北川甘溪泥盆系剖面地质考察

                                               （成都地质矿产研究所沉积与能源室－付修根）

   提要：北川隶属龙门山地区，该区泥盆油气的研究几乎为空白，本文以北川甘溪泥盆系剖面为例，研究了该区的油气地质特征。依据剖面中碎屑岩和碳酸盐岩的岩石类型、结构特征、自生矿物组合、古生物标志以及北川地区碎屑岩和碳酸盐岩的组合特征，将该区泥盆系划分为滨岸沉积环境、陆源碎屑与碳酸盐混合沉积环境、碳酸盐台地沉积环境、风暴岩沉积环境、生物礁沉积环境等五种沉积环境。滨岸、礁滩沉积环境形成的石英砂岩、细砂岩、颗粒灰岩以及礁灰岩的组合具有孔隙度中等，渗透率一般的特点，但该沉积厚度巨大，空间展布连续，是区内较好的储集层。局限海台地沉积环境形成的白云岩是区内的另外一套储集层，这套储集层是区内最好的储集空间，但该套储集层在空间上的展布受局限海台地的控制，具有规模较小，沉积厚度不大的特征。潮坪-泻湖沉积环境形成的泥晶藻纹层灰岩、泥质泥晶体灰岩、粉砂质泥岩和钙质泥岩的组合，具有较高的有机质含量，但潮坪-泻湖的性质决定了该套岩石组合在空间上的展布具有一定的局限性。开阔海台地沉积环境形成的生屑泥晶灰岩、泥灰岩的组合是北川地区可能的区域性盖层，这套盖层的性能与后期构造的强弱有关。

 关 键 词：北川地区；沉积环境；油气地质条件 

四川龙门山区泥盆系发育齐全，层序清楚，剖面连续，化石丰富，沉积类型多样，是研究我国泥盆系的理想地区之一，该区甘溪泥盆系剖面是我国泥盆系标准地质剖面（照片1）。对该地区泥盆系的研究始于20世纪30年代初，赵亚曾等（1931）最早在该区作了一些区域地质调查工作，之后侯德封等（1941）也对该区进行了一些研究，解放后，乐森浔（1956）在该区初步建立了地层分区系统，之后，成都地质矿产研究所^[1]、中国地质科学院地质所、成都理工大学等多家单位的研究人员又重点对北川县甘溪泥盆系剖面进行了研究，不仅提出了划分下、中泥盆统及中、上泥盆统的界线位置，进一

照片1  甘溪泥盆系标准地质剖面

步建立和厘定了剖面岩石地层单位、完善了剖面的地层系统，划分了不同类别的沉积相单元，对重要界线、基本分层均树立了水泥桩和界碑标志，而且对剖面进行了生物地层、岩石地层、年代地层、同位素地层、生态地层、层序地层、地球化学、沉积地质等多方面的专门研究^[1-2]。虽然如此，但对该地区（剖面）油气地质条件的研究较少，几乎未见报道，事实上，该区油气地质条件优越，具有较好的生、储、盖组合，是油气勘探的有利地区，本文在这次考察的基础上以北川县甘溪泥盆系剖面为例对该区沉积环境进行了研究，并进行了沉积环境与油气地质条件的形成关系研究。

1  区域地质背景

泥盆系龙门山地区位于上扬子陆块北西边缘，具被动大陆边缘拉张伸展型开阔海湾沉积盆地性质。该区泥盆系沉积可划分为次稳定型滨浅海沉积相区，沉积基底为浅变质的志留系陆棚相砂泥岩，两者呈微角度构造不整合接触，与上覆下石炭统呈连续沉积、整合接触关系^[3]。

