重庆綦江藻渡中二叠统沉积微相

2019-05-31胡凯迪陈洪德徐胜林董翼昕

成都理工大学学报（自然科学版） 2019年3期

胡凯迪, 陈洪德, 徐胜林, 董翼昕, 冯轲

(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)

沉积微相研究的目的是分析“微”环境，其研究的主要内容是那些能够反映沉积环境信息的岩石微观特征[1-4]。微相分析的成果能够给沉积环境研究和岩相古地理特征的分析提供参考依据。近年来，随着对碳酸盐岩中油气的开发，碳酸盐岩微相的研究越来越被重视，获得了比较好的发展。程成[5]在安徽宿松坐山地区对中二叠统栖霞组沉积微相开展精细研究，识别出9个微相类型及4次海平面变化；罗兰[6]在川西北地区对中二叠统栖霞组和茅口组进行分析，识别出3个类型的微相；李飞[7]在鄂西地区对栖霞组沉积微相做精细研究，识别出7种微相。然而，对四川盆地东南部綦江藻渡地区的中二叠统沉积微相研究较少，并对沉积环境演化认识不清。笔者在研究重庆綦江藻渡剖面中二叠统时，在对栖霞组和茅口组岩石类型进行识别的基础上，划分出4种亚相及7种微相类型，并且分析其构造沉积格局、沉积环境特征及演化，为进一步的研究工作提供理论基础。

1 区域地质背景

四川盆地位于中国地势第二级阶梯上，在青藏高原东侧、扬子板块的西部边缘。四川盆地的地表构造形迹受到盆地周边多方向、多期次构造活动影响，表现出多期次、多组合的构造复合格局[8]。四川盆地具有一个双层结构的基底，这个基底在震旦纪之前就已形成。四川盆地区域沉积盖层经历了三大演化阶段，第一阶段为震旦纪-晚三叠世伸展作用形成的被动大陆边缘，第二阶段为晚三叠世诺利期-晚白垩世挤压活动下出现的复合前陆盆地，第三阶段为晚白垩世以后挤压作用下形成的构造盆地[9]。

重庆市綦江藻渡剖面位于扬子板块的中部(图1)。据前人的研究表明，藻渡地区中二叠统栖霞组和茅口组的沉积物是由黔桂上升运动带来的，是一套稳定的以碳酸盐为主的沉积物[10-21]。藻渡剖面中二叠统出露完整，目标地层发育良好，厚度较为适中，生物种类丰富，能够代表渝东地区中二叠统的地层特征。先经过野外实地考察和取样，再对样品进行室内分析，研究栖霞组和茅口组的微相类型及特征、沉积模式及演化过程。

2 地层特征

受古构造及沉积环境的影响，研究区内二叠系沿东西方向的岩性、岩相变化较为显著；含有丰富的多门类化石组合，其中以类、腕足类、珊瑚、牙形石及植物的研究程度较高。

研究区的栖霞组底部与下伏梁山组呈假整合接触，与上覆茅口组呈整合接触。栖霞组在盆地内发育，具有较好的可对比性。根据岩性组合特征，将栖霞组分为2段：第一段厚度为108.6 m，整体上表现为以碳酸盐沉积为特征，该剖面主要为灰-黑灰色生屑灰岩、砂屑灰岩、泥晶灰岩，底部可见硅质结核；第二段厚度为29 m，主要为灰色颗粒灰岩组成。

茅口组沉积于栖霞组之上，其上覆地层被植被覆盖。根据野外剖面综合分析，可以划分为4段。第一段厚度为58 m，岩性为灰黑色中-薄层状泥灰岩，“眼球眼皮”结构发育，“眼皮”中有机质含量较高，呈灰黑色；生物类型较为丰富，有腕足、有孔虫和藻类等。第二段厚度为69 m，灰色厚层状含生物碎屑灰岩、生物碎屑灰岩，生物比较丰富，有腕足、介形虫和棘皮等；与第一段相比，第二段的单层厚度变厚，野外露头显示生物含量呈增多趋势。第三段厚度为20.8 m，灰色厚层状泥晶生物碎屑灰岩；相对第二段，该段岩性较为单一，生物类型不丰富，以腕足最为常见。第四段厚度为56.4 m，灰色中层状亮晶生物碎屑灰岩，该段的单层厚度进一步变薄，生物含量减少。

图1 重庆市綦江藻渡地区位置图Fig.1 Tectonic background of the study area and location of the Zaodu section

藻渡剖面的茅口组和栖霞组总厚度为347 m，共分60层(图2)。

3 碳酸盐岩颗粒类型

碳酸盐岩颗粒类型对于微相的划分和环境的分析具有重要的意义和作用[22]。根据样品的室内薄片鉴定，藻渡地区的颗粒类型主要为生物碎屑，还有少量的砂屑(图3)。

通过镜下观察，藻渡剖面茅口组和栖霞组中的生物类型比较丰富，发育有珊瑚、有孔虫、双壳、藻类和腕足等，这些都是较为正常海相底栖生物。有孔虫在该地区分布比较广泛，大部分层位都有出现但含量不均。通过对剖面的观察，发现这些生物的含量由栖霞组底部向顶部逐渐降低，而在茅口组又增多。

