四川类前陆盆地上三叠统须家河组与鄂尔多斯盆地二叠系沉积对比分析研究.pdf

近期的研究成果表明，对四川盆地上三叠统须家河组沉积相类型的认识存在很大分歧，主要有3种观点：冲积扇、扇三角洲、河流、湖泊三角洲、湖泊-沼泽等沉积体系的多类型；湖泊滩坝沉积相；浅海潮汐砂坝沉积相。为此，根据多年野外地质调查、室内研究成果，再次坚持和论证了须家河组为多类型陆相沉积体系复合体的传统认识。具体证据如下：在对地表剖面和钻井岩心精细沉积相分析的基础上，结合粒度分析和测井资料，可从四川类前陆盆地上三叠统须家河组中识别出冲积扇、河流、扇三角洲、湖泊三角洲、湖泊-沼泽等沉积体系。苏里格气田东区盒8气藏是一个典型的低压、低渗、低丰度的岩性圈闭气藏，在加里东期后，在鄂尔多斯盆地出现了南北隆起，中部低坳的古地理格局，苏里格气田古地形呈现北高南低、东高西低的西倾大单斜，下石盒子期水系主体由北向南发育的特征。关键词：四川类前陆盆地；晚三叠世；须家河组；古构造格局；沉积体系；沉积相；测井解释；粒度分析陈志华1,常森2,张普刚3（1.中国石油长庆油田分公司研究院；2.长庆油田分公司第五采气厂；3.北京瑞马能源科技有限公司）0 引言关于四川类前陆盆地上三叠统须家河组的沉积相类型在近期的研究成果中开始出现很大分歧，主要有3种观点：冲积扇、扇三角洲、河流、湖泊三角洲、湖泊-沼泽等沉积体系的多类型观点17，此观点为大多数研究者长期应用的主流观点；湖泊滩坝观点，由侯方浩和蒋裕强等教授提出8，他们通过对川中地区数条地面和十几条钻井岩心剖面的分析，认为香二段和香四段（相当须二段和须四段）砂体为周边各山系构造活动期，经冲积扇、河流搬运入湖的碎屑物质经波浪和湖流反复簸洗、改造和再分配形成的沿岸和近岸滩坝砂体；浅海潮汐砂坝观点，由赵霞飞教授提出9，他认为安岳地区须二段至须六段砂岩中发育有双向交错层理和双黏土层，均为潮汐成因标志，因此，须二-须六段砂岩属于浅海潮汐成因产物。依据晚三叠世须家河期盆-山间造山带隆升蚀顶与盆地横向生长、沉降和充填物质的循环耦合关系，始终控制着该盆地须家河组类前陆盆地的构造-沉积格局、古地理面貌、沉积序列、充填模式、相带展布规律和生储盖组合及油气藏分布规律等特征1015，仍坚持并再次论证了须家河组为多类型陆相沉积体系复合体的传统认识。鄂尔多斯盆地在整个晚古生代的演化历程中，经历了本溪期-太原期的陆表海盆地（东部）和裂陷-坳陷盆地（西部）、山西期的近海湖盆到石盒子期-石千峰期的内陆湖盆三个演化阶段；沉积体系经历了从本溪期-太原期的潮坪（泻湖）-障壁岛体系到山西期-石千峰期的冲积扇-三角洲-湖泊体系的演变；沉积物则由碳作者简介：陈志华（1977），男，2000年毕业于西北大学矿产普查与勘探专业，硕士，气田开发工程师，主要从事气藏评价地质综合研究工作。1202023年8月陈志华，等：四川类前陆盆地上三叠统须家河组与鄂尔多斯盆地二叠系沉积对比分析研究酸盐岩、煤层、陆源碎屑的交互沉积过渡到陆源碎屑沉积。1地质背景现今四川盆地的构造格局于印支运动后期开始出现雏形，经燕山至喜马拉雅运动的多次叠加改造后定形，为一个以龙门山断裂为西界、七曜山断裂为东界、城口断裂为北界、峨眉-瓦山断裂为南界的菱形构造兼地貌盆地1，面积约18104km2。已有的研究成果业已证明该盆地是位于扬子地块西部的一个多旋回构造叠合盆地，在中三叠世末发生的印支早幕构造运动中，由于构造挤压使扬子地块西部的西缘和北缘开始缓慢上升，从岛链逐渐演化为有强烈逆冲推覆作用的造山带1617。