川北中三叠统层序-沉积特征及演化

彭 博, 李国蓉, 沈忠民, 胡 琳, 赵应权

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

四川盆地北部地区的中三叠统主要为一套海相碳酸盐-蒸发岩沉积，在纵向上可划分为5段(雷五段为天井山组)。受中三叠世末发生的印支早幕影响,该区由构造挤压作用使扬子地块西缘和北东缘开始缓慢上升[1-3]。该区大部分地区剥蚀至1～4段不等,部分点甚至完全剥蚀[4]。底部以绿豆岩为界与嘉陵江组整合接触，全区广泛分布，属火山玻屑凝灰岩的蚀变产物；顶部为上三叠统砂泥质碎屑岩层所限，发育丰富的浅水型瓣鳃生物组合，以双壳类最具特色，主要有：Eumorphotisillprica(琴式真形蛤)、E.subillprica(亚琴式真形蛤) 、Myophoriaaff.goldfussi(精致褶翅蛤亲近种)等[5]。早、中三叠世总共经历地质时间有16 Ma，为6个Ⅲ级层序的有机堆叠组合构成的1个Ⅱ级层序[6]。中三叠世处于该Ⅱ级层序高水位时期，经历6.10 Ma。但对中三叠统Ⅲ级层序划分仍存较多争议，较具代表性的划分方案是1996年赵玉光等在峨眉地区进行三叠纪高频层序与振荡变化研究，由于时代跨度大、且集中在川西南地区，直接应用于川北地区较为牵强。

作者在前人研究基础上，结合钻录井及野外剖面资料，应用Fischer图解法进行川北中三叠统层序研究，针对川北中三叠统Ⅲ级层序划分方案问题进行详细分析,结合海平面变化曲线特征进行层序可容空间变化规律及控制因素讨论。根据分析结果进行井间对比，最终绘制层序-构造岩相古地理图，期望有助于地质研究者对川北中三叠统的认识。

1 Ⅲ级层序地层对比及划分

川北河坝地区中三叠统，以局限台地相区潮坪-潟湖相为特征，无沉积相突变。地层沉积受到气候影响下的周期海平面变化制约，则旋回也表现出近似的等时性。将川北中三叠统台地相区的河坝1井与川南龙门洞剖面进行对比(图1)，可见两区具有一定的对比性。

两区中三叠统底部均发育一套铝土质黏土岩(绿豆岩)，虽其成分在不同区域有略微差异，但在全川可以连续追踪，是与下三叠统的地层分界面。

图1 峨眉地质剖面与河坝1井层序沉积相对比Fig.1 Sequence stratigraphic and facies contract between Longmendong and Well Heba 11.旋回标志; 2.正极性; 3.负极性; 4.灰岩; 5.白云岩; 6.泥灰岩; 7.泥云岩; 8.砂屑灰岩; 9.石膏。龙门洞剖面资料据赵玉光(1996) [6]

下部Ⅲ级层序(SQ1)TST底部在两区均以蒸发性含膏云岩为特征，向上膏质逐渐消失；到SQ1-TST上部，在峨眉山地区普遍发育一套薄层瘤状灰岩，与川北地区的深色泥灰岩相对应。

SQ1-HST下部均发育含膏质灰岩、泥质灰岩，上部逐渐可见膏岩层、白云质灰岩，在部分地区可见膏溶角砾发育。

SQ2-TST下部发育灰岩、灰质白云岩，向上泥灰岩、白云质灰岩，顶部与须家河组碎屑岩呈平行不整合。

通过对川北不同沉积相带的剖面对比，总结不同沉积相带的体系域间物质表现的差异(表1)，此处不再赘述。

2 高频层序地层特征

2.1 米级旋回分析及划分

米级旋回划分主要选择河坝地区为重点研究区域。其地层相对剥蚀较少，层厚较为稳定，向上变浅旋回特征明显[7]，沉积环境具有代表性，是进行单井解剖、旋回特征及海平面周期性变化研究的较为理想的区域。在河坝1井共识别出48个米级旋回，以6.10 Ma时限，上部缺失天井山组及部分雷口坡组第四段上部，根据等时标定，可知缺失的时间近似2.5 Ma。由此得到单次旋回时限0.0729 Ma，在0.2～0.05 Ma之间， 属于准层序特征[8]或亚层序[9]，与梅冥相(2001)的0.1 Ma米级旋回时限[10]相近。

