高分辨率層序地層學在巖相古地理研究中的應用

高分辨率層序地層學在巖相古地理研究中的應用

巖相古地理研究是重建地質歷史上陸地分布、構造背景、盆地發(fā)育和沉積發(fā)展的重要手段和手段。其宗旨是通過重塑盆地在大區(qū)域或全球古地理中的具體位置、恢復盆地沉積和構造演化及其與成烴成藏過程的關系,從而達到評價油氣資源、了解油氣分布規(guī)律和預測油氣遠景之目的。為了能夠更好地指導油氣勘探,就需要編制精度更高的巖相古地理圖,而高分辨率層序地層學理論在其中的應用則為編制高精度的巖相古地理圖提供了可能。本文以已有的研究成果為基礎[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21],以高分辨率層序地層學理論和技術方法為指導思想,選擇四川盆地須家河組長期基準面旋回的上升和下降相域分別為編圖單元進行巖相古地理研究,這種新的編圖方法減少了由傳統(tǒng)編圖方法(如壓縮編圖、優(yōu)勢相編圖和巖性比例編圖等)所造成的模糊失真現象,有效提高了巖相古地理圖的等時性、成因連續(xù)性和實用性以及有利區(qū)塊或有利相帶預測與天然氣富集成藏條件的評價水平。1充填型須家河組巖相特征四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組地層非常發(fā)育,有豐富的煤和油氣資源。從目前所了解的地層發(fā)育情況,四川盆地須家河組可明顯地劃分為兩種構造背景下的沉積類型(圖1-A):(1)前陸盆地前淵強烈坳陷沉降充填型,須家河組沉積厚度大,一般在2.0~3.2km內變化(局部厚度>3.2km),主要為厚層塊狀砂巖、中至厚層狀粉砂巖與薄層狀泥巖的互層組合,局部夾有巨厚的塊狀礫巖層。一般被劃分為須二-須六段,但大部分地區(qū)缺失須六段(圖1-B)。分布于龍門山推覆體東側的廣元、江油、綿陽、德陽、什邡、彭州、崇州、大邑、蘆山和米倉山-大巴山推覆體南側的南江、通江、萬源、宣漢等地,為組成前陸盆地川西前淵坳陷和川東北前淵坳陷沉積充填的主體[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。(2)內克拉通盆地穩(wěn)定坳陷充填型,須家河組沉積厚度較小,一般在500~800m內變化,主要為薄至中層狀粉砂巖、泥巖與厚層塊狀砂巖的互層組合,局部夾有砂質礫巖或含礫砂巖透鏡體。須二至須六段于大部分地區(qū)發(fā)育齊全,僅局部地區(qū)缺失須六段,但須二和須三段的地質記錄保存不完整(圖1-B)。此類型地層主要分布于渝東、川東南和川南的重慶、廣安、華鎣山、合川、岳池、遂寧、潼南等地,為組成晚三疊世前陸盆地前隆斜坡和隆后內克拉通盆地沉積充填的主體[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。2層序劃分方法針對四川盆地須家河組主要發(fā)育陸相和過渡相地層,砂體厚度、巖性和巖相變化較大,產出層位不很穩(wěn)定的特點,本文采用更適合于陸相盆地層序地層分析的高分辨率層序地層學理論及其技術方法作為指導思想對其進行層序劃分,以不同級別的基準面升降運動周期作為不同級別層序劃分的依據,以基準面下降達最低點位置時發(fā)育的界面為層序邊界,一個完整的層序由上升和下降兩個半旋回相域組成。