晚三叠世初期，组成四川类前陆盆地沉积基底的中、下三叠统海相碳酸盐岩地层发生大幅度构造隆升和遭受强烈剥蚀，在结束上扬子地块被动大陆边缘盆地海相沉积史的同时，于晚三叠世早期逐渐进入具备挤压构造背景条件的类前陆盆地演化阶段18，形成以川中前陆隆起为中心，周边被龙门山和米仓山-大巴山两条造山带和川西坳陷、川东北坳陷、川东南前缘坳陷围限的“三坳围一隆”构造-沉积格局11，盆-山耦合过程中相继发生晚三叠世马鞍塘组、小塘子组、须家河组乃至侏罗纪-白垩纪的、由海相到陆相、从含煤碎屑岩到红色碎屑岩建造的沉积超覆作用。2须家河组与盒8段分布特征与沉积体系划分2.1须家河组与盒8段分布特征四川类前陆盆地须家河组为一套砾岩、砂岩、泥岩夹薄煤层和煤线的不等厚互层组合，可划分为区域上具等时对比意义的、分别相当须二段至须六段的5个沉积层序。鄂尔多斯盆地山1-盒8段地层为一套河流相砂泥岩沉积，砂岩发育，砂地比高。砂岩主要为灰白色的粗砂岩、含砾粗砂岩和灰色、灰绿色的中细砂岩，整体颜色以灰色、绿灰色为主。泥岩发育不稳定，横向变化快，很难找到明显的泥岩标志层。泥岩主要有三种类型，灰黑色泥岩或碳质泥岩、灰绿色泥岩、杂色泥岩，以灰黑色泥岩为主，分布在目的层段的中、下部，灰绿色泥岩分布在部分井的中上部，杂色泥岩分布在盒8段的顶部，杂色泥岩在岩心上可作为盒8段上部的一个标志。2.2沉积体系划分2.2.1沉积相标志2.2.1.1须家河组煤系地层和化石标志须家河组为一套陆源碎屑“煤系地层”，反映晚三叠世四川类前陆盆地具有温暖潮湿的气候条件和还原环境。如在众多地表和钻井剖面中，须三段和须五段地层为大套暗色碳质泥岩夹薄煤层和煤线组合，含大量保存完整的陆生和水生植物化石，说明其沉积于还原性很强的湖泊-沼泽环境；又如在彭州狮山和华蓥山溪口等众多剖面的须三段、须四段和须五段底部的水道化砂体中，含有大量硅化木及煤团（如图2），为温暖潮湿气候标志，与上覆具备干旱气候条件的侏罗系红层形成很大反差。图1 泥岩演化特征图2 须二段岩芯的透镜状层理121国 外 测 井 技 术2023年8月2.2.1.2盒8岩石结构标志通过单井相分析，可以看出盒8山1段沉积具有以下特征：（1）盒8主体部分为辫状河沉积，顶部有向曲流河过渡的趋势。（2）沉积剖面上表现为下粗上细的间断性正韵律或正旋回，每个旋回的底部可见明显的底冲刷现象。（3）不具有完整的二元结构特征，底层沉积发育，顶层沉积不发育。砂地比高，为典型的”砂包泥“组合。心滩和河道充填是主要的沉积微相。（4）山1具有曲流河沉积的典型层序，发育完整的二元结构。2.2.1.3原生沉积构造标志须家河组广泛发育底冲刷、层理、同生变形和生物扰动等原生沉积构造，如冲积扇、河流和三角洲沉积体系中各类砂砾岩体的底冲刷面极其发育，尤其是各类层理构造更加丰富多彩，包括大型底冲刷构造和槽状、板状、楔状交错层理，平行层理，浪成沙纹层理、流水沙纹层理和条带状层理，由河道侧向迁移造成堤岸垮塌形成粗大的撕裂状同生泥砾岩，以及于三角洲前缘河口坝和远砂坝经常出现，由滑塌（或地震）形成的滑塌面、包卷层理、液化卷曲变形构造和阶梯状断层等变形构造。盒8下1取心，为灰白色含砾粗砂岩，底部见冲刷面，正递变，大型槽状错层理极为发育；顶部为灰黑色粉砂岩和灰色细砂岩，粉砂岩见平行层理，细砂岩见小波痕层理，自然电位曲线为漏斗-钟形、齿状箱形，砂岩粒度概率曲线呈跳跃与悬浮组成的两段式组合，综合解释为河道亚相的心滩微相。