川东下三叠统嘉陵江组层序—岩相古地理特征

徐文礼，文华国，2，刘均，马智超，孙权威，蔡家兰，陈守春，韩建，蒋欢，荣浩然

1.成都理工大学沉积地质研究院，成都 610059

2.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

3.中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院，成都 610041

4.中国石油国际勘探开发有限公司，北京 100034

5.中国石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆 400021

6.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依 834000

7.中石化中原石油工程设计有限公司，郑州 450000

0 引言

四川盆地东部地区蕴含丰富的天然气资源，发现了众多大、中型气田。川东地区下三叠统嘉陵江组是勘探开发历史最长的含油气层系，钻探工作始于1937年，大规模的勘探开发集中于20世纪60—80年代。此后，由于石炭系及二叠系礁、滩储层勘探取得重大突破，嘉陵江组油气勘探转为以兼探为主，先后在黄草峡、大池干、云安场等构造带发现了磨盘场、寨沟湾—复兴场、三岔坪等气藏[1]。截止目前，嘉陵江组共发现气藏及含气构造33 个，获得探明储量418.21×108m3，累计产气296.8×108m3，剩余资源量1 855×108m3，展现出较大的勘探潜力[2]。然而，勘探开发结果表明嘉陵江组储层非均质性强、不同气藏或者同一气藏单井间天然气产量差异较大、气藏主控因素及平面分布规律依旧认识不清，这些因素制约着嘉陵江组后续的有效勘探与开发。因此，有必要加强对这些因素起控制作用的沉积微相和高频层序地层学特征等基础地质进行研究，为川东地区嘉陵江组油气勘探突破提供重要的基础地质支撑。

1 区域地质概况

川东地区区域构造属于川东南斜坡高陡构造区中的川东高陡褶皱带[3]（图1），是四川盆地内褶皱最强烈的地区，东到齐岳山，西至华蓥山，南抵南川—武隆，北达万源—城口—巫溪，包括了现今重庆气矿和川东北气矿所属地区，面积约五万平方公里。区内主要发育以NE 和NNE 方向为主体的高陡背斜带和断裂带，部分SN 或EW 方向构造与之斜接复合。主干背斜与大断裂相伴生，自西而东有华蓥山、铜锣峡、明月峡、云安场、南门场、大池干井、方斗山、齐岳山等高陡背斜带[5]，其间还有卧龙河等相对比较低缓的背斜带。这些褶皱及断裂控制了川东地区区域构造—沉积格局和储层及盖层的分布。

图1 川东地区构造位置图（据文献[4]修改）Fig.1 Tectonic location map of eastern Sichuan Basin (modified from reference [4])

研究区嘉陵江组地层厚度700～1 100 m，由南西向北东递增，为一套浅水台地碳酸盐岩和蒸发岩沉积组合，自下而上划分为5 个段11 个亚段。嘉一段（T1j1）岩性为浅灰色—深灰色薄—中厚层状灰岩、泥灰岩，局部夹鲕粒灰岩、生屑灰岩；嘉二段（T1j2）细分3 个亚段，岩性为浅灰色中厚层状白云岩与膏岩组合，局部夹颗粒云岩；嘉三段（T1j3）以灰、深灰色薄—中厚层状灰岩为主，局部夹白云岩及膏岩；嘉四段（T1j4）细分4 个亚段，岩性为灰白色厚层状膏岩夹盐岩及白云岩、灰岩；嘉五段（T1j5）细分2 个亚段，岩性主要为膏岩、白云岩夹云质膏岩（图2），总体具备良好的成藏组合条件和勘探潜力。

图2 嘉陵江组沉积相—层序综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of sedimentary facies and sequence stratigraphy of Jialingjiang Formation

