高分辨率层序地层学在岩相古地理研究中的应用

高分辨率层序地层学在岩相古地理研究中的应用

岩相古地理研究是重建地质历史上陆地分布、构造背景、盆地发育和沉积发展的重要手段和手段。其宗旨是通过重塑盆地在大区域或全球古地理中的具体位置、恢复盆地沉积和构造演化及其与成烃成藏过程的关系,从而达到评价油气资源、了解油气分布规律和预测油气远景之目的。为了能够更好地指导油气勘探,就需要编制精度更高的岩相古地理图,而高分辨率层序地层学理论在其中的应用则为编制高精度的岩相古地理图提供了可能。本文以已有的研究成果为基础[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21],以高分辨率层序地层学理论和技术方法为指导思想,选择四川盆地须家河组长期基准面旋回的上升和下降相域分别为编图单元进行岩相古地理研究,这种新的编图方法减少了由传统编图方法(如压缩编图、优势相编图和岩性比例编图等)所造成的模糊失真现象,有效提高了岩相古地理图的等时性、成因连续性和实用性以及有利区块或有利相带预测与天然气富集成藏条件的评价水平。1充填型须家河组岩相特征四川盆地上三叠统须家河组地层非常发育,有丰富的煤和油气资源。从目前所了解的地层发育情况,四川盆地须家河组可明显地划分为两种构造背景下的沉积类型(图1-A):(1)前陆盆地前渊强烈坳陷沉降充填型,须家河组沉积厚度大,一般在2.0~3.2km内变化(局部厚度>3.2km),主要为厚层块状砂岩、中至厚层状粉砂岩与薄层状泥岩的互层组合,局部夹有巨厚的块状砾岩层。一般被划分为须二-须六段,但大部分地区缺失须六段(图1-B)。分布于龙门山推覆体东侧的广元、江油、绵阳、德阳、什邡、彭州、崇州、大邑、芦山和米仓山-大巴山推覆体南侧的南江、通江、万源、宣汉等地,为组成前陆盆地川西前渊坳陷和川东北前渊坳陷沉积充填的主体[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。(2)内克拉通盆地稳定坳陷充填型,须家河组沉积厚度较小,一般在500~800m内变化,主要为薄至中层状粉砂岩、泥岩与厚层块状砂岩的互层组合,局部夹有砂质砾岩或含砾砂岩透镜体。须二至须六段于大部分地区发育齐全,仅局部地区缺失须六段,但须二和须三段的地质记录保存不完整(图1-B)。此类型地层主要分布于渝东、川东南和川南的重庆、广安、华蓥山、合川、岳池、遂宁、潼南等地,为组成晚三叠世前陆盆地前隆斜坡和隆后内克拉通盆地沉积充填的主体[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。2层序划分方法针对四川盆地须家河组主要发育陆相和过渡相地层,砂体厚度、岩性和岩相变化较大,产出层位不很稳定的特点,本文采用更适合于陆相盆地层序地层分析的高分辨率层序地层学理论及其技术方法作为指导思想对其进行层序划分,以不同级别的基准面升降运动周期作为不同级别层序划分的依据,以基准面下降达最低点位置时发育的界面为层序边界,一个完整的层序由上升和下降两个半旋回相域组成。通过对控制四川盆地须二段-须五段沉积的构造、气候、物源、可容纳空间与沉积物通量之比以及地层自旋回等多种因素的综合分析,可识别出4种不同性质、成因和产出规模的界面类型,据此划分出2个超长期、4个长期,14个中期和数十个短期基准面旋回层序(表1和图2),其中超长期和长期基准面旋回层序在盆地范围内可基本对比(图1-B)。3构造-沉积演化阶段四川盆地在晚三叠世须家河期各不同时段有不同的气候与地形条件、区域构造特征、沉降特征以及补偿作用特点,因此随着盆地水体的变迁,各时段形成了各具特色的沉积体系组合类型和展布格局。