川西北九龙山地区下侏罗统自流井组珍珠冲段沉积相研究

江文剑，侯明才，，马华灵，李 勇，王文楷

(1.成都理工大学沉积地质研究院，成都610059;2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610059;3.中国石油西南油气田分公司川西北气矿，四川江油621709;4.核工业208研究所，四川广汉618300)

1 研究区概况

晚三叠世末，甘孜—阿坝印支造山带形成，受其影响，四川盆地除北部一隅外，结束了广泛分布的湖盆沉积，并一度上升成陆，遭受风化剥蚀。早侏罗世—中侏罗世早期，四川盆地由三叠世的前陆盆地演变为坳陷盆地［1～2］(见图1)。

九龙山构造位于川北古中坳陷低缓构造带，为背斜构造。背斜呈北东向延伸，背斜长度超过50 km，构造走向上与龙门山一致，向北与米仓山高角度相交［3～5］。自1976年对九龙山构造进行油气钻探，并发现珍珠冲段气藏以来，在该区已开展了大量油气勘探工作，并取得了良好的效果。但是前人主要是从大时间跨度、大区域上对整个川西地区侏罗系沉积环境及沉积体系进行研究，认为川西坳陷北部和西部受印支造山带的影响，普遍发育冲积扇和冲积平原粗碎屑岩［6～17］，而对该地区珍珠冲段沉积环境的详细研究较少。因此，对九龙山地区珍珠冲段 (见图2)沉积相进行详细刻画，对该层段的勘探开发具有重要现实意义。

本文参考前人研究获得的川西地区珍珠冲段野外实测剖面，同时结合研究区内44口钻井的测井、岩心资料，综合考虑研究区岩石类型、结构组分、沉积构造等反映沉积环境的多种因素，对九龙山地区自流井组珍珠冲段沉积相及其沉积微相进行了详尽的分析，为该地区油气勘探工作提供依据。

图1 四川盆地构造略图［3］Fig.1 A tectonic map of Sichuan Basin

图2 九龙山地区下侏罗统综合柱状图Fig.2 Comprehensive column of the Lower Jurassic in Jiulongshan area

2 沉积相特征

2.1 岩石学特征

通过钻井岩心观察，结合显微薄片鉴定发现，研究区内珍珠冲段底部发育大套粗碎屑岩，岩石类型主要为砾岩、含砾砂岩、粗砂岩等 (见图3A);中部粒度则变细，以粗砂岩为主，含有含砾砂岩、细砂岩等 (见图3B、3C);上部则主要发育为粉砂岩，泥岩等 (见图3D、图4A)。砾岩中砾石分选较差，但具有较好磨圆度，砾石成分较复杂，主要成分为沉积石英岩和碳酸盐岩，砾石之间充填物主要为砂质，少见泥质充填物 (见图4B)。砂岩成分成熟度较低，主要为岩屑砂岩 (见图5)，而在岩屑构成上，碳酸盐岩屑含量较高，平均值达到18%左右，胶结物主要呈钙质和硅质 (见图4C、4D)。岩石结构特征总体上反映了碎屑物质近物源的特点。

图3 研究区主要岩石类型、生物化石、沉积构造类型Fig.3 Main types of rock，biological fossils and sedimentary structure in the study area

2.2 沉积构造标志

沉积构造能直接反映沉积时沉积介质的营力和流动状态，因而它是沉积岩最重要的成因标志之一［18］。研究区砂砾岩发育强牵引流成因的冲刷面，交错层理，正粒序层理，砾石叠瓦状构造及滑塌形成的滑塌变形构造。例如龙107井岩心下部可见浅灰色具有叠瓦状构造的砾岩冲刷灰黑色的泥岩形成的冲刷面，其上部砂砾岩则显示正粒序层理，冲刷面反映强水动力沉积环境，而正粒序层理则反映其水动力条件逐渐减弱 (见图3E)。同时在龙119井中发现了滑塌变形构造 (见图3F)，而这种构造是由水下滑坡形成［18］。

图4 研究区主要岩石类型微观特征Fig.4 Microscopic features of the main rock types in the study area

图5 砂岩类型投点图Fig.5 Scatter diagram of the main sandstone types

2.3 古生物化石标志

前人野外露头资料研究表明，川西北地区珍珠冲段为含煤地层，植物化石以真蕨植物的双扇蕨科、马通科及苏铁类为特征，表明川西北地区早侏罗世珍珠冲段沉积时主要为热带、亚热带潮湿型气候。本研究区岩心剖面上也发现了苏铁类植物化石 (见图3G)及煤线 (见图3H)，表明本区沉积时与整个川西北气候相同。

2.4 碎屑物质颜色及黏土矿物组合特征

通过岩心观察，本研究区域内珍珠冲段泥岩及粉砂质泥岩颜色以灰色、灰黑色色调为主(见图3I)，局部地区呈现灰绿色，基本无红色色调，同时未见钙质结核等强烈蒸发条件下的特征物质，而可见黄铁矿。黏土矿物组合为高岭石-伊利石-绿泥石组合，与潮湿—半潮湿气候下的黏土矿物组合特点相同，说明该沉积时期气候是以潮湿气候为主，沉积环境为还原—弱还原环境。

