張祎蕾 譚秀成 張本健 李 庚

1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2. 中國(guó)石油碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油大學(xué)研究分室 3.中國(guó)石油西南油氣田分公司川西北氣礦 4. 川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院

0 引言

二十世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始對(duì)現(xiàn)代和地史時(shí)期碳酸鹽巖與陸源碎屑混合沉積的產(chǎn)狀進(jìn)行研究，但多數(shù)為描述性的成果[1]。1984年，Mount正式提出混合沉積物的概念，并分為混積巖和混積層系兩類沉積[2]。隨后，更多學(xué)者開始關(guān)注混合沉積，在混積巖分類方案、混合沉積作用、控制因素、巖相、各盆地成因機(jī)制和沉積模式等方面取得了一定的研究成果[3-9]。近年來，部分地區(qū)在發(fā)育有混合沉積的層位獲得了油氣，所以很多學(xué)者對(duì)于混合沉積的研究側(cè)重于儲(chǔ)層方面，認(rèn)為混合沉積可以形成良好的儲(chǔ)層[10-14]。

松林地區(qū)中、上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群相當(dāng)于四川盆地川西—川中地區(qū)的洗象池組[15]，發(fā)育有厚層白云巖。川東南地區(qū)也是在寒武系的主要儲(chǔ)集層之一，在威遠(yuǎn)地區(qū)獲氣井10余口，具有良好的油氣勘探前景[16-18]。目前，前人對(duì)于婁山關(guān)群的研究主要集中于白云巖成巖作用特征、儲(chǔ)層特征和沉積環(huán)境方面[18-22]，對(duì)婁山關(guān)群發(fā)育的混合沉積研究較少。通過實(shí)測(cè)剖面和薄片觀察對(duì)松林地區(qū)中、上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群巖性特征以及發(fā)育的混合沉積特征進(jìn)行分析，認(rèn)為存在漸變式和突變式混合沉積兩種類型，進(jìn)而判斷該地區(qū)發(fā)生兩次海侵—海退事件、水動(dòng)力條件強(qiáng)弱交替變化，指示該地區(qū)為局限臺(tái)地沉積環(huán)境，結(jié)合前人資料建立碳酸鹽巖臺(tái)地混合沉積模式，為該區(qū)尋找優(yōu)質(zhì)油氣儲(chǔ)層提供進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景和沉積特征

松林剖面位于四川盆地東南部，區(qū)域構(gòu)造上處于黔北地區(qū)，即川東南低陡構(gòu)造帶與黔中隆起過渡區(qū)域，松林—巖孔背斜北東端的穹窿構(gòu)造上[23-25]（圖1）。中晚寒武世婁山關(guān)期，受樂山—龍女寺同沉積古隆起控制，發(fā)育以白云巖為主的局限臺(tái)地沉積，同時(shí)由于盆地沉降以及黔中古隆起的影響，發(fā)育海退事件使婁山關(guān)群自西北向東南進(jìn)積尖滅[26-30]。婁山關(guān)群位于寒武系中、上統(tǒng)，頂、底分別與下奧陶統(tǒng)桐梓組、中寒武統(tǒng)高臺(tái)組整合接觸，發(fā)育一套灰色厚層白云巖，松林剖面厚度為666.2 m。松林地區(qū)婁山關(guān)群分兩段，婁一段厚281.4 m，為混積潮坪、混積臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)內(nèi)灘和灘間亞相，發(fā)育含砂泥云坪、含砂灰云坪、含砂云灰坪、混積砂屑灘、砂屑灘和泥晶白云巖等微相；婁二段厚384.8 m，為混積臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)內(nèi)灘和灘間亞相，發(fā)育砂屑灘、混積砂屑灘、泥晶白云巖和風(fēng)暴巖微相（圖2）。

圖1 研究區(qū)位置圖

2 巖石學(xué)特征

松林剖面實(shí)測(cè)婁山關(guān)群地層厚度為666.2 m，剖面出露完整，巖石類型以碳酸鹽巖和混積巖為主。碳酸鹽巖廣泛發(fā)育在婁二段，在婁一段與混積巖呈夾層形式產(chǎn)出，主要有泥晶白云巖、顆粒白云巖等；混積巖主要發(fā)育在婁一段，少見于婁二段，主要為泥質(zhì)白云巖、含粉砂顆粒白云巖、含粉砂泥晶白云巖，少見含粉砂灰質(zhì)白云巖、含粉砂白云質(zhì)灰?guī)r，混積段累計(jì)厚度約330 m（圖2）；碎屑巖為含粉砂泥巖，呈條帶狀發(fā)育在婁二段中上部，為濁積成因。