2 沉积相与层序地层学特征

2.1 沉积相特征

以研究区内6 条野外剖面、40 余口钻井岩心观察及薄片鉴定分析为基础，结合非取心井录井、测井资料和区域沉积背景，确定川东地区嘉陵江组岩石类型以碳酸盐岩和蒸发岩为主。其中，灰岩包括泥—微晶灰岩（图3a）、泥灰岩和颗粒灰岩（砂屑灰岩（图3b）、鲕粒灰岩（图3c）、生物屑灰岩）等，白云岩主要以微—粉晶白云岩（图3d）、颗粒白云岩（鲕粒云岩（图3e）、砂屑云岩）、膏质云岩（图3f）为主；蒸发岩可细分为硬石膏岩（图3g）、盐岩（图3h）、云质膏岩（图3i）等。众多单井的沉积微相分析结果，可确定嘉陵江组沉积组合和演化特征属于碳酸盐台地沉积环境，将川东地区嘉陵江组划分为蒸发台地和局限台地相带（表1，因篇幅有限，沉积微相特征不再赘述），与前人的认识相一致[6-11]。

表1 嘉陵江组沉积相划分简表Table 1 Sedimentary facies classifications in the Jialingjiang Formation

图3 嘉陵江组典型岩石类型照片（a）微晶灰岩，3 508.32 m，T1j2，门西001-H2井，普通薄片（-），灰坪微相；（b）亮晶砂屑灰岩，3 105.8 m，T1j1，天东101井，普通薄片（-），台内浅滩微相；（c）亮晶鲕粒灰岩，3 503.85 m，T1j2，门西001-H2井，普通薄片（-），台内浅滩微相；（d）粉晶云岩，3 610.95 m，T1j2，洋渡003-H2井，普通薄片（-），云坪微相；（e）亮晶鲕粒云岩，1 062.08 m，T1j2，草5井，普通薄片（-），台内浅滩微相；（f）膏质云岩，3 473.03 m，T1j2，门西8井，普通薄片（+），膏云坪微相；（g）硬石膏岩，1 252.77 m，T1j2，草6井，膏坪微相；（h）盐岩，3 042.52 m，T1j4，万盐206井，咸化潟湖微相；（i）云质膏岩，3 434.71 m，T1j2，门西8井，普通薄片（+），云膏坪微相Fig.3 Photographs of typical rock types of Jialingjiang Formation

2.2 层序地层特征

2.2.1 嘉陵江组顶界地层厘定

目前川东地区针对下三叠统嘉陵江组与下伏飞仙关组的地层划分与对比无异议，下三叠统嘉陵江组与上覆中三叠统雷口坡组（与巴东组分界无异议）一般以第一套具有火山成因特征的“水云母黏土岩（简称绿豆岩）”作为两者分界，但是川东地区嘉陵江组与雷口坡组之间“绿豆岩”仅局部发育，这给全区乃至全盆的地层对比带来困扰。在前人研究中，有学者认为川东地区嘉陵江组原分层中的亚段中部的第一层蓝灰色“硅质泥岩”与该套“绿豆岩”对应较好，均具有异常高伽马值、低电阻率、井径较规则特征，可以进行盆地内地层对比。本文在前人研究基础上，利用放射性元素（铀、钍、钾）（表2）及稀土元素（表3）分析两套岩性之间的关系，厘定嘉陵江组顶界地层划分与对比。

表2 不同岩性放射性元素含量表Table 2 Contents of radioactive elements in different lithologies

表3 川东地区“绿豆岩”与“硅质泥岩”稀土元素分析数据表Table 3 Rare-earth element analysis data of“mung bean rock”and“ siliceous mudstone”in eastern Sichuan

（1）放射性元素含量

与火山成因有关的“绿豆岩”较非火山成因的泥页岩放射性元素含量高（表2），川东地区嘉陵江组原亚段中部的“硅质泥岩”与川中地区雷口坡组底部的“绿豆岩”均具有放射性元素含量高且数据相近的特征，对比性较好。

