施振生 楊 威

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 北京 100083;2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院天然氣地質(zhì)所 河北廊坊 065007)

四川盆地上三疊統(tǒng)砂體大面積分布的成因①

施振生1,2楊 威2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 北京 100083;2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院天然氣地質(zhì)所 河北廊坊 065007)

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組二、四、六段以砂質(zhì)沉積為主,砂體厚度大,分布面積廣泛。弄清砂體大面積分布的成因,對(duì)預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布具有重要的實(shí)踐意義。通過(guò)系統(tǒng)的層序地層劃分、物源分析、砂體展布研究和沉積相編圖,并結(jié)合水槽實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代地質(zhì)調(diào)研,認(rèn)為晚三疊世四川盆地古地形平坦,發(fā)育多個(gè)物源。以沖積扇、河流、三角洲和湖泊4類(lèi)沉積體系為主。河流-三角洲沉積體系分布廣泛,相帶穩(wěn)定,厚度均一;湖泊沉積體系分布于川南,以淺湖亞相為主,向盆地西南存在出水口。四川盆地上三疊統(tǒng)可劃分出4期三級(jí)沉積層序,須二、四、六段均位于各三級(jí)沉積層序的低位體系域,沉積物供給速率大于等于基準(zhǔn)面上升速率,物源供給充分。須二、四、六段可進(jìn)一步劃分出多期4級(jí)沉積層序,湖平面進(jìn)退頻繁。四川盆地上三疊統(tǒng)砂體分布面積主要受地形坡降、物源供給和水體頻繁進(jìn)退控制。小的地形坡降提供了地質(zhì)背景。它不僅造成大面積淺水區(qū)的發(fā)育,而且造成水流的側(cè)向侵蝕能力、水流流態(tài)等發(fā)生改變。充足的物源供給提供了物質(zhì)保障。多物源體系的存在,造成砂體從多方向進(jìn)入盆地,在平面上疊置連片。而水體中砂質(zhì)含量增高,水流的搬運(yùn)機(jī)制、側(cè)向侵蝕能力差異,有利于砂體向前推進(jìn)。水體頻繁進(jìn)退是砂體大面積分布的重要途徑。水體頻繁進(jìn)退過(guò)程中,三角洲前緣長(zhǎng)期遭受的河流,波浪,以及沿岸流的強(qiáng)烈改造,發(fā)生強(qiáng)席狀化,分布面積擴(kuò)大。

大面積砂體 地形坡降 物源 四川盆地 上三疊統(tǒng)

0 前言

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組可劃分出6個(gè)巖性段,其中,須一、三、五段以泥巖為主,夾有少量煤層和砂巖,須二、四、六段以砂巖為主,夾有少量煤層和泥巖,是須家河組主要含氣層段。須二、四、六段砂體分布面積廣泛,厚度巨大(圖1左上)。須二段,四川盆地90%以上的地區(qū)砂地比值大于60%,僅盆地中心局部地區(qū)砂地比值小于60%;須四和須六段,盆地80%以上的地區(qū)砂地比值都大于60%,盆地西南部局部地區(qū)砂地比值相對(duì)較低。高砂地比值區(qū)的分布受河流-三角洲沉積相的控制,湖泊相分布地區(qū)砂地比值相對(duì)較低[1]。關(guān)于砂體大面積分布的成因,前人研究較多[2～6]。郭正吾等[7]認(rèn)為,四川盆地須家河組主要為河流相沉積,由于河流的不斷遷移改道,造成砂體大面積分布。侯方浩等[3]認(rèn)為,須二、四、六段沉積期,四川盆地周緣構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,搬運(yùn)入湖的碎屑物受波浪、湖流等改造強(qiáng)烈,造成砂體大面積分布。趙霞飛等[6]認(rèn)為,四川盆地須家河組主要為近海潮汐沉積,碎屑物由于潮汐作用的強(qiáng)烈改造,砂體大面積分布?？傊?前人主要是從沉積相的角度來(lái)探討砂體大面積分布的成因,關(guān)于大砂體形成的沉積學(xué)背景與條件,前人探討較少。自2005年以來(lái),筆者通過(guò)對(duì)全盆地須家河組75口取芯井約8 500 m的巖芯觀察,天全大河、威遠(yuǎn)黃石板、華瑩觀音溪、立溪巖、廣元須家河等30余條露頭剖面的詳細(xì)描述,以及720余口單井資料分析,結(jié)合薄片、粒度、錄井、測(cè)井和地震資料分析,探討了須家河組的物源[1],并按層段編制了全盆地沉積相圖。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合水槽實(shí)驗(yàn)分析和現(xiàn)代地質(zhì)考察,探討了四川盆地須家河組砂體大面積分布的成因。關(guān)于研究區(qū)的砂體類(lèi)型、物源及測(cè)井相,筆者已進(jìn)行了專(zhuān)文報(bào)道[1,5,10],本文主要從晚三疊世須家河組形成地質(zhì)背景的角度,深入分析砂體大面積分布的成因,以期能對(duì)四川盆地上三疊統(tǒng)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布預(yù)測(cè)及勘探思路的選擇起到借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

