马腾, 谭秀成, 李凌, 曾伟, 金民东, 罗冰, 洪海涛, 杨雨. (2015)四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组颗粒滩沉积特征与空间分布[J]. 古地理学报, 17(2): 213-228
Ma Teng, Tan Xiucheng, Li Ling, Zeng Wei, Jin Mindong, Luo Bing, Hong Haitao, Yang Yu. (2015)Sedimentary characteristics and distribution of grain shoals in the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of Sichuan Basin and its adjacent areas[J]. Journal Of Palaeogeography, 17(2): 213-228. DOI:10.7605/gdlxb.2015.02.018  
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四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组颗粒滩沉积特征与空间分布
马腾1,2, 谭秀成1,2,3, 李凌1,2,3, 曾伟1,2,3, 金民东1,2, 罗冰4, 洪海涛4, 杨雨4
1 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都 610500
2 四川省天然气地质重点实验室,西南石油大学,四川成都 610500
3 中国石油碳酸盐岩储层重点实验室沉积与成藏分室,西南石油大学,四川成都 610500
4 中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院,四川成都 610041

通讯作者简介 谭秀成,男,1970年生,西南石油大学教授、博士生导师,主要从事储集层地质学研究。E-mail: tanxiucheng70@163.com。

第一作者简介 马腾,男,1987年生,西南石油大学博士研究生,主要研究方向为储集层地质学。E-mail: mateng911991@yahoo.com.cn。

收稿日期:2014-07-24
基金:国家科技重大专项(编号:20112X05004-005-03)和四川省省属高校“天然气地质”科研创新团队联合资助成果
摘要

通过对区域地质调查剖面资料和钻井资料的研究,结合对部分野外剖面与钻井岩心的系统观察和取样分析,发现四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组的颗粒滩主要由颗粒石灰岩(白云岩)和晶粒白云岩构成;颗粒滩以未暴露浅滩为主,发育向上变浅和向上变深2类垂向序列。川中古隆起和黔中古隆起北部地区的颗粒滩的横向规模大、层位稳定性和连续性最好,其余地区颗粒滩多表现为点滩且规模较小。研究区龙王庙期总体上为西浅东深,西南缘、西北缘和北缘为古陆环抱,盆内呈“一隆两坳”的古地理格局。颗粒岩在古地貌高地具有广覆式“五线一带”的平面分布样式。川中古隆起、黔中古隆起北部地区是颗粒滩发育最有利的地区,东北部和东南部的水下岛链区是优质颗粒滩带发育的潜在区。古隆起发育演化对颗粒滩和有利储集相带具有明显的控制效应,次一级海平面升降变化影响滩体的垂向叠置样式和横向连续性。

关键词: 四川盆地; 龙王庙组; 颗粒滩; 古隆起; 碳酸盐岩台地; 控制因素
中图分类号:P588.24+5 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2015)02-0213-16
Sedimentary characteristics and distribution of grain shoals in the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of Sichuan Basin and its adjacent areas
Ma Teng1,2, Tan Xiucheng1,2,3, Li Ling1,2,3, Zeng Wei1,2,3, Jin Mindong1,2, Luo Bing4, Hong Haitao4, Yang Yu4
1 State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploration,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, Sichuan
2 Sichuan Province Key Laboratory of Natural Gas Geology,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, Sichuan
3 The Sedimentary and Accumulation Department of Key Laboratory of Carbonate Reservoirs, PetroChina Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, Sichuan
4 Institute of Petroleum Exploration and Exploitation,PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company,Chengdu 610041, Sichuan

About the corresponding author Tan Xiucheng,born in 1970,is a professor and Ph.D. supervisor of Southwest Petroleum University,and he is mainly engaged in reservoir sedimentology. E-mail: tanxiucheng70@163.com.

About the first author Ma Teng,born in 1987,is a Ph.D. candidate of Southwest Petroleum University, and he is mainly engaged in reservoir sedimentology. E-mail: mateng911991@yahoo.com.cn.

