川西北地區中三疊統雷口坡組沉積相再認識

何 利，劉建清，隆 軻，譚欽銀，宋曉波

1 中國地質調查局成都地質調查中心（西南地質科技創新中心）；2 中國石化西南油氣分公司；3 自然資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室

0 前 言

四川盆地中三疊統雷口坡組的油氣勘探始于20 世紀70 年代，經過40 多年的勘探，僅在川中地區發現中壩、磨溪為代表的少量中小型氣藏及含氣構造。自2006 年開始，經過8 年的努力，實現了川西龍門山前構造帶雷口坡組天然氣勘探的重大突破，發現了彭州大型氣田［1］，展示了雷口坡組巨大的油氣勘探潛力。前人對四川盆地雷口坡期巖相古地理開展了較多的研究，主要有林良彪等［2-3］的開闊臺地、局限臺地說，李凌等［4］的局限-蒸發臺地說等。由于過去的研究未能應用反映構造-沉積背景的地震資料，也沒有把地層、沉積格局的發育演化與大地構造背景，特別是古特提斯洋關閉的背景深入結合起來，因此這些有關雷口坡組沉積特征的成果認識有待進一步完善和深化。本文對川西北地區露頭剖面、鉆井巖心、微觀資料及地震資料進行了細致的調查、觀察及研究，并與前人古地理研究及古特提斯洋研究的相關資料結合，在地層、沉積發育機制、沉積相特征等方面獲得了一些新認識，可為深入推進川西北地區雷口坡組天然氣勘探提供基礎依據。

1 區域地質條件

1.1 構造-沉積背景

三疊紀上揚子海盆西南為康滇古陸，北為秦嶺北方古陸（大巴山古陸），東為江南古陸（雪峰山古陸）［5-6］（圖1a）。海水主要來自特提斯海，由康滇古陸與越北古陸之間的開遠海峽進入上揚子海盆，再越過黔南堤礁從川西南一帶侵入［5］。四川盆地中三疊世雷口坡期沉積格局與盆地周緣、內部的古隆起有著密切的關系。四川盆地中東部的瀘州古隆起、開江古隆起于二疊紀東吳運動期開始形成雛形，于印支早期定型在古特提斯洋關閉機制下的匯聚應力場背景［7-9］。與早三疊世相比，四川盆地中三疊世雷口坡期的巖相古地理發生了明顯的變化。周邊古陸的逐漸抬升，特別是東邊雪峰山古陸的抬升加劇了海域西低東高的古地理格局。雪峰山古陸與瀘州古隆起、開江古隆起的不斷隆升，使古隆起成為了分隔上揚子海盆東西兩側不同古地理單元的天然屏障［10-11］：西面以南充地區為中心，發育石灰巖、白云巖、膏巖和鹽巖；東面巴東地區發育砂巖、泥巖，屬同期異相沉積［6,12-14］。

圖1 上揚子海盆中三疊世古地理概貌及川西北地區雷口坡組構造區劃Fig.1 Paleogeography of the Upper Yangtze sea basin during Middle Triassic and the structural zoning of Leikoupo Formation in northwestern Sichuan Basin

川西北研究區的現今構造特征，雷口坡組頂面總體表現為“兩隆、兩凹、兩斜坡”：“兩隆”為龍門山前構造帶和新場構造帶，“兩凹”為元通—安德凹陷和綿竹凹陷，“兩斜坡”為廣漢—中江斜坡、文星—綿竹斜坡（圖1b）。

1.2 地層特征

川西北地區中三疊統雷口坡組底與下三疊統嘉陵江組呈平行不整合接觸；雷口坡組頂在西部與天井山組呈整合接觸（圖2），在東部與上三疊統須家河組呈平行不整合接觸?；谝巴庹{查、鉆井和地震等資料綜合分析，雷口坡組地層厚度約為200～1 000 m，平面上東薄西厚。雷口坡組巖性以白云巖、石灰巖及膏巖為主，自下而上可以劃分為4 段（圖2）：雷口坡組一段（雷一段）由淺灰色—灰白色中—薄層狀白云質泥巖、泥質白云巖、膏巖和粉晶白云巖構成多個旋回，底部以黃綠色鈣質、白云質泥巖（“綠豆巖”）為特征；雷二段主要為灰白色—淺灰色厚層中晶白云巖、藻砂屑白云巖、含砂屑泥晶白云巖等；雷三段為深灰色薄層泥晶灰巖夾粉晶白云巖、泥巖和膏巖，灰色含砂屑藻紋層白云巖夾中薄層狀藻團塊白云巖和藻砂屑白云巖及灰色中厚層粉—細晶白云巖；雷四段為塊狀泥晶白云巖、膏巖、泥晶灰巖、（藻）砂屑白云巖、藻紋層白云巖及泥質白云巖。

