胡凱迪, 陳洪德, 徐勝林, 董翼昕, 馮 軻

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

沉積微相研究的目的是分析“微”環(huán)境，其研究的主要內(nèi)容是那些能夠反映沉積環(huán)境信息的巖石微觀特征[1-4]。微相分析的成果能夠給沉積環(huán)境研究和巖相古地理特征的分析提供參考依據(jù)。近年來，隨著對碳酸鹽巖中油氣的開發(fā)，碳酸鹽巖微相的研究越來越被重視，獲得了比較好的發(fā)展。程成[5]在安徽宿松坐山地區(qū)對中二疊統(tǒng)棲霞組沉積微相開展精細(xì)研究，識別出9個微相類型及4次海平面變化；羅蘭[6]在川西北地區(qū)對中二疊統(tǒng)棲霞組和茅口組進(jìn)行分析，識別出3個類型的微相；李飛[7]在鄂西地區(qū)對棲霞組沉積微相做精細(xì)研究，識別出7種微相。然而，對四川盆地東南部綦江藻渡地區(qū)的中二疊統(tǒng)沉積微相研究較少，并對沉積環(huán)境演化認(rèn)識不清。筆者在研究重慶綦江藻渡剖面中二疊統(tǒng)時，在對棲霞組和茅口組巖石類型進(jìn)行識別的基礎(chǔ)上，劃分出4種亞相及7種微相類型，并且分析其構(gòu)造沉積格局、沉積環(huán)境特征及演化，為進(jìn)一步的研究工作提供理論基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地位于中國地勢第二級階梯上，在青藏高原東側(cè)、揚子板塊的西部邊緣。四川盆地的地表構(gòu)造形跡受到盆地周邊多方向、多期次構(gòu)造活動影響，表現(xiàn)出多期次、多組合的構(gòu)造復(fù)合格局[8]。四川盆地具有一個雙層結(jié)構(gòu)的基底，這個基底在震旦紀(jì)之前就已形成。四川盆地區(qū)域沉積蓋層經(jīng)歷了三大演化階段，第一階段為震旦紀(jì)-晚三疊世伸展作用形成的被動大陸邊緣，第二階段為晚三疊世諾利期-晚白堊世擠壓活動下出現(xiàn)的復(fù)合前陸盆地，第三階段為晚白堊世以后擠壓作用下形成的構(gòu)造盆地[9]。

重慶市綦江藻渡剖面位于揚子板塊的中部(圖1)。據(jù)前人的研究表明，藻渡地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組和茅口組的沉積物是由黔桂上升運動帶來的，是一套穩(wěn)定的以碳酸鹽為主的沉積物[10-21]。藻渡剖面中二疊統(tǒng)出露完整，目標(biāo)地層發(fā)育良好，厚度較為適中，生物種類豐富，能夠代表渝東地區(qū)中二疊統(tǒng)的地層特征。先經(jīng)過野外實地考察和取樣，再對樣品進(jìn)行室內(nèi)分析，研究棲霞組和茅口組的微相類型及特征、沉積模式及演化過程。

2 地層特征

受古構(gòu)造及沉積環(huán)境的影響，研究區(qū)內(nèi)二疊系沿東西方向的巖性、巖相變化較為顯著；含有豐富的多門類化石組合，其中以類、腕足類、珊瑚、牙形石及植物的研究程度較高。

研究區(qū)的棲霞組底部與下伏梁山組呈假整合接觸，與上覆茅口組呈整合接觸。棲霞組在盆地內(nèi)發(fā)育，具有較好的可對比性。根據(jù)巖性組合特征，將棲霞組分為2段：第一段厚度為108.6 m，整體上表現(xiàn)為以碳酸鹽沉積為特征，該剖面主要為灰-黑灰色生屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，底部可見硅質(zhì)結(jié)核；第二段厚度為29 m，主要為灰色顆?；?guī)r組成。

茅口組沉積于棲霞組之上，其上覆地層被植被覆蓋。根據(jù)野外剖面綜合分析，可以劃分為4段。第一段厚度為58 m，巖性為灰黑色中-薄層狀泥灰?guī)r，“眼球眼皮”結(jié)構(gòu)發(fā)育，“眼皮”中有機(jī)質(zhì)含量較高，呈灰黑色；生物類型較為豐富，有腕足、有孔蟲和藻類等。第二段厚度為69 m，灰色厚層狀含生物碎屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，生物比較豐富，有腕足、介形蟲和棘皮等；與第一段相比，第二段的單層厚度變厚，野外露頭顯示生物含量呈增多趨勢。第三段厚度為20.8 m，灰色厚層狀泥晶生物碎屑灰?guī)r；相對第二段，該段巖性較為單一，生物類型不豐富，以腕足最為常見。第四段厚度為56.4 m，灰色中層狀亮晶生物碎屑灰?guī)r，該段的單層厚度進(jìn)一步變薄，生物含量減少。

