川西北地区须家河组碎屑组分特征与物源分析

2012-01-12赵正望谢继容吴长江王小娟

天然气勘探与开发 2012年4期

赵正望谢继容吴长江李楠王小娟贾松李莉朱华

(中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院)

0 引言

物源控制盆地沉积，对分析砂体及沉积相展布具有重要意义。碎屑组分记录了当时沉积演化过程，对物源具有明显指示性。Dickinson等人认为，大地构造性质不同的物源区，提供给盆地的沉积物不同，并进一步将物源分为造山带物源、古陆物源、火山带物源等三大类。因此，可以通过盆地岩石(或沉积物)成分来分析物源区性质。前人对四川盆地须家河组物源研究获得了重要进展，认为四川盆地发育多个物源[1]，但对具体地区物源影响范围未做详细分析，本文从砂砾岩碎屑成分、砂岩骨架颗粒及重矿物组合等方面对川西北地区须家河组沉积记录进行系统分析，试图进一步探讨物源特征及其对该区须家河组沉积的影响。

1 地质概况

研究区位于四川盆地梓潼坳陷，西界和北界均为盆地边界，分别为松潘—甘孜褶皱系的龙门山逆冲构造带(早期为摩天岭古陆、雪包古隆起)[2]和米仓山褶皱带，向南和向东逐渐向盆地过渡。区内分布中坝、老关庙、文兴场、柘坝场、九龙山等构造(图1)。

区内须家河组主要为一套陆相碎屑岩沉积，根据中国石油西南油气田分公司对四川盆地上三叠统须家河组地层划分方案(2005)[3]，纵向上可分为须一、须二、须三、须四、须五和须六6个岩性段。由于印支晚幕运动，川西北地区只残留了须一段—须四段地层。须三段—须六段不同程度地遭受剥蚀，由南向北剥蚀程度不断加深，其中须六段全部剥蚀。

图1 川西北地区须家河组构造圈闭与地层剥蚀线叠合图

须一段厚20m～380m，上部以浅灰色中、细粒岩屑石英砂岩，灰白色(部分深灰—灰色)石英粉砂岩为主与黑色页岩、砂质页岩互层，中部为两套块状中粒砂岩，下部以灰白、深灰色石英粉砂岩为主。

须二段保存完整，厚度130m～480m，为灰色中厚层状中粗粒长石石英细砂岩、粉砂岩和泥岩组成正韵律层。其下部为灰色厚层块状中粗粒长石石英砂岩为主，夹粉砂岩和粉砂质泥岩。中上部为黄灰色泥质粉砂岩和泥岩夹细砂岩，灰色中厚层状泥质砂岩和砂质泥岩。上部为灰色中厚层状中粗粒长石石英砂岩至粉砂岩和泥岩。组成多个向上变细的大型韵律层。

须三段在全区均有分布，但靠近盆缘有剥蚀，残度160m～450m，下部为长石石英细砂岩夹粉砂岩和泥岩，黄灰色薄层粉砂岩和泥岩夹碳质泥岩和煤线，上部为灰色厚层状岩屑砂岩夹粉砂岩、泥岩和煤线。

须四段仅在中坝—文兴场—柘坝场—九龙山以南地区残留，岩性以浅褐灰色—褐灰色砂质砾岩、砂岩夹页岩，向上变为褐灰色、深褐灰色中—细粒岩屑石英砂岩夹页岩。砾石成分主要为泥晶—细粉晶灰岩，次为细粉晶—粗粉晶云岩，少量燧石、泥砾及石英岩，圆—次圆，分选较好，充填物主要为灰岩、云岩及少量石英等。中下部岩屑石英砂岩中岩屑成分以灰岩、云岩，少量泥岩岩屑，上部岩屑类型与下部不同，以石英岩、砂岩、泥岩及少量千枚岩岩屑，岩屑含量相对较低。

须五段区内绝大部分地区遭受剥蚀，仅思依场及以南地区有保存，岩性主要为深灰色泥岩夹砂岩，残厚0～150 m。

2 碎屑组分特征

本次对川西北地区须家河组82口井进行了岩类统计，精细描述了6条野外剖面，对242块样品进行了薄片鉴定，分析岩石组分特征。

2.1 砾岩

川西北地区上三叠统须家河组砾岩在须二、须三、须四段均有分布。须二段砾岩主要分布在川西北地区青林口—柘坝场—老关庙—中坝地区、九龙山以北地区。前者砾石成分主要为碳酸盐岩，砾石分布在须二段上部，以薄层分布为特征，表现为河道滞留沉积，平面上主要分布在中坝—青林口地区(图2)，以中12井厚度最大(20m)，其它地区相对不发育。九龙山以北地区主要为石英砾和燧石砾，如旺苍后坝，砾岩为薄层状分布，发育2层，单层厚度小于1m，砾径一般为2cm～4cm，分选度及磨圆度较好。总体看，须二段有外来砾石带入沉积盆地，但规模小，说明龙门山北段在须二晚期逆冲活动开始发展。

