川西拗陷中段蓬莱镇组物源及沉积相展布特征

钱利军，陈洪德，时志强，徐胜林，欧莉华，林良彪，张玺华

（油气藏地质与开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

川西前陆盆地是指晚三叠世以来的四川盆地中西部地区，相当于川西断褶带和川中地块的西部[1，2]。本文研究区处于川西前陆盆地中段地区，北至绵阳一线，南至邛崃、新津一线，西至都江堰、天全（图1）。区内上侏罗统蓬莱镇组分布广泛，沉积厚度巨大，埋藏浅，近年来在白马庙、马井、孝泉及新场地区的该层位钻获大批工业气井，因此，川西拗陷蓬莱镇组是目前川西地区浅层天然气藏勘探开发的重点对象之一。

前人对川西前陆盆地侏罗系做了大量的研究工作[4－8]，为本次研究奠定了坚实的基础。很多学者认为川西地区的蓬莱镇组属于多物质来源[9－12]，也有学者认为川西地区的蓬莱镇组只有较单一的物质来源[13]，至少认为米仓山—大巴山前缘的物质来源对川西地区的影响较小。笔者在参考前人研究成果的同时，结合研究区内多口钻井岩心、野外样品的薄片资料，应用砂岩碎屑组分的分析，对川西拗陷中段地区蓬莱镇组物源及物源区属性做了详细的研究；综合研究区内50多口钻井、测井资料与野外剖面特征，探讨了蓬莱镇组的沉积相类型；根据钻井、测井资料编制了蓬莱镇组各段的砂岩质量分数等值线图，揭示了蓬莱镇组沉积相展布及演化规律，为川西拗陷中段蓬莱镇组的进一步油气勘探和开发提供科学、可靠的地质依据。

1 地层特征

图1 研究区位置图Fig.1 Location map of study area

蓬莱镇组分布广泛，但因后期剥蚀多保存不全，仅在川西拗陷的中西部保存较好。自下而上可划分为4个岩性段（图2），以厚层块状中—细粒长石石英砂岩为底界，向上为灰绿色细砂岩、粉砂岩及紫红色泥岩的不等厚互层，且夹灰绿色、灰色泥灰岩。区内发育“仓山页岩”、“梨树湾页岩”和“景福院页岩”可作为区域对比标志层。蓬莱镇组第一段（J3p1）以棕红色泥岩夹灰色中至薄层粉砂岩、厚层块状长石砂岩为主，砂岩底部多具冲刷构造；第二段（J3p2）主要为紫红色泥岩夹少量粉细砂岩、粉砂质泥岩，构成多个韵律；第三段（J3p3）主要为厚层块状长石岩屑砂岩夹紫红色泥岩、粉砂岩；第四段（J3p4）为暗紫红色粉砂质泥岩夹浅灰色细粒岩屑砂岩及紫红色泥岩，呈不等厚互层。

蓬莱镇组与下伏遂宁组整合接触，与上覆下白垩统苍溪组（或剑门关组）呈平行不整合接触关系。区内蓬莱镇组厚度较为稳定，总体呈现西厚东薄、北厚南薄的特点。龙门山前缘地区与蓬莱镇组相当的层位为莲花口组，以夹多层冲积扇砾岩为特征，属于蓬莱镇组的同时异相沉积。古生物面貌以微体生物最发育，介形虫以Darwinula－Cetacella－Djungarica－Eolimnocythere 组 合 为 代表，孢粉组合以松柏类Classopllis为优势属[14]；此外，还有淡水双壳类及叶肢介等化石。

2 物源分析

2.1 碎屑岩成分特征

研究区碎屑岩的颗粒质量分数超过90%，属于净砂岩。砂岩中各个端元成分种类和特点差别不大，但相对含量差别较大。新都—中江地区石英的质量分数为70%左右，岩屑和长石的质量分数为15%左右，其中岩屑以沉积岩为主，还有少量的火山岩及变质岩。新场—孝泉—鸭子河地区石英的质量分数为60%左右，岩屑的质量分数为35%左右，其中以沉积岩为主，还有少量的变质岩及火山岩（表1）。这与新都—中江地区的岩屑类型一致，说明研究区碎屑岩来自同一物源区。根据图3可以看出，自龙门山前缘地区至盆地中心的中江地区砂岩中石英含量逐渐增多，而岩屑含量逐渐减少，主要表现在沉积岩碎屑含量大量减少，这说明自龙门山前缘至盆地中心砂岩的成熟度逐渐增大，反映出研究区物源可能为龙门山。

