川西前陆盆地上三叠统须家河组地层的划分对比及沉积演化

2007年4月JOU RNAL O F STRA T IGRA PH Y 第31卷　第2期
青年论坛
川西前陆盆地上三叠统须家河组地层的划分对比及沉积演化
刘金华1)　张世奇1)　孙耀庭2)　魏垂高1)
1)中国石油大学(华东)资源与信息学院　山东东营　257061;　2)胜利油田地质科学院　山东东营　257061
摘　要:为了解决川西前陆盆地上三叠统须家河组地层的划分和对比问题,从岩石地层和层序地层两个方面进行了研究,利用地震、古生物、录井以及野外露头等资料对上三叠统的地层划分和对比方案进行了重新厘定,提出了不同地区的须家河组和香溪群的地层对比和划分方案,并且在层序地层学研究基础上提出了“早期海相构造层序”和“晚期陆相构造层序”。

具体介绍和解释了川西“对冲式”前陆盆地地层沉积演化模式的特点和形成原因。

关键词:川西地区,四川,前陆盆地,层序地层,三叠系
中图法分类号:P 534.51 文献标识码:A 文章编号:025324959(2007)022*******
①中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院外协项目资助。

文稿接受日期:2006210220;修改稿收到日期:2007201215。

第一作者简介:1981年9月生,男,中国石油大学(华东)在读博士研究生,专业为矿产普查与勘探。

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川西地区位于龙门山和米仓山—大巴山山脉的前缘地带,地理上位于四川盆地西部和中部地区,地域范围西起龙门山推覆带,北至米仓山—大巴山推覆带,东至巴中、营山一线,南抵自贡、乐山等地,面积约80000km 2(图1)。

印支运动以来,在秦岭、松潘—甘孜造山带与四川盆地之间,发育了北东向的龙门山和北西向的米仓山—大巴山两个巨型推覆构造带,构成造山带—盆缘推覆山系—盆地的组合格
局(范小林等,2002)。

在这一复杂的组合格局中,本研究区上三叠统的沉积层序最完整、地层发育良好,主要由上三叠统须家河组(T 3x )煤系地层组成,植物化石丰富,不仅为研究中、新生代陆相地层的理想地区,而且赋存有丰富的石油和天然气资源,已经发现和投入勘探开发的中、小型油田和大、中型气田十余个,具有巨大的勘探开发潜力(刘景彦、林畅松,2000)。

图1　川西前陆盆地构造分区及井位分布图
F ig .1　T ecton ic divisi on s of the W est Sichuan Fo reland Basin and the locati on of w ells
研究中发现,在晚三叠世时盆地西部龙门山逆冲推覆带与米仓山—大巴山逆冲推覆带之间存在着密切的关系。

川西盆地上三叠统前陆盆地是我国比较典型前陆盆地之一,又因为其由煤系地层组成,是川西盆地天然气的主要烃源岩之一,所以具有重要的研究意义。

一、岩石层的划分与对比
本次研究以录井和野外露头为主要对象,对龙门山、米仓山—大巴山山前的上三叠统地层开展了详细的岩石地层学研究,包括各时代地层的岩性特征,厚度变化特征,古生物特征和时代归属等问题,以及区域地层划分和对比的主要标志,重新厘定其地层划分对比方案。

在本次研究的研究工区内上三叠统存在多个地层分区,主要分为川东北地区、川西北地区、川东、川中地区和川西南地区四个地层划分分区,不同分区内有不同的地层划分标准,在这四个分区内主要分为须家河组和香溪群两种不同标准。

前人也做过地层统层工作,但存在许多问题(李绍虎等,1998),四川油田分公司采用了香一到香五段各自对应须一到须五段的简单对应方法,它只是岩性上的统层,没有考虑构造运动对地层的影响等问题。

本区上三叠统地层发育良好,依据古生物、地层不整合面、区域地震大剖面追层、岩矿特征以及沉积旋回等的研究,对长期争论不休的川东北地区、川西北地区、川东、川中地区和川西南地区上三叠统须家河组和香溪群地层的划分与对比问题进行了分析(刘树根等,1995;苟宗海,2001)。