现今北川甘溪泥盆系剖面的大地构造位置隶属于燕山—喜马拉雅期龙门山山前褶冲带内，横穿唐王寨向斜次级构造单元的北西翼，地层出露完整，无大的断层和明显地层缺失。

川县甘溪泥盆系剖面泥盆系岩性组合特征较为复杂，泥盆系下统下部为一套陆源碎屑岩沉积，以巨厚石英砂岩为特征；下统中部至中统下部，以陆源碎屑岩沉积与碳酸岩的韵律性交替互层沉积为特征；中统上部至上统，为碳酸盐岩沉积。整体上该剖面自下而上呈碎屑岩—碎屑岩与碳酸盐岩韵律—碳酸盐岩的“三段式”岩石组合，在区域上可以对比。

2  甘溪泥盆系剖面特征

北川县甘溪泥盆系剖面位于著名的龙门山区，剖面地层厚度约为4742 m，岩石、生物、年代地层单元划分标志和区域对比依据充分，地层、岩石、岩相的旋回性变化规律明显。剖面共划分为10个组（四川地矿局，1994），自下而上分别为：平驿铺组、白柳坪组、甘溪组、谢家湾组、养马坝组、金宝石组、关雾山组、土桥子组、沙窝子组和茅坝组。

平驿铺组以石英砂岩、石英杂砂岩与泥岩为主，可细分为3个由粗变细再变粗的沉积旋回。白柳坪组、甘溪组、谢家湾组和养马坝组以砂岩、泥岩及灰岩互层为主，可细分为6个由砂岩—泥岩—灰岩组成的沉积旋回。金宝石组由砂岩—泥岩—灰岩组成2个旋回，每个旋回中向上砂岩厚度减薄但粒度变粗，灰岩厚度增大，生物礁灰岩增多，顶部被巨厚的块状砂岩所覆盖。关雾山组组体发育2个旋回，其中下部第一个旋回由砂岩—页岩、泥晶灰岩——生物礁灰岩组成，中部第二个旋回由泥晶灰岩和泥灰岩互层—生物礁灰岩和白云岩组成，上部沉积岩性以薄层泥晶灰岩为主，向上泥灰岩和黑色碳质页岩增多。土桥子组以生物屑泥晶灰岩为主，其下部由生物屑泥晶灰岩、泥灰岩的韵律互层组成；中上部构成一个由交砾状白云岩和生物碎屑白云岩—含生物碎屑泥晶灰岩和泥灰岩—生物礁灰岩、核形石灰岩及白云岩组成的完整沉积旋回。中上部的沙窝子组和茅坝组也以碳酸盐岩为主，由白云化颗粒灰岩和白云岩—泥晶灰岩和生物碎屑泥灰岩—藻灰岩和生物屑泥晶灰岩或晶粒白云岩组成4个沉积旋回。

3  沉积环境分析

    沉积环境分析主要是从保存良好、沉积层序清晰的露头剖面着手，研究其纵向演变历史以及横向变化，为油气地质条件评价打下基础。本文所选择的北川县甘溪泥盆系剖面露头良好，层序清晰，分层标志明显，见有较多的化石，是龙门山地区泥盆系沉积环境分析的较好剖面。

依据碎屑岩、碳酸盐岩的岩石类型、结构特征、自生矿物组合、古生物标志以及龙门山地区碎屑岩、碳酸盐岩的组合特征，可将泥盆系划分为陆源碎屑滨岸沉积、陆源碎屑与碳酸盐混合沉积、碳酸盐台地沉积、风暴岩沉积和生物礁沉积五种沉积环境。

3.1 陆源碎屑滨岸沉积环境

该沉积分布于北川县甘溪泥盆系剖面的下部，即平驿铺组和白柳坪组，岩性为一套灰-灰绿色中-细粒状石英砂岩、细粒石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和泥岩的组合。自下而上由很多由粗变细的序列组成，可分为海退和海侵两类沉积序列。海侵序列见于平驿铺组下部，岩石序列通常由中-细粒石英砂岩、细粒石英杂砂岩和含粉砂泥岩组成，具有向上变细的特征。海退序列见于平驿铺组中上部，由中-细粒石英砂岩、粉砂质泥岩组成，具有向上变粗的特征。砂岩中发育冲洗层理、丘状层理，波痕发育，遗迹化石丰富（照片2）；泥岩中水平层理发育，见有较多的生物遗迹化石；砂岩、粉砂岩、泥岩构成向上变粗或变细的粒序层理，单个韵律层厚50~150 cm。沉积环境属于砂坝、滨岸和滨岸泻湖环境。            