Abstract

Based on data from regional outcrops and wells,together with systematical observation and sampling for some outcrops and wells, it was found that grain shoals in the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of Sichuan Basin and its adjacent areas are comprised of carbonate grainstone and crystallized carbonate grainstone. The grain shoals are dominated by unexposed shallow shoals, and mainly develop two types of vertical sequences including upward-shallowing and upward-deepening. In terms of the lateral occurrence of the grain shoals, those in the central Sichuan palaeouplift and the north of the central Guizhou palaeouplift are characterized by a large scale and stable and continuous stratigraphic distribution. In contrast, the shoals in other regions are mainly patched shoals with relatively small scales. Based on the reconstruction of the palaeogeographic pattern of the study area during the Longwangmiao Period, the water depth was shallower in the west and deeper in the east, the basin was surrounded by old lands from southwest, northwest and north, and one uplift was divided two depressions inside the basin. With respect to the lateral occurrence, the grainstones in highlands demonstrate a widely covering style of “five lines and one area”. Central Sichuan palaeouplift and the north of Central Guizhou palaeouplift are superior regions for grain shoals developing,and the sub-marine island chain in the northeast and southeast may be the potential locations for high-quality grain shoals. The development of the palaeouplift evidently had the dominating effects on the development of grain shoals and favorable reservoir sedimentary zone. The sub-level eustatic change influenced the vertical superimposed pattern and lateral continuity of the grain shoals.

Key words: Sichuan Basin; Longwangmiao Formation; grain shoal; palaeouplift; carbonate platform; controlling factor

近年来, 四川盆地下寒武统龙王庙组取得重大突破, 川中古隆起所在的川中磨溪— 高石梯地区发现了迄今四川盆地天然气勘探历史上单体规模最大的特大型海相碳酸盐岩整装气藏, 提交天然气探明储量逾4400× 108 m3(杜金虎等, 2014; 徐春春等, 2014; Zou et al., 2014a)。初步研究表明, 龙王庙组储集层是在颗粒滩白云岩的基础上叠加了加里东期— 海西期的风化壳岩溶改造所形成(Li et al., 2012; 李亚林等, 2014; 金民东等, 2014), 因而弄清龙王庙期颗粒滩沉积特征及其空间分布规律对于有利储集区带预测、拓展勘探领域具有重要意义。

大量颗粒滩储集层勘探实践和相关研究(马永生, 2007; 王振宇等, 2007; 谭秀成等, 2008; 文华国等, 2010; 吴婷婷等, 2012)表明, 滩控型储集层的孔隙演化受不同构造、沉积背景和成岩演化的联合控制(李凌等, 2011)。由于不同类型的颗粒滩储集层存在明显分异, 众多学者针对不同类型颗粒滩的特征和发育规律进行研究, 其中包括对台缘滩(王招明等, 2007; 王振宇等, 2007; 杨海军等, 2007; 赵宗举等, 2007; 刘洛夫等, 2008)和台内滩(谭秀成等, 2009; 胡晓兰等, 2011; 丁熊等, 2012; 谭秀成等, 2014)的沉积特征、成因、纵横向分布和发育模式进行研究和总结, 指出颗粒滩发育常受控于构造古隆起的形成演化、次一级海平面升降和海底古地貌形态(李凌等, 2011; 谭秀成等, 2014)。鉴于此, 作者充分利用四川盆地及周缘的95条区域地质调查剖面和41口井钻孔资料, 从中精选16口取心井和6条露头剖面进行系统观察和取样分析, 对典型剖面中颗粒滩岩石类型、纵横向发育特征进行研究, 并在讨论颗粒滩的沉积特征及其演化主控因素的基础上, 指出了颗粒滩的平面分布规律, 进而探讨龙王庙期颗粒滩发育的主控因素。研究结果不仅为区域油气成藏规律的认识以及勘探部署提供依据, 供同类、特别是海相滩相类储集层研究提供类比参考, 也为整个南方龙王庙期的相关研究积累新资料。

1 颗粒滩发育的区域背景

四川盆地位于扬子地区西北缘, 介于28° ~32° 40'N, 102° 30'~110° E, 是一个北东向及北西向基底断裂切割形成的菱形构造沉积盆地, 面积约1.8× 105 km2(王宓君等, 1989; 童崇光, 1992)(图 1)。自震旦纪起, 四川盆地开始进入克拉通盆地演化(黄福喜等, 2011); 震旦纪— 早古生代早期, 受拉张活动控制, 陆壳移离, 罗迪尼亚超级大陆裂解(Wang and Li, 2003; 黄福喜等, 2011), 使扬子陆块随华南古大陆的裂解而漂浮于古大洋中, 形成海洋包绕微陆块的多岛洋格局(Liu et al., 2008)。整个华南地区由康滇和华夏这2个重要的古地理体系构成(周小进和杨帆, 2007), 四川盆地位于康滇古陆东侧的浅海台地, 向东南方进一步发育半深海斜坡和江南盆地, 构成一套完整的古地理单元序列(田海芹, 1998; 冯增昭等, 2001a; Adachi et al., 2014)。该时期内康滇古陆已联成一体, 但仍不是统一的陆地(冯增昭等, 2001a), 伴随着持续上升和向东扩张的趋势(李善姬, 1980), 呈较为平坦的准平原化剥蚀区(冯增昭, 2001a)。

