對四川盆地上三疊統(tǒng)沉積相的一些認識和思考

摘 要

摘要：前人對四川盆地上三疊統(tǒng)的沉積相進行過很多研究，但迄今為止認識分歧仍然很大。為此，根據(jù)數(shù)十年的野外露頭剖面及巖心觀察，結(jié)合對巖石薄片鑒定、測井等資料的綜合分析，反復(fù)思
摘要：前人對四川盆地上三疊統(tǒng)的沉積相進行過很多研究，但迄今為止認識分歧仍然很大。為此，根據(jù)數(shù)十年的野外露頭剖面及巖心觀察，結(jié)合對巖石薄片鑒定、測井等資料的綜合分析，反復(fù)思索，認為：①須一段為海灣中形成的海陸交互相沉積；②香二段、香四段、香六段砂巖在盆地中西部主要為三角洲前緣水進河床與河口砂壩至濱湖灘、壩沉積，夾香三段、香五段湖相砂泥；③四川盆地東部的整個上三疊統(tǒng)均為泛濫平原-三角洲平原辮狀河道砂和河間湖沼沉積。特別指出，盆地中西部香二段、四段、六段中許多與湖泊有密切聯(lián)系的正粒度韻律砂體應(yīng)屬水進型三角洲的水進河床充填砂微相，所謂“水下分流河道”一詞實際上是與客觀情況不太吻合的。
關(guān)鍵詞：四川盆地；晚三疊世；沉積相；水進河床砂；海陸交互相；安縣運動；水下分流河道
    對四川盆地上三疊統(tǒng)的沉積相有多個單位、眾多研究者曾作過研究，但認識不盡一致，甚至有極端分歧的觀點。為此，筆者據(jù)數(shù)十年來的資料積累和反復(fù)研究，談?wù)剬@一問題的認識和思考。
    筆者以安縣運動侵蝕面為界，將上三疊統(tǒng)劃分為上、下兩部分，下部包括馬鞍塘組、小塘子組和須家河組，將馬鞍塘組和小塘子組合稱為須一段，以上分別為須二段和須三段；上部則仍稱為香溪群，包括原來所劃分的香二段-香六段。川中地區(qū)中南部原劃香一段全部地層、川西地區(qū)南部原劃香一段下部地層相當于川西北地區(qū)的須一段，須二-須三段在川中地區(qū)中南部缺失，在川西地區(qū)南部相當于原劃分香一段的中上部。川中地區(qū)的香二段與川西地區(qū)南部的香二段可對比，至川西北地區(qū)則可能相當于安縣、廣元等地的須四段或關(guān)基井須三段中部至須四段下部地層[1]。
1 四川盆地中西部地區(qū)上三疊統(tǒng)沉積相
1.1 須一段為海陸交互相沉積
    須家河組的命名地——廣元須家河剖面的下部(即現(xiàn)稱的須一段)存在底部、頂部兩個海相化石層，這已是眾所周知的事實。這兩個海相化石層不僅在川西北地區(qū)廣泛存在[2]，在川西地區(qū)南部以及川中地區(qū)北部也存在——筆者曾在地層對比中作過討論[1]，此不贅述。同時，該段中也有植物化石，有的地方還有煤層、煤線，并夾大套砂巖(如綿竹漢旺剖面、PL1井等)，海相化石層之外的泥巖中含半咸水-淡水動物化石，因此須一段為海陸交互相沉積。結(jié)合古構(gòu)造、古地貌背景分析，推測當時的四川盆地中西部為一個巨大海灣，兩側(cè)與古特提斯海有海口連通。海灣中除存在海灣泥或海灣灰泥沉積微相外，還存在三角洲前緣河口壩、遠砂壩、濱海灘壩砂、濱海平原砂泥和沼澤泥等沉積微相，目前已基本得到學(xué)界公認。
1.2 香二段、香四段、香六段多為三角洲前緣水進河床沉積和河口壩沉積
    這3個層段主要為大套灰白、淺灰、灰色中、細粒砂巖，因其沉積相特征不明顯，故各研究者對其形成環(huán)境的認識差異頗大，有的認為是河流相沉積，有的認為是三角洲前緣相沉積[3]，還有的認為是灘壩相沉積[3]，或者認為是海相潮汐沉積[5]。
