贵州遵义松林地区中上寒武统娄山关群混积特征及其地质意义

张祎蕾 谭秀成 张本健 李 庚

1.西南石油大学地球科学与技术学院 2. 中国石油碳酸盐岩储层重点实验室西南石油大学研究分室 3.中国石油西南油气田分公司川西北气矿 4. 川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院

0 引言

二十世纪80年代，国内外学者开始对现代和地史时期碳酸盐岩与陆源碎屑混合沉积的产状进行研究，但多数为描述性的成果[1]。1984年，Mount正式提出混合沉积物的概念，并分为混积岩和混积层系两类沉积[2]。随后，更多学者开始关注混合沉积，在混积岩分类方案、混合沉积作用、控制因素、岩相、各盆地成因机制和沉积模式等方面取得了一定的研究成果[3-9]。近年来，部分地区在发育有混合沉积的层位获得了油气，所以很多学者对于混合沉积的研究侧重于储层方面，认为混合沉积可以形成良好的储层[10-14]。

松林地区中、上寒武统娄山关群相当于四川盆地川西—川中地区的洗象池组[15]，发育有厚层白云岩。川东南地区也是在寒武系的主要储集层之一，在威远地区获气井10余口，具有良好的油气勘探前景[16-18]。目前，前人对于娄山关群的研究主要集中于白云岩成岩作用特征、储层特征和沉积环境方面[18-22]，对娄山关群发育的混合沉积研究较少。通过实测剖面和薄片观察对松林地区中、上寒武统娄山关群岩性特征以及发育的混合沉积特征进行分析，认为存在渐变式和突变式混合沉积两种类型，进而判断该地区发生两次海侵—海退事件、水动力条件强弱交替变化，指示该地区为局限台地沉积环境，结合前人资料建立碳酸盐岩台地混合沉积模式，为该区寻找优质油气储层提供进一步研究的基础。

1 地质背景和沉积特征

松林剖面位于四川盆地东南部，区域构造上处于黔北地区，即川东南低陡构造带与黔中隆起过渡区域，松林—岩孔背斜北东端的穹窿构造上[23-25]（图1）。中晚寒武世娄山关期，受乐山—龙女寺同沉积古隆起控制，发育以白云岩为主的局限台地沉积，同时由于盆地沉降以及黔中古隆起的影响，发育海退事件使娄山关群自西北向东南进积尖灭[26-30]。娄山关群位于寒武系中、上统，顶、底分别与下奥陶统桐梓组、中寒武统高台组整合接触，发育一套灰色厚层白云岩，松林剖面厚度为666.2 m。松林地区娄山关群分两段，娄一段厚281.4 m，为混积潮坪、混积台内滩、台内滩和滩间亚相，发育含砂泥云坪、含砂灰云坪、含砂云灰坪、混积砂屑滩、砂屑滩和泥晶白云岩等微相；娄二段厚384.8 m，为混积台内滩、台内滩和滩间亚相，发育砂屑滩、混积砂屑滩、泥晶白云岩和风暴岩微相（图2）。

图1 研究区位置图

2 岩石学特征

松林剖面实测娄山关群地层厚度为666.2 m，剖面出露完整，岩石类型以碳酸盐岩和混积岩为主。碳酸盐岩广泛发育在娄二段，在娄一段与混积岩呈夹层形式产出，主要有泥晶白云岩、颗粒白云岩等；混积岩主要发育在娄一段，少见于娄二段，主要为泥质白云岩、含粉砂颗粒白云岩、含粉砂泥晶白云岩，少见含粉砂灰质白云岩、含粉砂白云质灰岩，混积段累计厚度约330 m（图2）；碎屑岩为含粉砂泥岩，呈条带状发育在娄二段中上部，为浊积成因。

2.1 碳酸盐岩

泥晶白云岩广泛分布，宏观上主要呈深灰色薄层状，可见纹层构造、垮塌构造，部分纹层呈撕裂状，局部显扰动构造（图3-a）。在显微镜下，晶体结构和形态不易识别，部分可见藻纹层结构（图3-d）。这类碳酸盐岩发育在滩间以及混积潮坪环境中。

颗粒白云岩：颗粒多为粉屑（0.10～0.05 mm）、细—中砂屑（0.4～0.2 mm），少见鲕粒（1.5～1.8 mm）、砾屑（2～4 mm），宏观上主要呈浅灰色中—厚层状，局部可见平行层理、交错层理、叠层构造，发育溶蚀孔洞，多数产出在下细上粗的反韵律结构中（图3-b）。微观上，颗粒间填隙物多为泥晶基质，少见亮晶胶结物（图3-e）。颗粒白云岩主要发育在台内滩沉积环境中。

白云质（含云）灰岩较少见，累计厚度约30 m，宏观上呈灰色中—块状，可见粉屑、砂屑、鲕粒结构，常成下细上粗的反韵律结构，主要发育在台内滩、潮坪沉积环境中（图3-c、f）。