3 沉积相类型及亚相微相特征

通过对九龙山地区30余口钻井岩心和测井资料的详细研究，根据岩石类型、岩心沉积结构、沉积旋回、岩电组合，结合区域地质背景资料和已有的众多前人研究成果，认为该地区珍珠冲段发育的沉积相类型主要为湿地型扇三角洲［19～21］和湖泊相，并按照水动力条件和沉积特征分别划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲，半深湖—深湖相等亚相及水下分流河道、分流间湾、河口沙坝等微相。

3.1 扇三角洲相

3.1.1 扇三角洲平原亚相

扇三角洲平原是冲积扇推进到水体中陆上部分，其范围从扇端至湖岸线之间的近湖平原地带。研究区内扇三角洲平原亚相上主要发育近源的砾质辫状河道沉积及水道间泛滥平原。辫状河道沉积主要为砾岩和含砾粗砂岩，砾石呈一定的定向排列，分选性较差，磨圆度中等，砾石之间常充填有砂质沉积物或水道间沼泽沉积泥质沉积物 (见图3J)，测井在测井响应上表现为低伽马值，自然伽马曲线呈不规则箱状和低幅钟形负异常组合。水道间泛滥平原主要包括天然堤、分流间洼地、沼泽等沉积微相，岩性以灰色细砂、砂质粉砂岩、粉砂岩、泥岩为主，自然伽马曲线呈低幅的微齿化线形状，其中以沼泽化含煤线的暗色泥岩沉积为其显著特征 (见图3H)，是扇三角洲平原亚相鉴别主要标志。由于辫状河道在平面上来回迁移造成水道间泛滥平原不发育。

3.1.2 扇三角洲前缘亚相

扇三角洲前缘是冲积扇入湖后的水下部分，是扇三角洲主体，也是发育最好的部分。可进一步将其划分为水下分流河道沉积、分流河道间沉积、河口砂坝等微相 (见图6)。

3.1.2.1 水下分流河道

研究区内水下分流河道主要以砂砾质辫状河道沉积为主，有以下特征:

①岩性主要以砾岩、含砾粗砂岩、砂岩为主，厚度较大，砾石排列具有一定方向性，呈叠瓦状构造，底部常可见冲刷充填构造 (见图3E)，反映了以牵引流为主。

②剖面上砂砾岩呈多层楼式正韵律叠置层，可分为无泥岩粗粒间断正韵律和有泥岩粗粒间断正韵律，前者多出现在剖面底部的砾岩、砂质砾岩、粗砂岩中，其特点是岩相粗，沉积水动力强，相互叠置，之间无泥岩夹层，厚度较大，为4～30 m，如龙107井底部砾岩 (见图3E);后者多出现在剖面中上部的砂岩中，间断正韵律中出现泥岩夹层，越向上泥质含量越高，厚度为3～10 m，每个间断正韵律自下而上可为冲刷下伏层中粗砂岩，略显平行层理细砂岩，具有单向斜纹层粉细砂岩及泥岩。砂岩中常发育平行层理，交错层理等牵引流构造 (见图7A)。

图6 龙118井珍珠冲段沉积微相综合柱状图Fig.6 Comprehensive column of sedimentary microfacies in Zhenzhuchong segment of Well Long 118

图7 龙110井成像测井特征图Fig.7 Imagery logging characteristics of Well Long 110

③底部无泥岩粗粒间断正韵律砂砾岩在测井响应上表现为低伽马值，GR曲线上表现为钟形或箱型。中上部有泥岩粗粒间断正韵律GR测井曲线出现带有锯齿化的箱型或钟形 (见图8A、8B)。

图8 研究区沉积微相测井曲线特征Fig.8 Logging features of sedimentary microfacies in the study area

④在砂岩、细砂岩中可见一些滑动变形构造 (见图3F、图7B)，这主要是因为在水下分流河道末端入湖处，由于坡度变陡，堆积速度较快，沉积物常发生滑动而形成的。各种滑塌变形构造是鉴别扇三角洲前缘的重要相标志。

3.1.2.2 水下分流河道间沉积

水下分流河道间沉积主要包括天然堤和分流间湾沉积，天然堤以细沙粉砂为主，分流间湾由暗色泥岩组成，偶夹有粉、细砂岩及含砾岩，水平层理发育。由于水下分离河道冲刷力强，改道频繁，一旦改道，沉积物往往被冲刷减薄，甚至完全被冲刷掉，因此常以夹层的形式出现。自然伽马曲线上常呈锯齿状或指状 (见图8C)。

3.1.2.3 河口砂坝

沉积物主要为薄层细砂岩、粉砂岩或含砾细砂岩，可见弱逆粒序，偶见交错层理，冲刷面少见，这是由于沉积物快速堆积，从而中断水下分流河道稳定的扩展周期的缘故，自然伽马曲线上表现为漏斗型 (见图8D)。