四川盆地位于川、渝地區(qū)東部,四周為高山環(huán)繞,面積約18萬(wàn)平方千米。上三疊統(tǒng)是在中三疊世末印支早期運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上形成的。隨著印支運(yùn)動(dòng)的發(fā)生,上揚(yáng)子海盆結(jié)束了大規(guī)模的海侵活動(dòng)。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的剝蝕以后,四川盆地仍然保持著東高西低的古地貌特征,隨之進(jìn)入了以?xún)?nèi)陸湖盆為主的發(fā)展階段。晚三疊世早期,四川盆地北部為秦嶺-大巴山造山帶,西北部為龍門(mén)山造山帶,西部為康滇古隆起,東南部為江南古隆起。少量海水通過(guò)康滇古隆起與龍門(mén)山造山帶間的缺口進(jìn)入盆地西部,在不大的范圍內(nèi)沉積了一套淺水-半深水相的須一段(小塘子組),當(dāng)時(shí)廣大東部地區(qū)地勢(shì)較高,未接受沉積[8,9]。以后,西側(cè)海水后撤,盆內(nèi)從此與外海隔絕,一個(gè)以四川盆地為中心的大型內(nèi)陸湖盆逐漸形成,開(kāi)始接受主要由厚層砂巖和泥頁(yè)巖、粉砂巖夾煤層相間組成的須家河組。

須家河組由下至上劃分為6個(gè)巖性段(圖1右),與下伏中三疊統(tǒng)碳酸鹽巖呈角度不整合接觸,而與上覆侏羅系呈平行不整合接觸[4,8,9]。須一段僅發(fā)育于川西北龍門(mén)山向盆地方向的前陸盆地中。須二、須四和須六段下部均以砂巖為主,間夾少量薄煤層、煤線(xiàn)或炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖(如川西北須家河剖面、川南永安場(chǎng));須三段和須五段以煤系為主夾砂巖層。因受印支晚期運(yùn)動(dòng)的影響,須六段在部分地區(qū)沉積較薄或僅為剝蝕殘余,甚至被剝蝕殆盡。

2 沉積層序及沉積相

2.1 沉積層序劃分和界面特征

圖1 晚三疊世四川盆地地層及盆地結(jié)構(gòu)(據(jù)施振生等,2010,有修改)1。白云巖,2。泥巖,3。中砂巖,4。礫巖,5。細(xì)砂巖,6。粉砂巖,7。煤層,Bb。盆地邊界,Ol。超覆線(xiàn), Sc。砂地比等值線(xiàn)(左上圖為須二段的地層等厚線(xiàn),綜合柱狀圖主要根據(jù)川中地區(qū)須家河組編制)Fig.1 Geologicalmap showing stratigraphy and basin architecture of Late Triassic Sichuan Basin(modified from Shi Zhensheng,et al,2010)1。Limestone,2。mudstone,3。sandstone,4。conglomerate,5。fine-grained sandstone,6。siltstone, 7。coal,Bb basin boundary,Ol overlap line,Sc sand percentage contour

準(zhǔn)確合理地劃分沉積層序,其關(guān)鍵是準(zhǔn)確地識(shí)別和追蹤層序邊界。在對(duì)上三疊統(tǒng)須家河組進(jìn)行研究中,主要采用下述依據(jù)來(lái)劃分層序:(1)首先依據(jù)地震反射終止關(guān)系,識(shí)別較大面積分布的地層不整一關(guān)系,建立等時(shí)地震層序地層格架;(2)沉積體系疊置樣式的轉(zhuǎn)變或沉積環(huán)境的的突變界面;(3)風(fēng)化殼、古地壤層的存在;(4)發(fā)育下切谷充填或具有明顯沖刷下切的水道砂礫巖沉積。