3.2 陆源碎屑与碳酸盐混合沉积环境

该沉积分布于北川县甘溪泥盆系剖面中下部的甘溪组至金宝石组，岩性为一套碳酸盐岩、陆源碎屑岩及其两者的混合沉积。碳酸盐岩主要为礁灰岩和颗粒灰岩；陆源碎屑岩主要为中-细粒石英砂岩、石英杂砂岩和粉砂质泥岩；两者混合的沉积岩有泥晶中细粒石英杂砂岩、泥晶砂屑粉砂岩、泥晶生物碎屑石英砂灰岩和粉砂质泥灰岩。该沉积环境中各类底栖生物（照片3）、浮游生物和藻类化石丰富，多种遗迹化石相继出现。脉状、透镜状、楔形交错层理十分发育，规模较大。其沉积环境属于滨岸至陆棚的沉积环境，发育混合潮坪、泻湖、陆源砂滩、礁或礁后坪、生物碎屑滩、生物礁、礁前斜坡和陆棚等多种沉积相单元。

   照片2   滨岸砂岩中的遗迹化石              照片3  陆源碎屑与碳酸盐混合沉积环境中的腕足化石

3.3 碳酸盐台地沉积环境

该沉积分布于北川县甘溪泥盆系剖面中上部的观雾山组至茅坝组，又可进一步划分为泻湖、潮坪、生物礁、开阔台地、颗粒滩等五个亚环境。岩石主要为一套泥灰岩、泥晶灰岩、礁灰岩、鲕粒灰岩、介壳灰岩以及生物碎屑灰岩的组合。该沉积中化石较为丰富，见有轮藻、双壳、腕足等化石，岩石中鸟眼构造、叠层石构造，各类示底构造，潮汐层理、粒序层理、韵律层理及交错层理均较发育。

3.4 风暴岩沉积环境

    该沉积分布于北川县甘溪泥盆系剖面的12层、137层、138层和139层，可进一步划分为陆源碎屑风暴沉积和碳酸盐风暴沉积两种环境。陆源碎屑风暴沉积分布于剖面的12层，岩性为一套褐灰色细粒石英砂杂砂岩组成，岩层厚20~40 cm，其顶界与泥岩为渐变关系。单个风暴岩层序可自下而上分为细粒石英杂砂岩层、细砂岩层和粉砂岩层3段，具正粒序层理，偶见介壳层。属于陆棚正常浪基面之下环境。碳酸盐风暴沉积分布于剖面的137层~139层，即土桥子组，厚约25.4 m，由两个旋回构成，单个旋回的岩石组合自下而上可分为3段，即泥晶砾屑灰岩段、泥晶生屑灰岩段和含生物碎写泥晶灰岩段。泥晶生屑灰岩中沙纹层理发育，沉积环境属于台地边缘斜坡带上部。

3.5 生物礁沉积环境

二台子组至沙窝子组中，生物礁异常发育，相继出现33层生物礁灰岩层，单层厚度较小，薄者0.9 m，厚者35.8 m。主要造礁生物为层孔虫、四射珊瑚（照片4）和床板珊瑚，少数为蓝绿藻，常见的礁灰岩为骨架岩、障积岩、粘结岩和礁坪的泥晶生物屑砾屑灰岩等。

按其形成的古地理位置，可将这些生物礁分为丘礁、堤礁和补丁礁3类。丘礁上覆盖层和下伏岩层均为台缘斜坡粒泥岩。堤礁生长于生物碎屑滩上，间夹泻湖相沉积岩。补丁礁的上覆盖层和下伏岩层均为泻湖相枝状层孔虫泥晶灰岩。

