條件之一[1-2]，中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成功的地區(qū)，往往伴隨著累計(jì)厚度大于30 m的泥頁(yè)巖發(fā)育，最大泥頁(yè)巖發(fā)育厚度可達(dá)245 m。

四川盆地古生界海相地層頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成果顯著，其中以龍馬溪組為典型代表[3]，然而同樣作為古生界海相地層的龍?zhí)督M卻并沒(méi)有引起足夠的重視。近些年來(lái)，有不少學(xué)者針對(duì)龍?zhí)督M地層進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究，研究的焦點(diǎn)主要集中在沉積相與巖相古地理演化以及烴源巖的評(píng)價(jià)上[4]。在沉積格局方面，晚二疊世龍?zhí)镀冢拇ㄅ璧氐幕境练e格局為：由南西至北東，沉積環(huán)境由陸相向海相過(guò)渡。大量學(xué)者針對(duì)這一時(shí)期的巖相古地理變化做過(guò)研究，但劃分的沉積相形式也不盡相同。在層序劃分方面，林良彪等[5]從層序地層方向著手，將川東地區(qū)龍?zhí)督M劃分為SQ1、SQ2、SQ3等3個(gè)三級(jí)層序及7個(gè)體系域，并據(jù)此編制了川東地區(qū)的巖相古地理圖。在烴源巖方面，龍?zhí)督M烴源巖有機(jī)質(zhì)含量高，干酪根以Ⅱ型為主，熱演化程度基本上已達(dá)高-過(guò)成熟階段，生烴強(qiáng)度大[6-7]。王順玉等[8]在系統(tǒng)研究天然氣組成以及碳同位素、儲(chǔ)層瀝青、凝析油輕烴組成等地化參數(shù)，并將其與可能烴源巖的相關(guān)地化特征對(duì)比，后認(rèn)為臥龍河嘉陵江組天然氣主要源自龍?zhí)督M煤系烴源巖。此外還有學(xué)者認(rèn)為，普光、羅家寨、龍崗、元壩等氣田長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組礁灘相儲(chǔ)層中的天然氣也主要來(lái)自龍?zhí)督M黑色泥頁(yè)巖[9]。

由此可見(jiàn)，前人研究多集中在烴源巖儲(chǔ)層和對(duì)沉積相的研究，而很少研究沉積相和泥頁(yè)巖組合與厚度之間的關(guān)系。因此在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)沉積相對(duì)巖性分布的影響，研究泥頁(yè)巖巖性組合特征和泥頁(yè)巖厚度特征，以期能為四川盆地東南部龍?zhí)督M泥頁(yè)巖的研究提供新的資料。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 地層發(fā)育概況

研究區(qū)位于四川盆地東南部(圖1)，包括川東高陡區(qū)和川南低陡區(qū)，其東為齊岳山大斷裂，西為華鎣山大斷裂，南北分別以?shī)渖疥P(guān)斷褶帶及大巴山臺(tái)緣斷褶帶為界。

研究區(qū)沉積了從震旦系到第四系的大部分地層，其中二疊統(tǒng)龍?zhí)督M作為本次研究的重點(diǎn)層段，為一套碳質(zhì)頁(yè)巖、暗色泥頁(yè)巖為主的海陸過(guò)渡相含煤巖系。龍?zhí)督M在四川盆地東南部埋藏深度普遍小于4 000 m。

圖1 四川盆地地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖及研究區(qū)位置

1.2 區(qū)域構(gòu)造特征

研究區(qū)經(jīng)歷了多期復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)褶皺變形強(qiáng)烈，川東為高陡褶皺帶，以NE-NNE高陡隔擋式褶皺為主，背斜緊湊，向斜寬緩，川南為低緩褶皺帶，NNE向褶皺,相對(duì)平緩，向南呈帚狀發(fā)散特征[10-13]。