筆者在20世紀80年代初即發(fā)現(xiàn)，四川盆地中西部地區(qū)上三疊統(tǒng)的香二、香四、香六段砂巖是與傳統(tǒng)的吉爾伯特型三角洲模式顯著不同的三角洲前緣沉積，并按現(xiàn)代沉積研究結(jié)果將其主要定義為水進型三角洲前緣的水進河床充填砂微相[6]?，F(xiàn)以香二段特別是筆者近幾年研究過的川中地區(qū)中南部的WD8井、PL1井、YU104井的香二段為例，闡述其理由如下：
1.2.1香二段幾乎在整個川中地區(qū)以及川西區(qū)南部均有分布，厚度、巖性基本穩(wěn)定，易于對比
   香二段為一套中-細粒、偶有粗粒的塊狀砂巖，其成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均為中等或以上；縱向上粒度稍有變化，層理不很發(fā)育，多為平行層理、斜層理和由碳化植物枝干所形成的塑性變形層理，常見含泥礫，但沖刷、充填構(gòu)造較少，往往數(shù)十米均為連續(xù)沉積。
    以上表明它們是在一個相對穩(wěn)定的環(huán)境中形成的，具有某些河流沉積特征，但又不像典型河流沉積那樣具有十分發(fā)育的斜層理、交錯層理，沖刷、充填特征明顯，正粒度韻律清楚，粒度變化快、變化區(qū)間大，常夾不規(guī)則泥巖透鏡體，橫向變化快而大等特征。
1.2.2香二、香四、香六段砂巖均與湖泊沉積密切相關(guān)
   香二段上覆層，香四段下伏、上覆層，香六段下伏層均為湖泊相沉積，而且香二段與香三段、香四段與香五段為連續(xù)沉積，香五段與香六段間雖為巖性突變，但差異也不是很大，加之香二、香四、香六各段砂巖上、下巖性基本一致，形成環(huán)境應(yīng)基本相同。
    由此可知，這些砂巖應(yīng)均是在湖岸線附近形成，換言之，應(yīng)是在三角洲-濱淺湖這個區(qū)域內(nèi)形成的。
1.2.3由香二、香四、香六段砂巖碎屑組分來看，川中地區(qū)北部和南部分屬兩個沉積體系
川中地區(qū)北部如八角場一帶的香二段砂巖中長石、巖屑含量較低(12%～22%)，石英含量較高(75%～88%)，而蓬萊鎮(zhèn)及其以南則長石、巖屑含量較高(30%～40%)，石英含量較低(55%～70%)。
上述兩個沉積體系之間無高地或山脈阻隔，相反，其間為一個相對低緩地帶，推測應(yīng)是湖泊區(qū)，二者分別從兩側(cè)注入該湖中。新近完鉆的PL1井香二段中夾多層較厚的湖相泥和灘、壩砂，表明該區(qū)確已進入香二段沉積時的湖泊區(qū)。位于該湖南北兩側(cè)附近的香二段砂巖無疑應(yīng)是濱淺湖-三角洲前緣的沉積。
1.2.4川中地區(qū)至川西地區(qū)南部的香二段砂巖中存在自生海綠石
    經(jīng)電子顯微鏡鏡下觀察和電子探針證實，該區(qū)確實存在自生海綠石，非自物源區(qū)搬運而來再沉積。據(jù)何鏡宇教授研究，海綠石僅存在于海相和海泛可影響到的三角洲地區(qū)，由此亦表明，川中及川西地區(qū)南部的香二段砂巖應(yīng)為三角洲沉積。在晚三疊世時期，四川盆地中西部仍是一個濱海湖盆，在龍門山與川西高原總體崛起的背景下，可能仍殘留有與古特提斯海有一定聯(lián)系的局部通道，由香三、香五段中微量元素硼的含量高達幾百ppm(μg/g)，反映水體鹽度較高[7]，與偶有海水倒灌入湖中引起湖水咸化有關(guān)，并因此導(dǎo)致了海綠石的生成，也引起了雙殼類等動物的變異(殼一般變小、變薄)。