圖2 江油含增剖面雷口坡組沉積綜合柱狀圖Fig.2 Sedimentary comprehensive column of Leikoupo Formation of Hanzeng section in Jiangyou area

2 典型沉積相類型及特征

結合區域構造-沉積背景，通過對野外剖面、鉆井巖心及鏡下薄片進行詳細觀察描述，對連井格架剖面進行解釋，認為川西北地區雷口坡組為蒸發臺地—局限臺地—臺地邊緣沉積環境，發育多種亞相及微相（表1）。

表1 川西北地區雷口坡組沉積相劃分方案Table 1 Classification of sedimentary facies of Leikoupo Formation in northwestern Sichuan Basin

2.1 蒸發臺地

蒸發臺地位于瀘州古隆起西側沉積區，主要位于潮上帶，由于蒸發作用強，海水鹽度高，沉積以蒸發巖為主。蒸發臺地相由蒸發坪、鹽湖亞相組成，主要發育在雷二段、雷四段。

2.1.1 蒸發坪亞相

主體位于平均高潮面以上的大潮及風暴作用地區，海水極淺（僅數厘米到數米），或長期暴露地表，海水蒸發量很大，水體鹽度高，水體循環受限制，巖性以膏巖、白云質膏巖、膏質白云巖為主，硬石膏、石膏受到壓實作用后可以出現結核狀、串珠狀、脈狀-雞籠鐵絲網狀構造（圖3a）。蒸發坪亞相主要有膏坪、云膏坪、膏云坪、云坪等微相。由于長期露出水面或局部發生同生期方解石、白云石淡水溶蝕及后期充填作用，可形成鳥眼構造；由于氣候干燥，局部可出現紫紅色粉晶白云巖（圖3b）。

圖3 川西北地區雷口坡組典型沉積相標志Fig.3 Typical sedimentary facies markers of Leikoupo Formation in northwestern Sichuan Basin

2.1.2 鹽湖亞相

主體發育在蒸發坪內部的相對低洼位置，這種格局阻斷了鹽湖與廣海的聯系。當氣候干燥、蒸發強烈時，水體不斷濃縮成為咸水或超咸水，在水體安靜及受陸源碎屑影響小的環境下，礦物結晶充分，形成成分較純、晶體粗大的鹽類礦物。巖性以深灰色、灰色中晶石膏巖、細晶石膏巖為主，例如H井雷四段發育晶體粗大的膏巖（圖3c），反映沉積水體較深、安靜，有充分的結晶條件。鹽湖亞相有膏質鹽湖、石鹽鹽湖等微相。

2.2 局限臺地

局限臺地位于障壁島后向古隆起一側十分平緩的海岸地帶和淺水區，主要處于潮下帶—潮間帶，海水通常局限而循環不暢，水動力較弱；巖性以（藻）砂屑白云巖、灰質白云巖、粉（細）晶白云巖、泥質白云巖、礫屑白云巖等為主。局限臺地相由淺灘、潮坪、潟湖3個亞相組成；縱向上，構成潟湖—潮坪或潟湖—淺灘—潮坪或淺灘—潮坪若干向上變淺的沉積序列，發育于整個雷口坡組中。

2.2.1 淺灘亞相

主體位于潮下帶浪基面以上，水體能量較高，整體上屬寬緩、水體較淺的沉積環境，巖性包括（藻）砂屑白云巖、（藻）粉砂屑白云質灰巖、（藻）粉砂屑粉晶白云巖和（藻）砂屑灰質白云巖。淺灘亞相主要發育（藻）砂屑灘微相，以（藻）砂屑白云巖為主，砂屑類型主要是打碎的藻屑，顯微鏡下呈斑塊狀，內部結構較為疏松（圖3d），不同于結構致密的臺緣鮞粒、內碎屑；砂體規模一般較小，厚度僅為0.3～2 m，反映了雷口坡期藻席發育并變化極為頻繁的特點。由于海平面的頻繁變化，（藻）砂屑灘露出水面，可發生同生期粒內溶蝕；在后期深埋和裂縫發育的條件下，有機酸注入，沿剩余粒間孔發生溶蝕（圖3d）。