香溪群自下而上划分出6个岩性段,而须家河组自下而上一般被划分为5个岩性段,研究区内岩性和岩相都较稳定。

利用上三叠统地层中存在的安县运动对此段地层进行对比。

在安县运动之前主要为西部的龙门山造山带活动,形成了近平行于龙门山的沉积序列,物源主要来自西部的龙门山推覆带。

安县运动之后,龙门山造山运动逐渐减缓,北部和东北部的米仓山—大巴山造山运动开始活跃,并且形成了米仓山—大巴山山前带的前陆盆地,在此便形成了西部龙门山山前带与北部的米仓山—大巴山山前带的“对冲”局面,因而在后期形成了复杂的地层对应关系。

本次研究主要以岩石地层为基础,参考了前人的生物地层研究成果。

现主要以广元地区须家河组地层为例简单介绍其古生物特征。

区内须家河组富含多门类化石:须一段(小塘子组)以含海相瓣鳃类为主,由广元向东海相瓣鳃类化石减少,出现少量的半咸水瓣鳃类化石(四川盆地陆相中生代地层古生物编写组,1984);须二段化石稀少;在须三段出现大量植物化石,有数十种之多;须四段地层没有发现化石;须五段除发育大量的植物化石,还发现了瓣鳃类化石,但是此类瓣鳃类化石为淡水类型(四川盆地陆相中生代地层古生物编写组,1984),说明此时地层已由小塘子组的海相地层转变为陆相淡水湖泊相沉积。

由于安县运动的影响盆地内出现了局部不整合(赵玉光、肖林萍,1994;邹光富等,2003)。

在须家河组地层发育区内,安县运动造成的不整合面出现在须三段顶部。

在香溪群分层中,此次构造运动出现于香一段之后,所以地层的对应关系为香一段与须一段(小塘子组)到须三段对应,上部须四、五段对应香二到香六段。

经过岩相和地震对比得出对比结果为:川中的香溪群一段大概相当于川西北的须家河组一段(小塘子组)到三段,川中香二段大概相当于川西北须四下亚段,川中香三段大概相当于川西北须四上亚段,川中香四段大概相当于川西北须五下亚段,川中香五、六段大概相当于川西北须五上亚段。

区域地层划分和对比如表1所示。

二、层序地层学研究
层序是以底、顶不整合面或相关整合面为界的、内部叠置有序的沉积组合,因此,层序地层分析中层序界面的识别是关键技术之一。

在本次研究中首先明确了须三段顶部存在一期较为明显的构造运动——安县运动,利用安县运动在须家河组出现于须三段之后,在香溪群出现在香一段之后(刘树根等, 1995),将上三叠统的地层分为两个二级层序(表2):二级层序 为须一、二、三段以及与之对应的香一段,二级层序 为须四、五段以及与之对应的香二到香六段。

本区发育的二级层序从成因上分为早期海相层序和晚期陆相层序两种。

早期海相层序是在盆地晚三叠世地层形成早期发育,此时是龙门山造山时期,形成了龙门山逆冲推覆带,地层发育特点是由西向东逐渐变薄(图2)。

此时前渊带沉降幅度很大,由于地壳均衡作用影响,前隆抬升规模较大,水平方向迁移距离很大,如果它暴露在地表就可以形成大范围的不整合,这就是早期层序的层序边界(张箭等,2002)。

层序内发育三类不整合面,即低位侵蚀面、海侵侵蚀面和最大海泛面。

层序组成自下而上为低位沉积、海侵沉积和海退沉积。

低位沉积只是一个相对的低位沉积,指最早海侵
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2期刘金华等:川西前陆盆地上三叠统须家河组地层的划分对比及沉积演化
表1　川西盆地上三叠统须家河组地层划分与对比简表
Tab
.1　The correla tion of the Upper Tr i a ssic Xuj i ahe For ma tion i n the W est Sichuan Ba si
n 表2　川西盆地上三叠统须家河组层序地层划分表
Tab
.2　The sequence stra tigraph ic d iv ision of the Upper
Tr i a ssic Xuj i ahe For ma tion i n the W est Sichuan Ba si n
侵蚀面以下的所有沉积物,仅在最下部层序的底部
有相当于低位沉积的辫状河粗粒砂岩沉积物。