圖2 四川盆地上三疊統(tǒng)露頭照片展示各層序界面特征①?gòu)V元須家河建組剖面,中三疊統(tǒng)雷口坡組與上三疊統(tǒng)須家河組的分界線(xiàn),界面之下為雷口坡組白云巖,而界面之上為須家河組泥頁(yè)巖,地層呈假整合接觸,界面之上可見(jiàn)殘留粘土;②威遠(yuǎn)黃石板剖面,中三疊統(tǒng)雷口坡組與上三疊統(tǒng)須家河組分界線(xiàn),界面之下為雷口坡組白云巖,而界面之上為須家河組泥頁(yè)巖,白云巖中溶孔發(fā)育,充填著上覆層碎屑;③華瑩觀音溪剖面,須一段與須二段的分界線(xiàn),地層整合接觸,界面上下沉積相發(fā)育突變,界面之下為三角洲相,而界面之上則為淺湖相;④立溪巖剖面,上三疊統(tǒng)須家河組與侏羅系分界線(xiàn),界面凹凸不平,起伏在2 m以上,界線(xiàn)之上發(fā)育大套礫巖。剖面點(diǎn)具體位置見(jiàn)圖1左上,所有照片均作者親自拍攝。Fig.2 Photos of the Upper Triassic outcrops in Sichuan Basin,presenting characteristics of different sequence boundary①the boundary between the Middle Triassic Leikoupo Formation and the Upper Triassic Xujiahe Formation in the Guangyuan Xujiahe section, dolomite of Leikoupo Formation lies below the boundary,and shale of Xujiahe Formation lies above the boundary,with unconformable contact between two formations,and residual clays seen on the boundary;②the boundary between the Middle Triassic Leikoupo Formation and the Upper Triassic Xujiahe Formation in theWeiyuan Huangshiban section,dolomite of Leikoupo Formation liesbelow the boundary,and shale of Xujiahe Formation lies above the boundary,ofwhich the dolomite shows development of dissolution pore and filling of underlying Formation clastics;③the boundary of the first and secondmembers of Yujiahe Formation in the Huaying Guanyinxi section,Formations show conformity contact and abrupt change ofsedimentary faciesabove and below boundary,indicated by delta faciesbelow theboundary and shallow lacustrine facies above the boundary;and④the boundary between the Upper Triassic Xujiahe Formation and the Jurassic Formation in the Lixiyan section,is very uneven with relief greater than 2m,and large sets of conglomerate develop on the boundary.See the upper left on Fig。1 for concrete position of section points.All the photoswere taken personally by the author。

綜合地震、測(cè)井及野外露頭資料分析,四川盆地上三疊統(tǒng)可劃分為4個(gè)區(qū)域性的沉積旋回或沉積層序,分別厚150～1000多米。層序界面在盆地周緣主要表現(xiàn)為區(qū)域性可追蹤的不整合面,而在盆地內(nèi)主要表現(xiàn)為巖性、巖相的沉積轉(zhuǎn)換面。每一個(gè)沉積層序的時(shí)間跨度大約在3～5 Ma之間。

沉積層序Ⅰ由須一段組成,底界為上三疊統(tǒng)與下伏地層之間的不整合面。在盆內(nèi)大部分地區(qū)表現(xiàn)為假整合或微角度不整合的接觸關(guān)系,沿不整合面可見(jiàn)殘留粘土、氧化鐵帽,以及充填下伏層的角礫和上覆層碎屑、煤屑的溶洞等(圖2①,圖2②,圖3)。而在龍門(mén)山前山帶的什邡金河等剖面,該界面主要表現(xiàn)為角度不整合,下伏地層發(fā)生強(qiáng)度不等的褶皺,上下地層交角明顯,界面上偶見(jiàn)古風(fēng)化殼。在地震剖面上該界面呈削截接觸關(guān)系(圖4)。

沉積層序Ⅱ由須二段和須三段組成。須一段缺失區(qū),沉積層序Ⅱ直接超覆于下伏中三疊統(tǒng)之上,界面表現(xiàn)為假整合或角度不整合接觸,地震剖面上可較清晰地觀察到上超或削截接觸關(guān)系。須一段發(fā)育區(qū),底界面為整合接觸關(guān)系,界面上下沉積體系疊置樣式和沉積環(huán)境發(fā)生突變(圖2③,圖3)。界面之下呈進(jìn)積式,為淺湖亞相;界面之上呈加積式,為三角洲相。

