四川盆地早-中三叠世古水文地质条件分析及含水系统的划分

四川盆地早 -中三叠世古水文地质条件
分析及含水系统的划分
摘要：四川盆地的富钾卤水资源较为丰富，主要赋存于早中三叠世嘉陵江期
-雷口坡期的储集层中。

本文利用最新的钻井资料、实测地质资料及研究成果，
通过四川盆地的演化、沉积相特征的分析，结合古水文地质分析的方法，对四川
盆地早中三叠世的含水系统进行了古水文地质的分期与分区。

研究认为四川盆地
早中三叠世富钾卤水的形成和演化经历了四个水文地质时期，沉积作用、淋滤作用、埋藏-构造作用以及构造-（埋藏-淋滤）作用水文地质期；含水系统的演化
在空间上又因地壳运动而有所差异性，在空间上分为龙门山断裂-龙门山前断裂
褶皱带、龙门山前断裂褶皱带-华蓥山以及华蓥山-明月峡一带及蜀南地区三个区域。

关键词：四川盆地富钾卤水早-中三叠世岩相古地理古水文地质期
引言
本文所称的四川盆地是指四川盆地现今中生界残留范围中属四川省管辖的范围。

四川盆地是我国海相钾盐最具有勘探开发远景的重点靶区之一。

我国钾资源
稀缺，是钾肥的进口大国，对国内钾资源的勘查和开发迫切需要取得突破。

富钾
卤水是四川盆地最主要的液态钾盐，富钾卤水被认为是多来源、多成因的深层地
下水，具有沉积变质与固态钾盐溶滤的复合成因（林耀庭等，1994，2001，2002，2004）。

早中三叠纪时，原始海水受强烈的蒸发作用而浓缩成盐，在多个层段中
沉积了岩盐、石膏、杂卤石等蒸发岩矿物，古海水中的K+也随矿化度增高而增高，逐渐浓缩形成沉积成因水赋存于早中三叠世的碳酸盐岩储层中，在漫长的地
史进程中（龚大兴，2016），经历了渗透水的交替以及沉积成因被挤出与围岩发
生水岩作用而变质形成了混合型卤水（李亚文等，1998；林传律等，1994；徐国
盛等，2012；张成江等，2012），同时也与二叠纪东吴运动玄武岩喷发、绿豆岩
以及深部流体活动有关（张成江等，2012）。

陈科贵等（2014）认为，富钾卤水
是在压实作用下，由坳陷中心向坳陷边缘聚集形成。

而关于富钾卤水的储集，多
受控于构造，如川西平落坝的富钾卤水受龙门山泥岩推覆构造影响，宣汉黄金口
川25井富钾卤水受控于华蓥山、铜锣峡及明月峡等背斜（商朋强，2011）。

古水文地质条件的研究可以重塑古地下水的生成，对于富钾卤水演化的研究
十分重要。

本文基于最新的岩相古地理资料、野外地质工作以及岩心样品的分析，对四川盆地早中三叠世的含水系统进行重新划分，重点开展“期”与“区”的划分。

本文的研究将为四川盆地液态钾盐的成因研究与勘查提供一定的借鉴与参考。

一.盆地的形成与演化
1.地球动力学环境
四川盆地位于扬子克拉通西缘，具有规模小、活动性强，新生代改造强烈的
特点，是经历了多旋回构造演化的小型克拉通叠合盆地（贾承造等，2005；贾承
造等，2007；Zhang K & Wang J L，2006）。

自晋宁期扬子地台基底形成以来，盆地进入了盖层沉积阶段，经历多次板块
的裂离和拼贴作用，主要经历了三个演化阶段，一是震旦纪-志留纪末，为加里
东构造旋回期；二是泥盆纪-中三叠世的海西-印支早幕构造旋回期；三是晚三叠
世-全新世，印支中幕-喜山构造旋回期。

最后于喜山运动晚幕，随着青藏高原末
次快速隆升，龙门山向盆内大规模的推覆作用，前陆盆地萎缩消亡，盆地整体抬升，形成如今的盆地形态。

因此，四川盆地是由海相、海陆过渡相以及陆相沉积
模式叠合而成小型克拉通叠合盆地。

2.地壳的运动
四川盆地自二叠纪以来处于区域沉降的环境，下三叠统与二叠系为连续沉积，盆地的沉降持续到中三叠世末，其间盆地为浅海碳酸盐台地沉积环境，海水多次
进退；中三叠世末发生的印支运动使盆地受到三个方向的挤压而抬升，泸州-开
江一线露出水面（图1），海水在晚三叠世快速退出，在安县运动的强烈抬升作
用下，盆地整体露出地表接受剥蚀淋滤，随后开始陆相沉积阶段。

