重庆北碚地区下三叠统飞仙关组发育特征及其沉积环境研究

田 辉， 洪天求， 贾志海， 王 伟， 罗 雷， 徐锦龙

（合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009）

本研究以重庆市北碚区天府剖面为代表，重点对该区下三叠统飞仙关组的发育特征及其沉积环境进行了研究。天府剖面位于重庆市西北约30 km的北碚区天府镇，地质构造上属于四川盆地东南部的华蓥山背斜西翼。该区构造线多以北东向为主。研究剖面出露的下三叠统飞仙关组层序清楚完整，是研究飞仙关组沉积特征及其沉积环境的良好场所。

早三叠世时期四川盆地东部属于稳定的地台，碎屑沉积物源于西部的康滇古陆［1］，从西向东碎屑岩逐渐减少，碳酸盐岩逐渐增加，到重庆一带，岩性以海相碳酸盐岩为主。四川盆地下三叠统飞仙关组和中扬子区的大冶组以及下扬子区的殷坑组及青龙群下段相当，在国际地层对比表中相当于Induan阶［2］。四川盆地早三叠世沉积相分布如图1所示。

图1 四川盆地早三叠世沉积相分布图（据文献［14］修改）

此前，学者对四川盆地下三叠统飞仙关组进行过大量研究，目前，四川盆地下三叠统飞仙关组的研究程度以川东北（四川盆地东北部）地区为最高。文献［3－6］对川东北早三叠世飞仙关期的沉积相特征进行了较为深入的探讨，确定了飞仙关早期达州市附近受开江、梁平海槽控制的碳酸盐台地相的分布特征；文献［7－9］分别对川东北地区下三叠统飞仙关组的地球物理特征、地球化学特征以及层序地层特征进行了研究；此外，还有学者对四川盆地东部的礁、滩储层特征进行了研究，并取得了一系列成果［6－23］。但在川东南（四川盆地东南部）地区，前人研究主要局限于上二叠统长兴组生物礁［3］、错时相沉积［10］以及下三叠统嘉陵江组沉积微相［11］的研究。

本文拟通过实测剖面和微相分析对川东南地区早三叠世飞仙关期的沉积特征进行研究。在本次野外实测中发现重庆北碚天府剖面下三叠统飞仙关组中含有丰富的鲕粒岩，据统计［12］，此类鲕粒滩型油气储集层占世界碳酸盐储集岩的50%以上，并且在国外已经发现了大规模的鲕粒滩型油气田，例如中东地区科威特最大油田布尔干油田的下白垩统Minagish组中段、沙特Ghawar油田上侏罗统Arab组D段储层［13］。因此，研究重庆北碚地区下三叠统飞仙关组沉积特征对于分析该时期的鲕粒岩分布规律、探讨地质环境变迁和指导油气勘探具有重要意义。

1 飞仙关组剖面

重庆北碚地区三叠系自下而上包括飞仙关组、嘉陵江组、雷口坡组和须家河组。飞仙关组发育齐全，自下而上一般可分为4个岩性段：飞1、飞2、飞3和飞4。重庆市北碚区天府剖面下三叠统飞仙关组沉积柱状图如图2所示。