沉積層序Ⅲ由須四段和須五段組成。在川西安縣地區(qū)等野外地質(zhì)剖面上,須四段與下覆地層呈微角度不整合接觸,而在安縣周邊地區(qū)則表現(xiàn)為假整合接觸,界面之上普遍存在一套礫巖。在坳陷內(nèi),據(jù)測(cè)井資料編制的沉積斷面上該界面則表現(xiàn)為整合接觸,界面主要通過(guò)測(cè)井曲線(xiàn)形態(tài)變化、數(shù)值突變及沉積體系疊置樣式的不同來(lái)識(shí)別。

沉積層序Ⅳ由須六段組成。底界在盆地內(nèi)主要表現(xiàn)為整合接觸,界面上下沉積體系疊置樣式和沉積環(huán)境發(fā)生突變(圖2,圖3)。頂界則為上三疊統(tǒng)與侏羅系之間的區(qū)域性構(gòu)造不整合面,該界面?zhèn)认蜻B續(xù)性好,在川西天全大河、什邡金河等露頭上均表現(xiàn)為侏羅系不整合超覆于須家河組之上,界面之下可見(jiàn)鋁、鐵質(zhì)土壤層,并見(jiàn)古溶蝕現(xiàn)象[11],界面之上大量礫石發(fā)育(圖2④,圖3)。

須家河組三級(jí)沉積層序在整個(gè)盆地內(nèi)基本可以對(duì)比和追蹤,其內(nèi)據(jù)初始和最大湖泛面還可劃分出低水位、水進(jìn)和高位體系域。各體系域在平面上分布穩(wěn)定,在盆地內(nèi)可進(jìn)行追蹤對(duì)比(圖4)。須一段對(duì)應(yīng)于沉積層序Ⅰ,須二段、須四段和須六段下部分別對(duì)應(yīng)于沉積層序Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的低位體系域,須三段、須五段和須六段中上部分別對(duì)應(yīng)于沉積層序Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的水進(jìn)體系域和高位體系域。低位體系域呈加積式疊置樣式,沉積物供給速率大于等于基準(zhǔn)面上升速率。

2.2 沉積相平面展布

圖3 四川盆地八角場(chǎng)-廣安地區(qū)地震對(duì)比剖面顯示各界面特征(2008DCZ38-05GA39)Fig.3 Seismic profile from Bajiachang to Guang'an area showing characteristics of interfaces of Sichuan Basin(2008DCZ38-05GA39)

為了確定沉積相和古地形,在以體系域?yàn)閱卧到y(tǒng)編制全盆地砂巖等厚圖、砂地比等值線(xiàn)圖、礫巖等厚圖和物源分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)厚度壓實(shí)校正,還按體系域系統(tǒng)編制了各層段的地層等厚度(圖5左)。晚三疊世,四川盆地厚度整體由東南向西北逐漸增厚,但厚度變化不大。以沉積層序Ⅱ低位體系域?yàn)槔?須二段),在大川中地區(qū)其厚度值介于0～250 m之間,變化幅度非常小。由于須二、須四和須六段均屬于低位體系域,沉積物供給速率大于等于基準(zhǔn)面面上升速率,根據(jù)填平-補(bǔ)齊原理,地層厚度也間接定性地表示地形起伏狀況[1,12,13]。須二段,E井地層缺失,A井地層厚約153 m,兩井之間的直線(xiàn)距離約為153 000 m(圖5右上)。那么,A井到E井之間的地形坡降只有1‰。須四段,E井地層厚約93 m,A井厚約161 m,兩井之間的直線(xiàn)距離約為193 580 m,那么,地形坡降只有0.3‰。由于地形坡降小,基準(zhǔn)面(水平面)稍有變化,所波及范圍大,基本上可以影響盆地大范圍沉積相帶發(fā)育。

圖4 四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組中46-環(huán)山4井連井剖面地層對(duì)比圖三級(jí)沉積層序在盆內(nèi)基本上可以追蹤對(duì)比,除川西北部缺失層序Ⅳ外,大部分地區(qū)各層序體系域發(fā)育完整。Fig.4 Well Zhong46-Huanshan4 stratigraphic correlation ofwell-to-well sections for the Upper Triassic Xujiahe Formation of Sichuan Basin.Basically,the third-order sedimentary sequences can be traced and correlated in the basin,except sequenceⅣis absent in Northwest Sichuan,the other larger part of the area shows complete development of different sequence tract systems。

