四川盆地南缘寒武系膏溶角砾岩的识别标志及勘探意义

2011-12-24彭勇民张荣强张殿伟孙冬胜沃玉进汪新伟李双建

石油实验地质 2011年1期

彭勇民，高波，张荣强，张殿伟，孙冬胜，沃玉进，周雁，汪新伟，李双建

(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083)

四川盆地南部分布良好的寒武系与震旦系地层露头(图1)，寒武系的膏溶角砾岩广泛分布于南部(如黔中隆起)及东缘(如湘鄂西片区)，大方—金沙一线以北的娄山关群(-C2-3ls)膏质岩一般分布厚20～40 m[1-3]。前人在四川盆地南部早就发现了寒武系甚至震旦系的膏盐岩[4-9]，但在这些地区始终未见到相匹配的石膏岩露头，唯一可以类比的是钻井揭示四川盆地内部的地下确实存在发育很好的中下寒武统膏质岩类[4,10-12]。

从四川盆地南部的情况看，以盆地边界为限，盆地外侧发育寒武系与震旦系地层，象是开了一个一个的天窗；分布的北北西、北北东向2组断层切穿了这些地层，这意味着这些地区的断层通天、保存条件很差[13]。相反，越过边界向盆地内部，寒武系地层被近5 000 m的巨厚三叠—侏罗系覆盖并深埋，保存条件相对好[14]。本文旨在通过地表露头寻找优质石膏岩与膏溶角砾岩，总结膏溶角砾岩的识别标志，预测保存条件好的邻近盆地内部的膏质岩分布，为油气勘探提供可靠证据。

图1 四川盆地南部震旦系、寒武系分布与石膏露头位置

1 石膏露头与膏溶角砾岩的发现

2009年7月在四川盆地南部寻找石膏盖层与实测剖面时，新发现2个寒武系石膏露头剖面点及膏溶角砾岩带，并且地表的膏溶角砾岩与石膏露头密切共生在一起。其中，沙坪子西王庙组(-C2x)石膏厚18.5 m/7层/2套、雷波县火草坪龙王庙组(-C1l)厚18.5 m/6层/1套(含2.0 m/1层膏溶角砾岩)共2个石膏露头点(图1,2)。此外，在甘洛县黑马也发育了厚18.5 m/5层的石膏露头及膏溶角砾岩。它们均是优质的石膏盖层。

根据膏岩类的结构、构造、成分、产状等特征，可划分出蒸发台地相和局限台地相。前者主要为紫红色泥质岩，或透镜状、结核状的泥晶含石膏质白云岩，具泥晶结构，呈透镜状、结核状、角砾状少量波状构造。后者中的潮间坪亚相为韵律条带、波状、角砾状、少量的石膏质岩石、含云含泥质石膏岩及与之共生的膏溶角砾岩，具泥粉晶—细晶结构；盐湖或潟湖亚相为块状、韵律条带的纯石膏岩及含云含泥质石膏岩，具细—粗晶结构。其成因机制为海相沙坝说。

1.1 火草坪膏溶角砾岩露头剖面

火草坪露头剖面发育蒸发台地相、局限台地相石膏岩与膏溶角砾岩，膏岩类与泥晶白云岩共生，顶部为红色泥覆盖；该剖面序列自上而下(图2)分别为：(1)红色泥岩(图2a)；(2)灰白色泥晶白云岩，具方解石脉(图2a)；(3)灰黄色含石膏角砾岩，这是韵律条带状白云质石膏岩经过长期的淡水淋滤溶解3～5 cm厚的石膏条带所致，角砾大小5 cm×6 cm，大者10 cm×30 cm，角砾成分为泥晶白云岩，胶结物为泥质与方解石，泥质为石膏条带溶解后的不溶物，滴酸起泡的方解石为云膏化后的产物(图2a,c,f,g)；(4)白色泥晶石膏岩，块状构造,成分单一，风化出现2 mm宽的褐红色铁锈(图2b)；(5)白色粉晶白云质石膏岩，厘米级韵律条带构造，石膏层(1～2 cm)与泥晶白云岩层相间(图2d)；(6)白色白云质石膏岩，厘米级韵律条带构造，石膏层厚3～5 cm(图2a中部)；(7)白色细晶石膏岩(图2b中的人后)；(8)灰白色白云质石膏岩，厘米级韵律条带构造，石膏层(1～2 cm)与泥晶白云岩层间互，局部风化成膏溶角砾岩(图2f,g)；(9)灰色泥晶白云岩，厚块层状，含铁斑，不成条带。