2.2.2 潮坪亞相

主體位于潮間上帶—潮間下帶，水位頻繁變化，經常露出水面，潮汐流雙向作用明顯，總體上地形平緩，水體循環較差，鹽度較高，這些促進了潮坪的發育以及白云石化作用的進行。巖性包括（藻）砂屑藻紋層白云巖、粉（細）晶白云巖、泥質白云巖、礫屑白云巖、（藻）砂屑藻紋層灰質白云巖、礫屑灰質白云巖，可見潮汐層理、藻紋層、鳥眼、窗孔和帳篷等沉積構造。潮坪亞相發育藻云坪、云坪、泥云坪、（藻）灰云坪及潮道等微相。

藻云坪 主要巖性為含（藻）砂屑藻紋層白云巖、藻紋層白云巖。藻紋層以近水平波狀疊層石為主，偶見半球狀藻紋層（圖3e，3f），呈暗色和淺色條帶或紋層平行分布，反映地形平緩、水動力條件總體較弱的沉積環境［16］。暗色層為非風暴期藻席生長骨骼，淺色層為風暴期或高潮期潮汐、水流帶來的大量碳酸鹽顆粒被藻席黏液捕獲而成，這些顆粒中通常包含打碎的藻屑。風暴期和高潮期的碳酸鹽顆粒以及藻席的格架，在裂縫發育和有機酸注入的情況下，沿粒間剩余孔及藻席格架發生溶蝕作用促進儲層發育（圖3g）。在空間分布上，藻席常不連續，呈透鏡狀，其間沉積泥粉晶白云巖。該帶經常露出水面，碳酸鹽沉積物因干燥收縮或者沉積物中的生物腐爛產生的氣泡逸出而形成孔洞，被方解石、石膏充填而形成鳥眼構造（圖3h）。藻云坪是雷四段最發育的微相之一。

云坪、泥云坪、灰云坪 由于局部地形的阻擋或海平面相對下降，潮汐作用相對較弱，水體較為平靜，藻類不發育，以較為純凈的泥晶白云巖沉積為主。在顯微鏡下，泥晶白云巖常呈均勻的微小晶粒狀，局部重結晶（圖3i）。如果水體帶入少量泥質，可形成泥云坪，巖性為泥質白云巖；或者因水體稍深，可發育灰質白云巖沉積，一般規模不大，厚度為0.3～2 m?？臻g上它們常與藻云坪側向相連。這些微相發育于整個雷口坡組中。

潮道 常在含（藻）砂屑藻紋層白云巖或泥晶白云巖中出現，表現為角礫狀白云巖與圍巖呈突變接觸，厚度為0.1～0.2 m。角礫直徑為0.3～1 cm，呈次棱角狀、次圓狀，分選、磨圓中等（圖3j），是潮汐水道沖刷、搬運、磨圓的結果。潮道角礫巖的存在證實了該區潮汐作用強烈。

2.2.3 潟湖亞相

主體位于潮下帶，水體動能弱到中等，巖性以泥晶灰巖、泥晶白云質灰巖、泥晶灰質白云巖及泥巖為主。由于總體處于干旱的氣候環境，局部夾少量白云巖或石膏。常見有不規則的毫米至厘米級的紋層，透鏡狀、脈狀、波狀及沙紋等層理發育。潟湖中常發育風暴沉積，具條帶狀構造及正粒序層理，層理一般厚4～7 cm，底部具沖刷面。潟湖亞相進一步劃分為咸化潟湖、半咸化潟湖、淡化潟湖及泥質潟湖微相。

咸化潟湖 水體淺，鹽度高，巖性以泥晶白云巖為主。主要分布于綿竹—彭州—豐谷一帶的雷二段、雷四段。

半咸化潟湖 水體稍深、安靜，鹽度中等偏高。巖性以泥晶白云質灰巖、泥晶灰質白云巖為主。顯微鏡下常見藻球粒、球粒，偶見生物碎屑及風暴作用形成的砂屑（圖3k）。主要分布于綿竹—什邡一帶的雷二段、雷四段。