通過對控制四川盆地須二段-須五段沉積的構造、氣候、物源、可容納空間與沉積物通量之比以及地層自旋回等多種因素的綜合分析,可識別出4種不同性質、成因和產出規(guī)模的界面類型,據此劃分出2個超長期、4個長期,14個中期和數十個短期基準面旋回層序(表1和圖2),其中超長期和長期基準面旋回層序在盆地范圍內可基本對比(圖1-B)。3構造-沉積演化階段四川盆地在晚三疊世須家河期各不同時段有不同的氣候與地形條件、區(qū)域構造特征、沉降特征以及補償作用特點,因此隨著盆地水體的變遷,各時段形成了各具特色的沉積體系組合類型和展布格局。須二段-須三段沉積發(fā)育時期以辮狀河三角洲和淺湖沉積環(huán)境為主,須四段-須五段沉積發(fā)育時期以沖積扇、辮狀河三角洲、扇三角洲和淺湖沉積環(huán)境為主[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]?？v觀整個四川盆地構造發(fā)育歷史,經歷了早期邊緣前陸盆地階段(晚三疊世卡尼期)、中期類前陸盆地階段(晚三疊世諾利期→侏羅紀)和晚期萎縮衰亡階段(白堊紀→漸新世)。其中類前陸盆地階段又可劃分為龍門山亞階段(晚三疊世諾利期→瑞替期)、米倉山-大巴山亞階段(早、中侏羅世)和復合亞階段(晚侏羅世)。本文研究重點層位上三疊統(tǒng)須家河組即為中期類前陸盆地階段龍門山亞階段時期快速充填的產物。須家河早期,龍門山構造山系的逆沖推覆作用較為活躍,川西坳陷發(fā)生強烈坳陷沉降作用,而米倉山-大巴山構造山系尚處于低幅穩(wěn)定隆升狀態(tài),川東北坳陷主要受龍門山逆沖推覆作用的遠端效應的影響,此兩造山帶的聯合作用直接控制了四川盆地三坳圍一隆的構造-沉積格局和西南厚、東北薄以及以川西坳陷為主體的西斷東超的壓性箕狀盆地構造樣式。因此,須家河早期主要以發(fā)育沿盆地邊緣自西向東推進的巨大沖積扇和辮狀河三角洲沉積體系為特征。須家河晚期,伴隨著“安縣運動”,龍門山逆沖推覆進一步增強;與此同時,米倉山-大巴山也開始進入沖斷前的強烈構造隆升階段。因而,在川西坳陷發(fā)生強烈坳陷的同時,川東北坳陷也發(fā)生了較大幅度的持續(xù)坳陷沉降作用,大量沉積物自龍門山推覆體和米倉山-大巴山推覆體前緣迅速注入盆地,并集中堆積在川西坳陷帶和川東北坳陷帶,形成以沿龍門山和米倉山-大巴山兩逆沖推覆帶前緣廣泛發(fā)育的沖積扇沉積體系,并以底部堆積有巨厚的厚層塊狀礫巖為須三段與須四段分界的顯著標志[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。4須家河期沉積型須家河期對應于四川盆地演化階段類前陸盆地階段的龍門山亞階段,構造演化表現為早期強烈坳陷晚期強烈隆升,形成兩個以斷陷擴展和沉積充填作用為主的構造層序,即分別對應于須家河早期(須下盆)和須家河晚期(須上盆)的兩個超長期基準面旋回。其中早期超長期旋回層序(SLSC1)由須二段和須三段疊加組成,分別對應于LSC1和LSC2兩個長期旋回層序;晚期超長期旋回層序(SLSC2)由須四段和須五段疊加組成,分別對應于LSC3和LSC4兩個長期旋回層序。