四川盆地西部上三疊統(tǒng)須二段風(fēng)暴沉積特征

四川盆地西部上三疊統(tǒng)須二段風(fēng)暴沉積特征

四川盆地西部上三疊紀徐家河群是在中三疊紀雷口班組的海上碳酸鹽巖侵蝕面上不整合的。它是在侏羅系紅層下形成的，主要是砂質(zhì)粘土巖。沉積厚度西厚東薄，沉降中心靠近龍門山斷層，厚度4000米。須家河組存在著海陸過渡相、陸相兩種性質(zhì)完全不同的沉積環(huán)境,其巖性在垂向上旋回性明顯:須家河組一段以黑色泥巖夾煤層為特征;二段在龍門山前緣,由于地形較陡,主要是砂巖沉積,在盆地中西部南充、成都一帶,多為穩(wěn)定的泥巖夾煤層沉積;三段又是以黑色泥巖夾煤層為特征;四段以砂巖為特征;五段又以灰色到黑色泥巖為特征。前人對本區(qū)的沉積相研究做過許多工作。張金亮等認為須家河組沉積相可劃分為河流三角洲、海灣、湖泊和沖積扇等4種類型,其中三角洲是研究區(qū)的主要骨架砂體,而須家河組二段沉積期是三角洲砂體最為發(fā)育的時期,缺少物源供給的濱岸區(qū)則發(fā)育濱淺湖灘壩砂體。丘東洲認為須家河組主要由洪積扇相、河流相、三角洲相、沼澤相、湖泊相及其交互相構(gòu)成。茍宗海則認為須家河組以河流-岸后沼澤、三角洲沉積體系為主。關(guān)于本文研究的重點須家河組二段(以下簡稱須二段),徐強等認為主要以三角洲沉積相為主,李紹虎等認為主要由湖泊及進積三角洲沉積構(gòu)成的沉積相為主。1聚集特征風(fēng)暴巖主要見于整個須二段砂巖中,風(fēng)暴巖發(fā)育的每個期次都有泥礫出現(xiàn),典型風(fēng)暴沉積構(gòu)造標志包括以下幾種(圖1)。1.1渠模型消費地層渠模為風(fēng)暴流典型的沉積構(gòu)造。每當(dāng)風(fēng)暴來臨,強烈的氣流摩擦湖水形成強大的定向水流或渦流,在湖底沖蝕或旋切沉積物形成刨蝕坑,坑內(nèi)充填粗碎屑沉積。這些刨蝕坑在巖層斷面上表現(xiàn)為口袋狀特征,故通常稱之為口袋構(gòu)造,又稱為渠模構(gòu)造。須二段渠模構(gòu)造一般深2.5～4.5cm,寬3.5～6cm。渠模內(nèi)充填淺灰-灰色砂巖(圖1a)。上述特征表明須二段存在典型的風(fēng)暴流作用。1.2風(fēng)暴作用的截面形態(tài)須二段常見的侵蝕構(gòu)造有沖刷面和截切構(gòu)造(圖1b),其成因是當(dāng)強水流經(jīng)沉積物表面時形成各種侵蝕構(gòu)造,沖刷面的凹凸程度反映了風(fēng)暴作用的大小。風(fēng)暴過后,湖水恢復(fù)平靜,于是較深湖(晴天浪底之下)的泥巖便覆蓋在剪切面之上,這是風(fēng)暴流影響湖底的證據(jù)。按截面形態(tài)特征可分為波狀、微波狀、不規(guī)則3種,其規(guī)模較小。須二段風(fēng)暴巖底面構(gòu)造的沖刷面有波狀、復(fù)雜形狀等形態(tài)。1.3風(fēng)暴流的標志風(fēng)暴滯積層段,在須二段主要表現(xiàn)為攪動層的形成,也是識別風(fēng)暴流的重要標志之一。在風(fēng)暴高潮期間,暴風(fēng)浪可攪動正常浪基面以下的沉積物,形成沖刷面及攪動層風(fēng)浪把湖底弱固結(jié)的砂、泥沉積攪亂、變形并撕裂,形成紊亂的攪動層(圖1c)。1.4層理論結(jié)構(gòu)須二段風(fēng)暴巖中層理類型多樣,特征各異,主要有遞變層理、丘狀交錯層理、包卷層理等。1.4.1風(fēng)暴密度流的遞變遞變層理位于沖刷面之上,巖芯中所見遞變層理與下伏泥巖呈突變接觸。由于風(fēng)暴高峰過后,風(fēng)暴密度流按重力分異沉降而形成遞變層理。粒序?qū)哟盹L(fēng)力減弱的沉積環(huán)境。