岩性记录如下：

17.紫红色页岩夹紫红色薄层泥岩、膏质泥岩，层面平整。

16.紫红色薄层页岩夹黄褐色中厚层泥岩。

15.灰色中薄层灰岩与页岩互层。

14.泥页岩夹灰岩。

13.紫红色薄层泥岩夹灰色薄层泥灰岩。

12.浅灰色泥质含内碎屑灰岩夹泥质灰岩。

11.泥质含砾灰岩，砾呈条带状、透镜状，长5 cm，指向性不明显，杂乱排列，夹薄层灰岩，含腹足类化石。

10.灰色厚层鲕粒灰岩，鲕粒灰岩与浅灰色中薄层亮晶灰岩互层。

9.浅灰色、灰白色中厚层亮晶灰岩，水平层理发育。

8.底部为灰色厚层亮晶灰岩，层面凹凸不平，示顶底构造发育，上部为竹叶砾状灰岩，中部发育缝合线，砾长轴近水平。

7.灰色厚层灰岩，含双壳类化石。

6.紫红色钙质泥页岩夹薄层透镜状灰岩。

5.青灰色钙质泥页岩。

4.紫红色泥岩与青灰色泥灰岩互层。

3.紫红色泥页岩夹薄层豆状泥灰岩，夹残余鲕粒灰岩，泥岩中含双壳类化石。

2.浅灰色、灰白色亮晶灰岩。

1.深灰色泥质灰岩。

飞1—飞4的岩性总体特征如下。

飞4：紫红色、黄色、绿灰色页岩夹薄层泥灰岩及薄层状、条带状生物碎屑灰岩；厚94.8 m。

图2 重庆市北碚区天府剖面下三叠统飞仙关组沉积柱状图

飞3：黄灰色、浅灰色中－厚层状灰岩，鲕粒灰岩夹生物碎屑灰岩；产双壳类Claraiaaurita；厚126.92 m。

飞2：灰紫色、暗灰色薄－中层泥灰岩，底部见黄色、紫色页岩；产双壳类Claraiastachei和菊石；厚233.92 m。

飞1：下部为深灰色泥灰岩，中部为灰色中－厚层灰岩，顶部为浅灰色鲕粒灰岩；产双壳类Claraiawangi和菊石Lytophicerassp.；厚143.17 m。

2 主要微相类型

根据颗粒类型及含量、基质类型（泥、亮晶）及含量、沉积组构、化石类型及组合特征，依照Flügel标准微相特征可将研究区内下三叠统飞仙关组分成8种微相类型。重庆市北碚区天府剖面飞仙关组微相特征如图3所示。

2.1 灰泥灰岩（MF1）

主要发育于飞2段和飞4段。颗粒含量很少，几乎全部由泥晶方解石组成，偶见少量介形虫和双壳类等生物碎屑，含量少于5%（图3a）。

此类微相可能形成于局限的台地泻湖环境，水体较浅，甚至间歇性暴露于水面以上，在剖面中可见鸟眼或干裂构造，相当于Wilson的SMF23。

2.2 生物粒泥灰岩（MF2）

主要发育于飞1段和飞3段上部。颗粒以腹足类、双壳类和有孔虫等为主，含量约35%。生物碎屑粒径大小不等，小者直径为0.5～1.0 mm，大者超过2 mm。可见少量泥晶化球粒，呈椭球状、肾状，磨圆度中等，分选较差，含量约10%。泥晶基质支撑，泥晶方解石含量约55%（图3b）。

化石保存较完整，反映水动力中等偏弱，推测该类微相形成于水体稍深的开阔海台地或较局限的泻湖沉积环境，相当于Wilson的SMF8。

2.3 鲕粒泥粒灰岩（MF3）

主要发育于飞1段上部。颗粒主要为经过成岩改造的鲕粒及少量泥化包粒和内碎屑，残余鲕粒多呈球状或椭球状，部分呈破碎状，直径约1 cm，同心圈层或放射构造因泥晶化作用或后期溶蚀作用只能大致识别。泥晶化作用可能是由蓝绿藻和真菌类对碳酸盐颗粒进行钻孔而形成。颗粒含量约45%。基质为泥晶方解石，含量40%～50%（图3c）。

根据颗粒类型、基质特征和泥晶化现象推测该微相形成于水深约20～40 m的台地边缘浅滩环境，相当于Wilson的SMF11。

2.4 鲕粒颗粒灰岩（MF4）

主要发育于飞1段上部和飞3段中部。颗粒几乎全为鲕粒。鲕粒是下三叠统最常见的颗粒类型，多呈球形、椭球形或不规则形，其结构多样，包括正常鲕、变形鲕、表皮鲕、复鲕等，粒径为0.5～1.5 mm，超过2 mm的很少。鲕粒的核心多为内碎屑，部分为生物碎屑，圈层由灰泥组成。鲕粒含量约60%，显示颗粒支撑。胶结物为亮晶方解石，含量35%左右（图3d）。能够分辨出3期胶结作用［18］，第1期为栉壳边状胶结，第2期为马牙状胶结，第3期为嵌晶状胶结。