圖5 四川盆地晚三疊世地層厚度及沉積旋回劃分圖左為全盆地須二段地層等厚圖,圖右上為A-E地層厚度對(duì)比剖面,圖右下為須四段地層旋回劃分對(duì)比剖面。1。地名,2。井位,3。露頭,4。盆地邊界,5。超覆線(xiàn),6。地層等厚線(xiàn)Fig.5 Formation thickness during Late Triassic in Sichuan Basin as well as sedimentary cycle division of basin formations: on the left-isopach map of the second member of Xujiahe Formation over thewhole basin,on the upper right-formation thickness correlation sections ofwell A-E,and on the lower right-correlation sections of cycle division for the fourth member of Xujiahe Formation。1。City,2。Well,3。Outcrop,4。Basin boundary,5。Overlap line,and 6。Isopach of bed thickness。

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組沉積體系展布受5大物源控制[1],物源數(shù)目眾多,不同時(shí)期各物源的構(gòu)造性質(zhì)及分布位置決定著沉積體系的類(lèi)型及展布(圖6)。

須二期,物源主要來(lái)自川西北部和川東北部,江南古陸物源規(guī)模較小。因此,川北以沖積扇-河流沉積體系為主,而川中和川南以三角洲和湖泊沉積體系為主。河流-三角洲沉積體系分布面積占總面積的70%以上,湖泊沉積體系以淺湖亞相為主,且向西南方向存在出口。各沉積體系相帶穩(wěn)定,厚度均一。

須四期,由于周緣板塊構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,各物源區(qū)沉積物供應(yīng)充分。該時(shí)期分布范圍縮小,盆內(nèi)大部分地區(qū)以三角洲沉積體系為主,分布面積占總面積的60%以上,湖泊沉積體系分布于川南,以淺湖亞相為主,向西南開(kāi)口,面積較小。各沉積體系相帶穩(wěn)定、厚度均一。

須六期,源區(qū)構(gòu)造活動(dòng)減弱,盆內(nèi)沖積扇和河流沉積體系分布范圍縮小,三角洲沉積體系分布面積廣泛,占盆內(nèi)總面積的80%。湖泊沉積體系仍分布于川南,以淺湖亞相為主,向西南開(kāi)口。各沉積體系相帶穩(wěn)定、厚度均一。

總之,四川盆地須二、四、六期物源數(shù)目眾多,以沖積扇、河流、三角洲和湖泊沉積體系為主,同一相帶分布穩(wěn)定,這反映了古地形較為平坦,水深變化不大。且盆地向西南開(kāi)口,大量水體可由此流出四川盆地。

3 砂體大面積分布的成因

3.1 地形坡降小

小的地形坡降為砂體大面積分布提供了地質(zhì)背景。主要原因有四:①小的地形坡降為大面積淺水區(qū)的發(fā)育提供了地質(zhì)背景。地形坡降大,三角洲前緣易發(fā)生滑塌,不利于砂體大面積分布[14～16]。②地形坡降越小,水流的側(cè)向侵蝕能力相對(duì)增強(qiáng),河道側(cè)向遷移改道頻繁[17]。③地形坡降小,水體與底面之間的摩擦力增大,水流呈輻射狀向前推進(jìn);而地形坡降大,水流呈聚集狀向前推進(jìn),單個(gè)河道相對(duì)較大較深。④地形坡降小,導(dǎo)致入盆水流慣性力較小,注入流軸向流速小,砂體呈分散狀分布[18]。