须三段砾岩分布范围较须二段有所扩大，厚度也较大，川西北地区均有分布，砾岩厚度大于10m主要分布在广元—剑阁—梓潼地区，以广元河湾场地区厚度最大(河2井，70m)(图3)。砾石成分主要为碳酸盐岩砾，次为燧石，由盆缘向盆内砾径相对变小，分选及磨圆变好，燧石砾主要分布在盆缘广元石罐子—须家河等地，盆内不发育。据砾岩的分布特征，反映龙门山物源[4,5]贡献。

图2 川西北地区须二段砾岩等厚图

九龙山以北地区有少量石英砾、燧石分布，砾径小，磨圆及分选都较好，以薄层夹于砂岩中，为河道沉积，表明离物源区较远。在广元与旺苍之间的白水剖面，碳酸盐岩砾、燧石、石英砾均有分布，砾岩厚度小于10m，砾径小，一般为1cm～2cm，分选及磨圆都较好，为广元—剑阁—梓潼与九龙山以北区物源交汇区。综合分析，须三段砾岩厚度及组分具有一定的分区性，物源主要来自龙门山。

图3 川西北地区须三段砾岩等厚图

须四段砾岩在全区均有分布，以青林口—双鱼石一带厚度最大，砾岩残厚超过200m(图4)。厚层块状，单层厚度最大超过40m，砾石成分主要为碳酸盐岩砾，见少量石英砾、燧石砾。灰岩砾相对须三段明显增多，砾径较大，最大达20cm，分选及磨圆都较差，表明该段砾岩成分及结构成熟度明显降低，为近源快速堆积、物源区供源充足。

图4 川西北地区须四段砾岩残厚图

综上，从须二—须四段，川西北地区砾岩分布呈现明显的地域性，沿江油—广元一带，砾岩分布范围较广，厚度也相对较大，意味着在龙门山北段是主要供源区，从时间上看，龙门山北段在须二时期逐步向盆内供源，并渐次加强，在须四段达到极大。综合区域构造演化，龙门山北段逆冲断裂带在须二时期开始活动，在须三/须四时期发生安县运动，在局部地区形成不整合构造界面，逆冲地质体(主要为泥盆—二叠系)成为该区的主要物源体系，物源性质表现为造山带物源。此外，在九龙山以北地区有少量砾岩分布，但范围局限，厚度小，砾石成分与江油—广元一带不同，显示为一供源通道，从供源强度看，这一物源表现出平缓较稳定的供源特征，总体规模小，其物源来自其北部更远地区。

2.2 砂岩

须一段主要以石英砂岩、岩屑砂岩为主。石英砂岩主要分布在须一段底部，分布较稳定。岩屑砂岩中石英含量约50%～70%，长石含量低，平均约5%左右，砂岩岩屑以砂泥岩、石英岩岩屑为主，次为云岩岩屑，少量千枚岩岩屑，岩屑含量一般在10%～21.5%(表1)。总体讲，须一段砂岩成分成熟度较高，分区性不明显。

表1 川西北地区须家河组岩屑类型统计表

须二段以大套灰白色中粒砂岩为主，中部夹泥、页岩及粉砂岩沉积。中坝以岩屑石英砂岩为主，九龙山以岩屑石英砂岩及岩屑砂岩为主，广元—剑阁—梓潼以岩屑砂岩为主。砂岩中石英含量以中坝区最高，平均含量约为83%，其次为九龙山区，约为62%，广元—剑阁—梓潼区最低，约为43%。砂岩岩屑种类较多，分段性和差异性较大，一般可分出3个亚段，下部岩屑含量一般5%～16.5%，以砂泥岩、石英岩、云岩岩屑为主，少量花岗岩、喷出岩、千枚岩岩屑；中部岩屑含量10%～18.5%，以云岩、砂泥岩岩屑为主，次为喷出岩、千枚岩岩屑；上部岩屑含量10%～25%，以砂泥岩、石英岩、云岩岩屑为主，次为千枚岩、花岗岩岩屑，表明须家河组早期(须一—须二)物源为相对远源，推测来自摩天岭古陆。平面上，岩屑含量以广元—剑阁—梓潼区及九龙山区较高，分别为41.8%、39.7%，中坝地区岩屑含量低，约10.6%。