表1 川北地区中三叠统上下层序界面物质表现统计Table 1 Petrological statistics of the Middle Triassic series in North Sichuan

该区主要为多套局限特征的碳酸盐岩-蒸发特征的膏(盐)岩米级旋回叠置而成，具明显的向上变浅碳酸盐岩序列，在测井、岩屑上都有明显特征。通过对河坝1井钻井剖面分析，共识别出3种类型12种超短旋回类型，大致可分为灰岩-膏岩旋回、云岩-膏岩旋回、灰岩-云岩旋回(图1)。①灰岩-膏岩旋回包括：灰岩→膏岩层旋回、泥质灰岩→膏岩层旋回、灰岩→含云膏岩旋回；②云岩-膏岩旋回包括：云岩→膏岩层旋回、云岩(泥云岩)→云质膏岩旋回、灰云岩→膏岩层旋回；③灰岩-云岩旋回包括：灰岩→云岩旋回、 砂屑灰岩→云岩旋回、泥质灰岩→云灰岩旋回等。还有部分同一岩石类型由于单层厚度变化、泥质变化形成的旋回，如微晶灰岩→颗粒灰岩旋回等。

旋回底部以上述第②种类型岩石序列为主，单次旋回厚度较小，集中在2.3～7.675 m(表1)，为嘉陵江组继承式暴露特征； 3910 m向上逐渐以第①和第③种类型岩石序列交替为特征，单次旋回内膏盐厚度减薄；至3850 m出现深灰色、黑色灰岩，GR增大，DEN降低，为富泥质特征。上部旋回呈第①种类型，单次膏质厚度较小，由表1可见旋回16～23的厚度主要集中在10.161～27.814 m，呈稳定向上叠加特征。10～16旋回向上方向旋回厚度31.402～5.348 m，变化明显，第①种向第②种类型岩石序列转化，且膏岩单次旋回所占厚度增大，呈高水位(HST)晚期退积叠加样式。3660 m以上为第③种类型序列以及微晶灰岩→颗粒灰岩序列。

根据上述旋回分类，本文将河坝1井进行了3次高频旋回划分，其中第一次共划分了48个高频旋回，第二次划分了37个旋回，第三次划分了48个旋回。其中第二、第三次在第一次旋回划分的基础上重新进行旋回划分，并将顶、底部分地层纳入综合考虑；经逐层进行厚度统计以及累计偏差统计，最后以累计偏差-旋回序列作图。

2.2 可容空间分析

通过对比可见，划分结果与沉积特征较符合。本次旋回划分由上到下编号，由图2可见，中三叠统大致发育1.5个可容空间旋回，为旋回13～43、旋回3～13。其中最大可容空间为旋回25～34。可容空间升降旋回与中三叠统Ⅲ级层序划分之间具有良好的对应关系。

图3 川北地区中三叠统沉积相对比剖面Fig.3 The sedimentary facies of the Middle Triassic series in North Sichuan

图2 川北地区河坝1井中三叠世海平面变化与可容空间变化曲线对比图Fig.2 Correlation of the Middle Triassic sea level change and accommodation space change cures

将中三叠世海平面升降曲线和可容空间分析曲线进行对比可见(图2)，在各个米级旋回特征中，虽然内部海平面小幅度的升降起伏存在着一定的差异，但是海平面变化与可容空间的变化大致对应。从海平面变化曲线上可见，当在米级旋回内短期海平面小幅度上升，可容空间相应增加。从海平面变化曲线上可见，在底部第45～48旋回为下三叠统，属干旱蒸发潮坪相带；从第44旋回海平面加速上升，进入从蒸发潮坪到蒸发台地-局限台地交替环境。与之同时，在可容空间曲线上，曲线值陡然上升；随着海平面的升高，可容空间在第25～32旋回达到最大值。