盒8下2取心，顶部为深灰色泥质粉砂岩，中下部为3个正旋回组成的中粗粒砂岩，组成洪泛平原心滩河床滞留和废弃心滩的沉积相组合。2.2.1.4砂岩粒度分布标志须家河组砂岩的粒度分布概率累积曲线主图3苏38-16-5井盒8山1地层沉积微相图图4 须家河组河道砂概率累计曲线和粒度分布图1222023年8月陈志华，等：四川类前陆盆地上三叠统须家河组与鄂尔多斯盆地二叠系沉积对比分析研究要表现为一段式（图2-a、b），主体由牵引次总体构成，具有概率累计曲线陡、粒度分布范围窄的特点，在粒度分布直方图中表现为单峰态，分选较好，反映牵引流沉积特征。在C-M图中（图省略），样品点大多落在连续的PQ-QR段（滚动-递变悬浮搬运段和沉积段），说明水动力条件较强，沉积速率较快，具备河流和三角洲分流河道沉积特征。2.2.1.5盆-山耦合过程的沉积学响应特征四川类前陆盆地构造演化有关的沉积充填类型和序列，据已有研究成果1011，盆-山耦合过程中须家河组的沉积学响应可粗分为以下2种基本情况：强烈构造活动期，对应的沉积学响应过程为粗碎屑岩占有很大比例的冲积扇（或扇三角洲）辫状河三角洲湖泊沉积体系演化序列，发育粒度向上变细的退积层序；构造活动平静期，对应的沉积学响应过程为含煤碎屑岩建造为特征的辫状河三角洲湖泊-沼泽沉积体系演化序列，在三角洲沉积区，具粒度向上加粗变浅的加积进积层序，而在湖泊沉积区，具向上变浅的沉积序列。区域沉积背景表明，鄂尔多斯盆地下石盒子期属大型的内陆坳陷盆地沉积，从盆缘到盆地中心其沉积充填样式符合冲积扇-辫状河-曲流河-三角洲-湖相的充填样式。在这种充填样式中，从盆缘的冲积扇到湖边的三角洲沉积，沉积物的成分成熟度和结构成熟度逐步提高，即三角洲和曲流河沉积将具有比辫状河更高的成分和结构成熟度。2.2.2 沉积体系类型划分根据上述沉积相标志的综合分析，可从近冲断带物源区的盆缘至前缘坳陷带中心区的须家河组中，依次划分出冲积扇、扇三角洲、湖泊三角洲及湖泊-沼泽等沉积体系。根据中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 6314-1997 沉积相描述方法（陆相方法修改），结合鄂尔多斯盒8、山1的沉积特征，将目的层辫状河沉积划分为河道和河道间亚相，河道亚相包括河底滞留沉积、心滩和河道填积微相，而河道间亚相包括了决口河道/决口扇、泛滥盆地以及废弃河道微相（如表1）。2.2.2.1冲积扇沉积体系须家河组冲积扇沉积体系在龙门山前缘主要发育于须四段下部，须二段和须三段仅于龙门山中段的江油林青1井，南段的大邑神仙桥和彭州新华狮山等地发育有小型冲积扇。而在米仓山-大巴山前缘的须四段、须五段和须六段中下部均有较大规模的发育，往往构成沿造山带前缘连续分布的，横向相互叠置的冲积扇裙带。可划分出扇根、扇中、扇缘3个亚相及众多微相类型（如图3）。2.2.2.2扇三角洲沉积体系发育于龙门山和米仓山-大巴山两造山带前缘的须四段和须五段，成因与出山口的冲积扇直接入湖有关，属于近源粗碎屑三角洲，因而无论是在平面上还是在剖面上，均表现为冲积扇与湖相沉积物交替组合构成的进积加积退积复合体。可划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲3个亚相及众多微相类型（如图5）。