（2）稀土元素含量

“绿豆岩”ω（∑REE）为（13.53～151.79）×10-6，均值74.47×10-6；δCe 为0.85～1.08，均值为0.98，具很弱的δCe 负异常。δEu 为0.17～0.71，均值为0.41，具有中等δEu 负异常；LREE/HREE 和（La/Yb）N分别介于1.85～8.51和1.52～9.93，稀土元素分馏明显，（La/Sm）N介于2.06～4.23，均值3.5，轻稀土分馏中等，（Gd/Yb）N为0.73～1.9，均值为1.26，重稀土分馏较低。稀土元素标准化曲线（图4）为右倾的轻稀土富集重稀土相对亏损型，重稀土曲线略微右倾，但较为平坦。

“硅质泥岩”ω(∑REE)值为（19.61～40.5）×10-6，均值32.81×10-6；δCe 为0.95～1.01，均值为0.98，具很弱的δCe 负异常。δEu 为0.3～0.65，均值为0.5，具有中等δEu 负异常；LREE/HREE 和（La/Yb）N分别介于5.92 8.61 和5.75～9.54，稀土元素分馏明显，（La/Sm）N介于2.61～3.64，均值3.22，轻稀土分馏中等，（Gd/Yb）N为1.29～1.75，均值为1.53，重稀土分馏较低。稀土元素标准化曲线（图4）为右倾的轻稀土富集重稀土相对亏损型，重稀土曲线略微右倾，但较为平坦。

图4 川东地区“绿豆岩”和“硅质泥岩”稀土元素标准化配分模式图Fig.4 Rare-earth elements’standard curve of“mung bean”rock and“siliceous mudstone”in eastern Sichuan

从稀土元素数据及标准化曲线特征来看，“绿豆岩”和“硅质泥岩”均具有LREE 富集、HREE 相对亏损，δCe 和δEu 负异常，重稀土曲线略微右倾且较为平坦的特征；个别“绿豆岩”样品∑REE 和LREE 较“硅质泥岩”富集明显，这主要是因为LREE有优先被沉积物中有机质和黏土矿物吸附的特点，而HREE则形成稳定络合物滞留在海水中[12-14]，REE 总量分布受母岩的稀土丰度和风化情况控制[15]，这与“绿豆岩”发育特征及黏土矿物含量更高相匹配。

综上所述，“绿豆岩”和“硅质泥岩”元素放射性及稀土元素分布特征具有相似性，两者均可以作为嘉陵江组与雷口坡组分界对比标志层。在此基础上，对嘉陵江组顶界原始分层进行重新厘定，将嘉陵江组原始分层中的亚段中部第一套“硅质泥岩”至亚段划归为雷口坡组亚段中部第一套“硅质泥岩”以下属于嘉陵江组，并对各亚段进行重新划分与对比（表4）。

表4 四川盆地嘉陵江组地层划分对比表Table 4 Stratigraphic division and correlation of the Jialingjiang Formation in the Sichuan Basin

2.2.2 层序地层划分

川东地区嘉陵江组可识别出3 个层序界面和2个最大海泛面（图2）。3个层序界面分别位于嘉一段底部、嘉三段底部、嘉五段顶部，其中嘉一段底部层序界面是下三叠统嘉陵江组与飞仙关组之间的分界面，自然伽马曲线由高→低、电阻率曲线由低→高的转折点，也是滨岸潮坪向局限台地潟湖或潮坪环境转换界面，为岩性岩相转换面，具有Ⅱ型层序界面性质；嘉三段底部层序界面为暴露不整合面，嘉二段顶部存在暴露溶蚀，该界面为超覆不整合界面，具有Ⅱ型层序界面性质；嘉五段顶部层序界面是下三叠统嘉陵江组与中三叠统雷口坡组分界面，两者之间为火山灰蚀变形成的水云母黏土岩（绿豆岩）或硅质泥岩，该界面为暴露不整合面或岩性岩相转换面，测井曲线具有电阻率曲线由高→低、自然伽马曲线由低→高的转折特征，其层序界面性质为Ⅱ型。依据层序界面和最大海泛面产出的位置，将嘉陵江组划分为2个三级层序（SQ1、SQ2），皆属于Ⅱ型层序。在此基础上，首次利用INPEFA 旋回分析技术[16]对四级层序进行划分。