图1 野外露头与钻井分布(a)和四川盆地及邻区位置(b) (b图据周小进和杨帆, 2007, 略有修改; 野外露头剖面名称和钻井名称见表1)Fig.1 Distribution of field outcrops and wells(a), and location of Sichuan Basin and its adjacent areas (b) (some data from Zhou and Yang, 2007; names of field outcrops and wells shown in Table 1)

至加里东旋回早期, 区内构造运动并不活跃, 没有明显的褶皱运动和沉积间断, 较大的隆起和坳陷带依然存在, 如川中一带发育的规模较大的川中古隆起, 其成因与南华纪澄江运动引起的基底隆升相关, 整体形态与基底刚性隆起带具有相同的北东— 南西向走向(王宓君等, 1989), 平面位置基本吻合。该古隆起在整个寒武纪都表现为一同沉积平缓古隆起(许海龙等, 2012), 对龙王庙期地层展布和储集层发育具有明显的控制作用(Zou et al., 2014b)。这样的水下平缓古隆起为研究区浅海台地滩相储集层的发育提供了良好的地质背景条件。

2 颗粒岩岩石学特征

颗粒岩在研究区分布较为广泛, 主要包括颗粒石灰岩(白云岩)和晶粒白云岩2大类。颗粒石灰岩(白云岩)中颗粒类型以砂屑、鲕粒和砾屑为主, 次为豆粒、核形石和少量生屑, 常见多种类型的交错层理、斜层理和冲刷— 充填构造, 偶见藻粘结组构。根据组成颗粒成分的不同, 可划分出砂屑滩、鲕粒滩、砂砾屑滩和砾屑滩等微相。

2.1 颗粒石灰岩(白云岩)类

砂屑和鲕粒灰(云)岩呈浅灰— 深灰色, 薄层— 中厚层状。野外剖面上可见明显的鲕状结构(图 2-A)和针状孔隙, 鲕粒含量为50%~80%, 鲕径介于0.3~0.8 mm之间, 多为正常鲕粒(图 2-B, 2-C), 灰岩类中尚可见少量放射鲕, 常与少量砂屑或砾屑伴生, 含量小于15%。砂屑颗粒(图 2-D, 2-E, 2-F)多为细砂级, 形态较规则, 分选相对较好, 呈次圆— 圆状。砂屑和鲕粒间常见2期胶结物, 第1期呈纤维状, 围绕颗粒边缘生长, 第2期胶结物呈粒状, 充填残余粒间孔, 颗粒白云岩中第2期胶结物常呈粉— 细晶, 胶结物含量介于20%~30%之间。部分砂屑云岩中见生模孔和膏模孔, 孔径一般大于2 mm, 生模孔主要呈“ 指甲” 状弯曲, 膏模孔主要呈椭圆形且较规则。川东地区则可见早期形成的颗粒白云岩受加里东期暴露岩溶后, 粒状方解石充填残余空间(图 2-F)。颗粒云(灰)岩类主要的储集空间以残余粒间孔、晶间孔(晶间溶孔)为主, 孔径一般为0.015~0.075 mm, 面孔率介于1%~3%之间, 最大可达8%。此外, 溶蚀颗粒间胶结物或基质所形成的溶扩粒间孔在镜下可见到胶结物全部被溶蚀, 甚至部分溶蚀颗粒而形成粒间溶孔, 孔隙直径较大, 常超过1~2个白云石晶体的直径; 当溶蚀作用强烈时, 可形成超大孔隙, 少数被石英、方解石半充填。

图2 四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组颗粒滩岩石类型照片(Ⅰ )Fig.2 Photos of rock types of grain shoals in the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of Sichuan Basin and its adjacent areas(Ⅰ )

2.2 晶粒白云岩类

1)具有残余颗粒结构的晶粒云岩。残余颗粒晶粒云岩类是指在经历后期白云岩化作用和重结晶作用改造强烈的颗粒岩, 此类颗粒岩在镜下具有颗粒幻影结构, 在阴极发光下或荧光下可恢复出原岩结构(图 3-B, 3-C), 晶粒多为粉— 中晶, 颗粒呈次圆— 圆状, 漂浮— 颗粒支撑, 颗粒含量较砂屑和鲕粒灰(云)岩低, 而胶结物含量较高, 通常介于30%~40%之间。