為了弄清不同地形坡降對(duì)砂體分布面積的影響,我們還開(kāi)展了水槽模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)水槽呈四方形,東西兩側(cè)都存在入水口。東入水口地形坡降為20‰,水流沿長(zhǎng)軸方向進(jìn)入水槽,水流穩(wěn)定。西入水口地形坡降為30‰,水流相對(duì)較急。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,兩側(cè)入水口沉積物供給相同,實(shí)驗(yàn)結(jié)束對(duì)兩側(cè)的沉積物分布面積進(jìn)行測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,東入水口由于地形坡降小,水流呈輻射狀,在平面上呈片狀或多股(圖7①)。沉積過(guò)程中,由于可容空間不斷減小,水流決口改道,產(chǎn)生新的朵體填積在近岸湖區(qū)(圖7②),且沉積物從源區(qū)到達(dá)沉積區(qū)搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)。西側(cè)入水口由于地形坡降較大,水流呈聚集狀,水流速度較快(圖7③,④)。入湖水流由于受到靜水的頂托,速度迅速降低,沉積物大量卸載,沉積物搬運(yùn)距離較短。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,東側(cè)砂體向前延伸約7 m,砂體分布面積達(dá)43 m2;而西側(cè)砂體向前延伸約2 m,砂體分布面積約12 m2。東側(cè)砂體分布面積是西側(cè)砂體分布面積的3.6倍。

圖6 四川盆地上三疊統(tǒng)沉積相圖①層序Ⅱ低位域沉積相;②層序Ⅲ低位域沉積相;③層序Ⅳ低位域沉積相;④A-A'須家河組連井剖面地層及沉積相對(duì)比。Fig.6 Sedimentary facies of the Upper Triassic in Sichuan Basinsedimentary facies of LST of SequenceⅡ;②sedimentary facies of LST of SequenceⅢ;③sedimentary facies of LST of SequenceⅣ; and④well-to-well section formations and sedimentary facies correlation of Xujiahe Formation in well A-A'。

現(xiàn)代三角洲沉積實(shí)例也說(shuō)明地形坡降小可造成砂體大面積分布。美國(guó)密西西比河現(xiàn)代三角洲地帶地形坡降不過(guò)1‰～3‰,由于地形坡降小,平均每過(guò)1 000 a左右密西西比河入海的河道會(huì)改變。僅在過(guò)去的6 000年里,密西西比河就改道6次,形成了7個(gè)三角洲朵體,每個(gè)朵體活動(dòng)時(shí)間為800～1 500 a,逐次漸進(jìn),形成大面積三角洲復(fù)合體,造成海岸線(xiàn)向海推進(jìn)了24～80 km。目前,密西西比河現(xiàn)代三角洲砂體分布面積約3 300 km2,且有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。俄羅斯萊娜河是世界上最長(zhǎng)的河流之一,由于地形坡降小,河流不斷改道,造成砂體大面積分布。目前,萊娜河三角洲是已成為俄羅斯最廣闊的野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)。中國(guó)鄱陽(yáng)湖三角洲由于地形坡降低,贛江三角洲1949～1992年的43a間,贛江西支、中支各下延14 km,進(jìn)積速率342 m/a;南支下延8.5 km,進(jìn)行速率200 m/a;北支下延9.71 km,進(jìn)程速率209 m/a,從而造成砂體大面積分布[19]。

圖7 水槽實(shí)驗(yàn)中不同地形坡降條件下的水流流態(tài)和砂體分布面積①②地形坡降小,水流呈輻射狀,砂體分布面積大;③④地形坡降大,砂體分布面積小,水流呈聚集狀。Fig.7 Flow pattern of water flow and distribution area of sand body under various topographic slope conditions in flume experiment①②are characterized by small topographic slope,water flow of radiation pattern,and large area of sand body;③④are characterized by large topographic slope,small area of sand body and concentrative pattern ofwater flow。

3.2 物源供給充分

物源供給充分包括兩層涵義:一是指物源數(shù)量眾多,可以從多個(gè)方向提供沉積物;二是指水流載荷大,沉積物沉積速率大于等于基準(zhǔn)面上升速率。充足的物源供給為大面積砂體提供了物質(zhì)保障。主要原因有五:①多物源體系的存在,造成砂體從多方向進(jìn)入盆地,在平面上疊置連片;②沉積物沉積速率大于等于基準(zhǔn)面上升速率,造成源區(qū)近端可容空間減小和消失,河道向湖盆中心不斷推進(jìn),造成砂體大面積分布;③水體中載荷量高,流量不均一,河岸側(cè)向侵蝕能力增強(qiáng),從而有利于河床的展寬,河水變淺,堆積旺盛,河道遷徙[20,21];④水體載荷增大,顆粒間碰撞機(jī)率增大,降低了顆粒輸移速度,在流量一定的情況下,造成水流不暢,從而水流全方位向前推進(jìn),水流呈多股向前沉積,以強(qiáng)片流狀態(tài)覆蓋在三角洲砂體表面[22];而載荷量較小,用于搬運(yùn)泥沙的水流能量較小,水流速率增大,水流侵蝕切割三角洲砂體表面,多期切割明顯,期次性突出,河道分支減小。

