四川盆地及周缘志留系层序地层与沉积相特征

谢刚平 王海军 孟宪武 宋晓波

（中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川 成都 610000）

四川盆地及周缘志留系层序地层与沉积相特征

谢刚平 王海军 孟宪武 宋晓波

（中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川 成都 610000）

通过对四川盆地及周缘钻测井资料、野外剖面等观察分析，把志留系划分为两个三级层序，奥陶系五峰组－志留系龙马溪组－石牛栏组组成下部三级层序、志留系韩家店组组成上部三级层序；明确了陆棚沉积体系是志留系主要沉积模式，局部发育台地及三角洲沉积，其中志龙马溪组以深水陆棚沉积为主，发育富有机质笔石页岩、石牛栏组主要为浅水碎屑陆棚、韩家店组主要发育深－浅水陆棚，岩性为紫红色泥页岩，局部为条带状砂岩。

层序地层；沉积相；志留系；四川盆地

1 引言

近年来，随着全球特别是中国经济高速发展对清洁能源的需求，页岩气勘探开发越来越受到关注和重视，成为天然气发展的一个重要领域。继中石化在礁石坝地区，中石油在威远、长宁地区取得突破后，四川盆地及周缘寒武系、志留系地层的展布备受广大油气地质工作者的关注。本文基于四川盆地及周缘钻井、测井及野外地质剖面观测，从地层、沉积入手，分析了志留系层序地层与沉积相特征，从基础地质的角度来探讨研究区内志留系优质页岩的分布规律，指导页岩气的勘探开发。

2 地层分布特征

四川盆地演化阶段共经历了晋宁运动之前基底的形成、震旦系-志留系克拉通坳陷盆地阶段、泥盆系-三叠系克拉通内裂陷盆地阶段、以及中生界陆内盆地或前陆盆地阶段、喜马拉雅期构造定型阶段。钻井剖面揭示，沉积盖层震旦系-志留系在盆地发育齐全，厚约 2000～5000m，均为海相沉积，泥盆系和石炭系在四川盆地大范围缺失，仅残存少量于川东－川东北地区。晚奥陶纪末期至志留纪主要沉积了一套浅海陆棚碎屑沉积，仅在川北或川东南局部发育台地相-缓坡相的碳酸盐岩沉积［1～3］。

志留系出露于盆地周缘山区，盆地内在华蓥山有出露，研究区内仅厚中统及下统，缺失上统。下统由龙马溪组、石牛栏组（或罗惹坪组、小河坝组）组成，其中，石牛栏组与罗惹坪组及小河坝组为同时异相关系；中统称韩家店组。志留系与下伏奥陶系整合接触，与上覆地层平行不整合接触。区内志留系厚0～1200m，向川中古隆起区逐渐尖灭至全部缺失。

3 层序地层划分

通过剖面实测、观测、地震解释及钻测井资料的应用，对四川盆地重点区块志留系层序界面类型、层序划分标志等进行了识别，对层序进行了划分，建立了层序地层格架。

3.1 层序划分标志

在开展层序地层研究时，可以根据层序界面将不同层序分隔开，也可以根据一些典型的界面（如初始海泛面、凝缩层）将体系域分割开。但是，在进行层序划分时，只是依靠上述层序及体系域之间的界面是不够的，还要依靠其它标志。概括起来包括沉积学标志、古生物学标志、地球物理标志、地球化学标志及成岩作用标志。

3.2 层序地层格架

通过对层序界面识别及区域对比，志留系可以划分为上、下2个三级层序（图1、图2）。下部三级层序由奥陶系五峰组－志留系龙马溪组－牛栏组组成，上部上级层序主要由志留系韩家店组。

（1）下部三级层序（SQ1）

由上奥陶统临湘组（或涧草沟组）、五峰组及下志留统龙马溪组、石牛栏组或小河坝组、罗惹坪组构成，相当于上奥陶统上部和下志留统地层。层序底界面为一岩性岩相转换面，界面之下为宝塔组开阔台地相龟裂纹灰岩，界面之上为临湘组（或涧草沟组）台缘斜坡相灰色厚层夹中层瘤状或网格状灰岩，属II型层序界面，由海侵体系域，凝缩层及高位体系域组成。