照片4  造礁生物四射珊瑚

4  沉积环境对生储盖的控制作用

4.1 滨岸、礁滩沉积环境控制了储集层的空间展布特征和规模

滨岸环境形成的碎屑岩分布于北川县甘溪泥盆系剖面的下部，以石英砂岩、细砂岩和粉砂岩为主，岩石中孔隙发育，并见有一定的微裂隙，是区内较好的储集空间。这些碎屑岩在空间上的展布决定了区域储集层的规模，而这些碎屑岩作为储集层的有效性或无效性决定了区域储集层的性能。区域对比表明，该套碎屑岩在区域上具有连续分布的特征，虽然不同地区在沉积厚度上存在一定的差异，但总体上厚度较大，空间展布较为平稳，是北川地区有利的储集空间。

另外，在北川县甘溪泥盆系剖面的中上部存在一套较好的碳酸盐岩储集层，该套储集层由颗粒灰岩和礁灰岩构成，在剖面中呈多层展布。颗粒灰岩以核形石灰岩、鲕粒灰岩、介壳灰岩为主，具有孔隙度中等，渗透率一般的特点，灰岩中见有较多的溶蚀孔隙，微裂隙较为发育，从野外观察来看，微裂隙和孔隙多被方解石充填，具有早期成孔（缝）的特征，是有利的储集空间。礁灰岩多以薄层形式出现，单层厚度小于35.8 m，见有较多的溶蚀孔隙（照片5）。礁灰岩中的丘礁上覆盖层和下伏岩层均为致密岩层台缘斜坡粒泥岩，可能为北川地区有效的储集空间；礁灰岩中的堤礁常生长于生物碎屑滩上，与颗粒滩一起构成较好的储集层；礁灰岩中的补丁礁的上覆盖层和下伏岩层均为泻湖相枝状层孔虫泥晶灰岩，具有脆性大的特征，为较差的储集空间。颗粒灰岩与礁灰岩在甘溪剖面共生存在，区域上具有一定的展布，这套储集层的空间展布以及作为储集层的有效性或无效性决定了区域储集层的性能。

   照片5     礁灰岩中的溶蚀孔隙                    照片6     白云岩中的溶蚀孔隙  

4.2 局限海台地沉积环境控制了白云岩储集层的分布

北川地区存在另外一套储集层，即局限海台地沉积环境形成的白云岩，该储集层具有孔隙度好，渗透率高的特征。白云岩中晶间孔、晶内孔、压溶（或溶蚀）缝、溶蚀孔（照片6）、微裂隙极为发育。白云岩层下部常为颗粒灰岩，二者在甘溪剖面常共生产出，构成了北川地区最有利的储集空间。白云岩在空间上的展布并不稳定，在甘溪剖面白云岩累计厚度可达数十米，而在北川县其他地方，白云岩厚度逐渐变薄并消失。但总体上而言，泥盆系白云岩在北川地区分布具有一定的规模，是该区最好的储集层之一。

4.3 潮坪-泻湖沉积环境控制了生油层的空间展布

在北川地区，能够成为较好生油层的主要为一套潮坪-泻湖沉积环境形成的泥晶藻纹层灰岩、泥质泥晶体灰岩、粉砂质泥岩和钙质泥岩的组合。泥晶藻纹层灰岩由藻纹层和泥晶灰岩层组成，二者在纵向上互相叠置，组成二层式沉积结构。藻纹层主要由浮游藻类及其降解产物组成，纹层中藻呈微波状或波状生长，纹层一般顺层分布，放大镜下能够见到丝状藻体。泥晶藻纹层灰岩常与泥质泥晶体灰岩伴生产出，二者在空间上具有一定的展部，岩石内有机质含量较高，为北川地区较好的生油层。粉砂质泥岩和钙质泥岩常形成于较深的泻湖环境，岩石较软，均为灰-灰黑色，污手，具有较高的有机质含量，但泻湖的性质决定了该套岩石组合在空间上的展布具有一定的局限性，在甘溪剖面，该套沉积厚度较大，多大于20 m，但在其他剖面，该套沉积逐渐减薄，并消失，因此，粉砂质泥岩和钙质泥岩在北川地区只能算是中等-较差的生油岩。