晚三疊世須二、須四和須六期,四川盆地由于瀕臨古陸和造山帶,物源數(shù)量較多。且周緣板塊構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,造山帶強(qiáng)烈隆升[23～26],物源供給充分。且須二、須四和須六段均為各層序低位體系域,沉積物供給速率大于等于基準(zhǔn)面上升速率,沉積體系呈加積式到進(jìn)積式,近源區(qū)可容空間不斷減小和消失,河道側(cè)向遷移頻繁,并不斷地向湖盆中心推進(jìn)。

現(xiàn)代沉積實(shí)例也證實(shí)充足的物源供給可造成砂體大面積分布。黃河下游因?yàn)閺狞S土高原獲得了大量泥沙,河岸易蝕而不穩(wěn)定,形成典型的辮狀河,造成砂體大面積分布。歷史時(shí)期黃河曾多次大致以鄭州為中點(diǎn)作大規(guī)模的擺動(dòng),有時(shí)擺到山東以北,有時(shí)擺到山東以南[20]。永定河是一條多河型的河流,上游三家店至西麻莊為沖積平原區(qū)辮狀河。第四紀(jì)以來(lái)由于物源供給充分,在7 200 a的地質(zhì)歷史中河流曾多次擺動(dòng)遷移,發(fā)生過(guò)5次大規(guī)模改道和16次擺動(dòng)遷移,致使辮狀河不同期次、不同級(jí)次河道相與不同規(guī)模的心灘相垂向疊加、橫向接觸,形成了復(fù)雜而又大面積分布的、疊加切割的大型復(fù)合砂體[27]。

3.3 水體進(jìn)退頻繁

水體頻繁進(jìn)退也是砂體大面積分布的一個(gè)重要原因。水進(jìn)過(guò)程中,沉積物供給速率小于基準(zhǔn)面上升速率,可容空間增大,水體變深,三角洲前緣寬闊地區(qū)遭受水面波動(dòng)引起的湖流、波浪、以及沿岸流的強(qiáng)烈改造,發(fā)生強(qiáng)席狀化,砂體分布面積擴(kuò)大[28];而水退過(guò)程中,沉積物供給速率大于基準(zhǔn)面上升速率,可容空間減少,水體變淺,砂體不斷向前推進(jìn),造成砂體大面積分布。

上三疊統(tǒng)可劃分出4期三級(jí)沉積旋回或沉積層序,各層序的低位體系域可進(jìn)一步劃分出多期4級(jí)沉積旋回或沉積層序,每期旋回實(shí)際上反映了一次完整的湖水位升降,對(duì)沉積砂體進(jìn)行了頻繁改造,造成砂體大面積分布。以須四段為例,須四段位于三級(jí)層序Ⅲ的低位體系域,整體為加積式疊置樣式。根據(jù)基準(zhǔn)面與沉積物供給速率之間的關(guān)系,可進(jìn)一步細(xì)分出4期四級(jí)旋回,每期旋回都反映了一次大幅度的水平面升降(圖5右下)。以合川地區(qū)沉積層序Ⅱ(須二段)為例,根據(jù)基準(zhǔn)面與沉積物供給速率之間的關(guān)系,可進(jìn)一步細(xì)分出5期四級(jí)旋回,每期旋回都反映了一次大幅度的水平面升降(圖8)。在湖平面升降期間,由于波浪和沖刷-回流的強(qiáng)烈改造,三角洲前緣水下分支河道和河口砂壩遭受強(qiáng)烈地席狀砂化,砂體分布面積擴(kuò)大。同時(shí),不穩(wěn)定礦物遭受風(fēng)化,砂體的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度增高。

此外,盆地存在出水口也是砂體大面積分布的一個(gè)重要原因。雖然水體搬運(yùn)大量沉積物入盆會(huì)造成注入量增大,但出水口流出的水量也增加,水平面仍維持在溢出點(diǎn)同一高程上。這樣,受水盆地不但不會(huì)因?yàn)樗w的大量注入而加深,反而因?yàn)槌练e物的大量堆積而淤淺,砂體向盆地中心不斷推進(jìn),造成砂體大面積分布。晚三疊世,四川盆地由于存在出水口,向西南部與西昌盆地相通,對(duì)砂體分布面積及形態(tài)產(chǎn)生重要影響[1]。