圖1 重慶市綦江藻渡地區(qū)位置圖Fig.1 Tectonic background of the study area and location of the Zaodu section

藻渡剖面的茅口組和棲霞組總厚度為347 m，共分60層(圖2)。

3 碳酸鹽巖顆粒類型

碳酸鹽巖顆粒類型對于微相的劃分和環(huán)境的分析具有重要的意義和作用[22]。根據(jù)樣品的室內(nèi)薄片鑒定，藻渡地區(qū)的顆粒類型主要為生物碎屑，還有少量的砂屑(圖3)。

通過鏡下觀察，藻渡剖面茅口組和棲霞組中的生物類型比較豐富，發(fā)育有珊瑚、有孔蟲、雙殼、藻類和腕足等，這些都是較為正常海相底棲生物。有孔蟲在該地區(qū)分布比較廣泛，大部分層位都有出現(xiàn)但含量不均。通過對剖面的觀察，發(fā)現(xiàn)這些生物的含量由棲霞組底部向頂部逐漸降低，而在茅口組又增多。

4 碳酸鹽巖微相類型

經(jīng)過野外實地觀察研究和對薄片數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)Dumham提出的碳酸鹽巖沉積結(jié)構(gòu)分類方案，依據(jù)巖石中顆粒類型、基質(zhì)類型、顆粒/基質(zhì)的體積比、基質(zhì)中泥晶的體積分?jǐn)?shù)、生物化石特征等主要微相劃分標(biāo)志[7]，對藻渡剖面棲霞組和茅口組進(jìn)行分析，劃分出7種微相(圖4)。

a.生物碎屑顆粒灰?guī)r(MF-1，圖4-A)。這類沉積微相顆粒類型主要為生物碎屑，其面積分?jǐn)?shù)達(dá)到65%以上；生物類型主要有有孔蟲、珊瑚、腕足和，化石碎片保存較好，這些生物的分布不均勻且雜亂無章；顆粒間充填亮晶方解石膠結(jié)物，還可見早期的生物碎屑顆粒被后期的亮晶方解石充填。巖石中以亮晶膠結(jié)為主，表明此類巖石形成于高能量的水動力環(huán)境中。

b.生物碎屑泥?；?guī)r(MF-2，圖4-B)。該微相發(fā)育大量的生物及其碎片，其中一些生物被方解石充填，主要為腹足、藻類和腕足類碎片，基質(zhì)仍為泥晶。由于含有大量的泥晶，并且這些生物比較完整，因此其指示浪基面以上的中-低能量環(huán)境。

c.泥灰?guī)r(MF-3，圖4-C)。該微相中發(fā)現(xiàn)藻類和雙殼等生物但含量較少，野外剖面見“眼皮眼球”結(jié)構(gòu)。這些生物被泥晶方解石充填，多為半自形狀，填隙物為泥晶方解石。此環(huán)境應(yīng)該為浪基面以下的低能地帶。

d.含生物碎屑泥?；?guī)r(MF-4，圖4-D)。主要特點是生物含量較少，偶見少量生物碎屑，部分生物體腔被亮晶方解石充填，其中小的碎屑保存完好。該沉積微相也代表了低能環(huán)境的產(chǎn)物，且生物較少。

e.有孔蟲泥粒灰?guī)r(MF-5，圖4-E、F)。該微相生物含量較多，其中以有孔蟲為主，含鈣藻類、介形蟲、腹足及腕足，其中有孔蟲泥晶化的現(xiàn)象比較明顯。這些生物保存都較為完好，顆粒之間的空隙被泥晶方解石充填，其中一大部分的泥晶方解石以細(xì)晶的形式重結(jié)晶。此微相指示的是中-高能環(huán)境。

f.中-細(xì)晶白云巖(MF-6，圖4-G)。該相位于棲霞組第二段，白云石顆粒大小不一，可見方解石顆粒、生物殘余，應(yīng)為次生白云巖，結(jié)合研究區(qū)該層位的巖石學(xué)、古生物和沉積構(gòu)造特征判斷，沒有局限臺地白云巖的特征，指示環(huán)境為臺內(nèi)灘。

g.生物碎屑粒泥灰?guī)r(MF-7，圖4-H、I)。該巖層以泥微晶方解石沉積而成，生物含量和其他顆粒較少，亮晶含量也較少，應(yīng)該處于水體較淺、能量較低的環(huán)境。