須家河期川西坳陷屬于龍門山類前陸盆地的前淵坳陷帶,主要沿龍門山前緣發(fā)育,其沉降和沉積中心主要位于川西地區(qū),川北地區(qū)屬于前淵坳陷帶的北段。自南西向北東方向,沿該坳陷軸部的構造沉降幅度和水體深度都逐漸變小,具有自北東向南西方向加寬、加深和自然拐彎的遞降坡度;因此,無論是來自西部龍門山造山帶的沉積物,東部川中古隆起的沉積物,還是北部米倉山-大巴山造山帶西側的沉積物,都以川西坳陷為沉積物的主要搬運通道和堆積場所,而且砂質沉積物一旦進入坳陷后,均作向南西方向的偏轉,由此而控制了進入川西坳陷的大部分儲集砂體的延伸方向和空間展布的基本規(guī)律。此特征以孝泉-新場-合興場-豐谷地區(qū)須家河組各巖性段中的水道砂體的延伸方向大部分呈自北西依次向南東和正南,乃至南西方向的偏轉特征最為典型。位于川東北的米倉山-大巴山地區(qū)構造活動主要處于低幅隆升的穩(wěn)定期,因而須家河早期的SLSC1超長期旋回層序時期,仍屬于受龍門山逆沖推覆作用遠端效應影響的前隆斜坡帶;至須家河晚期SLSC2超長期旋回階段,由米倉山-大巴山開始進入逆沖推覆狀態(tài)而引發(fā)較大幅度的構造沉降和坳陷,沉積充填厚度加大,但相對川西和川西南地區(qū)前淵深坳陷的沉降幅度和沉積厚度要小得多。4.1兩層序列的巖石相固地理特征4.1.1控三角洲沉積體系須二段沉積時期,由于松潘-甘孜造山帶的隆升,海水基本上已退出四川盆地的主體部分,也是四川盆地由海相沉積轉變?yōu)殛懴喑练e的轉折點。須二段長期旋回層序上升相域的沉積是小塘子末期海退的繼承和發(fā)展,位于盆地西部的川西地區(qū)主要充填三角洲-湖泊沉積體系,隨著龍門山半島的繼續(xù)上升,河流沉積更為發(fā)育,在河流入湖處形成河控三角洲沉積體系,主要沿川西龍門山造山帶前緣和川東北米倉山-大巴山造山帶前緣連續(xù)發(fā)育規(guī)模較大的辮狀河三角洲沉積體系(圖3-A);川東南地區(qū)除在廣安-鄰水地區(qū)發(fā)育有一些小型三角洲外,以發(fā)育濱、淺湖為主;位于川中古隆起邊緣地帶的川南地區(qū)的綏江-宜賓-長寧一帶,以發(fā)育有辮狀河三角洲平原為主,并向北東方向延伸進入湖盆,形成沿自貢-內江-潼南方向展布的三角洲進積朵狀體;此外,在遂寧、南充等地還發(fā)育數個規(guī)模不等的淺湖砂壩沉積。由此可見,在由盆地周邊的三角洲沉積體系向盆內湖泊沉積體系推進,以及盆地中部由南西往北東方向推進的三角洲沉積體系的背景下,使得四川盆地的淺湖沉積形成以沿樂山-井研-資中-蓬溪-儀隴-巴中-大竹-廣安-合川-永川-合江-赤水的向南西方向傾斜的“∩”形淺湖沉積區(qū)域,即前已述及的三坳圍一隆的構造-沉積格局。四川盆地的沉積和沉降中心位于川西坳陷內,沉積厚度大,為108~569m;而四川盆地東部沉積厚度較薄,為80~196m。這與須家河早期龍門山造山帶推覆體活動強烈,而川北東的米倉山-大巴山活動較弱有關。4.1.2盆地內部的剝蝕區(qū)和淺湖在須家河早期超長期層序上升相域基準面變化總體處于上升狀態(tài)的大背景下,須二段長期旋回層序下降相域的基準面處于相對下降狀態(tài),在繼承須二段長期旋回層序上升相域古地理面貌的基礎上,一方面沿米倉山前緣的南江地區(qū)和大巴山前緣的萬源石冠寺地區(qū),以及盆地南部的宜賓、自貢、內江、永川等地出現了面積不等的剝蝕區(qū);另一方面受盆地向西南方向翹傾的構造沉積影響而使盆地南部的淺湖沉積面積擴大,湖盆邊緣的沖積平原-三角洲沉積體系寬度明顯變窄并向古陸方向退縮。