4 結(jié)論

(1)晚三疊世須二、四、六段發(fā)育時(shí)期,四川盆地古地形平坦,發(fā)育沖積扇、河流、三角洲和湖泊4類(lèi)沉積體系。盆內(nèi)河流-三角洲沉積體系分布廣泛,相帶穩(wěn)定,厚度均一;湖泊沉積體系分布于川南,以淺湖亞相為主,向盆地西南存在出水口。

(2)四川盆地上三疊統(tǒng)可劃分出4期三級(jí)沉積層序,須二、四、六段可進(jìn)一步劃分出多期4級(jí)沉積層序,湖平面進(jìn)退頻繁。

(3)四川盆地上三疊統(tǒng)須二、四、六段均位于各三級(jí)沉積層序的低位體系域,沉積物供給速率大于等于基準(zhǔn)面上升速率,物源供給充分。

(4)四川盆地上三疊統(tǒng)砂體分布面積主要受地形坡降、物源供給和水體進(jìn)退頻率控制,小的地形坡降提供了地質(zhì)背景,充足的物源供給提供了物質(zhì)保障,水體頻繁進(jìn)退則是砂體大型化的重要途徑。

圖8 四川盆地晚三疊世須二段地層旋回劃分對(duì)比剖面Fig.8 Correlation sections of cycle division for the second member of Xujiahe Formation in Late Triassic Sichuan Basin

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Genesis of W idespread Sandbodies of Upper Triassic in Sichuan Basin

SHIZhen-sheng1YANGWei2
(1.China University of M ining and Technology,Beijing 100083 2.Langfang Branch of Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Petrochina,Langfang Hebei 065007)

the second,fourth and sixth members of the Upper Triassic(Xujiahe)Formation in Sichuan basin are controlled by sandy sediments,with sand body characterized by large thickness and widespread distribution.To elucidate genesis of large area distribution of sand body brings great practical significance for the prediction of high-quality reservoir distribution.Based on systematic work regarding sequence stratigraphic division,analysis of provenances,analysis of sand body distribution and workout of sedimentary faciesmaps,combined with study results of flume experiment and geological investigation,it is considered that Sichuan Basin was characterized by flat ancient landform,the development ofmultiple provenances and four dominant sedimentary systems(alluvial fan,fluvial system,deltaic system and lacustrine system)during Late Triassic.Of the four sedimentary facies,the fluvial-deltaic sedimentary system haswidespread distribution,relatively stable facies belts and uniform thickness;and lacustrine sedimentary system developsmainly in South Sichuan,with shallow lacustrinemicrofacies dominant and water outlet toward Southwest Sichuan Basin.The Upper Triassic of Sichuan Basin can be divided into 4 third-order sedimentary sequences,in which the second,fourth and sixth members of Xujiahe Formation are all located in the low stand tract system of each third-order sedimentary sequence,with the rate of sediment supplymore than and equal to the rate of base level rising,and sufficient source supply aswell.In addition,the threemembers can be subdivided intomulti-period fourthorder sedimentary sequences according to frequent transgression and regression of lake level.Distribution area of the Upper Triassic sand body in Sichuan Basin is controlled by threemain factors:topographic slope,source supply and frequent transgression and regression ofwater body.By providing geological background,small topographic slopes not only cause widespread development of shallow water area,but also bringmany changes ofwater flow(e.g.lateral erosion and flow pattern,etc。)。Material guarantee can be assured by sufficient source supply.The existence ofmultiple-provenance system allows sand body entering into from various directions,and finally superimposing and connecting one another horizontally possible,and the increase of sandy sediment content,associated by transportationmechanism and lateral erosion difference of water flows,is very favorable for extending forward of sand body.Frequent transgression and regression of water body plays an important role in widespread development of sand body.During frequent transgression and regression ofwater body,owing to long-term strong reformation process of river,wave and coastal current,delta front experienced strong blanket deposition and expansion of development area.

widespread sand body;topographic slope;provenance;Sichuan Basin;Upper Triassic

施振生 男 1976年出生 博士 高級(jí)工程師 沉積地質(zhì)學(xué) E-mail:Shizs69@petrochina.com.cn

P512.2

A

1000-0550(2011)06-1058-11

①?lài)?guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(編號(hào):2007CB209504)資助。

2010-12-22;收修改稿日期:2011-03-16