图3 四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组颗粒滩岩石类型照片(Ⅱ )Fig.3 Photos of rock types of grain shoals in the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of Sichuan Basin and its adjacent areas(Ⅱ )

2)难以恢复原始颗粒结构的晶粒云岩。此类晶粒云岩晶体粒径为细— 中晶(图 3-E, 3-F), 自形— 半自形, 见晶间孔、晶间溶孔及残留沥青, 他形晶多为镶嵌接触, 致密无孔。晶粒云岩因后期白云岩化作用和重结晶作用, 致使用肉眼及荧光、阴极发光试验均难以辨认原岩组构。这类晶粒云岩的原岩极可能为颗粒石灰岩类, 而在早年区域调查资料中将其笼统的归结为泥— 细粒云岩。首先从纵向相序演化特征来看, 这类云岩夹于颗粒云(灰)岩所在的滩相旋回中, 与潮坪亚相和潟湖亚相中的泥粉晶级云岩相区别; 并且在镜下缺乏指示潮上带暴露环境或与藻类伴生的弱水动能组构特征, 晶粒大小分异程度总体较小, 晶形普遍较好, 有明显的雾心亮边, 川中样品中常见沥青大量侵位后的花斑状构造(图 3-D, 3-E, 3-F)。这类特殊的岩类多遭受早期溶蚀作用的改造, 成岩流体沿早期残余粒间孔和微裂缝进行溶蚀、胶结和充填, 在形成颗粒幻影的同时形成宏观花斑状构造。此类储集岩在川中地区为一类优质的储集岩类, 具有高孔高渗的特征, 是本区储集层中最重要的储集岩类之一。赵爱卫等(2015)也报道过四川盆地洗象池群颗粒滩中不具颗粒结构的粉晶云岩以发育交错层理为特征, 说明晶粒云岩与颗粒滩的发育关系密切。这类白云岩的原岩显然在沉积期是具有较高孔渗结构的颗粒石灰岩类, 在成岩期起到支撑作用的同时, 保存粒间孔和残余粒间孔, 并在后期成岩流体的改造下对原始组分进行白云岩化和重结晶作用, 其改造强度与成岩流体的温度环境、流体相对于宿主岩类的饱和程度有关(Machel, 2004)。

3 颗粒滩演化

一般认为, 陆表海— 台地相是一个相对安静的环境, 在一个构造和海平面相对稳定的时期, 浪基面相对较浅(一般小于5 m)(李凌等, 2008; 丁熊等, 2012), 浅水台地内颗粒滩向上变浅、变粗的垂向加积作用容易导致早期暴露, 形成粒内溶孔、铸模孔等组构选择性溶蚀(余家仁等, 1998; 李凌等, 2011; 张建勇等, 2013), 垂向序列中通常发育局限潟湖— 颗粒滩、滩间海— 颗粒滩、颗粒滩— 颗粒滩等3种向上变浅序列(图 4)。川中地区向上变浅的单滩体规模普遍不大, 多小于2 m, 表现为多个颗粒滩的垂向频繁叠置, 形成累计厚度较大的颗粒岩段, 累计厚度最大可达60 m, 旋回序列中上部针孔、花斑和溶洞更为发育, 单个旋回顶部暴露特征不明显。此外, 本区还存在一类颗粒滩— 局限潟湖或颗粒滩— 滩间海向上变深的叠置样式(图 5), 单滩体厚度规模与向上变浅序列相当, 岩性通常为砂屑云岩向更细粒白云岩过渡, 这类叠置样式多与原地水体能量减弱相关; 当高频海平面上升的速率大于沉积物的沉积速率时, 或向海一侧的滩体在垂向加积为主的高速堆积作用下, 滩后由于外侧的遮挡、波浪减弱, 致使背海侧逐渐演变为低能沉积, 而呈现出向上变深的序列特征; 这类向上变深序列发育频率总体不如向上变深序列。纵观这2类颗粒滩建造, 其准同生期暴露形成粒内溶孔和铸模孔少见, 表明龙王庙组颗粒滩多为未暴露浅滩。

图4 四川盆地荷深1井下寒武统龙王庙组颗粒滩向上变浅层序Fig.4 Upward-shallowing sequence of grain shoals in the Cambrian Longwangmiao Formation of Well Heshen 1 in Sichuan Basin

图5 四川盆地高石17井龙下寒武统龙王庙组颗粒滩向上变深层序Fig.5 Upward-deepening sedimentary sequence of grain shoals in the Cambrian Longwangmiao Formation of Well Gaoshi 17 in Sichuan Basin