从须四期至渐
新世，盆地整体受到弱拉张作用，呈裂陷盆地阶段，沉积了巨厚的红色陆相碎屑
岩建造，渐新世发生的四川运动致使盆地隆升，古近纪-早更新世之前的地层遭受剥蚀，盆地东北部遭受强烈剥蚀，华蓥山背斜甚至剥蚀到下古生界，成为现代剥蚀区，西部剥蚀相对较弱；随着印度板块与欧亚板块的陆-陆碰撞到达高潮，青藏高原末次快速隆升，龙门山前引起大规模推覆构造，并伴随有岩浆喷发以及深成岩侵入，山前断褶带的中生代地层也遭受剥蚀。

图1 中三叠世末地古构造图（据王东升，1982修改）
1-研究区范围；2-古隆起轴线；3-古斜坡；4-古地质界线；5-古构造；6-古
鼻状隆起
3.地下水的来源
二叠纪时扬子准地台区域性沉降，四川盆地区域为浅海碳酸盐台地，水体趋于淡化，为Cl·（SO
）-Na·（Mg）型水，矿化度不高，一般为10~40g/L，局部
4
达70g/L（王东升，1982）。

二叠纪晚期东吴运动发生，玄武岩喷发，沉积海陆交互的含煤夹火山岩建造，古沉积水进一步淡化，古岩溶作用发育。

至三叠纪，沉积没有发生间断，为浅海碳酸盐-蒸发岩沉积环境，古气候炎热、干燥，蒸发作用强烈，海水逐渐咸化，部分咸化海水进入到沉积物的晶间及裂隙中，形成沉积成因水（原始卤水）。

因此，四川盆地的富钾卤水的来源是二叠纪末期东吴运动以来的古海水是无疑的，前人的氢氧同位素的研究成果也佐证了这一点。

二.含水系统的确定
1含水系统划分依据
1.1沉积环境
早三叠世嘉陵江期时，四川盆地为浅海碳酸盐--蒸发岩沉积环境，地势西高
东低，海水进退频繁发生，进退方向以东、东南为主。

嘉一期与嘉三期广泛发育
开阔海灰坪沉积，整体水深，盆地南西-北西有龙门岛陆提供物源而有混积潮坪
沉积；嘉二期时盆地为局限海-蒸发台地沉积环境，在盆地北东发育膏质泻湖相，向南西方向发育蒸发潮坪-云膏坪相，南西缘因有陆源补给为混积潮坪环境；嘉
四期开始盆地沉积环境发生变化，西部的龙门山岛陆沉于水下，盆地内无陆源补给，北东部发育膏质泻湖相，并在南充-广安地区发育膏盐湖相，沉积了石盐与
石膏；嘉五期时，盆地西部位局限海环境，外围发育蒸发潮坪，向东部地势升高，海水变浅，蒸发作用强烈，大面积发育膏盐湖相。

中三叠世雷口坡期，古地貌发生了较大变化，随着北部的米仓山-大巴山古
陆抬升，龙门山古陆和九顶山岛链出露水面，海水主要从南边进退，盆地已演化
成一个半封闭的陆表海盆，东部继续抬升，使得地势东高西低而海水东浅西深。

雷一期盆地内普遍发育云坪、膏云坪、含泥云坪和灰云坪，川中营山-龙女寺地
区发育膏云质泻湖，并在其中发育两处膏盐湖。

雷二期海平面进一步降低，泸州
－开江古隆起间歇出露海面，盆地东部持续抬升，沉积环境以蒸发潮上坪为主，
在北部和西部由于陆源补给发育有含泥灰坪、含泥云坪及含云泥坪，膏盐湖沉积
西移；雷三期为海进-海退成盐时期，沉积环境为碳酸盐-蒸发岩台地，在龙门山
和米仓山前发育大面积的滩相，西南-北部以及蜀南发育云灰坪相，仪陇-南充-
广安一带发育膏盐湖相，其余地区主要为膏云坪环境。

雷四期盆地发生大规模海退，海水向西南退出盆地，盆内海域广泛发育蒸发岩，膏盐湖沉积已西移至盐亭、蒲江地区。

1.2岩性组合
四川盆地下三叠统嘉陵江组划分为五个岩性段:其中嘉陵江组一段（T
1
j1）及
三段（T
1j3）以碳酸盐岩为主，古生物化石丰富；嘉陵江组二段（T
1
j2）为碳酸盐
岩与蒸发岩互层组成；嘉陵江组四段（T
1j4）及五段（T
1
j5）以蒸发岩为主，化石
l1）上下部以蒸发岩为主，
罕见。

雷口坡组分为四个岩性段，雷口坡组一段（T
2
l2）为碳酸盐岩夹蒸发
中部为碳酸盐岩，底部为“绿豆岩”，雷口坡组二段（T
2
l3）上下部以碳酸盐岩为主，中部夹蒸发岩，雷口坡组四岩，雷口坡组三段（T
2
l4），广安-达州一线主要为碳酸盐岩夹薄层蒸发岩，西部以蒸发岩为主，
段（T
2
夹少量碳酸盐岩。