图2 贵州遵义松林地区中上寒武统娄山关群综合柱状图

图3 松林地区娄山关群碳酸盐岩岩石学特征图版

2.2 混积岩

对于混积岩的分类，前人已经做了很多研究[6,31-32]。目前使用比较广泛的是在陆源碎屑和碳酸盐岩两端元基础上的混积岩分类：含陆源碎屑—碳酸盐岩（陆源碎屑含量大于25%）、陆源碎屑质—碳酸盐岩（陆源碎屑百分含量为25%～50%）、含碳酸盐岩—陆源碎屑岩（碳酸盐岩组分含量小于25%）、碳酸盐岩质—陆源碎屑岩（碳酸盐岩组分含量为25%～50%）[6]。采用该方案并结合岩石学的命名方法进行分类，研究区主要为陆源碎屑质—碳酸盐岩、含陆源碎屑—碳酸盐岩。

泥质白云岩：属陆源碎屑质—碳酸盐岩，主要分布在娄山关群一段，泥质向上减少，常与含粉砂泥晶白云岩互层，部分含有石英颗粒，石英含量为5%～20%，磨圆次棱角状，分选较好（图4-a、d）。泥质白云岩反映水体环境较浑浊，属于混积潮坪沉积环境。

含粉砂颗粒白云岩：属含陆源碎屑—碳酸盐岩，颗粒类型主要为粉—中砂屑，少见砾屑。剖面上常呈下细上粗的反旋回结构，部分含粉砂颗粒白云岩层夹有浊积条带，局部见平行层理、交错层理，发育冲刷面，为风暴浊积成因。其中含粉砂砂屑白云岩最为常见，颗粒含量为25%～55%。陆源石英镜下呈次棱角状—次圆状，石英含量为2%～20%，主要分布在颗粒周围和颗粒间基质中（图4-g、i）。

含粉砂（粉砂质）泥晶白云岩：属含陆源碎屑—碳酸盐岩，含粉砂泥晶白云岩常与泥质白云岩、含粉砂颗粒白云岩互层，局部见纹层结构。含粉砂泥晶白云岩所含陆源碎屑同样以石英为主，含量为1%～5%，石英颗粒磨圆次棱角状—次圆状，分选较好，主要分布在基质中，部分岩层中含粉砂泥晶白云岩中还可见泥质（图4-c、f)；粉砂质泥晶白云岩中石英含量约32%，发育在娄山关群中部，属混积潮坪环境（图4-h）。

研究区还发育少量含粉砂灰质白云岩、含粉砂白云质（含云）灰岩等含陆源碎屑—碳酸盐岩（图4-b、e）。含粉砂白云质（含云）灰岩中陆源石英含量约15%～20%，呈次棱角状—次圆状；含粉砂灰质白云岩中陆源石英含量约2%～18%，呈次棱角状—次圆状，分布在基质中。

3 混积层系类型

结合董桂玉对混积层系的划分，混积层系类型有碎屑岩—碳酸盐岩层系、碎屑岩—混积岩层系、混积岩层系、碳酸盐岩—混积岩层系[6]，松林地区娄山关群混积层系类型有混积岩层系、碳酸盐岩—混积岩层系和碎屑岩—碳酸盐层系。

图4 松林地区娄山关群混积岩类型图版

3.1 混积岩层系

娄山关群混积岩层系为不同类型的混积岩互层和夹层。位于娄一段下部的混积岩层系主要为含粉砂泥晶白云岩与泥质白云岩、含粉砂灰质白云岩、含粉砂泥质白云岩互层（图5-b、h），陆源石英含量主要为10%～18%，泥质含量向上减少，海平面上升，水动力条件弱，为混积潮坪相沉积环境。向上多为含粉砂（泥质）泥晶白云岩与含粉砂粉屑（砂屑）白云岩互层（图5-c、i），少见含粉砂粉屑泥晶白云岩夹泥质泥晶白云岩、含粉砂泥晶白云岩，陆源石英含量主要为3%～10%，水动力条件较强，为混积台内滩相沉积。

3.2 碳酸盐岩 混积岩层系

碳酸盐岩—混积岩层系呈现泥晶白云岩夹泥质白云岩、粉屑白云质灰岩与含粉砂泥晶白云岩互层、含粉砂灰质白云岩夹粉晶白云岩、含粉砂粉屑云质灰岩与泥晶白云质灰岩互层形式（图5-a、d、g）。混积岩中陆源石英含量约4%～12%。在混积台内滩沉积环境下，水动力较强，沉积大量粉屑，随着海平面升降交互沉积碳酸盐岩和混积岩。在混积潮坪沉积环境下，发育有白云岩以及过渡岩性，泥质与陆源石英含量随海平面升降而变化。