此時發(fā)育在龍門山前緣的辮狀河三角洲沉積體系較上升相域有所萎縮,在龍門山前緣還是大規(guī)模連片發(fā)育,在米倉山前緣為濱湖沉積,與發(fā)育在大巴山前緣的辮狀河三角洲沉積體系被出現在通江-萬源一帶的湖灣相隔(圖3-B)。4.2三層樓巖石層的古代地理特征4.2.1第二,龍門山末-下地區(qū)須三段長期層序上升相域是須家河早期湖水上升達最深的時期,古地理面貌與須二段相比有較大的變化,整個四川盆地以發(fā)育大面積的淺湖沉積環(huán)境為主要特征(圖3-C)。在此大背景下,龍門山前緣還發(fā)育規(guī)模較大且連片的辮狀河三角洲沉積,而川西坳陷的主體則為淺-半深湖環(huán)境,沉積有巨厚的暗色泥巖,并形成川西坳陷最重要的生烴中心;米倉山前緣僅在南江地區(qū)發(fā)育一個小規(guī)模的辮狀河三角洲,其余地區(qū)均為濱淺湖沉積;大巴山前緣僅在萬源-宣漢一帶發(fā)育一個辮狀河三角洲,但規(guī)模也不大;盆地東南部沿盆地邊緣發(fā)育辮狀河沉積體系,往盆內過渡為濱湖-淺湖沉積;盆地內部淺湖砂壩沉積較須二時更為發(fā)育,在宜賓、自貢、內江、遂寧、安岳、潼南以及南充、大竹等地均發(fā)育有淺湖砂壩沉積,以發(fā)育于遂寧、安岳、潼南一帶的淺湖砂壩規(guī)模最大。4.2.2棧型盆地沉積期巖相古地理模式在須三段長期層序下降相域基準面處于下降狀態(tài),米倉山-大巴山前緣出現面積較小的剝蝕區(qū)(圖3-D),除在南江-巴中-通江以及萬源-宣漢兩地發(fā)育兩個規(guī)模較小的三角洲外,全盆地的坳陷部位大多數以發(fā)育濱、淺湖和湖灣-沼澤沉積環(huán)境為主。而在龍門山前緣的辮狀河三角洲沉積體系在該階段較前期有所退縮,在北端為湖灣,南端則為淺湖,并在雅安一帶出現了小規(guī)模的剝蝕區(qū)。在盆地西南部及南部地區(qū),為大面積發(fā)育的濱、淺湖沉積環(huán)境,僅在宜賓發(fā)育小規(guī)模的辮狀河沉積,并沿正北方向延伸進入湖盆,在盆地東部及東南部為淺湖沉積。盆地內部的淺湖砂壩沉積該時期還很發(fā)育,且單個砂壩的規(guī)模較上升期有較明顯的增大趨勢。4.3這一時期的地理特征是由四層序的巖石相結合的4.3.1沖積扇扇根至扇中的礫巖須四段是須家河組上、下兩個“成盆期”分界的開始,以“安縣運動”為顯著標志。須四段底部在全盆地范圍內普遍發(fā)育有礫巖沉積,尤以川西坳陷和川東北坳陷最為發(fā)育,如在彭州獅山剖面須四底部發(fā)育有20m厚的礫巖層,礫石成分以灰?guī)r和砂巖為主,礫石磨圓較好但分選較差,呈基底式膠結,雜基支撐,礫石粒徑大的可達10cm以上,礫巖中含有大量硅化木和煤線,是沖積扇扇根至扇中的典型沉積標志。在大巴山前緣的萬源石冠寺,以發(fā)育雜色厚層-塊狀礫巖為主,磨圓度好而分選差,礫徑較彭州獅山剖面要小。而位于川中古隆起中段東側的合川炭壩和華鎣溪口地區(qū),只發(fā)育有厚僅10~20cm的薄層細礫巖,類似的情況出現在位處川中古隆起中偏北段的磨溪和龍女寺氣田鉆井的須四段底部,說明川中古隆起及其周邊地區(qū)受“安縣運動”的影響相對較小,在須四段開始期具有間歇暴露,但很快又被淹沒為三角洲前緣水下分流河道和河口壩沉積。