四川广元上寺二叠系层序地层研究

陈 玉，肖传桃 （长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

1 区域地质概况

随着勘探和开发的不断深入，众多地质学家对四川盆地二叠系层序地层学进行了一系列的研究，近年来，全国地层委员会采用了与国际上相同的二叠系三分的方案，即将蜓类（假希瓦格蜓）带之底为石炭系与二叠系界面，而将原阳新统作为中二叠统，原上二叠统不变[1]。广元上寺位于四川省的西北部，该区二叠系-三叠系剖面为全球二叠系-三叠系之交的典型备选剖面之一。该剖面为一连续沉积的海相剖面，其二叠系发育较齐全，且保存良好[2]。该剖面出露的二叠系厚约151.2m，从下到上依次为栖霞组、茅口组、吴家坪组和大隆组：①栖霞组。研究区内该组主要岩性为中厚层薄纹层灰岩、白云质灰岩，厚14.4m。②茅口组。研究区内该组自下而上分为茅一段、茅二段、茅三段，厚度约为32.6m。茅一段主要岩性为灰色中厚层状生物灰岩夹页岩；茅二段主要岩性为灰色中-厚层状灰质白云岩；茅三段主要岩性为灰色厚层夹薄层页岩。③吴家坪组。研究区内该组厚度约为88.1m，主要岩性为中-厚层状生物灰岩，见燧石团块及层状珊瑚礁层，含蜓及腕足化石，其底部为含煤砂、页岩，含腕足、菊石、植物化石及其碎片，与下伏茅口组间呈平行不整合接触。④大隆组。研究区内该组为长兴组的同时异相沉积。大隆组在四川盆地北缘广元、旺苍、城口、巫山等地有地表出露，在各地发育厚度不一，从数米到数十米不等，研究区内该组厚度约为17m，其岩性为灰、灰黑色硅质页岩、钙质页岩夹砂岩组成的以富含Pseudotirolites菊石群为特征的地层体。

2 沉积相类型及特征

在分析研究区二叠系的岩石类型和生物生态特征的基础上，结合前人的研究，将广元上寺二叠系碳酸盐岩沉积相划分为4种相类型，并进一步划分为5种亚相和5种微相 （见图1）。

栖霞组是全球石炭纪-二叠纪冰期极地冰盖逐渐消融、全球大规模海侵背景下形成的一套特殊的碳酸盐岩地层[2]。栖霞组和茅口组为缓坡体系，其中栖霞组中部及茅口组下部主要是外缓坡相。缓坡位于内缓坡下部地势较低位置，坡度较内缓坡稍陡一些，属潮下低能环境。栖霞组下部及上部，茅口组中上部主要沉积相类型是内缓坡相。

栖霞组和茅口组地层主要的沉积相类型是缓坡型碳酸盐岩台地沉积体系，缓坡型碳酸盐岩台地沉积体系是碳酸盐岩沉积中较为独特的一类沉积体系，它主要与镶边台地沉积相对应，主要沉积特征是台地地形平缓，并且由岸边向广海缓缓延伸，呈一均匀倾斜的地面，其倾斜角一般小于1°，其上的碳酸盐沉积物表现为近滨岸的高能浅滩颗粒灰岩，向海方向逐渐变成较深水碳酸盐沉积物并最终成为盆地泥质岩类，此外在该类斜坡上由于地形坡度较缓，重力流沉积不发育。缓坡沉积体系根据内部水体深度、水动力特征等可分为内缓坡、外缓坡和深缓坡等亚相。

吴家坪组主要的沉积相类型是台地边缘体系，台地前缘斜坡位于台地边缘向海一侧区域，水体大多处于风暴浪基面之下，水体能量极低，沉积物以深水原地沉积为主，并发育有碎屑流、浊流等重力流沉积。

大隆组主要的沉积相类型是陆棚沉积体系，陆棚-盆地沉积体系位于台地边缘向海一侧深水环境，沉积于风暴浪底之下至深海盆地盆底之间的区域，地势平坦，范围宽广。水体运动很弱或处于静止条件，为低能带，只有间歇性的风暴作用能形成能在短时间内形成高能环境沉积。沉积物以暗色细粒灰泥石灰岩和页岩为主。

