四川盆地中寒武统高热组、石节水组膏盐岩分布规律

四川盆地中寒武统高热组、石节水组膏盐岩分布规律

0中寒武统膏盐岩世界上的主要气田都与石膏盐层有关，引起了人们的关注。据统计,全球不到8%的以盐岩盖层为主的区带拥有世界55%的石油探明储量。因此,膏盐岩盖层是大油气田得以保存的关键。四川盆地在中寒武统有广泛的膏盐岩分布,尽管1964年在威远发现了盐下震旦系气田,但对膏盐岩本身及其与油气关系却被忽略了。近年来,随着油气勘探的不断深入,该套膏盐岩才逐渐被重视:胡书毅等认为中寒武统膏盐岩是上扬子区良好的直接盖层;门玉澎等阐述了中寒武统膏盐岩形成时的古地理环境。但这些研究成果不能完全满足石油勘探的需要,譬如野外剖面中膏溶角砾岩未被重视,常把寒武系作为整体研究,未区分寒武系不同沉积背景下的膏盐岩成因(或深度不够)等。尤其是在2003年川东北地区三叠系盐下普光气田的发现,2005年的威远下寒武统龙王庙组气田的突破,以及黔中隆起、鄂西渝东地区寒武系盐下大量的油气显示的背景下,非常有必要深入开展对四川盆地中寒武统膏盐岩的特征、分布及成因的研究,为下一步盐下油气勘探选区打下理论基础。1含云质及白云岩石膏岩四川盆地中寒武统膏盐岩主要发育于高台组(或陡坡寺组)和石冷水组(或西王庙组)中,以石膏、白云石与黏土矿物为三端元,以90%、50%和25%为体积分数界线,按三级分类命名原则,将四川盆地中寒武统含膏岩系划分为含泥含云质石膏岩类、膏质白云岩类和膏质砂泥岩类三大类,岩石类型主要有纯石膏岩、含云质石膏岩、白云质石膏岩、含泥质石膏岩、泥质石膏岩、含膏质白云岩、膏质白云岩、含膏质砂泥岩、膏质砂泥岩及膏溶角砾岩,共10小类膏岩类型(图1)。纯石膏岩呈灰—灰白色,致密块体,石膏或盐的体积分数大于90%。主要成分是石膏、硬石膏,含不等量白云石,少量黏土矿物、石英,偶见玉髓、天青石、黄铁矿及有机质,石膏结构有结晶结构(图2A、B)、放射结构及交代结构;构造类型有韵律条带状、透镜状、块状、波状等(图2C、D)。纯的石膏岩主要广泛分布于研究区的井下,如在建深1井中寒武统中纯石膏岩厚达56.5m,有9层之多。含云质及白云质石膏岩此类膏盐岩中几乎不含黏土,而石膏体积分数为50%~90%,当白云石体积分数为10%~25%时,为含云质石膏岩(图2E),当白云石体积分数为25%~50%时为云质石膏岩(图2F)。这两类膏盐岩在钻井剖面上分布较少,在利1井3172.00~3177.00m及3610.00~3612.00m见有发育。含膏质白云岩及膏质白云岩此类膏盐岩中几乎不含黏土,而白云石体积分数大于50%,当石膏体积分数为10%~25%时,为含膏质白云岩,当石膏体积分数为25%~50%时为膏质白云岩。在野外录井过程中二者也不易区分,因而在统计时统归为膏质白云岩。膏质白云岩在四川盆地中寒武统中分布较广泛,而且厚度较大。如利1井为144.50m,而建深1井达到618.50m。其次在抓抓岩剖面上,还可以见到膏晶白云岩。膏晶白云岩为含有较多石膏晶体的微晶白云岩,在地表,石膏晶体已全部由方解石晶粒所取代,成为石膏假晶。因此岩石的主要成分已变为了微晶白云石及石膏假晶。含膏质砂泥岩及膏质砂泥岩该类膏盐岩中,碎屑成分已超过50%,属于碎屑岩类。由于含有大于10%的石膏,笔者把这类岩石定为含膏质砂岩(泥岩)或膏质砂岩(泥岩)。在钻井剖面中发育较少,仅在宁1井、窝深1井、方深1井、利1井中可见。