2.1 碳酸鹽巖

泥晶白云巖廣泛分布，宏觀上主要呈深灰色薄層狀，可見紋層構(gòu)造、垮塌構(gòu)造，部分紋層呈撕裂狀，局部顯擾動(dòng)構(gòu)造（圖3-a）。在顯微鏡下，晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)不易識(shí)別，部分可見藻紋層結(jié)構(gòu)（圖3-d）。這類碳酸鹽巖發(fā)育在灘間以及混積潮坪環(huán)境中。

顆粒白云巖：顆粒多為粉屑（0.10～0.05 mm）、細(xì)—中砂屑（0.4～0.2 mm），少見鮞粒（1.5～1.8 mm）、礫屑（2～4 mm），宏觀上主要呈淺灰色中—厚層狀，局部可見平行層理、交錯(cuò)層理、疊層構(gòu)造，發(fā)育溶蝕孔洞，多數(shù)產(chǎn)出在下細(xì)上粗的反韻律結(jié)構(gòu)中（圖3-b）。微觀上，顆粒間填隙物多為泥晶基質(zhì)，少見亮晶膠結(jié)物（圖3-e）。顆粒白云巖主要發(fā)育在臺(tái)內(nèi)灘沉積環(huán)境中。

白云質(zhì)（含云）灰?guī)r較少見，累計(jì)厚度約30 m，宏觀上呈灰色中—塊狀，可見粉屑、砂屑、鮞粒結(jié)構(gòu)，常成下細(xì)上粗的反韻律結(jié)構(gòu)，主要發(fā)育在臺(tái)內(nèi)灘、潮坪沉積環(huán)境中（圖3-c、f）。

圖2 貴州遵義松林地區(qū)中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群綜合柱狀圖

圖3 松林地區(qū)婁山關(guān)群碳酸鹽巖巖石學(xué)特征圖版

2.2 混積巖

對(duì)于混積巖的分類，前人已經(jīng)做了很多研究[6,31-32]。目前使用比較廣泛的是在陸源碎屑和碳酸鹽巖兩端元基礎(chǔ)上的混積巖分類：含陸源碎屑—碳酸鹽巖（陸源碎屑含量大于25%）、陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽巖（陸源碎屑百分含量為25%～50%）、含碳酸鹽巖—陸源碎屑巖（碳酸鹽巖組分含量小于25%）、碳酸鹽巖質(zhì)—陸源碎屑巖（碳酸鹽巖組分含量為25%～50%）[6]。采用該方案并結(jié)合巖石學(xué)的命名方法進(jìn)行分類，研究區(qū)主要為陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽巖、含陸源碎屑—碳酸鹽巖。

泥質(zhì)白云巖：屬陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽巖，主要分布在婁山關(guān)群一段，泥質(zhì)向上減少，常與含粉砂泥晶白云巖互層，部分含有石英顆粒，石英含量為5%～20%，磨圓次棱角狀，分選較好（圖4-a、d）。泥質(zhì)白云巖反映水體環(huán)境較渾濁，屬于混積潮坪沉積環(huán)境。

含粉砂顆粒白云巖：屬含陸源碎屑—碳酸鹽巖，顆粒類型主要為粉—中砂屑，少見礫屑。剖面上常呈下細(xì)上粗的反旋回結(jié)構(gòu)，部分含粉砂顆粒白云巖層夾有濁積條帶，局部見平行層理、交錯(cuò)層理，發(fā)育沖刷面，為風(fēng)暴濁積成因。其中含粉砂砂屑白云巖最為常見，顆粒含量為25%～55%。陸源石英鏡下呈次棱角狀—次圓狀，石英含量為2%～20%，主要分布在顆粒周圍和顆粒間基質(zhì)中（圖4-g、i）。

含粉砂（粉砂質(zhì)）泥晶白云巖：屬含陸源碎屑—碳酸鹽巖，含粉砂泥晶白云巖常與泥質(zhì)白云巖、含粉砂顆粒白云巖互層，局部見紋層結(jié)構(gòu)。含粉砂泥晶白云巖所含陸源碎屑同樣以石英為主，含量為1%～5%，石英顆粒磨圓次棱角狀—次圓狀，分選較好，主要分布在基質(zhì)中，部分巖層中含粉砂泥晶白云巖中還可見泥質(zhì)（圖4-c、f)；粉砂質(zhì)泥晶白云巖中石英含量約32%，發(fā)育在婁山關(guān)群中部，屬混積潮坪環(huán)境（圖4-h）。

研究區(qū)還發(fā)育少量含粉砂灰質(zhì)白云巖、含粉砂白云質(zhì)（含云）灰?guī)r等含陸源碎屑—碳酸鹽巖（圖4-b、e）。含粉砂白云質(zhì)（含云）灰?guī)r中陸源石英含量約15%～20%，呈次棱角狀—次圓狀；含粉砂灰質(zhì)白云巖中陸源石英含量約2%～18%，呈次棱角狀—次圓狀，分布在基質(zhì)中。