3 层序地层的划分

据露头层序地层研究结合邻区钻井及地震资料，采用P.R.Vail的层序地层学定义方案，依据界面性质及层序组成特征，将广元上寺二叠系划分为8个Ⅲ级层序 （见图1）。

图1 四川广元上寺二叠系沉积相与层序地层柱状图

3.1 SQ1 （Ⅲ级层序1）

该层序相当于栖霞组中-上部，其底界面为岩性和岩相转化界面，属Ⅱ型层序界面，层序内部由海侵体系域和高位体系域构成，海侵体系域由内缓坡-外缓坡相深灰色泥晶灰岩或眼球状灰岩构成，总体呈退积式叠加方式堆积，其中发育广布型的生物化石Hayasakaia。在研究区内，最大海泛面附近多发育暗色钙质泥页岩沉积。高位体系域由内缓坡相灰色中-厚层生物碎屑灰岩或白云质灰岩构成，且呈加积至进积的堆积方式沉积，反映在高位体系域时期由于可容空间增长速率减慢，沉积物堆积速率相应增加，水体逐渐变浅。

3.2 SQ2 （Ⅲ级层序2）

该层序界面为栖霞组与茅口组接触界面，为一岩性和岩相转换界面，属Ⅱ型层序界面，界面之下为栖霞组内缓坡浅滩亚相浅灰色厚层生屑灰岩，界面之上为茅口组外缓坡相黑色页岩夹泥晶灰岩或内缓坡相滩间海灰色泥晶灰岩，为一水体加深的海侵上超界面。海侵体系域主要由外缓坡相具眼球和眼皮状泥晶灰岩夹页岩构成，总体上呈现退积式叠加方式堆积。在研究区内，最大海泛面附近多发育暗色钙质泥页岩沉积并导致Neoschwagerina-Verbeekina群落的出现。高位体系域由内缓坡浅滩亚相生物屑灰岩组成，且呈加积至进积的堆积方式沉积，反映了在高位体系域时期，由于可容空间增长速率的减慢，沉积物堆积速率相应增加，导致相对海平面逐渐降低。

3.3 SQ3 （Ⅲ级层序3）

该层序底界面为一岩性和岩相转换界面，属Ⅱ型层序界面，界面之下为SQ3高位体系域由内缓坡浅滩亚相生物屑灰岩构成，界面之上为灰色厚-中层泥晶灰岩。该层序的海侵体系域主要由内缓坡相灰色厚-中层泥晶灰岩或外缓坡相具眼球和眼皮状构造的泥晶灰岩夹页岩沉积构成，生物化石以绿藻、腹足、瓣鳃和有孔虫为主，发育Verbeekina-Pseudodoliolina群落。高位体系域由内缓坡相浅滩亚相厚层生物屑灰岩组成，生物化石以绿藻、海百合茎、腕足、复体珊瑚、棘皮为主。从生物化石的纵向分布上来看，明显具有以最大海泛面为界的对称性特征，表明一次完整的海水升降旋回。

3.4 SQ4 （Ⅲ级层序4）

该层序底界面为一岩性和岩相转换界面，属Ⅱ型层序界面，界面之下为一套内缓坡相浅滩亚相浅灰色厚层状生物屑灰岩，界面之上为外缓坡相黑色碳质页岩夹薄层硅质岩。层序内部海侵体系域主要由一套内缓坡相灰色厚层-中层生物碎屑灰岩或外缓坡相页岩夹硅质岩构成。在研究区内，最大海泛面附近多发育发育暗色钙质泥页岩沉积，高位体系域由浅滩亚相生物碎屑灰岩沉积组成，生物碎屑以蜓类为主，反映在高海平面时期海平面最初由水体较深、安静、光照不足的盆地环境转为水体较浅、流动、光照充足的台地环境。