须三段开始，川西北地区大量出现碳酸盐岩岩屑，岩屑含量也激剧增高，一般25%～80%，多数在50%以上，而石英岩、砂泥岩岩屑仅为少量分布(图5)。须三段不见在须二段中普遍出现的花岗岩、千枚岩岩屑。表明须三沉积时的物源发生了较大的变化。虽然须三段砂岩成分成熟度明显低于须二段，但砂岩成熟度分布格局与须二段具有相似性，即石英含量以中坝及九龙山地区较高，分别为70.9%、61.9%，广元—剑阁—梓潼区较低，为35.3%；岩屑含量以广元—剑阁—梓潼区最高(平均62%)。

须四段砂岩岩屑类型与须三段相似，也以碳酸盐岩岩屑占绝对优势，砂泥岩、石英岩等岩屑少量，须四段砂岩岩屑含量总体上稍高于须三段，局部达80%以上，最高达95.5%(思依1井)，这与川西北地区须四段大量出现粗碎屑岩有关。

须五段下部出现了较多的石英岩岩屑，而碳酸盐岩屑较少，表明这一时期龙门山冲断带物源供源较弱，而来自九龙山以北地区的物源供源强度加大，但持续时间不长，在须五晚期，重新恢复以龙门山为供源主体的格局，砂岩中出现大量碳酸盐岩屑。说明该区两个物源区供源强度交替进行，但主要为西部物源区。

总之，川西北地区由须一段—须四段—须五段，砂岩成熟度由不断降低再升高的趋势。从须二段开始，砂岩成熟度具有明显的分区性(表2)，这种分区性实际反映了物源区位置和供源强度。概而论之，须家河组供源来自两个区域，即龙门山北段和九龙山以北地区。

图5 关基井须家河组碎屑矿物组分分布图

表2 川西北地区须家河组砂岩碎屑组分特征统计表

2.3 重矿物

不同的重矿物组合往往是不同母岩类型的反映[6，7]。由于该区重矿物资料较少，本次共采集了4个点的重矿物资料(表3)，以期对物源特征进行粗略分析。根据重矿物资料分析，该区主要有锆石、电气石、石榴子石和金红石4种重矿物。在广元上寺、须家河点，重矿物以石榴子石含量最高，分别为43%、29.6%；锆石次之，含量为21.6%、7.3%；电气石及金红石含量最低，为石榴子石-锆石组合，而旺苍白水、立溪岩点，重矿物则以电气石含量最高，分别为17.5%、13.2%；锆石次之，含量为8%、10.1%；石榴子石及金红石含量最低，表现为电气石-锆石组合。这种变化说明川西北地区广元与旺苍地区物源具有差异性。

表3 川西北地区须二段重矿物含量及组合表

3 物源分析

川西北地区晚三叠世在不同时期的沉积具有不同的供源体系。大体讲，须一—须二时期具有相似的物源体系，须三—须六时期物源体系相同。

须一时期，川西北及其以西地区为海相沉积环境，这一时期的物源主要为西北部的摩天岭古陆，具有相对远源沉积特征，物源类型为古陆物源，其主要表现特征为以泥质岩类沉积为主，不见砾岩级粗碎屑沉积，砂岩岩屑类型相对单一。

须二时期砂岩分布较多，供源强度增大，但从岩屑类型看，以多类型岩屑为主要特征，同时见有少量碳酸盐岩砾石分布，表明该时期在继承须一时期古陆物源的同时，龙门山冲断带开始活动并逐渐供源。

须三时期，龙门山逆冲带活动逐渐加强，出现大量碳酸盐岩屑和碳酸盐岩砾石，说明龙门山冲断带逐步替代摩天岭古陆物源，成为新的供源体系，这一物源体系持续加强，并延续至晚三叠世末，物源性质为造山带物源体系。

在九龙山以北地区，物源特征与工区西部完全不同，除碎屑成分差异性大外，在整个晚三叠世，该物源体系持续供源，但强度较弱，仅在须五早期活动强度有所加大。表现为从须二—须四段均不同程度地分布有砾岩，但以薄层为特征，累计厚度也小。

因此，四川盆地川西北地区须家河组物源主要来自两个方向：工区西部和北部，以西部供源为主体，但不同时期西部物源的性质和供源强度均有明显差异性，晚三叠世早期(须一—须二)主要为摩天岭古陆物源，供源具有持续、缓慢、远源特征，晚三叠世中晚期以龙门山逆冲断裂带为供源体系，为造山带物源性质，具有快速、充足、近源堆积特征。北部物源总体讲为缓慢持续供源，强度弱、影响范围局限等特征。