1.2 黑马膏溶角砾岩露头剖面

该剖面同样发育蒸发台地相、局限台地相石膏岩与膏溶角砾岩，膏岩类与红色泥、泥晶白云岩共生，顶部为红色泥覆盖。该剖面序列自上而下(图3)分别为：(1)紫红色泥岩，暴露氧化；(2)灰白色泥晶白云岩，中厚层状，局部含硅质透镜，似为透镜状层理；(3)灰白色白云质石膏岩；薄韵律条带构造，见红色赤铁矿条带(0.1～0.8 m)；(4)白色粉晶石膏岩，块状，偶含极薄层泥；(5)白色含泥或含白云质石膏岩，韵律条带构造，但含泥或含白云岩条带极薄(0.1～0.3 m)且多不连续，呈透镜体；泥岩呈灰绿色未见紫红色，厚3.7 m；局部风化后成膏溶角砾岩；(6)灰黄色含石膏角砾岩，角砾成分主要为紫红色泥岩或泥砾，偶见灰色泥晶白云岩角砾，大小5 cm×7 cm，最大者10 cm×30 cm，胶结物为粘土与方解石；原岩恢复为韵律条带(泥岩条带2～5 cm，石膏条带3～6 cm)泥质石膏岩；(7)红色含膏泥岩，紫红泥岩(10～23 cm)与中层白色石膏层(3～8 cm)互层。该层常风化为膏溶角砾岩，角砾成分为紫红色泥岩，一般大小3 cm×6 cm，胶结物为粘土与方解石；(8)灰白色泥晶白云岩，厚块层状。

图2 四川雷波县火草坪下寒武统龙王庙组(-C1l)石膏露头

a.石膏露头写实图，表现了膏溶角砾岩与石膏岩、韵律云质石膏岩的关系；b.石膏露头的两侧为风化去膏化形成的膏溶角砾岩，块状石膏岩具细中晶结构；c.膏溶角砾岩(含泥角砾白云岩)，发生了淡水溶解、去膏化方解石化等现象；d.含泥含铁韵律条带石膏，粉细晶结构；条带构造是铁锈与不溶的泥质物造成的；e.灰黄色膏溶角砾岩，钉锸之下为新鲜的韵律条带含云石膏岩，见f.插图所示，产出位置见a与b插图所示；g. 新鲜的石膏露头与溶解后的典型膏溶角砾岩；灰白色2～4 cm泥晶白云岩条带，白色1～2 cm石膏条带。

Fig.2 Gypsum outcrops of Longwangmiao Formation of Lower Cambrian in Huocaoping region, Leibo County, Sichuan Province

图3 四川甘洛县黑马中寒武统

2 膏溶角砾岩特征及识别标志

在实测剖面时又在4处发现了中下寒武统较厚的膏溶角砾岩，其中，雷波县抓抓岩剖面30余m/13层(-C2x)(图4)，云南永善县长坪剖面17.5 m/4层(-C2x)，乐山市范店剖面20余m/4层(-C2d)，南川县三汇场剖面石冷水组 (-C2s)35 m/4层，这些膏溶角砾岩在20世纪70年代被前人当作普通的灰黄色含泥泥晶白云岩。