3 Ⅲ级层序沉积相纵向特征

通过多个剖面沉积相划分及对比(图3)，可见在中三叠世研究区大部分区域处于台地相区。在SQ1期，全区主要发育潟湖-潮坪相，局部地区发育膏质潟湖、蒸发潮坪相。SQ2-TST，仍见潮坪相发育，但全区以潟湖相范围扩大，海平面上升导致部分地区局限特征消失，可见开阔潮下发育；同时可见台缘地区广泛发育藻屑滩相。SQ2-HST，由于剥蚀而未见。

4 Ⅲ级层序沉积相演化

以上研究结果表明，川北地区中三叠统沉积特征明显受到海平面变化的控制，且印支早幕构造运动对沉积相分布的影响也很明显。此次绘制川北地区中三叠世构造-层序岩相古地理图[11]，旨在解决分析海平面-构造作用下沉积相的演化特征。

4.1 SQ1-TST沉积特征分析

东部与巴彦喀拉海盆相连水域的海水快速进入，使TST早期水位升高，台缘斜坡沉积物中泥质含量增高，在工农镇剖面可见泥质条带状灰岩；海水的注入使西部邻海地区快速从早三叠世晚期的蒸发环境迅速缓解，主要沉积为云岩、云质灰岩、灰岩，与下部沉积的厚层膏岩明显区别；中部、东部仍沉积以蒸发台地特征为主，在元坝、普光等地为蒸发潮坪相，以膏岩层偶夹薄层云岩为特征，毛坝等地的TST早期为蒸发潟湖相，沉积近100 m厚层膏岩，含部分泥质灰岩(图4)。

图4 川北地区中三叠世SQ1-TST期构造-层序岩相古地理图Fig.4 Tectonic-sequence lithofacies-paleogeographic map in the SQ1-TST period of Middle Triassic series of North Sichuan

水位上升最大位置，由于海水的大量注入，东部开始大量发育局限潟湖相，泥质含量高，以泥晶灰岩、微晶灰岩夹白云岩及少量薄层膏岩为特征。东部建深1井、龙8井等也发育潟湖相。

4.2 SQ1-HST早期沉积特征分析

西部台地边缘滩相发育，可见藻屑滩、砂屑云岩滩等，均以点状分布，其间为滩间沉积，以致密胶结、泥质充填为特征；随着水位的升高，海水经巴颜喀拉海盆注入川西凹陷，经北部西秦岭海槽注入龙女寺凹陷，局限潟湖发育，主要为泥质灰岩、灰云岩。其间被川北中部发育的广泛潮坪相隔，发育大量藻席、小规模藻屑滩为特征。东部受开江-泸州隆起带所限，在川北东部出现混积滨海相带，表现为紫红色砂、泥岩和碳酸盐岩-云岩、云灰岩互层，偶夹石膏薄层(图5)。

图5 川北地区中三叠世SQ1-HST早期构造-层序岩相古地理图Fig.5 Tectonic-sequence lithofacies-paleogeographic map in the early period of SQ1-HST of Middle Triassic series of North Sichuan

4.3 HST晚期沉积特征分析

随着干旱气候的蒸发作用以及沉积物不断向海方向进积，海平面相对下降，全区再次进入短暂的蒸发环境，西部台地边缘沉积以白云岩、灰岩夹部分膏岩为特征，台地边缘滩相对不发育。川北中部地区沉积相带格局变化不大，仍以潮坪-潟湖相为特征。随着西秦岭海槽海水向北退去，龙女寺凹陷由局限环境向蒸发环境转换，白云岩、云灰岩明显增多，在HST顶部可见薄层膏岩，在全区可以对比。在东部奉节-巫县等地均完全发育碎屑岩，为紫红色砂泥质(图6)。