淡化潟湖 水體較深，鹽度正常，巖性主要為泥晶灰巖。分布于整個雷口坡組。

泥質潟湖 巖性為泥巖、泥質白云巖等。主要發育于雷一段、雷三段底部，規模較小，一般厚30 cm，最大厚度為40～50 cm。

2.3 臺地邊緣

結合前人關于川西北臥龍一帶發育臺地邊緣礁灘的推測［17-18］，基于綿竹漢旺、江油含增等露頭剖面的沉積相綜合分析，認為川西北地區發育臺緣淺灘亞相，主要有砂屑灘、鮞粒灘等微相。上揚子海盆西部為廣闊的特提斯海，臺地邊緣處于迎水面，水動力強，氧氣充足，生物生長繁茂。在較強的水動力條件下，藻屑等軟弱生物體大多被打碎，只有抗磨蝕能力較強的碳酸鹽內碎屑得以保存或以其為核沉淀形成鮞粒。臺地邊緣常發育鮞粒灘、砂屑灘等高能灘，巖性主要為鮞粒白云巖、砂屑白云巖（圖3l）。

3 沉積相展布及演化

3.1 沉積相對比

基于露頭剖面、鉆井的沉積對比（圖4）發現：雷一段、雷三段具有海侵特征，巖性主要為石灰巖、泥巖及白云質灰巖；雷二段、雷四段海退特征明顯，巖性主要為砂屑白云巖、膏巖、灰質白云巖。雷口坡組厚度在C 井區最大，而且雷二段出現較多的石灰巖，推斷其為沉降中心；往西逐漸發育藻云坪，再過渡為臺緣淺灘；往東逐漸過渡為局限臺地潮坪和蒸發臺地。雷口坡組上覆的天井山組往東部逐漸尖滅：天井山組碳酸鹽巖在江油含增剖面、綿竹漢旺剖面、L井區、C井區均有發育，而且往西北厚度逐漸增大；而在東部F井區天井山組消失，雷口坡組直接與上覆須家河組呈平行不整合接觸。

圖4 川西北地區雷口坡組沉積相對比剖面Fig.4 Sedimentary facies correlation profile of Leikoupo Formation in northwestern Sichuan Basin

北西—南東向地震解釋剖面（圖5）顯示：雷口坡組底界呈波狀起伏，地層總體向北西傾斜；雷一段—雷三段地震反射較弱，內部結構較為均一；雷四段地震反射較雜亂，東南部見下超特征。天井山組往東南逐漸減薄并缺失。

圖5 川西北地區雷口坡組地震解釋剖面（雷四段底界拉平，剖面位置見圖1b）Fig.5 Seismic interpretation section of Leikoupo Formation in northwestern Sichuan Basin(flattening the bottom of Leikoupo Member 4.Location is shown in Fig.1b)

結合區域研究成果分析，中三疊世拉丁期（雷口坡組—天井山組沉積期）川西北地區處于古地貌低部位。在川西北部的江油石元鄉馬鞍塘火車站剖面，由下至上發育雷口坡組、天井山組、馬鞍塘組，均為整合接觸，而且天井山組石灰巖含燧石條帶，反映水體較深。而在江油附近的馬角壩剖面，天井山組與上覆馬鞍塘組呈整合或平行不整合接觸。在川西南部的峨眉縣川主鄉垮洪洞剖面，垮洪洞組（與馬鞍塘組同時異相）與下伏雷口坡組及上覆小塘子組均呈平行不整合接觸，缺失天井山組［19］。上述特征反映出江油地區雷口坡組—天井山組沉積期處于坳陷區，與其他地區發育抬升、沉積間斷的特征不同；而且坳陷區逐漸向南遷移，至晚三疊世卡尼期（馬鞍塘組沉積時期），向南擴展至峨眉縣垮洪洞一帶。

3.2 沉積相平面展布及演化

在對露頭剖面、鉆井、地震等資料綜合分析的基礎上，編制了川西北地區雷口坡組4 個段的沉積相圖。如圖6 所示，川西北地區雷口坡組沉積相帶大體呈北東—南西向展布，局限臺地潮坪、潟湖、淺灘亞相構成沉積主體，雷二期、雷四期海退背景下，在西部發育臺地邊緣相，在東部發育蒸發臺地相。

圖6 川西北地區雷口坡組沉積相平面圖Fig.6 Sedimentary facies plans of Leikoupo Formation in northwestern Sichuan Basin