1）扇三角洲平原亚相，相当于冲积扇扇根位置，以发育连续叠置的泥石流微相杂色中 粗砾岩夹辫状河道微相砾质中-粗粒砂岩为主，砂体的顶部因经常受到上覆河道下切侵蚀而保存很差。2）扇三角洲前缘亚相，此亚相的微相组合类型最为丰富，包括水下分流河道、水下天然堤、水下决口扇、分流间湾和河口坝、远砂坝等，以水下分流河道最发育和最为重要，砂体粒度相对水上分流河道明显变细，岩性除水下主分流河道以含砾中-粗粒砂岩为主，具多级次分流特征，表现为水下分流河道微相的中-粗粒砂岩和中-细粒砂岩为主，夹水下天然堤、水下决口扇和分流间湾微相的、具沙纹层理或波状层理的灰色粉砂岩、深灰-灰黑色泥和薄煤层、煤线组合。3）前扇三角洲亚相，岩性以水平层理暗色泥岩为主，以连续沉积、厚度较大和富含有机质为主要特征。表1 苏里格气田沉积微相划分表123国 外 测 井 技 术2023年8月2.2.2.3苏里格辫状河三角洲沉积体系苏里格气田砂体大面积发育，但有效砂体规模小、横向连通性差,砂体垂向上由不同期次河道形成的砂体叠置而成；（连通程度、叠置模式见（如图6）。同期不同河道，心滩规模存在差异；同一河道、不同位置，心滩规模也存在较大的差异。砂岩的电测曲线特征为箱状、钟状，自然伽玛曲线幅度较低，齿化较少，视电阻率幅度起伏不大。2.2.2.4四川盆地湖泊三角洲沉积体系湖泊三角洲沉积体系于须二-须六段广泛发育，按入湖河型可划分为辫状河三角洲和曲流河三角洲2种类型。前者主要发育于川西和川东北两前缘坳陷带近造山带的一侧，成因与造山带前缘构造活动性大、冲积平原具有较大坡降有关。河道砂体粒度明显粗于曲流河三角洲，也属于近源粗碎屑三角洲类型。后者主要发育于川中前陆隆起与川西和川东北两前缘坳陷带的过渡带（即前隆斜坡带），于川东南坳陷带则广泛发育，成因与此两构造单元具有较稳定和平缓的地形有关。无论是辫状河还是曲流河三角洲，都可划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲3个亚相。以广为发育的辫状河三角洲为例：1）三角洲平原亚相，主体由具正韵律结构的辫状分流河道微相中-粗粒砂岩连续叠置组成，砂体间被底冲刷面分割，砂体下部一般都含有细砾石，向上发育有大型槽状、楔状和板状交错层理，夹有废弃河道微相的沙纹或波状层理粉砂岩、碳质泥岩和分流间洼地微相的杂色泥岩。2）三角洲前缘亚相，仍以水下分流河道为主，粒度变细，除主分流河道为厚层含细砾中-粗粒砂岩，一般由中-粗粒、中-细粒砂岩夹薄层粉细粒砂岩和泥岩组成多级次分流的水下分流河道和河口坝、远砂坝砂体，且伴随分流作用加强，水下天然堤、水下决口扇、分流间湾微相的泥、粉砂岩沉积强度加大，砂体间泥、粉砂岩夹层增多，并以泥岩富有机碳组分呈深灰-灰黑色而有别于水上分流间洼地微相的杂色泥岩。3）前三角洲亚相，占据河口前方浅-半深湖位置，岩性以连续沉积的大套暗色泥岩为主，夹洪水期涌入湖泊漫流沉积的薄层粉砂岩。3沉积体系展布特征以须四段底部于盆地范围内普遍发育的“安县运动”构造不整合面为界22，可将须家河组的盆-山耦合过程划分为分别对应于须二段须三段和须四段须六段的“须下盆”和“须上盆”2个构造-沉积演化阶段。沉积相展布在受“三坳围一隆”古构造格局统一控制的前提下，由于受龙门山和米仓山-大巴山两造山带非同步、异方位逆冲推覆活动图6 苏里格辫状河三角洲沉积体系图图5 川罗562井须4段扇三角洲剖面图1242023年8月陈志华，等：四川类前陆盆地上三叠统须家河组与鄂尔多斯盆地二叠系沉积对比分析研究影响，“须下盆”和“须上盆”沉积体系的空间组合和演化具有很大的相似性和差异性。