區(qū)域上,在須四段長期旋回層序的上升相域,龍門山以及米倉山、大巴山前緣以發(fā)育沖積扇和扇三角洲沉積體系為主;盆地東部及東南部發(fā)育兩個大規(guī)模的辮狀河三角洲沉積體系,被發(fā)育于石柱的湖灣分隔;西南部沿綏江-自貢-內江發(fā)育一個規(guī)模較小的辮狀河三角洲沉積體系。四川盆地總體以發(fā)育三角洲沉積體系為主,相對須三段淺湖沉積面積大為縮小,但與須二早期沉積相似,淺湖沉積形成以沿樂山-井研-儀隴-合川-永川-瀘州-長寧的向南西方向傾斜的“∩”形淺湖沉積區(qū)域(圖3-E)。4.3.2上升相域發(fā)育沖積扇沉積體系隨著基準面不斷上升和湖水位上漲達最大湖泛期后出現的須四段下降相域,繼承了須四上升相域的沉積特點(圖3-F),與上升相域相區(qū)別的是:(1)上升相域發(fā)育的沖積扇沉積體系在下降相域不發(fā)育;(2)大巴山前緣上升相域以扇三角洲沉積體系為主,下降相域則以辮狀河三角洲沉積體系為主;(3)發(fā)育于盆地西南部的辮狀河三角洲沉積體系規(guī)模擴大,且由上升相域發(fā)育的扇狀砂體,于下降期大多數呈分叉的鳥足狀展布;(4)在內江、安岳、廣安、達川以及江油等地出現了面積很小的剝蝕區(qū),南充-廣安地區(qū)的剝蝕范圍較大。4.4五段層-巖相固始地理特征4.4.1棧-山早古生代三角洲沉積體系須五段長期層序上升相域,基準面總體處于上升時期,盆地以湖泊沉積環(huán)境為主,僅在龍門山及米倉山、大巴山前緣發(fā)育幾個規(guī)模較小的辮狀河三角洲沉積體系(圖3-G)。龍門山前緣南段和中段的辮狀河三角洲沉積體系被發(fā)育于成都-郫縣北東方向的河灣分隔,而龍門山北段位于安縣、江油一帶的剝蝕區(qū)較須四時明顯增大;米倉山、大巴山前緣僅萬源-宣漢地區(qū)發(fā)育一個規(guī)模很小的辮狀河三角洲沉積體系,其余地區(qū)為濱、淺湖沉積;盆地東部、東南部、南部及西南部除石柱往北東方向出現面積較小的剝蝕區(qū)外,均為濱、淺湖沉積;盆地內部發(fā)育數個規(guī)模不等的淺湖砂壩。4.4.2車橋下國家基本沉積相須五段長期層序下降相域盆地沉積基本繼承了上升相域的沉積格局(圖3-H)。與上升相域的區(qū)別在于:(1)位于龍門山前緣南段和中段的兩個辮狀河三角洲沉積體在該時期連成一個規(guī)模較大的辮狀河三角洲朵狀體,向盆地方向呈短的鳥足狀展布;(2)發(fā)育于大巴山前緣的辮狀河三角洲沉積體面積較上升相域更小;(3)位于龍門山北段安縣、江油一帶的剝蝕區(qū)面積變化不大,但盆地東南部的剝蝕區(qū)范圍明顯擴大,沿盆地邊緣呈帶狀展布;(4)盆地內淺湖砂壩沉積較上升相域有所減少。5沖積扇-河流-三角洲-湖泊扇沉積組合四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組屬陸相沉積,沉積相類型豐富多彩,變化雖然較為復雜但很有規(guī)律,尤以沉積相帶展布格局的變化最有規(guī)律,有三個重要的基本特點:a.四川盆地須家河期沉積主要是從周邊山系向盆內和從川中隆起