根据微相特征推测鲕粒颗粒灰岩形成于水动力较强的浪基面附近，多见于台地边缘浅滩或台地内部浅水区域，相当于Wilson的SMF15。

2.5 生物碎屑颗粒灰岩（MF5）

主要发育于飞1段及飞3段下部。颗粒主要为生物碎屑，如腹足类、菊石类、壳屑及牙形石等，多呈球状或长条状，含量约50%，壳屑略定向排列。颗粒支撑，亮晶方解石胶结（图3e）。

根据微相特征和化石组合推测其形成于水动力较强、底栖生物丰富的潮下带浅水沉积环境，相当于Wilson的SMF11。

2.6 藻纹层黏结岩（MF6）

主要发育于飞3段顶部和飞4段底部。由明暗相间的毫米级微层理组成。暗色层由丝状蓝绿藻黏结泥粒或似球粒组成，浅色纹层是由微小的亮晶方解石构成，藻类及与其相关的球粒较多，含量达60%以上。基质主要由泥晶方解石构成，含量约30%～40%（图3f）。

纹层状黏结岩形成于浅水潮间带沉积环境，相当于Wilson的SMF21。

2.7 生物碎屑粒泥灰岩（MF7）

主要发育于飞1段中部、飞2段和飞4段。颗粒主要为生物碎屑，包括腹足类、双壳类或介形虫碎屑，大多保存不完整，略定向排列，含量约30%，可见生物扰动痕迹。灰泥支撑，基质成分主要为泥晶方解石，含量约55%～60%（图3g）。

微相特征表明生物碎屑粒泥灰岩形成于水动力一般、底栖动物丰富的开阔海潮下带环境，相当于Wilson的SMF 9。

2.8 含生物碎屑的巴哈马球粒颗粒灰岩（MF8）

主要发育于飞3段上部。颗粒为泥晶化的叶状或球状的生物碎屑或内碎屑，根据轮廓推测大多数生物碎屑为棘皮类生物的骨板碎片，部分可能为腹足类或腕足类壳屑，颗粒含量约70%。颗粒支撑，胶结物为亮晶方解石，胶结物含量约为30%（图3h）。此微相形成于水动力较强的潮下带浅水区或台地边缘浅滩环境，相当于Wilson的SMF17［12］。

图3 重庆市北碚区天府剖面飞仙关组微相特征

3 沉积相及环境分析

由于受到“东吴运动”影响，晚二叠世四川盆地东部地区发生大规模海侵，海平面快速升高，到长兴末期达到顶峰，早三叠世飞仙关期以海退为主［15］，其间也曾出现小规模的海平面升降。在北碚一带早三叠世的沉积较为连续，整体处于浅水台地沉积环境。

根据微相特征，重庆北碚地区早三叠世飞仙关期形成的8种微相类型可归属台地边缘浅滩、开阔台地、局限台地和蒸发台地沉积相带。重庆北碚地区飞仙关组微相分布及相带归属如图4所示。

图4 重庆北碚地区飞仙关组微相分布及相带归属（据文献［16］修改）

飞1段出现MF2、MF3、MF4、MF5和MF7，反映其沉积环境为潮下带浅水环境，属于开阔台地及台地边缘相带。飞2段出现MF1和MF7，发育水平层理或波状层理，显示泻湖或潮下－潮间带斜坡环境，属于浅水开阔台地相或局限台地相带。飞3段以MF2、MF4、MF5、MF6和MF8为代表，可见交错层理，反映其沉积于浅水潮下带或潮间带浅滩环境，属于开阔台地相带。飞4段发育MF1、MF6和MF7，反映其沉积于潮上带浅水环境，属于局限台地及蒸发台地相带。

（1）台地边缘浅滩相带。台地边缘鲕粒滩介于台地前斜坡相和台地内浅水相带之间，沉积了一套浅灰色厚层鲕粒灰岩和灰色中层状灰岩的旋回地层。另外还有部分生物碎屑鲕粒灰岩，生物主要是破碎的双壳类，且壳凸面多向上，反映可能受到风暴影响，壳屑以较稳定方式排列。波状层理发育；鲕粒灰岩在镜下可分辨出2～3个世代的胶结现象。由此推断，此相带水深从几米到十几米，水动力较强，循环良好，氧气充足，盐度正常。文献［4，6，13］研究表明，世界许多大规模鲕粒滩型油气田多发育于该相带。而川东地区的台地边缘滩下部常常隐伏有上二叠统生物礁，两者有可能构成礁、滩组合型储层。其主体发育于飞1段顶部及飞3段中部。