3.1“须下盆”沉积体系展布“须下盆”沉积期龙门山造山带构造隆升和逆冲推覆作用强烈，而米仓山-大巴山造山带处于相对稳定的低幅隆升状态，因此，“须下盆”的构造-沉积演化主要受龙门山造山带控制，沉积体系的空间组合和相带展布特征如下：须二段沉积早期海水已基本上退出盆地范围，因此，该时期是类前陆盆地由海相转向陆相的重要转折时期11；类前陆盆地的沉降沉积中心位于川西前缘坳陷中段西侧（鸭子河构造），须二段+须三段最大厚度可超过2000m；以须二段为代表的“须下盆”湖侵期为砂体最发育时期（如图7-a），区域上沿盆缘造山带前缘以发育辫状河辫状河三角洲沉积体系为主，其中沿龙门山造山带前缘发育的此两沉积体系规模很大，辫状分流河道砂体的连续叠置厚度为300500m，最厚可超过600m，而沿米仓山-大巴山前缘、川中前陆隆起带和川东南坳陷带发育的辫状河三角洲砂体的连续叠置厚度仅为100200m，此外，在湖泊体系中发育2个大型浅湖滩坝；以须三段为代表的“须下盆”湖泛期为湖域范围最大时期（如图7-b），沿造山带前缘发育的辫状河三角洲裙带明显向物源方向退缩，原向湖域中心延伸的三角洲砂体，特别是发育于川中前陆隆起带上的三角洲前缘各类砂体，大部分被湖浪原地改造为湖泊体系中的滩坝砂体。3.2鄂尔多斯辫状河沉积体系展布对辫状河现代沉积（如，黄河禹门口永济段）的考察表明：（1）辫状河心滩规模受辫状河河道带的规模控制，河道带越宽，越有可能形成较大的心滩；（2）两条辫状河河道带的交汇处河道带宽，同时能形成较大规模的心滩，是有利沉积和储集位置。通过对苏里格气田盒8、山1各小层沉积微相单井、剖面和平面的研究，结合上述研究成果，我们证实，在盒8山1沉积时期，苏里格地区同一沉积时期存在多条河道带，河道带之间存在交互、汇聚现象，尤其是盒8下时期，河道带的交互汇聚频繁，形成了辫状的河道带网络；河道带之间存在相对的古地貌高地（泛滥平原），这些高地在洪泛时期有决口水道注入，形成了决口扇沉积；而在河道带内，心滩为图8 苏里格气田辫状河沉积模式平面图图7 须下盆沉积期沉积体系分布图125国 外 测 井 技 术2023年8月河道所分隔，形成了辫状河道网络，其沉积模式（如图8、图9）。该模式强调：（1）辫状河沉积砂体受河道带的宽度控制，而粗粒砂体分布主要受心滩分布控制，若考虑苏里格气田有效储集体多为粗粒沉积的事实，则心滩微相对有效储层的控制作用明显；（2）辫状河的规模决定了形成的心滩的规模，而辫状河交汇处易形成较宽的河道带和较大规模的心滩，因而是有利的沉积位置；（3）心滩分布规模大小不一，这可能决定了形成的储集体的规模也存在较大变化；（4）在苏里格气田这样大的工区面积内，河道带不可能覆盖全区，河道带之间必定存在一定规模的泛滥盆地和决口扇沉积；（5）辫状河砂体在侧向相互叠置的同时，废弃河道中充填的细粒沉积也使得其砂体的横向连续性受到限制，而一定规模的决口与泛滥沉积使得砂体在纵向上被分割；（6）辫状河砂体表现为连片性好，但其内部砂体结构存在差异，表现为粗粒心滩沉积与细粒河道充填的交替。4结论（1）据已有的构造-沉积格局和古生物及各类原生沉积构造等相标志分析，将川中地区须二-须六段砂岩解释为浅海潮汐砂坝沉积显然是不恰当的。