4 碳酸盐岩微相类型

经过野外实地观察研究和对薄片数据的分析，根据Dumham提出的碳酸盐岩沉积结构分类方案，依据岩石中颗粒类型、基质类型、颗粒/基质的体积比、基质中泥晶的体积分数、生物化石特征等主要微相划分标志[7]，对藻渡剖面栖霞组和茅口组进行分析，划分出7种微相(图4)。

a.生物碎屑颗粒灰岩(MF-1，图4-A)。这类沉积微相颗粒类型主要为生物碎屑，其面积分数达到65%以上；生物类型主要有有孔虫、珊瑚、腕足和，化石碎片保存较好，这些生物的分布不均匀且杂乱无章；颗粒间充填亮晶方解石胶结物，还可见早期的生物碎屑颗粒被后期的亮晶方解石充填。岩石中以亮晶胶结为主，表明此类岩石形成于高能量的水动力环境中。

b.生物碎屑泥粒灰岩(MF-2，图4-B)。该微相发育大量的生物及其碎片，其中一些生物被方解石充填，主要为腹足、藻类和腕足类碎片，基质仍为泥晶。由于含有大量的泥晶，并且这些生物比较完整，因此其指示浪基面以上的中-低能量环境。

c.泥灰岩(MF-3，图4-C)。该微相中发现藻类和双壳等生物但含量较少，野外剖面见“眼皮眼球”结构。这些生物被泥晶方解石充填，多为半自形状，填隙物为泥晶方解石。此环境应该为浪基面以下的低能地带。

d.含生物碎屑泥粒灰岩(MF-4，图4-D)。主要特点是生物含量较少，偶见少量生物碎屑，部分生物体腔被亮晶方解石充填，其中小的碎屑保存完好。该沉积微相也代表了低能环境的产物，且生物较少。

e.有孔虫泥粒灰岩(MF-5，图4-E、F)。该微相生物含量较多，其中以有孔虫为主，含钙藻类、介形虫、腹足及腕足，其中有孔虫泥晶化的现象比较明显。这些生物保存都较为完好，颗粒之间的空隙被泥晶方解石充填，其中一大部分的泥晶方解石以细晶的形式重结晶。此微相指示的是中-高能环境。

f.中-细晶白云岩(MF-6，图4-G)。该相位于栖霞组第二段，白云石颗粒大小不一，可见方解石颗粒、生物残余，应为次生白云岩，结合研究区该层位的岩石学、古生物和沉积构造特征判断，没有局限台地白云岩的特征，指示环境为台内滩。

g.生物碎屑粒泥灰岩(MF-7，图4-H、I)。该岩层以泥微晶方解石沉积而成，生物含量和其他颗粒较少，亮晶含量也较少，应该处于水体较浅、能量较低的环境。

5 沉积相特征

通过对上述微相的研究，结合野外的地质特征和前人的研究成果，根据Wilson碳酸盐台地相模式中9个标准相带的微相类型，将藻渡剖面栖霞组和茅口组沉积相划分为碳酸盐台地相带，并且可以进一步划分为开阔台地相、台地边缘相和陆棚相(图2)。

a.开阔台地相：指水体较为通畅、循环较好的沉积区域，在典型剖面上主要表现为生物碎屑颗粒灰岩、生物碎屑泥粒灰岩、生物碎屑粒泥灰岩、含生物碎屑泥灰岩和有孔虫泥粒灰岩。根据镜下分析和野外观察，藻渡剖面该沉积相带的岩性主要为生物碎屑粒泥灰岩，以发育生物碎屑台内滩和滩间低能沉积为主要特征，在剖面上的厚度为230 m。

图2 藻渡剖面栖霞组和茅口组沉积相综合柱状图Fig.2 Comprehensive column showing sedimentary facies of Qixia Formation and Maokou Formation at Zaodu section

图3 藻渡剖面栖霞组和茅口组碳酸盐岩颗粒类型及特征Fig.3 Grain types and characteristics of carbonate rocks of the Qixia Formation and Maokou Formation at Zaodu section(A)泥晶生屑灰岩，生物碎屑可见有孔虫,(-); (B)泥晶生屑灰岩，生物碎屑为藻类,(-); (C)含生物碎屑泥晶灰岩，生物碎屑为介形虫,(-); (D)含生屑泥晶灰岩，生物碎屑为有孔虫,(-); (E)泥晶生屑灰岩，生物碎屑为介形虫,(-); (F)泥晶生屑灰岩，生物碎屑为有孔虫,(-); (G)泥晶生屑灰岩，生物碎屑为腹足,(-); (H)泥晶生屑灰岩，生物碎屑为海百合,(-); (I)砂屑颗粒,(-)