2.2 物源区构造属性

构造演化是沉积盆地碎屑岩充填的主要控制因素，因此，使用石英、长石及岩屑的三端元组分分析可以判断物源区的构造环境[15]。本文采用Dickinson的 Qm－F－Lt，Qp－Lv－Ls三角图解对研究区蓬莱镇组砂岩进行了详细的研究。

根据Dickinson的Qm－F－Lt砂岩三角图解投点情况（图4），可以看出研究区的样品主要落在了再循环造山带物源区的范围内，结合对岩屑类型的分析认为，研究区以沉积岩物质为主，这与再循环造山带地层组成的特点相符。Qp－Lv－Ls砂岩三角图解是对再旋回造山带物源区的进一步分类，主要由克拉通前缘碰撞缝合线及褶皱－逆掩带、火山弧造山带、俯冲带和混合造山带4类组成。根据Qp－Lv－Ls砂岩三角图解的投点情况，可以看出研究区样品主要落在了碰撞缝合线及褶皱－逆掩带的范围，少数样品落在了混合造山带的范围，说明研究区的物质来源主要属于再旋回造山带构造背景的物质，且混有少量的混合造山带构造背景的物质。这是由于随着物源区的逐步抬升剥蚀，可能将底部具有混合造山带构造背景的物质剥蚀并搬运至研究区沉积。

图2 CY130井上侏罗统蓬莱镇组沉积相综合柱状图Fig.2 Generalized column of sedimentary facies of Penglaizhen Formation inthe middle part of the West Sichuan depression

表1 川西拗陷中段蓬莱镇组砂岩碎屑成分（质量分数平均值）统计表Table1 The clastic fragment composition of sandstone from Penglaizhen Formation in the middle part of the West Sichuan depression

图3 川西拗陷中段蓬莱镇组碎屑成分分布图Fig.3 The distribution of sandstone clastic fragment composition from Penglaizhen Formation in the middle part of the West Sichuan depression

图4 砂岩碎屑成分与物源类型三角图解Fig.4 The triangle diagram series showing the sandstone clasticfragment detrital composition and their provenance types

总体来看，使用Dickinson的3种三角图解对研究区的物源分析契合度很高，根据对三角图解的分析认为研究区蓬莱镇组的物源来自大陆块的再旋回造山带，属于碰撞缝合线及褶皱－逆掩带的物源区。而根据研究区碎屑岩成分特征在平面上的分布，以及对研究区物源区构造背景的分析，可以认为川西拗陷中段蓬莱镇组具有单一的物源，且物源主要来自西部的龙门山造山带。

3 沉积相类型与展布规律

3.1 沉积相类型

综合研究区周缘野外露头及盆地内钻井岩心等资料，为蓬莱镇组沉积相类型分析提供了丰富的信息。在沉积过程中，由于环境的不同和水动力条件的变化而形成不同类型的沉积构造，它们是识别沉积相和微相的重要标志。研究区蓬莱镇组广泛发育底冲刷、层理构造等。区内岩层中广泛发育大型板状交错层理、槽状交错层理、平行层理及浪成砂纹层理（图5－A，E，F，G，H，I），为确定冲积扇、河流、辫状河三角洲等沉积提供了可靠的依据。在湖泊沉积中泥质粉砂岩及泥岩中普遍发育水平层理（图5－L）。在纵向剖面上由于沉积及相的不同，表现出特定的岩性、结构、构造等组合，形成特定的剖面特征。野外剖面中的河流相沉积，具有典型的河流相沉积的二元结构，底部为较细粒的洪泛沉积，之上被一期河流所冲刷（图5－D）。滨—浅湖相沉积呈现出薄层粉砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质泥岩、泥岩的不等厚互层，层面平整，横向延伸较稳定（图5－K）。