受“三坳围一隆”构造沉积格局控制的冲积扇、扇三角洲相、河流、湖泊三角洲和湖泊 沼泽等多元相沉积体系在时空中有规律的组合、展布和演化，应该是解释须家河组沉积相特征更可靠的答案。（2）苏里格气田东区盒8辫状河沉积砂体受河道带的宽度控制，而粗粒砂体分布主要受心滩分布控制，若考虑苏里格气田有效储集体多为粗粒沉积的事实，则心滩微相对有效储层的控制作用明显。参考文献：1 郭正吾、邓康龄、韩永辉等.四川盆地形成与演化M.北京：地质出版社，1996.2 钱治家、钟克修.川东北地区须家河组沉积相与储层特征J.天然气工业，2009，29（6）：9-12.3 朱如凯、赵霞、刘柳红等.四川盆地须家河组沉积体系与有利储集层分布J.石油勘探与开发，2009，36（1）：46-55.4 郑荣才、朱如凯、戴朝成等.四川盆地上三叠统须家河组层序岩相古地理特征J.地质论评，2009，55（3）：731-744.5 姜在兴、田继军、陈桂菊等.川西前陆盆地上三叠统沉积特征J.古地理学报，2007，9（2）：143-154.6 魏国齐、谢增业、刘满仓等.四川往地长兴-飞仙关组的有利储集相带J.天然气工业，2009，29（9）：35-38.7 陈汉军、胡佑华、刘殊.川西坳陷须家河组三段沉积特征及勘探潜力J.天然气工业，2010，30（7）：13-16.8 侯方浩、蒋裕强、方少仙等.四川盆地上三叠统香溪组二段和四段砂岩沉积模式J.石油学报，2005，26（2）：30-37.9 赵霞飞、吕宗刚、张闻林等.四川盆地安岳地区须家河组近海潮汐沉积J.天然气工业，2008，28（4）：14-18.1O 郑荣才、朱如凯、翟文亮等.川西类前陆盆地晚三叠世须家河期构造演化及层序充填样式J.中国地质，2008，35（2）：246-255.11 郑荣才、朱如凯、戴朝成等.川东北类前陆盆地须家河组盆-山耦合过程的沉积-层序特征J.地质学报，2008，82（8）：10478-1087.12 戴朝成、郑荣才、朱如凯等.四川盆地须家河组层序充填样式与油气地质特征J.地质学报，2010，84（12）：1817-1828.13 杨威、谢增业、金惠等.四川盆地上三叠统须家河组储层评价及天然气成藏机理J.天然气工业，2010，30（12）：10-15.14 周进高、辛勇光、谷明峰等.四川盆地中三叠统雷口坡组天然气勘探方向J.天然气工业，2010，30（12）：16-19.15 杨玉祥、李延钧、张文济等.四川盆地泸州西部须家河组天然气成藏期次J.天然气工业，2010，30（1）：19-22.16 邓康龄.四川盆地形成演化与油气勘探领域J.天然气工业，1992，12（5）：7-12.17 童崇光.四川盆地构造演化与油气聚集M.北京：地质出版社，1985.18 陈发景、汪新文、张光亚等.中国中、新生代前陆盆地的构造特征和地球动力学J.地球科学中国地质大学学报，1996，21（4）：366-372.19 郑荣才、李国晖、雷光明等.四川盆地须家河组层序分析与地层对比J.天然气工业，2011，31（6）：12-20.20 林良彪、陈洪德、侯明才.须家河组砂岩组分特征与龙门山推覆体的形成演化J.天然气工业，2007，27（4）：28-30.21 曾青高、龚昌明、李俊良等.川中地区须家河组气藏勘探成果及潜力分析J.天然气工业，2009，29（6）：13-18.22 王金琪.龙门山印支运动主幕辨析再论安县构造运动J.四川地质学报，2003，23（2）：65-69.图9 苏里格气田储层河道带沉积模式立体图126