1.2.5根據(jù)粒度分析，綜合判識香二、香六段砂巖沉積環(huán)境
對川中南部WD8井香二段、香六段砂巖(全取心)作大量粒度分析，統(tǒng)計后作直方圖、頻率累計曲線、概率累計曲線、C-M圖并與標準曲線對比，又用薩胡判別公式計算判識，均傾向于為淺灘至三角洲前緣沉積(表1)。
 

    以上事實表明，川中地區(qū)中南部香二段砂巖屬湖泊岸線附近即三角洲前緣-濱淺湖一帶的沉積，綜合大量巖心觀察資料和測井曲線形態(tài)分析結(jié)果，具體識別出有三角洲前緣河口砂壩砂、水進河床砂和濱湖灘壩砂等沉積微相類型。
    該區(qū)香二、香四、香六段砂巖中無典型的三角洲沉積層序，即沒有像密西西比或吉爾伯特型那樣具有明顯的底積(前三角洲即淺海或淺湖相沉積)、前積(三角洲前緣沉積)和頂積(三角洲平原沉積)三層結(jié)構(gòu)、粒度為由下往上逐漸變粗的反粒序等特征。相反，自香二段砂巖連續(xù)沉積變至上覆的香三段湖相泥頁巖卻是一個明顯的下粗上細的正粒序；同樣，香四段上部砂巖也
1.2.3由香二、香四、香六段砂巖碎屑組分來看，川中地區(qū)北部和南部分屬兩個沉積體系
    川中地區(qū)北部如八角場一帶的香二段砂巖中長石、巖屑含量較低(12%～22%)，石英含量較高(75%～88%)，而蓬萊鎮(zhèn)及其以南則長石、巖屑含量較高(30%～40%)，石英含量較低(55%～70%)。
    上述兩個沉積體系之間無高地或山脈阻隔，相反，其間為一個相對低緩地帶，推測應(yīng)是湖泊區(qū)，二者分別從兩側(cè)注入該湖中。新近完鉆的PL1井香二段中夾多層較厚的湖相泥和灘、壩砂，表明該區(qū)確已進入香二段沉積時的湖泊區(qū)。位于該湖南北兩側(cè)附近的香二段砂巖無疑應(yīng)是濱淺湖-三角洲前緣的沉積。
1.2.4川中地區(qū)至川西地區(qū)南部的香二段砂巖中存在自生海綠石
    經(jīng)電子顯微鏡鏡下觀察和電子探針證實，該區(qū)確實存在自生海綠石，非自物源區(qū)搬運而來再沉積。據(jù)何鏡宇教授研究，海綠石僅存在于海相和海泛可影響到的三角洲地區(qū)，由此亦表明，川中及川西地區(qū)南部的香二段砂巖應(yīng)為三角洲沉積。在晚三疊世時期，四川盆地中西部仍是一個濱海湖盆，在龍門山與川西高原總體崛起的背景下，可能仍殘留有與古特提斯海有一定聯(lián)系的局部通道，由香三、香五段中微量元素硼的含量高達幾百ppm(μg /g)，反映水體鹽度較高[7]，與偶有海水倒灌入湖中引起湖水咸化有關(guān)，并因此導(dǎo)致了海綠石的生成，也引起了雙殼類等動物的變異(殼一般變小、變薄)。
1.2.5根據(jù)粒度分析，綜合判識香二、香六段砂巖沉積環(huán)境
    對川中南部WD8井香二段、香六段砂巖(全取心)作大量粒度分析，統(tǒng)計后作直方圖、頻率累計曲線、概率累計曲線、C-M圖并與標準曲線對比，又用薩胡判別公式計算判識，均傾向于為淺灘至三角洲前緣沉積(表1)。
    以上事實表明，川中地區(qū)中南部香二段砂巖屬湖泊岸線附近即三角洲前緣-濱淺湖一帶的沉積，綜合大量巖心觀察資料和測井曲線形態(tài)分析結(jié)果，具體識別出有三角洲前緣河口砂壩砂、水進河床砂和濱湖灘壩砂等沉積微相類型。