其厚度也较薄,最厚为方深1井36.50m,其余井均不超过20m,有的井如窝深1井仅1m。尽管这类岩石分布发育较少,但这类岩石可能代表混合潮坪沉积环境,对判断沉积相可起指导作用。膏溶角砾岩在野外膏溶角砾岩的识别上,过去并未得到应有的重视,通过野外考察发现,在四川盆地西部乐山、雷波及东部重庆等地表露头中普遍可见(图3)。膏溶角砾岩的形成与地表溶蚀有关,当易溶的膏盐岩被溶蚀后,上覆岩层发生崩塌,形成膏溶角砾岩。在乐山范店剖面上从下而上可见6层灰黄色的膏溶角砾岩,角砾大小不等,最大20cm×8cm,方形、三角形等各种菱角状,角砾体积分数约60%。角砾岩厚度不等,薄者88cm,厚者达10.46m,膏溶角砾岩总厚为45.56m。在雷波抓抓岩剖面上也见8层膏溶角砾岩,呈灰黄—灰绿色,与紫色泥岩互层,角砾岩厚度不等,薄者99cm,厚者达8.31m,膏溶角砾岩总厚为51.66m。在重庆三汇场剖面上见3层膏溶角砾岩,呈灰黄色,夹在灰色泥晶白云岩中,呈2~5cm条带状分布,膏溶角砾岩总厚为35.56m。2部灰色岩、下土岩中灰质碳酸盐岩的结构及剖面位置通过对四川盆地中寒武统20余口钻井及多条野外实测剖面的研究,按照含膏岩系剖面的基本组成和结构特点,将四川盆地中寒武统剖面划分为以下5类。丁山型以丁山1井中寒武统石冷水组为代表(图4A)。该类型含膏岩系剖面的下部为灰色鲕粒白云岩、微晶白云岩、泥质白云岩及膏岩,构成一个旋回,反映了一个海水变咸的过程,也代表一个从浅滩到潮坪、潮上萨布哈的向上变浅的沉积序列。在中上部同样也有4个这样相似的旋回,与下部旋回最大区别在于缺少一套浅滩相的颗粒碳酸盐岩沉积。宫深型以宫深1井中寒武统陡坡寺组为代表(图4B)。该类型含膏岩系剖面由下部灰色泥云岩、灰岩,中部微晶白云岩,中上部膏质白云岩,到上部膏岩组成,构成一个向上变浅的旋回,与丁山型最大区别在于底部无颗粒碳酸盐岩沉积。仔细研究发现该剖面结构从泥灰岩—微晶云岩—膏岩,反映了沉积水体盐度的变化过程,从开放环境的灰岩、泥灰岩到半闭塞环境的微晶云岩,最后到闭塞环境的膏岩,整个过程反映了海水变浅并逐渐咸化的过程,也反映了沉积相由潮间云坪到潮上盐湖或萨布哈环境变化的过程。属于该剖面类型的钻井还包括林1井、丁山1井、李2井、宁1井、盘1井、自深1井、方深1井等陡坡寺组。值得注意的是,有些井并不只存在1个这样的旋回,而是存在多个旋回,如李2井有4~5个这样的旋回,每个旋回厚数十米。方深型以方深1井中寒武统高台组为代表(图4C),底部为粉砂岩与鲕粒云岩互层,中上部具有较厚的膏质粉砂岩,达到了34m,反映了沉积环境由较开放的浅滩相环境到长期处于局限的混合蒸发潮坪环境。此类剖面并不常见,仅在利1井和宁1井中发育。建深型建深型剖面以建深1井中寒武统覃家庙组剖面为代表。建深1井剖面底部为砂屑云岩,中上部具有巨厚的膏盐岩地层,可达675m,这反映了沉积环境由较开放的砂屑滩环境到长期处于闭塞的盐湖环境。建深型具有的特点是膏盐岩巨厚。这种巨厚膏盐岩剖面在利1井、方深1井剖面中可见。范店型以乐山范店剖面为代表(图5)。该剖面由于出露地表已无膏盐岩,但可见膏溶角砾岩,中寒武统为泥岩、灰质泥岩与黄灰色膏溶角砾岩互层,表明膏盐岩暴露地表后,由于地表盐溶作用,易溶的膏质均被雨水等溶蚀带走,留下塌陷角砾,形成膏溶角砾岩,因此该类剖面为暴露型剖面。雷波抓抓岩以及重庆三汇场剖面均属此类。结合上述分析,不难发现丁山型和建深型剖面代表了滩后盐湖沉积环境中膏盐岩剖面,宫深型、方深型剖面代表了潮上蒸发环境中膏盐岩剖面,而范店型剖面则代表了地表暴露膏盐岩剖面。