须二段-须三段沉积发育时期以辫状河三角洲和浅湖沉积环境为主,须四段-须五段沉积发育时期以冲积扇、辫状河三角洲、扇三角洲和浅湖沉积环境为主[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。纵观整个四川盆地构造发育历史,经历了早期边缘前陆盆地阶段(晚三叠世卡尼期)、中期类前陆盆地阶段(晚三叠世诺利期→侏罗纪)和晚期萎缩衰亡阶段(白垩纪→渐新世)。其中类前陆盆地阶段又可划分为龙门山亚阶段(晚三叠世诺利期→瑞替期)、米仓山-大巴山亚阶段(早、中侏罗世)和复合亚阶段(晚侏罗世)。本文研究重点层位上三叠统须家河组即为中期类前陆盆地阶段龙门山亚阶段时期快速充填的产物。须家河早期,龙门山构造山系的逆冲推覆作用较为活跃,川西坳陷发生强烈坳陷沉降作用,而米仓山-大巴山构造山系尚处于低幅稳定隆升状态,川东北坳陷主要受龙门山逆冲推覆作用的远端效应的影响,此两造山带的联合作用直接控制了四川盆地三坳围一隆的构造-沉积格局和西南厚、东北薄以及以川西坳陷为主体的西断东超的压性箕状盆地构造样式。因此,须家河早期主要以发育沿盆地边缘自西向东推进的巨大冲积扇和辫状河三角洲沉积体系为特征。须家河晚期,伴随着“安县运动”,龙门山逆冲推覆进一步增强;与此同时,米仓山-大巴山也开始进入冲断前的强烈构造隆升阶段。因而,在川西坳陷发生强烈坳陷的同时,川东北坳陷也发生了较大幅度的持续坳陷沉降作用,大量沉积物自龙门山推覆体和米仓山-大巴山推覆体前缘迅速注入盆地,并集中堆积在川西坳陷带和川东北坳陷带,形成以沿龙门山和米仓山-大巴山两逆冲推覆带前缘广泛发育的冲积扇沉积体系,并以底部堆积有巨厚的厚层块状砾岩为须三段与须四段分界的显著标志[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。4须家河期沉积型须家河期对应于四川盆地演化阶段类前陆盆地阶段的龙门山亚阶段,构造演化表现为早期强烈坳陷晚期强烈隆升,形成两个以断陷扩展和沉积充填作用为主的构造层序,即分别对应于须家河早期(须下盆)和须家河晚期(须上盆)的两个超长期基准面旋回。其中早期超长期旋回层序(SLSC1)由须二段和须三段叠加组成,分别对应于LSC1和LSC2两个长期旋回层序;晚期超长期旋回层序(SLSC2)由须四段和须五段叠加组成,分别对应于LSC3和LSC4两个长期旋回层序。须家河期川西坳陷属于龙门山类前陆盆地的前渊坳陷带,主要沿龙门山前缘发育,其沉降和沉积中心主要位于川西地区,川北地区属于前渊坳陷带的北段。自南西向北东方向,沿该坳陷轴部的构造沉降幅度和水体深度都逐渐变小,具有自北东向南西方向加宽、加深和自然拐弯的递降坡度;因此,无论是来自西部龙门山造山带的沉积物,东部川中古隆起的沉积物,还是北部米仓山-大巴山造山带西侧的沉积物,都以川西坳陷为沉积物的主要搬运通道和堆积场所,而且砂质沉积物一旦进入坳陷后,均作向南西方向的偏转,由此而控制了进入川西坳陷的大部分储集砂体的延伸方向和空间展布的基本规律。此特征以孝泉-新场-合兴场-丰谷地区须家河组各岩性段中的水道砂体的延伸方向大部分呈自北西依次向南东和正南,乃至南西方向的偏转特征最为典型。位于川东北的米仓山-大巴山地区构造活动主要处于低幅隆升的稳定期,因而须家河早期的SLSC1超长期旋回层序时期,仍属于受龙门山逆冲推覆作用远端效应影响的前隆斜坡带;至须家河晚期SLSC2超长期旋回阶段,由米仓山-大巴山开始进入逆冲推覆状态而引发较大幅度的构造沉降和坳陷,沉积充填厚度加大,但相对川西和川西南地区前渊深坳陷的沉降幅度和沉积厚度要小得多。4.1两层序列的岩石相固地理特征4.1.1控三角洲沉积体系须二段沉积时期,由于松潘-甘孜造山带的隆升,海水基本上已退出四川盆地的主体部分,也是四川盆地由海相沉积转变为陆相沉积的转折点。