2.1 剖面上的膏溶角砾岩特征

在4条寒武系剖面上，抓抓岩剖面、长坪剖面的膏溶角砾岩均与红色泥岩呈间互产出(图5a,b,c,d)；而范店剖面、三汇场剖面都为泥晶白云岩与膏溶角砾岩共生在一起，这与在石膏露头所看到的石膏层与膏溶角砾岩共生明显不同，主要是因为长期裸露的较新鲜的石膏层均已被大气淡水溶解。

但是，膏溶角砾岩的特征总体与石膏露头上所见的现象一样，均呈灰黄色、韵律条带构造、细中粒级角砾；角砾成分均为泥晶白云岩，胶结物为泥质与方解石。例如，抓抓岩剖面-C2x，第148层紫红色泥夹15～25 cm厚的灰黄灰绿色膏溶角砾岩(图4,图5 a,b,c,)，后者实为韵律条带云质石膏岩溶解所致，与火草坪石膏点的韵律条带云质石膏相似。又如，长坪剖面在-C2x红层泥岩中发育灰黄色、灰绿色的膏溶角砾岩，单层最厚达9 m，最薄1.5 m；膏溶角砾岩特征清晰，角砾大小一般为大2 cm×3 cm，成分为泥晶白云岩，偶见紫红色泥岩，呈棱角状，无分选、无定向、无粒序；胶结物为粘土与方解石(图5d)。

范店下寒武统-C1y(遇仙寺组，其上部相当于-C1l)剖面上，发现了灰黄色膏溶角砾岩(最厚达12 m)，角砾成分也为泥晶白云岩，但无红色泥岩角砾(图5e)。

图4 四川盆地雷波抓抓岩寒武系实测剖面与膏溶角砾岩

图5 四川盆地地表露头实测剖面的膏溶角砾岩与地下钻井的条带状石膏岩对比

a.抓抓岩剖面-C2x,第150层膏溶角砾岩细节,以及151层紫红色泥；b.抓抓岩剖面-C2x(西王庙组),第150层膏溶角砾岩的放大；c.抓抓岩剖面-C2x,第158层紫红色泥岩中的鸟眼,去膏化的方解石化充填,灰黄色为膏溶角砾岩；d.长坪-C2x, 紫红色泥夹15～25 cm厚的灰黄灰绿色膏溶角砾岩多层；e.范店-C1y(遇仙寺组, 其上部相当于-C1l)第36层灰黄色膏溶角砾岩(厚12 m),角砾成分主要为泥晶白云岩；f.三汇场剖面露头-C2s(石冷水组)灰黄色膏溶角砾岩，具有条带状构造，为去膏化方解石化的含泥质白云岩；g.丁山1井第6筒(2 724.51～2 730.68 m), 块状石膏+韵律条带石膏(共厚4 m)，以及白云岩；h.灰质石膏岩,见厚2～15 mm的泥晶白云岩的韵律条带, 井深2 725.2 m；韵律条带状石膏对应地表膏溶角砾状含泥质白云岩；i.利川县汪营镇西5 km，地质点P826，T1j中发育膏溶角砾岩和小型柔皱；j.为a的放大,灰黄色中细角砾，角砾成分为含泥质含方解石泥晶白云岩；k.习水县土河场Z--C实测剖面踏勘照片, 河坝的-C2构造角砾岩,大角砾1.2 m×0.8 m；l.三都县都柳江寒武系都柳江组角砾状灰岩，碎屑流透镜体

Fig.5 Comparison between dissolved gypseous breccias from measured outcrop profiles and banded gypsum rocks from drilling wells in Sichuan Basin

相似地，三汇场剖面发现中寒武统石冷水组灰黄色纹层与条带状的膏溶角砾岩(图5f,厚35 m/4层)。

膏溶角砾岩事实上为韵律条带状白云质石膏岩，这样，前面所描述的石膏露头及实测剖面上的膏溶角砾岩与钻井揭示的地下情况可完全对比(图5g,h)，且比丁山1井(26.9 m/10层)厚。