4.4 SQ2-LST沉积特征分析

中三叠统的LST沉积特征并不多见，是由于台地边缘斜坡沉积厚度小、呈分散状，并且受到印支、喜马拉雅构造运动多期次改造，不易保存。在工农镇剖面较为典型。在下部层序低水位时期，广元-什邡-都江堰以西为台地边缘斜坡，主要发育斜坡扇沉积，以点状零星分布；在以东的广大台地相区延续早三叠世晚期的蒸发特征，且部分地区呈暴露剥蚀(该区范围太小，未编图)。

4.5 SQ2-TST沉积特征分析

经历短暂的蒸发环境，中三叠统的SQ2层序时期出现大规模的海侵，海水仍由西部巴颜喀拉海盆向台地内注入，台缘带向台内退却，在汉旺(碥1井)、青林1井一线发育藻屑滩相；北部西秦岭海槽海水注入范围扩大，同时导致在河坝、毛坝地区广泛发育潟湖，苍溪元坝、达州等地区受古隆影响仍发育潮坪相，但已未见膏质特征，以白云质灰岩、灰质白云岩为主(图7)。

图6 川北地区中三叠世SQ1-HST晚期构造-层序岩相古地理图Fig.6 Tectonic-sequence lithofacies-paleogeographic map in the late period of SQ1-HST of Middle Triassic series of North Sichuann

图7 川北地区中三叠世SQ2-TST 早期构造-层序岩相古地理图Fig.7 Tectonic-sequence lithofacies-paleogeographic map in the early period of SQ2-TST of Middle Triassic series of North Sichuan

海侵晚期，此时印支构造作用早幕已开始，川北中部逐渐向上抬升，开江隆起周边区域缺少沉积，部分低凹地区如西部台地边缘仍有沉积，为灰岩、云质灰岩。至此，中三叠统开始被剥蚀，海相演化结束，上覆上三叠统陆相沉积(图8)。

图8 川北地区中三叠统SQ2-TST 晚期构造-层序岩相古地理图Fig.8 Tectonic-sequence lithofacies-paleogeographic map in the late period of SQ2-TST of Middle Triassic series of North Sichuan

5 结 论

a.中三叠统在川北、川南间具有可对比性，但两者层序界面、体系域特征及岩性组合上具有一定的差异性。川北中二叠统顶部不整合特征更趋多样化，且底部界面的铝土质黏土岩特征较川南而言更为模糊。下部Ⅲ级层序与上部Ⅲ级层序在川北东部地区岩性分界明显，川北东部以粉砂岩、泥云岩向泥灰岩、泥云岩转变，川北中部、西部均出现膏质消失，泥质增加的特征。

b.川北中三叠统的米级旋回均处在0.2～0.05 Ma之间，单次旋回平均时限约0.0729 Ma。河坝1井发育的48个米级旋回，可见1.5个可容空间旋回，且可容空间升降旋回与中三叠统的Ⅲ级层序划分之间具有良好的对应关系。

c.在川北地区中三叠统构造-层序岩相古地理图上，可见在台地相区SQ1期以局限、蒸发环境为特征，广泛发育以膏质、白云质为特征的潮坪、潟湖相带,海平面进一步下降，在广元工农镇发现斜坡角砾为特征的低水位楔。

d.随着西北部巴彦喀拉海的海水侵入，SQ2-TST期局限特征降低，台缘相带及靠台地内部广泛发育藻屑滩、富藻席潮坪，台内膏质特征消失，濒秦岭海槽处出现富泥质灰质潟湖，随进一步海侵而形成开阔潮下。

e.而SQ2-HST期，受印支运动早幕影响，全区抬升被剥蚀至SQ2-TST,上覆上三叠统海陆过渡相、陆相地层，至此全盆地海相演化结束。

[参考文献]

[1] 郭正吾,邓康龄.四川盆地形成与演化[M].成都:四川科学技术出版社,1996.