因此，在充分消化前人研究成果的基础上，结合野外露头、钻井岩心等资料，综合区域沉积格局和沉积作用的特点，本次研究在川西拗陷中段蓬莱镇组中识别出了冲积扇、河流、辫状河三角洲、湖泊4种沉积相类型。

3.2 沉积相展布特征

砂岩、砾岩与地层的比值与冲积扇、河道等沉积的发育有较大的相关性。本文以砂体质量分数作为划分沉积相的标准；结合物源分析，详细刻画了川西拗陷中段蓬莱镇组各段沉积相的展布特征。

蓬莱镇组第一段沉积期（图6－A，B），沿龙门山前缘发育一个冲积扇朵体，此时冲积扇沉积发育较局限，主要发育于都江堰地区。进入湖盆，依次发育河流沉积，辫状河三角洲沉积和湖泊沉积。其中河流沉积主要发育于研究区的鸭子河、邛崃火井等地区，大致属于研究区的南段、中段。整体来看，本期主要发育3个较大型的辫状河三角洲朵体，其三角洲前缘朵体主要位于孝泉、德阳、新都、成都、双流地区。湖岸线位于双流—郫县等地区。湖盆方向，发育滨浅湖沉积，如中江构造和金堂构造就以滨浅湖沉积为特点。

蓬莱镇组第二段沉积期（图6－C，D），研究区以发育冲积扇—河流—辫状河三角洲—湖泊沉积环境为特征。冲积扇沉积发育范围逐渐扩大，发育2个冲积扇朵体，同蓬莱镇组第一段沉积时期相比，冲积扇沉积主要发育于邛崃火井地区和都江堰地区。该时期河流沉积较上一期有较大的扩张，主要发育于鸭子河、大邑及邛崃地区，大致属于研究区的南段、中段。整体来看本期主要发育3个辫状河三角洲朵体，其三角洲前缘朵体主要位于德阳、成都及新津等地区。湖岸线有较大的萎缩，退缩至大邑—温江—新都一线。总体表现为粗粒沉积物的面积大范围缩减。与之相对应的是湖泊沉积再次扩张了其领域，中江—金堂—龙泉山地区皆表现为滨浅湖沉积。

蓬莱镇组第三段沉积期（图6－E，F），发育于龙门山前缘的2个冲积扇群逐渐萎缩，与蓬莱镇组第二段、第一段相比，发育于都江堰地区的冲积扇逐渐被河流沉积取代，而发育于邛崃地区的冲积扇逐渐萎缩，范围较之前有所减小。河流沉积较上一期有较大的萎缩，仅在都江堰、邛崃等地区发育。但辫状河三角洲规模较上期有所增大，其平面分布可达研究区的1／3。整体来看，本期主要发育3个辫状河三角洲朵体，三角洲前缘砂体延伸至龙泉、合兴场一线。湖泊沉积与蓬莱镇组第二段沉积时期没有太大的变化，中江—金堂—龙泉山地区皆表现为滨浅湖沉积。

蓬莱镇组第四段沉积期（图6－G，H），研究区整体沉积环境演变为河流—辫状河三角洲—湖泊沉积。与蓬莱镇组第一、第二、第三段相比，不发育冲积扇，主要以河流、辫状河三角洲平原为主。河流沉积较上一期有所扩大，主要发育于研究区的北段、中段、南段的孝泉、都江堰、邛崃等地区。三角洲平原较前一期有明显的萎缩，而三角洲前缘较前一期发育，其中三角洲前缘砂体延伸至成都、新津、德阳、新都地区。湖岸线进一步向北扩张至绵阳地区，回龙场构造和丰谷地区发育浅湖砂坝沉积。滨浅湖沉积范围较前一期有所减小，主要发育于绵阳、金堂、龙泉茶店子及新津一线之东南。

3.3 沉积相演化的控制因素

根据沉积特征、沉积韵律、沉积物颜色、沉积相类型、分布及演化，认为川西拗陷中段蓬莱镇组沉积主要受湖平面升降、物源供给丰度的控制。

图5 川西拗陷中段蓬莱镇组沉积构造及沉积相照片Fig.5 Photos of sedimentary structure and sedimentary facies of Penglaizhen Formation in the middle part of the West Sichuan depression