遞變層理粒序?qū)拥暮穸葟臄?shù)厘米至數(shù)米不等,自下而上由粗礫—中礫—細礫組成,泥礫含量逐漸減少、粒徑逐漸變小。1.4.2個或兩個以上丘狀體丘狀交錯層理是風(fēng)暴浪作用形成的典型沉積構(gòu)造,具丘狀和凹狀表面形態(tài),其形成與風(fēng)暴浪有關(guān)。須二段產(chǎn)出的丘狀交錯層理主要特點是各細層向脊部發(fā)散增厚而向兩端變薄收斂。依產(chǎn)出層位及組合特征分述如下:簡單式由單個層系組成丘狀體,單個丘狀體長約2～5cm,高1～3cm,紋層平緩;復(fù)合式由兩個或兩個以上丘狀體疊置而成,丘狀體間常具截切關(guān)系,單個丘狀體長3～5cm,高2～8cm(圖1d)。丘狀交錯層理形成原因是巨大的風(fēng)暴浪波及湖底沉積物形成紋層平緩、丘狀起伏或洼狀下凹的交錯層理。丘狀交錯層理見于口袋構(gòu)造之上的砂巖中,層理有緩波狀的丘狀紋層顯示,底面為一極緩的沖刷面,紋層為平緩下凹狀。丘狀交錯層理其內(nèi)部紋理清晰,有3種類型:①層系上部細層凸起呈圓丘狀,下部細層與下界面平行;②層系細層上凸下凹,上下紋層兩端收斂相交;③層系下部細層下凹呈洼狀,上部細層與上界面平行。須二段的丘狀交錯層理位于平行層理或塊狀層理之上,從位置上看它不是風(fēng)暴作用鼎盛時期的產(chǎn)物,而是風(fēng)暴浪減弱時由弱振蕩水流和多向水流形成的,是風(fēng)暴作用的標志。丘狀交錯層理規(guī)模較大,一般表現(xiàn)為一組平緩的下凹狀、上凸狀或近水平紋層,紋層傾角自下而上逐漸減小,單個紋層的厚度向下凹(或上凸)側(cè)均勻增厚(或減薄),紋層組呈發(fā)散(或收斂)狀。丘狀層理是風(fēng)暴巖最重要的識別標志之一。1.4.3寬緩向斜狀紋層值得提及的是,在巖芯中發(fā)現(xiàn)包卷層理,其規(guī)模很小,波長為8cm,波高為3cm,由尖背斜狀和寬緩向斜狀紋層組成,屬于風(fēng)暴沉積序列中的一種層理,可以出現(xiàn)在砂質(zhì)風(fēng)暴巖中,但側(cè)向不穩(wěn)定(圖1d)。劉寶珺等在揚子地臺西緣寒武紀梅樹村組風(fēng)暴巖沉積序列中也曾在介殼層中發(fā)現(xiàn)包卷層理,這更加證明須二段風(fēng)暴巖的存在。此外,這一現(xiàn)象反映沉積速率小,風(fēng)暴作用持續(xù)時間相對較長的沉積構(gòu)造特征。1.5濁流形成的粒序?qū)硬ê垡彩窃斐娠L(fēng)暴砂巖頂面不平整的構(gòu)造之一。粒序?qū)禹敳砍＿^渡為浪成沙紋層理。這種伴隨有浪成交錯層理的粒序?qū)邮菨崃骷捌渌亓α鳝h(huán)境形成的粒序?qū)铀鶝]有的(圖1d,e)。頂面波狀起伏,頂界面模糊不清,層系厚12cm,上部見不對稱浪成波痕,波高2～5cm,波長14～26cm,這是風(fēng)暴高潮之后,轉(zhuǎn)為正常天氣的波浪運動的結(jié)果。須二段所見波痕為直脊或音叉狀,略對稱。波痕是波浪活動最常見的鑒別標志。1.6[小]字的結(jié)構(gòu)多向流水構(gòu)造是由風(fēng)暴旋渦流形成,是風(fēng)暴沉積特有的沉積構(gòu)造(圖1f)。各種倒“小”字狀構(gòu)造由條帶狀泥礫排列而成,指示雙向動蕩水流。1.7生物逃逸跡和風(fēng)暴沉積遺跡平行層段是風(fēng)暴過后成懸浮狀態(tài)的細砂沉積的產(chǎn)物。須二段平行層理單層厚約40cm。平行層理見于中細砂巖中,代表了風(fēng)暴流活動的高能環(huán)境。須二段生物逃逸跡一般位于風(fēng)暴層序的下部,是一種典型的垂直潛穴。其成因是當(dāng)快速的沉積作用發(fā)生時,生物為了不被埋葬便出現(xiàn)了向上逃逸的現(xiàn)象。