Guo Z W, Deng K L. The Forming and Evolution of Sichuan Basin [M]. Chengdu: Sichuan Science and Technology Press, 1996. (In Chinese)

[2] 童崇光.四川盆地构造演化与油气聚集[M].北京：地质出版社,1992.

Tong C G. Tectonic Evolution and Hydrocarbon Accumulation [M]. Beijing: Geological Publishing House, 1992. (In Chinese)

[3] 吴崇筠.中国含油气盆地沉积学[M].北京：石油工业出版社,1993.

Wu C Y. Sedimentology of Petroliferous Basins in China [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1993. (In Chinese)

[4] 赵勇,王全伟,李树袁,等.四川区域地质调查报告[R].成都：四川地质矿产局,1999.

Zhao Y, Wang Q W, Li S Y,etal. Sichuan Regional Geological Survey [R]. Chengdu: Sichuan Bureau of Geology and Mineral Resources, 1999. (In Chinese)

[5] 冯增昭,鲍志东,李尚武.中国南方早中三叠世岩相古地理[M].北京：石油工业出版社,1997.

Feng Z Z, Bao Z D, Li S W. Early and Late Triassic Lithofacies Paleogeography in South of China[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1997. (In Chinese)

[6] 赵玉光,许效松,刘宝珺.上扬子台地西缘峨嵋地区三叠纪高频层序与海平面振荡研究[J].岩相古地理,1996,16(1):14-15.

Zhao Y G, Xu X S, Liu B J. High-frequency sequence sand sea-level oscillations in the Emei area on the western margin of the upper Yangtze platform[J]. Sedimentary Facies and Palaeogeography, 1996, 16(1): 14-15. (In Chinese)

[7] 梅冥相,杜本明,周洪瑞.天津蓟县中元古界雾迷山组复合海平面变化旋回层序的初步研究[J].岩相古地理,1999,19(5):12-22.

Mei M X, Du B M, Zhou H R. A preliminary study of the cyclic sequences of composite sea-level changes in the Mesoproterozoic Wumishan Formation in Jixian, Tianjin[J]. Sedimentary Facies and Palaeogeography, 1999, 19(5): 12-22. (In Chinese)

[8] Vail P R. Seismic stratigraphy interpretation using sequence stratigrapy: Part 1: Seismic stratigraphy interpretation proce-dure[C]// Atlas of Seismic Stratigraphy. AAPG Study in Geology, 1987, 27: 1-10.

[9] 王鸿祯,吴瑞棠,张守信.现代地层学[M].武汉：中国地质大学出版社,1989:42-105.

Wang H Z, Wu R T, Zhang S X. Stratigraphy Sequence[M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 1989: 42-105. (In Chinese)

[10] 梅冥相,徐德斌,周洪瑞.米级旋回层序的成因类型及其相序组构特征[J].沉积学报,2000,18(1):43-49.

Mei M X, Xu D B, Zhou H R.Genetic types of meter-scale cyclic sequences and their fabric features of facies-succession[J]. Acta Sedimentologica Sinic, 2000, 18(1): 43-49. (In Chinese)

[11] 陈洪德,侯明才,林良彪,等.不同尺度构造-层序岩相古地理研究思路与实践[J].沉积学报,2010,28(5):894-904.

Chen H D, Hou M C, Lin L B. Research idea and practice of tectonic-sequence lithofacies paleogeography in diverse scales[J]. Acta Sedimentologica Sinic, 2010, 28(5): 894-904. (In Chinese)

[12] 田景春,陈洪德,覃建雄,等.层序-岩相古地理图及其编制[J].地球科学与环境学报,2004,26(3):6-12.

Tian J C, Chen H D, Qin J X. Case study of sequence-based lithofacies-paleogeography research and mapping of south China[J]. Journal of Earth Sciences and Environmen, 2004, 26(3): 6-12. (In Chinese)

[13] Fischer A G, Bottjer D J. Orbital forcing and sedimentary sequence[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1996, 61(7): 1063-1069.