    該區(qū)香二、香四、香六段砂巖中無典型的三角洲沉積層序，即沒有像密西西比或吉爾伯特型那樣具有明顯的底積(前三角洲即淺海或淺湖相沉積)、前積(三角洲前緣沉積)和頂積(三角洲平原沉積)三層結(jié)構(gòu)、粒度為由下往上逐漸變粗的反粒序等特征。相反，自香二段砂巖連續(xù)沉積變至上覆的香三段湖相泥頁巖卻是一個明顯的下粗上細的正粒序；同樣，香四段上部砂巖也是由下往上粒度漸變細而后為香五段湖相泥頁巖所覆蓋的。明顯是在河湖交匯地帶的沉積為什么沒有典型的三角洲層序?結(jié)果，長江、珠江和江西鄱陽湖贛江現(xiàn)代三角洲沉積研究認識給了筆者啟發(fā)，即在海(湖)水面上升期間是形成不了反韻律的吉爾伯特型三角洲層序的，而是形成一種類似河道沉積的下粗上細的正粒序砂體，原稱海進河床充填砂體，李從先教授對其形成機理曾做過闡述[8]。1983年筆者將其引入古代沉積研究中，并由此建立了一個水進型三角洲模式[6](幾乎與此同時，大慶油田也提出了該模式)，并改稱海進為水進(包括海和湖)，其代表性沉積微相便是水進河床充填砂體[7,9]。相應(yīng)的，吉爾伯特或密西西比型三角洲應(yīng)屬水退型(水退期)三角洲。
    水進河床充填砂體類似現(xiàn)在許多著作中所稱的水下分流河道砂，該名稱似是指河流攜帶泥砂入湖(海)后，借助其牽引流較強的動力，延伸到湖(海)水面以下一段距離，在水下河道中沉積形成。但實際上這種情況是很少(或很難)發(fā)生的。因河流入湖(海)后，隨即便會遇到巨大的湖(海)水頂托，所攜碎屑物質(zhì)迅速在河口附近堆積下來，無法再長距離地向前搬運。即使像長江這樣巨大的河流，據(jù)現(xiàn)代沉積考察，所攜泥砂也是在長江口即堆積下來，形成崇明、永興等島嶼，并未深入到海中。筆者還觀察了許多現(xiàn)代河流入海處的衛(wèi)星照片，也未看到有明顯的河道延伸至海面以下。
    因此，所謂“水下分流河道”一詞實際上是與客觀情況不太吻合的。相反，由于地殼的頻繁振蕩，或氣候的頻繁變化，或河流帶來沉積物多少不一，湖(海)水面頻繁發(fā)生相對升降的情況卻是屢見不鮮的，特別是在湖盆形成、拓展期、海平面上升期，水面迅速上升、擴大，此時河流所攜碎屑物質(zhì)很易在河口地區(qū)形成退積式沉積，即形成正韻律沉積，再往上即被湖(海)泥微相覆蓋。因此，將這種在水面相對上升期在河口地區(qū)形成的正粒度韻律沉積稱之為“水進河床充填砂”更合理、更符合實際，故筆者仍堅持這個概念。這樣，香二、香四、香六段中許多與湖泊有密切關(guān)系、伽馬曲線呈鐘形，并具有某些河流沉積特征的正粒度韻律砂體，便確定為水進河床砂沉積微相，而把與之伴同出現(xiàn)的、下部粒度較細，往上逐漸變粗、伽馬曲線呈倒鐘形的反粒序砂巖定為河口壩砂沉積微相。
    灘、壩砂是夾于湖泥微相之間厚度不大、伽馬曲線呈尖齒狀或粗齒狀、一般具波狀或平行層理的砂巖。
    香二段砂巖沉積相的平面展布如圖1-a所示。香四、香六段砂巖的沉積相展布與其類似，從略。
    由于香二、香四、香六段砂巖沉積時川中地區(qū)地形非常平緩，水面稍有升降即可影響大片地區(qū)，加之又有多條河流同時注入湖盆，因此這幾段砂巖的巖性、巖相保持了大面積穩(wěn)定分布。

1.3 香三段、香五段多為湖泊沉積
    四川盆地中西部的香三、香五段，特別是川中地區(qū)和川西地區(qū)南部的香三、香五段有許多湖泊沉積的特征，例如：