值得注意的是，在甘溪剖面发育一套盆地边缘-台地前缘斜坡环境的泥灰岩、生物泥晶灰岩以及介壳泥晶灰岩的组合，该套岩层有机质含量较低，远低于潮坪-泻湖沉积环境形成的岩石组合，但该套岩层厚度较大，多大于100 m，空间展布较为稳定，仍可以确定为北川地区较为有利的生油层。这些灰岩层中方解石脉发育，见有较多的溶蚀孔隙，表明在成岩之后有过热液充填的过程，因此，热液对该套生油层破坏的程度将是该套生油层是否为较好生油层的关键。

4.4  开阔海台地沉积环境控制了区域盖层的分布

    潮坪-泻湖沉积环境形成的泥晶藻纹层灰岩、泥质泥晶体灰岩、粉砂质泥岩和钙质泥岩的组合以及盆地边缘-台地前缘斜坡环境的泥灰岩、生物泥晶灰岩以及介壳泥晶灰岩的组合在具有孔隙度低、渗透率差的特点，在某种意义上来说是较好的盖层，但潮坪-泻湖以及盆地边缘-台地前缘斜坡的性质决定了盖层的规模。在北川地区，具有区域性盖层意义的是开阔海台地沉积环境形成的生屑泥晶灰岩、泥灰岩的组合，该套岩层具有孔隙度低、渗透率差的特点，岩石中微孔、微裂隙不太发育，且岩层厚度较大，空间展布连续，具有较好的封盖能力，为北川地区可能的区域性盖层。但泥晶灰岩具有脆性大的特点，在一定的压力（张力）作用下易于产生裂隙（或微裂隙），从而使岩层的封盖性能得到破坏，因此，后期构造的强弱是该套区域性盖层性能好坏的关键，从甘溪剖面来看，北川地区后期构造对该套盖层的影响较小，灰岩层较为致密，是较好的盖层。

5 结 语

北川地区泥盆系地层大面积出露，对区域油气的保存是一个不利因素，区内以颗粒灰岩、礁灰岩、碎屑岩为主的储集层具有分布广、厚度大的特征，是区内有利的储集空间。对该区的研究表明，颗粒灰岩、礁灰岩之上存在一套厚度较大的开阔海台地环境形成的泥晶灰岩与泥灰岩的组合，该组合在区域上具有一定的展布，是可能的区域性盖层。颗粒灰岩之下为一套盆地边缘-台地前缘斜坡环境的泥灰岩、生物泥晶灰岩以及介壳泥晶灰岩的组合，虽然该套组合为较差的烃源层，但由于测区研究范围较小，沉积相在区域上的变化较大，因此，区域上仍然可能存在一套对应的有效烃源岩组合，该套组合是颗粒灰岩之下可能的有效烃源层。

北川地区局限海台地环境形成的白云岩层厚度较大，空间上具有一定的展布，具有孔隙度好、渗透率高的特征，白云岩中晶间孔、晶内孔、压溶（或溶蚀）缝、溶蚀孔、微裂隙极为发育，是北川地区最好的储集空间。对该套白云岩的研究是北川地区能否取得油气突破的关键。

参考文献：

[1]鲜思远, 陈继荣, 万正权. 四川龙门山甘溪泥盆纪生态地层、层序地层与海平面变化[J]. 岩相古地理, 1995, 15 (6):1-47.

[2]卢武长, 催秉荃, 杨绍全, 等. 甘溪剖面泥盆纪海相碳酸盐岩的同位素地层曲线[J]. 沉积学报, 1994, 12(3): 12-20.

[3]成都地质矿产研究所, 第三届全国沉积学大会组织委员会. 第三届全国沉积学大会野外地质考察指南[R]. 成都：成都地质矿产研究所.

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