剖面上所见到的膏溶角砾岩完全可以与四川盆地的下三叠统嘉陵江组厚达几百米甚至上千米的膏溶角砾岩对比。例如，利川县汪营镇西5 km的T1j中发育膏溶角砾岩和小型柔皱(图5i,j)，它们与发育穿层的构造截切界面且角砾大小差异悬殊的构造角砾岩(图5k)、角砾杂乱半塑性磨园且偶见定向的碎屑流透镜体(图5l)是明显不同的。

2.1 膏溶角砾岩的识别标志

针对四川盆地南部的实际，提出膏溶角砾岩的识别标志，其目的是，(1)作为上扬子地区寻找膏盐岩的依据；(2)进一步确认与区别真假膏溶角砾岩，以恢复膏盐岩厚度、确定膏盐岩分布边界。值得说明的是，这里的膏溶角砾一般为细、中砾级大小，对于很多学者所报道的巨角砾甚至大于1 m的膏溶角砾，在上扬子地区的石膏露头中未曾见到。识别膏溶角砾岩的8条标志如下：

(1)颜色标志：为特征的灰黄色、灰绿色，这是由于溶解后的不溶残余物即泥质类造成的，尤其是与红色泥岩共同产出的情况下更为显眼。

(2)构造标志：以韵律条带构造或者角砾状构造显示，这是1～3 cm的紫红色泥质岩条带(或灰白色泥晶白云岩条带)与2～6 cm石膏岩薄互层经过石膏溶解掉后形成的。

(3)成分标志：膏溶角砾成分多是泥晶白云岩，或者泥质岩类，外来角砾很少；胶结物为粘土矿物与方解石，这是去膏化、方解石化、不溶物残留的结果。在显微镜下多半可见到柱状、片状、束状等石膏假晶现象。

(4)结构标志：膏溶角砾大小多为细、中砾，分选中—好，角砾既呈杂乱镶嵌拼合也可呈层状、似层状分布。

(5)产状标志：膏溶角砾岩与紫红色泥质岩，或者与泥晶白云岩共生;目前未发现与水动力强的颗粒白云岩在一起。

(6)上下接触界面标志：膏溶角砾岩与围岩呈整合或假整合接触关系，呈板状而非透镜状，延伸稳定、厚度变化小；膏溶角砾岩岩层的顶、底平直，不出现明显起伏或锯齿状，也与岩溶洞或地下河冲刷而成的水道形状有所差别。

(7)沉积相标志：膏溶角砾岩多是潮间环境形成的，这主要是由于其韵律条带状构造形势发展决定，反映了蒸发环境下的盐度间歇性的变化。

(8)背景标志：区域上当时沉积时该区钻井揭示的地下均存在过石膏类岩石。

3 膏溶角砾岩厚度恢复与估算

3.1 原理

根据露头观察，韵律条带云质或灰质石膏层经地表溶解或去膏化后形成膏溶角砾岩；对于现今所见的中(1～10 cm)、细砾(小于等于1 cm)级的膏溶角砾岩，其厚度大致是未去膏化前即韵律条带云质或灰质石膏层的1/2。块状石膏去膏化后未留下痕迹时，可根据沉积亚相或微相推测其厚度。

3.2 方法

对于膏溶角砾岩的厚度估算，通过关系式Hrhy=2Hdiss求解。式中Hrhy为韵律(rhythm)条带云质或灰质石膏岩厚度，Hdiss为地表溶解(dissolution)或去膏化后的膏溶角砾岩厚度。对于块状(massive)石膏，如果微相为潮上坪，则Hmass=0 m，如果微相为潮间坪，则Hmass≥Hrhy。

据此，剖面上的膏溶角砾岩经过恢复后的岩性为韵律白云质石膏岩，其厚度估算分别为抓抓岩60余 m，长坪35余 m，范店40余 m，三汇场70 m(图1)。说明这些地区当时曾经是膏岩类比较发育的。