近北东向的资阳— 开江— 镇坪— 平利剖面(图 6, A— A')地层总体向南东增厚, 资阳至城口东部一带, 厚度变化不大, 普遍介于60~200 m之间, 岩性主要以灰色— 深灰色砂屑白云岩、鲕粒云岩为特征的浅水颗粒滩夹灰色— 深灰色泥质潟湖和岩性变化复杂的泥坪、云坪和砂云坪为特征的混积潮坪亚相, 重庆北部座3井一带发育大套灰白— 白色石膏岩为特征的膏质潟湖, 具有典型局限— 蒸发台地环境(门玉澎等, 2010; 彭勇民等, 2012; 徐美娥等, 2013)特征。东安一带往东北方向, 厚度陡增至300 m以上, 岩性以暗色半深海泥晶灰岩为特征的斜坡相, 松树垭一带底部发育少量深灰色— 黑色泥页岩, 厚度陡降至60 m以下, 为典型欠补偿深海盆地相沉积。图6(A— A')中可以看出, 资阳— 开江一带厚度较薄的浅水区颗粒滩发育较为集中, 颗粒类型以砂屑为主, 仅高石17井底部和下部有2套鲕粒结构的颗粒白云岩。资2井— 宝龙1井一线颗粒滩、潟湖和潮坪亚相均具有较好的横向连续性, 后二者夹层普遍较少, 整体都具有连片叠置的特征, 颗粒滩集中发育区东端的宝龙1井和开江一带的五科1井以东地区可清楚地判别出, 早期和晚期的2套滩体都具有向陆方向迁移的特征, 这与龙王庙期2个三级海侵海退旋回相对应(李凌等, 2008)。颗粒滩相集中发育区由陆向海, 混积潮坪亚相夹层逐渐减少, 云质潟湖夹层由资2井的中下部逐渐过渡到磨溪12井顶底部发育, 滩间海夹层靠海方向(如磨溪12井和宝龙1井)更为发育, 靠陆一侧资阳一带, 薄夹层较少。

图6 四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组沉积对比格架图(剖面位置见图1)Fig.6 Sedimentary framework of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation in Sichuan Basin and its adjacent areas(profile locations shown in Fig.1)

另一条近北北东的广元— 南充— 泸州北— 正安— 秀山— 怀化的地层剖面(图 6, B— B')具有明显厚薄相间的厚度变化, 厚度介于100~380 m之间。鉴于研究区北缘绵阳— 通江一带钻孔和野外露头稀缺, 可利用区域地震大剖面(图 7, C— C')弥补其不足, 结合图1可以看出, 川中古隆起向南至泸州— 重庆以及向北至绵阳— 通江, 龙王庙从底至顶具有明显的增厚趋势, 纵观整个寒武系同样都具有自中部向南北部厚度逐渐增大的趋势, 由此可以推断阆中— 通江一带的厚度具有与川南地区较为类似的地层厚度和沉积相叠置规律。阆中、苍溪一带、泸州以东地区以及秀山以东地区分别为3处厚度异常增厚区域, 均在300~380 m之间, 前二者以发育灰白— 白色膏岩、盐岩、膏质云岩、泥晶云岩为特征, 后者以暗色半深海泥晶灰岩为主, 与图6中A— A'剖面中的斜坡相一致。其余地区厚度总体介于100~280 m之间, 北部广元地区以发育大套粉砂岩、细砂岩夹泥晶灰岩、砂质灰岩及砂质云岩为特征的潮坪亚相, 宝龙1井— 螺观1井所在的南充— 泸州一带, 为残余厚度最小的区域, 亦是颗粒滩集中发育的区域之一, 总体为砂屑云(灰)岩夹泥晶云(灰)岩, 其各亚相横向连续性与图6中A— A'剖面资2井— 宝龙1井区基本一致, 呈连片叠置展布。不同之处在于, 图6的B— B'剖面中的对应区域潮坪亚相欠发育, 螺观1井中上部发育高能鲕滩, 顶部则率先进入下一时期广泛的潮坪演化; 荷深1井与其邻井螺观1井虽整体可根据结构变化追踪对比, 二者却具有明显的岩性过渡骤变特征, 荷深1井中的白云岩类沉积向南11.9 km彻底过渡为螺观1井中的石灰岩类沉积。推测这与螺观1井沉积期南面海水循环冲刷效应有关, 这可能又与川中地区新元古代贯穿川中古隆起近南北走向的康滇裂谷盆地(卓皆文等, 2013)未完全闭合有关。丁山1井— 秀山东部一带为另一处颗粒滩集中发育区, 与川中地区不同的是, 该区地层厚度相对较大, 多介于180~260 m之间, 以灰色— 深灰色泥晶灰岩、云质泥晶灰岩为特征的半局限潟湖夹灰色砂屑灰岩、鲕粒灰岩、鲕粒云质灰岩为特征的颗粒滩为主, 丁山1井上部逐渐过渡为泥灰坪、灰坪、砂坪和泥云坪向上变浅序列的潮坪亚相。该区颗粒滩集中在底部和上部, 中部和顶部欠发育, 颗粒类型仍以砂屑为主, 局部地区底部和往广海方向鲕粒高能滩更为发育。另外, 早期滩体发育明显不如晚期的好, 颗粒滩横向连续性也不如川中地区, 除丁山1井— 金顶山一带底部和顶部各一套砂屑滩具有较好的连续性和横向对比性外, 往广海方向以点滩, 尤以高能鲕滩发育为主。该区滩体明显受古海底基底底形的控制, 早期大部分区域滩体欠发育, 晚期点滩发育期则向潟湖扩大的两侧方向迁移。