须二段长期旋回层序上升相域的沉积是小塘子末期海退的继承和发展,位于盆地西部的川西地区主要充填三角洲-湖泊沉积体系,随着龙门山半岛的继续上升,河流沉积更为发育,在河流入湖处形成河控三角洲沉积体系,主要沿川西龙门山造山带前缘和川东北米仓山-大巴山造山带前缘连续发育规模较大的辫状河三角洲沉积体系(图3-A);川东南地区除在广安-邻水地区发育有一些小型三角洲外,以发育滨、浅湖为主;位于川中古隆起边缘地带的川南地区的绥江-宜宾-长宁一带,以发育有辫状河三角洲平原为主,并向北东方向延伸进入湖盆,形成沿自贡-内江-潼南方向展布的三角洲进积朵状体;此外,在遂宁、南充等地还发育数个规模不等的浅湖砂坝沉积。由此可见,在由盆地周边的三角洲沉积体系向盆内湖泊沉积体系推进,以及盆地中部由南西往北东方向推进的三角洲沉积体系的背景下,使得四川盆地的浅湖沉积形成以沿乐山-井研-资中-蓬溪-仪陇-巴中-大竹-广安-合川-永川-合江-赤水的向南西方向倾斜的“∩”形浅湖沉积区域,即前已述及的三坳围一隆的构造-沉积格局。四川盆地的沉积和沉降中心位于川西坳陷内,沉积厚度大,为108~569m;而四川盆地东部沉积厚度较薄,为80~196m。这与须家河早期龙门山造山带推覆体活动强烈,而川北东的米仓山-大巴山活动较弱有关。4.1.2盆地内部的剥蚀区和浅湖在须家河早期超长期层序上升相域基准面变化总体处于上升状态的大背景下,须二段长期旋回层序下降相域的基准面处于相对下降状态,在继承须二段长期旋回层序上升相域古地理面貌的基础上,一方面沿米仓山前缘的南江地区和大巴山前缘的万源石冠寺地区,以及盆地南部的宜宾、自贡、内江、永川等地出现了面积不等的剥蚀区;另一方面受盆地向西南方向翘倾的构造沉积影响而使盆地南部的浅湖沉积面积扩大,湖盆边缘的冲积平原-三角洲沉积体系宽度明显变窄并向古陆方向退缩。此时发育在龙门山前缘的辫状河三角洲沉积体系较上升相域有所萎缩,在龙门山前缘还是大规模连片发育,在米仓山前缘为滨湖沉积,与发育在大巴山前缘的辫状河三角洲沉积体系被出现在通江-万源一带的湖湾相隔(图3-B)。4.2三层楼岩石层的古代地理特征4.2.1第二,龙门山末-下地区须三段长期层序上升相域是须家河早期湖水上升达最深的时期,古地理面貌与须二段相比有较大的变化,整个四川盆地以发育大面积的浅湖沉积环境为主要特征(图3-C)。在此大背景下,龙门山前缘还发育规模较大且连片的辫状河三角洲沉积,而川西坳陷的主体则为浅-半深湖环境,沉积有巨厚的暗色泥岩,并形成川西坳陷最重要的生烃中心;米仓山前缘仅在南江地区发育一个小规模的辫状河三角洲,其余地区均为滨浅湖沉积;大巴山前缘仅在万源-宣汉一带发育一个辫状河三角洲,但规模也不大;盆地东南部沿盆地边缘发育辫状河沉积体系,往盆内过渡为滨湖-浅湖沉积;盆地内部浅湖砂坝沉积较须二时更为发育,在宜宾、自贡、内江、遂宁、安岳、潼南以及南充、大竹等地均发育有浅湖砂坝沉积,以发育于遂宁、安岳、潼南一带的浅湖砂坝规模最大。4.2.2栈型盆地沉积期岩相古地理模式在须三段长期层序下降相域基准面处于下降状态,米仓山-大巴山前缘出现面积较小的剥蚀区(图3-D),除在南江-巴中-通江以及万源-宣汉两地发育两个规模较小的三角洲外,全盆地的坳陷部位大多数以发育滨、浅湖和湖湾-沼泽沉积环境为主。而在龙门山前缘的辫状河三角洲沉积体系在该阶段较前期有所退缩,在北端为湖湾,南端则为浅湖,并在雅安一带出现了小规模的剥蚀区。在盆地西南部及南部地区,为大面积发育的滨、浅湖沉积环境,仅在宜宾发育小规模的辫状河沉积,并沿正北方向延伸进入湖盆,在盆地东部及东南部为浅湖沉积。