①海侵体系域

由临湘组（涧草沟组）构成，为台地边缘斜坡沉积。南江桥亭下部为灰色瘤状或网格状泥质灰岩，顶部为灰黄色页岩夹透镜状泥灰岩，石柱及黔江为灰-深灰色瘤状泥质灰岩夹灰黑色及深灰色页岩，巫溪一带下部为浅灰色瘤状或眼球状灰岩，顶部为深灰色页岩夹灰岩透镜体，南川及习水一带为黄灰-灰色瘤状（绞链状）灰岩、泥质条带含生屑灰岩产三叶虫及腕足化石。

图1 四川盆地南江－利川奥陶系临湘组-志留系韩家店组层序地层格架图

图2 四川盆地川东南-巫溪奥陶系湄潭组-志留系韩家店组层序地层格架图

②凝缩层

由五峰组及龙马溪组下部构成。全区稳定，均属一套闭流盆地（或深水陆棚）沉积。南江附近为黑色炭质页岩夹薄层硅质岩，硅质页岩、产丰富笔石，石柱及黔江为黑色含炭质粉砂质页岩、黑色硅质岩薄层及含炭质白云岩，含丰富的腕足及笔石化石。NE-SW方向，巫溪附近为黑色硅质岩与硅质页岩及炭质页岩互层。石柱及南川地区为黑色含炭质粉砂质页岩、炭质页岩夹黑色含炭白云岩，丁山1井-习水为黑色炭质页岩、含粉砂炭质泥（页）岩夹黑色泥灰岩，含丰富的笔石及薄壳腕足。

③高位体系域

由龙马溪组上部及石牛栏（小河坝或罗惹坪）组构成，纵向上呈现明显向上变浅的沉积序列。早期高位体系域：南江、石柱-黔江、巫溪及习水为一套浅水陆棚沉积，南江附近下部有少许灰黑色含炭质页岩，上部为深灰-灰色泥（页）岩、含粉砂泥岩夹薄层粉砂岩，石柱及黔江为灰-灰绿色页岩、粉砂质页岩夹薄层石英粉砂岩，产丰富的笔石化石，巫溪-南川为黄灰及黄绿灰色页岩、粉砂页岩及薄层粉砂岩，丁山 1井-习水为深灰-灰黑色泥（页）岩、灰质泥（页）岩及灰质泥（页）岩夹泥质粉砂岩条带及泥灰岩透镜体。

晚期高位体系域：沉积物在横向上变化较大，南江附近为陆棚边缘砂滩沉积，岩性为灰-黄绿灰色粉细粒石英砂岩、泥质石英粉砂岩夹粉砂质泥岩，河坝1井-忠县为陆棚沉积，岩性为黄绿、灰绿色泥（页）岩、粉砂质泥（页）岩夹粉砂岩及细砂岩，产腕足、笔石及三叶虫化石，龙驹附近为陆棚边缘斜坡及陆棚边缘砂滩，沉积物分别为黄绿灰色粉砂岩及粉砂质页岩和黄灰色粉砂岩夹砂岩及泥（页）岩，黔江一带为滨岸沉积，岩性以灰绿色粉砂岩为主夹泥（页）岩。沿NE-SW方向，巫溪-南川一带由陆棚、陆棚边缘斜坡及陆棚边缘砂滩组成。丁山 1井及其相邻区为台地边缘斜坡沉积，岩性为灰-深灰色瘤状灰岩及泥质条带灰岩。习水吼滩下部为浅水陆棚，岩性为灰-深灰色薄层泥灰岩夹页岩，上部为斜坡-礁滩相沉积，斜坡岩性为灰色砾屑灰岩及瘤状灰岩，浅滩岩性为生屑灰岩、砂屑灰岩及珊瑚礁灰岩。

本层序地层格架中，凝缩层以炭质页岩为主，有机质含量高，是区内较好的烃源层。储集层主要为台地边缘礁滩相砂屑灰岩、生屑灰岩及礁灰岩，储集性一般。

（2）上部三级层序（SQ2）

由中志留统韩家店组构成，受升降侵蚀影响，顶部遭受不同程度的剥蚀。层序底界面为一岩性岩相转换面，即II类层序界面。由海侵体系域及高位体系域组成。

①海侵体系域

由一套深水陆棚沉积物组成。南江-石柱-黔江及巫溪-丁山1井为灰-深灰色泥（页）岩、灰绿色粉砂泥岩夹薄层泥质粉砂岩。习水吼滩一带为浅水陆棚-斜坡沉积，岩性为黄灰、绿灰色泥（页）岩夹灰、灰红色生屑灰岩及生物灰岩透镜体。产丰富的珊瑚及腕足化石。巫溪一带砂岩增多，为砂岩与页岩互层夹粉砂岩。