b.台内滩亚相：由于海水循环良好，海水中适合生物的物质更加丰富，使一些地区生物大量发育，生物死亡后在高能动荡的水体下沉积，最后形成滩体。研究区生物种类较丰富，主要类型有介形虫、有孔虫、腹足和藻类等。亮晶生屑灰岩为该地区最主要的沉积，在镜下各种生物的表现如图2，岩石的颗粒成分为方解石，胶结物为亮晶胶结物和泥晶胶结物。在研究区发现白云岩沉积，其中可见生物残余，泥质含量较少，还因其不具有局限台地中白云岩的蒸发性特征，应为台内滩沉积，该亚相主要发育MF-1、MF-4、MF-5和MF-6等微相类型。

b.滩间海亚相：是台地中水比较深的地区，沉积时水动力相对较弱。岩石的颜色较深，其中以发育低能的生物碎屑泥粒灰岩和生物碎屑泥粒灰岩为主，发育MF-2和MF-7为特征。

c.台地边缘：处于开阔台地和陆棚之间，水动力条件强，生物较为丰富，大部分为底栖生物，如双壳和腕足等，反映高能沉积环境特征。在研究区可见台缘滩沉积，主要发育生物碎屑颗粒灰岩和有孔虫泥粒灰岩，颗粒的磨圆度和分选性较好，以MF-1和MF-5为特征。

d.陆棚相：在相对开阔台地更深水的沉积体，根据其岩石类型可以划分为浅水陆棚和深水陆棚。在研究区主要发育浅水陆棚亚相，厚度为56 m，颜色为灰黑色，岩性以MF-3为特征。

6 沉积环境演化

根据野外露头和镜下薄片的特征，藻渡地区中二叠统以含生物碎屑泥粒灰岩、生物碎屑泥粒灰岩、生物碎屑颗粒灰岩等为主，含有孔虫、类、藻类和腕足等化石，为一套正常海水沉积。

栖霞组第一段：研究区发生首次海侵，在剖面上表现为亮晶生屑灰岩和泥晶生屑灰岩发育，其中水体相对较浅且阳光充足，适合生物的繁殖与沉积，主要生物有腕足、藻类和有孔虫等。在海侵前期生物含量较丰富，根据研究可知为生屑滩，而后生物略微减少，不过总体上还较多，为滩间海沉积，整体上为开阔台地的沉积环境(图5)。

图4 藻渡剖面栖霞组和茅口组碳酸盐岩特征Fig.4 Petrological characteristics of carbonate rocks of the Qixia Formation and Maokou Formation at Zaodu section(A)生物碎屑颗粒灰岩，栖霞组第一段第3层，(-); (B)生物碎屑泥粒灰岩，栖霞组第一段第12层，(-); (C)泥灰岩，茅口组第一段第30层，(-); (D)含生物碎屑泥粒灰岩，茅口组第三段第47层，(-); (E)有孔虫泥粒灰岩，茅口组第四段第51层，(+); (F)有孔虫泥粒灰岩，茅口组第四段第52层，(-); (G)细-中晶白云岩，栖霞组第一段第18层， (-); (H)生物碎屑粒泥灰岩，茅口组第二段第45层， (-); (I)生物碎屑粒泥灰岩，茅口组第四段第55层，(+)

栖霞组第二段：随着海退的发生，在薄片和野外露头上出现的原地生物较少，特色的有孔虫和海百合茎较丰富，含少量珊瑚、腕足等化石，整体岩性变化不大，但是厚度存在差异，其沉积环境为台地边缘相。

图5 綦江藻渡地区中二叠统沉积模式Fig.5 Depositional model of the Middle Permian at Zaodu area of Qijiang, Chongqing

茅口组第一段：由于发生持续海侵，使得研究区达到最大海侵面，可以发现标志性微相——泥灰岩的出现，且成层性较好，生物含量急剧减少，其沉积环境应为浅水陆棚或者较深水陆棚。

茅口组第二段：海平面开始下降，海退开始发生，剖面上的表现为含生物碎屑灰岩和泥晶灰岩的出现，具体为下部出现含生物碎屑灰岩，中部出现泥晶灰岩，上部出现生物碎屑灰岩。沉积环境体现了滩间海的沉积特征，总体上显示水体逐渐变浅的古环境格局。

茅口组第三段：受海平面持续下降和东吴运动的影响，剖面上表现为泥晶生屑灰岩，生物含量丰富，主要生物有腕足、腹足、藻类和有孔虫等，认为是开阔台地沉积环境。

茅口组第四段：海平面进一步下降，在茅口组第四段初期，岩性为生屑灰岩和泥晶生屑灰岩，而后期表现为泥晶灰岩，沉积环境演变为生屑滩-浅滩的沉积特征，沉积环境仍为开阔台地相。

通过对研究区沉积环境和海平面升降的分析，并结合前人的研究成果[23]，认为研究区中二叠统为正常海相沉积，地层发育较完整。研究区经历过2次海侵-海退旋回，栖霞组第一段由于海侵的进行，发育开阔台地环境；栖霞组第二段发育台地边缘相；而在茅口组第一段出现快速海侵，直至达到最大值，使得整个地区接受碳酸盐沉积，发育浅水陆棚环境；茅口组第二段之后海退发生，一直到茅口组结束，研究区都属于开阔台地沉积格局。