研究區(qū)華鎣山大斷裂自加里東期以來(lái)十分活躍，走向NE-SW，兩盤(pán)下古生界地層存在差異，控制了后續(xù)的構(gòu)造-沉積格局。齊岳山大斷裂，形成于加里東期裂，呈NE走向。另外研究區(qū)還發(fā)育有次級(jí)斷裂，控制局部構(gòu)造的發(fā)育和變形。

2 層序地層特征

2.1 層序界面識(shí)別標(biāo)志

層序界面識(shí)別是層序劃分與對(duì)比的前提，層序界面包括層序底界面、初始海泛面及最大海泛面，其中層序底界面的識(shí)別是劃分層序、確定層序類(lèi)型的基礎(chǔ)[14-15]。根據(jù)研究區(qū)龍?zhí)督M野外剖面、巖心分析、測(cè)井資料和地震剖面等綜合分析，區(qū)內(nèi)層序界面表現(xiàn)為升隆侵蝕不整合面、最大海泛面和巖性與巖相轉(zhuǎn)換面。

升隆侵蝕不整合面以地層缺失、地球化學(xué)突變等作為典型標(biāo)志，位于具火山事件作用面的龍?zhí)督M底部，野外剖面觀察到的不整合面上表現(xiàn)為一套厚度很薄的黃灰色鋁土質(zhì)泥巖、黏土巖、碳質(zhì)頁(yè)巖，局部見(jiàn)煤系發(fā)育。造山升隆侵蝕不整合面與峨眉山玄武巖噴發(fā)有著密切關(guān)系，川滇地區(qū)形成的大面積玄武巖堆積，使得海域面積大規(guī)模退縮，造成川東地區(qū)大面積上升成陸。造山侵蝕不整合面具I型層序界面性質(zhì)[圖2(a)、圖2(b)]。

圖2 層序界面野外露頭照片

I型層序界面之上發(fā)育低位體系域(LST),主要發(fā)育泥頁(yè)巖和鋁土質(zhì)泥巖[圖2(c)]。最大海泛面是層序中最大海侵所能達(dá)到的位置而形成的界面[15]，在海相地層中可據(jù)此界面將層序劃分為海侵體系域(TST)[圖2(d)]和高位體系域(HST)[圖2(f)]，以黑色頁(yè)巖、薄層硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r[圖2(e)]為特征。

巖性與巖相轉(zhuǎn)換面以沉積環(huán)境突變、巖性突變以及地球化學(xué)突變等為典型標(biāo)志，此類(lèi)界面在四川盆地東南部龍?zhí)督M廣泛發(fā)育，海相沉積可以見(jiàn)到的轉(zhuǎn)換有泥巖→灰?guī)r、灰?guī)r→泥巖、灰?guī)r→硅質(zhì)巖，海陸交互相還可見(jiàn)砂巖→泥巖的轉(zhuǎn)化。此類(lèi)界面主要見(jiàn)于龍?zhí)督M內(nèi)部，結(jié)合測(cè)井曲線，可以確定具II型層序界面性質(zhì)的界面。

圖3 層序地層格架地層對(duì)比

2.2 層序地層格架

根據(jù)層序地層學(xué)基本原理及工作方法，并依據(jù)中國(guó)南方震旦系-中三疊統(tǒng)層序劃分方案[16-17]，四川盆地東南部地區(qū)龍?zhí)督M分為4個(gè)層序界面，包括1個(gè)I型升隆侵蝕不整合界面和3個(gè)II型層序界面，I型不整合界面位于龍?zhí)督M底部、茅口組頂部，是中上二疊統(tǒng)的界線，II型層序界面2個(gè)位于龍?zhí)督M內(nèi)部，1個(gè)為龍?zhí)督M頂部與長(zhǎng)興組的分界面[18,19]。