4 膏溶角砾岩的油气勘探意义

通过对火草坪与沙坪子这2个中下寒武统的石膏露头点与4条实测剖面的确认，查明了川西南地区从黑马向南至火草坪一线连片分布的长60～70 km的石膏优质盖层带；推测构成了一个近北北西向展布的局限台地相中的潮间坪微相石膏带。相信跨过边界线(图1)往四川盆地内部具有更好的潟湖微相厚层石膏岩，从而改变了以往该区无膏盐岩的看法。这是优质的石膏盖层带，对油气勘探具有重要意义。

值得说明的是，在膏溶角砾岩的识别标志提出之前，4条实测剖面上的膏溶角砾岩自1972年以来长期被当作为灰黄色含泥条带状泥晶白云岩。认识上的不一样其勘探意义则大不同。

更广泛地讲，在四川盆地南缘的侏罗系覆盖区(图1)，自西向东沿老龙1井、宫深1井、宁1井、林1井至丁山1井均存在中下寒武统不同类型的膏质岩类，这一向南突出的弧形带分布着连片的中下寒武统石膏盖层。据统计丁山1井膏岩类厚26.9 m/10层，石膏岩层计4层，石膏质白云岩层计7层；林1井膏岩类厚99 m/10层。这些地下所见的膏质岩类盖层与四川盆地南部的地表露头广布的膏溶角砾岩相对应。

所以，结合地下与地表，可以说，四川盆地南部形成了一条100多公里长的弧形优质石膏盖层带，那么，盐下领域的勘探前景必然大有可为。

事实上，盐下的威远气田的成功勘探与突破就是典型的例子。威远气田发育3套储层，其中，寒武系盐下2套即震旦系灯影组、下寒武统龙王庙组，盐上1套即洗象池群。1964年上震旦统灯影组发现了灯影组大气田；2004年以后，威远构造的老井上试回采，又新发现了中上寒武统洗象池群气藏群；2005年威寒1井在下寒武统遇仙寺组产气12.303×104m3/d，又开辟了一个盐下新层系。

但是，其他重要地区如川东南区块、川西南区块的寒武系与震旦系目的层仍然没有取得多大进展，这与60余 m厚的膏盐岩事实不符合。因此，四川盆地南部的膏质岩类优质盖层的确定无疑为该区提供了具有较大勘探潜力的科学依据。

参考文献:

[1] 王津义,付孝悦,潘文蕾,等. 黔西北地区下古生界盖层条件研究[J]. 石油实验地质,2007,29(5):477-482.

[2] 田海芹,郭彤楼,胡东风,等. 黔中隆起及其周缘地区海相下组合与油气勘探前景[J]. 古地理学报,2006,8(4):509-518.

[3] 周明辉,梁秋原. 黔中隆起及其周缘地区“下组合”油气地质特征[J]. 海相油气地质,2006,11(2):11-24.

[4] 陈洪德. 中国南方海相震旦系—中三叠统构造—层序岩相古地理研究及编图[M]. 成都：成都理工大学出版社,2002：1-161.

[5] 杨勤生. 滇东北油气盐矿产资源成矿条件与找矿前景[J]. 云南地质,2009,28(1):1-7.

[6] 刘家军,柳振江,杨艳,等. 盐类在金属、非金属成矿过程中的作用[J]. 地质找矿论丛,2007,22(3):161-171.

[7] 四川地质局第一区域地质测量队. 雷波幅区域地质调查报告(1∶20万)[R].1972.

[8] 四川地质局第一区域地质测量队6分队. 荥经幅区域地质调查报告(1∶20万)[R]. 1974.

[9] 四川地质局第107区域地质测量队. 南川幅区域地质调查报告(1∶20万)[R].1977.

[10] 冉隆辉,谢姚祥,戴弹申. 四川盆地东南部寒武系含气前景新认识[J]. 天然气工业,2008,28 (5):5-9.