3.1.3 前扇三角洲亚相

前扇三角洲主要由深灰色、灰黑色泥岩偶夹灰色薄层状粉砂岩及细砂岩组成，测井响应为高伽马值，GR曲线上表现低幅弱齿形 (见图8D)。

3.2 湖泊相

研究区内主要发育半深—深湖亚相。沉积物主要有深灰色，灰黑色泥岩夹成分成熟度和结构成熟度均较高的暗褐色、浅褐色细砂岩和粉砂岩。测井响应为高伽马值，GR曲线上表现低幅弱齿形或柱形。该相与前扇三角洲亚相不易区分。

4 沉积相平面展布及演化特征

沉积相平面展布图是沉积相研究的集中体现，自冯增昭在碳酸盐岩领域运用“单因素分析多因素综合作图法”［22～23］进行研究，取得了一系列成果［24～25］后，很多学者将此方法应用到碎屑岩古地理研究中，也取得了很多成果［26～28］。因此，笔者也根据“单因素分析多因素综合作图法”的研究思路，对地层厚度、砂体厚度、砂地比等值线图、砾岩厚度分布和泥岩等厚图等单因素进行研究，并结合古生物化石分布、沉积构造分布以及测井相，在综合分析各单因素的基础上，按中期旋回系统编制了珍珠冲段早期、中期和晚期沉积相平面展布图 (见图9—图11)，并对其沉积演化进行了分析。

研究区域沉积相平面展布格局显示，早期该地区大部分处于隆起区，只在东北地区发育陆上扇三角洲平原沉积，分流河道中主河道位于龙112井—龙108井一带，而龙17井—龙111井为次河道，物源呈北东方向。

中期，由于龙门山活动，湖水北进，湖平面上升，此时早期的隆起区沉入水下接受沉积，发育扇三角洲前缘，物缘呈现北东和正北2个方向。水下分流河道中主河道位于龙17井—龙109井一带和龙002-5井—龙104井一带，分流间湾主要位于龙117井以北地区。

晚期，湖水继续北进，湖平面持续上升，研究区域发育扇三角洲前缘末端-前扇三角洲-浅湖半深湖沉积，在龙114，龙17，龙115，龙116，龙117;龙112，龙108;龙119，龙15，龙9，龙104;龙001-U2，龙001-u1，龙105等处发育扇三角州前缘河口沙坝，远沙坝等沉积。

图9 九龙山地区珍珠冲段早期沉积相图Fig.9 Sedimentary facies in the early sedimentary period of Zhenzhuchong Segment

图10 九龙山地区珍珠冲段中期沉积相图Fig.10 Sedimentary facies in the middle sedimentary period of Zhenzhuchong Segment

图11 九龙山地区珍珠冲段晚期沉积相图Fig.11 Sedimentary facies in the late sedimentary period of Zhenzhuchong Segment

5 沉积相发育模式

通过分析研究区各单井剖面沉积相展现出的特征和演化规律，结合区域地质背景，以现代沉积学原理为指导，建立了九龙山地区珍珠冲段的扇三角洲沉积模式 (见图12)。该扇三角洲沉积是典型的退积型扇三角洲层序。其形成过程是:由于山洪暴发，含有大量推移载荷的冲积扇从北东方向米仓山隆起向湖盆中心泄载，当沉积物的堆积速度小于湖盆沉降速度时，扇三角洲砂体则向源区方向退积，其结果便形成下粗上细的退积型正旋回沉积层序(见图13)。

图12 扇三角洲沉积模式图Fig.12 Depositional model diagram of fan delta

图13 九龙山地区珍珠冲段扇三角洲沉积剖面示意图Fig.13 A sketch map of fan delta sedimentation in Zhenzhuchong Section in Jiulongshan area

该层序三层结构明显，下部为扇三角洲平原沉积，主要发育砾质辫状河道沉积，水道间泛滥平原沉积不发育;中部为扇三角洲前缘沉积，发育水下分流河道砂砾岩，河口沙坝砂岩，席状细砂岩及分流间湾细砂、粉砂、泥岩;上部为前扇三角洲-浅湖半深湖相沉积，以暗色泥岩为主，夹薄层状细砂岩、粉砂岩。

6 结论

九龙山地区在珍珠冲段主要发育扇三角洲相沉积，其中沉积早期发育扇三角洲平原，中期发育扇三角洲前缘，晚期发育扇三角洲前缘末端-前扇三角洲-浅湖半深湖相。

本区扇三角洲沉积总体上呈湖进型正粒序层序，表明当时湖盆的沉降速度超过了沉积补偿速度。

本区扇三角洲沉积物主要物源方向为北东和正北方向，碎屑物质未经长期搬运冲刷，成分成熟度较低，沉积物粒度粗，以砾岩，含砾粗砂岩为主。

本区扇三角洲属于湿地型扇三角洲，辫状水道砂砾岩为其主要骨架。沉积微相空间变化主要受暂时性水流的强弱与距物源区远近控制。

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