3 混積層系類型

結(jié)合董桂玉對(duì)混積層系的劃分，混積層系類型有碎屑巖—碳酸鹽巖層系、碎屑巖—混積巖層系、混積巖層系、碳酸鹽巖—混積巖層系[6]，松林地區(qū)婁山關(guān)群混積層系類型有混積巖層系、碳酸鹽巖—混積巖層系和碎屑巖—碳酸鹽層系。

圖4 松林地區(qū)婁山關(guān)群混積巖類型圖版

3.1 混積巖層系

婁山關(guān)群混積巖層系為不同類型的混積巖互層和夾層。位于婁一段下部的混積巖層系主要為含粉砂泥晶白云巖與泥質(zhì)白云巖、含粉砂灰質(zhì)白云巖、含粉砂泥質(zhì)白云巖互層（圖5-b、h），陸源石英含量主要為10%～18%，泥質(zhì)含量向上減少，海平面上升，水動(dòng)力條件弱，為混積潮坪相沉積環(huán)境。向上多為含粉砂（泥質(zhì)）泥晶白云巖與含粉砂粉屑（砂屑）白云巖互層（圖5-c、i），少見含粉砂粉屑泥晶白云巖夾泥質(zhì)泥晶白云巖、含粉砂泥晶白云巖，陸源石英含量主要為3%～10%，水動(dòng)力條件較強(qiáng)，為混積臺(tái)內(nèi)灘相沉積。

3.2 碳酸鹽巖 混積巖層系

碳酸鹽巖—混積巖層系呈現(xiàn)泥晶白云巖夾泥質(zhì)白云巖、粉屑白云質(zhì)灰?guī)r與含粉砂泥晶白云巖互層、含粉砂灰質(zhì)白云巖夾粉晶白云巖、含粉砂粉屑云質(zhì)灰?guī)r與泥晶白云質(zhì)灰?guī)r互層形式（圖5-a、d、g）。混積巖中陸源石英含量約4%～12%。在混積臺(tái)內(nèi)灘沉積環(huán)境下，水動(dòng)力較強(qiáng)，沉積大量粉屑，隨著海平面升降交互沉積碳酸鹽巖和混積巖。在混積潮坪沉積環(huán)境下，發(fā)育有白云巖以及過渡巖性，泥質(zhì)與陸源石英含量隨海平面升降而變化。

3.3 碎屑巖 碳酸鹽巖層系

碎屑巖—碳酸鹽巖層系呈現(xiàn)為砂屑泥晶白云巖夾濁積條帶，處于混積臺(tái)內(nèi)灘相，強(qiáng)水動(dòng)力條件，發(fā)育風(fēng)暴沉積事件（圖5-e、f）。風(fēng)暴時(shí)期，沉積粉屑、砂屑以及少量礫屑泥晶白云巖，發(fā)育風(fēng)暴成因反韻律結(jié)構(gòu)、水平層理、交錯(cuò)層理，見沖刷面，局部見紋層呈撕裂狀分布并顯擾動(dòng)構(gòu)造、垮塌構(gòu)造；當(dāng)風(fēng)暴減弱時(shí)，陸源碎屑沉積形成濁積條帶。隨風(fēng)暴發(fā)育強(qiáng)度的變化，濁積條帶和顆粒白云巖交互沉積從而形成碎屑巖—碳酸鹽巖層系。

圖5 松林地區(qū)婁山關(guān)群混積巖層系類型圖版

4 混合沉積類型

根據(jù)混合沉積的定義、成因、成分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造及接觸關(guān)系等因素,按照“沉積事件＋剖面結(jié)構(gòu)”的原則[6]，認(rèn)為松林地區(qū)婁山關(guān)群混合沉積類型縱向上呈現(xiàn)漸變式混合沉積—突變式混合沉積—漸變式混合沉積。

漸變式混合沉積：指由正常沉積事件形成的一類巖石，其與上下巖石在成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造方面為漸變過渡關(guān)系，沒有突變標(biāo)志[6]。研究區(qū)漸變式混合沉積主要發(fā)育碳酸鹽巖—混積巖層系和混積巖層系，碳酸鹽巖主要為泥晶白云巖、顆粒白云巖、泥晶白云質(zhì)（含云）灰?guī)r、泥晶灰質(zhì)（含灰）白云巖，上下巖石在成分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造方面均為漸變過渡關(guān)系，沒有發(fā)現(xiàn)突變標(biāo)志（圖6-a）。這與海平面變化有關(guān)，海平面的多次緩慢下降伴隨風(fēng)的搬運(yùn)作用，陸源碎屑混入，是形成漸變式混合沉積主要因素。