其他
层序界面的低位侵蚀面和海侵面常常合二为一,所以可能缺失低位沉积。

整个早期海相层序也是一个大的海退过程,从古生物方面看,仅在底部的小塘子组发现海相化石,须二、须三段发现的生物化石主要为植物化石(四川盆地陆相中生代地层古生物编写组,1984),但是在须二、须三段地层发育时期是海水退去、淡水补给的过程,因而将其作为一个完整的海相层序研究。

从连井剖面(图2)和地层的平面等厚图上可以看出在须一段(小塘子组)到须三段以及与之对应的香一段地层的分布规律为西厚东薄,在须一段(小塘子组)沉积时期,沉积的地层主要分布于盆地的西部前渊带内,到须二段地层超出前渊带向东扩展,分布面积明显增大,直至川中附近。

须三段是盆地的收缩阶段,沉积的地层中煤层的数量和厚度都明显增多。

晚期陆相层序则是在晚三叠世地层演化晚期发育,此时前陆盆地发生构造反转作用,盆地整体抬升隆起,形成一套向上变浅的典型前陆盆地的磨拉石沉积组合。

由于此时的龙门山造山运动减弱,在盆地的北部和东北部出现了米仓山—大巴山造山运动,在米仓山—大巴山山前形成范围较大的沉积中心。

此时地层发育的特点为由龙门山向东先变薄,向东北再变厚。

在东西向连井剖面上其上部地层由于盆地西北部逐渐隆起而形成了局部的缺失。

在平面上
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由于龙门山和大巴山两方面的影响,地层向东南方向扩展。

依据地震剖面上反射轴的反射终止形式,以及野外剖面和钻井剖面中地层的沉积构造、岩性变化、组合特征,在上三叠统须家河组地层中划分出4个三级层序,其中三级层序1相当于须一段(小塘子组),层序2大概相当于须二段、须三段,层序3大概相当于须四段,层序4大概相当于须五段,除三级层序1外每一三级层序都包含有低水位、湖侵和高水位体系域(表2)。

三级层序地层的发育特点与二级层序地层发育特点相似,在三级层序1、2发育时地层也是由西向东逐渐变薄,分布面积三级层序2比三级层序1要大,这也符合了二级层序地层的发育特点。

三级层序3、4的地层发育特点与晚期陆相层序的发育特点类似,但是三级层序3受早期海相层序的影响地层仍然出现西厚东薄的现象,在三级层序4中这种现象便消失了,但是由于此时盆地西北地区出现了局部的隆升,因而在西北地区缺失三级层序4。

三、地层演化模式
通过对川西盆地上三叠统岩石地层的对比和层序地层学研究总结出“对冲式”前陆盆地地层演化模
式。

此种模式是在安县运动前后造山运动发生了明显的位置变化情况下提出的,由于安县运动前后分别出现龙门山造山运动和米仓山—大巴山造山运动,形成了明显的双物源的沉积特点,在地层上出现的特点就是对冲式的对应关系,从而提出了“对冲式”前陆盆地地层演化模式。

“对冲式”前陆盆地沉积演化模式分为两个阶段,称之为“须下盆”沉积阶段和“须上盆”沉积阶段,其分别对应龙门山造山时期和米仓山—大巴山造山时期。

须下盆沉积阶段主要分为三个时期(图3),即龙门山造山带构造运动的三个时期:运动开始时期、剧烈时期、减缓时期,将其定为第一期、第二期、第三期,其与须家河组的地层对应大致上为第一期对应须一段(小塘子组),第二期对应须二段,第三期对应须三段。

从须一段(小塘子组)开始盆地西部的龙门山开始隆起,川西盆地内的海水由西南部向外排出,
图3　川西晚三叠世“须下盆”沉积演化模式图
F ig .3　T he model of the depo siti on p rocess of the low er Xu jiahe Fo rm ati on
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形成了沉降幅度很大的前渊带,水体主要分布于前渊带内,所以其地层分布面积较小;第二期是造山运动的高峰期,使盆地内形成了可容空间的最大值,沉积了一套最大海泛作用的饥饿沉积,即凝缩段,但是此时的水体已由须一段(小塘子组)的海水环境逐渐向淡水湖泊转变,并且由于前陆盆地物源充足的特点,此时也没有形成大面积的深水沉积,但是地层的分布面积明显增大;第三期时由于造山运动的减弱,海平面处于停滞阶段,由于沉积作用的影响使得相对湖平面下降,此时期是盆地的一个填平补齐过程。