3.5 SQ5 （Ⅲ级层序5）

该层序底界面为中、上二叠统之间的界面，为一升隆侵蚀不整合面层序界面。中二叠世末期，由于东吴运动的影响，在上扬子地区发生了一次较大规模的构造抬升，使得研究区发生暴露剥蚀，同时发生了沉积相带向盆地迁移的现，因而该界面属I型层序界面。之后该区开始下降并接受沉积，形成了一套滨岸沼泽相黑色页岩夹煤层沉积或陆相碎屑岩沉积 （构成该层序的低位体系域），与此同时，该区还发生了大规模的基性喷发。该区的海侵体系域主要由一套开阔台地相灰色泥晶灰岩或陆棚斜坡-盆地相燧石条带灰岩与硅质岩互层组成，其中的生物碎屑以棘皮、海绵、瓣鳃、腹足为主。在最大海泛面附近可见一套黑色硅质岩夹黑色碳质页岩，高位体系域主要由开阔台地相或陆棚斜坡相灰色中-厚层含生屑微晶灰岩和碳质页岩或白云质灰岩组成。

3.6 SQ6 （Ⅲ级层序6）

该层序相当于吴家坪组的中部，其底界面为一岩性岩相转换界面，界面较平整，界面下由开阔台地相或陆棚斜坡相灰色中-厚层含生屑微晶灰岩和碳质页岩或白云质灰岩组成，界面上为一套开阔台地相的灰色中层含硅质白云质泥晶灰岩沉积。该层序海侵体系域和高位体系域均由灰色中层含硅质白云质泥晶灰岩沉积组成，反映在陆棚斜坡区域高位体系域与海进体系域的可容空间变化不太明显。

3.7 SQ7 （Ⅲ级层序7）

该层序相当于大隆组中下部，其底界面为岩性和岩相转化界面，层序内部由海侵体系域和高位体系域构成，海侵体系域由陆棚相-盆地亚相硅质岩构成，总体呈退积叠加方式堆积。高位体系域由灰色页岩沉积组成，总体呈进积叠加方式堆积，由于可容空间增加，海平面较高，气候较湿润，Pseudotirolites菊石群出现并大量繁殖。

3.8 SQ8 （Ⅲ级层序8）

该层序相当于大隆组上部，其底界面为岩性和岩相转化界面，与SQ7相似，层序内部由海侵体系域和高位体系域构成，并均有灰黑色薄-中层状硅质岩与灰色薄层灰岩互层。

4 海平面变化及其影响

二叠纪初期，盆地全面下沉，古陆全被淹没，广泛海侵使中、下二叠统覆盖于石碳系、志留系或奥陶系之上[1]。栖霞早期，随着海平面进一步上升，海侵加剧，研究区几乎全部被海水淹没，但总体上水体较浅。栖霞晚期开始海退，其后的茅口早期又开始海侵，随后海水向北退出，但并未完全退出，又开始新一轮的海侵。茅口晚期末发生东吴运动，上扬子地区构造活动剧烈，研究区内多有火山活动，地壳隆升，遭受剥蚀，沉积环境由海域盆地转为陆上成煤环境，局部地区遭受剥蚀，与上覆上二叠统吴家坪组呈不整合接触[3]。在吴家坪组和大隆组时期，海平面经历了一个上升→下降的旋回，反映水体深度经历了浅→深→浅的变化过程。

5 结 论

1）广元上寺二叠系划分为4种相类型，并进一步划分为5种亚相和5种微相。其中栖霞组下部及上部，茅口组中上部主要沉积相类型是缓坡体系的内缓坡相。吴家坪组主要的沉积相类型是台地边缘体系。大隆组主要的沉积相类型是陆棚沉积体系。沉积演化方面经历了从栖霞茅口组的缓坡相，到吴家坪组台地边缘相，再到大隆组的盆地相演化过程，其台地结构经历了缓坡型及镶边型的演化阶段。

2）依据界面性质及层序组成特征，研究区广元上寺二叠系可进行了详细的层序地层划分，将其划分为8个Ⅲ级层序 （SQ1～SQ8）。

3）广元上寺二叠系栖霞组和茅口组时期，海平面经历了一个上升→下降的旋回；吴家坪组和大隆组时期，海平面同样经历了一个上升→下降的旋回。

[1]吴联钱，胡明毅.四川盆地中二叠统层序地层学研究[J].石油地质与工程，2010，24（6）：10-13.

[2]李朋威，吴夏，白晓，等.四川广元上寺剖面二叠系栖霞组沉积碳库与有机碳埋藏[J].古地理学报，2010，12（3）：301-306.

[3]向娟，胡明毅.四川盆地中二叠统茅口组沉积相分析[J].石油地质与工程，2011，25（1）：15-19.