INPEFA 旋回分析技术是以最大熵分析方法为基础的测井曲线频谱分析方法，该方法以旋回地层学为理论依据，通过引入现代数学信号处理手段，把测井曲线转换成INPEFA曲线形式，使隐藏在测井曲线中的地层旋回特征更加显现化[17-18]。通常情况下，INPEFA曲线中一个完全正的趋势（曲线数值由左向右变大、曲线形态由左向右升高）对应着基准面上升半旋回，表示水进过程；一个完全负的趋势（曲线数值由右向左变小、曲线形态由右向左降低）对应着基准面下降半旋回，表示水退过程；而转折点则指示一个层序界面或层序内的特征界面，其中负向拐点一般代表可能的（最大）洪泛面，正向拐点代表可能的层序界面，不同级别的趋势和转折点对应于相应级别的层序结构和层序界面[19-20]。

前已述及，川东地区嘉陵江组是典型的陆表海背景下的局限台地和蒸发台地相沉积，多期的快速海侵和缓慢海退造成嘉陵江组泥质含量变化较大，自然伽马曲线幅度变化较为明显，且研究区钻井自然伽马曲线较为齐全且受井眼条件的影响较小，因此利用自然伽马测井曲线进行频谱分析最为有效。嘉陵江组INPEFA曲线整体上是以负向趋势为主，表明具有快速海侵背景下缓慢海退的沉积特征。在整体负趋势中存在具有代表意义的10 个拐点，各拐点在INPEFA曲线相应深度均有其对应的尖峰存在（图2）。在此基础上，结合岩心、录井及野外露头等资料，将嘉陵江组细分为5个四级层序（SSQ1～SSQ5），其中SQ1 包含SSQ1 和SSQ2 二个四级层序，SSQ1 由嘉一段（T1j1）和嘉二1亚段组成，SSQ2 由嘉二2亚段和嘉二3亚段组成；SQ2 包含SSQ3、SSQ4 和SSQ5 三个四级层序，SSQ3 由嘉三段（T1j3）和嘉四1亚段组成，SSQ4 由嘉四、嘉四3和嘉四4亚段组成，SSQ5由嘉五嘉五2亚段组成。三级层序和四级层序在区域上体系域和各岩性段特征虽略有差异，但总体具有较好的可对比性（图5，6）。

图5 嘉陵江组层序地层地震显示特征Fig.5 Seismic sequence stratigraphy of the Jialingjiang Formation

2.2.3 体系域特征

（1）海侵体系域（TST）

海侵体系域发育于每个四级层序的下部（图2），缺乏低位或陆架边缘体系域，这与海平面快速上升有关。由于海水的快速入侵，并很快达到最大海泛期，沉积物供给量少，沉积速率低，岩性以灰—深灰色泥质灰岩和微晶灰岩为主，局部为泥—微晶白云岩。