3.3 碎屑岩 碳酸盐岩层系

碎屑岩—碳酸盐岩层系呈现为砂屑泥晶白云岩夹浊积条带，处于混积台内滩相，强水动力条件，发育风暴沉积事件（图5-e、f）。风暴时期，沉积粉屑、砂屑以及少量砾屑泥晶白云岩，发育风暴成因反韵律结构、水平层理、交错层理，见冲刷面，局部见纹层呈撕裂状分布并显扰动构造、垮塌构造；当风暴减弱时，陆源碎屑沉积形成浊积条带。随风暴发育强度的变化，浊积条带和颗粒白云岩交互沉积从而形成碎屑岩—碳酸盐岩层系。

图5 松林地区娄山关群混积岩层系类型图版

4 混合沉积类型

根据混合沉积的定义、成因、成分、结构、沉积构造及接触关系等因素,按照“沉积事件＋剖面结构”的原则[6]，认为松林地区娄山关群混合沉积类型纵向上呈现渐变式混合沉积—突变式混合沉积—渐变式混合沉积。

渐变式混合沉积：指由正常沉积事件形成的一类岩石，其与上下岩石在成分、结构、构造方面为渐变过渡关系，没有突变标志[6]。研究区渐变式混合沉积主要发育碳酸盐岩—混积岩层系和混积岩层系，碳酸盐岩主要为泥晶白云岩、颗粒白云岩、泥晶白云质（含云）灰岩、泥晶灰质（含灰）白云岩，上下岩石在成分、结构、沉积构造方面均为渐变过渡关系，没有发现突变标志（图6-a）。这与海平面变化有关，海平面的多次缓慢下降伴随风的搬运作用，陆源碎屑混入，是形成渐变式混合沉积主要因素。

突变式混合沉积：指由突发性沉积事件形成的一类岩石，其与上下岩石间在成分、结构和构造等方面为突变接触[6]。这种混合沉积类型出现在娄二段中部，发育碎屑岩—碳酸盐岩层系，属混积台内滩相。受到风暴沉积事件的影响，使水动力变强，水体搅动带来陆源碎屑物质（泥和砂），当风暴作用减弱时，泥质沉积下来，水体变清澈后继续沉积碳酸盐岩，从而形成突变式混合沉积（图6-b）。

图6 松林地区娄山关群混合沉积类型示意图

5 混合沉积模式与地质意义

结合四川盆地及其邻区娄山关群（洗象池组）的层序地层与岩相古地理的研究成果[30]，四川盆地为蒸发—局限台地沉积相，进一步分为混积潮坪、混积台内滩、台内滩、滩间、台缘滩和斜坡等亚相。在此基础上，建立了四川盆地娄山关群碳酸盐岩台地混合沉积模式（图7）。

四川盆地及周缘地区娄山关期总体继承了早寒武世西高东低的沉积格局，受康滇古陆、摩天岭古陆和汉南古陆影响，其地层厚度总体上呈现自西北向东南依次发育混积潮坪、泻湖、台内滩、台缘滩和斜坡等亚相类型。松林地区娄山关群为混积潮坪、混积台内滩、台内滩与滩间沉积。通过对松林地区娄山关群碳酸盐岩台地混合沉积的研究发现，该地区陆源碎屑垂向上发育两个减少—增加的旋回，反映了两次由海侵到海退的海平面变化过程；纵向上泥质含量向上减少和颗粒含量的间歇性变化指示该地区由混积潮坪—混积台内滩夹滩间的沉积环境演变。结合松林地区的古地理位置，认为松林地区形成混合沉积的陆源物质来源于康滇古陆，表明康滇古陆在娄山关期已经处于隆起剥蚀状态。同时，娄二段上部发育突变式混合沉积和风暴浊积岩（图5-e、f）。结合风暴岩指示的古纬度范围的研究成果，碳酸盐岩风暴岩多分布在赤道附近的中、低纬度带内，主要受赤道飓风带的影响。因此进一步指示遵义松林地区娄山关期风暴频发，处于赤道附近的中、低纬度地区，为赤道飓风带。风暴携带陆源碎屑进入碳酸盐岩台地，是形成混合沉积的重要条件。

图7 四川盆地娄山关群混合沉积模式图

6 结论

1）松林地区中上寒武统娄山关群发育的混积岩类型主要为泥质白云岩、含粉砂颗粒白云岩、含粉砂泥晶白云岩；混积岩层系类型包括混积岩层系，碳酸盐岩—混积岩层系、碎屑岩—碳酸盐岩层系；混合沉积类型为渐变式混合沉积和突变式混合沉积。

2）松林地区娄山关期为蒸发—局限台地相沉积，划分为混积潮坪、台内滩和滩间等亚相类型，建立碳酸盐岩台地混合沉积模式；研究区陆源碎屑垂向上的变化反映了两次三级旋回海侵—海退的海平面变化，并推测陆源碎屑来自康滇古陆，证明其处于隆起剥蚀状态；由泥质含量以及颗粒含量说明沉积环境由混积潮坪向台内滩—滩间演化；娄二段上部发育突变式混合沉积和风暴浊积岩，说明松林地区娄山关期位于中、低纬度地区。