5 沉積相特征

通過對上述微相的研究，結(jié)合野外的地質(zhì)特征和前人的研究成果，根據(jù)Wilson碳酸鹽臺地相模式中9個標(biāo)準(zhǔn)相帶的微相類型，將藻渡剖面棲霞組和茅口組沉積相劃分為碳酸鹽臺地相帶，并且可以進(jìn)一步劃分為開闊臺地相、臺地邊緣相和陸棚相(圖2)。

a.開闊臺地相：指水體較為通暢、循環(huán)較好的沉積區(qū)域，在典型剖面上主要表現(xiàn)為生物碎屑顆?；?guī)r、生物碎屑泥粒灰?guī)r、生物碎屑粒泥灰?guī)r、含生物碎屑泥灰?guī)r和有孔蟲泥?；?guī)r。根據(jù)鏡下分析和野外觀察，藻渡剖面該沉積相帶的巖性主要為生物碎屑粒泥灰?guī)r，以發(fā)育生物碎屑臺內(nèi)灘和灘間低能沉積為主要特征，在剖面上的厚度為230 m。

圖2 藻渡剖面棲霞組和茅口組沉積相綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column showing sedimentary facies of Qixia Formation and Maokou Formation at Zaodu section

圖3 藻渡剖面棲霞組和茅口組碳酸鹽巖顆粒類型及特征Fig.3 Grain types and characteristics of carbonate rocks of the Qixia Formation and Maokou Formation at Zaodu section(A)泥晶生屑灰?guī)r，生物碎屑可見有孔蟲,(-); (B)泥晶生屑灰?guī)r，生物碎屑為藻類,(-); (C)含生物碎屑泥晶灰?guī)r，生物碎屑為介形蟲,(-); (D)含生屑泥晶灰?guī)r，生物碎屑為有孔蟲,(-); (E)泥晶生屑灰?guī)r，生物碎屑為介形蟲,(-); (F)泥晶生屑灰?guī)r，生物碎屑為有孔蟲,(-); (G)泥晶生屑灰?guī)r，生物碎屑為腹足,(-); (H)泥晶生屑灰?guī)r，生物碎屑為海百合,(-); (I)砂屑顆粒,(-)

b.臺內(nèi)灘亞相：由于海水循環(huán)良好，海水中適合生物的物質(zhì)更加豐富，使一些地區(qū)生物大量發(fā)育，生物死亡后在高能動蕩的水體下沉積，最后形成灘體。研究區(qū)生物種類較豐富，主要類型有介形蟲、有孔蟲、腹足和藻類等。亮晶生屑灰?guī)r為該地區(qū)最主要的沉積，在鏡下各種生物的表現(xiàn)如圖2，巖石的顆粒成分為方解石，膠結(jié)物為亮晶膠結(jié)物和泥晶膠結(jié)物。在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)白云巖沉積，其中可見生物殘余，泥質(zhì)含量較少，還因其不具有局限臺地中白云巖的蒸發(fā)性特征，應(yīng)為臺內(nèi)灘沉積，該亞相主要發(fā)育MF-1、MF-4、MF-5和MF-6等微相類型。

b.灘間海亞相：是臺地中水比較深的地區(qū)，沉積時水動力相對較弱。巖石的顏色較深，其中以發(fā)育低能的生物碎屑泥粒灰?guī)r和生物碎屑泥?；?guī)r為主，發(fā)育MF-2和MF-7為特征。

c.臺地邊緣：處于開闊臺地和陸棚之間，水動力條件強(qiáng)，生物較為豐富，大部分為底棲生物，如雙殼和腕足等，反映高能沉積環(huán)境特征。在研究區(qū)可見臺緣灘沉積，主要發(fā)育生物碎屑顆粒灰?guī)r和有孔蟲泥?；?guī)r，顆粒的磨圓度和分選性較好，以MF-1和MF-5為特征。

d.陸棚相：在相對開闊臺地更深水的沉積體，根據(jù)其巖石類型可以劃分為淺水陸棚和深水陸棚。在研究區(qū)主要發(fā)育淺水陸棚亞相，厚度為56 m，顏色為灰黑色，巖性以MF-3為特征。

6 沉積環(huán)境演化

根據(jù)野外露頭和鏡下薄片的特征，藻渡地區(qū)中二疊統(tǒng)以含生物碎屑泥?；?guī)r、生物碎屑泥?；?guī)r、生物碎屑顆粒灰?guī)r等為主，含有孔蟲、類、藻類和腕足等化石，為一套正常海水沉積。

棲霞組第一段：研究區(qū)發(fā)生首次海侵，在剖面上表現(xiàn)為亮晶生屑灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r發(fā)育，其中水體相對較淺且陽光充足，適合生物的繁殖與沉積，主要生物有腕足、藻類和有孔蟲等。在海侵前期生物含量較豐富，根據(jù)研究可知為生屑灘，而后生物略微減少，不過總體上還較多，為灘間海沉積，整體上為開闊臺地的沉積環(huán)境(圖5)。