图6 蓬莱镇组砂体质量分数等值线及沉积相图Fig.6 The sandstone mass fraction contour and sedimentary facies of Penglaizhen Formation

湖水的进退是控制沉积在平面及垂向上分布、演化的重要因素，而沉积演化的具有明显的旋回性可以反映出湖平面的升降。蓬莱镇组第一段沉积时期为蓬莱镇组早期沉积，总体表现为龙门山前缘较厚，向东逐渐减薄。沿龙门山前缘发育一个小型冲积扇，进入湖盆依次发育河流沉积、辫状河三角洲沉积以及湖泊沉积。由于龙门山北段的活动逐渐加强[16]，湖平面不断下降，此时期沉积作用以进积—加积为主。蓬莱镇组第二段沉积时期，沿龙门山持续发育2个冲积扇，河流沉积范围逐渐扩大，辫状河三角洲沉积逐渐向湖盆推进，湖泊沉积的范围逐渐萎缩，与上一期沉积相比，可以认为此时期湖平面上升至最大位置后转为缓慢下降，沉积作用以加积—进积为主。蓬莱镇组第三段沉积时期，区内冲积扇沉积、河流沉积范围逐渐萎缩，而辫状河三角洲沉积规模较上一期增大，湖泊沉积较上一期没有太大变化，可以认为此时期湖平面由下降转变为逐渐上升，沉积作用以加积—退积为主。蓬莱镇组第四段沉积时期，区内主要发育河流沉积及辫状河三角洲沉积，但并不发育冲积扇沉积，随着辫状河三角洲沉积向东推进，湖泊沉积范围较之前有所减小，湖平面由上升转变为下降，沉积作用以加积—进积为主。

物源供给为地层发育提供了物质基础，决定了沉积地层的厚度、粒度大小、岩石组分等。研究区靠近龙门前缘的邛崃、都江堰地区，发育大套砾石、含砂质砾石沉积，沉积厚度大，说明离物源近，沉积物供给充分，沉积速率快。远离物源区的郫县、温江等地区，发育大面积三角洲沉积，沉积物厚度及沉积物粒度在平面上具有自北西向南东变薄变细的趋势，说明远离物源，搬运距离长，沉积速率较龙门山前缘地区低。靠近盆地中心的龙泉、金堂等地区，以湖泊沉积为主，沉积物厚度变小、粒度变细，说明离物源较远。

4 结论

a.通过砂岩碎屑成分分析，可以发现自龙门山前缘至盆地中部，砂岩的石英含量逐渐增多，沉积岩碎屑含量逐渐减少，且根据Dickinson的Qm－F－Lt和 Qp－Lv－Ls三角投点图认为，研究区蓬莱镇组的物源来自大陆块的再旋回造山带，属于碰撞缝合线及褶皱－逆掩带的物源区，因此，川西拗陷中段蓬莱镇组的物源主要为西部的龙门山，而北部的米仓山—大巴山对研究区的影响较小。

b.通过对岩性、岩石组合及沉积构造等反映沉积环境的相标志综合分析，在区内识别出了冲积扇、河流、辫状河三角洲、湖泊4种沉积相类型。

c.在物源及沉积相分析的基础上，以蓬莱镇组岩石地层为编图单元编制了川西拗陷中段蓬莱镇组砂体质量分数等值线图及沉积相图，结果显示蓬莱镇组各个时期的沉积环境及砂体展布特征主要受到湖平面升降及物源供给的控制。蓬莱镇组第一段沉积时期，主要以发育冲积扇—湖泊沉积为特征；第二段沉积时期，冲积扇沉积及河流沉积范围逐渐扩大，辫状河三角洲沉积逐渐向湖盆推进，湖泊沉积的范围逐渐萎缩；第三段沉积时期，区内冲积扇沉积、河流沉积的范围逐渐萎缩，而辫状河三角洲沉积规模较上一期增大，湖泊沉积变化不大；第四段沉积时期，主要以发育河流—湖泊沉积为特征，不发育冲积扇沉积，随着辫状河三角洲沉积的推进，湖泊沉积范围逐渐减小。

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