（2）高位体系域（HST）

高位体系域发育于每个四级层序的上部，岩性为微晶灰岩、微—粉晶白云岩、膏岩、盐岩和颗粒云岩等几种岩性组合。随着海平面缓慢下降，水体变浅，波浪和潮汐作用增强，蒸发作用强烈，出现不同的沉积序列。SSQ1层序高位体系域发育在嘉一段和嘉二1亚段局限台地潮坪、潟湖亚相向蒸发—局限台地潮坪和台内浅滩亚相演化序列中，但潮坪和台内浅滩亚相沉积厚度较薄，并以发育薄层膏岩和鲕粒云岩、砂屑云岩为特征（图2），显示该层序总体属于水体相对较深且动荡的局限台地向蒸发台地过渡的沉积环境；SSQ2 层序的高位体系域具有随海平面下降，广泛发育向广海方向进积的蒸发—局限台地潮坪、台内浅滩和潟湖亚相沉积，以嘉二2亚段局限台地相颗粒云岩和嘉二3亚段蒸发台地相膏岩最为发育，且膏岩厚度明显大于SSQ1层序（图2），显示该层序总体属于水体逐渐变浅局限台地过渡为蒸发台地的沉积环境，SSQ1层序高位体系域晚期和SSQ2层序高位体系域早期沉积的云化颗粒滩形成了嘉陵江组最优质储层；SSQ3层序的高位体系域，因受前期海侵影响，此时海平面水体较深，高位体系域早期为厚层泥—微晶灰岩沉积，晚期水体变浅且动荡，局部发育灰质颗粒滩沉积，岩性主要为鲕粒灰岩和砂屑灰岩，显示该层序总体属于水体由深变浅的局限台地沉积环境；SSQ4 和SSQ5 层序的高位体系域沉积特征相似，均受海平面大幅度下降影响，加之蒸发作用强烈，川东地区快速进入到咸化的蒸发台地沉积环境，主要发育由加积与弱进积组成的厚层蒸发岩夹含膏白云岩、云质膏岩。

3 层序—岩相古地理特征

本次研究以四级层序为等时地层编图单元，利用川东地区嘉陵江组300 余口钻井数据编制包括地层、颗粒岩、蒸发岩厚度等在内的各类单因素图，并结合区域地质背景，精细描述嘉陵江组古地理格局及演化特征，为后续的高效勘探提供依据。

3.1 SSQ1层序—岩相古地理

SSQ1时期，海水大面积侵入，形成碳酸盐台地沉积。受川中古隆起及继承性开江—梁平海槽影响，研究区古地貌呈现南高北低特征，海水自南向北方向逐渐加深，大面积相对地貌较高区域发育局限台地—潮坪—灰坪微相沉积，向北逐渐过渡为低洼较深水的局限台地—潟湖—灰质潟湖微相沉积（图7a），岩性均以灰—深灰色微晶灰岩和泥灰岩为主，在局部地貌高区域的隆起区发育云化颗粒滩沉积，岩性以灰色薄—中层鲕粒云岩和砂屑云岩为主，形成了嘉陵江组较好的储层（图8）。

3.2 SSQ2层序—岩相古地理

SSQ2时期，受区域海平面下降影响，海水整体相对变浅，全区继承了SSQ1 时期的沉积格局，开江—梁平海槽区域已经填平补齐，整体发育局限台地相沉积（图7b），受地形和水体环境的影响，古地貌隆起区发育多个包括云质鲕粒滩和砂屑滩在内的台内浅滩微相沉积，滩体面积较SSQ1 时期大，多呈南西—北东向条形展布，主要集中在涪陵—忠县—万州一线以东区域、达州—万州一线之间区域、云阳—宣汉以北区域，涪陵—忠县—万州一线以东区域浅滩规模最大，连片分布，其他滩体多零星分布。其余大部分区域处于相对低缓环境，邻水—长寿—忠县一线以南、东区域主要为局限台地—潮坪—云坪微相沉积，岩性以微—粉晶云岩为主，以北、西区域为局限台地—潮坪—灰坪微相沉积，岩性主要为灰色微晶灰岩，相对低洼区域沉积薄层膏岩。局限台地中云化台内浅滩为嘉陵江组最有利储层发育的相带（图8）。

图7 川东地区嘉陵江组层序—岩相古地理图（a）SSQ1；（b）SSQ2；（c）SSQ3；（d）SSQ4；（e）SSQ5；（a）SSQ1;（b）SSQ2;（c）SSQ3;（d）SSQ4;（e）SSQ5Fig.7 Sequence-lithofacies paleogeographic maps of Jialingjiang Formation in eastern Sichuan Basin

图8 嘉陵江组不同微相孔隙度分布直方图Fig.8 Histogram of porosity distribution in different microfacies in the Jialingjiang Formation