突變式混合沉積：指由突發(fā)性沉積事件形成的一類巖石，其與上下巖石間在成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等方面為突變接觸[6]。這種混合沉積類型出現(xiàn)在婁二段中部，發(fā)育碎屑巖—碳酸鹽巖層系，屬混積臺(tái)內(nèi)灘相。受到風(fēng)暴沉積事件的影響，使水動(dòng)力變強(qiáng)，水體攪動(dòng)帶來陸源碎屑物質(zhì)（泥和砂），當(dāng)風(fēng)暴作用減弱時(shí)，泥質(zhì)沉積下來，水體變清澈后繼續(xù)沉積碳酸鹽巖，從而形成突變式混合沉積（圖6-b）。

圖6 松林地區(qū)婁山關(guān)群混合沉積類型示意圖

5 混合沉積模式與地質(zhì)意義

結(jié)合四川盆地及其鄰區(qū)婁山關(guān)群（洗象池組）的層序地層與巖相古地理的研究成果[30]，四川盆地為蒸發(fā)—局限臺(tái)地沉積相，進(jìn)一步分為混積潮坪、混積臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)內(nèi)灘、灘間、臺(tái)緣灘和斜坡等亞相。在此基礎(chǔ)上，建立了四川盆地婁山關(guān)群碳酸鹽巖臺(tái)地混合沉積模式（圖7）。

四川盆地及周緣地區(qū)婁山關(guān)期總體繼承了早寒武世西高東低的沉積格局，受康滇古陸、摩天嶺古陸和漢南古陸影響，其地層厚度總體上呈現(xiàn)自西北向東南依次發(fā)育混積潮坪、瀉湖、臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)緣灘和斜坡等亞相類型。松林地區(qū)婁山關(guān)群為混積潮坪、混積臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)內(nèi)灘與灘間沉積。通過對(duì)松林地區(qū)婁山關(guān)群碳酸鹽巖臺(tái)地混合沉積的研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)陸源碎屑垂向上發(fā)育兩個(gè)減少—增加的旋回，反映了兩次由海侵到海退的海平面變化過程；縱向上泥質(zhì)含量向上減少和顆粒含量的間歇性變化指示該地區(qū)由混積潮坪—混積臺(tái)內(nèi)灘夾灘間的沉積環(huán)境演變。結(jié)合松林地區(qū)的古地理位置，認(rèn)為松林地區(qū)形成混合沉積的陸源物質(zhì)來源于康滇古陸，表明康滇古陸在婁山關(guān)期已經(jīng)處于隆起剝蝕狀態(tài)。同時(shí)，婁二段上部發(fā)育突變式混合沉積和風(fēng)暴濁積巖（圖5-e、f）。結(jié)合風(fēng)暴巖指示的古緯度范圍的研究成果，碳酸鹽巖風(fēng)暴巖多分布在赤道附近的中、低緯度帶內(nèi)，主要受赤道颶風(fēng)帶的影響。因此進(jìn)一步指示遵義松林地區(qū)婁山關(guān)期風(fēng)暴頻發(fā)，處于赤道附近的中、低緯度地區(qū)，為赤道颶風(fēng)帶。風(fēng)暴攜帶陸源碎屑進(jìn)入碳酸鹽巖臺(tái)地，是形成混合沉積的重要條件。

圖7 四川盆地婁山關(guān)群混合沉積模式圖

6 結(jié)論

1）松林地區(qū)中上寒武統(tǒng)婁山關(guān)群發(fā)育的混積巖類型主要為泥質(zhì)白云巖、含粉砂顆粒白云巖、含粉砂泥晶白云巖；混積巖層系類型包括混積巖層系，碳酸鹽巖—混積巖層系、碎屑巖—碳酸鹽巖層系；混合沉積類型為漸變式混合沉積和突變式混合沉積。

2）松林地區(qū)婁山關(guān)期為蒸發(fā)—局限臺(tái)地相沉積，劃分為混積潮坪、臺(tái)內(nèi)灘和灘間等亞相類型，建立碳酸鹽巖臺(tái)地混合沉積模式；研究區(qū)陸源碎屑垂向上的變化反映了兩次三級(jí)旋回海侵—海退的海平面變化，并推測(cè)陸源碎屑來自康滇古陸，證明其處于隆起剝蝕狀態(tài)；由泥質(zhì)含量以及顆粒含量說明沉積環(huán)境由混積潮坪向臺(tái)內(nèi)灘—灘間演化；婁二段上部發(fā)育突變式混合沉積和風(fēng)暴濁積巖，說明松林地區(qū)婁山關(guān)期位于中、低緯度地區(qū)。