須二段生物逃逸跡呈直管狀垂直層理分布,管徑一般為1～3mm,管長為2～8cm,管壁無內(nèi)襯,常成組地向上終止于某一層面,管壁周圍的紋層見有變形現(xiàn)象。生物逃逸跡是快速沉積的一個重要標志,也是風(fēng)暴沉積中常見的遺跡化石之一。風(fēng)暴期后生物沉積構(gòu)造,反映風(fēng)暴停息后生物在剛沉積的泥巖上覓食、棲息。2垂直排列根據(jù)對本區(qū)大量的巖芯觀察,可概括出須二段理想的風(fēng)暴層序——似鮑馬序列,由5個段組成(圖2)。(1)底部沖刷面一般厚60cm～2m,厚度在不同地區(qū)有較大差異。底部為沖刷面(渠模、截切構(gòu)造),有明顯的水流沖刷作用。泥礫遞變層理是在風(fēng)暴高潮期間,暴風(fēng)浪可攪動正常浪基面以下的沉積物,形成紊亂的攪動層,此段在本區(qū)最為典型。(2)平行層sd強水流作用為主,厚度為20～40cm。本段以粉細砂巖在強水動力條件下形成的平行層理為特征。(3)角振動作用sc厚度為30～60cm,以包卷層理和丘狀交錯層理為特征。丘狀層理由尖背斜狀和寬緩向斜狀紋層組成,側(cè)向不穩(wěn)定。(4)生物逃避遺跡sd須二段平行層理單層厚約40cm。須二段生物逃逸跡一般位于風(fēng)暴層序的下部,是一種典型的壁無內(nèi)襯的垂直潛穴。(5)正常時間累積段se由正常三角洲(扇三角洲)沉積組成,是風(fēng)暴沉積結(jié)束后正常湖相沉積。3風(fēng)暴沉積泥礫巖前人在海相沉積研究中發(fā)現(xiàn),風(fēng)暴流能引起較深淺海正常浪基面以下,風(fēng)暴浪基面以上底床的沉積物發(fā)生同生破碎,形成特殊構(gòu)造排列的扁片狀粒屑灰?guī)r,如雙向排列、放射狀排列、疊瓦狀排列、平行排列等。龍門山前陸盆地須家河組二段沉積風(fēng)暴巖的形成以多期疊加的泥礫為特征,以泥礫層為主的遞變層理段占整個風(fēng)暴巖層段的80%以上。須二段泥礫的特點描述如下(圖1c,f)。須二段的扁平狀順層分布的泥礫中粒序?qū)拥捉鐬槠教够蚱鸱黄降耐蛔兦治g面,須二段風(fēng)暴巖的泥礫粒度較粗,成分單一,類型多而復(fù)雜,分選差,磨圓好至差均有,多數(shù)表面無風(fēng)化面,不具備氧化圈。泥礫一般呈深灰色到黑色,泥礫的粒徑由數(shù)毫米至數(shù)十厘米不等,粒序?qū)拥暮穸葟臄?shù)十厘米至數(shù)米不等,一般為1～5m。礫石成分主要為深灰色到黑色泥巖,泥礫的粒徑在2～50mm之間,形狀不規(guī)則。砂巖中還含有風(fēng)浪掏蝕下伏巖層的泥巖巨礫,漂浮在砂巖中;泥巖塊個體完整,與砂巖界線清楚,最大直徑達40cm左右,表明了當(dāng)時的風(fēng)暴強度及強大剪切力。泥礫沉積構(gòu)造獨特,類型多樣,其礫石排列雜亂,構(gòu)成各種特殊排列方式,有的甚至直立排列。組合方式多樣,往往有水平、傾斜和直立的礫石構(gòu)成不同組合方式,其排列方式與其在巖層中的位置有關(guān),反映了風(fēng)暴潮的水動力由弱到強再到弱的規(guī)律特點,從形狀上看有放射狀、倒小字型、人字型、花狀、竹葉狀、棱角狀、長條狀、板狀和塊狀等雜亂狀分布在砂巖中。與正常波浪或水流條件下形成的竹葉狀礫屑截然不同。例如花狀的特點是單個泥礫呈細條狀,無磨圓,剖面上呈放射排列,平面上彎曲,總體觀察形似花朵而得名。花朵呈直立式、平臥式和雜亂式,花瓣長1～3cm不等,寬3～5mm,單個花朵最大直徑達8cm,為風(fēng)暴流的渦動或風(fēng)暴浪就地掀起和堆積或短距離搬運和快速堆積的結(jié)果,再如竹葉狀,“竹葉”狀泥礫長度為0.5～5cm,總體像一群竹葉的集合。泥礫不同的形狀反映了形成它們的水流特點,本區(qū)指示多向流水構(gòu)造主要有放射狀、指狀、倒“小”字狀等,如放射狀,由放射狀泥礫排列而成,其下部?？