在龙门山造山运动的作用下,须下盆沉积了一套西厚东薄的地层。

须上盆沉积阶段也分为三个时期(图4),即米仓山—大巴山造山带的构造运动的三个时期。

在各个时期的地层发育上与须下盆有所相似,但是由于龙门山造山带在须下盆的构造运动使得龙门山山前存在较大的剩余可容空间,又由于须下盆结束前海水便早已退去形成了山前带的淡水湖泊,绝对湖平面随着沉积物的沉积而升高,所以龙门山山前带的可容空间也随之增加。

在这种情况下形成了大巴山
图4　川西晚三叠世“须上盆”沉积演化模式图
F ig .4　T he model of the depo siti on p rocess of the upper Xu jiahe Fo rm ati on
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山前和龙门山山前两个沉积中心,从而盆地内发育的地层出现了由龙门山向东北到大巴山由厚先变薄再变厚的特征。

在须上盆的三期沉积过程中在低位、湖侵和高位域分别发育了与须下盆相似的地层沉积。

但是在地层的分布面积上有很大区别,须上盆地层的展布由于造山带的构造运动向东和向南移动,在西北地区还出现层序4的局部缺失。

整体上须下盆的物源从西边龙门山向东边沉积,而须上盆的物源来自两个方向:龙门山和米仓山—大巴山,从而形成了称之为的“对冲式”前陆盆地地层沉积模式,其沉积中心也出现了两个,“对冲式”前陆盆地便是盆地在受到两个造山带的影响情况下形成的。

四、结　论
1　本文从解决川西盆地上三叠统须家河组煤系地层的地层划分问题入手,从岩性地层和层序地层两个方面进行了研究,利用“安县运动”的不整合面以及地震和野外剖面等资料对上三叠统的地层的划分和对比方案进行重新厘定,提出了不同地区的须家河组和香溪群的地层对比和划分方案,并且对川西盆地进行了层序地层的划分和对比。

2　在层序地层学研究基础上提出了“早期海相层序”和“晚期陆相层序”。

并且对两种层序的发育和演化进行了详细的分析研究。

3　通过以上对岩性地层和层序地层以及对层序发育模式的研究,针对“须下盆”沉积阶段和“须上盆”沉积阶段的沉积特点的不同,提出了“对冲式”前陆盆地地层沉积演化模式。

参考文献
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CORRELAT I ON AND EVOL UT I ON OF
THE UPPER TR I ASSI C XUJ I AHE FOR M AT I ON
IN THE W EST SI CHUAN FORELAND BASIN
L I U J in2hua1),　ZHAN G Sh i2qi1),　SU N Yao2ting2)and W E I Chu i2gao1)
1)R esou rces and Inf or m a tion Institu te,U n iversity of P etroleum Ch ina,D ongy ing,257061;
2)Geology S cience R esea rch Institu te of S heng li O ilf ield,D ongy ing,257061
Abstract　B ased on sequence stratigrap h ic and the litho stratigrap h ic studies u sing ou tcrop and sub su rface data,the subdivisi on and co rrelati on of the T riassic coal2bearing Xu jiahe Fo rm ati on is revised.T he co rre2 lati on of the Xu jiahe and X iangx i fo rm ati on s of differen t litho stratigrap h ic real m s is evaluated.W e p ropo se that the U pp er T riassic stratigrap h ic sequence in the W est Sichuan area rep resen ts an early m arine stage and a late non2m arine stage.Stratigrap h ic data p resen ted in th is p ap er have i m p licati on s fo r the L ate T ri2 assic tecton ic h isto ry in the W est Sichuan area.
Key words　W est Sichuan area,Sichuan,fo reland basin,sequence stratigrap hy,T riassic 691地 层 学 杂 志31卷。