    1) 此二段顏色深、沉積物細，多為深灰-灰黑色泥頁巖，夾薄層灰質(zhì)粉、細砂巖。泥頁巖多具水平和波狀層理，有時為塊狀層理；粉砂巖中常發(fā)育波狀層理。
    2) 常見含淡水-半咸水的雙殼類和腹足類化石如珠蚌、蚌形蛤等。在川西地區(qū)南部碼2井的香五段巖心中還見到豐富的介形蟲化石，密集于層面如麻餅狀，這是湖相沉積的標志。迄今未在此二段中找到過任何海相化石。所含植物化石有保存完整的葉部化石，也有經(jīng)過長途搬運后沉積下來、現(xiàn)已炭化的植物枝葉碎片和炭屑，未見垂直沉積層生長的植物根莖和就地埋藏的較大、較完整的植物殘體(沼澤、河流沉積中常見)。
   3) 川中南充至蓬萊鎮(zhèn)之間的香三段中發(fā)育有累計厚度達數(shù)十米的泥灰?guī)r[7，9]。據(jù)王英華教授的研究，這種石灰?guī)r常發(fā)育于淺湖-半深湖的過渡地帶，表明川中地區(qū)不僅存在湖泊，而且有較深水的湖泊。香五段中也有石灰?guī)r，但不如香三段發(fā)育。
   上述特征即使在可能鄰近湖泊邊緣的華鎣山觀音溪露頭剖面上也表現(xiàn)得很清楚。該剖面中的巖層被溪水沖刷得非常干凈，沉積特征十分清楚，香三、香五段以灰黑色泥頁巖為主，夾薄層灰色、灰質(zhì)細-粉粒砂巖。泥頁巖中水平和微波狀層理非常發(fā)育，其中時夾菱鐵礦條帶或菱鐵礦結(jié)核薄層，上部局部含豐富炭質(zhì)甚至成煤線；粉砂巖具有發(fā)育的波狀層理和豐富的蟲孔，普遍含灰質(zhì)，局部成泥灰?guī)r團塊或條帶，也夾有菱鐵礦條帶或串珠狀結(jié)核薄層(圖2)。
 

    以上事實足以說明香三、香五段主要是湖泊沉積。以湖泥沉積微相為主，有部分灘、壩砂微相，當然其中也見煤線和薄煤層，但不穩(wěn)定，常呈雞窩狀，且多分布于各段上部，分析認為這是湖中相對高地或是小島上沼澤中或是湖泊萎縮期生長的繁茂植物所形成，或是漂來的大量植物碎屑堆積于湖灣炭化而成，并不能因此認為香三、香五段主要是沼澤沉積而懷疑湖泊的存在。
    香三段沉積時的湖泊分布范圍及湖泊周邊的相帶展布如圖1-b所示。
2 川東地區(qū)上三疊統(tǒng)沉積相
    川東地區(qū)(華鎣山以東)為高陡構(gòu)造分布區(qū)。在20世紀50、60年代細測這些構(gòu)造時，對各構(gòu)造的兩翼均測制了一系列剖面，這些剖面雖相距很近(1～2km)，但上三疊統(tǒng)的砂、泥巖層很不穩(wěn)定，彼此很難對比。同時，這些砂巖層多為單個透鏡狀砂體錯落疊置而成，其內(nèi)斜層理、交錯層理發(fā)育，據(jù)此，將其定為泛濫平原至三角洲平原沉積，砂巖多為辮狀河道砂，泥巖系河道間的小湖沼沉積。砂巖層不穩(wěn)定、難對比，系河道不斷遷移造成。
3 結(jié)論
    1) 四川盆地中西部地區(qū)須一段為海灣中形成的海陸交互相沉積；香三、香五段主要為湖泊沉積；香二、香四、香六段砂巖主要為三角洲前緣-濱淺湖灘壩沉積。
    2) 川東地區(qū)上三疊統(tǒng)為泛濫平原三角洲平原沉積。
    3) 盆地中西部上三疊統(tǒng)中的三角洲主要是以水進河床充填砂體沉積微相為代表的水進型三角洲。
參考文獻
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(本文作者：羅啟后 川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院)