（2）开阔台地相带。开阔台地相位于水下地形坡度较缓的区域，水深从几米到几十米，水体能量中等，盐度正常，适合浅海底栖生物生长，主要生物为双壳类、腹足类和牙行刺。岩性主要为深灰色－灰色中厚层含生物碎屑泥粒灰岩、生物碎屑粒泥灰岩、巴哈马球粒颗粒灰岩等。发育交错层理，局部有生物扰动。开阔台地的凹槽部分水体较深，循环较差，近似弱还原环境，沉积深灰色钙质泥页岩、泥质灰岩，斜坡带多形成透镜状灰岩或杂乱分布的含砾灰岩，透镜体长轴约30～50 cm，夹于泥灰岩或泥页岩之间，灰岩透镜体中具有薄壳碎片；含砾灰岩中则发育滑动构造；由于斜坡规模不大，角度小，因此未能形成浊流沉积。

开阔台地相带主要发育于飞1段、飞2段中上部及飞3段。飞3段分布最广，其分布范围［4］在川东可达3×104km2。

（3）局限台地相带。局限台地与开阔海连通状况较差，水深从1 m到几十米［16］，海水盐度变化大，适合藻类生长；受潮汐作用影响，可分异出超盐水的水坳或局限泻湖。沉积物以紫红色、黄色、绿灰色页岩夹薄层泥灰岩或紫红色泥质灰岩、藻纹层黏结岩等为代表。此相带主要发育于飞4段中下部。

（4）蒸发台地相带。蒸发台地水体很浅，水深1～5 m［16］，干裂纹等构造表明间歇性处于暴露环境，且气候干旱，蒸发作用强烈，属于潮坪的潮上带－撒布哈环境。主要沉积紫红色膏质泥岩、泥岩及石膏等。该相带主要发育于飞4段顶部。

重庆－达州地区钻井岩性对比如图5所示。通过实测剖面研究及钻井剖面对比，发现重庆北碚地区的层序、微相等沉积特征在四川盆地东部具有较好的代表性。研究区下三叠统飞仙关组厚度大，飞1段和飞3段主要为碳酸盐岩，飞2段和飞4段主要为泥质岩、泥页岩，与四川盆地东北部层序特征有一定相似性。飞1段和飞3段的台地边缘鲕粒岩均可能成为有利的油气储集岩，而飞2段、飞4段的泥页岩、膏岩则有可能成为良好盖层。

早三叠世飞仙关期在开江－梁平以南发育广阔的台地相碳酸盐沉积，在这些台地边缘有可能发育成片的鲕粒滩相沉积，纵向上这些鲕滩沉积有可能与尚待发现的上二叠统长兴组潜伏生物礁成为复合储层。因此，笔者认为由重庆北碚向北东方向至丰都、忠县、梁平等地区均有可能成为油气有利储集区。

图5 重庆－达州地区钻井岩性对比（岩心来自中石油西南分公司，岩性符号同图2）

4 结 论

（1）研究区飞仙关组的沉积可分为8种微相类型，即灰泥／含生物碎屑灰泥灰岩、生物粒泥灰岩、含生物碎屑的鲕粒泥粒灰岩、鲕粒颗粒灰岩、生物碎屑颗粒灰岩、藻纹层黏结岩、生物碎屑粒泥灰岩、含生物碎屑的巴哈马球粒颗粒灰岩。它们归属于台地边缘相带、碳酸盐开阔台地相带、局限台地相带和蒸发台地相带。

（2）重庆北碚地区的天府飞仙关组剖面在四川盆地东部具有良好的代表性，其层序发育和微相类型等特征可与部分已研究的钻井剖面进行对比。这对于研究川东及川东北地区飞仙关期鲕滩分布、下伏晚二叠世礁相的组合以及指导油气勘探具有重要意义。

（3）沉积特征和环境分析表明由重庆北碚向北东方向至丰都、忠县、梁平等地区的下三叠统飞仙关组可能具有油气储集潜力。

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