圖4 藻渡剖面棲霞組和茅口組碳酸鹽巖特征Fig.4 Petrological characteristics of carbonate rocks of the Qixia Formation and Maokou Formation at Zaodu section(A)生物碎屑顆?；?guī)r，棲霞組第一段第3層，(-); (B)生物碎屑泥?；?guī)r，棲霞組第一段第12層，(-); (C)泥灰?guī)r，茅口組第一段第30層，(-); (D)含生物碎屑泥粒灰?guī)r，茅口組第三段第47層，(-); (E)有孔蟲泥?；?guī)r，茅口組第四段第51層，(+); (F)有孔蟲泥粒灰?guī)r，茅口組第四段第52層，(-); (G)細(xì)-中晶白云巖，棲霞組第一段第18層， (-); (H)生物碎屑粒泥灰?guī)r，茅口組第二段第45層， (-); (I)生物碎屑粒泥灰?guī)r，茅口組第四段第55層，(+)

棲霞組第二段：隨著海退的發(fā)生，在薄片和野外露頭上出現(xiàn)的原地生物較少，特色的有孔蟲和海百合莖較豐富，含少量珊瑚、腕足等化石，整體巖性變化不大，但是厚度存在差異，其沉積環(huán)境為臺地邊緣相。

圖5 綦江藻渡地區(qū)中二疊統(tǒng)沉積模式Fig.5 Depositional model of the Middle Permian at Zaodu area of Qijiang, Chongqing

茅口組第一段：由于發(fā)生持續(xù)海侵，使得研究區(qū)達(dá)到最大海侵面，可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)志性微相——泥灰?guī)r的出現(xiàn)，且成層性較好，生物含量急劇減少，其沉積環(huán)境應(yīng)為淺水陸棚或者較深水陸棚。

茅口組第二段：海平面開始下降，海退開始發(fā)生，剖面上的表現(xiàn)為含生物碎屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r的出現(xiàn)，具體為下部出現(xiàn)含生物碎屑灰?guī)r，中部出現(xiàn)泥晶灰?guī)r，上部出現(xiàn)生物碎屑灰?guī)r。沉積環(huán)境體現(xiàn)了灘間海的沉積特征，總體上顯示水體逐漸變淺的古環(huán)境格局。

茅口組第三段：受海平面持續(xù)下降和東吳運動的影響，剖面上表現(xiàn)為泥晶生屑灰?guī)r，生物含量豐富，主要生物有腕足、腹足、藻類和有孔蟲等，認(rèn)為是開闊臺地沉積環(huán)境。

茅口組第四段：海平面進(jìn)一步下降，在茅口組第四段初期，巖性為生屑灰?guī)r和泥晶生屑灰?guī)r，而后期表現(xiàn)為泥晶灰?guī)r，沉積環(huán)境演變?yōu)樯紴?淺灘的沉積特征，沉積環(huán)境仍為開闊臺地相。

通過對研究區(qū)沉積環(huán)境和海平面升降的分析，并結(jié)合前人的研究成果[23]，認(rèn)為研究區(qū)中二疊統(tǒng)為正常海相沉積，地層發(fā)育較完整。研究區(qū)經(jīng)歷過2次海侵-海退旋回，棲霞組第一段由于海侵的進(jìn)行，發(fā)育開闊臺地環(huán)境；棲霞組第二段發(fā)育臺地邊緣相；而在茅口組第一段出現(xiàn)快速海侵，直至達(dá)到最大值，使得整個地區(qū)接受碳酸鹽沉積，發(fā)育淺水陸棚環(huán)境；茅口組第二段之后海退發(fā)生，一直到茅口組結(jié)束，研究區(qū)都屬于開闊臺地沉積格局。

7 結(jié) 論

a.重慶綦江藻渡地區(qū)的碳酸鹽巖顆粒類型包括生物碎屑和砂屑，其中以生物碎屑顆粒為主；發(fā)現(xiàn)的生物種類為介形蟲、有孔蟲、腕足和藻類等。此外還含有少量的陸源碎屑顆粒。

b.識別出7種微相類型：生物碎屑顆?；?guī)r(MF-1)、生物碎屑泥?；?guī)r(MF-2)、泥灰?guī)r(MF-3)、含生物碎屑泥粒灰?guī)r(MF-4)、有孔蟲泥?；?guī)r(MF-5)、細(xì)-中晶白云巖(MF-6)和生物碎屑粒泥灰?guī)r(MF-7)。

c.研究區(qū)的棲霞組和茅口組為碳酸鹽巖臺地沉積，并且可以進(jìn)一步劃分為開闊臺地、臺地邊緣和陸棚3種相及4種亞相類型。

d.棲霞組早期為梁山期的繼承性延續(xù)，棲霞期海平面經(jīng)歷了從早期的緩慢持續(xù)上升到晚期下降的過程，而茅口組早期發(fā)生海平面快速上升到最高點，接著茅口組中期開始下降，最后到茅口組晚期下降到最低點。