川西北地區雷口坡期經過了2次較大的海侵-海退旋回：①雷一早期，受海域及周圍地區火山噴發的影響，研究區普遍沉積了綠豆巖、水云母黏土巖；之后發生了一次較大的海侵，這一時期氣候溫暖，有較多瓣鰓生物分布。川西北地區整體為局限臺地，因古地貌單元差異而產生巖相古地理分異（圖6a）：凹陷區為潟湖環境，水體稍深，沉積以石灰巖、白云質灰巖為主，夾白云巖，厚度較大；凸起區為潮坪環境，水體稍淺，沉積以白云巖為主，夾石灰巖，厚度較小。②雷二期，在區域擠壓作用下瀘州古隆起、開江古隆起抬升，四川盆地發生海退，氣候十分干燥，生物貧乏。沉積格局具有繼承性，西部臺緣淺灘發育，在局限臺地內形成了一些淺灘（圖6b）。③雷三期開始了又一次海侵過程，研究區繼承雷二期沉積格局，以潟湖和潮坪為主，也發育一些淺灘（圖6c）。因填平補齊作用，地勢總體平坦。④雷四期四川盆地總體表現為一海退過程。雷四早期海水很淺，氣候相當干燥，主要發育蒸發臺地相巨厚膏巖。雷四中晚期，海平面略有上升，受川西地區基底向西北傾斜的控制，東部、西部發生顯著的巖相古地理分異（圖6d）：東部地區海水很淺，以蒸發臺地相膏巖為主。西部地區海水稍深，局限臺地發育潮坪、潟湖、淺灘等亞相，其中，淺灘亞相發育以砂屑白云巖為主的砂屑灘，潮坪亞相發育以含砂屑藻紋層白云巖為主的藻云坪；西部臺緣發育淺灘。

總體上，由雷一段到雷四段，海水逐漸變淺，臺內灘逐漸發育。整體上雷口坡期灰質潟湖繼承性發育，其中雷三段灰質潟湖向東北延伸到F井區一帶，反映出川西北地區雷口坡期處于坳陷區。這一成果修正了以往關于川西北地區偶有坳陷的認識［9］。

雷口坡期以后，受松潘—甘孜地塊向揚子地塊的擠壓作用影響，龍門山逆沖斷裂帶發育，川西北的西部撓曲下沉，繼續接受沉積（天井山組），而四川盆地的大部分地區隆升成陸。川西北大部分地區為局限臺地環境，巖性以石灰巖、白云質灰巖為主；西部發育臺地邊緣淺灘，巖性以鮞?；規r為主，但因龍門山逆沖作用，大部分淺灘沉積被掩蓋，僅少量出露。

3.3 沉積相模式

基于前述分析，建立了川西北地區雷口坡組沉積模式（圖7）：東南部地勢高，水體很淺，海水鹽度高，為蒸發臺地環境，以膏巖為主，夾白云巖；西北部地勢低，海水稍深，海水鹽度較高，為局限臺地環境，發育淺灘、潮坪和潟湖，以砂屑白云巖、藻紋層含砂屑白云巖、泥晶白云巖互層為主；西側為廣闊的古特提斯海和臺地邊緣相。受沉積基底撓曲起伏、橫向遷移以及海平面變化的影響，淺灘、潮坪及蒸發臺地會出現橫向上的相互連接與垂向上的疊置。

圖7 川西北地區雷口坡組沉積模式圖Fig.7 Sedimentary pattern of Leikoupo Formation in northwestern Sichuan Basin

4 結 論

基于系統的區域構造-沉積背景調研和翔實的基礎工作，取得了關于川西北中三疊統雷口坡組沉積相與沉積特征的一些新認識：

（1）中三疊世雷口坡期雪峰山古陸的隆升加劇了上揚子海盆西低東高的古地理背景，隨著瀘州古隆起、開江古隆起的不斷隆升，川西北部江油—綿竹一帶形成沉降-沉積中心。

（2）川西北地區雷口坡組發育臺地邊緣、局限臺地和蒸發臺地等沉積相。其中，局限臺地相分布最廣，由淺灘、潮坪及潟湖等亞相組成，包括砂屑灘、藻云坪、灰云坪、潮道、淡化潟湖、咸化潟湖、半咸化潟湖等微相；臺地邊緣相發育淺灘亞相，包括砂屑灘、鮞粒灘微相。臺地邊緣淺灘規模大，生物較為發育，顆粒類型為致密的內碎屑及鮞粒；臺內灘規模較小，生物不發育，顆粒類型為藻屑。

（3）提出了川西北地區雷口坡組“臺地邊緣相—局限臺地相—蒸發臺地相”沉積模式，其沉積變遷受到沉積基底向西北傾斜及海侵-海退旋回的控制。