3研究区地质概况在前人研究基础上,结合寒武系最新钻井和野外剖面资料,系统编制了中寒武统膏盐岩的分布等值线图(图6,表1)。从图6中可以发现中寒武膏盐岩的分布主要集中在2个区域,即川南—黔北聚盐区和万县—忠县聚盐区。川南—黔北聚盐区分布在乐山范店—盐津—威信—金沙地区,呈北西—南东向展布(图6)。北界在乐山范店—宜宾—赤水一线,西界为峨眉—甘洛—抓抓岩附近,南界出研究区进入黔北一带,东界在桐梓—安底镇一线。研究区内川南—黔北聚盐区南北跨约200km,东西长约450km,聚盐中心位于方深1井附近,聚盐中心膏盐岩厚度达到157m(图6)。再往东过丁山1井—重庆三汇场将与万县—忠县聚盐区连成一片。万县—忠县聚盐区分布在开县—万县—涪陵—忠县—恩施—酉阳地区,呈椭圆形分布。其北界可能已过开县,南界在酉阳—三汇场一线并与川南—鄂北聚盐区相连,西界已在大竹—邻水—长寿一线,东界已出研究区进入湖北境内。南北长度约400km,东西约为450km,为中寒武统最大聚盐区。聚盐中心位于建深1井附近,聚盐中心膏盐岩厚度达到675m(图6)。川南—黔北地区和万县—忠县地区膏盐岩最大厚度差距较大:在万县—忠县地区建深1井上达到675m,而川南—黔北地区膏盐岩最大厚度仅为157m。4中寒武统膏盐岩成因模式蒸发岩是在特定的沉积环境、条件和沉积作用中形成的沉积物,是沉积环境的物质表现。依据膏盐岩分布特征、岩石学特征及5类膏盐岩剖面,在前人研究的基础上编制中寒武统膏盐段岩相古地理图,分析其形成环境,建立成因模式。中寒武世早中期,四川盆地为镶边台地的古地理格局(图7),分布于台地边缘的滩组合,隔离了台地内外海水水体之间的交换,使台地内部处于水浅、低能的局限台地(泻湖)环境,在干旱、炎热的古气候条件下,强烈蒸发作用使海水不断浓缩。在垂向上,组成含盐岩系的岩石,依次由碳酸盐—硫酸盐(鲕粒云岩—泥晶云岩—云质膏岩—膏岩)组成韵律结构;在平面上,也组成了滩—泻湖—潮上萨布哈—盐湖沉积韵律。这种韵律结构在宁1井、方深1井、丁山1井及重庆三汇场的纵向剖面尤其发育。在台地内部井剖面上仅发育云岩和膏岩韵律旋回。值得注意的是在川东—鄂西地区,中寒武统膏盐岩分布具有明显扩大趋势,厚度也急剧增加。纵向剖面特征显示,该区建深1井中寒武统为一套膏质云岩、云质膏岩、膏岩、云岩夹少量砂泥岩沉积,含膏层占总厚度的80%以上。因而,推测川东—鄂西地区主要为大型蒸发岩泻湖沉积,膏盐湖中心就在建深1井附近,往四周减少,呈“牛眼式”分布,往南与川南—黔北的膏盐岩沉积连成一片,构成了中寒武统分布较广的膏盐岩沉积。综合中寒武统膏盐岩沉积特点,建立了碳酸盐台地蒸发模式图(图8),以此简要表示膏盐岩的成因模式。从图中可以看到膏盐岩主要分布在潮上萨布哈环境和滩后局限泻湖环境,即中寒武统膏盐岩成因机制主要是潮上蒸发机制及沙坝(滩)后局限盐湖机制两类。5岩相古地理特征1)利用石膏、白云石、黏土矿物作为三端元,将四川盆地中寒武统含膏岩系划分为含泥含云质石膏岩类、膏质白云岩类和膏质砂泥岩类3大类及10小类膏岩类型,岩石类型主要有纯石膏岩、白云质石膏岩、泥质石膏岩、膏质白云岩、膏质砂泥岩及膏溶角砾岩等。2)对四川盆地中寒武统20余口钻井及多个野外剖面的分析,认为含膏岩系剖面主要由碳酸盐和硫酸盐组成,夹不等量泥岩、粉砂质泥岩等细碎屑岩,并总结出了丁山型、宫深型、方深型、建深型和范店型五类典型膏盐岩