依據(jù)各層序界面產(chǎn)位置，可將龍?zhí)督M由底至頂依次劃分為SQ1、SQ2、SQ3三級(jí)層序，SQ1層序由低位體系域、海侵體系域和高位體系域構(gòu)成，而SQ2層序和SQ3層序則皆由海侵體系域和高位體系域構(gòu)成。根據(jù)四川盆地東南部地區(qū)鉆井資料，獲得了層序地層格架，如圖3所示。

3 沉積相與巖性組合特征

3.1 沉積相

隨著川西南康滇古陸的上升擴(kuò)大，四川盆地呈現(xiàn)南西高、北東低的古地理格局，自南西向北東由陸過(guò)渡為海，沉積相變明顯，從河流相→沼澤相→潮坪相→淺水陸棚相→深水陸棚相(圖4)[7]。受沉積相的控制，研究區(qū)自南西向北東，陸源碎屑不斷減少，水體不斷加深。

圖4 晚二疊世龍?zhí)镀诔练e相

3.2 巖性變化

在野外對(duì)龍?zhí)督M巖性進(jìn)行了詳細(xì)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)巖性變化具有一定的規(guī)律，如圖5所示。

在濱岸沼澤亞相發(fā)育區(qū)，主要為粉砂淤泥質(zhì)低能海岸環(huán)境，泥頁(yè)巖組合主要為泥包砂，以潮流作用為主，具有較寬闊的潮間帶[20]。例如，豐都縣南天湖鎮(zhèn)作坊溝一帶，巖性由粉砂巖、泥巖、煤層或煤線組成[圖5(a)]。泥頁(yè)巖厚度為0～110 m，與其他沉積相相比厚度最厚。

混積陸棚分為淺水和深水混積陸棚兩部分，平面上主要分布于四川盆地東南部地區(qū)北部及東部。淺水混積陸棚巖性以灰?guī)r和泥巖為主，同時(shí)可發(fā)育泥灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖，且發(fā)育少量的燧石結(jié)核灰?guī)r，如豐都縣南天湖鎮(zhèn)作坊溝一帶[圖5(c)]。深水混積陸棚沉積環(huán)境巖性以泥頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖及硅質(zhì)巖為主，間有薄層灰?guī)r發(fā)育。混積陸棚發(fā)育區(qū)內(nèi)泥頁(yè)巖組合主要以泥包灰為主，泥頁(yè)巖厚度為0～50 m。

龍?zhí)督M盆地相發(fā)育于城口-鄂西地區(qū)，巖性主要為薄層硅質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾泥巖，泥巖碳質(zhì)含量較高，易污手。沿層面可見(jiàn)生物碎屑分布，如菊石[圖5(d)]等，指示深水沉積環(huán)境。

圖5 沉積亞相巖性變化

龍?zhí)督M巖性組合縱向變化較為明顯，受控于沉積環(huán)境。巖性組合上從泥包砂夾煤層→灰?guī)r夾泥頁(yè)巖→泥頁(yè)巖夾灰?guī)r，表現(xiàn)出煤層(線)逐漸減少，灰質(zhì)和硅質(zhì)含量逐漸增高的特點(diǎn)。

3.3 泥頁(yè)巖巖性組合特征

根據(jù)龍?zhí)督MSQ1、SQ2、SQ3段泥頁(yè)巖厚度，分別編制了SQ1、SQ2、SQ3段泥頁(yè)巖巖石組合分布圖(圖6)。

圖6 上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M巖性組合圖

SQ1段發(fā)育泥包灰、純泥以及泥包砂組合。泥包砂組合主要發(fā)育于研究區(qū)西南部的南充-合川一線以西。泥包灰組合主要見(jiàn)于南充-合川一線以東研究區(qū)東北部區(qū)域，純泥組合呈點(diǎn)狀散布于其間，分布較局限[圖6(a)]。

SQ2段發(fā)育泥包灰、純泥以及泥包砂組合。泥包砂組合主要分布于研究區(qū)西南部，分布范圍較廣。泥包灰主要發(fā)育于合川以東的研究區(qū)東北部。純泥組合發(fā)育較局限，散布于泥包灰組合及泥包砂組合區(qū)域，相對(duì)其兩者，其分布面積較小[圖6(b)]。