梢姷剿撼稑?gòu)造,頂面多具上凸形態(tài),指示雙向水流作用;指狀交叉式則由長條形泥礫排列而成,位于礫屑層的中上部,而其下部泥礫則部分呈疊瓦狀排列,說明下部為定向流水的碎屑流沉積,中上部為旋渦流。巖芯中所見泥礫多為正粒序,由含大量泥礫的砂、礫巖組成,自下而上泥礫含量逐漸減少、粒徑減小,顯示粗尾遞變特征。它是由于風(fēng)暴高峰過后,隨著渦流支撐力的減弱,風(fēng)暴密度流按重力分異迅速沉降而成。粒序?qū)哟盹L(fēng)力減弱,是重力大于剪切力的沉積環(huán)境。泥礫大小有兩種,其一為片狀礫,含量約80%,大小為1～50mm,其二是次圓狀泥礫,含量約為20%,大小為1～3cm。礫石排列方式與其在巖層中的位置有關(guān),從下往上由水平、斜交過渡到直立,再過渡到斜交、水平排列,反映了風(fēng)暴潮的水動力由弱到強再到弱的規(guī)律特點。泥礫層厚度不穩(wěn)定,原因是由于環(huán)境的水體不深,風(fēng)暴潮對沉積物沖刷強烈而不均勻所形成。泥礫層與下伏泥巖呈突變接觸。須二段風(fēng)暴沉積頂面常不平整,個別風(fēng)暴巖層頂面出現(xiàn)平直的沖刷面,切斷上一期風(fēng)暴沉積的泥礫顆粒。這種現(xiàn)象表明在風(fēng)暴層最終埋藏前,還會受到下一期風(fēng)暴作用的沖刷。4成就與意義4.1須片段風(fēng)暴沉積須二段風(fēng)暴沉積環(huán)境為與共生的前扇三角洲、前三角洲泥質(zhì)相同,推測為這些環(huán)境中的泥質(zhì)沉積物在沉積后不久被攪起、搬運和再沉積的產(chǎn)物(圖3)。在風(fēng)暴高潮期間,暴風(fēng)浪可攪動正常浪基面以下的沉積物,形成沖刷面及攪動層。風(fēng)浪把湖底弱固結(jié)的砂、泥沉積攪亂,變形并撕裂,形成紊亂的攪動層。一個明顯的證據(jù)是巖芯剖面上可見下部個別泥礫的根部仍與下伏薄層黑色泥巖相連,上部泥礫則多以旋轉(zhuǎn)狀、放射狀分布,為風(fēng)暴旋渦流將原地半固結(jié)巖層擊碎、卷起,部分泥礫被帶走、其余泥礫迅速堆積而形成。須二段風(fēng)暴泥礫的底部表現(xiàn)為具平行層理的砂巖一側(cè)高出而另一側(cè)變平,截切角度較大,并被泥質(zhì)充填,表現(xiàn)為泥質(zhì)沖刷砂質(zhì)。這是由于風(fēng)暴底部夾泥礫的回流有很強的剪切力,使先期沉積的砂質(zhì)遭到侵蝕并被部分切去,形成了不規(guī)則的剪切面。須二段風(fēng)暴沉積在巖芯上表現(xiàn)為多期風(fēng)暴的疊合,反映了本區(qū)風(fēng)暴發(fā)生的頻繁性(圖4)。隨著水深加大及風(fēng)暴回流的能量減弱,風(fēng)暴層的厚度逐漸減小,粒度相應(yīng)變小。此外,風(fēng)暴沉積序列的完整性與風(fēng)暴頻率及風(fēng)暴強度有關(guān),隨著風(fēng)暴頻率增加或風(fēng)暴強度加大,風(fēng)暴序列的完整性變差。風(fēng)暴沉積主要發(fā)育在湖水面廣闊、地形平緩的三角洲及扇三角洲前緣,為較深水風(fēng)暴巖。在巖芯剖面上,風(fēng)暴沉積與非風(fēng)暴沉積交互出現(xiàn),并以須二段中部風(fēng)暴巖沉積最為集中。四川盆地西南部須二段風(fēng)暴巖規(guī)模遠沒有四川盆地西北部風(fēng)暴巖所表現(xiàn)出的風(fēng)暴活動劇烈(圖5)。盆地西北的北部江油一帶是風(fēng)暴巖沉積中心,向南到邛崍附近逐漸減弱。其中在中壩氣田的中46井識別出9期風(fēng)暴巖沉積,而到了蘇碼頭氣田的碼2井,風(fēng)暴巖只發(fā)育3期。4.2