图7 四川盆地下古生界地震测线格架剖面(剖面位置参见图1)Fig.7 Seismic profile of the Lower Paleozoic across Sichuan Basin(profile location shown in Fig.1)

4 龙王庙期古地理格局与颗粒滩平面展布
4.1 龙王庙期古地理格局

为进一步探寻颗粒滩的平面展布规律, 首先要对龙王庙期的古地理格局进行恢复, 本次主要依靠单剖面地层厚度来进行控制。基于野外剖面实地测量、岩心描述、岩屑录井和测井解释成果, 对野外剖面点残余厚度进行统计(表 1), 从最终恢复的地层厚度等值线图(图 8)来看, 四川盆地所在的中上扬子地区在龙王庙期总体呈现西浅东深, 西南缘、西北缘和北缘为古陆环抱, 盆内“ 一隆两坳” 的古地理格局, 研究区地层厚度多介于60~380 m之间。其中, 周缘地区西南部石棉— 荥经一线以西为康滇古陆(田海芹, 1998; 冯增昭等, 2001a, 2001b)所在的地层剥蚀区, 向东地层厚度有逐渐增大的趋势。西北缘广元— 旺苍— 南江— 镇巴一带受摩天岭微古陆(郑和荣等, 2010)和北缘汉南古陆(余谦等, 2011)影响, 厚度普遍较小, 向南逐渐增大。东南部镇雄— 遵义一带可能受黔中古隆起的控制, 地层厚度整体较小, 东南— 东部的正安— 武隆和石阡— 思南— 龙山— 桑植一带、东北部的万源— 兴山一带则都可能同时受到断裂活动(许效松等, 2012; 余宽宏等, 2013a, 2013b)形成的水下岛链影响, 地层厚度明显小于其周围地区, 东南— 东部厚度减小区整体呈北东— 南西向, 东北部厚度减小区呈北西— 南东向条带状展布。盆内乐山— 开江一带所在的川中古隆起厚度普遍较小, 多介于60~140 m之间, 分隔珙县— 忠县— 云阳和阆中— 通江2个厚度较大的次坳区, 现今盆地边界南部的筠连和恩施一带可能分别存在向南和向东南的2个开口。

表1 四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组野外露头剖面和钻井地层厚度与颗粒岩含量 Table1 Thickness and grain rocks content of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of field outcrops and wells in Sichuan Basin and its adjacent areas

图8 四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组地层厚度等值线图Fig.8 Contour map of thickness of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of Sichuan Basin and its adjacent areas