盆地内部的浅湖砂坝沉积该时期还很发育,且单个砂坝的规模较上升期有较明显的增大趋势。4.3这一时期的地理特征是由四层序的岩石相结合的4.3.1冲积扇扇根至扇中的砾岩须四段是须家河组上、下两个“成盆期”分界的开始,以“安县运动”为显著标志。须四段底部在全盆地范围内普遍发育有砾岩沉积,尤以川西坳陷和川东北坳陷最为发育,如在彭州狮山剖面须四底部发育有20m厚的砾岩层,砾石成分以灰岩和砂岩为主,砾石磨圆较好但分选较差,呈基底式胶结,杂基支撑,砾石粒径大的可达10cm以上,砾岩中含有大量硅化木和煤线,是冲积扇扇根至扇中的典型沉积标志。在大巴山前缘的万源石冠寺,以发育杂色厚层-块状砾岩为主,磨圆度好而分选差,砾径较彭州狮山剖面要小。而位于川中古隆起中段东侧的合川炭坝和华蓥溪口地区,只发育有厚仅10~20cm的薄层细砾岩,类似的情况出现在位处川中古隆起中偏北段的磨溪和龙女寺气田钻井的须四段底部,说明川中古隆起及其周边地区受“安县运动”的影响相对较小,在须四段开始期具有间歇暴露,但很快又被淹没为三角洲前缘水下分流河道和河口坝沉积。区域上,在须四段长期旋回层序的上升相域,龙门山以及米仓山、大巴山前缘以发育冲积扇和扇三角洲沉积体系为主;盆地东部及东南部发育两个大规模的辫状河三角洲沉积体系,被发育于石柱的湖湾分隔;西南部沿绥江-自贡-内江发育一个规模较小的辫状河三角洲沉积体系。四川盆地总体以发育三角洲沉积体系为主,相对须三段浅湖沉积面积大为缩小,但与须二早期沉积相似,浅湖沉积形成以沿乐山-井研-仪陇-合川-永川-泸州-长宁的向南西方向倾斜的“∩”形浅湖沉积区域(图3-E)。4.3.2上升相域发育冲积扇沉积体系随着基准面不断上升和湖水位上涨达最大湖泛期后出现的须四段下降相域,继承了须四上升相域的沉积特点(图3-F),与上升相域相区别的是:(1)上升相域发育的冲积扇沉积体系在下降相域不发育;(2)大巴山前缘上升相域以扇三角洲沉积体系为主,下降相域则以辫状河三角洲沉积体系为主;(3)发育于盆地西南部的辫状河三角洲沉积体系规模扩大,且由上升相域发育的扇状砂体,于下降期大多数呈分叉的鸟足状展布;(4)在内江、安岳、广安、达川以及江油等地出现了面积很小的剥蚀区,南充-广安地区的剥蚀范围较大。4.4五段层-岩相固始地理特征4.4.1栈-山早古生代三角洲沉积体系须五段长期层序上升相域,基准面总体处于上升时期,盆地以湖泊沉积环境为主,仅在龙门山及米仓山、大巴山前缘发育几个规模较小的辫状河三角洲沉积体系(图3-G)。龙门山前缘南段和中段的辫状河三角洲沉积体系被发育于成都-郫县北东方向的河湾分隔,而龙门山北段位于安县、江油一带的剥蚀区较须四时明显增大;米仓山、大巴山前缘仅万源-宣汉地区发育一个规模很小的辫状河三角洲沉积体系,其余地区为滨、浅湖沉积;盆地东部、东南部、南部及西南部除石柱往北东方向出现面积较小的剥蚀区外,均为滨、浅湖沉积;盆地内部发育数个规模不等的浅湖砂坝。4.4.2车桥下国家基本沉积相须五段长期层序下降相域盆地沉积基本继承了上升相域的沉积格局(图3-H)。与上升相域的区别在于:(1)位于龙门山前缘南段和中段的两个辫状河三角洲沉积体在该时期连成一个规模较大的辫状河三角洲朵状体,向盆地方向呈短的鸟足状展布;(2)发育于大巴山前缘的辫状河三角洲沉积体面积较上升相域更小;(3)位于龙门山北段安县、江油一带的剥蚀区面积变化不大,但盆地东南部的剥蚀区范围明显扩大,沿盆地边缘呈带状展布;(4)盆地内浅湖砂坝沉积较上升相域有所减少。5冲积扇-河流-三角洲-湖泊扇沉积组合四川盆地上三叠统须家河组属陆相沉积,沉积相类型丰富多彩,变化虽然较为复杂但很有规律,尤以沉积相带展布格局的变化最有规律,有三个重要的基本特点:a.四川盆地须家河期沉积主要是从周边山系向盆内和从川中隆起