②高位体系域

主要以浅水陆棚相沉积为主，南江-宣汉胡家镇及宣汉-石柱-黔江为灰、黄绿灰色泥（页）岩、粉砂泥岩夹浅灰-灰色薄层状泥质粉砂岩、粉砂岩及生屑灰岩薄层或透镜体。产丰富的腕足、腹足、珊瑚及三叶虫化石。NE-SW方向，巫溪-云阳一带受加里东运动影响，高位体系域部分被剥蚀。云阳南西-石柱为浅水陆棚沉积，岩性为黄灰、绿灰色泥（页）岩夹石英砂岩及粉砂岩。石柱-南川早期高位为滨岸泻湖-潮坪，岩性为灰绿、紫红色页岩及砂质页岩夹生屑灰岩透镜体。晚期为黄灰色、灰绿色页岩、粉砂质页岩及黄灰色薄层泥质粉砂岩夹条带及透镜状生屑灰岩，产腕足及三叶虫化石，具浅水陆棚沉积特征。

该层序地层格架主要由一套泥（页）岩组成，砂岩、粉砂岩及生屑灰岩多呈条带、透镜体及薄层的形式夹于其间。岩石致密，可作盖层。

4 沉积体系划分及特征

4.1 沉积体系划分

沉积体系是指在沉积环境和沉积作用方面具有成因联系的三维岩相组合体(Fisher,1976)，两个以上反映相关沉积过程的沉积体系构成一个沉积体系组(Richard等，1983)。或者说同时期的沉积体系彼此相连构成了一个沉积体系组，如冲积扇体系、河流体系、三角洲体系、陆架体系，就构成了一个完整的由大陆环境、过渡环境到浅海环境的沉积体系组，基本单元是相和相组。沉积体系（组）作为在纵向上的变化即在一个为不整合面所限定的地层系统中，构成一个完整的沉积盆地充填块体，因而是盆地形成、充填、演化的历史产物，它反映了盆地的构造背景及性质的演化。根据岩石组合、沉积组构、剖面序列、生物组合、沉积机理等，四川盆地及周缘志留系以陆棚沉积体系为主。在陆棚靠物源方向，受地形条件、沉积物供给影响，还发育台地及三角洲沉积体系(表1)。

表1 四川盆地及周缘志留系沉积体系划分表

4.2 沉积体系特征

（1）三角洲沉积体系

三角洲沉积体系主要发育三角洲平原、前缘、前三角洲沉积亚相，岩性主要为砂泥岩，发育水平层理、交错层理等，主要发育石牛栏组沉积期，分布于南川－石柱地区一带，物源来自于东边的雪峰隆起。

（2）台地相沉积体系

台地相沉积体系主要发育盆地东南部，由开阔台地、台地边缘、台地斜坡组组成，岩性主要为深灰色生物灰岩、礁灰岩等，目前多口井已钻遇此套生物碓滩，证实台地边缘的存在。

（3）陆棚沉积体系

志留系沉积期，水体相对较深，地形坡度整体较缓，虽然发育大隆大凹的构造格局，但其构造转换之间并不存在明确的坡折变化，陆棚沉积体系是志留系主要的沉积模式，龙马溪组主要发育浅水陆棚、深水陆相，主要发育黑色笔石页岩、粉砂岩等，是区域重要的烃源岩层系之一。石牛栏组、韩家店组基本继承了龙马溪组沉积模式，只是水体变浅，局部发育混积陆棚、砂质陆棚等。

4.3 岩相古地理演化

早志留世龙马溪期：四川盆地基本上继承了中、晚奥陶世的轮廓，总体上为局限的宽缓陆棚环境（图3），海域的范围有所扩大，但隆起与下拗趋于明显［4］。在晚奥陶世曾一度被海水淹没的汉南古陆城固、西乡一带，升出海面，表现为滨海平原的性质，为主要物源区，宁强一带继续下拗，并且具有继续加深的可能，广元西北部龙门山古陆与川中古隆起连为一体，在隆起前缘主要为一套灰绿色-灰色砂质页岩、粉砂质页岩沉积，厚度较小；在南郑南部光雾山-广元一带在奥陶纪隆起的雏形上发展为鹰嘴岩水下隆起，南郑西河口龙马溪沉积厚4.79m，在镇巴-万源地区大巴山古陆为一水下隆起，成北西-南东向展布；南部广大地区为浅海陆棚沉积，沉降中心位于川中-城口间；早期海盆处于半封闭的滞流平静环境，处于还原介质条件下，沉积物龙马溪下部富含有机质的黑色泥页岩和黄铁矿，为四川盆地主力烃源岩之一。以后由于海进扩大，介质条件发生变化，发生沉积充填作用，环境逐渐变浅，沉积泥页岩和粉砂岩为主。