4.2 颗粒滩平面展布

结合地层厚度厚薄变化平面展布规律, 进一步对单井和野外剖面点中颗粒岩累计厚度与地层厚度比值进行统计(表 1), 制成龙王庙期颗粒岩含量等值线图(图 9)。在大区内保持西浅东深、隆坳相间的古地理背景下, 龙王庙期颗粒岩具有“ 五线一带” 广覆式连片展布特征, “ 五线” 包括西北部北东向的绵阳— 镇巴西一线、东北部北西向的镇巴— 兴山一线, 东南部北东向石阡— 大庸一线和镇雄— 五峰一线, 西南部近南北向昭通— 威远一线, “ 一带” 指川中古隆起以及其前缘带所在的乐山— 开江一带。参照前人(冯增昭等, 2001a, 2001b; 冯增昭, 2004; 张满郎等, 2010)的定量划分标准, 将颗粒岩含量大于30%的地区整体划分为颗粒滩发育区, 介于30%~50%之间的地区划分为颗粒滩发育较有利区, 大于50%的地区为颗粒滩发育最有利区。颗粒滩发育最有利区包括川中古隆起、黔中古隆起及其北部地区和东北部和东南部的水下岛链区。其中, 乐山、资阳一带所在的川中古隆起颗粒岩分布范围广, 富集程度最高, 核部最高可达90%以上, 其翼部和向东和向南鼻突带多介于30%~60%之间。与之相对比, 黔中古隆起北部地区富集程度相对较低, 最高可能达到60%, 其余地区一般不超过50%。东北部 (余宽宏等, 2013a)和东南部(田海芹, 1998; 陈洪德等, 2006; 牟传龙等, 2012; 梁薇等, 2014)地区由于具有典型斜坡相沉积特征, 正如湘西杨家坪野外剖面所代表的典型台缘带(郭成贤等, 1993; 李忠雄等, 2004)沉积一样, 这2个地区向台内一侧应当存在规模相当的台地边缘颗粒滩带。结合对台缘滩展布已有的认识(王振宇等, 2007; 刘洛夫等, 2008)和龙王庙期的古地理格局, 该台缘带应沿斜坡带呈环带状展布, 厚度和横向规模不亚于台内颗粒滩相, 预测其颗粒岩含量最大可达60%~70%, 可作为今后颗粒滩潜在的勘探地区。

图9 四川盆地及邻区下寒武统龙王庙组颗粒岩含量等值线图Fig.9 Contour map of content of grain rocks of the Lower Cambrian Longwangmiao Formation of Sichuan Basin and its adjacent areas

5 颗粒滩发育控制因素

颗粒滩发育受到高能界面的控制, 而高能界面受制于海水总体能量、障壁的存在和古海洋水深(谭秀成等, 2009)。颗粒滩体发育特征和时空叠置样式的不同, 主要受到海底底形差异引起的水动力强弱变化(胡晓兰等, 2014)和海平面升降变化引起的海水深度和动荡程度的变化(李凌等, 2008)的影响。

5.1 古隆起演化对颗粒滩发育的控制

前人研究表明, 水下高能环境是颗粒滩形成演化的前提条件, 台内次一级隆坳地貌分异是导致海侵初期颗粒滩分异的主要原因, 水下高能环境的存在受高地环境的控制; 而浅水台地内水下高地多形成于同沉积构造活动或具有继承性的古隆起(谭秀成等, 2009), 并且由古隆起控制的水下高地中的颗粒滩可具有相当规模, 因此可通过寻找古隆起区来预测优质颗粒滩发育区。结合2条覆盖研究区的地层剖面纵横向规律可以明显看出, 颗粒滩总是在地层厚度减小的水下高地集中发育。川中古隆起已有单井地层厚度多介于60~100 m之间, 并且具有相当大的颗粒岩厚度与地层厚度比, 普遍介于60%~90%之间, 其横线连续性、发育规模全区最好而夹层相对较少。基于以上认识可以认为, 川中地区向南和向东方向应还存在类似的规模相当的高能滩体集中发育区, 预测台内地层厚度减小区的水下高地可作为预测滩体发育区的重要依据。

川中古隆起是一个自震旦纪至古近纪长期发育的继承性古隆起(宋文海, 1996)。川中古隆起震旦期还未拼合定型(周小进和杨帆, 2007; 杜金虎等, 2014), 龙王庙期开始进入拼合期, 直至志留纪末基本定型。龙王庙期伴随着持续拉张力作用, 上扬子地区持续下沉, 相较其他非刚性基底存在区而言, 古隆起发育区由于刚性基底的存在致使面积约4.3× 104 km2庞大的古隆起区整体保持了与基底走向一致的宽缓稳定的展布形态。这样宽缓的古海底地貌, 一方面为海底高能沉积提供基本的水动能条件, 另一方面宽缓的海底底形有助于形成连续性好且颇具规模的颗粒滩, 这与现有的台内滩普遍为浅水不连续沉积且规模较小的认识是不同的, 这样的巨型浅滩化现象在四川盆地中三叠雷口坡组也有类似的相关报道(Tan et al., 2014); 无独有偶, 川中古隆起东南侧的黔中古隆起及其北部地区, 呈东西向展布且稳定的构造活动致使其可能具有相同的古隆起控制效应。与之相对比, 其余非古隆起发育区, 并没有出现具有规模效应的颗粒滩, 多数表现出与潟湖亚相交互出现的点滩沉积(图 6, B— B'; 图9), 其横向连续性较差, 多见夹层, 层位分布不稳定。以此为指导, 东北部可能存在的水下岛链区可能与龙王庙期扬子地台北缘南秦岭大陆边缘裂谷带同沉积断裂活动(余宽宏等, 2013a)相关, 而东南部的则与新元古代雪峰— 四堡岛弧造山带(许效松等, 2012)的活动相关, 在断盘上隆一侧存在类似于古隆起环境的水下高地, 受基底抬升幅度和规模的控制, 其颗粒滩发育整体规模要明显次于台内古隆起区。