3.3 SSQ3层序—岩相古地理

SSQ3时期，研究区海平面快速上升，全区沉积特征与SSQ1时期相似，此时局限台地内滩体在较深水背景下不发育，仅在晚期海平面动荡较浅的局部古隆起区域发育少量颗粒滩和云坪微相沉积，岩性主要为微—粉晶云岩和鲕粒云岩。研究区主要以局限台地—潮坪—灰坪微相和局限台地—潟湖—灰质潟湖微相沉积为主（图7c），受古地貌影响，灰质潟湖微相主要分布于北部云阳—万州一线以东和宣汉—梁平一线，其他大部分地区为局限台地—潮坪—灰坪微相沉积，岩性皆以灰—深灰色薄—中层状微晶灰岩为主。

3.4 SSQ4层序—岩相古地理

SSQ4 时期，海平面持续下降，蒸发作用强烈，全区进入到水体较浅的蒸发—局限台地沉积环境，发育云坪、膏坪、膏质潟湖微相沉积（图7d）。云坪微相分布于渝北—重庆—长寿—忠县—云阳一线以东、南地区及大竹以东、邻水以南、达州以西、开县以北地区，主要沉积微—粉晶白云岩夹微晶灰岩；膏坪微相分布于渝北—重庆—长寿—忠县—云阳一线以北、西地区，主要为薄层膏岩夹云质膏岩、微晶云岩沉积；膏质潟湖微相分布于古地貌低洼地区，位于长寿以南，邻水以东、北，垫江—梁平—忠县之间，达州以南，宣汉、开江—万州—开县一线及开县—宣汉之间区域，岩性以厚层膏岩为主，局部夹云质膏岩。

3.5 SSQ5层序—岩相古地理

SSQ5时期，初期海平面快速上升，但水体整体较浅，全区进入到局限台地沉积环境，主要发育云坪、灰坪夹膏坪微相沉积，岩性以微—粉晶云岩、微晶灰岩夹薄层膏岩为主；随后海平面持续缓慢下降，蒸发作用强烈，全区继承了SSQ4 时期的沉积格局，进入到以蒸发岩为主的蒸发台地沉积环境（图7e），云坪微相面积缩小，仅分布于邻水—渝北—涪陵一线以南、西地区、开县—万州一线及开县区域，在宣汉及重庆南部发育小面积的灰坪微相沉积，其他大面积区域发育膏坪和膏质潟湖微相沉积，膏质潟湖微相连片分布，位于达州—大竹—垫江—忠县—梁平一线、云阳东部及邻水—丰都区域，岩性主要为厚层膏岩夹云质膏岩和微—粉晶云岩。

4 结论

（1）川东地区嘉陵江组主要为蒸发台地和局限台地沉积环境，并细分出5个亚相和16个微相类型，有利沉积微相主要发育于嘉陵江组二段。

（2）依据岩石学及地球化学分析，将川东地区雷口坡组中发育的第一套具有火山成因特征的“水云母黏土岩（简称绿豆岩）”或者嘉陵江组原亚段中的第一层蓝灰色“硅质泥岩”作为中、下三叠统的分界标志层，在区域上具有较好的对比性。

（3）依据层序界面和最大海泛面产出的位置，并结合INPEFA 旋回分析技术将嘉陵江组划分为2 个三级层序和5个四级层序，均由TST和HST体系域组成；SSQ1-TST至SSQ1-HST早期，海水整体较深，为局限台地相沉积；SSQ1-HST 晚期—SSQ2 时期，海水较浅且能量增强，局限台地—台内浅滩亚相发育，滩体构成了川东地区嘉陵江组最有利储集体；SSQ3时期，海水加深，主要为局限台地相沉积；SSQ4-SSQ5时期，海平面持续下降，蒸发作用强烈，主要发育以蒸发岩为主的蒸发台地相沉积。

（4）川东地区嘉陵江组SSQ1-HST 晚期—SSQ2时期叠置发育的局限台地—台内浅滩相带，应列为今后勘探开发的重点目标相带。