图3 四川盆地龙马溪组沉积相展布图

中志留世韩家店期：海进曾进一步扩大，晚期才开始海退，经后期剥蚀，沉积层的原始厚度无法恢复，西缘龙门山古陆可能仍然存在，北部汉南古陆可能在中志留世早期海侵时曾一度被海水淹没。志留纪末期，研究区隆升成陆，遭受侵蚀，北部和东部几乎缺失整个中志留统，使上覆地层直接平行不整合覆于下志留统之上。早志留世石牛栏期（小河坝组沉积期）：环境逐渐变浅，局部隆起和坳陷，在水下隆起地段，发育生物碎屑灰岩（风暴岩层），局部形成生物丘，生物礁为缓坡边缘的圆丘状点礁［5～6］，规模小，在缓坡边缘成群出现，相互间孤立产出。川北地区生物礁相对致密，储集能力差。而坳陷西段则为泥岩、粉砂岩沉积，在斜坡地带则以沉积瘤状灰岩为主，发育有滑塌构造。川东南地区环境逐渐变浅，由深水陆棚向浅水陆棚、斜坡及台地边缘生物礁演化，至石牛栏组时演变为斜坡及生物礁［7］。石牛栏组为缓坡陆棚模式，斜坡以沉积瘤状灰岩为主，生物礁为缓坡边缘的圆丘状点礁，规模小，在缓坡边缘成群出现，相互间孤立产出。生物礁具有一定储集能力，贵州习水良村礁灰岩中发育丰富的沥青（图4）。

图4 四川盆地石牛栏组组沉积相展布图

5 结论

（1）四川盆地及周缘志留系整体可以划分为两个三级层系，奥陶系五峰组－志留系龙马溪组－牛栏组组成下部三级层序，志留系韩家店组成上部三级层序，层序边界主要以Ⅱ型边界为主。

（2）陆棚沉积体系是志留系主要沉积模式，局部发育台地沉积及三角洲沉积。

（3）志留系龙马溪组主要为深水陆棚沉积，发育富有机质碳质页岩，是盆地主要烃源岩之一，也是页岩气勘探最有利层体系；石牛栏组主要为浅水陆棚砂、泥岩沉积，川东南及川东地区发育台地生物礁滩及三角洲砂岩，是储层主要发育段；韩家店组为深水－浅水陆棚沉积，以泥岩页岩为主，局部发育条带状砂岩，是区域重要盖层。

[1] 王宓君.中国石油地质志,卷十[M].北京:石油工业出版社,1987.

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The sequence stratigraphy and sedimentary facies characteristics of Silurian in Sichuan basin and the periphery

Based on the detailed analysis of well drilling , logging, and outcrop data, divide the Silurian into two third sequence, Ordovician Wufeng- Silurian Longmaxi - Shiniulan formation composed the lower third sequence, Silurian Hanjiadian formation formed the upper third sequence. Indicated that the shelf faces deposit system was the main sedimentary model in Silurian, platform and delta deposit developed in local areas. The Longmaxi formation sedimentary environment mainly is deep shelf, the lithology characterized by graptolite shale, which with rich organic matter, the Shiniulan formation mainly shallow detrital shelf deposited, Hanjiadian formation developed deep-shallow shelf sedimentary, the lithology was purplish red mud-shale, band sandstone developed in local areas.

Sequence stratigraphy; sedimentary fancies;silurian; Sichaun basin

TE1

A

1008-1151(2015)02-0055-04

2015-01-11

国家重大专项（编号：2011ZX-05002-004）；中石化科技开发部 2011～2012年度项目《四川盆地及周缘下组合成藏条件与区带评价》联合资助。

谢刚平（1962－），男，广西崇左人，中国石化西南油气分公司勘探开发研究院高级工程师，博士，从事油气地质勘探综合研究。