5.2 古隆起区次一级海平面升降变化对颗粒滩发育的影响

一般认为, 海水总体能量的回升为增加颗粒滩可容性空间提供保障, 快速海侵、缓慢海退的海水升降样式更有利于颗粒滩的发育演化(李凌, 2008; 兰朝利和杨明慧, 2013)。总体而言, 龙王庙期古隆起发育区在二级海侵旋回的控制下, 仍然遵循较理想状态下海侵旋回的滩体叠置样式。海水能量在海侵初期最高, 颗粒滩优先在微地貌高地快速垂向加积。随着沉积物的垂向建造, 水体能量逐渐增强, 造成持续等效海退, 形成典型的向上变浅序列; 同时, 受可容性空间的控制, 沉积速率有下降的趋势。随着微地貌高地垂向建造的同时, 微地貌低地最初堆积低能沉积物, 其沉积界面渐渐处于高能界面之上, 逐步进入高能颗粒滩垂向建造。至此整个水下高地过渡为侧向加积建造期, 微地貌低地与微地貌高地由于存在可容性空间的差异, 古海底进入填平补齐时期, 进而形成具有规模效应的颗粒滩体。在次一级海平面震荡性升降变化的影响下, 龙王庙期总体海水能量受周缘高地拦截, 海水能量受到一定损失, 海底古地貌却因平缓古隆起的存在, 致使海水搅动深度损失程度较弱, 滩体一直处于相对较深的高能界面附近, 缺乏早期同沉积暴露的特征; 在进入下一个次一级海侵期时, 颗粒滩以向上变浅序列为主, 局部出现向上变深序列, 在区内形成以未暴露深水浅滩为特征的多旋回叠置颗粒滩。另外, 在侧向上次一级海侵时期发育滩间海、潟湖, 而次一级的海退则多出现潮坪薄夹层。龙王庙早期相较于晚期而言, 受古地貌的共同影响, 滩体薄夹层更为发育且层位不稳定, 致使早期滩体横向连续性相对较差, 晚期较好。

6 结论

1)颗粒岩类按照结构和成因可划分为颗粒石灰岩(白云岩)类和晶粒白云岩类; 颗粒类型以碳酸盐岩砂、砾屑和鲕粒为主, 晶粒白云岩类包括具有残余结构的粉— 中晶云岩和难以恢复原岩结构的细— 中晶云岩。颗粒滩多表现为滩顶准同生期暴露特征不明显的未暴露浅滩, 残余空间的保存与后期溶蚀叠加改造有关。垂向上存在向上变浅和向上变深2类叠加序列特征, 总体以向上变浅为主。川中古隆起和黔中古隆起所在区颗粒滩的横向规模大、层位稳定性和连续性最好, 其余地区颗粒滩多表现为点滩且规模较小, 颗粒石灰岩总是在地层厚度减小的台内水下高地较富集。

2)中上扬子地区西南缘、西北缘和北缘为古陆环抱、四川盆地内部为“ 一隆两坳” 的古地理格局。盆内以川中古隆起为界, 分隔珙县— 忠县— 云阳和阆中— 通江2个次坳区。颗粒岩在大区内保持西浅东深、隆坳相间的古地理格局下, 在古地貌高地具有广覆式“ 五线一带” 的平面分布样式。“ 五线” 包括西北部北东向的绵阳— 镇巴西一线、东北部北西向的镇巴— 兴山一线, 东南部北东向石阡— 大庸一线和镇雄— 五峰一线, 西南部近南北向昭通— 威远一线, “ 一带” 指川中古隆起以及其前缘带所在的乐山— 开江一带。颗粒滩发育最有利区包括川中古隆起、黔中古隆起北部地区, 东北部和东南部的水下岛链区是优质颗粒滩带发育的潜在区。

3)宽缓的古隆起区为海底高能沉积提供基本的水动能条件, 有助于形成连续性好且颇具规模的颗粒滩, 次一级海平面升降变化导致滩体出现多个垂向叠置样式, 影响滩体的横向连续性。

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