SQ3段發(fā)育泥包灰、純泥以及泥包砂組合。泥包砂組合發(fā)育于南充-永川一線以西的研究區(qū)西南部，分布范圍較前兩段有所減小。泥包灰組合分布于通江-合川以東的線狀狹長(zhǎng)區(qū)域，純泥組合主要見(jiàn)于西門(mén)1井、女基井、建深1井以及梁平縣以北-大竹縣以東區(qū)域，分布局限[圖6(c)]。

4 泥頁(yè)巖厚度分布特征

龍?zhí)督MSQ1、SQ2、SQ3段泥頁(yè)巖有效厚度如(圖7)。

圖7 上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥頁(yè)巖厚度等值線圖

SQ1段泥頁(yè)巖厚度變化如[圖7(a)]所示。研究區(qū)西南部泥頁(yè)巖厚度較大，基本都在30 m以上，最厚處位于盤(pán)1井，為87.5 m，并以此為中心向外，厚度逐漸遞減。而在研究區(qū)東北部，區(qū)域上存在兩個(gè)高值，分別為天西2井71.5 m和天東3井49 m。東北部區(qū)域泥頁(yè)巖厚度主體在20 m以上，相對(duì)西南部而言，其分布范圍及高值區(qū)面積皆不及，較局限。

SQ2段泥頁(yè)巖厚度變化如[圖7(b)]所示。研究區(qū)西南部以資1井44 m-隆盛1井45 m一線為中心向外，泥頁(yè)巖厚度逐步遞減，其厚度基本分布在20 m以上。研究區(qū)東北部泥頁(yè)巖厚度在金雞1井52 m存在高值，其中厚度大于20 m的區(qū)域有限，大部分在20 m以下。

SQ3段泥頁(yè)巖厚度變化如[圖7(c)]所示。研究區(qū)西南部泥頁(yè)巖厚度高值在女基井45 m，且厚度沿女基井-資1井一線向周?chē)f減，但大多數(shù)大于30 m。研究區(qū)東北部泥頁(yè)巖厚度總體較薄，僅川岳84井、華鎣溪口、梁6井附近區(qū)域泥頁(yè)巖厚度在20 m以上，且以川岳84井最厚40 m。

5 結(jié)論

(1)在野外剖面露頭研究的基礎(chǔ)上，識(shí)別地層及層序相關(guān)界面，厘定龍?zhí)督M的地層劃分，將川東龍?zhí)督M劃分為3個(gè)三級(jí)層序(即SQ1、SQ2、SQ3)，并建立川東龍?zhí)督M層序地層格架。

(2)四川盆地東南部龍?zhí)督M地層三級(jí)層序由底至頂依次劃分為：SQ1層序由低位體系域、海侵體系域和高位體系域構(gòu)成；而SQ2層序和SQ3層序則皆由海侵體系域和高位體系域構(gòu)成。

(3)四川盆地東南部泥頁(yè)巖組合及厚度受沉積環(huán)境影響。濱岸相主要泥頁(yè)巖組合為泥包砂，最厚。潮坪相主要泥頁(yè)巖組合為泥包砂，有效厚度僅次于濱岸相。混積陸棚相泥頁(yè)巖組合以泥包灰為主，較薄。

(4)四川盆地東南部泥頁(yè)巖厚度總體上表現(xiàn)為西南部厚、東北部薄的特點(diǎn)。SQ1段泥頁(yè)巖西南部泥頁(yè)巖厚度都在30 m以上，東北部厚度在20 m以上。SQ2段泥頁(yè)巖厚度西南部在20 m以上，東北部在20 m以下。SQ3段泥頁(yè)巖厚度西南部大多大于30 m，東北部厚度較薄。