1.3含水系统的边界
四川盆地早三叠世嘉陵江期以来可划分出嘉陵江期、雷口坡期两个含水系统，嘉陵江期含水系统以飞仙关组顶部的紫红色泥岩作为含水系统的下界，雷口坡期
底部的绿豆岩为上界，雷口坡期含水系统以须家河组一段泥岩、粉砂质泥岩建造
作为含水系统的上界。

2含水系统的划分
起始于不同沉积环境和沉积相的沉积成因水具有本质区别（汪蕴璞，1995），是划分含水系统的主要依据。

据前文所述，四川盆地早三叠世嘉陵江期以来可划
分为嘉陵江期、雷口坡期两个含水系统，但四川盆地早中三叠世嘉陵江期-雷口
坡期从沉积环境都属于浅海碳酸盐-蒸发岩台地沉积，具有相似的沉积环境和沉
积相，从岩性组合上看，也都为碳酸盐岩和蒸发岩建造，并且绿豆岩的厚度在盆
地内基本为稳定的1~3米，厚度不大。

因此，本次研究将嘉陵江期和雷口坡期含
水系统视为一个含水系统（上覆和下伏含水系统不属于本次研究范围）。

三.四川盆地古水文地质分区
1.古水文地质期的类型
在诸多古水文地质分期的标志中，以地壳运动为主要分期标志。

当盆地发生
沉积作用，沉积物不断堆积并压实固结，直至沉积作用停止，这段时期称沉积作
用水文地质期；接受剥蚀淋滤至再度地壳负向运动而开始沉积作用的这段时期称
淋滤作用水文地质期；当地壳再次发生负向的坳陷或裂陷活动，接受了新的沉积
作用，含水系统被覆盖于新沉积地层之下而埋藏封闭，与大气水循环系统隔绝，
这段时期称埋藏封闭水文地质期；当地壳剧烈运动，褶皱断层异常发育，伴随火
山活动，压力与温度的迅速变化，地下水的迁移与地球化学特征发生变化，这段
时期称构造热液水文地质期。

根据上述古水文地质分期的标志及类型，结合前文所述的盆地构造演化的升
降运动，可将四川盆地早中三叠世含水系统经历的古水文地质期划分为沉积作用
水文地质期、淋滤作用水文地质期、埋藏（构造）作用水文地质期以及构造-
（埋藏-淋滤）作用水文地质期。

2.古水文地质分区
通过对盆地在演化阶段所经历的隆升、沉降以及构造活动的差异，以华蓥山
以及龙门山前断裂褶皱带为界，将四川盆地的古水文地质期在空间上的划分分为
三个区域（图2）：Ⅰ区为龙门山断裂-龙门山前断裂褶皱带；Ⅱ区为龙门山前断
裂褶皱带-华蓥山区域；Ⅲ区为华蓥山-明月峡一带及蜀南地区。

图2 四川盆地水文地质期分区图
1-Ⅰ区；2-Ⅱ区；3-Ⅲ区；4-省会；5-地级市
四.古水文地质期定位
按上述分期与分区依据，将盆地的水文地质期与分区具体定位如下（图3）：
图3 四川盆地水文地质期划分
1-沉积作用；2-淋滤作用；3-埋藏封闭作用；4-构造热液作用；5-绿豆岩；
6-隔水层
Ⅰ区：沉积作用水文地质期，自早三叠世嘉陵江期至晚三叠须家河一期；淋滤作用水文地质期，自须二期至须三期；埋藏（构造）水文地质期，自须四期至早白垩世晚期；构造-埋藏水文地质期，自白垩世至全新世。

Ⅱ区：沉积作用水文地质期，自早三叠世嘉陵江期至中三叠世雷三期中期；淋滤作用水文地质期，自雷三期晚期至晚三叠须三期末；埋藏（构造）水文地质期，自须四期至早白垩世末；构造-淋滤作用水文地质期自中白垩世至全新世。

Ⅲ区：沉积作用水文地质期，自早三叠世嘉陵江期至晚三叠须家河一期；淋滤作用水文地质期，自须二期至须三期；埋藏（构造）水文地质期，自须四期至早白垩世晚期；构造-淋滤水文地质期，自中白垩世至全新世。

五.结论
通过本次对野外三叠系实测的剖面、钻井岩心的编录以及其他钻井资料的分析与研究，精细刻画了下中三叠世岩相古地理，并对地下水的历史进行分析，确定含水系统，划分古水文地质期。

（1）四川盆地早中三叠世古水文地质期可四分，分别为沉积作用水文地质期、淋滤作用水文地质期、埋藏-构造水文地质期以及构造-（埋藏-淋滤）作用水文地质期。

（2）按古水文地质条件，将四川盆地嘉陵江期-雷口坡期的含水系统划分为三个区域，即龙门山前断褶带区域、龙门山前断褶带-华蓥山区域以及华蓥山-明月峡（含蜀南地区）区域三个区域，这三个区域的古水文地质特征因地壳运动的差异而有所不同。

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作者简介：熊鸿鸽，：男，1986-05-30，汉，四川省广汉市，本科，研究生
在读，研究方向：地下水资源及可持续发展。

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